Foam flotation of clay particles using a bifunctional amine surfactant

Micheau, C.; 上田 祐生; 元川 竜平; Bauduin, P.*; Girard, L.*; Diat, O.*

Langmuir, 39(31), p.10965 - 10977, 2023/07

https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.3c01213

Understanding clay flotation mechanisms has become a major concern because of the increasing level of environmental contamination of soil and ground water by heavy metals and radionuclides. Clays are often used as sorbents for extracting metals in indirect flotation processes but can function simultaneously as defoamers. However, how foam generation and stability depend on the molecular interactions between the clays and surfactant is still controversial. In the present study, an amine polyethoxylated surfactant was used as a bifunctional surfactant that collected clay particles and acted as a foaming agent in the flotation process. The pH conditions strongly affected the surfactant physicochemical properties, allowing the clay extraction efficiency to be tuned. The interfacial recovery factor of the clays almost reached 100 percent under acidic (pH lower than 6) and neutral (pH 6-10) conditions, whereas it was negative under alkaline conditions (pH higher than 10), contrary to expectations. To elucidate the mechanisms involved in the particle flotation process for each of the pH conditions, the bulk and foam phases were analyzed. The effects of electrostatic interactions between the solutes and multiscale structure on the clay extraction behavior were investigated by electrophoretic measurements, dynamic light scattering, small-angle neutron scattering, and image analysis. Based on these results, three flotation processes were found depending on pH range: surfactant foam fractionation at pH higher than 10; clay particle foam flotation at pH 6-10; and particle froth flotation at pH lower than 6.

スピンコントラスト変調中性子反射率法を用いた非対称界面の構造解析

熊田 高之; 三浦 大輔*; 阿久津 和宏*; 奥 隆之; 鳥飼 直也*; 新関 智丈*

波紋, 32(4), p.165 - 168, 2022/11

スピンコントラスト変調中性子反射率法を用いて樹脂と多孔質メチル化シリカ2層膜の構造解析を行った。ところが、一般的なガウス界面を用いる限り共通の構造パラメーターで複数の反射率曲線を再現することができなかった。そこで樹脂がメチル化シリカの空孔に侵入する割合を変えたところきれいに再現することができた。

Analysis of the electric double layer structure formed in an ionic liquid using neutron reflectivity

田村 和久; 阿久津 和宏*; Cagnes, M.*; Darwish, T. A.*

ECS Advances (Internet), 1(2), p.020503_1 - 020503_5, 2022/06

https://doi.org/10.1149/2754-2734/ac6963

中性子反射率測定によりイオン液体/Si電極界面の構造を調べた。部分的に重水素化した1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide ([BMIM]TFSA)を用いて、[BMIM]TFSA/Si(100)界面における、イオン液体分子の配向を調べた。実験結果は、負に帯電しているSi(100)電極表面では、電極表面に吸着しているイオン液体分子は、表面に平行に配向していることが分かった。

Deep learning approach for an interface structure analysis with a large statistical noise in neutron reflectometry

青木 裕之; Liu, Y.*; 山下 貴志*

Scientific Reports (Internet), 11(1), p.22711_1 - 22711_9, 2021/11

https://doi.org/10.1038/s41598-021-02085-6

Neutron reflectometry (NR) allows us to probe into the structure of the surfaces and interfaces of various materials such as soft matters and magnetic thin films with a contrast mechanism dependent on isotopic and magnetic states. The neutron beam flux is relatively low compared to that of other sources such as synchrotron radiation; therefore, there has been a strong limitation in the time-resolved measurement and further advanced experiments such as surface imaging. This study aims at the development of a methodology to enable the structural analysis by the NR data with a large statistical error acquired in a short measurement time. The neural network-based method predicts the true NR profile from the data with a 20-fold lower signal compared to that obtained under the conventional measurement condition. This indicates that the acquisition time in the NR measurement can be reduced by more than one order of magnitude. The current method will help achieve remarkable improvement in temporally and spatially resolved NR methods to gain further insight into the surface and interfaces of materials.

多層膜構造解析に向けたスピンコントラスト変調中性子反射率法の開発

熊田 高之; 三浦 大輔*; 阿久津 和宏*; 鈴木 淳市*; 鳥飼 直也*

波紋, 30(4), p.207 - 211, 2020/11

https://doi.org/10.5611/hamon.30.4_207

スピンコントラスト変調中性子小角散乱法が複合材料における散乱を成分ごとに切り分けてそれぞれの構造を決定したように、スピンコントラスト中性子反射率法では薄膜試料における反射を面ごとに識別してそれぞれの構造を決定できることが示された。

Development of spin-contrast-variation neutron reflectometry for the structural analysis of multilayer films

