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斉藤 拓巳*; 元川 竜平; 大窪 貴洋*; 三浦 大輔*; 熊田 高之
Environmental Science & Technology, 57(26), p.9802 - 9810, 2023/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Engineering, Environmental)Aggregation of humic acids (HAs) were studied by small-angle neutron and X-ray scattering techniques. The combination of these techniques enables us to examine aggregation structures of heterogeneous HA particles. Two HAs with distinctive compositions were examined; a commercial HA (PAHA) and a HA extracted from deep sedimentary groundwater (HHA). While macroscopic coagulation tests showed that these HAs were stable in solutions except for HHA at pH 
6, small-angle neutron scattering (SANS) and X-ray scattering (SAXS) revealed that they formed aggregates with the sizes exceeding sub-micrometer length scale. The SAXS curves of PAHA remarkably varied with pD, whereas the SANS curves did not. With the help of theoretical fittings, it was revealed that PAHA aggregates consisted of two domains: poorly hydrated cores and well-hydrated proton-rich shells. The cores are (dis)aggregated with pD inside the aggregates of the shell. The SANS and SAXS curves of HHA resemble each other, and their intensities at low q increased with a decrease of pD, indicating the formation of homogeneous aggregates. This study revealed that distinctive aggregation behaviors exist in humic substances with heterogeneous structures like PAHA, which is invaluable for their roles in the fate of contaminants or nutrients in aqueous environments.
Cs NMR chemical shift of clay minerals via machine learning and DFT-GIPAW calculations大窪 貴洋*; 武井 滉洋*; 舘 幸男; 深津 勇太; 出口 健三*; 大木 忍*; 清水 禎*
Journal of Physical Chemistry A, 127(4), p.973 - 986, 2023/02
被引用回数：1 パーセンタイル：56.86(Chemistry, Physical)粘土鉱物へのCsの吸着サイトの特定は、環境化学の分野で研究されてきた。核磁気共鳴(NMR)実験によって、吸着されたCsの局所構造を直接観察することが可能である。固体NMR実験から得られたCsのNMRパラメータは、吸着されたCsの局所的な構造に敏感である。しかしながら、NMRデータだけからCsの吸着位置を決定することは困難であった。本研究では、機械学習と実験的に観察されたケミカルシフトを組み合わせることにより、粘土鉱物に吸着されたCsの吸着位置を特定するためのアプローチについて提示する。原子配置の記述子とNMRによるケミカルシフトの第一原理計算結果を関連付けて評価する機械学習の線形リッジ回帰モデルを構築した。これにより、原子配置の構造データからCsのケミカルシフトを高速で計算することが可能となった。機械学習モデルによって、実験的に観察された化学シフトから逆解析を行うことにより、Cs吸着位置を導き出すことが可能になる。
Cs
, and 
I
in compacted Ca-montmorillonite; Experimental and modeling approaches深津 勇太; 四辻 健治*; 大窪 貴洋*; 舘 幸男
Applied Clay Science, 211, p.106176_1 - 106176_10, 2021/09
被引用回数：10 パーセンタイル：75.92(Chemistry, Physical)Mechanistic understanding and predictive modeling of radionuclide diffusion in Na- and Ca-montmorillonite are essential to evaluate the long-term evolution of the bentonite barrier and their impact on radionuclide migration during geological disposal of radioactive wastes. Thus, the diffusion behavior of Cs, I, and tritiated water (HTO) in compacted Ca-montmorillonite was investigated as a function of porewater salinity and dry density via both experiments and models. The effective diffusion coefficient (De) followed in the order of Cs 
HTO I. The De of Cs decreased with increasing salinity, whereas the dependence of De of I on salinity was uncertain. The cation excess and anion exclusion effects for Ca-montmorillonite were lower than those for Na-montmorillonite. The integrated sorption and diffusion (ISD) model, assuming the homogeneous pore structure and the electrical double layer (EDL) theory for 2:1 electrolyte (CaCl
), could account for the observed trends for De in Ca-montmorillonite. The lower dependence of De on the porewater salinity in Ca-montmorillonite was caused by the reduction of the EDL thickness for divalent cations (Ca
) in comparison with that for monovalent cations (Na). The multipore model could improve the fit for De of I at low salinity due to the reduction of interlayer pore volumes and anion exclusion effect, however, the disparity at higher densities was considerably larger. From these results, cation diffusion for compacted Ca-montmorillonite could be mainly explained by the electrostatic interactions in the homogeneous pore model; in contrast, anion diffusion was sensitive to both electrostatic interactions and heterogeneous pore structures. The proposed ISD model is an effective tool to evaluate the radionuclide diffusion and sorption behavior in both compacted Ca-montmorillonite and Na-montmorillonite.
