要陽イオンによるセシウム溶出挙動

要陽イオンによるセシウム溶出挙動

著者 山科 友紀, 福士 圭介

著者別表示 Yamashina Yuki, Fukushi Keisuke

雑誌名 粘土科学

巻 51

号 3

ページ 88‑94

発行年 2013‑03‑23

URL http://doi.org/10.24517/00063649

doi: 10.11362/jcssjnendokagaku.51.3_88

Creative Commons : 表示 ‑ 非営利 ‑ 改変禁止

粘^土科学　第

51

_{巻 　第}

3

_号

88 − ₉₄

_（

₂₀₁₃

_）

論 　文

微量 ^{の セ シ ウ ム を} 取 り ^{込 ん だ ス メ ク タ イ ト}

か ら ^の 主 要 ^{陽 イ オ ン に よ る セ シ ウ ム} 溶 出挙動

　　　　　 山 科 友 紀

¹

， 福 士 圭 介

²

1金 沢 大 学 理^工学^域

自

然^システム

学

^{類 地 球 学コ}

ー

_ス

　 　 　 　 〒

920−1192

石 川 県 金 沢 市 角 間 町

　　

²金 沢 大 学 環日本 海域環 境 研 究^{セ ン}タ

ー

　 　 　 　 〒

920−1192

石 川 県 金 沢 市 角 間 町

Desorption



behavior



of



cesium



from



cesium



bearin8



^smectite

　　　　　　　 by



^major



^cations

Yuki



YAMASHINAi ，



Keisuke



FUKUSHI2

LEarth

　

Science



Course ，



School

of

Natural



System ，



College

of

Science



and



Engineering ，



^Kanazawa



^University

　 　 　 　

Kakuma −

_machi

，



Kanazawa− shi ，



Ishikawa



920 − ₁₁₉₂

　 　 　 　^21nstituteof

Nature

and

Environmental



Technology ，



^Kanazawa



^University

　 　 　 　

Kakuma−

^machi

，



Kanazawa −

_shi

，



Ishikawa



920 − ll92

Abstract

　　 ^The



^desorption



^behaviors



^of



^Cs



^from



^Cs



^bearing

^smectite

^by

^major

^catlons

^（

^{Na 弓 ，}



^{K † ，}



^{Mg2 ＋ ，}



^{Ca2 ＋}

^and

^NH4

^＋）were

systematically 　examined

．

　

The

　suspension 　of　

the

　

Cs

　

bearing

　smectite 　was 　

prepared

　

by

　reaction of

lg

／

L

　smectite with 

75

　nM

Cs ＋

solution 

in

　

O， 02



^M



^NaCl

^solutions

．



The



desorption



behaviors

^of

Cs

　were 　examined 　

by

　adding 　

the

　major 　cations 　^of　which concentrations ranged 　

from



lO −

₃

　

to

　

10 −

_IN

　

to

　

the

　smectite 　

suspensions ．

　

Ail

　cations 　except 　

for

　

K †

lead

　

to



the



desorption

　of

Cs from

smectite when 

the

concentrations of　

the

　added 　cations 　

increased ．

　

On

　the　other 　

hand ，

　

K ＋

plays

^a　role

for

　

inhibition

　of　

Cs desorption



from

smectite

，

　

The

　order 　of　

the

　abmty 　

for

　

the

　

desorption

　of

Cs

　

from

　smectite 

by

　

the

major cations ^was summarjzed 

as



follow

^：

Ca2 ＋

≒

Mgz †

＞

NH4 ＋

＞

Na ＋

＞

K ＋ ．



^The

selectivity 　coefficients 　

based

　on　

Gaines − Thomas

convention were estimated 

frQm



the

observed 

Clesorption



behaviors ．

Keywords

：cesium

，

smectite

，

^{Inajor 　cat 〔ons}

，



desorption

1 ．

は じめ に

　

東北地 方 太 平 洋 沖 地 震^に起 因 す^{る 福}

島

^第

一

_{原発 事 故に}

より

，

原 発 周^{辺 の}広 範 囲にわ たる地 域^で放 射 能 汚

染

^{が 深} 刻な問 題とな^{っ て い}る

。

土壌 汚染 を 引 き起^こ し^{てい る}最 も重要な放 射 性 物 質は放 射 性^{セ シウムで あ るこ とが}報 告 さ れ^{て いる1〕}。 水 溶

