科研費 - 安田　啓司

微構造制御に基づく高活性化と回収/再利用の両立を目指した環境浄化光触媒の開発

研究課題/研究課題番号：23H03567  2023年4月 - 2026年3月

科学研究費助成事業  基盤研究(B)

小島 義弘, 安田 啓司

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担当区分：研究分担者 

酸化タングステン(WO3)は可視光を吸収可能な光触媒として知られているが，WO3単体では光吸収によって生じる励起電子と正孔が再結合しやく，光触媒活性がそれほど高くない。そこで本申請研究では，「超音波噴霧熱分解法と超音波還元法の二つのソノプロセス」および「テンプレート（鋳型）技術」を応用した触媒の多孔化と金属ナノ粒子との複合化に基づく微構造制御により，可視応答型光触媒の活性向上と環境浄化プロセスへの応用を目指した研究を遂行していく。また，磁性金属を複合化させることにより，磁気回収/再利用可能な利便性に優れた触媒開発を目指す。

高密度薬物選択捕捉気液界面の生成と持続可能な高効率水系分離システムの設計

研究課題/研究課題番号：22H02115  2022年4月 - 2025年3月

科学研究費助成事業  基盤研究(B)

齋藤 徹, 林 英男, 安田 啓司

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担当区分：研究分担者 

微細気泡（FB）生成技術を用いて高密度に気液界面を生成させ水中薬物の捕捉率を増大させ、適用可能な薬物と薬物選択性の制御の幅を拡大する。FB気液界面における薬物捕捉場の溶媒特性の評価とともに特性を制御する方法論を確立し、薬物分離システムを設計する。薬物含有排水処理、薬物の精製、低環境負荷分解等、高効率・低環境負荷な水系分離技術を実用化する。
① FB技術による気液界面の高密度化と分離効率の向上
② FB膜分離技術との融合によるFB増感膜濾過技術の開発
③ 薬物選択捕捉FBの分光学・計算化学的溶媒特性評価と制御方法の確立
④ 連続的FB増感膜分離装置の試作と薬物精製および薬物含有水処理への適用

超微細気泡と超音波による超高純度金属ナノ粒子の合成と水分析センシング

研究課題/研究課題番号：19H02505  2019年4月 - 2022年3月

科学研究費助成事業  基盤研究(B)

安田 啓司, 金 継業, 小島 義弘

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担当区分：研究代表者 

配分額：17160000円 （ 直接経費：13200000円 、 間接経費：3960000円 ）

金属ナノ粒子は合成時に使用される安定剤が粒子表面に吸着し、触媒、光学、電気性能を低下させている。本研究では、安定剤、還元剤を使用しないウルトラファインバブル（UFB）超音波合成法を開発する。原理は、水溶液中の金属イオンを超音波により生成した還元種で還元して金属ナノ粒子の核を生成し、UFB添加により、粒子成長速度の制御し、加えて、粒子の分散安定性を向上させるものである。本研究では、UFB超音波法による超高純度な金属ナノ粒子の合成法と粒子径の制御法を確立し、反応メカニズムを解明することを目的とする。さらに、水中の重金属、水素、農薬の簡易かつ高感度な水分析センサや触媒としての実用化を目指す。
表面保護剤の無い高純度な金属ナノ粒子を超音波法により合成した。さらに、合成時に直径が1μm以下の超微細気泡であるウルトラファインバブル（UFB）の添加濃度を変えることによって金ナノ粒子径の制御が可能となった。また、合成後の金やパラジウムナノ粒子コロイドにUFBを添加することによりナノ粒子の沈殿が抑制された。
超音波法により合成した金ナノ粒子を用いてタンパク固定化電気化学センサーを作製し、水中の活性酸素種を検出できた。
光触媒性能を持つ酸化タングステン粒子の表面に超音波法を用いてパラジウムまたは白金を析出させた複合粒子を合成した。どちらの粒子も複合化により脱色反応の光触媒性能が向上した。
表面保護剤と還元剤を使用しなくてもウルトラファインバブル(UFB)と超音波を使用することにより、高純度な金ナノ粒子を粒子径を制御して合成することが可能となった。また、本研究で使用したUFBは空気の微細気泡なので環境負荷の低い沈殿防止剤としても利用できる。
金ナノ粒子を用いたタンパク固定化電気化学センサーは、電極と直接電子移動が可能であることから、第三世代バイオセンサーとして医療分野への展開が期待できる。
パラジウムまたは白金と酸化タングステンとの複合粒子は優れた脱色性能を持つことから排水処理での利用が期待できる。

気液界面修飾型薬物捕捉場の創成と持続可能な水系反応分離工学の構築

研究課題/研究課題番号：19H02752  2019年4月 - 2022年3月

科学研究費助成事業  基盤研究(B)

