Pulse-radiolysis study on radical reactions at the interface between water and silica

パルスラジオリシス法による水-シリカ界面でのラジカル反応の研究

熊谷 友多   ; 永石 隆二 ; 山田 禮司; 室屋 裕佐*; 勝村 庸介*

Kumagai, Yuta; Nagaishi, Ryuji; Yamada, Reiji; Muroya, Yusa*; Katsumura, Yosuke*

水と固体酸化物との共存状態では、放射線による水の分解で生じる水素が増加するなど、特異な放射線効果が観測されている。このような現象をもたらす反応機構を明らかにするために、電子線短パルス照射・時間分解分光法を用いて、シリカコロイド水溶液中のラジカル反応を測定した。その結果、シリカコロイドによるOHラジカルの捕捉反応が起きていることを明らかにした。また、その反応速度はシリカコロイドの粒子サイズや水溶液のpHに依存していることがわかった。粒子サイズに対しては、およそ粒径の2乗に比例して反応性が増加した。この結果からOHラジカルの捕捉は表面反応であると考えられる。pHに対しては、酸性側で表面のプロトン化とコロイド粒子の凝集、及びOHラジカルに対する反応性の増加傾向が観測された。粒子の凝集にもかかわらず反応性が増加することから、プロトン化によってシリカ表面の反応性が高くなることが示唆される。

In aqueous solutions containing solid oxides, change in the radiation effect on water has been observed. To understand the reaction pathways leading to the peculiar radiation effect, reactions of radiation-induced radicals in aqueous colloidal silica solution was studied using pulse-radiolysis technique. In the presence of colloidal silica, a scavenging reaction of OH radical was observed. Its reaction rate per unit number concentration of silica particles was approximately proportional to the square of the particle diameter. This result indicates that the scavenging reaction occurs at the interface between water and silica particles. Change in the pH of solution also affected the scavenging reaction. As pH decreased, increasing trend of the scavenging capacity was observed, while the surfaces of silica particles became protonated and the particles aggregated. The increase trend in spite of aggregation suggests that the protonation of the surface accelerate the scavenging reaction.