熊田 高之; 阿久津 和宏*; 大石 一城*; 森川 利明*; 河村 幸彦*; 佐原 雅恵*; 鈴木 淳市*; 鳥飼 直也*

Journal of Applied Crystallography, 52(5), p.1054 - 1060, 2019/10

AA2018-0116.pdf:0.86MB

https://doi.org/10.1107/S1600576719010616

スピンコントラスト変調中性子反射率法を用いて高分子膜の測定を行った。ポリスチレン薄膜の測定においては核偏極に従って変化する反射率曲線は全て同一の構造因子を用いて綺麗に再現することができた。本結果は、スピン拡散機構によって表面や界面を含めて試料が均一に偏極していることを示したものであり、本手法から構造因子を高い信頼性をもって得られることを担保する結果となった。また、ミクロ相分離したブロック共重合体の測定では、核偏極によって特定の界面構造が選択的に得ることができることを示した。

Magnetic field dependence of the canted spin moment around the interface between ferromagnetic Ni and antiferromagnetic FeMn revealed by the polarized neutron reflectivity

雨宮 健太*; 酒巻 真粧子*; 水沢 まり*; 武田 全康

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.034004_1 - 034004_6, 2015/09

https://doi.org/10.7566/JPSCP.8.034004

The canted magnetic moment around the interface between ferromagnetic Ni and antiferromagnetic FeMn films is observed, and its dependence on the in-plane magnetic field is revealed by means of the polarized neutron reflectivity. The Ni magnetic moment at the interface to the FeMn film is suggested to be canted to the in-plane direction, while that in the inner Ni layers remains rather perpendicular to the film at weak magnetic fields. The interface moment easily rotates to the in-plane direction as increasing the magnetic field, and finally the inner layer moment also aligns in the in-plane direction at higher magnetic fields.

中性子実験装置(定常炉編),8; 中性子反射率計

武田 全康; 山崎 大; 日野 正裕*

波紋, 24(3), p.200 - 205, 2014/08

https://doi.org/10.5611/hamon.24.3_200

中性子反射率法は、多層構造を持った物質の表面や埋もれた界面の構造を非破壊的に調べることのできる強力な研究手法である。中性子反射率計は、定常炉中性子源にもパルス中性子源のどちらにも設置されているが、それぞれの使われ方に特徴がある。本稿では、定常炉に設置された中性子反射率計に焦点を当てて、初心者向けに解説する。

水素界面の評価と薄膜成長機構; 水素終端Si面上へのSrO, SrTiO薄膜成長機構の解明のために

朝岡 秀人

KEK Proceedings 2004-5, p.52 - 53, 2004/08

高集積化,多機能化が進む集積回路ではこれまでの材料の物理的限界が指摘されている。そして新たな物質検索を困難にさせているものが、ヘテロ成長における基板と機能性薄膜間での結晶構造,化学結合様式,熱膨張率などの物質固有特性の不一致である。本研究では、鍵をにぎると考えられるヘテロ界面の制御をSi基板表面の不活性化を通して試み、その界面の解析と、そこに存在する新たな結晶成長機構を明らかにすることを目指している。これまでに化学結合が露出するSi接合界面に水素終端処理を行うことによって格子不整合度による成長物質の制約が緩和され、不整合が12.0%と大きいためこれまで良質な薄膜が得られなかったSiとSrとの物質間で、ヘテロエピタキシャル成長に成功している。得られた薄膜の特性は遷移層を経ない基板表面への直接成長が可能であること,一般のSi基板上での成長と比較し、内部応力が小さくなり数原子層目からバルクの格子定数を有するストレスフリーの薄膜が成長したことを確認した。現在蒸着後の水素自身の挙動に注目し、中性子反射率計などを用いた評価を試みており、水素界面がもたらす新たな成長機構の解明を行っている。

New evaluation beamline for soft X-ray optical elements

小池 雅人; 佐野 一雄*; 依田 修; 原田 善寿*; 石野 雅彦; 森谷 直司*; 笹井 浩行*; 竹中 久貴*; Gullikson, E. M.*; Mrowka, S.*; et al.

Review of Scientific Instruments, 73(3), p.1541 - 1544, 2002/03

https://doi.org/10.1063/1.1445489

軟X線光学素子の波長依存性,角度依存性絶対効率を測定するために開発した装置について述べる。この装置は立命館大学にある超電導コンパクトリングAURORAのBL-11に設置された。0.5nm25nmの広い波長領域をカバーするために2種類のMonk-Gillieson型分光器を装備している。一台は二偏角を持つ不等間隔溝回折格子を用いる従来型で、他方は表面垂直回転(SNR)の波長走査を用いる新型である。このシステムの紹介と、軟X線多層膜,同回折格子,フィルターについての測定結果について述べる。測定値はローレンス・バークレー研究所ALSにおける測定値とよい一致を見せ、システムの信頼性が確認できた。またSNRを用いた分光器ではALS'の同等の従来型分光器では測定不可能な1.5keV(~0.8nm)にあるアルミニウムのK端が測定でき、シミュレーションによる透過率とよく一致した。