土壌鉱物とオキソ酸の相互作用

土壤矿物质和含氧酸之间的相互作用

• 批准号: 00F00149
• 负责人: 逸見 彰男
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Ehime University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00F00149/
• 关键词: アフェロン; リン酸吸着; ブレンステッド酸性; ルイス酸性; 物理的変化; 分散・凝集; ZPC

Erni Johanは本研究室において修士・博士課程を通じアロフェンへのリン酸吸着及びそれがアロフェンの表面化学的性質に及ぼす影響について調べた。今回、JSPS特別研究員としての機会を得、さらに研究を発展させるべく、リン酸吸着によるアロフェンの物理的性質(分散・凝集挙動)の変化、及び乾燥という物理的変化が表面特性に及ぼす影響を探求した。試料として、Si/Al比が異なる3つのアロフェンを用いた。これは、アロフェンのリン酸吸着挙動、物理的性質などが、Si/Al比により異なることが分かっているからである。すなわち、Si/Al比が大きいものから順に、KnP (0.99)、IP (0.82)、KyP (0.67)である。これら3種のアロフェン試料は直径0.2μm以下の画分を集めたもので、イモゴライト、火山ガラスなどの不純物を含まない。粘土の分散・凝集はZPC(荷電零点)と密接な関係がある。KnP、IP及びKyPのZPCはそれぞれ4.8、5.4、6.2であった。アロフェンの正電荷は中空球欠陥部のAl-OH基に、負電荷は中空球内部のSi-OH基に由来する。したがって、上記ZPCの値は、Si/Al比が大きいアロフェンほど、そのSi-OH基が解離しやすくAl-OH基がプロトン化し難いことを示している。凝集pHはそれぞれ4.5-6.0、6.0-7.0及び6.5-8.5であった。ZPCよりも凝集pHが高いのは、負電荷(Si-O-)が内部に位置しているからである。このような3種のアロフェン試料にリン酸を吸着させた場合、いずれの場合にも、凝集pHは低下した。すなわち、KnP、IP及びKyPそれぞれ4.0-5.0、5.0-6.0及び5.0-6.5であった。これは、リン酸がAl-OH基に吸着し正電荷の発生源を減少させるとともに、近傍のSI-OH基の解離を促進したためである。このような、リン酸吸着に伴う分散・凝集挙動の変化については、これまで報告されていない。次に、土壌が乾燥という物理的変化を受けた場合の、アロフェン構造中の官能基(Si-OH及びAl-OH)の性質の変化を調べた。これには、理論的手法である分子軌道法を用いた。アロフェンの中空球の壁にはいくつかの空孔が存在し、ここにAl-OH及びAl-OH2基がある。このうちAl-OH2基は吸着水分子に相当する。この水分子を除去し、乾燥時のモデルとした。実験的に、そのような場合、アロフェンの表面酸性が増大することが分かっている。計算の結果、乾燥に伴いアロフェン構造の電子受容性(ルイス酸性)が増大すること、特に空孔のAl原子のルイス酸性が増大すること、また、近傍のSi-OH基のブレンステッド酸性が増大することが分かった。これらの知見は初めてのものであり、実験科学的手法では得ることができない。上述の研究成果は3件の学会発表および1件の論文(投稿中)で公開した。

