土壌環境において重金属がアナターゼの表面に濃縮する要因の実験および理論計算的解明

• Project/Area Number: 20K21865
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 64:Environmental conservation measure and related fields
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 鈴木 祐麻 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (00577489)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 隅本 倫徳 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (40414007)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 土壌汚染 / 重金属 / 二酸化チタン / アナターゼ / 収着メカニズム

Outline of Research at the Start

鉛やヒ素を代表とする重金属類による土壌汚染は我が国における重要な環境問題である。また、土壌から流出した重金属類は地下水に達し、井戸水や水道原水を汚染している。本研究では土壌に含まれるアナターゼ（二酸化チタンの化学形態の一つ）に着目し、アナターゼに重金属類が濃縮して存在する理由を実験的・理論的に解明する。

Outline of Annual Research Achievements

土壌・底質に含まれる金属酸化物が効果的に重金属を収着し、重金属類の環境内挙動に影響を与えることは幅広く知られた知見である。しかし、二酸化チタンが重金属を効果的に収着することは知られているものの、土壌科学分野のほとんどの報告は酸化鉄あるいは酸化マンガンに着目している。その結果、重金属による土壌汚染における二酸化チタンの重要性を議論した研究例は数少ない。そしてこれらの数少ない研究例は、アナターゼが土壌・底質中において重金属の挙動に大きな影響を与えることを示唆しているが、知見の蓄積は不十分であるのが現状である。
研究１年目は、内圏錯体と外圏錯体を組み合わせたモデルを用いて、デキシーカオリナイトと試薬のアナターゼへのプロトンとカドミウムの吸着現象のモデリングを行った。しかし、結晶面が露出したアナターゼ結晶を合成が十分に検討できなかったことが課題として挙げられた。研究2年目は、モンモリロナイトは陽イオン交換容量が大きいために二酸化チタンに吸着するカドミウムの割合は低いが、雨などに含まれる陽イオンにより容易に溶出するため、二酸化チタンの含有量が高い方が溶出量が少ないことを明らかにした。
これまで注目されてこなかった二酸化チタンに着目し、重金属の土壌への吸着・土壌からの溶出に二酸化チタンが及ぼす影響に関する定量的なデータを提供できたのは大きな成果と考えられる。特に、カオリナイトとモンモリロナイトという陽イオン交換容量が大きく異なる2種類の粘土鉱物の両方で二酸化チタンの含有量が重金属の吸着あるいは溶出挙動に影響を与えることが明らかにできたのは非常に有意義な知見と考える。

Research Products

• [Journal Article] Influence of pH and cations contained in rainwater on leaching of Cd(II) from artificially contaminated montmorillonite (2020)
  • Author(s): Suzuki, T.; Nakase, K.; Tamenishi, T.; Niinae, M.
  • Journal Title: Journal of Environmental Chemical Engineering Volume: 8 Issue: 5 Pages: 104080-104080
  • DOI: 10.1016/j.jece.2020.104080
  • Peer Reviewed