クロムの分子地球化学 : 同位体分別機構の解明と古環境解析への応用

铬的分子地球化学：同位素分馏机制的阐明及其在古环境分析中的应用

• 批准号: 11F01331
• 负责人: 高橋 嘉夫
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11F01331/
• 关键词: クロム; モリブデン; タングステン; 同位体比; XAFS法; マンガン団塊; セシウム; 移行挙動; XAFS; 微量元素; 同位体; 鉛; 海洋; 炭酸イオン; マンガン団魂

Fan氏は、2011年11月に着任後、海洋地球化学、環境放射化学の分野で精力的に研究を推進した。1. 水酸化鉄およびマンガン酸化物へのクロムの吸着機構の解明 : クロム(Cr)・モリブデン(Mo)・タングステン(W)は同族元素であり、その化学的挙動は類似している。このうちクロムは、分配挙動や同位体比を利用した古海洋環境復元のためのプロキシとして期待されている。これら元素の堆積物への吸着反応をはじめ、固液界面における分配挙動や同位体分別の報告は多くされている一方で、そのメカニズムにはまだ不明な点が多い。そこで本研究では天然試料の分析・室内実験・量子化学計算の3つの手法を用いてより詳細な固液界面における微量元素の吸着反応に関する研究を行った。Cr(VDを鉄水酸化物表面に吸着させ、吸着量の測定やEXAFS解析による吸着構造の決定を行い、MoやWの結果と比較した。その結果、Crは鉄鉱物表面に四面体構造のまま吸着していることが分かった。さらに鉄水酸化物にCr、Moは外圏錯体、Wは内圏錯体として吸着していることが分かった。また、Cr・Mo・Wの濃集の順序は天然試料の分析結果と同様であり、三瓶温泉に堆積する鉄水酸化物にCrやMoよりWが濃集している現象は、吸着元素の構造の違い(内圏錯体か外圏錯体)により決定されることが示唆された。さらに水酸化鉄へのクロム酸の吸着構造を量子化学計算の安定構造解析から推定した結果、やはり外圏錯体が安定であることが分かった。また外圏錯体を生成することは、クロム酸の同位体比が水酸化鉄などに吸着する際に変化しないこれまでの知見をサポートする結果であり、本研究は室内実験、野外調査、量子化学計算などの多方面からクロム酸の吸着現象を扱った研究として極めて重要である。成果の一部は、TakahashietaL (2014)に報告済みである。2. 放射性セシウムのバーミキュライトへの吸着に及ぼす腐植物質の影響 : 福島原発事故により放射性セシウムが環境中へ放出された結果、セシウムがバーミキュライトなどの粘土鉱物・雲母に安定に取り込まれる現象が注目を集めているが、その際、環境中に存在する腐植物質がこの取り込みにどのような影響を及ぼすかは明確ではない。この点についてFan氏は、XAFS法、選択的溶出法などを主な手段とし、腐植物質の存在の有無によるバーミキュライトへのセシウムの吸着挙動の違い、特に腐植物質が鉱物表面を覆うことによりセシウムの吸着が阻害される効果を明らかにした(Fan et al., in press)。また、EXAFSが示す構造データと、RIPなどの放射性セシウムの固相に吸着される強さの指標とがよく相関することを示し、これまで不明確だったRIPの意味をEXAFS法から明確にした(Fan et al., submitted)。