液

中^{でセ シ ウム} （

Cs

）は

一一

_{価の陽 イ}

オ^ン

（ Cs ＋

）^の形 態 をとり

，

^天然 環 境で は 土壌^に普 遍 的

に含 まれ る

粘

^{ヒもしくは粘 土 鉱 物に強 く固 定さ れ る}

性 質

を持^{つ 2}

−

₁₀）

。 福 島 第

一

_{原 発 周 辺の 汚 染土壌で は放 射 性}

_Cs

は 土壌^の

表

^{層 部 の み にと ど まっ てい るこ と が観}

察

^{さ れて}

おり

，

^これは溶 解し た

Cs

^＋は ほ ぼ移 動 す^{る こ と な}く^{土 壌}

表 層 部^の粘^土も^しく^は

粘

^{土鉱 物に濃 集してい る た め と 考} えら れ^て いる1〕

。 Cs

を取 り込 ん で^い る鉱 物 種やそ^の取 り 込み形 態は^い ま^だ明 ら^か とな^{っ てい ないが}

，

福 島の 土壌

は阿 武 隈 花 崗 岩を 母 岩 と す る^ことが多いため

，

雲 母お よ び 膨潤^性粘土鉱 物^であ^るバ

ー

_{ミキュ ラ イ トや ス メ ク タイ}

トが 重 要 な 取 り込 み媒 体^であ^る可能 性^が指 摘^{さ れてい る}

12 〕 o

　

^膨潤^{性 粘 土 鉱}物は雲母 と同じ層 状^の結 晶

構

^{造 を持っ て}

お り

，

そ^の層 間^は層^{状 構 造の原 子の}置 換^に起 因^して

負

の 電 荷 を 帯 び て^い る

，

そ^{の た め}

，

電 荷^の偏 り^{を な}くすよう

に

，

層 問^{に は}水分 子 に 囲 ま れ た交 換 性 陽 イ^{オ ン}が

一 _定

_量

入 る^{こ と}が^で き^る。 交 換 性陽 イ オ^ンは外 溶 液 中^の 陽 イ オ

2012

年

（

平 成

24

年

） 7

月

20

日受 付

，2012

年

12

月

25

凵受理

89

山科友紀

・

_福

． L

_{圭介 粘 土 科 学}

ン種 組 成に依

存

^{し て 入 れ}替わ る^3〕

。

イ オン の結 晶 学 的 半 径^の大 き^い

Cs ＋

は膨 潤 性 粘土鉱 物に 強 岡 に保 持さ れ る こ と が期

待

^{さ れ る3）}

。一

方

，

^膨潤 性 粘^土鉱 物 ^と接 す^る溶 液 中^の主要 陽 イ オ^ンが 高濃 度である場 合

，

強固 に保 持さ れ た

Cs ＋

であっ て も

，

他^の陽イ オンとの競 合に より溶 脱 す る可 能 性^があ^るlo〕。 卞要 陽 イオ^ンに よ る膨 潤 性 粘土鉱 物 か ら の

Cs ＋

溶

^出挙 動^は放

射

性

Cs

の天然 環 境^{に お}け^る拡

散

挙 動や健 康 影 響^の理 解に不 可 欠であると考 えら れ る

。

これまで に

，

膨 潤 性 粘土 鉱 物 に よ る

Cs

吸着 挙 動を調 査 し た研 究^は数 多 くあ^るが^s〕

， Cs

脱 離 挙 動 を検 討し た研 究 は比 較 的 少 ない

。

本研究で普遍 的 に 天 然環 境^に存 在 す^る 膨潤 性 粘土鉱 物^であ る^{ス メ}ク^タイ トを 対

象

^に

，

主 要 陽イ

オ^ン （

Na ＋

，



K ＋

，



Mgz ’

，



Ca2

^＋ お よ び

NH

_，^＋）に よ る微 量

濃

度^で保 持^{さ れ た}

Cs＋

の溶 出挙 動 を室 内 実 験 と^モデ リ^ン

グか ら検 討 した

。

2 ． 試 料 お よび 実験 方法 2 − 1．

試 料

　

^{実 験に は 月}

布

^産

Na

型^{モ ン モ} リ^ロ ナ イ ト（^クニ ピ ア

F

^：

ク^ニ ミネ^工 業 株 式 会 社 ） を用^い た

。

ク^ニ ピア

F

の 陽 イ オ ^ン交 換

容

^{量 は}

115meq

／

100g

で あ り

，

交 換 性 陽 イオ^ン の

90

％ 程 度 が

Na

である^こ とが報 告さ れ てい る⁴

’

