Diffusion modeling in compacted bentonite based on modified Gouy-Chapman model

拡張Gouy-Chapmanモデルによる方程式による圧縮ベントナイト中の拡散のモデル化

四辻 健治; 舘 幸男  ; 西巻 祐一郎*

Yotsuji, Kenji; Tachi, Yukio; Nishimaki, Yuichiro*

圧縮ベントナイト中の核種の収着と拡散現象の定量評価のために、統合収着・拡散モデル(ISDモデル)の開発を進めてきた。平均化された狭隘間隙と電気二重層理論を仮定したISDモデルは、多様な環境条件での1価の陽イオン/陰イオンの拡散データを定量的に説明可能である。しかし、多価の陽イオン,陰イオンや複雑な化学種に対して、系統的な差異が認められていた。本研究では、排除体積効果及び誘電飽和効果を現状のISDモデルに取り入れ、拡張Poisson-Boltzmann方程式の数値解析評価を試みた。表面近傍におけるイオン濃度分布は影響されるものの、間隙全体でみるとその効果は打ち消され、結果として、これらの改良モデルの実効拡散係数への影響はいずれも小さかった。一方で、有効電荷をもつ水和イオンとしての拡散を仮定したモデルでは、拡散データは良好に再現される結果となった。

The integrated sorption and diffusion (ISD) model has been developed to quantify these processes in compacted bentonite. The ISD model assuming averaged narrow porespace and the electric double layer (EDL) theory could give quantitative agreement with diffusion data of monovalent cations and anions under wide range of conditions. However, the systematic disagreements were observed for multivalent cations, anions and complex species. In this study, the excluded volume effect and the dielectric saturation effect were introduced into the current ISD model and the modified Poisson-Boltzmann equations were numerically solved. The ionic distributions were influenced at the near surface, however, these changes were canceled by averaging for the porespace. As a result, these modified models had little effect on the effective diffusivity. On the other hand, the modified model considering hydrated ions with the effective electric charge could give good reproducibility of diffusion data.