汚染土壌中の吸着セシウムイオンのミクロ構造の解明
【研究分野】無機工業材料
【研究キーワード】
セシウム / 風化黒雲母 / 安定吸着 / ヒドロキシアルミニウム / イオン交換体 / NMR / TEM / 土壌 / 粘土鉱物 / 吸着 / 粘土 / 土壌汚染 / 風化雲母鉱物 / ミクロ構造
【研究成果の概要】
福島放射能汚染土壌中のセシウム吸着サイトとして、雲母鉱物の風化によって形成される“くさび型空間”に着目した。雲母層間のカリウムイオンの一部をアルミニウムイオンに置換してモデル土壌を調製した。27Al MAS NMR測定から、モデル土壌中の層間アルミニウムが酸素6配位であること、そしてHRTEM解析から時間経過に伴いバーミキュライト型層と緑泥石型層が不規則的に形成されていることが明らかになった。このモデル土壌にCs＋を吸着させて133Cs MAS NMRスペクトル解析をすると、セシウムイオンは風化雲母層間のくさび型空間の異なる２つの吸着サイトに極めて強く吸することが確認された。
【研究の社会的意義】
放射性セシウムの粘土鉱物への吸着、固定化現象は、粘土局所領域で発生する原子スケールの現象である。本研究は、このような現象を明らかにしようとした初めての試みであった。高いセシウム選択性の吸着サイトをもつモデル土壌を再現し、高分解能電子顕微鏡観察や強磁場NMR解析を実施した。その結果、風化雲母鉱物の層間でアルミニウムなどが水酸化物化（緑泥石化）して放射性セシウムの固定化に寄与する可能性が示唆された。また、この現象を再現し、セシウムの脱離に必要とされる化学処理についても検討した。得られた知見は汚染土壌の処理、処分の方法に明確な道筋を与える上で極めて重要な知見と言える。
【研究代表者】
【研究分担者】 |
| 佐久間 博 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 機能性材料研究拠点 | 主幹研究員 | (Kakenデータベース) |
| 佐藤 久子 | 愛媛大学 | 理工学研究科(理学系) | 教授 | (Kakenデータベース) |
| 小暮 敏博 | 東京大学 | 大学院理学系研究科(理学部) | 教授 | (Kakenデータベース) |
| 森本 和也 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 地質調査総合センター | 主任研究員 | (Kakenデータベース) |
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【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31
【配分額】16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)