ll，

。 本

実 験^{で は} 固液比 が

lg

／

L

と な る ように

，

^クニ ピ ア

F

を

0． 02M

^の

NaCl

と

0 ． 0001M

の

HCI

混 合 溶 液に 添 加 し

，

^ス

メ ク タイ ト懸 濁 液 を

作

^{成し た}

。

実 験^の固 液 比^{はモ ン モ} リ

ロナ イ トを 用^いて セ シ ウム 吸 着 実 験 を行っ た先 行研究⁴

5）

に準^{じて い る}。 ス メ ク タイ ト懸 濁 液^の

NaCl

濃 度は

， 3000rpm

に よ る 回転^速度^を用^{い た}

30

分 間^の遠 心 分 離に

よ り 固 液 分離が可 能な イオ ン強度^の下 限 と して設 定^{さ れ} た。

HCI

を添 加し な^い場

合 ，

^{ス メ ク タ}イ ト懸 濁 液 は

pH9

以 上のアル カ リ性 を示^{し た}。 本 実 験^{で は}主要 陽 イ オ^ン と して

NH4 ＋

を 利 用 する

。



NH ．

，

＋

は

pH

^が

9， 3

以^{上 の}条 件に お い て 電荷を 持 た な^い

NH3

の化 学 形^へ と変 化す る

。

本 研 究で は

NHi

の形 態 変 化 を 防ぐ た め に

，

懸 濁 液^に

HCl

を添 加し

pH

^を

6 〜 7

^の 中 性 条件^に調 整^{し た}

。

なお^{ス メ} ク タ イ トに よる

Cs

吸着^の

pH

^{依 存 性は 小 さい こ と がこ}

れ まで に報 告さ れ^てい る⁴

「

6

「

9〕

。 2 − 2． _実

験 方 法

　

^{実 験に 用い た薬品 は}特級 試薬以 上の品 質^の も^の を用い

た

。

容 器 類^は希 硝 酸^に

一

_{昼夜浸 し たの ち}

，

脱 イ オ^ン水を 用いて よ く洗 浄し風 乾 さ せ た もの を 用い た

。

　 1g

／

L

の ス メ ク タイ ト懸 濁 液に

75nM

（

10

μ

gfL

^{） に な}

る よ う^に

Cs

標 準 液 （

lppmCsCl

溶 液 ）^を加^{える こ とで}

Cs

吸 着ス メ ク タイ ト懸 濁 液^を作 成し た

。

な お

Cs

標準液 の添 加 体 積^は極 微小 量 で あ り

，

^{実 験の}固 液^{比に は}影 響 を 及^ぼす^ほ どで は な^い

。

本実 験の

Cs

濃 度^は誘 導 結 合^プ ラ ズマ

質

^量分 析 計 （

ICP ・ _MS

_：

_Thermo

　

elementaL

　

X7

）^に おい て

，

反 応 実 験 後のろ液 を十 分 な精 度^で測 定^で き^る濃 度^の 下 限 と して設 定 し た。

Cs

脱 離 実 験に 先 立 ち

，

^{ス メ}

ク タイト懸 濁 液に よ る

Cs

取 り込み速 度 実 験を

行

^{っ た}

。

実験はス メク タ イ ト懸 濁 液 をポ リ^カ

ー

_{ボ ネ}

ー

_{ト製の 遠 心}

管にと り

，

初 期 濃 度が

75nM

に な る よ

う

^に

Cs

標 準 液を 添 加^{し た}

。

添 加 後 遠 心 管^の蓋 を 閉 じ

，

^{ミッ ク スロ}

ー

_タ

ー

を 用いて室 温で撹 拌 を 行っ た

。2．6，12，24

時 間 後^に遠 心

管

^を

3000rpm

の 回 転 速 度^で

30

分 間 遠 心 分 離 し

，

上 澄 みを得た

。

上 澄み液 を

0． 2

μm

径

^{フ ィ ル タ を}用^い て ろ過し

，

微^量の硝 酸^を添 加^し

．

適 切^に希 釈 し^たの ち

ICP−MS

に よ る

Cs

濃 度^の測 定 を 行っ た。 そ れ ぞ れの反 応時 間^{につ き}

，

最

低 3

回の

Cs

取 り込み実 験 を行^っ た。 複 数 回^の測 定か ら得 られた 標 準 偏 差 を 実 験 誤 差と し た

。

　^主要 陽^{イ オンに よ る}

Cs

溶 出 実 験では

，

微 量の

Cs

を 含 む^{ス メ}ク タ イ ト懸濁液に 対 し

， 様

^{々な 陽 イ オンを}様^々 な濃 度で添 加 するこ とに よ り

，Cs

^の溶 出 量 を 調^べ た

。

遠 心 管に

lg

／

L

^{の ス メ}ク タ イ ト懸 濁

液

^{を と}り

，75nM

^に

な る よう^に

Cs

標 準 液 を 添 加 し た 後

，

室 温で

2

時間 ミッ ク ス ロ

ー

_タ

ー

_{に よ る撹 拌 を行}

っ た

。 得

^{ら れ た}懸 濁 液^に対 し

， ^Na

^＋

，



K

^＋

，



^NH4 ’

