Nagaoka University of Technology Institutional Repository

長岡技術科学大学博士（工学）doctoral thesi

杜,雅婷

English

Deterioration Mechanisms of Lithium-Ion Cells at High and Low Temperatures

国立大学法人長岡技術科学大学博士（工学）doctoral thesi

茨木,彩乃

1 
様式Form 
論 文 内 容 の 要 旨 
Abstract of Dissertation  
 
氏 名Name 茨木 彩乃  
 
This doctoral dissertation summarizes “Development of Cellulose Films by Recycling 
Plant-Based Cellulose Materials and Evaluation of Their Characteristics” and consists of the following 
five chapters. Chapter 1 describes the potential of developing cellulose-based materials from biomass 
as a sustainable approach to achieving a carbon-neutral society. It emphasizes the role of cellulose as 
an alternative to petrochemical-based plastics, which are high-carbon materials contributing to 
environmental degradation. In particular, it discusses the advantages of utilizing cellulosic feedstock 
from inedible plant biomass for a wide range of applications. It also addresses the current status and 
challenges in functionalizing cellulose from such sources and highlights the importance of cellulose 
materials as key sustainable alternatives. Chapter 2 discusses the bleaching behavior of various 
chlorine oxoacid agents and their effects on the fibrous and hydrogel cellulose properties. In the 
extraction of cellulose from sugarcane bagasse, NaClO₂ proved to be the most effective bleaching 
agent compared to NaClO and NaClO₃, minimizing the reduction of cellulose molecular weight while 
efficiently removing lignin and other impurities , and the resulting regenerated cellulose hydrogels 
showed high transparency and water content. Chapter 3 explored the properties of cellulose hydrogels 
prepared by blending ketones into cotton cellulose dissolved in DMAc/LiCl solutions. The addition of 
ketones, acting as anti-solvents, significantly enhanced cohesion between cellulose fibers. In 
particular, acetone and methyl ethyl ketone greatly improved the hydrogels' water retention capacity. 
These additives strengthened the hydrogel’s network structure, allowing it to withstand mechanical 
stress. The cellulose fibers aggregated into a bundled network supported by a mesh -like arrangement 
of thicker fibers, which exhibited high water retention and mechanical strength. Chapter 4 describes 
the preparation of transparent single-cellulose films from hydrogel films using DMAc/LiCl solvent 
system, combined with heating and pressing, and their film properties. When the hot-pressing 
temperature varied between 160°C and 200°C, crystalline phase transitions were observed above 
170°C, forming Cellulose III and Cellulose IV. Furthermore, increasing the hot-press pressure further 
enhanced crystallization, resulting in denser molecular packing. These transitions significantly 
improved the mechanical properties of the films, including increased strength and reduced wettability, 
while maintaining transparency and flexibility. Compared to conventional polyethylene films, 
cellulose films enhanced higher strength and thermal stability. Even though cellulose films were more 
hydrophilic than polyethylene, optimizing the hot-pressing conditions could reduce their wettability, 
expanding their potential applications in various industries.  In conclusion, this dissertation 
demonstrated the successful production of cellulose hydrogel film and dried film as upcycling of 
non-wooden plant biomass, both with excellent functional properties.  
 


Development of cellulose films by recycling plant-based cellulose materials and evaluation of their characteristics

NGUYEN,THU HUONG

（様式４）  
別紙２  
 
論文審査の結果の要旨  
 
学位申請者 Nguyen Thu Huong 
 
本論文は「 Improvements in reactor design and the potential utilization of conductive 
materials for anaerobic decolorization of azo dyes（アゾ染料の嫌気的脱色リアクター開発と
導電性材料の利用の可能性）」と題して 8 章から構成されている。第 1 章では、緒論とし
て、本研究の意義と目的について述べ、本論文の構成を記述している。  
第 2 章では、繊維染料産業で使用されるさまざまな染料の種類、繊維染色工程、染色か
ら発生する廃水、染色廃水の処理方法、嫌気性処理プロセスの応用展開に関する最新の知
見を記述している。特に、アゾ染料の嫌気性脱色に重点を置き、既存の嫌気性染料処理シ
ステムのメカニズム、可能性、課題などについて、先行研究を分析し解説している。  
第 3 章では、嫌気性バッフルリアクター（ABR）と down-flow hanging sponge を複合さ
せた処理システムによる人工染色廃水の処理実験を行い、水理学的滞留時間  23.2 時間で
90%以上の COD 除去率と 58%の色度除去率を達成した。  
第 4 章では、さらなる色度性能の向上を目的にスポンジ担体を ABR 槽内に投入して処
理実験を実施した。その結果、最大 84%の色度除去性能を得ることができ、また、
Geobacter sp.と Methanosarcina sp.の優占を確認した。  
第 5 章では、導電性材料であるマグネタイトを ABR 内に投入することによって COD
と色度の除去率をそれぞれ 44%から 85%、42%から 86%へ向上した。また、マグネタイト
を投入した ABR では、生成メタン効率が低下することを明らかにした。  
第 6 章では、導電性材料を効率的にリアクター内に保持するため、PVA/Fe/デンプンゲ
ルビーズを開発し、Upflow anaerobic sludge blanket リアクターによって連続処理実験を行
い、その保持性能を評価した。  
第 7 章では、導電性材料の存在が嫌気条件下においる脱色促進のメカニズムについて、
既往の研究を整理している。  
第 8 章では、本論文全体から得られた主な結論を要約し、これまでの研究から派生した
展望と、将来的な研究の方向性について考察している。これらの知見は効率的な染料含有
廃水処理技術の開発に向けた重要な工学的知見となりうるものである。  
よって、本論文は工学上及び工業上貢献するところが大きく、博士（工学）の学位論文
として十分な価値を有するものと認める。  
 