齋藤 徹, 林 英男, 近藤 寛子, 安田 啓司

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担当区分：研究分担者 

気液界面の溶媒特性を微量の混和性溶媒や塩により制御し、水中薬物の強力かつ選択的な捕捉場を生成させる方法論を得る。
① 界面修飾型薬物捕捉場の分光学・計算化学的溶媒特性評価と制御方法の確立
② 薬物含有医療・産業排水の高効率・低環境負荷型処理技術の開発
③ 薬物の迅速分離精製技術および分解・反応技術の開発
④ マイクロバブル技術による気液界面の高密度化と反応・分離効率の向上
からなる研究を実施し、薬物捕捉場を利用する分離や反応の基礎学術を確立し、薬物含有排水処理、薬物の分離精製、薬物の低環境負荷分解、薬物の水系合成化学を含む持続可能（高効率・低環境負荷）な水系反応分離工学を開拓する。
色素や薬物の迅速分離技術としての気泡浮選法を設計した。この方法は底部に焼結ガラスフィルターを備えた円筒形のガラス容器内の水に少量のアルコールを加え、続いて空気を供給して気泡を生成させることにより実施した。 水中の塩基性色素および薬物は、水面に一時的に生成される泡に濃縮され、水から除去された。 分離効率は、アルコール濃度と炭素数の増加につれて増加した。これは気泡のサイズの減少、すなわち、気液界面積の増加により説明された。 気液界面への吸着の主要因は疎水相互作用であり、色素や薬物の疎水性が分離に影響することが分かった。 環境水と合成染色廃水を用いて、本法の排水処理技術としての適用性を確認した。
薬物の分離のために様々な吸着材が開発されているが、薬物に対する選択性の他、吸着材の製造や再生・廃棄に伴う環境負荷が課題となっている。本研究では、薬物や気液界面に吸着する現象に着目し、空気（気泡）を吸着材として用いる分離技術の可能性が明らかになった。さらに、いくつかの化合物の分解反応が促進される現象も発見され、極めて環境負荷の小さい水系分離工学の基礎を開拓した。

超音波を活用したコポリマー応答温度・機械的強度の精密設計法の開発

研究課題/研究課題番号：18H01771  2018年4月 - 2021年3月

科学研究費助成事業  基盤研究(B)

久保 正樹, 小林 大祐, 安田 啓司

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担当区分：研究分担者 

本研究では、超音波を用いたコポリマー合成法において、超音波照射条件を制御することで反応速度を精緻に制御して、温度応答性コポリマーの特性を設計する新規なプロセスを構築した。まず、種々の超音波照射の条件下でコポリマーの合成を行い、分子量、分散度に加えて、コポリマー組成に及ぼす超音波照射条件の影響を明らかにした。次に、合成したコポリマーの特性評価を行った。その結果、超音波を利用することによって、従来の化学的開始剤を用いた方法では獲得することができない、コポリマー組成から予測される応答温度よりも高い応答温度を示すコポリマーが合成できることを示し、超音波ポリマー合成法の優位性を実証した。
超音波を用いてコポリマーの分子量、分子量分布、共重合組成を制御することで、生成コポリマーの特性の一つである温度応答性を制御する新規な方法の開発に成功した。これによって、従来はモノマーの仕込みモル比によって制御していた温度応答性を、超音波照射条件によっても制御することを可能とし、コポリマーの温度応答性と機械的強度の設計の幅を広げることが可能になった。

ウルトラファインバブルによるソノリアクターの高効率化と排水処理への応用

研究課題/研究課題番号：16H04560  2016年4月 - 2019年3月

科学研究費助成事業 

安田 啓司

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担当区分：研究代表者 

配分額：18460000円 （ 直接経費：14200000円 、 間接経費：4260000円 ）

直径が1μm以下の微細気泡であるウルトラファインバブル（UFB）を用いて超音波の化学的作用、機械的作用の促進を行った。まず、超純水に超音波を照射したところ、UFBの生成が見られ、超音波周波数が低いほど多く生成した。
化学的作用として、金ナノ粒子合成へのUFBの影響を調べた。UFBの添加により、金ナノ粒子が微細化し、粒子の分散安定性が向上した。
機械的作用であるフェニルアラニン水溶液の超音波霧化による濃縮性能が、UFBの添加により、向上した。
低周波の超音波によって簡単に短時間でウルトラファインバブル（UFB）を生成できる。また、界面活性剤などの安定剤が無くても、UFBと超音波によって微細で安定な金ナノ粒子を合成できる。さらに、水中の生理活性物質の超音波霧化濃縮においてUFBの添加によって、濃縮率が増大する。これらの効果はUFBによる超音波キャビテーションの生成促進、UFBと超音波の相互作用、UFB表面の帯電性・疎水性・長期安定性に起因し、学術的にも大変興味深い。

高効率ソノリアクターの開発と最適化

2012年4月 - 2015年3月

科学研究費補助金  基盤研究(C)

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担当区分：研究分担者 

超音波によるナノエマルションを利用したレアメタル回収の新技術への挑戦

2011年4月 - 2013年3月

科学研究費補助金 

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担当区分：研究代表者 

超音波を用いた排水中ＶＯＣの高速分離・完全無害化システム

2008年4月 - 2011年3月

科学研究費補助金  基盤研究(C)

安田　啓司

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担当区分：研究代表者 

持続性社会のためのソノプロセス

2005年4月 - 2006年3月

科学研究費補助金  基盤研究(C)

香田忍

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担当区分：研究分担者 

超音波霧化を利用した芳香成分の濃縮

2003年4月 - 2005年3月

科学研究費補助金  若手研究(B)

安田　啓司

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担当区分：研究代表者 

地熱エネルギー利用システムにおけるシリカスケール抑止技術の開発

2002年4月 - 2004年3月

科学研究費補助金  基盤研究(C)

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担当区分：研究分担者 

超音波による流出油エマルジョンの分離

1998年4月 - 2000年3月

科学研究費補助金  若手研究(B)

安田啓司

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担当区分：研究代表者