，



^Ca2 ＋

，



^Mg2 ＋

が

10 −

3

（

Na

^＋ 以 外 ）

， 10 −

₂

「

5

， 10 −

_LJ

， 10

^L　5

， 10 ．

iN

加 わる よ

う

^{に そ れ ぞ れの イ オ ン}を

含

^む塩 化

物

溶 液^を微 小 量 添 加 し^た。 添 加 後 遠 心 管^の 蓋 を 閉 じ

，

再 度ミック^スロ

ー

_タ

ー

_{を用いて 室温で}

2

時 間 撹 拌 を 行っ た

。

反 応後

，

前 述^の よう^に固 液 分 離 を行い

，

ろ液

の

Cs

濃 度 を

ICP−MS

に よ り 測

定

^{し た}

。

ス メク タ イ ト^に よ り保

持

^{さ れ た}

Cs

量 は

，

系^{に は}じめ に添 加 し た

Cs

濃 度とろ液^の

Cs

濃 度^の差か ら見

積

^{もっ た}

。

そ れ ぞ れの主 要陽 イ オ^ン

濃

度に^つ き

，

最 低

3

回^の反 応 実 験 を行っ た

。

複 数 回^の測 定 か ら得 られた 標 準 偏 差 を実 験誤差 と し た。

3 ． 結 果

^と

考 察

3 − 1．

ス メク タイ トに よ る

Cs

取 り込 み 挙 動

　Fig ． ¹

に各 時 間で得ら れ た溶 液 中^の

Cs

濃 度 を示 す。

最 少

2 _時

間か ら最 長

24

時 間 ま^で

，

ろ液 中の

Cs 濃 度

^に

変

化^は認め ら れなか^っ た

。

こ の結 果 は

，

^{ス メ クタ イ トに よ}

る

Cs

取 り 込 み 反 応 は少^な く^とも

2

時 間 以 内に完了する 早^い反 応^で あるこ とを示 唆し てい る

。

先

行

研 究^で も^{ス メ}

ク タ イ ト に よ る

Cs

吸着 平 衡は

2

時 間^で達 し

，500

時間 後 も吸着^{量 に は}変 化^がな^{い こ と}が 報 告さ れ て^いる^6｝

。

な

（ 80

賓 言 60

ε E840

． fi6820Q

Q の

璽　

^{● 璽 璽}

Fig

ユ

06 　 ⁵ 　 10 　 15 　 20 　 25 　 　 　　 Reaction



_{time （} hours _）

Cs

sorption 　on　smectite 　as

function

ofa

time ．

第

51

巻 　第

3

号 （

2013

） ス メク タ イ ト か らの主要 陽 イ オンに よ るセ シ ウム溶 出 挙 動

90

お本

実

験と同じク^ニ ピア

F

を用^{い て}

Cs

吸 着 実 験を行^っ た

Iijima



et

　