Erni Johan は our lab に お い て friar, PhD program を tong じ ア ロ フ ェ ン へ の リ ン acid sorption and び そ れ が ア ロ フ ェ ン の surface chemical properties of に and ぼ す influence に つ い て adjustable べ た. Today back, JSPS special researcher と し て を の chance, さ ら に research を 発 exhibition さ せ る べ く, リ ン acid sorption に よ る ア ロ フ ェ ン の physical properties (disperse aggregation 挙 movement) の variations, and dry び と い う variations of physical が surface characteristics に and ぼ す influence を explore し た. The test sample と と て, Si/Al ratio が different なる3, アロフェ アロフェ, を use と た. こ れ は, ア ロ フ ェ ン の リ ン acid sorption 挙 move, the nature of the physical な ど が, Si/Al ratio に よ り different な る こ と が points か っ て い る か ら で あ る. す な わ ち, Si/Al ratio が き い も の か ら shun に, KnP (0.99), IP (0.82), KyP (0.67) で あ る. Three の こ れ ら ア ロ フ ェ ン sample は の painting under 0.2 microns in diameter め を set た も の で, イ モ ゴ ラ イ ト, volcanic ガ ラ ス な ど の impurity content contains を ま な い. Clay <s:1> dispersion-agglutination と ZPC(zero point of charge)と close contact な relationship がある. KnP, IP and びKyP <s:1> ZPC それぞれ それぞれ4.8, 5.4, 6.2であった. Youdaoplaceholder0 陥 <s:1> the <s:1> Al-OH groups in the 陥 part of the <s:1> positively charged <s:1> hollow sphere に are に, and the <s:1> Si-OH groups inside the negatively charged <s:1> hollow sphere に. Origin する. し た が っ て, written ZPC の numerical は, Si/Al ratio が き い ア ロ フ ェ ン ほ ど, そ の Si - OH base が dissociation し や す く Al - OH base が プ ロ ト ン change し difficult い こ と を shown し て い る. Agglutination pH それぞれ4.5-6.0, 6.0-7.0 and び6.5-8.5であった. The ZPCよ らである <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> agglomerates with a high pHが and a negative charge (Si-O-)が. The internal に position is <s:1> て る る らである らである らである. <s:1> ような ような three kinds of <s:1> アロフェ <e:1> test samples にリ <s:1> acid を adsorption させた situation, <s:1> ずれ ずれ <s:1> situation に <e:1>, and low agglutination pH <e:1> た. Youdaoplaceholder0, KnP, IP and びKyPそれぞれ4.0-5.0, 5.0-6.0 and び5.0-6.5であった. こ れ は, リ ン acid が Al - OH に sorption し positive charge の 発 students を reduce さ せ る と と も に, nearly alongside の SI - OH の dissociation を promote し た た め で あ る. こ の よ う な, リ ン acid sorption に with う, scattered agglutination, dynamic の 挙 variations change に つ い て は, こ れ ま で report さ れ て い な い. に, soil 壌 が dry と い う variations of physical を by け た の, ア ロ フ ェ ン の in structure of functionality (Si - OH and び Al - OH) の nature の variations change を adjustable べ た. The theoretical approach is である. The molecular orbital method を uses れに た. The アロフェ, <s:1> hollow sphere, <s:1> wall of the <s:1> hollow sphere, に, に, く, く,, が, が, Al-OH and びAl-OH2 groups がある. The <s:1> うちAl-OH2 group うち adsorbs water molecules に rather する. The <s:1> water molecules を are removed by を, and during drying, <s:1> モデ と と と た た た. Be 験 に, そ の よ う な occasions, ア ロ フ ェ ン の surface acidity が raised large す る こ と が points か っ て い る. Calculation の result and dry に い ア ロ フ ェ ン tectonic の electronic by capacitive (ル イ ス acid) が raised large す る こ と, に empty hole の Al atoms の ル イ ス acid が raised large す る こ と, ま た, nearly alongside の Si - OH の ブ レ ン ス テ ッ ド acid が raised large す る こ と が points か っ た. <s:1> れら <s:1> the initial knowledge of the <s:1> is めて the <s:1> is であ the であ, and the experimental science method で で results in る the とがで とがで な な な な な な れら. Three of the above-mentioned <s:1> research achievements <e:1>, one および published by the <s:1> society, and one <s:1> paper (under submission)で made public た.

项目成果

Jonan, E., Matsue, N., Henmi, T.: "Phosphate adsorption on nano-ball allophane and its molecular orbital analysis"Clay Science. 10(3). 259-270 (1997)

Jonan, E.、Matsue, N.、Henmi, T.：“纳米球水铝英石上的磷酸盐吸附及其分子轨道分析”粘土科学。

Jonan, E., Matsue, N., Henmi, T.: "Change in dispersion and flocculation properties of allophone with phosphate adsorption"Abstracts of the Annual Meeting, Japanese Society of Soil and Plant Nutrition. Nagoya, April. 48:18 (2002)

Jonan, E.、Matsue, N.、Henmi, T.：“磷酸盐吸附对同位素的分散和絮凝特性的变化”日本土壤和植物营养学会年会摘要。

Jonan, E., Matsue, N., Henmi, T.: "New concepts for change in charge characteristics of allophane with phosphate adsorption"Clay Science. 10(6). 457-468 (1999)

Jonan, E.、Matsue, N.、Henmi, T.：“通过磷酸盐吸附改变水铝英石电荷特性的新概念”粘土科学。

Jonan, E., Matsue, N., Henmi, T.: "Effect of P adsorption on dispersion and flocculation characteristics of allophane"Abstracts of annual meeting of the Clay Science Society of Japan, Saitama. 45. 108-109 (2001)

Jonan, E.、Matsue, N.、Henmi, T.：“P 吸附对水铝英石分散和絮凝特性的影响”日本粘土学会年会摘要，埼玉。

逸見彰男, 松枝直人, Johan, E.: "オルトケイ酸との反応によるSi/Al比の低いアロフェンの表面酸性変化"日本土壌肥料学雑誌. 68(5). 514-520 (1997)

Akio Itumi，Naoto Matsueda，Johan，E.：“由于与原硅酸反应导致低硅铝比的水铝英石的表面酸度变化”日本土壤与肥料杂志 68(5) (1997)。