鉱物，天然有機物への吸着・結合反応モデリング

環境中での，放射性核種や有害元素の挙動を理解するためには，理想的なラボレベルでの反応実験と分子スケールの構造情報から，それら元素の化学形の変化を説明する普遍的なモデルを構築し，それを実環境条件に外挿することが求められます．そうすることで，金属イオンの環境動態を”予測”でき，処分システムの安全評価における信頼性向上や効率的な環境修復手法の開発等に繋がります．特に，我々の研究室では，鉱物表面や腐植物質などの天然有機物への金属イオンの吸着・結合現象の理解・モデル化に加えて，コロイド-コロイド，コロイド-表面間がイオンの吸着に及ぼす影響のモデル化に取り組んでいます．

 

X線吸収分光を用いた鉱物表面における吸着構造評価

長距離秩序がない非晶質試料や溶液，吸着試料中の対象元素周囲の構造情報（元素の種類，数，距離）に関する情報を取得できる広域X線吸収微細構造（EXAFS） と反応を計算機上でシミュレートする密度汎関数理論（DFT）計算を組み合わせることで，代表的な含Al鉱物であり，粘土鉱物のエッジ部位の吸着サイトのモデルにもなるギブサイト（α-Al(OH)3）表面におけるウラニル（UO22+）の吸着構造を決定しました．

DFT_ads_U_gib   exafs_U_gib  
腐植物質とイオン間の静電相互作用モデルの高度化

動植物の遺骸が分解・縮合する過程で形成される不均質な有機巨大分子の集合体である腐植物質は，その炭素骨格上に錯生成反応に活性なカルボキシル基などの官能基を数多く有し，また，分子自体が負に帯電していることから，様々な金属イオンと結合し，その動態を変化させうることが知られている．このような腐植物質と金属イオンの相互作用を表すための機構論的なモデルも提案されているが，特に，イオンと腐植物質間の静電相互作用についてのサブモデルには不十分な点もある．そこで，この研究では，低分子量の蛍光性有機分子をプローブとした腐植物質の電位の直接的な決定と高度な静電相互作用の適用を行ってきました．

electrostatics_model_ha 鉱物，腐植物質共存系におけるイオンの分配挙動の理解

実環境は，異なる環境構成成分が共存する複雑な系であり，金属イオンの動態は，個々の成分との反応に加えて，複数の成分が関与する反応によっても影響を受ける．例えば，天然で見られる鉱物表面のほとんどは天然有機物で覆われており，そこでは，鉱物表面と天然有機物間の相互作用がイオンの分配に影響を与えることになる．本研究では，幅広い環境条件下で，腐植物質とゲーサイト（α-FeOOH）の相互作用が金属イオンの吸着に与える影響を評価し，反応の機構論的なモデル化を進めています．

adsorption_image