a14

^｝は

，

実 験期間

1

か ら

ll5

日 で は 期 間 に よ らず

． Cs

吸着^の分 配 係 数^{はほ ぼ}

一

_{定で ある こと を示し}

てい る

。

本 実 験 条 件 に おい て

，

添 加 し た

75nM

の

Cs

の

う ち

， ²⁷

^±

^2nM

^は溶 液 中^に残 存 す^{る こ} とか ら

，

^{ス メ ク}

タ イ ト中 に

Cs

は

48

^±

2nmol

／

g

^{分 配 し た と考え ら れ る}

。

実 験 ^に用^{い た ス メ ク タ イ トの} 陽^{イ オ ン}交 換 容^{量 は}

1． 15meq

／

g

^（

一

_{価の 陽 イ オンで換 算す る と}

1． 15mmol

／

g

^）

であるの で

，

^{ス メ クタ イ ト}中^の 全 交 換 容^量に 占め る

Cs

の割 合^は

0． 004

％ に相 当 する

。

3 − 2，

主要 陽イオ ン に よ る

Cs

溶 出 挙 動

　 ^Fig ， 2

に各 陽 イオン で得ら れ た

各

添 加 濃 度^におけ^る溶 液中^の

Cs

濃 度を 示 す

。

上 述^の ように^{ス メ} ク^タイ ト懸濁 液^は

0 ． 02M

の

NaCl

を含^{ん でい る}。 図 中^におけ^る

Na 〒

に 関 し ての 添 加 濃 度は

，Cs

取 り込み実 験 後に添 加し た

Na

濃 度を示して い る

。

図 中^にお ける灰色の線は

各

競 合イ オ

ンを添 加し て^いな^い 条 件 （

O． 02M



NaC1

）に お け る溶 液

で の

Cs

濃 度^を示 す

。

し た がっ て

，

^灰色の

線

^より^も高^い

Cs

濃 度^を示^す場^合

，

後か ら 添 加 し た

各

^{競 合 陽 イ オン に}

よ り

Cs

が^{ス メ ク タ}イトか ら溶 出し た^ことを示 し^て いる_。

　

K ＋

を 除 く と

，

^{添 加 濃 度の増 加 に 伴い}

Cs

溶 出 量 が 増 加 す^{る こ とが}確 認^で き^る。

2

価^の 陽^{イ オン で} あ^る

CaZ

^＋ と

Mg2 ＋

がいず れの 添 加 濃 度 に おい て も 最 も効果 的 に

Cs

を 溶 出さ^{せ る こ}とが 確 認^で き^る。

NH4 ＋

は

10 ．

_ZN

以 上の条 件に お^い ては

2

価の陽 イ オ ^ンと変 わ ら な^い溶 出 挙 動 を 示 す

。 Na ＋

は デ

ー

_{タ に や や ば ら}つ きが大 き^い も^{の の}

， lO −

_2N

以 上の条^{件 に おい て}

Cs

溶 出 量 は

Ca2，



Mg2

^＋ お よ び

NH ．

t^・ よ りも低い。

一

_方

_K ’

は高 濃 度^に添 加 ^{し た}場 合 で さ え

Cs

^の溶 出 量 は 極 め て低 く

，10 ．

_iN

の 条 件^{で は}

K ＋

が存 在 す^{る ことに よ}り溶^{出 量 がや や}減^{少 してい る よ}

う

^に

も見 える

。 80

C

貯

灘

轡 至

率

…

　 　 　 　

〜

　 墮

轡

罐

孟 　 　 　 　

　

　 　

60 　 　 　 40

（

】

≧

口

）

口O 罫

【

コ

O

の

哨

口

．

り 口OO

Q20

の

▲ 　 K

＋

▼　

NH4 ＋

●　

^Na 斗

（^＋

0 、 02M

_）

■　

Mg2 ’ 　 　　 　 　 　 趨

鏖

醤

贏

重 　 壷 　

暴

▼

一

輙　 　● ム

▲

10− ³

　 　 　

10』 ²

　 　 　

10’

^l

Added



^cations



^conc ． _（ N _）

Fig ． 2

　

Relationship



between



dissolved



Cs

concentration 　

in

　 　 ^{solution 　and 　added 　cation}concentration 〔

N

）

in



the

　 　

presence

^of

O ． 02N

　

NaCL



The

　

gray

　

line

　shows 　

the

　 　

dissotved

concentration of

Cs



in



O ． 02N



NaCl

sotution

．

　 本 実 験 条 件^{に お}いて 各 陽イオ ン の ス メ ク タイ トに保 持 さ れ た 微 量 の

Cs

を 脱 離 さ せ る 能 力 の序 列は

Ca2＋

^≒

Mg2 ＋

＞

NH4 ＋

＞

Na ＋

＞

K ＋

であ^{る こ}と が 認め ら^{れ た}

。 一

_{般 的 にス メ ク タ イ トへ の陽 イ オン交}

換^の選択 性^を支^配 す^る最 も重 要 な 因子^は陽イ オ^{ン の}価 数^で あ り

， ²

価^の陽 イ オ^ン は

1

価の陽 イ オ^ン よ り も高^い交換選択 性を有 する こ と が知^{ら れる}

’

1^〕

。

^{モ ン モ リロ} ナ イ ^{トへ の}

Cs

吸 着^{に お} よ ぼ す 陽 イ オン の影 響 を 検 討 し た 先 行 研 究では^{619 ）}

， Ca2＋

存

在 下^では

Na ’

“

存

在 下より も

Cs

の 吸 着量 は低^{い こ} と が 報 告さ れ^{て い} る

。

本研究^で も

Cs

を脱離 さ^せ る 能力は

2

価^の 陽^{イ オンが}

1

価^の陽^{イ オンよ}り も高 く^{これ と}調 和 的 で あ る

。

た だ し

， Cs

濃度 が 微 量 （

〜 10−

^9M ）の場 合

，



O． 02N

以 上 の陽イ オン濃 度 条 件^で は

Na ’

