2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on Cs Desorption from Soil Clay Minerals by Subcritical Water containing Metal Ions
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18H03398
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
竹下 健二 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (80282870)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾上 順 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50241245)
中瀬 正彦 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (70744332)
渡邊 真太 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 研究員 (30554828)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 除染 / 福島第一原子力発電所事故 / 汚染土壌 / 粘土鉱物 / バーミキュライト / 放射性セシウム / 分子動力学 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究実績の概要
27℃、0.1MPaでCs+を層間に飽和吸着させた粘土鉱物(バーミキュライト:VB)に対する分子動力学(MD) 計算の結果、層間距離は11Åと評価され、VBのXRD分析の結果（10.7～11.2 Å）とよく一致した。第一原理計算によりVBの電荷密度分布を計算すると、Cs+は層内にある12個の酸素に安定固定化され、閉じた層間構造となった。次いで250℃の亜臨界水中でのMg2+によるCs+脱離過程をMD計算した結果、VB層間でMg2+は水和錯体Mg(H2O)62+を形成し、水和錯体が層間を押し広げることで、吸着されているCs+が層間を拡散し、脱離されることが分かった。また第一原理計算の結果、Mg水和錯体を構成する水分子の水素と層構造中の酸素が結合して層間距離14.2ÅでMg2+が層内で固定化されることが明らかになり、MD計算結果を裏付けることができた。
Cs+を飽和吸着させたVBを充填したカラムにMg2+を含む溶離液を流して250℃の亜臨界水条件でCs+を脱離させたところ、ほぼ全量のCsを回収できた。またイオン交換速度を物質移動係数で表した輸送理論によってカラムの動的なCs+脱離挙動を表現できた。これらの結果を用いてプロセス規模を評価した。62000 Bq/kgの汚染土壌1万m3に対して99％のCs脱離回収を仮定した。亜臨界水イオン交換によって浄化土壌（1万m3）の放射能濃度は620Bq/kgとなり、環境省の定めた指定廃棄物の指定基準8000Bq/kg以下になり、浄化土壌は再利用が可能になる。この処理によって放射性Csを含む溶離水が発生するが、令和元年度環境省「除染土壌等の減容等技術実証事業」で研究されたガラス固化法を使えば、ガラス固化体（最終廃棄物）の発生量は0.322m3、放射能濃度は1GBq/kgとなり、大幅な廃棄物減容とCs安定固化が可能になる。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(15 results)
