2020 Fiscal Year Annual Research Report
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17H03130
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
田村 堅志 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (80370310)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐久間 博 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (20400426)
佐藤 久子 愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 教授 (20500359)
小暮 敏博 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (50282728)
森本 和也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 主任研究員 (10565683)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | セシウム / 風化黒雲母 / 安定吸着 / ヒドロキシアルミニウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
福島の放射能汚染土壌中のセシウム吸着サイトとして、ヒドロキシアルミニウムが黒雲母層間に入って形成されたHydroxy-interlayered vermiculite（HIV）の“くさび型空間”に着目している。まず雲母層間のカリウムイオンをアルミニウムイオンと交換することでモデル土壌の調製を実施した。このモデル土壌をX線回折、高分解能透過電子顕微鏡（HRTEM）による解析することで、時間経過に伴ってバーミキュライト型層と緑泥石型層（Al水酸化物層含有）が不規則的に同一層内に形成されることが明らかになった。27Al MAS NMR測定の結果は、モデル土壌中の層間アルミニウムが酸素6配位であることを示した。この層間空間に対応する分子間相互作用モデルを作成し、分子動力学計算によりセシウムイオンの吸着安定構造を調べたところ、層間のアルミニウムがアルミニウムイオンよりもヒドロキシアルミニウムイオンの方がセシウムイオンの安定化が進むことが明らかになった。ヒドロキシアルミニウム化は水熱処理等の擬似エージング処理により進行することが熱重量測定から確認されている。また、セシウムイオン吸着後のモデル土壌を133Cs MAS NMRスペクトル解析すると、セシウムイオンがモデル土壌の層間で異なる２つの吸着サイトに極めて強く吸着していた。
モデル土壌からのセシウム脱離の方法としては、硫酸処理、シュウ酸処理が有効であるが、エージング（安定化）が進むとセシウムの脱離が一層困難になる。脱離処理の検討を福島の実汚染土壌でも実施し、処理液による脱離挙動が類似していることを検証した。一方、本研究でヒドロキシアルミニウムイオンを層間に有する粘土鉱物の物質吸着性を詳細に調べた結果、ナトリウムイオンの場合と比較して中性分子のカフェインを選択的吸着する特性を見出した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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