Additive-free hydrothermal leaching method with low environmental burden for screening of strontium in soil

環境負荷の少ない無添加水熱浸出法による土壌中のストロンチウムのスクリーニング法

加藤 匠馬*; 永岡 美佳  ; Guo, H.*; 藤田 博喜; 相田 卓*; Smith, R. L. Jr.*

Kato, Takuma*; Nagaoka, Mika; Guo, H.*; Fujita, Hiroki; Aida, Taku*; Smith, R. L. Jr.*

本研究では、土壌中のSrを無添加でスクリーニングする方法の開発を目的として、模擬土壌(粘土鉱物のバーミキュライト,モンモリロナイト,カオリナイト)及び実際の土壌(照沼)に熱水浸出を行い、有機酸を生成した。安定ストロンチウム(SrCl)を土壌に吸着させ、10種類の有機酸を用いて、水熱条件下(120200C)での模擬土壌からのSrの溶出量を0.3Mまで評価した。ストロンチウムを吸着したバーミキュライト(Sr-V)については、0.1Mのクエン酸が150C、1時間の処理でSrの溶出に有効であることがわかった。これらの結果をもとに、照沼土壌の有機物からの有機酸の生成について検討した。照沼土壌の水熱処理では、200C、0.5hの反応時間で最大量の有機酸が生成された。照沼土壌からのSrの溶出の可能性を確認するために、ストロンチウムを吸着した照沼土壌(Sr-S)を調べた。Sr-Sでは、200Cで0.5hの反応時間で水熱処理を行うと、室温でSrの40%が溶出し、土壌中のSrのスクリーニングに無添加の方法が使えることがわかった。無添加の水熱浸出法は、化学分析の第一段階で固体を焼成する必要がないため、土壌中の金属の日常的なモニタリングや緊急時の対応にも応用できる。

In this work, hydrothermal leaching was applied to simulated soils (clay minerals vermiculite, montmorillonite, kaolinite) and actual soils (Terunuma, Japan) to generate organic acids with the objective to develop an additive-free screening method for determination of Sr in soil. Stable strontium (SrCl) was adsorbed onto soils for study and ten organic acids were evaluated for leaching Sr from simulated soils under hydrothermal conditions (120 to 200C) at concentrations up to 0.3 M. For strontium-adsorbed vermiculite (Sr-V), 0.1 M citric acid was found to be effective for leaching Sr at 150C and 1 h treatment time. Based on these results, the formation of organic acids from organic matter in Terunuma soil was studied. Hydrothermal treatment of Terunuma soil produced a maximum amount of organic acids at 200C and 0.5 h reaction time. To confirm the possibility for leaching of Sr from Terunuma soil, strontium-adsorbed Terunuma soil (Sr-S) was studied. For Sr-S, hydrothermal treatment at 200C for 0.5 h reaction time allowed 40% of the Sr to be leached at room temperature, thus demonstrating an additive-free method for screening of Sr in soil. The additive-free hydrothermal leaching method avoids calcination of solids in the first step of chemical analysis and has application to both routine monitoring of metals in soils and to emergency situations.