2011年11月到达后，范积极促进了他在海洋地球化学和环境放射化学领域的研究。 1。阐明氢氧化铁和锰氧化物上铬吸附的机理：铬（CR），钼（Mo）和钨（W）是同源元素，它们的化学行为相似。其中，铬有望使用分布行为和同位素比的古瘤环境恢复是替代的。尽管有许多关于这些元素对沉积物的吸附反应以及在固定液体界面和同位素分馏处的分布行为的报道，但有关该机制仍然有许多未知数。因此，在这项研究中，我们使用三种方法进行了一项更详细的研究，以了解固定界面处的痕量元件的吸附反应：天然样品，实验室实验和量子化学计算。 CR（VD在氢氧化铁的表面吸附，测量吸附量，并通过EXAFS分析确定吸附结构，并将其与MO和W的结果进行了比较。结果，发现Cr被吸附在铁矿物质的表面上，因为它的表面是iSsor的，因此，它的表面是均匀的。 W是一种内部复合物，Cr，Mo和W的顺序被吸附为内部复合物。复合物）提出，通过量子化学计算的稳定结构分析确定了氢氧化铬酸的吸附结构，发现外部复合物是稳定的。此外，外络合物的形成支持先前的发现，在这些发现中，铬酸的同位素比在吸附到氢氧化铁等时不会改变。这项研究非常重要，作为一项研究，该研究涉及来自各个方面的铬酸的吸附现象，例如indoor实验，现场研究，现场研究，现场研究和量子化学量。一些结果是在（2014年）中报道的。 2。腐殖质物质对放射性铯对果蝇的吸附的影响：由于福岛核事故释放到环境中，葡萄球菌稳定地融合到粘土矿物中的现象，例如vermiculite（例如vermiculite），它引起了人们的关注，但它显然会影响这种环境，因此它会构成这种环境。在这方面，FAN揭示了由于存在或不存在腐殖质的存在，最没有腐殖质会抑制葡萄球菌吸附对versium物质的吸附行为差异，尤其是在存在或不存在腐殖质物质的情况下（Fan等，印刷中）抑制了ces葡萄膜上的吸附行为。此外，表明EXAF所示的结构数据与在放射性剖宫区（例如RIP）的固相上吸附的强度的指标很好地相关，并且从Exafs方法中阐明了RIP的先前不清楚的含义（Fan等人，提交）。

项目成果

Investigation of cesium adsorption on soil and sediment samples from Fukushima Prefecture by sequential extnaction and EXAFS technique

通过顺序萃取和 EXAFS 技术研究福岛县土壤和沉积物样品中铯的吸附

• 发表时间: 2012
• 期刊: Geochemical Journal
• 影响因子: 0.8
• 作者: H. B. Qin;Q;H. Fan;et al.
• 通讯作者: et al.

Environmental behavior of radiocesium : its heterogeniety in aerosols, soils, and particulate matters

放射性铯的环境行为：其在气溶胶、土壤和颗粒物中的异质性

• 发表时间: 2012
• 作者: 高橋嘉夫;Q. H. Fan;山口紀子;Yoshio Takahashi;Yoshio Takahashi;Yoshio Takahashi
• 通讯作者: Yoshio Takahashi

XAFS法による層状ケイ酸塩に対するセシウムの吸着挙動の解明

使用 XAFS 方法阐明铯在层状硅酸盐上的吸附行为

• 发表时间: 2013
• 作者: Shimada M;Hirayama R;Komatsu K.;藤本潤･高橋嘉夫･田中万也;高橋 嘉夫･Fan Qiaohui･山口 紀子
• 通讯作者: 高橋 嘉夫･Fan Qiaohui･山口 紀子

An EXAFS Study on the effect of mineralogy composition and naturalorganic matter on cesium adsorption and mobility

矿物成分和天然有机物对铯吸附和迁移率影响的 EXAFS 研究

• 发表时间: 2013
• 作者: J.Z.Xu;Q.H.Fan;et al;Q. H. Fan and Y. Takahashi
• 通讯作者: Q. H. Fan and Y. Takahashi

Speciation of elements in aerosols by xafs related to the neutralization of acid rain, cooling effect, and iron supply to the pacific ocean

XAF 气溶胶中与酸雨中和、冷却效应和太平洋铁供应相关的元素形态

• 发表时间: 2012
• 作者: 高橋嘉夫;Q. H. Fan;山口紀子;Yoshio Takahashi;Yoshio Takahashi
• 通讯作者: Yoshio Takahashi