粘土鉱物に吸着した金属イオンの化学結合状態に関する研究

• Project/Area Number: 63540359
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 物理化学一般
• Research Institution: National Institute for Environmental Studies
• Principal Investigator: 相馬 光之 国立公害研究所, 計測技術部, 研究員 (00011552)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 敦 国立公害研究所, 計測技術部, 研究員 (80171734) ; 瀬山 春彦 国立公害研究所, 計測技術部, 研究員 (40142096)
• Project Period (FY): 1988
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1988)
• Budget Amount: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 1988: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: 粘土鉱物 / 吸着 / 金属イオン / X線光電子分光法(XPS) / 核磁気共鳴(NMR)

Research Abstract

モンモリロナイト層間の交換性陽イオンを遷移金属イオン(Co^<2+>、Ni^<2+>、Zn^<2+>)で置換した。X線光電子分光法(XPS)で分析した遷移金属イオン濃度はイオン交換容量に一致し、XPSが測定する表面層(<100A^^0)への特異適な集積はないことがわかった。遷移金属イオンのモンモリロナイト中の化学結合状態は、これら金属イオンの2P光電子結合エネルギーとオージェ電子(Co、Ni:L_3VV、Zn:L_3M_<4.5>M_<4.5>)運動エネルギーによって特徴づけられる。それによると金属イオンの状態は、酸化物中の状態とは異なり、典型的なイオン結合化合物であるハロゲン化物群のそれによく対応する。これらの結果は、先に行ったモンモリロナイト層間の典型元素イオン(Na^+、Ca^<2+>、Ms^<2+>、など)の研究結果と一致する。Znの交換はpH4〜6では正常に起こるが、pH7では見かけの固定量はほとんど変化しないが、XPSで求めたZnの表面濃度は高く、2P電子オージェ電子のエネルギーから一部はZw(OH)_2としてモンモリロナイト表面に沈着しているものと考えられた。
ナトリウム型合成フッ素四ケイ素雲母(Na-TSM)はモンモリロナイトと同様にイオン交換性があり、種々にイオン交換したTSMの触媒活性が注目されている。Na-TSMとこれをCa^<2+>、Fe^<3+>、Cu^<2+>などに交換したTSMのXPSを比較した。Na-TSMのNaIS(NaKLLオージェ)にはピークが2つあり、イオン交換によって高結合エネルギー成分(1072.9eV)のみが減少する。非交換性成分の結合エネルギー(1070.4eV)は低く、ゾーダライト中のNaに匹敵している。Na-TSMの^<23>Na固体高分解NMRによっても2成分の存在が認められ、Ca-TSMとの比較から、非交換性Naの化学シフト(1MNacl基準)は36ppmで、非常に高く、XPSの結果同様、特徴ある化学結合状態にあることを示した。