大窪 貴洋*; 山崎 秋雄*; 深津 勇太; 舘 幸男
Microporous and Mesoporous Materials, 313, p.110841_1 - 110841_11, 2021/01
被引用回数：5 パーセンタイル：29.65(Chemistry, Applied)Ca型モンモリロナイト中の間隙分布が、乾燥密度(0.8-1.6g/cm
),間隙水塩濃度(脱イオン水、0.1及び1M CaCl),温度(233-303K)の条件下で、
H NMR測定によって調査された。圧縮Ca型モンモリロナイト中の2層及び3層水和を含む層間間隙と層間外間隙の体積割合が、緩和時間
及び
分布の分析に基づくNMR緩和時間測定法によって定量評価され、さらに、NMR凍結間隙測定法及びX線回折法による結果と比較された。これらの分析によって、Na型モンモリロナイトと比較可能な、Ca型モンモリロナイト中の間隙分布の状態を把握することができた。圧縮Ca型及びNa型モンモリロナイト中の間隙分布に影響を及ぼす主要な因子は圧縮密度であり、間隙水塩濃度の影響は相対的に小さい結果となった。CaとNaの層間陽イオンの影響は高密度条件では小さいが、低密度ではその影響は顕著であった。
Cs solid-state NMR and density functional theory calculations大窪 貴洋*; 岡本 拓也*; 河村 雄行*; Gu
gan, R.*; 出口 健三*; 大木 忍*; 清水 禎*; 舘 幸男; 岩舘 泰彦*
Journal of Physical Chemistry A, 122(48), p.9326 - 9337, 2018/12
被引用回数：13 パーセンタイル：60.51(Chemistry, Physical)モンモリロナイトに吸着したCsの吸着構造を核磁気共鳴法(NMR)によって調査した。Cs置換率や含水率の異なるCs型モンモリロナイトのNMRスペクトルを測定するとともに、Cs吸着構造とNMRパラメータの関係を明らかにするために、第一原理計算に基づいてNMRパラメータを評価した。NMR実験と第一原理計算との比較の結果、Cs置換率が低いモンモリロナイトでのCs吸着形態は4面体シートでAl置換されたサイトの近傍に吸着したCsであること、Cs置換率と含水率が高い条件においてもCsの一部は脱水和状態で吸着していることを明らかにした。
四辻 健治; 舘 幸男; 大窪 貴洋*
CMS Workshop Lectures, Vol.21, p.251 - 257, 2016/06
処分環境における圧縮ベントナイト中の核種の拡散係数や収着分配係数等の整合的な推定評価を目指し、原子力機構では統合収着・拡散モデル(ISDモデル)の開発を進めてきた。ISDモデルは、圧縮ベントナイト中の間隙水化学および核種の収着・拡散挙動を整合的に評価するモデルである。特にISDモデルの拡散パートは電気二重層理論と均質間隙モデルに基づいており、カチオンの過剰な実効拡散係数と細孔間隙でのアニオン排除を整合的に説明できる。現状のISDモデルは1価カチオン/アニオンの実効拡散係数をある程度定量的に評価できるが、多価カチオンや錯体形状の化学種に対しては実測データの再現性が悪い。モデルを改良するには、溶質・溶媒および粘土鉱物間の相互作用を分子レベルで高度化するとともに、不均質間隙構造を考慮したモデル化を進める必要がある。そこで本研究では、多重間隙構造を考慮して現状ISDモデルの高度化を検討した。多重間隙モデルによる解析の結果、実効拡散係数の塩濃度依存性が、現状の均質間隙モデルより緩和され、拡散モデルが改善されることがわかった。
大窪 貴洋*; 茨城 萌*; 舘 幸男; 岩舘 泰彦*
Applied Clay Science, 123, p.148 - 155, 2016/04
