重要な要素 (図 1) の中で、バナジウム (V) は、特に重要なゾーンで潜在的に危険な汚染物質であると提案されています。米国環境保護庁は、V を環境リスク要素の優先リストに分類しています。 V の環境への懸念を修正するには、V 生物地球化学を他の遷移金属と比較して不完全に理解することで制御できます。 V の生物地球化学的挙動をよりよく理解することは、環境リスク評価をサポートし、新しい修復ツールの開発を支援する可能性があります (Pourret and Dia、2018)。
バナジウムは、スカンジナビアの美と豊穣の女神であるバナディスにちなんで名付けられました。これは、V 化合物に見られる多種多様な色によるものです。その酸化状態により、V2+ は紫、V3+ は黄色、V4+ は青、V5+ はオレンジ色になります。
バナジウムは 1801 年にデル リオによって最初に明らかにされ、不正確なクロムとして特定されました。バナジウムは、1830 年に Sefström によってさらに発見されました。バナジウムは、1867 年に Roscoe によって塩化 V からほぼ純粋な形で水素で還元されました。高純度の V (99.3 ～ 99.8%) は、1927 年に初めて製造されました。
バナジウムは、リソスフェアで V3+ 型の還元として発生しますが、酸化状態では、V は V4+ 型の下で優勢です。バナジウム 2+ は主に環境中で安定ではありませんが、V3+ はより安定しています。バナジウム 3+ は、空気または溶存酸素によっても徐々に酸化されます。 V4+ は還元環境で発生するのに対し、バナジウム 5+ は大気にさらされた水域で最も一般的な形態であると予想されます。
バナジウム酸化還元化学は、特に再生可能エネルギー技術への応用において、特に興味深いものです。実際、V レドックス バッテリー技術は、化学ポテンシャル エネルギーを保存するために、異なる V 酸化状態の一種の充電式フローを使用します。したがって、V の需要は増加しており、近い将来も間違いなく増加し続けるでしょう。建築材料のバナジウム要求は、採掘された V の最大の用途です。バナジウムは金属合金として使用されます。少量のバナジウムは、合金化された金属に強度と耐熱性を追加します.
バナジウムと鉄の合金であるフェロバナジウムは、ギア、シャフト、クランクシャフトなどの高応力自動車部品に使用されています。ジェットエンジンにはチタンとバナジウムの合金が使われています。したがって、陸上および水中の貯留層を循環するバナジウムの量は、さらに増加すると予想されます。その結果、制御されていない V が環境に放出され、環境問題は発展途上国と先進国ですでに現れています。実際、バナジウムは、環境検査のおかげで中国の抑圧にとらわれた多くの金属の 1 つですが、同時に、中国はより多くのバナジウムを必要とする鋼の基準を引き上げました.
これに関連して、バナジウムは、世界的な V 需要の増加に伴い、より多くの考慮を受けてきました。しかし、その環境での発生は新たな重要な問題になります.
V4+ から V5+ への酸化速度と、水溶液中のこれら 2 つの種の間の平衡は、水中での V 優勢を調節します (図 2; Pourret et al., 2012)。 pH、V 濃度、酸化還元電位、水系のイオン強度、生物活性などのいくつかの要因が、V スペシエーションを調節します。水中では、V4+ は一般にバナジル カチオン [VO2+、VO(OH)+] として存在しますが、V5+ はバナジン酸オキシアニオン (H2VO4-、HVO42-) として存在します。 VO2+ は、有機および無機表面を含む固相に強力に吸収されます。アニオン性 V (H2VO4-、HVO42-) の収着は、カチオンよりもはるかに低くなります。 VO2+ の溶解度は、有機物との錯化によって大幅に改善される可能性があります。 V4+ は pH>7 では熱力学的に安定ではありませんが、さまざまな有機および無機種による錯体形成により、その安定性が大幅に向上する可能性があります (図 2)。最終的に、V5+ 酸化状態のイオンは、V4+ イオンより毒性が高くなります。
プーレット等。 (2012) は、浅い地下水における V 挙動に関するいくつかの結果を発表しました。彼らは、丘陵地の地下水中の V が有機複合体と無機複合体の混合物として発生するのに対し、湿地の地下水中の V は主に有機種として発生することを提案しました。彼らの研究で説明されているデータセットを使用して、彼らは、帯水層と岩石の組成や人為的寄与などの要因が、浅い地下水の V 分布を定義する上で間違いなく無視できる役割を果たしていることを強調しました。人為起源の影響に関するこの結論は局所的な規模のものですが、地球規模の V サイクルの摂動を排除することはできません。したがって、有機物含有量と酸化還元状態は、地下水中の V キャリアとしての Fe 酸化物、Mn 酸化物との競合を促進するかどうかのいずれかであり、V サイクルに関与する可能性のある 2 つの支配的な要因です。この文脈では、有機物またはレドックス感受性相が関与する主要な V キャリアであるかどうかを確認することは興味深いようです。この分布を明らかにするために、特にクリティカルゾーンでより大きなスケールで V 輸送に影響を与えるプロセスをよりよく理解するために、さらなる研究に専念する必要があります.
参考文献:
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