地球表層環境における鉱物表面／水／有機物界面の構造解析

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23740390
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 岩石・鉱物・鉱床学
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構 (2013); 東京工業大学 (2011-2012)
• 研究代表者: 佐久間 博 独立行政法人物質・材料研究機構, 環境再生材料ユニット, 主任研究員 (20400426)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 固液界面 / 石油の回収率増進 / カルサイト / 親水性 / 密度汎関数理論 / 表面X線散乱 / 吸着水 / 白雲母

研究概要

主たる成果として、カルサイト(CaCO3)表面のイオンが人工海水中に含まれるMgSO4に置換されると、表面がより親水性になることを理論計算から発見した。このことが、石油の貯留岩であるチョークに人工海水を注入した際に、石油の回収率増進がみられることの原因の一つである。環境中に存在する２価の毒性イオンであるNi2+, Cd2+, Pb2+はカルサイトに取り込まれやすく、Sr2+は取り込まれにくいことが分かった。またNi2+は表面のイオン置換で安定に存在できることがわかった。毒性元素の存在形態を理論計算から予測することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] 鉱物表面/流体界面の構造 : 表面X線 CTR散乱法による直接観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐久間博、川野潤
  • 雑誌名: 地球化学 巻: 48 ページ: 31-38
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface Tension Alteration on Calcite, Induced by Ion Substitution (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Sakuma, M. Andersson, K. Bechgaard, S. Stipp
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 118 ページ: 3078-3087
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure at Calcite/Salt Solution Interfaces (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Sakuma, H. O. Sorensen, J. Kawano, H. Nakao, Y. Yamasaki
  • 雑誌名: KEK, Photon Factory Activity Report 2012 巻: #30 Part B ページ: 90-90
• [雑誌論文] Adhesion Energy between Mica Surfaces : Implications for the Frictional Coefficient under Dry and Wet Conditions (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Sakuma
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research : Solid Earth 巻: 118 ページ: 6066-6075
  • 査読あり
• [雑誌論文] Can Ion Pairs Adsorb on a Negatively Charged Mica Surface in Aqueous Solution? (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sakuma, H. Nakao, and Y. Yamasaki
  • 雑誌名: KEK, Photon Factory Activity Report 2011 巻: #29 Part B ページ: 86-86
• [雑誌論文] Observation of the Structure of Adsorbed Water on a Mica Surface to Understand the Mechanism of Creeping Faults (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sakuma, T. Kondo, H. Nakao, and K. Kawamura
  • 雑誌名: KEK, Photon Factory Activity Report 2011 巻: #29 Part A Highlights ページ: 42-43
• [雑誌論文] ナノ薄膜水による断層すべり面の潤滑 : クリープ断層のメカニズム解明に向けて (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐久間博
  • 雑誌名: 放射光 巻: 25, No. 4 ページ: 213-221
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of Electrical Double Layer at Mica/KI Solution Interface (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sakuma, H. Nakao, Y. Yamasaki, K. Kawamura
  • 雑誌名: Journal of Applied Solution Chemistry and Modeling 巻: 1 ページ: 1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strontium, nickel, cadmium and lead substitution into calcite, studied by density functional theory
  • 著者名/発表者名: M. P. Andersson, H. Sakuma, S. L. S. Stipp
  • 雑誌名: Langmuir 巻: (In press)
  • 査読あり
• [学会発表] イオン交換によるカルサイトの表面改質 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐久間博, M. P. Andersson, K. Bechgaard, S.L.S. Stipp
  • 学会等名: 2013年度 日本地球化学会年会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2013-09-12
  • 招待講演
• [学会発表] 雲母表面の吸着水の安定性 : 摩擦強度に与える影響の考察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐久間博
  • 学会等名: 第57回粘土科学討論会
  • 発表場所: 高知市文化プラザかるぽーと
  • 年月日: 2013-09-04
• [学会発表] Wettability alteration of calcite surface induced by ion exchange (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Sakuma, M. P. Andersson, S. L. S. Stipp
  • 学会等名: Goldschmidt 2013
  • 発表場所: Florence
  • 年月日: 2013-08-30
• [学会発表] 超薄膜水による鉱物の摩擦係数低下とその安定性の検証 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐久間博
  • 学会等名: JpGU Meeting 2013
  • 発表場所: 幕張メッセ
  • 年月日: 2013-05-24
• [学会発表] 雲母・カルサイト/水界面の構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐久間博, Henning O. Sorensen, 川野潤
  • 学会等名: JpGU Meeting 2013
  • 発表場所: 幕張メッセ
  • 年月日: 2013-05-20
  • 招待講演
• [学会発表] 雲母表面間の水の排出に必要な最小差応力の推定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐久間博, 河村雄行
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2012年年会
  • 発表場所: 京都大学吉田キャンパス
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] Structure and Stabilitiy of Montmorillonite Edges : A Density Functional Theory Study (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sakuma, K.Kawamura
  • 学会等名: Asian Clay 2012
  • 発表場所: Ewha Womans Univ., Seoul, Korea
  • 年月日: 2012-09-07
• [学会発表] A Mechanism and Stability of Water Lubrication Between Mineral Surfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sakuma, K.Kawamura
  • 学会等名: Joint Symposium of Misasa-2012 and Geofluid-2
  • 発表場所: Misasa, Tottori, JAPAN
  • 年月日: 2012-05-20
  • 招待講演
• [学会発表] 鉱物表面近傍の水・水溶液の構造と物性 : 実験と電子状態および分子シミュレーション計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐久間博
  • 学会等名: 2011年第2回水科学研究会
  • 発表場所: 東京海洋大学
  • 年月日: 2011-05-07