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Determination of adsorption structure of hazardous chemical compounds by EXAFS measurements at various temperature conditions

Research Project

Project/Area Number 15K17792
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Geochemistry/Cosmochemistry
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Tanaka Masato  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (60648195)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2016: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2015: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywords有害元素 / 吸着構造 / EXAFS / Debye-Wallar因子 / 温度依存性 / ヒ素 / 有害元素化合物 / Debye-Waller因子 / XAFS / 有機ヒ素化合物 / 非晶質アルミニウム水酸化鉱物 / 土壌
Outline of Final Research Achievements

The adsorption structure of hazardous elements on minerals determines the distribution of the elements at the water-mineral interfaces. Thus, the determination of adsorption structures is important to understand the fate of hazardous elements in environments. In this study, we presented a method to determine the detail of adsorption structures by EXAFS measurements at several temperature conditions and analysis aided by quantum chemical calculation based molecular dynamic (ab initio MD) simulations. The key of this method is that temperature dependence of Debye-Waller(DW) factor differs by its bonding strength. We examined this method for arsenic compounds adsorbed on Fe/Al-(oxyhydr)oxide minerals system and confirmed that the degrees of change of DW factors in various temperatures for bidentate (BB) and monodentate (MM) adsorption structures were different. In addition, the degree for MM is larger than that for BB, which agrees with their bonding strengths.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、結合の強さによってDW因子の温度依存性が異なることに着目し、実際に鉄・アルミニウム水酸化鉱物へ吸着したヒ素化合物の吸着構造によって温度依存性が異なることが実測のEXAFSスペクトルとab initio MDシミュレーションの両方で確認された。本手法の有害元素化合物の吸着構造の詳細決定に対する有用性、またab initio MDシミュレーションがEXAFSスペクトル解析や予測に有効であることが示唆された。有害元素化合物の吸着構造を詳細に決定することにより、吸着量と吸着構造の関係を定量的に扱うことができ、分子レベルでの環境中における有害元素の移行挙動の解明につながる可能性がある。

Report

(5 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • 2015 Research-status Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2018 2017 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Adsorption Mechanism of Molybdenum(VI) on Manganese Oxides Causing a Large Isotope Fractionation2018

    • Author(s)
      Tanaka Masato、Ariga Daisuke、Kashiwabara Teruhiko、Takahashi Yoshio
    • Journal Title

      ACS Earth and Space Chemistry

      Volume: 2 Issue: 11 Pages: 1187-1195

    • DOI

      10.1021/acsearthspacechem.8b00090

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ligand exchange adsorption and coordination structure of Pd on δ-MnO 2 in NaCl solution2017

    • Author(s)
      Tanaka Kazuya、Tanaka Masato、Watanabe Naoko、Tokunaga Kohei、Takahashi Yoshio
    • Journal Title

      Chemical Geology

      Volume: 460 Pages: 130-137

    • DOI

      10.1016/j.chemgeo.2017.04.022

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] モリブデンが海水-鉄マンガン酸化物間で大きな同位体分別を生じる機構2018

    • Author(s)
      ○田中雅人、有賀大輔、柏原輝彦、高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2018年大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 鉱物への吸着に伴う同位体分別: モリブデン類似元素2018

    • Author(s)
      ○田中雅人、有賀大輔、柏原輝彦、高橋嘉夫
    • Organizer
      2018年度 日本地球化学会第65回年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] マンガン酸化物への吸着に伴う同位体分別を引き起こすモリブデンの元素的な性質2017

    • Author(s)
      田中雅人、有賀大輔、柏原輝彦、高橋嘉夫
    • Organizer
      2017年度日本地球化学会年会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Adsorption behavior of organoarsenic compounds in soils2017

    • Author(s)
      Masato Tanaka and Yoshio Takahashi
    • Organizer
      International Congress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC) 2018
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 6族元素の鉱物表面への吸着構造に基づく同位体分別の解析2016

    • Author(s)
      田中雅人、有賀大輔、柏原輝彦、高橋嘉夫
    • Organizer
      第39回ケモインフォマティクス討論会
    • Place of Presentation
      静岡大学浜松キャンパス(静岡県浜松市)
    • Year and Date
      2016-09-29
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] ゲルマニウムの鉱物への吸着に伴う同位体分別の解析2016

    • Author(s)
      田中雅人、高橋嘉夫
    • Organizer
      2016年度 日本地球化学会年会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学杉本キャンパス(大阪府大阪市)
    • Year and Date
      2016-09-14
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] モリブデンの鉱物への吸着構造に基づく同位体分別の解析2016

    • Author(s)
      田中雅人、有賀大輔、柏原輝彦、高橋嘉夫
    • Organizer
      分子科学討論会2016
    • Place of Presentation
      神戸ファッションマート(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2016-09-13
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] Adsorption behavior of organoarsenic compounds in soils2016

    • Author(s)
      Masato Tanaka and Yoshio Takahashi
    • Organizer
      Goldschmidt 2016
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-06-26
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 土壌中におけるヒ素化合物の吸着挙動2016

    • Author(s)
      田中雅人
    • Organizer
      2015年度量子ビームサイエンスフェスタ
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場 (茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2016-03-15
    • Related Report
      2015 Research-status Report
  • [Presentation] 土壌中における有機ヒ素化合物の吸着挙動-有機物の影響-2016

    • Author(s)
      田中雅人、高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2016年大会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉県千葉市)
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 有機ヒ素化合物の鉱物への吸着挙動におよぼす置換基の影響2015

    • Author(s)
      田中雅人
    • Organizer
      第38回ケモインフォマティクス討論会
    • Place of Presentation
      東京大学山上会館(東京都文京区)
    • Year and Date
      2015-10-08
    • Related Report
      2015 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 有機ヒ素化合物の鉱物への吸着挙動におよぼす置換基の影響2015

    • Author(s)
      田中雅人
    • Organizer
      第18回XAFS討論会
    • Place of Presentation
      高エネルギー加速器研究機構小林ホール (茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2015-07-29
    • Related Report
      2015 Research-status Report
  • [Presentation] 有機ヒ素化合物の土壌中における吸着挙動2015

    • Author(s)
      田中雅人
    • Organizer
      第24回環境化学討論会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2015-06-24
    • Related Report
      2015 Research-status Report
  • [Presentation] Adsorption behavior of organoarsenic compounds in soils2015

    • Author(s)
      田中雅人
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2015年大会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ (千葉県千葉市)
    • Year and Date
      2015-05-24
    • Related Report
      2015 Research-status Report

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Published: 2015-04-16   Modified: 2020-03-30  

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