蛍光分光XAFSによる環境中クロム・ヒ素・鉛等微量有毒元素の研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14740401
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 泉 康雄 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 講師 (50251666)
• Keywords: 鉛 / ヒ素 / 微量元素 / 有毒元素 / XAFS / 蛍光スペクトル / ナノ粒子 / 層状化合物

Research Abstract

14年度に引き続き、層間FeO(OH)ナノ粒子による微量ヒ素吸着除去の研究を行なった。水溶液中FeO(OH)ナノ粒子を0-25重量%鉄相当でモンモリロナイト層間に導入した場合、高比表面積α-FeO(OH)による飽和ヒ素吸着量(文献)に依然劣った(吸着剤重量あたりで比較)。イオン交換Fe-モンモリロナイトは最大鉄重量%が2.8[Fe^<3+>/(Na^++2Ca^<2+>)=1/2.9]と低いため、やはり文献値に劣った。そこで、過剰量のFe^<3+>をモンモリロナイト層間に分散させた状態で水酸化ナトリウム処理する(HIPI法:Hydrolysis of Inserted Positive Ions)と、イオン交換サイト(原子状)〜ナノ粒子挿入の場合との中庸サイズのナノ粒子を形成できた。鉄重量14.0%まで安定に含浸された。このFe-モンモリロナイトヘのAs^V飽和吸着量はα-FeO(OH)についての文献値ベストの6倍となった。As^<III>飽和吸着量は文献値ベストの半分であったが、吸着平衡定数が比較的大きく、環境規制の点で実際に問題になるppbレベル濃度での吸着においては逆に文献値に優った。
このHIPI法によるFe-モンモリロナイトをFe K端X線吸収微細構造(EXAFS)で調べると、上記FeO(OH)ナノ粒子を挿入した場合に見られた、比較的遠いFe…Fe結合が観察されなかった。これはナノ粒子の配位不飽和度の高さを示しており、極度に大きい飽和吸着ヒ素量の主要因と考えられる。
上記それぞれのFe-モンモリロナイトについて50ppb-16ppmのAs^<III>,As^V吸着状態をAs K端蛍光分光XAFSで観察すると、いずれもAsO_2(O_<surface>)_2種と帰属された。

Research Products

• [Publications] Yasuo Izumi, Fumitake Kiyotaki, Takatoshi Minato, Dilshad Masih, Yoshimi Seida: "Monitoring Trace Amounts of Lead and Arsenic Adsorption by X-ray Absorption Fine Structure Combined with Fluorescence Spectrometry"Physica Scripta. XAFS 12 Topical issue(印刷中). (2004)
• [Publications] Yasuo Izumi: "Monitoring Trace Amounts of Lead and Arsenic Adsorption in the Environmental Conditions by X-ray Absorption Fine Structure Combined with Fluorescence Spectrometry"SPring-8 Research Frontiers 2003. 6(印刷中). (2004)
• [Publications] 泉 康雄, Dilshad Masih, 秋鹿研一, 清田佳美: "モンモリロナイト層間ナノ鉄化合物粒子創製と環境中低濃度ヒ素吸着への応用"触媒. 45・6. 413-415 (2003)
• [Publications] Yasuo Izumi, Dilshad Masih, Yoshimi Seida: "Structure of Arsenic on Iron-Montmorillonite from 50-200 ppb Solution by XAFS Utilizing Fluorescence Spectrometry"SPring-8 User Experiment Report 2003A. 11. 78 (2003)
• [Publications] Yasuo Izumi, Dilshad Masih, Yoshimi Seida: "Study of Trace Amounts of Absorbed Arsenic by Means of XAFS Utilizing Fluorescence Spectrometry"SPring-8 User Experiment Report 2003B. 10. 73 (2003)
• [Publications] Yasuo Izumi, Dilshad Masih, Yoshimi Seida: "Structure of Nanosized Iron Particles Intercalated in Montmorillonite"Photon Factory Activity Report 2002. 20B. 18 (2003)