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Development of hybrid wet type chemical decontamination technology of radioactively contaminated soil and water using ozone and cations

Research Project

Project/Area Number 20K05380
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
Research InstitutionNagaoka University of Technology

Principal Investigator

TACHIBANA Yu  長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (40634928)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 阿部 達雄  鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (20390403)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords土壌除染 / オゾン / 粘土鉱物 / 腐植物質 / イオン交換反応 / 錯形成 / セシウム / ストロンチウム / 粘土層間 / フレイド・エッジ・サイト / 拡幅・破壊 / 脱水和 / 水和 / ミジンコ急性遊泳阻害試験 / 放射性核種 / 黒ボク土 / フミン質 / 有機酸 / 酸化分解 / 汚染土壌 / 腐食物質 / フミン酸 / 除染技術 / 土壌除染・浄水同時システム / 汚染水除染 / 高速イオン交換反応
Outline of Research at the Start

オゾンには土壌と金属イオンの水和環境を劇的に変化させる能力がある可能性を初めて見出した。模擬放射性物質汚染土壌の除染に適用した結果、高い除染効果を確認できた。しかしながら、どの元素がどれくらいの程度で、どのような吸着機構で土壌に取り込まれ、そして、それらの元素から、どの元素がどの程度で、どんな脱離機構で土壌から溶出するのか未解明である。この不思議な現象を溶存オゾン存在下での土壌中の放射性核種の移行挙動と溶存形態、複合吸着剤により除染された水溶液の生物化学的安全性評価に関する研究を通して解明する。

Outline of Final Research Achievements

Ozone (O3) can increase the hydrophilicity of Cs(I), Sr(II), and clay minerals. Then, the swelling phenomena of interlayer spaces of clay minerals including frayed edge sites to adsorb Cs(I) and Sr(II) are caused and cation exchange reactions between Cs(I) (or Sr(II)) and other metal ions become easier. In addition to the decontamination mechanism described above, O3 can decompose the functional groups of humic substances in soil (ex. Andosol) to produce formic acid, oxalic acid, etc., which can form complexes with Cs(I) or Sr(II). The produced complexes can dissolve and stably exist in an aqueous solution. Furthermore, there is also a decontamination mechanism caused by changes in the hydration environment of functional groups on humic substances in an aqueous solution including dissolved O3. By repeating this decontamination process combined with O3 and metal ions (K, Mg, Ca) at least three times, it was found that Cs(I) and Sr(II) on soil can be almost completely removed from soil.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

溶存オゾンが存在すると水溶液中の金属イオンの化学的環境が劇的に変わる。例えば、土壌(例:黒ボク土)に対してCsは強く吸着するが、そこに溶存オゾンが存在するとCsは土壌からの脱離が容易であるLiと同程度の吸着能となる。つまり、本研究では、溶存オゾンには金属イオン、フミン質および粘土鉱物の水和環境を自在にコントロールできることを初めて示した。さらに、この現象を放射性物質汚染土壌の除染に適用した結果、Csをほぼ完全に土壌から取り除けることがわかった。開発した除染技術はチョルノービリ及び福島第一原子力発電所周辺の汚染土壌にも無力ではなく、過酷事故処理を先導的に取り組む国家に必要な技術となるはずである。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Poznan Univ. of Economics and Business(ポーランド)

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  • [Journal Article] Eco-Friendly Extraction of Rare-Earth Elements on Hydroxyapatite Using Ozone2022

    • Author(s)
      TACHIBANA Yu、KALAK Tomasz、ABE Tatsuo、NOGAMI Masanobu
    • Journal Title

      Journal of Ion Exchange

      Volume: 33 Issue: 4 Pages: 86-94

    • DOI

      10.5182/jaie.33.86

    • ISSN
      0915-860X, 1884-3360
    • Year and Date
      2022-11-04
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    • Author(s)
      Tachibana Yu、Kalak Tomasz、Tanaka Masahiro
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 7 Issue: 31 Pages: 27410-27421

    • DOI

      10.1021/acsomega.2c02427

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  • [Journal Article] Combined use of tannic acid-type organic composite adsorbents and ozone for simultaneous removal of various kinds of radionuclides in river water2020

    • Author(s)
      Tachibana Yu、Kalak Tomasz、Nogami Masanobu、Tanaka Masahiro
    • Journal Title

      Water Research

      Volume: 182 Pages: 116032-116032

    • DOI

      10.1016/j.watres.2020.116032

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  • [Presentation] オゾン処理と陽イオン交換反応を用いた放射性物質含有粘土鉱物の化学除染に関する基礎的研究2022

    • Author(s)
      立花 優、Tomasz Kalak、阿部 達雄、野上 雅伸
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      日本オゾン協会 第31回年次研究講演会
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  • [Presentation] Eco-friendly Extraction of Rare-Earth Elements on Tribasic Calcium Phosphate Using Ozone2022

    • Author(s)
      Yu Tachibana, Tomasz Kalak, Tatsuo Abe, Masanobu Nogami
    • Organizer
      8th International Conference on Ion Exchange (ICIE2022)
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  • [Presentation] オオミジンコ急性遊泳阻害試験におけるフミン酸の影響2022

    • Author(s)
      阿部 達雄, 伊藤 眞子, 立花 優
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  • [Presentation] オゾン処理と陽イオン交換反応による放射性物質汚染土壌の除染機構に関する基礎的研究2021

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      立花 優, Tomasz Kalak, 阿部 達雄, 野上 雅伸
    • Organizer
      第30回日本オゾン協会年次研究講演会
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      立花 優, 野上 雅伸, 阿部 達雄
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      連合年会2021 第35回日本イオン交換研究発表会 第40回溶媒抽出討論会
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  • [Presentation] Effect of Counter Cation on Chromatographic Fractionation of Lithium Isotope in Aqueous Solution2020

    • Author(s)
      Yu Tachibana, Tomasz Kalak, Masanobu Nogami, Masahiro Tanaka
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      3rd Asia Pacific Symposium on Tritium Science (APSOT-3)
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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