鉄改質セメント水和物による雨水流出下の土壌・コンクリートシステムにおける有機物変換と炭素安定化の制御

科学分野:

• 環境工学、土壌科学、材料科学

背景:

• 造成された斜面は、雨水流出による土壌炭素の損失により、水を汚染する可能性があります。植生コンクリート（VC）のアルカリ性は、土壌構造と溶存有機物（DOM）の放出に影響を与えます。鉄（Fe3+）の取り込みがVCの連成プロセスで果たす役割は不明確です。

研究 の 目的:

• VCの機械的性能、アルカリ性、およびDOMの挙動に対する鉄添加の影響を調査しました。VCにおける鉄とDOMの相互作用の分子メカニズムを解明しました。VCにおける植生の確立に対する鉄の影響を評価しました。

主な方法:

• 鉄（II）硫酸塩の有無にかかわらずVCの制御された養生と降雨シミュレーション。励起発光マトリックス分光法と並列因子解析（EEM-PARAFAC）を用いた分析。フーリエ変換イオントラップ質量分析法（FT-ICR-MS）による分子特性評価。

主要な成果:

• 鉄の添加は、VCの圧縮強度とせん断強度を高め、アルカリ性を低下させました。シミュレーションされた降雨により、鉄を添加したVCからの溶存有機炭素（DOC）の放出が42%以上削減されました。鉄の酸化物（水酸化物）は、表面錯体形成と配位子交換により芳香族DOMを固定化し、NおよびSの溶出を減少させました。

結論:

• 鉄の取り込みは、VCの機械的安定性とアルカリ性を最適化します。鉄質改良は、DOMを保持することにより、土壌有機炭素の安定化を大幅に向上させます。鉄を添加したVCは、アルカリ性の緩和下で植生のパフォーマンスを向上させます。