バーミキュライト及び風化黒雲母懸濁液のナノ-メソ構造とセシウムイオンの吸着挙動; X線・中性子小角散乱法で明らかにできること

Mesoscopic structure of vermiculite and weathered biotite clays in suspension with and without cesium ions; Small-angle X-ray and neutron scattering studies

元川 竜平   ; 遠藤 仁*; 横山 信吾*; 西辻 祥太郎*; 矢板 毅; 小林 徹 ; 鈴木 伸一

Motokawa, Ryuhei; Endo, Hitoshi*; Yokoyama, Shingo*; Nishitsuji, Shotaro*; Yaita, Tsuyoshi; Kobayashi, Toru; Suzuki, Shinichi

福島第一原子力発電所の事故により環境中へ放出された放射性セシウムが、福島県を中心に広範な地域に対して環境汚染をもたらした。地表の放射性セシウムは、水を介して拡散し、土壌に吸着しているが、その中でも特に風化黒雲母・バーミキュライトといった特定の粘土鉱物に濃縮され、強くとり込まれることが明らかにされている。粘土鉱物中へのセシウムイオン吸着メカニズムの検討は、X線回折法やX線吸収微細構造法、顕微鏡観察などを用いてこれまでに数多くの報告がされているが、粘土鉱物のナノ-メソスケールの構造を明らかにして、イオンの吸着挙動との関係を定量的に報告した例はほとんどない。そこで我々は、X線小角散法を用いて、バーミキュライト・風化黒雲母/セシウム懸濁液の構造解析を行い、セシウムイオンの吸着に伴う粘土鉱物の構造変化を観察した。その結果、バーミキュライトのある場所に放射性セシウムイオンが1個だけ吸着すると、その隣にもセシウムや化学的性質の類似したイオンが吸着しやすくなるため、特定の粘土層に多くのセシウムイオンが取り込まれることを明らかにした。さらに、粘土層に入ったセシウムは、粘土の酸素と直接結合し、層の反対面では、負の電荷が弱まることから剥離が生じやすくなる。このことにより二つの粘土層がはがれ、それぞれの粘土層の表面にもセシウムが吸着しやすくなり、バーミキュライトに対して、次々とセシウムイオンが吸着していくことを解明した。

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