存 在

F

^{の ほ} うが

Ca2 ＋

存 在下 よ りも

Cs

吸着が 阻害さ れ る と^の 報 告 もあ り^5〕

，

吸 着^と脱 離^の可 逆 性^に関 す^る今 後^の詳 細^な検 討^{が 必}要^と さ れ る

。

　陽 イ オ^ンが同じ価数である場合t イ オ^ンの結 晶 学 的 半 径が大 き^い も^のほ ど

，

交 換選択 性が高^{い こ}とが知ら れ て

い る

． Bohn

et　a13^）に よ る と

， 1 価

^{陽 イ オンの}結 晶 学^的 半 径 は

NH ，

₁^＋

，



Kt．



Na

^＋の順番で 大 きい

。



Cs

を脱離 さ せ る能 力は

NH

_，^＋ と

Na ＋

に関してはこれ と調 和 的^であ^るが

， K ＋

に 関 して は 説 明 で き て^い な^い

。K ’

は系に存 在す る

Cs

^’ より

100

万 倍 高^い 濃 度^を添 加^{し た}場 合^{で も}

Cs

^＋ の溶 出を 示 さ な か^っ た

。Stauton



and



Roubaud5

^）は

，

様々 な 陽イ オ ン濃 度

条

件下にお け る

微

^量

濃 度 （ − ₁₀ −

9M

）

^{で の}

Cs

吸着 実 験 を 行^い

， 0， 01M

以^{上 の}陽イ オ ^ン濃 度 条 件^で は

， K

^＋存 在 下^{の ほ}う^が

Na

^＋や

Ca

^＋

存 在

^{下 よ}り^も

Cs

吸 着が 阻害さ れ る^こ とを示 し^て い る

。

ま^た

． ^Atum



and Lilislioglus

^）も

K ＋

の 増 加に伴^い

，

^{ス メ ク タイ トへ の}

^Cs

吸 着^は大 き く抑 制 さ^{れ る こと を}示^{してい る}。 以 上の結 果 に基^づ く と

． K

^＋はス メ ク^タ イ ト^へ の 溶 液か らの セ シ ウ ム の吸 着を強 く阻 害 する もの の

， 一

_{度ス メ}ク タ イ ト に 吸 着 した

Cs

に対 し^{て は}脱 離 を抑 制 す^る効 果^を示 す^と考^え ら れる

。

　 Morodome



and



Kawamuralzi3

^〕 で は

Li

^＋

，



^Na

^＋

，



^K

^＋

， Rb

^＋

，



^Cs

^＋

，



^Mg2

^＋

，



^Ca2 ’

，



Sr2

^＋

，



^Ba2

^{＋お よ び}

^La3

^{＋に飽 和さ}

せた^{クニ ピア}

F

の相 対 湿 度^の関 数^{と し た 膨}潤 挙 動^{を そ}

の 場

X

線回折か ら検 討 し^て い る_。 その 結 果

， ^K ，



^Rb ， Cs

型の ス メ ク タ イ ト は

100

％ の 相対 湿 度^{下 に おい て}層問 では

1

層^の水 和 層 を構 成 す^る

一

_方

，

そ^の他^の陽^{イ オンは}

2

層^の

水

和 層^を

構

^{成す る こ とを示 し た。 こ の結 果は水 溶} 液 中^におい て も

，

層 間 陽イ オンが

K

^＋で満た さ れ た場 合

，

ス メ ク タ イ トの層間 が膨 潤し難^{い こ}と を示 唆 して^い る。

K ＋

の作 用^{に よ}り微 量^の

Cs ’

を保 持 ^{し たス メ ク タ イ トの} 膨潤 を阻害さ れ ると

，

保 持さ れ^て い た

Cs ＋

の拡 散 が 空 間 的 制 約を

受

ける こ と で 遅 延 さ れ

，

脱 離^が抑 制さ れ る 可能 性 が あ^る。

一

_方

，

水 溶 液 中^に多^量の

K ＋

と微^量の

Cs ’

が 共

存

^{し てい る吸 着 実 験で は}

． Cs

^＋ が層 問に入 り込 む 前に 多 量に存 在 する

K

^＋ に より層 間^の

収

^{縮 が起こ}り

，Cs

^＋の

吸

着

^{が 阻}

害

^{さ れ る 可能 性がある。 以上の仮 説に基づ くな} らば

， K ＋

によ る

Cs

吸 着^{お よ び}脱 離^の抑 制 効 果^が説 明^で

91 111

科 友 紀

・

_{福 士 圭 介 粘土科 学}

き^る。

　 NH ，

，

＋ は価 数お よ び 結 晶学的 イ オ ^ン半 径が

K ＋

と 類 似 して い るた め

，

^{ス メ ク タ イ ト}中^{におい て}

NH4

^＋は

K

^＋ と 類 似 し^た挙 動 をとる こと が知^{ら れ て} いる3

「

5

’