 
審査委員主査 山口 隆司 印  
 


Improvements in reactor design and the potential utilization of conductive materials for anaerobic decolorization of azo dyes

PHANUWAT,KHLAISONGKHRAM

Kinetics on thermal oxidation of self-healing Al2O3 based composites

TRAN,VO TU MINH

（様式４） 
別紙２ 
論文審査の結果の要旨 
 
学位申請者 TRAN VO MINH TU 
本論文は、「Fabrication and characterization of biomass hydrogels and their application to 
ultrasound-triggered drug release agents（バイオマスヒドロゲルの作製・特性評価と超音波ト
リガー薬剤放出剤への応用）」と題し、５章より構成されている。第１章「General 
introduction」では、バイオマス高分子の有効活用について説明し、とくにこれらをヒドロゲル
材として利用する際に、超音波を照射した時の物性変化や薬剤放出に関して論述し、本研究の目
的と範囲を述べている。 
第 2 章の「Viscoelastic analysis of pectin hydrogels regenerated from citrus pomelo waste 
by gelling effects of calcium ion crosslinking at different pHs」では、柑橘ポメロの廃棄果皮を
原料としてペクチンを抽出し、この水に溶かした１〜４wt%濃度のペクチン溶液に 0.9、 1.8、
2.4、 および 3.6 M 濃度のカルシウムイオン(Ca2+)を添加した場合のペクチンヒドロゲルのゲル
化挙動ならびにヒドロゲル特性を詳細に検討した。Ca2+-ペクチン水溶液からハイドロゲルへの
ゲル転移は、0.01 から 100%の機械的ひずみ下での貯蔵弾性率(G')と損失弾性率(G")を測定する
ことによって測定し、Ca2+=2.4M の 3%ペクチンのハイドロゲルでは、pH が 7 に上昇するにつ
れて、0.01 ひずみ%での貯蔵弾性率(G')は 3×104Pa、pH5 では 3×103Pa となり、酸性 pH で架
橋が弱まるゲル化が生じることが示された。機械的ひずみ％が 0.01-1%の範囲では、G'は変化せ
ず、G "は G'よりも一桁小さかった。1-100%の範囲では、ゲルの変形が進行し、両方の弾性率が
低下した。ゲル状態から溶液状態への崩壊は 1-10%ひずみで生じ、G'が 103 Pa をもつ柔らかい
ハイドロゲルは、G'が 104 Pa の硬いハイドロゲルよりもひずみ%が大くなった。 
第 3 章の「Loaded calcium pectinate hydrogel for enhanced drug releasing under ultrasound 
stimulation」では、ペクチンハイドロゲルに薬剤であるプロカインを含むゲルマトリックスの粘
弾性特性の超音波誘起薬剤放出挙動とヒドロゲル薬剤のその場評価の粘弾性特性について系統的
な調査を行った。濃度を含む様々なパラメータが、プロカインの放出挙動に及ぼす影響を理解す
るために、体系的な調査が行われた。この ソノレオメーターで 43kHz の超音波を照射したとこ
ろ、イオン架橋したペクチンハイドロゲルが軟化し、薬物放出が促進されることが示された。US
照射のオンオフサイクルを繰り返すと その結果、薬物の放出、ハイドロゲルの軟化、反転が繰り
返された。この新しい観察は水素結合を破壊し、ハイドロゲルのイオン性架橋状態を破壊するた
めに US を用いた最初の例である。ハイドロゲルのイオン架橋状態を破壊し、ゲル状態の軟化を
もたらした。液化と を添加したペクチンハイドロゲルでは、液化とその後のゲル状態の回復が観
察された。約 740μg/g-ハイドロゲルでは、特定の US 条件下で液化とその後のゲル状態の回復が
観察された。予備的 in vitro 研究 予備的な in vitro 研究では、特定のカルシウム含量レベルでは
ペクチンハイドロゲルの毒性はなく、その生分解性の特性が強調された。 
第 4 章の「Ultrasound-triggered amoxicillin release from chitosan/ethylene glycol diglycidyl 
ether/amoxicillin hydrogels having covalently bonded network」において、キトサン(CS)/エチ
レングリコールジグリシジルエーテル(EGDE)ハイドロゲルキャリアとアモキシシリン(Amox)薬
剤を用いて、超音波(US)をトリガーとした抗生物質の放出システムを検討した。 5,2,2.5,3wt%の
異なる濃度の CS が EGDE とゲル化され、アモックスがハイドロゲルキャリア内に封入された。
加速された放出は、0 から 35W までの異なる US 出力で 43kHz の US 曝露によって引き起こさ
れることが観察された。 これらの CS ハイドロゲルシステムの中で、アモックスの放出促進の程
度はハイドロゲル化のための CS 濃度に依存し、2 wt %の CS を有するマトリックスは 35 W の
US 出力で約 19μg/mL の効率的なアモックス放出を示した。 時間の経過とともに放出された薬
物は、Higuchi および Korsmeyer-Peppasmodels でフィッティングされ、その増大は、US が非
Ficki および拡散メカニズムによってハイドロゲルマトリックス内の薬物拡散を助けたことに起
因した。ハイドロゲルマトリックスの粘弾性に対する US 効果は、2. 5％および 3％の CS/EGDE
ハイドロゲルでは軟化の程度がやや顕著であったが、1.5％および 2％の CS/EGDE ハイドロゲル
では軟化の程度がやや顕著であった。このような US 軟化はハイドロゲルマトリックス内への薬
物の拡散も助け、Amoxの放出が促進されることを示唆している1。 序論薬物送達システム（DDS）
は、治療部位への薬物送達の有効性を高め、薬物の過剰投与による薬物毒性を最小限に抑えるた
めに開発されてきた。。 
第５章では本研究で得られた知見をまとめ、記述している。 
以上のように、バイオマスヒドロゲルの作製・特性評価と超音波トリガー薬剤放出剤への応用
に関して、基礎的な重要な知見と、より実用的な知見を与えた。よって、本論文は工学上及び工
業上貢献するところが大きく、博士（工学）の学位論文として十分な価値を有するものと認める。  
審査委員主査 小林 高臣 印 
  