被引用回数：29 パーセンタイル：74.44(Chemistry, Physical)含水飽和圧縮粘土(3種類の塩濃度で含水飽和された密度0.8および1.4g/cmのNa型モンモリロナイト)中の間隙構造をNMR緩和法と凝固点降下法により評価した。4層状態までの層間水と層間外水との割合がそれぞれの緩和時間の閾値から計算された。低密度試料では、層間外水の割合が55%までの高い割合を示した。凝固点降下を利用した低温条件でのNMR測定の結果は、熱量測定から得られた約4nmのメソポアが、層間外水の閾値として評価された。凝固点降下とNMR緩和法で評価された層間外水の割合は、10%以内の差で一致した。-10
Cでの縦緩和時間(
)と横緩和時間(
)の相関性評価から、密度1.4g/cmの条件下においても、高い移動度をもつバルクに近い水分子が存在することが示唆された。
大窪 貴洋; 山口 真*
no journal, ,
局所磁場の影響を受けない磁場勾配NMR法による自己拡散係数測定のパルスシーケンスを適用し、電解質溶液で調整した粘土ゾル・ゲル中の水の自己拡散係数を計測した。
大窪 貴洋; 山口 真*
no journal, ,
磁場勾配NMR法により、粘土ゲルが充填したガラスビーズ層中の水の自己拡散係数の拡散時間依存性を測定した。測定にあたっては、6ms以下の短い拡散時間に対して振動磁場勾配を用いる手法、6
200msといった長い拡散時間に対しては、対磁場勾配パルスを適用して測定を行った。これら測定から得られた水の自己拡散係数の拡散時間依存性を解析することにより、粘土ゲル充填ガラスビーズ層の比表面積及び屈曲度を評価した。
大窪 貴洋; 菊池 広人*; 山口 真*
no journal, ,
地層処分研究開発において、人工バリアの設計及び安全性評価のために、圧縮ベントナイトの透水試験及び拡散係数のデータが取得されている。しかしながら、核種の移行経路となる飽和圧縮ベントナイト中の空隙構造については、必ずしも明らかになっていない。本研究では、NMR緩和法により飽和圧縮ベントナイトの解析を行い、空隙構造の評価を行った。得られた緩和時間分布から空隙サイズを推定し、層間距離と比較した。
大窪 貴洋*; 茨城 萌*; 舘 幸男; 岩舘 泰彦*
no journal, ,
水の1H NMR緩和時間測定法が、異なる塩濃度溶液で飽和させた圧縮モンモリロナイト中の間隙構造の調査に適用された。乾燥密度が0.8及び1.2g/cmの試料が、純水, 0.05, 0.10, 0.50, 1.0MのNaCl溶液で飽和された。異なる水分子層として1, 2, 3水分子層の割合が、縦緩和時間の分布から推定された。1, 2, 3水分子層の割合は、NaCl濃度によって変化した。モンモリロナイト層間と粒子間間隙を区別するしきい値は、X線回折分析による4水分子層の存在に疑問があるため、3水分子層とした。1水分子層及び粒子間間隙の割合は、乾燥密度1.2g/cmの全ての条件において無視できるほど小さかった。一方で、2水分子層は塩濃度による3水分子層の増加とともに減少した。
三ツ井 誠一郎; 大江 俊昭*; 稲垣 八穂広*; 大窪 貴洋*; 黒澤 進*; 後藤 考裕*; 稲垣 学*; 石黒 勝彦*; 高瀬 博康*; 高橋 博一*
no journal, ,
頑健な性能評価モデルを開発するため、NUMO-JAEAの共同プロジェクトの一環として、ガラスの性能および処分環境条件におけるガラスの溶解/変質プロセスに関する基盤情報の整備を進めている。基盤情報整備のための反復を伴う作業プロセスは、(1)ガラス固化体の溶解に影響する現象等に関する現時点での知見の整理、(2)知見の整理結果を踏まえたガラス固化体溶解のシナリオの作成、(3)概念モデルの作成、(4)関連プロセスの相対的重要度および不確実性を評価するための感度解析、(5)基盤情報の改善に向けた課題の検討、の5つの段階からなる。発表では、このタスクの現状について紹介する。