S］

。

一

_方

，

本

実 験か ら は

NH4

^＋ に は

Cs

脱 離 抑 制 効 果は認め ら れ な かっ

た （

Fig ． 2

）。 筆 者^の 知^る限 り^{に おい て}

，



NH4 ＋

に飽 和^し たモ ンモ リロナ イ トの膨

潤挙 動

^{を調 査した研 究は ない}

。

上 記の仮説の 検証 に^は

， ^NH4 ＋

に飽 和 し^{た クニ} ピア

F

の 膨

潤 挙動

^の

詳

^細な

検 討

^{が 必要であ ろう}

。

3 − 3．

主要陽 イ オ^{ン に}よる

Cs 溶 出挙動

^{の パ ラ メ}

ー

_タ化

　 溶 出 挙 動を適 切 な 理 論^に基^づい てパ ラ メ

ー

_{タ化で きる}

と

，

^{様々な条 件に お け る溶 出}

挙

^{動の 予 測 が 可能 とな る}

。

こ こ で は単 純 な^{イ オン}交 換 平 衡^{モ デ ル に}基^づ き

，

^主要 陽 イ オ ンに よ る

Cs

溶 出

挙

^{動の パ ラメ}

ー

_{タ化 を試み た}

。 　 Fig， 3

は系に添 加した

Na

濃 度 と溶 液 中^の

Cs

濃 度^の 関 係を 示 す

。

ス メ ク タ イ ト は

Na

型で あ る と

仮 定

す^る と

，

層間 に お け る

Na ’

と

Cs ＋

の イ オ^ン交 換反応^は次 式^で記 述で きる ：

Na

^＋ ＋

CsX ＝NaX

＋

Cs

^＋ （

1

）

こ こ で

CsX

および

NaX

はイオ ン交 換^{サ イト に}保 持さ^れ た

Na

^＋お よび

Cs

^＋ （以 下層間種 と記 述

）

^{を示 す}

。 各層

間

種

^の濃 度^には 以下^の均 衡 式^に基^づ く制 約^が成 り立^{つ ：}

CEC ＝ _{［ NaX ］}

＋

［ CsX

_］ （

2

）

こ こ で

CEC

は単 位 体 積^におけ^る層 問サイ トの 当 量 数 を 示 す。 陽 イオ^ン交 換 容 量が

1， 15meq

／

g

であ り

，

固液比 が

1g

／

L

で あ るの で

，



CEC

は

L15

　meq ／

L

に 相 当 す ^る。

Gains−Thomas

式に基づ く と

，

層 間に お け る

Na

^＋と

Cs

^＋

の イ オ^ン交

換

^の選 択 係 数を次 式^で 記 述 するこ とが^で き

る1

’

o

：

　　　 ^{［ NaX ］}

^aCs

・ KNa

_／cs

＝

　　　

^aNa

^{． ［ CsX 】}

^（

³

^）

こ こ で aiは

溶液

^{中で の種}

、

^{の活 量 を 示 す}

。

本 研 究で は

，

測 定さ れ た系に添 加し た

Na ＋

濃 度^と溶 液 中^の

Cs

濃 度^の 関係 をベ ス トフ ィ ッ トする選 択 係 数 （

KN、

tC：

，

^{） を地 球 化}

学^コ

ー

_ド

_The



_Geochemist ’

s　

Workbenchl5

^〕（

GWB

）を用

い て見 積 もっ た （

Table



1

）

。



Fig． 3

で^の 実 線 は^{ベ ス} ト

フ ィ ッ ト曲 線 ^を 示 ^し

，

本

検

討 ^{で は} 選 択 係 ^{数 は}

KN。

〆c

。 ＝o． 026

と見 積 も られた

。



Fig， 4

^の黒 丸^の プロ ッ トは

Iijima

et　a14^〕に よ り測 定さ^れ たク ^ニ ピア

F

に よる

8 ． 4

^×

10 −

4M

　

NaCl

溶 液 中での

Cs

吸

着 等

^{温 線 を 示 す}

。



Iijima



et

al4

・

^，_は

吸 着 実 験^で得^{ら れ た}懸 濁 液^を

9

倍^の体 積^をも^つ

8 ． 4

xlO

−

4M

　

