Thermodynamic study of complexation of deep groundwater humic acid by calorimetry

熱量滴定法による深部地下水フミン酸の錯生成熱力学研究

紀室 辰伍   ; 寺島 元基  ; 舘 幸男  ; 北辻 章浩  ; 宮川 和也   ; 秋山 大輔*; 佐藤 修彰*; 桐島 陽*

Kimuro, Shingo; Terashima, Motoki; Tachi, Yukio; Kitatsuji, Yoshihiro; Miyakawa, Kazuya; Akiyama, Daisuke*; Sato, Nobuaki*; Kirishima, Akira*

深部地下環境中に存在する天然有機物の一種であるフミン酸は、錯生成能が高く放射性核種などの金属イオンの環境中での移行挙動に影響を与えると考えられている。しかし、その錯生成反応機構については知見が不十分であり、特に反応の熱力学を議論するために不可欠な反応エンタルピーやエントロピーは、平衡定数から推定されるに留まっていた。本研究では、北海道幌延町の深度350m地下水に溶存しているフミン酸を抽出し、プロトン化反応と銅(II)イオン、ウラニル(VI)イオンとの錯生成反応における反応熱力学量を、熱量滴定法を用いて直接決定した。得られた結果を典型的なフミン酸や構造既知の有機酸と比較し、幌延深部地下水中のフミン酸の特徴的な反応機構を明らかにした。さらに、得られた反応熱力学量を用いて熱力学平衡計算を行い、放射性核種の移行挙動に及ぼすフミン酸の影響を評価した。

Humic acid is confirmed to be present even in deep underground where radioactive wastes are planned to be disposed. Although the characteristic properties and reaction mechanism of humic acid are strongly affected by its origin, the reaction enthalpy and entropy for groundwater humic acid complexation are only estimated values obtained from the equilibrium constants at different temperature despite these thermodynamic quantities is necessary for the discussion of reaction thermodynamics. In this study, the thermodynamic quantities of the complexation of deep groundwater humic acid at Horonobe, Hokkaido, Japan with copper (II) and uranyl (VI) ion were determined by the combination of the potentiometry and calorimetry to cultivate a better understanding of the reaction mechanism. By the comparison of thermodynamic quantities with typical humic acid and simple organic acid, the characteristic reaction mechanism of Horonobe humic acid was revealed. In addition, thermodynamic equilibrium calculations based on the determined thermodynamic quantities were performed for the discussion of the impact of humic acid complexation and the origin of humic acid in the migration of radionuclide.