粘土鉱物に吸着したCsのケミカルシフトと構造の関係

Relationships between chemical shift and structure of Cs absorbed on clay mineral

武井 滉洋*; 大窪 貴洋*; 舘 幸男  ; 深津 勇太  

Takei, Koyo*; Okubo, Takahiro*; Tachi, Yukio; Fukatsu, Yuta

天然の岩石や土壌中の放射性核種の移行を評価するうえで、風化生成物として含まれる粘土鉱物への放射性核種の吸着・固定は重要な現象のひとつである。放射性廃棄物の地層処分の安全評価や福島の環境中へ放出された核種の挙動評価において、重要な放射性核種であるCsは、主に粘土鉱物によって吸着・固定化される。岩石や土壌に含まれる代表的な粘土鉱物であるバーミキュライトはCsを強く吸着することが知られておりCsの移動挙動を支配する物質の一つである。バーミキュライトへのCsの吸着・脱着試験より、バーミキュライトは複数のCs吸着サイトが存在することが示唆されているが、その詳細なメカニズムについては解明されていない。そこで本研究では、Csが吸着したバーミキュライトの133Cs固体NMR実験とモデル構造によるシフト計算により、バーミキュライトに吸着したCsのケミカルシフトと構造の関係を調べた。

Cs adsorption sites on vermiculite clays were investigated by Cs magic-angle-spinning nuclear magnetic resonance (MAS NMR) and theoretical Cs chemical shift calculations. A partially Cs exchanged vermiculite sample was prepared. Three peaks on Cs MAS NMR spectra were experimentally observed. However, Cs absorption sites were not assigned to these peaks. A molecular model of fully Cs exchanged vermiculite was built to obtain Cs chemical shift theoretically by GIPAW method. Calculated Cs chemical shift ranged 23 to 47 ppm, which corresponds to the peak of the lowest field side. Detailed relationships between structure and Cs chemical shifts were investigated from Cs position and vermiculite layer structure.