フミン酸およびベントナイトに由来する有機物のサマリウム溶解度に及ぼす影響評価

An Estimation of influence of humic acid and organic matter originated from bentonite on samarium solubility

金持 真理子*; 佐藤 治夫; 笹平 朗*

not registered; Sato, Haruo; not registered

天然の地下水中に存在する有機酸は、ガラス固化体から漏洩した放射性核種と錯体を形成し溶解度を上昇させることが懸念されている。一方、これまでに報告されている核種と有機物との錯形成は、主に酸性領域で取得されたデータがほとんどであり、処分環境で予測されるような比較的高いpHで測定されたデータは少ない。本研究では、高pH領域において、有機物の共存によってサマリウムの溶解度が影響を受けるかどうかを把握するため、市販のフミン酸(アルドリッチ製)あるいはベントナイト起源の水溶性有機物の共存下におけるサマリウムの溶解度変化を実験と熱力学計算を併用して検討した。その結果、液相中で共存するフミン酸の濃度が高いと見かけ上サマリウムの溶解度も高くなる傾向が認められた。しかし、熱力学計算では炭酸イオンが共存する系では炭酸錯体が支配的化学種となり、フミン酸の効果は炭酸と比較して小さいことが示された。また、全有機炭素濃度を指標として、ベントナイト起源の有機物と市販のフミン酸(アルドリッチ製)の効果を比較すると、ベントナイト起源の有機物の方がサマリウム溶解度に与える影響は小さかった。ベントナイト起源の有機物の中には、錯形成の安定度定数の小さい単純な有機物も含まれていたため、フミン酸と比較して効果が小さかったものと考えられる。更に、主として酸性領域で取得されたデータに基づいて提案されている、既存の有機物錯体モデルとの比較を行った。Kimにより提案された、イオンの価数と同数のサイトを1ユニットとして電荷が中和される1対1錯体の形成を前提に、フミン酸による溶解度上昇を試算した。その結果、フミン酸錯体よりも炭酸錯体の方が支配的となり、熱力学計算結果を支持したが、フミン酸の解離度の影響が明確になっておらず、Loading Capacityによるフミン酸濃度の規格化の有効性を確認できなかった。サマリウムと有機物との錯体の濃度を測定するため、紫外吸収法の適用を試みた。しかし、フミン酸の強い吸収が錯体の吸収帯と重なっていたため、錯体濃度を評価するに至らなかった。

Organic acids in groundwater are considered to form complexes and increase the solubility of radionuclides released from vitrified waste in a high-level radioactive waste (HLW) repository. To ivestigate whether the solubility of samarium (Sm) is influenced by organic substances, we measured Sm solubility in the presence of different organic substances and compared those values with results from thermodynamic predictions. Humic acid (Aldrich) is commercially available and soluble organic matter originated from bentonite were used as organic substances in this study. Consequently, the solubility of Sm showed a tendency to apparently increase with icreasing the concentration of humic acid, but in the presence of carbonate, thermodynamic predictions suggested that the dominant species are carbonate complexes and that the effect of organic substances are less than that of carbonate. Based on total organic carbon (TOC), the increase of Sm solubility measured with humic acid (Aldrich) was more significant than that in the case with soluble organic matter originated from bentonite. Since bentonite is presumed to include also simple organic matters of which stability constant for forming complexes is low, the effect of soluble organic matter originated from bentonite on the solubility of Sm is eonsidered to be less effective than that of humic acid (Aldrieh). Experimental values were compared with model prediction, propsed by Kim, based on data measured in a low pH region. Tentatively we calculated the increase in Sm solubility assuming complexation with humic acid. Trial calculations were carried out on the premise that the complexation reaction of metal ion with humic acid is based on neutralization process by 1-1 complexation. In this process, it was assumed that one metal ion coordinates with one unit of complexation sites which number of proton exchange sites is equal to ionic charge. Consequently, Kim's model indicated that carbonate complexes should be dominant ...