Adsorption structures and bonding states of cesium and barium adsorbed on various sites of vermiculite

vermiculiteの吸着サイトに応じたセシウム及びバリウムの局所構造及び結合性の評価

山口 瑛子  ; 奥村 雅彦   ; 河村 直己*; 高橋 嘉夫*

Yamaguchi, Akiko; Okumura, Masahiko; Kawamura, Naomi*; Takahashi, Yoshio*

粘土鉱物の吸着反応にはまだ未解明な点が多く残されており、その原因の一つは吸着サイトが複数存在することである。それぞれの吸着サイトの寄与量は吸着イオンの濃度に依存することが知られており、主に高濃度試料を分析する原子レベルでの研究結果と低濃度試料が多い環境試料の分析結果の包括的な理解に課題がある。そこで本研究では、放射光を用いた実験や第一原理計算を組み合わせることで、吸着濃度に応じて吸着サイト及び吸着イオンの局所構造が系統的に変化する様子を原子レベルで捉え、吸着イオンと粘土鉱物の相互作用がイオン結合的であることを示した。

There are many unresolved issues in the adsorption reactions of clay minerals. One of the reasons is the existence of multiple adsorption sites. It is known that the contribution of each adsorption site depends on the concentration of adsorbed ions, and there is a challenge in comprehensively correlate the results of atomic-level simulations that employ limited number of atoms and inevitably deal high-concentration samples with actual environmental samples where concentrations are orders of magnitude lower. In this study, we combined experiments using synchrotron radiation and first-principles calculations to comprehensively elucidate the systematic changes in the local structure of adsorption sites and adsorbed ions based on the adsorption concentration at the atomic level, and demonstrated that the interaction between adsorbed ions and clay minerals involves ionic bonding.