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New insights into the Cs adsorption on montmorillonite clay from $$^{133}$$Cs solid-state NMR and density functional theory calculations

NMR分析とDFT計算から得られたモンモリロナイト粘土へのCs吸着に関する新たな知見

大窪 貴洋*; 岡本 拓也*; 河村 雄行*; Gu$'e$gan, R.*; 出口 健三*; 大木 忍*; 清水 禎*; 舘 幸男; 岩舘 泰彦*

Okubo, Takahiro*; Okamoto, Takuya*; Kawamura, Katsuyuki*; Gu$'e$gan, R.*; Deguchi, Kenzo*; Oki, Shinobu*; Shimizu, Tadashi*; Tachi, Yukio; Iwadate, Yasuhiko*

モンモリロナイトに吸着したCsの吸着構造を核磁気共鳴法(NMR)によって調査した。Cs置換率や含水率の異なるCs型モンモリロナイトのNMRスペクトルを測定するとともに、Cs吸着構造とNMRパラメータの関係を明らかにするために、第一原理計算に基づいてNMRパラメータを評価した。NMR実験と第一原理計算との比較の結果、Cs置換率が低いモンモリロナイトでのCs吸着形態は4面体シートでAl置換されたサイトの近傍に吸着したCsであること、Cs置換率と含水率が高い条件においてもCsの一部は脱水和状態で吸着していることを明らかにした。

The structures of Cs adsorption on montmorillonite were investigated by the nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The NMR spectra of Cs adsorbed on montmorillonite samples were measured under different Cs contents and relative humidity levels. NMR parameters were evaluated by the first principle calculations in order to identify the relationship between adsorbed Cs structures and NMR parameters. The comparisons between experimental and theoretical NMR spectra revealed that Cs is preferentially adsorbed at sites near Al for low Cs substituted montmorillonites, and that non-hydrated Cs present in partially Cs substituted samples, even after being hydrated under high relative humidity.

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