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Characterization and thermodynamic study of the protonation of humic acid dissolved in deep groundwater at Horonobe, Hokkaido, Japan

本邦幌延地域の深部地下水中の溶存フミン酸を対象としたプロトン化反応の特性評価および熱力学的研究

紀室 辰伍*; 桐島 陽*; 秋山 大輔*; 佐藤 修彰*; 長尾 誠也*; 斎藤 拓巳*; 天野 由記; 宮川 和也 

Kimuro, Shingo*; Kirishima, Akira*; Akiyama, Daisuke*; Sato, Nobuaki*; Nagao, Seiya*; Saito, Takumi*; Amano, Yuki; Miyakawa, Kazuya

高レベル放射性廃棄物から溶出した放射性核種が地下水中の天然有機物の一種である腐植物質と錯生成することで、放射性核種の移行が促進される可能性が指摘されており、腐植物質と金属イオンの錯生成を定量的に記述する試みがなされてきた。腐植物質は、組成不均質性を持つ高分子電解質であり、その性質は起源や履歴によって大きく異なる。しかしながら、実際の深部地下水中に溶存している腐植物質を用いた研究は限られている。本研究ではこれまでに、北海道幌延町の深度350m地下水中に溶存している腐植物質を抽出し、熱量滴定法により、幌延腐植物質のプロトン化反応における反応機構を調べてきている。本発表では、サイズ分画クロマトグラフィ(SEC法)およびフロー・フィールド・フロー・フラクショネーション法(Fl-FFF法)により、腐植物質の分子量および流体力学径を新たに取得し、単純有機物やIHSSの標準腐植物質のそれらの結果と比較した。その結果、幌延の腐植物質は、IHSSの標準腐植物質より小さな分子量、流体力学径、プロトン化エンタルピーを持つことが明らかになった。このことから、幌延の腐植物質は、表層の腐植物質に見られるような複雑な組成不均質性を持たない、より単純な構造を持ち、その反応メカニズムもより単純であることが分かった。

In this study, size exclusion chromatography (SEC), flow-field flow fractionation (Fl-FFF) and calorimetry were applied to the humic acid isolated from the groundwater collected at 350m below the ground level at the Horonobe Underground Research Laboratory, JAEA. First, the characteristic molecular weight distribution of Horonobe humic acids were observed from the SEC analysis. Second, the small hydrodynamic diameter of Horonobe humic acids were observed by the Fl-FFF. Finally, the protonation enthalpies of Horonobe humic acids were determined by the combination of potentiometry and calorimetry. The values of protonation enthalpy of Horonobe humic acids were close to simple organic acids (i.e., benzoic acid and phenol). It was suggested that Horonobe humic acids have lower molecular weight than IHSS surface soil humic acids (Elliot Soil and Waskish Peat) and the simple protonation mechanism, which is not affected by the heterogeneity.

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