Fabrication and characterization of biomass hydrogels and their application to ultrasound-triggered drug release agents

相田,武則

統計解析や機械学習を用いた運動強度指標の推定の試み　―心拍数，酸素摂取量，AT推定モデルの構築―

畠山,幸太

Study of flow-induced particle distribution and internal structure in dispersions

IQBAL,TAHIR

Ultimate bearing capacity of strip footing on various soils by rigid plastic finite element method

岸田,真幸

（様式４）  
別紙２  
 
論文審査の結果の要旨  
 
学位申請者 岸田 真幸  
 
本論文は、「Proposal and verification of modified optimality criteria method in 
topology optimization analysis（トポロジー最適化解析における修正最適性基準法の提
案および検証）」と題し、６章より構成されている。第１章では、現代のものづくりの背
景と概要、またトポロジー最適化を含む最適設計に関する従来の研究の概要を示し、本論
文における研究目的を述べている。  
第  2 章では、ニュートン法と最適性基準法（OC 法）の概念に基づいた修正  OC 法を
提案している。  それぞれの更新方法を使用して得られた結果を比較するために、ひずみ
エネルギーを評価関数として定義し、自己随伴関係の問題に対するトポロジー最適化を行
っている。  修正  OC 手法を使用した場合のトポロジー最適化では、OC 法におけるダン
ピングパラメータの設定が不要であり、またトポロジー最適化において設定するムービン
グリミットの値を変えても同様の最適形態が得られる特徴がある。  また、OC 法を使用
した場合に比べ、修正  OC 法の方が少ない反復回数で最適形態が得られることを確認し
ている。  
第  3 章では、ミーゼス応力を評価関数として使用した場合の非自己随伴関係問題にお
けるトポロジー最適化を行っている。  一般に最適化問題では、感度分布が解析領域にお
いて全て負の値になる必要がある。しかし、この問題では修正  OC 法を用いた場合、感
度分布に正の値が含まれることから、感度が必ず負となるオフセット手法を提案し、非自
己随伴関係の問題に対しても適用が可能な修正最適性基準法を確立した。  
第  4 章では、引張試験により、「ひずみエネルギー最小化問題」と「ミーゼス応力の
最小化問題」に対して得られている最適形態と同形状の試験片を作成し、引張試験による
検証を行った。  すべての体積率の条件において、構造強度が最も高いのは「ミーゼス応
力の最小化問題に対する最適形態モデル」、次に「ひずみエネルギーの最小化問題に対す
る最適形態モデル」、最後に「単純な重量軽減モデル」となる結果を得ている。  
第  5 章では、ひずみエネルギーの最小化とミーゼス応力の最小化を合わせた多目的ト
ポロジーの最適化を行っている。  この多目的トポロジー最適化では、更新が遅くなる傾
向が確認されたため、マップ関数に基づいた修正 OC 法を新たに提案している。   
第  6 章では、本論文で新たに提案した修正  OC 法に関する知見をまとめている。近
年、トポロジー最適化を製品の設計に採用する企業も多く、本論文において提案されてい
る修正 OC 法は、設計ソフトに実装されることも期待できる手法であると考えられる。  
よって、本論文は工学上及び工業上貢献するところが大きく、博士（工学）の学位論文
として十分な価値を有するものと認める。  
 
審査委員主査 倉橋 貴彦 印  


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