✅ Phreeqcマニュアル
✅ Phreeqcマニュアル
✅ Water-Calcite-CO2反応
Reference: Appelo C.A.J. and Postma D. (2005) GEOCHEMISTRY, GROUNDWATER AND POLLUTION. A.A. Balkema Publishers, Leiden, The Netherlands a member of Taylor & Francis Group plc pp.634
☑Open system
☑Closed system
Key words
・土壌中のCO2分圧は10-1.5
・左図はCO2供給が不飽和層中で、持続的であり、Calciteが分布する(Open system)
・右図はCO2供給が不飽和層中で 持続的であり、Calciteが分布せず、地下水面下にCalciteが分布する(Closed system)
✔ PHREEQCで、Open system (Solution 1) と Closed system (Solution 2)のコードを作成し、pH変化を確認する。
SOLUTION 1 (Open system)
temp 25
pH 7
pe 4
redox pe
units mmol/kgw
density 1
-water 1 # kg
EQUILIBRIUM_PHASES 1
CO2(g) -1.5 10
Calcite 0 10
END #ENDが1つで上記のOpen systemの化学式のCO2とCalciteが一緒に反応することを表現
SOLUTION 2 (Closed system)
temp 25
pH 7
pe 4
redox pe
units mmol/kgw
density 1
-water 1 # kg
EQUILIBRIUM_PHASES 1
CO2(g) -1.5 10
SAVE solution 2
END #はじめのENDで、上記のClosed systemの化学式のCO2が水と反応することを表現
USE solution 2 #CO2と水が反応した溶液を用いることを表現
EQUILIBRIUM_PHASES 2 #CO2と水が反応した溶液がCalciteと反応することを表現
Calcite 0 10
END #simulation終了
☑ 結果
Open systemのpHは6.971
Closed systemのpHは、CO2のみの反応で 4.660、その後Calciteとの反応でpH7.678まで上昇。
✅ Phreeqcモデリング(CO2ガスなし(C1)CO2ガスあり(C2)における重炭酸イオン濃度の計算)
Reference: Yang H., Mishima T., Katazakai S., Kagabu M (2023). Analytical approach using a chemical equilibrium formula and geochemical modeling for alkalinity measurements of small natural water samples. Applied Geochemistry https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2022.105535
右図はPHREEQCのプログラム
解釈
・純水を生成
・NaHCO3を純水に溶かし、重炭酸イオン濃度を5~500mg/Lになるように計算
・C2のみに「GAS_PHASE」関数を用いて大気圧のCO2ガスと平衡させる。
・C1とC2、中和滴定法と同様にHClで、pH4.8まで下げて、その間滴定したHCl溶液から重炭酸イオン濃度を計算
KEY POINT
1気圧、25℃、大気のCO2ガス濃度を計算に取り入れてより正確な計算を行った。
その結果、CO2ガスや人間の呼吸により発生するCO2ガスは、中和滴定法による重炭酸イオン濃度変化にあまり影響を及ぼさない。一番影響を及ぼすのは、pH End pointの違いであった。
✅ Phreeqcモデリング(反応速度解析(玄武岩-CO2-H2Oバッチ試験))
1. 圧力10MPa、温度250℃、CO2分圧4MPaにおける炭酸水を用意する。下記の図は、実際行っている実験をモデル化したプログラム
2. 玄武岩の鉱物(斜長石、単斜輝石、橄欖石)、Kinetics、Rate設定(ただし、Rateは長いためにAlbiteのみを表示)
計算結果
点:分析値
線:計算値
二次鉱物を
EQUILIBRIUM_PHASES 1
Siderite 0 0
Kaolinite 0 0
Saponite-Mg-Ca 0 0
このように設定した。