核種の有機系コロイドへの収着挙動および多孔質媒体中での有機系コロイドの移行挙動に関する研究

Sorption of nuclides on organic colloids and their migration through porous media

長崎 晋也*

Nagasaki, Shinya*

天然に普遍的に存在する代表的な有機コロイドであるフミン酸(HA)と放射性廃棄物処分で問題となるUO22+の錯体形成について、クエンチング法、遠心限外ろ過法、そして赤外分光(IR)測定によって評価を行い、HAの有する官能基分布の不均質性及び高分子電解質性の点から錯体形成挙動に関する知見を得た。クエンチング実験の結果から、HA中にはUO22+との錯体形成によって、蛍光のクエンチングをうけるサイトが存在し、特に、そのようなサイトが低分子量のフラクションに多く含まれることが分かった。また、遠心限外ろ過実験の結果とその比較から、クエンチングサイトよりも安定な錯体を形成するHAの蛍光に関与しない錯体形成サイトが全てのフラクションに存在することが示された。さらに、異なる溶媒によって洗浄を施したHA-UO22+錯体のIR測定の結果から、UO22+がHAの官能基と直接結合する内圏型錯体とUO22+が水和水を保持したまま静電的にHAに吸着する外圏型錯体の存在の可能性が示唆された。微視的機構論に基づいた計算手法である実数格子ガス法を用いて、十字に交差した流路(Fracture Junctions)における流体の流れと輸送物質の混合度について解析を行い、天然バリア母岩中の地下水の流れとその中における物質輸送現象を評価するための知見を得た。入口-出口間における圧力の距離依存性を調べ、線形性があることが分かった。この結果より、流体を圧力によって駆動した際の実数格子ガス法による解析がFracture Junctionsにおいても有効であることが確かめられた。また、流路出口における輸送物質の混合度と流体のPeclet数との間に逆S字状の負の相関関係があることからPeclet数が小さいとき混合度が高く、混合度は特定のPeclet数の範囲において大きく変化することが確認された。このことから流速の極端に遅い地下水系において2流体が衝突するとき、輸送物質が混合していることが示唆された。

Humic acid (HA) is popular organic colloid ubiquitous in the environment and forms stable complexes with actinides, such as U(VI), resulted from nuclear wastes. However, such complexation is complicated because HA has heterogeneous distribution of its functional groups and polyelectrolyte properties. In this work, complexation between HA and UO was examined by means of fluorescence quenching, ultracentrifuge and Foulier transform infrared(FTIR) spectroscopy, especially from the points of above features of HA.. From the results of fluorescence quenching method, it was elucidated that the presence of complexing sites which resulted in the quenching of the fluorescence of HA, and such sites were mostly contained in the lower molecular weight fraction. The comparison of these results with those of ultracentrifuge also leaded to the presence of complexing sites in all fractions which did not contribute to the fluorescence of HA. Furthermore, from FTIR measurement of the complexes after washing with different medium, the possibility of the two complexing modes was indicated: the direct binding between the functional groups of HA and UO (innersphere complex) and the electrostatic binding of UO with HA, accompanied with hydrated water of UO (outersphere complex). For the further understanding of the colloid mediated transport in a natural barrier of nuclear waste disposal, the analysis for the relation between the flow of fluid and the mixing ratio of transported materials in cross-intersected flow-paths (Fracture Junctions) with Real-coded Lattice Gas method (RLG), which based on new micro and mesoscopic simulation, revealed the characteristic of underground water flow and the material transport phenomena. The investigation of the distance dependency of he pressure between entrance-exits leads to that its dependency is linear. These results suggested that the analysis of pressure-driven fluid with RLG was effective ...