不飽和岩石中のイオン吸着特性：水膜の役割

非饱和岩石中的离子吸附特性：水膜的作用

• 批准号: 15J09082
• 负责人: 西山 直毅
• 金额: $ 1.75万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J09082/
• 关键词: 吸着; 水不飽和; 電気二重層; 水膜; 水飽和率; 岩石; 不飽和帯

岩石間隙中に水と空気が混在する不飽和状態では，間隙表面に存在する水膜が岩石中の反応（イオンの吸着や，溶解，沈殿）に重要な役割を果たす。鉱物表面へのイオンの吸着量は，電気二重層の構造と密接に関連している。水膜中では，水膜の厚さに応じて電気二重層の重なり合い，イオンの吸着量が変化する可能性がある。しかしながら，イオン吸着量の予測に良く使われるtriple-layerモデルでは，電気二重層が重なっていない状態を想定しており，triple-layerモデルが水膜で覆われた鉱物表面の吸着現象へ適用できるかは明らかではない。そこで，triple-layerモデルを，鉱物/水界面と空気/水界面の二重層の重なりを加味できるように改良し，水膜の厚さの変化によって吸着量がどのように変化するのかを評価した。改良したtriple-layerモデルを水膜で覆われた石英表面のおけるNa+イオンの吸着へ適用した。水膜で覆われた場合，水で完全に満たされた間隙の表面と比べて，吸着量が減少することが示唆された。pHが中性の条件では，石英表面は>SiOH → >SiO－ + H+で表されるプロトン脱着反応によって>SiO－サイトが形成され，負に帯電する。Na+は静電相互作用によって>SiO－サイトへ吸着する。水膜中の重なった電気二重層では，二重層中のH+濃度が増加するため，H+濃度を減らす方向へ反応：>SiO－ + H+ → >SiOHが起こる。その結果，Na+が吸着できるサイトが減少し，水膜で覆われた鉱物表面ではイオンの吸着量が減少すると解釈できる。以上から，電気二重層の重なりによって表面電荷が変化することが示唆され，不飽和岩石中のイオン吸着量は水膜厚さ（電気二重層の重なり度合い）の影響を受けることが推察される。

Water and air are mixed in the interstitial space of rock, and the existence of water film on the interstitial surface plays an important role in the reaction (adsorption, dissolution and precipitation) in rock. The adsorption amount of oxygen on the surface of the substance is related to the structure and close contact of the electric double layer. In the water film, the thickness of the water film increases, the electric double layer increases, and the adsorption capacity of the water film decreases. The triple-layer model is used to predict the adsorption amount of the water film. The triple-layer model is used to predict the adsorption amount of the water film. In addition, triple-layer separation, the weight of the double layer at the air/water interface, and the thickness of the water film can be improved. The triple-layer coating is suitable for Na+ adsorption on quartz surfaces. When the water film is covered, the water is completely separated from the surface, and the adsorption amount is reduced. Under neutral pH conditions, quartz surface is>SiOH → >SiO- + H+. Na+ ions are adsorbed by electrostatic interaction. The H + concentration increases and decreases in the double layer of the water film in the direction of>SiO- + H+ → >SiOH. As a result, Na+ adsorption decreases, and the amount of Na + adsorbed on the surface of the water film decreases. As mentioned above, the influence of the thickness of the adsorbed water film in unsaturated rocks on the surface charge variation of the electric double layer is inferred.

项目成果

The Relationship between Reactive Surface Area of Rock and Water Saturation: Importance of Water Film

岩石反应表面积与水饱和度之间的关系：水膜的重要性

• 发表时间: 2015
• 作者: Umezawa R.;Nishiyama N.;and Nakashima S.;Nishiyama N. and Yokoyama T.
• 通讯作者: Nishiyama N. and Yokoyama T.

Cs, Fe, Zn含有珪酸塩ガラスの合成とその評価

含Cs、Fe、Zn硅酸盐玻璃的合成与评价

• 发表时间: 2016
• 作者: 小暮敏博;瀬川浩代;向井広樹;市村康治;高橋嘉夫;西山直毅
• 通讯作者: 西山直毅

シリカ/水界面における表面電荷：間隙サイズの影響

二氧化硅/水界面的表面电荷：孔径的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: Nishiyama;N. and Sakuma;H.;小暮 敏博，瀬川 浩代，向井 広樹，市村康治，高橋 嘉夫，西山 直毅;西山 直毅，佐久間 博;西山直毅，福士圭介
• 通讯作者: 西山直毅，福士圭介

圧力溶解変形の予測に向けた粒間水中の拡散特性の評価

评估粒间水中的扩散特性以预测压力溶解变形

• 发表时间: 2016
• 作者: Nishiyama;N. and Sakuma;H.;小暮 敏博，瀬川 浩代，向井 広樹，市村康治，高橋 嘉夫，西山 直毅;西山 直毅，佐久間 博
• 通讯作者: 西山 直毅，佐久間 博

Effects of pore size, mineral type, and solution composition on water film thickness in rock pores

孔径、矿物类型和溶液组成对岩石孔隙水膜厚度的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: Nishiyama;N. and Sakuma;H.;小暮 敏博，瀬川 浩代，向井 広樹，市村康治，高橋 嘉夫，西山 直毅;西山 直毅，佐久間 博;西山直毅，福士圭介;西山 直毅，佐久間 博;Nishiyama N. and Yokoyama T.
• 通讯作者: Nishiyama N. and Yokoyama T.