Development of biomineral materials for strontium removal

• Project/Area Number: 16K21604
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Nuclear engineering; Environmental engineering and reduction of environmental burden
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Sekine Yurina 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究職 (00636912)
• Research Collaborator: Kozai Naofumi ; Nankawa Takuya
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2016: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 吸着材 / アパタイト / 骨 / 選択的吸着 / ストロンチウム / 吸着 / 選択性 / 高分子 / ナノ粒子 / 吸着材料 / 中性子線

Outline of Final Research Achievements

Since the accident at the Fukushima-Daiichi nuclear power plant (FNPP) in 2011, there has been an immense need for novel ways to remove radioisotopes from contaminated water. In this research project, we have focused on apatite-based materials for applying as a strontium-90 (90Sr) absorbent. First, we have investigated correlation between nano-scale structure of materials and their absorptivity for target ion. As a result, it was found that there are specific sorption sites in Ca-deficient hydroxyapatite where Sr2+ is stably and preferentially immobilized. We also developed bio-apatite materials derived from livestock bones that can be applied to FNPP site as a absorbent material with low cost and high efficiency.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

福島第一原発事故以降、放射性物質の安全な除去及び拡散防止は重要な課題の一つである。発生した放射性物質のうち、セシウム等については有用な吸着剤が見出されつつあるが、ストロンチウムについては競合するカルシウムイオンとの区別が困難であることなどから有用な除去、拡散防止法の確立について未だ発展の余地がある状態である。本研究では、ストロンチウム吸着能を有するアパタイト材料に着目して新規な吸着材料の実現を目指して研究を行ってきた。結果、ナノスケールでの結晶構造を制御することによりストロンチウムに対して選択性を有する材料を実現した。また家畜骨を利用してコスト面、性能面で優れた材料も実現した。

Research Products

• [Journal Article] Super‐Absorbent Polymer Valves and Colorimetric Chemistries for Time‐Sequenced Discrete Sampling and Chloride Analysis of Sweat via Skin‐Mounted Soft Microfluidics (2018)
  • Author(s): S. B. Kim, Y. Zhang, S. M. Won, A. J. Bandodkar, Y. Sekine, Y. Xue, J. Koo, S. W. Harshman, J. A. Martin, J. Min Park, T. R. Ray, K. E. Crawford, K. T. Lee, J. Choi, R. L. Pitsch, C. C. Grigsby, A. J. Strang, Y. Chen, S. Xu, J. Kim, A. Koh, J. Sook Ha, Y. Huang, S. W. Kim, J. A. Rogers
  • Journal Title: Small Volume: 14 Issue: 12 Pages: 1703334-1703334
  • DOI: 10.1002/smll.201703334
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Calcium-deficient hydroxyapatite as a potential sorbent for strontium (2017)
  • Author(s): Yurina Sekine et al
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 印刷中
  • NAID: 120006368157
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] コントラスト変調中性子小角散乱法による種々のナノゲルの内部構造評価 (2016)
  • Author(s): 関根由莉奈、遠藤仁、H. William、秋吉一成
  • Organizer: 第１６回中性子科学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学 豊田講堂（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2016-12-01
• [Presentation] Nanoscopic structure of nanogels formed from self-associating polymers (2016)
  • Author(s): Yurina Sekine
  • Organizer: Energy Materials Nanotechnology Meeting on Hydrogel Materials
  • Place of Presentation: Singapore
  • Year and Date: 2016-05-10
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 中性子線を利用した天然多糖・無機物由来の機能性材料開発 (2016)
  • Author(s): 関根由莉奈
  • Organizer: 日本原子力学会北関東支部若手研究者発表会
  • Place of Presentation: 東海会館（茨城県那珂郡東海村）
• [Patent(Industrial Property Rights)] 炭酸基高含有炭酸アパタイト (2019)
  • Inventor(s): 関根由莉奈、南川卓也、香西直文
  • Industrial Property Rights Holder: 関根由莉奈、南川卓也、香西直文
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2019
• [Patent(Industrial Property Rights)] 炭酸アパタイトの製造方法 (2019)
  • Inventor(s): 関根由莉奈、南川卓也、香西直文
  • Industrial Property Rights Holder: 関根由莉奈、南川卓也、香西直文
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2019