当日配布資料（1.21MB）

放射性セシウムおよびストロン
チウム吸着材の開発と応用
兵庫県立大学大学院工学研究科
准教授西岡洋
1
従来技術とその問題点
既に実用化されている吸着材には、以下のようなものがある。
吸着剤
プルシアン
ブルー
ゼオライト
結晶性ケイ
チタン酸塩
長所
短所
Csに対して高選択性高温、アルカリで不安定
分解するとシアンを発生
ナノ粒子
安価で多様
選択性、反応性
CsやSrに効果的
天然ゼオライトと比較する
と高価
2
トバモライトについて
・軽量気泡コンクリート（ALC）の主成分。
・層状構造のケイ酸カルシウム系化合物。
・構造体としての強度や断熱性･遮音性などを目的として
製造されているため、イオン吸着性は低い。
Ca5Si6O16(OH)2 ・ 4H2O
イオン吸着性を高めるためにトバモライトの機能化を検討
3
粘土鉱物などにおけるセシウム補足サイト
イライトにおけるセシウム捕捉サイト
（上）平面図、（下）側面図
18-クラウン-6-エーテルにおける
セシウム捕捉サイト
（上）平面図、（下）側面図
4
トバモライトで予想される吸着サイト
開発した吸着材における予想セシウム捕捉サイト
（左）平面図、（右）側面図
5
各種セシウム吸着材におけるCs-O距離
イライト
12
18-クラウン-6
6
クリノトバモライト
8
トバモライト
8
モンモリロナイト
12
バーミキュライト
12
クリノプチロライト
8
0
1
2
3
4
5
Cs-O平均距離（Å）
距離が短く、酸素数が多いほど有利
6
トバモライトの機能化（Alによる置換）
Si
Al
トバモライトのSiO4四面体に対し、
4価のSiを3価のAlで同形置換する
ことにより、負電荷が強くなり、陽
イオンを吸着する能力が高くなる。
電荷補償のため層間にNa+が入り、
吸着サイトとなる。
e-
Na+
Na+
NaxCa5Si(6-x)AlxO16(OH)2・ 4H2O
7
トバモライトの機能化①（Alによる置換）
Ca
SiO4四面体
Na+
Cs+
Al
O
吸着前
吸着後
Al置換率を高める
8
トバモライトの機能化②（吸着サイトの増加）
a軸方向に結晶成長した場合
b軸方向に結晶成長した場合
媒晶剤による
ｂ軸方向への伸長
9
アルミニウム添加効果（海水中での吸着）
100
セシウムイオン除去率 / %
セシウム濃度：10 ppm
吸着時間：1 h
80
60
40
20
0
0
6.3
12.5
18.8
25.0
31.3
37.5
43.8
50.0
合成時のアルミニウム添加率 / mol%
10
天然ゼオライトとの比較（海水中での吸着）
セシウムイオン除去率 / %
100
セシウム濃度：10 ppm
80
60
40
：本吸着材 (0.15-0.3 mm)
：Clinoptilolite （0.1-0.5 mm）
20
：Chabazite （0.3 mm）
0
0
5
10
15
20
25
吸着時間 / h
11
吸着サイトについて（表面か層間か）
X-ray intensity(arb. units)
吸着前後のXRDピークのシフト
高角側へピークシフト
After adsorption
セシウムイオンを
取り込んだ結果、
層間が収縮
Before adsorption
3
6
9
12
2 / deg. (Cu-K)
SO3H
SO3H
表面水酸基を化学修飾
SO3H
1,3 プロパンスルトン
OH OH OH
Si Si Si
S
O
O O
トルエン還流
層間の8員環で
吸着
O O O
Si Si Si
表面を化学修飾して
も吸着率に変化なし
12
吸着材のSEM画像と陽イオン交換容量
特定の方向に伸長
した短冊状結晶で
建材用トバモライ
トとは異なる。
100 nm
陽イオン交換容量（CEC）
トバモライト
本吸着材
市販品
214
103
単位：cmol/kg
天然
ゼオライト
人工
ゼオライト
50～170
180～400
13
吸着材のハンドリング性
①微粉末として使用
反応性は高いが回収が困難
（凝集＆ろ過）
②磁性を付与
磁気回収が可能
③多孔質成型体化
バインダー使用による
吸着能低下
14
磁性付与吸着材による吸着結果（海水中）
セシウムイオン除去率 / %
100
セシウム濃度：10 ppm
吸着時間：1 h
80
60
40
20
0
0
5
10
Fe3O4 mass%
15
20
15
本吸着材によるSrの吸着性
放射性物質
物理学的半減期
実効半減期
137Cs
30.1年
28.8年
約109日
約18年
90Sr
ストロンチウムはセシウムほど飛散性はない
が、生体内に留まると長期間に渡って内部被
曝の原因となる。
16
純水及び人工海水におけるSr 除去性
100
100
80
除去率 / %
80
60
Sr2+:10 mg/L
40
純水
60
40
人工海水
20
20
0
0
0
0
10
10
20
20
30
30
40
40
50
50
60
60
吸着時間 / 分
17
新技術の特徴・従来技術との比較
• 本吸着材はCsとSrに対する吸着サイトが異な
るため、両イオンを吸着することが可能であり、
Cdイオンも吸着可能である。
• Al置換率と結晶成長方向を見直した結果、従
来のトバモライトよりも吸着量が上昇した。
• ALCの端材などを原料とすることで、天然ゼ
オライトに近いコストで製造・販売することが
期待される。
18
想定される用途
• ALC製造技術に適用することで多孔質化・低
コスト化のメリットが大きいと考えられる。
• 原子力発電所の建屋やダクトなどに本吸着材
を表面吹付けすることで、事故発生時の飛散
を軽減できると考えられる。
• 吸着の迅速性に着目すると、放射性物質が関
与する火災時の消火剤やヘリコプターからの
空中散布による放射性ミストの拡散抑制剤と
しての用途も期待できる。
19
実用化に向けた課題
• セシウム汚染土壌の洗浄剤としての実証試験
を行っている。しかし、土壌からの抽出率が低
い点が未解決である。
• 磁性化した吸着材の耐久性試験も調査予定。
• セメント固化やジオポリマー化の技術も確立
する必要あり。
20
企業への期待
• 本吸着材を安価に製造するための原料として
ALCなどの廃棄物に関する情報が知りたい。
• トバモライト製造技術を持つ企業との共同研
究を希望。
• がれきの処理に携わっている企業に、本吸着
材を試して欲しい。
21
本技術に関する知的財産権
発明の名称：吸着材の製造方法および該方法
を用いて製造した吸着材
出願番号：特願2013-186608
出願人
：兵庫県立大学、フジライト工業
株式会社
発明者
：西岡洋、小舟正文、田路順一郎、
富永充治
22
産学連携の経歴
・ 2011年
・ 2011年
・ 2011年
・ 2012年
・ 2012年
フジライト工業株式会社と共同研究実施
JST A-STEP探索タイプに採択
姫路市産学協同研究助成事業に採択
JST A-STEP復興促進タイプに採択
池田泉州銀行コンソーシアム研究開発助
成事業に採択
23
お問い合わせ先
公立大学法人兵庫県立大学
産学連携・研究推進機構知的財産本部
知的財産コーディネーター久保幸雄
TEL 079-283-4560
FAX 079-283-4561
e-mail [email protected]
24

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