2018 Fiscal Year Research-status Report
放射性廃液から陰イオンを選択的に分離回収できる配位高分子の開発
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18K05004
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
南川 卓也 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 先端基礎研究センター, 研究職 (30370448)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 鉄兵 九州大学, 工学研究院, 准教授 (10404071)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | レニウム / イオン分離 / 配位高分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、汚染水や高レベル放射性廃液などに含まれる放射性陰イオン(TcO4-,SeO42-,IO4-)等を分離することを目的に実験を行った。特にTcO4-には、有効な吸着剤すらない現状のため、まずコールド実験でReO4-(TcO4-のアナログ)の分離を試みた。
また、陰イオン選択的な吸着剤は殆ど報告されていないため、本研究では置換基を導入したテレフタル酸誘導体を用いて、Uio-66を合成して、様々な細孔サイズのMOFを利用してReO4-の分離能力を調べ、元素の分離回収方法の模索や、イオン選択性がどのように発現するか、その傾向を調べた。
初年度は９種類の様々に細孔サイズの違うMOFを合成し、どのMOFが高い吸着効率を持つかを調べると同時に、環境中に含まれる陰イオンの中でも、特に原子力の廃液に混入しやすいCl- やNO3- に対する選択性を比較検討した。その結果、Uio-66においては、NO3-より、Cl-に対するReO4-選択性が高いことが明らかとなった。ReO4-がUio-66に吸着する過程で、Zrに配位すると考えられるが、この配位能力がCl-では低いためと考えられる。また、どの吸着剤も酸性条件下で高い吸着能力をもち、疎水性が高いMOFにおいては、Kd＞1000(cm3/g)程度の吸着力を持つ。このことから低濃度の純粋なReO4-が含まれた水溶液からの吸着分離において、十分に実用性のあるMOFが得られたと言える。逆に弱塩基性溶液においては、これらのMOFは非常に吸着能力が弱く、ZrにReO4-が吸着出来ずに、OH基が配位すると考えられる。
この性質を利用し、ReO4-を酸性条件で吸着させ、これを更に弱塩基性条件にすることで、MOFに吸着したReO4-の95%を5分以内に脱着させることに成功した。これは、放射性元素を分離回収できる可能性を示し、非常に有用なデータである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
陰イオンを分離できる吸着剤の報告は乏しく、どのような細孔が陰イオン分離に向いているかを示すデータは殆どない。本研究は、細孔を使ったReO4-の吸着分離において、疎水性置換基の有効性を示したとともに、これまでにない分離回収法を見出すことで今後に大きな指針を示すことが出来た。これは、今後の分離剤開発に非常に有効な知見であり、物性を改善するにあたって、調査すべきターゲットを絞り込むことに成功している。また、基本的に塩化物中での選択性が非常に高く、吸着能力が高く、分離回収が可能なMOFを得ることも既に出来ていることから、本研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
疎水性の細孔については、配位高分子のみならず、これにポリマーや小分子で複合的に疎水基を組み合わせることでも、安価で疎水性の配位高分子複合材料が作れる可能性も高い。既に分離回収手法や選択性の発現についての指針が初年度で得られていることから、今後は、今までのようなMOF合成のみならず、「疎水性の導入による性能の改善」という観点から、陰イオンの分離がより効率的に行える材料の探索を行う。
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| Causes of Carryover |
H30年度に研究代表者の機関内異動が発生し、実験に係る環境整備や状況把握に時間を要することになり、当初計画を一部変更してH30年度の備品等整備をH31年度に持ち越したため、次年度使用額が生じることとなった。次年度使用額はH31年度経費と合わせて備品購入費用や材料内疎水性の置換基導入手法の構築に係る費用に使用する。
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