Cs固体核磁気共鳴法によるモンモリロナイトに吸着したCs吸着構造の解析,1; GIPAW法によるCs NMRパラメータ予測大窪 貴洋*; 岩舘 泰彦*; 舘 幸男
no journal, ,
モンモリロナイトに吸着したCsのNMRパラメータと吸着構造の関係を明らかにするために、第一原理計算に基づいたCs NMRパラメータの理論計算を行った。四面体層のAl置換サイト近傍に吸着したCsのケミカルシフトは、低磁場シフトすることが明らかとなった。
Cs固体核磁気共鳴法によるモンモリロナイトに吸着したCs吸着構造の解析,2; Cs MASおよびCs 3Q MAS NMRによる構造解析岡本 拓也*; 大窪 貴洋*; 岩舘 泰彦*; 出口 健三*; 清水 禎*; 大木 忍*; 舘 幸男
no journal, ,
モンモリロナイトに吸着したCsの吸着構造の関係を明らかにすることを目的に、Cs置換率の異なるモンモリロナイトを調製し、Cs Magic angle spinning (MAS) NMRおよびCs Triple quantum (3Q) MAS NMR測定を行った。理論計算から得られたCs NMRパラメータと実測したスペクトルを比較することでピークの帰属を行いCs吸着サイトの構造を検討した。
岡本 拓也*; 大窪 貴洋*; 岩舘 泰彦*; 出口 健三*; 清水 禎*; 大木 忍*; 舘 幸男
no journal, ,
モンモリロナイトに吸着したCsの吸着構造を明らかにすることを目的に、Cs吸着モンモリロナイトを調製し、Cs Magic angle spinning (MAS) NMR測定を行った。含水率の異なるCs型モンモリロナイトの測定結果から、水和に伴うCsの吸着構造の変化を解析した。
山崎 秋雄*; 大窪 貴洋*; 岩舘 泰彦*; 舘 幸男
no journal, ,
含水飽和圧縮Na型モンモリロナイト中の間隙構造の1H NMR法による分析を実施した。1H NMRで観測される水分子の緩和時間と凍結温度が空隙サイズに依存することを利用して、飽和圧密モンモリロナイトの層間と粒子間空隙の定量を試みた。
山崎 秋雄*; 大窪 貴洋*; 岩舘 泰彦*; 舘 幸男
no journal, ,
含水飽和させた圧縮Ca型モンモリロナイト中の空隙構造を1H NMR法によって分析した。1H NMRで観測される水分子の緩和時間が空隙サイズに依存することを利用して、圧縮Ca型モンモリロナイトの層間と粒子間空隙を定量的に評価した。
大窪 貴洋*; 舘 幸男
no journal, ,
モンモリロナイトに吸着したCsの吸着構造を核磁気共鳴法(NMR)によって調査した。Cs吸着構造とNMRパラメータの関係を明らかにするために、第一原理計算に基づいて、Cs NMRパラメータを評価した。
中島 克樹*; 大窪 貴洋*; 舘 幸男
no journal, ,
モンモリロナイトに吸着したCsの吸着構造を核磁気共鳴法(NMR)によって調査した。Cs置換率や含水率の異なる条件でCsを吸着させたモンモリロナイト試料のNMR測定結果から、水和に伴うCsの吸着構造の変化を明らかにした。
坂田 渚彩*; 舘 幸男; 岩舘 泰彦*; 大窪 貴洋*
no journal, ,
セメント系材料は放射性廃棄物の処分において、処分施設の構造材料として用いられ、放射性核種の移行抑制効果などが期待されている。そのためセメント材料中での核種移行経路を解明することは、セメント系材料の長期性能評価にとって重要である。核磁気共鳴法(NMR)で計測される間隙水の1Hの横緩和時間(T2)は、間隙構造に関連付けられることが知られている。本研究では、この手法をセメント系材料の水和過程と間隙構造の評価に適用し、関係構造と物質移行特性の関係を議論した。試験結果から、セメント系材料の移行経路としては、セメントとモルタル材料として含まれる珪砂との粒界間隙が支配的であること、C-S-Hゲル層間及びゲル間隙はその寄与が大きくないことが示唆された。
