Anisotropy in diffusion and activation energies of I- and Cs+ ions in compacted smectite

None

佐藤 治夫

Sato, Haruo

圧縮ベントナイトの主要粘土鉱物のスメクタイト中のI-とCs+イオンの拡散及び活性化エネルギーの異方性について検討した。実験にはイオン交換処理したNaスメクタイトを使用し、乾燥密度、塩濃度、温度、スメクタイト粒子の配向方向に対する拡散方向をパラメータにとして、見掛けの拡散係数(Da)と活性化エネルギー(Ea)を測定した。両イオンのDaとEaの乾燥密度、塩濃度、拡散方向に対する変化より、I-イオンは、主として外部間隙を拡散移行し、Cs+イオンは、層間と外部間隙の両方を拡散移行すると考えられた。また、Eaの乾燥密度に対する変化は、拡散移行経路とスメクタイト表面からの静電的影響に加えて、間隙水の活量の影響を反映したものと考えられた。特に、Cs+イオンは、低乾燥密度では、Na+イオンとのイオン交換エンタルピーを考慮することで説明できるが、高乾燥密度では、この効果に加えて、間隙水の活量低下の影響も同時に受けていると考えられた。

The anisotropies in the diffusion and activation energies (Ea) of I- and Cs+ ions in compacted smectite and the effect of salinity on the diffusion of both ions were studied. A Na-smectite prepared by ion-exchanging with Na+ ions a Na-bentonite, was used. The diffusion experiments were performed as a function of smectite's dry density, salinity, temperature and diffusion direction to the orientated direction of smectite particles. Considering electrostatic effect from the surface of smectite aggregates and the change in tortuosity on dry density, salinity and diffusion direction, I- ions are presumed to mainly diffuse in interstitial pores, and Cs+ ions are presumed to diffuse in both interlayer and interstitial pores. The change in Ea-values on dry density is considered to be due to the effct of the activity of porewater in addition to the effect of electrostatic effect from smectite surface. Particularly, the diffusion behaviour of Cs+ ions can be explained by considering ion exchange enthalpy between Cs+ and Na+ ions at low-dry density, but it is presumed to be affected by both the decrease in the activity of porewater and the effect of the ion exchange enthalpy at high-dry density.