| 研究課題/領域番号 |
19H02487
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
柴田 浩幸 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (50250824)
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| 研究分担者 |
助永 壮平 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20432859)
川西 咲子 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (80726985)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | シリケート構造 / ケイ酸塩物質 / 溶出 / 重合度 / 蛍光イメージング |
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| 研究実績の概要 |
ケイ酸塩物質の水和反応と、それに伴う構成元素の溶出メカニズムの解明を目的とし、研究を進めている。
2020年度は、シリケートおよびネットワーク構造の異なるケイ酸塩鉱物を対象に、鉱物相の水への溶出挙動と構造との関連を調査した。CaO-SiO2の二元系の鉱物相では、シリケートが単体もしくは二量体の場合にはカルシウムおよびシリコンの水への溶出量が大きく、より高い重合度の場合には溶出量が抑えられた。また、ネットワークフォーマーとなるAlを含むケイ酸塩鉱物では、層状や三次元のネットワーク構造を形成し、溶出量が著しく抑制されることがわかった。TEMを用いた微細構造解析により、これらの鉱物の表面にはアモルファス層が形成され、溶出の抑制に寄与するとともに、その厚みと溶出量には相関があることがわかった。
また、鉱物の水への溶解に伴うCa2+およびpHの変化を包括的に議論するために、水中でのCa2+およびOH-濃度のミクロスケールでの変化を捉える蛍光イメージング法の開発に着手した。イメージングに好適な試薬を決定するとともに、蛍光顕微鏡を用いて溶出時の各イオン濃度の過渡変化を調査した。その結果、pH6.5～9.2およびCa2+濃度40ppmまでの範囲における定量化に成功した。CaSiO3の結晶およびガラス材を用いて蛍光イメージング法を実施したところ、重合度の低いユニットを含むガラスにて溶出速度が大きいことが明らかとなった。高精度な定量化や各イオンの同時イメージングに向けて課題は残るものの、溶出ダイナミクスの解明に向けた新規手法を提案した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
最終目標に掲げているケイ酸物質の構成元素の溶出メカニズムの解明に向け、ケイ酸塩鉱物の溶出挙動を重合度を指標として概ね整理することができた。さらに、溶出ダイナミクスの解明に向け、当初の計画に無かった蛍光イメージング法にも着手しているため。
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| 今後の研究の推進方策 |
各種溶出試験で得られた溶出量および構造解析等の結果をもとに、CaO-SiO2の二元系への添加成分の影響を解明するとともに、シリケートの重合度、格子エネルギー等を始めとする、溶出挙動に及ぼす影響因子を明らかにする。さらに、pHおよびCa2＋イオン濃度のイメージングを同時に実施し、同時蛍光イメージング法を提案する。これを用いて、OH-およびCa2+の溶出挙動を速度論的に議論し、溶出ダイナミクスの解明に挑む。
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