NaCl

溶 液に添 加 する^こ とでス メ ク タ イ トか ら の

Cs

脱 離 挙 動^の検 討 も行^{っ て}い る_。　

Fig ， 4

中^の

白

抜 き

の プロ ッ トは脱 離 実 験で得ら れ た結 果 を示し て お り

，

脱 離 実 験^で得^{ら れ た}分 配 係 数^は吸 着 実 験^で得^{ら れ た}分 配 係 数より もや や大 きい 4_〕

。

図 中の線は本 研 究か ら見 積 も ら れ た

KN、

Cs を 用い て作 成 した

lijima



et

　

al

^の 実 験 条 件

（ NaCl 濃度10 一

_3M

，



pH8 ）

^{下にお け る 理}

論等

^温

線

^を示

す 。

本研究か ら得ら れ た^パ ラ^メ

ー

_{タ は幅 広い}

Cs

濃 度 条 件^で 等温線 をよく再 現 してい ること が

確

^{認で きる}

。 Staunton

and



Roubaud5

^）は

，



^NaCl

溶 液 中^に お け^る ワ イ オ^{ミ ン グ} 産^{モ ン モ} リ^ロ ナ イ ト^へ の

Cs

吸

着

^{実 験か ら}

KN 。 ．

、C

。 ニO． 038

を 見 積 も^{っ て い る}

。 Fig ． 3

中に お け^る破 線^は本 実 験と 同

一 _条件

_{に お け る}

Staunton

and 　

Roubaud5

^〕に より見 積 も ら^{れ た}分配係 数 を用いた 理論 曲線 を示し て お り

，

理論 曲 線は 本 研 究 と 比 較 的 よ く

一

_{致 して い る}

。

こ の

一

_{致 か ら}

，

対 象^とす^る粘^{土 鉱}物^{がモ ン モ リロ}ナ イ ト^であ^る場 合

，

産 地 を問わず 本 研 究で見積 もっ たパ ラメ

ー

_{タ が適用で きる}

可能

性

^{が あ る}

。

　 Fig ． 5

は

Na

^＋ を

0． 02N

含 む 系に おける

，

添 加し た

K

^＋

， NH ．

，

＋

．



Ca2

^＋お よ び

Mg2 ＋

濃 度^と溶 液 中^の

Cs

濃 度^の関 係 を 示 す

。 1

価の陽 イオン の場 合

，

系で考 慮 す^べ き化 学反 応 は式

（ 1

）^に加えて

，

次 式が 必要とな^{る ：}

Na ＋

＋

MvX ＝NaX

＋

Mv

^＋

（ ⁸⁰

Σ ε

目

60

ε

三

240

．

臼

d

唱

208ci3

　 　

0

　 　 　 　

10 ’

2　 　 　 　

10 −

L5　 　 　

10 ．

I　 　 　 　

l

 

’

05

　 　 　 　　 　 　　 　 　 Na



^conc ． _（ N _）

Fig ． 3

　

Dissolved



Cs

concentration 　as　

function

of　

Na

　 　 concentration

．



The

solid

line

shows 

the

calculated 　 　 ^curve

by

using 

the

estimated selectivity coeffic 孟ent

、

　 　

The



dotted



line

　shows 　

the

　calculated 　curve 　

by

using

　 　

^the

selectivity 　coefficient 　compiled 

by



Stauton

and 　 　

Roubaud ° ’ ．

（

4

） こ こ で

Mv

^＋は

1 _価

の陽イ オ ンを示 す。 イ オ ン交 換^の選 択 係 数 を 次 式で記 述 する^ことが できる ^：

　　　　 ^{［ NaX ］}

^aMv

^． KNa，

Mv

；

　　　　 ^{aNa ・ ［ MvX ］}

各

層 間種^{に は}以 下^の均 衡 式 が 成 り立^{つ 二}

CEC ＝

_［

NaX

_］＋［

CsX _］

＋

［ MvX _］

（

5

）

（ 6 _） 2

価^の 陽 イ^オン （

Ca2 ＋

，



Mg2

^＋）^の場 合

，

系で考 慮 す^べ き

化学

^反応は

式 （ 1 ）

^に

加

^えて次

式

^{が 必}要^とな^{る ：}

2Na

^＋＋

DvX2

^＝

2NaX

＋

Dv2 ＋

（

7

） ここ で

Dv2 ＋

は

2

価^の 陽 イ オ^ンを示 す。 イ オ^ン交 換^の選 択 係 数 を次 式で 記 述する こ と が で き る ^：

K

_{… Dv}

一

難 ^{謁 （ 8 ）}