九州シンクロトロン光研究センター課 題 番 号 ： 080835PT（様式第４号）

実施課題名
English

地下水浄化材料のキャラクタリゼーション
Characterization of reactive materials for gr oundwat er remediation
著者氏名

English笹木圭子

Keiko SASAKI

著者所属 九州大学

EnglishKyushu University

１．概要
天 然 の 炭 酸 マ グ ネ シ ウ ム を 焼 成 し て 得 た 酸 化 マ グ ネ シ ウ ム は 、ホ ウ 酸 イ オ ン を よ く 吸着し、土壌・地下水浄化材料のひとつとして用いられる。これまで、申請者らは、酸化マ グ ネ シ ウ ム を 吸 着 剤 と し た と き の ホ ウ 酸 イ オ ン の 吸 着 等 温 線 の 決 定 、吸 着 平 衡 に 到 達
し た 後 の 試 料 の XRD に よ る 結 晶 学 的 構 造 の 解 析 お よ び XPS に よ る 表 面 化 学 状 態 分 析 など を 行 っ て き た 。こ れ ら の 結 果 を 統 合 的 に 解 釈 し 、当 該 試 料 へ の ホ ウ 酸 イ オ ン の 取 り 込
み機構や取り込んだ状態の描像の推定を進めてきた。
（ English ）Magnesium oxide is used as one of effective sorbents for borate in gr ound waters.
However, the mechanism has been not yet clear, therefor e, the longevit y of the sorbents cannot
be reasonabl y estimated. For present, the authors have investigated on sorption isotherm o fboric acid ion ont o MgO, and characterization of the residues after sorp tion by XRD and XPS.
Compr ehensive understanding provides that the mechanism would be explained b y simple
sorption and co-precipitat ion with Mg(OH) 2 until now.
２．背景と研究目的：
ホウ素は生態系への過剰摂取による有害性が指摘されており、わが国では 1998 年にフッ素とともに環境基準項目となった新興汚染物質である。地下水の原位置浄化技術である透過型浄化壁(permeable reactive barrier, PRB)のフッ素およびホウ素への実用化は公表されておらず、開発途上段階にある。この技術は、一度設置すると半永久的に使用されるため、計画段階での寿命評価が極めて重要である。本実験の重要な目的は、酸化マグネシウムが、ホウ酸イオンを取り込む機構と取り込んだ後の状態を知ることにある。提出者らはこれまで、吸着後残渣の XRDによる結晶学的考察や XPS による化学状態分析を得ているが未だ不明な点が多い。
また、これまでホウ素のような軽元素を含む地球化学試料のXPSやXANESに関するデータベースは不足しており、これらの新興汚染物質については、地表水のみならず、土壌汚染対策法で対象となる土壌や地下水においても、これらのデータベースが、収着などの不動化技術に関するデータ解釈に不可欠であり、今後もます
ますそのニーズが高まると考えられる

３．実験内容：測定する物質はMgO、Mg(OH)2、MgB2、NaB(OH)4、試料a、試料bとした。試料aは四ホウ酸ナトリウム飽和水溶液を煮沸させたものに塩化マグネシウム水溶液を添加し、静置させた後の沈殿物を回収したものである。試料aはそのXRDから、Mg7B4O13およびNaClからなることが確認された。試料bはホウ酸水溶液中にMgOを添加し、溶液中のB濃度が平衡に達した後に回収した残渣であり、すべてのXRDピークはMg(OH)2または未反応のMgOに帰属された。この試料中のモル比B/Mg = 0.39である。以上の物
質に関してBL12にて、Mg K-edge (1300 eV) お
よびB K-edge (188 eV) のXANES測定を電子収量法により行った。Mg K-edgeおよびB K-edge
に関する実験条件を以下の表にまとめた。
表1 B K-edgeおよびMg K-edgeにける測 定エネルギー領域、ステップ幅、使用ミラー

Start Energy Stop Energy
Step Energymirror
182 190(first region)
0.5195(second region)
0.05
B K-edge
M22203(third region)
0.1
225(fourth region)
0.2
1285 1306(first region)
0.51315(second region)
0.1
Mg K-edge
M211340(third region)
0.25
1440(fourth region)
0.5

４．結果、および、考察：
測定結果を図 1 および 2 に示す。

I/ I0 arbitrary unitNaB(OH)4MgB2
試料 a試料b190

200210
Energy/ eV220

図 1 標準試料と未知試料の B K-edge スペクトル

献値ともほぼ一致した。
Mg K-edge においては、吸収端のエネルギー位置はほぼ一致するが、XANES および XAFS領域のスペクトルの形状に違いが認められた。
MgO および Mg(OH)2 のスペクトルは、参考文献とほぼ一致した。試料 a は Mg7B4O13 の Mg
K-edge の構造を反映していると考えられる。試料ｂはこれらの標準物質のうち Mg(OH)2 の Mg
K-edge の構造に比較的近く、B をとりこんだ影響は明らかに現れなかった。

５．今後の課題：
試料 a は Mg 側からみて、B と結合している化合物のみからなるものではなく、Mg(OH)2 とMgO との混合物であるため、B の含有量は小さくない(B/Mg =0.39)にもかかわらず、Mg 側からの解析を困難にしている。Mg 側から見て B と結合している化合物のみをとりだすことができれば、XAFS のほかにもさまざまな手法が有効になってくるので、試料合成法が課題と思われる。

６．論文発表状況・特許状況なし
Mg(OH)2

I/ Io arbitrary unit

MgO

MgB2
試料a

試料b

1300

1320

1340

1360

1380

1400

Energy/ eV

図 2 標準試料と未知試料の Mg K-edge スペクトル
B K-edge では、いずれの試料も 194.2X eV 付
近に主ピークが認められ、MgB2 では他の試料では認められないピークが 192.2Y eV 付近に加わって観測された。また、吸収端のエネルギー位置は、全ての試料が同じであり、いくつかの文

７．参考文献S. Naoe, Physica. B 158 (1989) 615-616.
T. Yoshida et al., Physica B 208 ＆ 209 (1995)
581-582.
M. E. Fleet, S. Muthupari, J.Non –Crystalline Solid225 (1999) 233-241.
太田敏明, X 線吸収分光法-XAFS とその応用８．キーワード
MgO, ホウ酸、地下水浄化