2019 Fiscal Year Research-status Report
Specific recognition and high-efficient extraction separation of Tc using multipoint three-dimensional interaction of C3 symmetric ligand
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19K05340
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
下条 晃司郎 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, 研究副主幹 (50414587)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 溶媒抽出 / テクネチウム / レニウム / 新規抽出剤 / 金属分離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
テクネチウム-99(99Tc)は長寿命放射性核種（半減期21.1万年）であり、使用済み核燃料に多く含まれている。99Tcを他の放射性核種と分離し、適切に処分するための有望な分離技術の１つに溶媒抽出法があげられる。金属の抽出分離効率は使用する抽出剤に大きく影響するが、99Tcは水溶液中でオキソアニオン（99TcO4-）として存在するため、使用できる抽出剤が限られており、従来の溶媒抽出法では高効率な抽出を達成することが難しい。そこで、本研究では99TcO4-を特異的に認識可能な抽出試薬を新たに合成し、99TcO4-の高効率な抽出分離システムの開発に挑戦する。
初年度は主に抽出剤の開発を行った。具体的には、99TcO4-との静電的相互作用部位としてアミンを、塩基性かつ水素結合性部位としてアミド基に注目し、アミンを中心に3つのジオクチルアミドを修飾した抽出剤HONTA、2つのジオクチルアミドを修飾したADAAM(Oct)、2つのジエチルヘキシルアミドを修飾したADAAM(EH)を開発した。また、単純な分子構造をした市販抽出剤トリオクチルアミン(TOA)と比較することで、新規抽出剤の能力を評価した。対象金属としては、99TcO4-と化学的性質が類似するReO4-をモデル元素に用い、コールド実験で抽出実験を行った。その結果、ReO4-に対する抽出能はHONTA > ADAAM(Oct) > ADAAM(EH) > TOAとなり、アミンにアミド基を導入することで、大幅にReO4-の抽出効率が向上することを明らかにした。また、抽出されたReO4-は中性の水溶液を用いることで容易に逆抽出が可能であることを見出した。
以上より、アミンに複数のアミド基を導入した抽出剤が99TcO4-の高効率な抽出分離回収技術を構築できる可能性を秘めていることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、取扱いやすさを考慮し、99TcO4-のモデル元素として非放射性元素であるReO4-を使用し、ReO4-を選択的に認識する新規抽出剤の開発およびそれらを用いて抽出実験を行った。
市販の三級アミンTOAを用いた場合、水相の酸性度が大きくなると共にReO4-の抽出率が増加し、極大値に達した後、さらに酸性度が高くなると抽出率が低下した。このベル型の抽出挙動から、プロトン化したTOAとReO4-との静電的相互作用が抽出のドライビングフォースと考えられ、強酸になるほどTOAがプロトン化しやすくなり抽出が起こりやすくなる。しかし、酸性度が高すぎる場合はNO3-と競合するため抽出が低下すると考えられる。
一方、３つのアミド基を有するHONTAを用いた場合もベル型の抽出挙動を示すが、弱酸領域でもReO4-の抽出が可能となり、HONTAはTOAに比べて高い抽出能を示した。また、２つのアミド基を有するADAAM(Oct)は、ReO4-に対する抽出能がTOAより高く、HONTAより小さかった。この理由は、抽出剤のプロトン化の容易さがReO4-抽出に関係しており、アミンの窒素原子とアミド基の酸素原子によるプロトンとのキレート形成によって、抽出剤のプロトン化が安定化される。そして、アミド基の個数の増加に伴い、より抽出剤のプロトン化が促進され、抽出能が向上するものと推察される。一方、ADAAM(EH)はADAAM(Oct)より抽出能が小さいが、ジエチルヘキシル基による立体障害が原因と考えられる。さらに、逆抽出について検討したところ、pH 7.0の水溶液で容易に逆抽出できることを明らかにした。
以上のように、本研究では新規抽出剤を用いて、高効率なReO4-の抽出を達成しており、順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の研究で、アミンにアミド基を導入した新規抽出剤がReO4-の抽出に有効であることを明らかにした。次年度は抽出条件（水相pH、抽出剤濃度、抽出時間、塩濃度）を変えて、最適な抽出条件を明らかにするとともに、夾雑イオンに対するReO4-(99TcO4-)選択性を検討する。また抽出平衡解析や種々の分析技術を駆使して、抽出平衡メカニズム、化学量論比、抽出錯体構造など明らかにする。また、得られた抽出データや構造化学的な特徴から抽出剤の分子構造と金属抽出能の相関関係を解明し、得られた知見をフィードバックすることで新たな抽出剤を分子設計し、抽出に応用する。
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| Causes of Carryover |
令和2年3月に参加を予定していた学会が中止となったため、その分について次年度使用額として生じることとなった。令和2年度は、金属分析のためのICP-MSの使用頻度が多くなることが考えられるため、次年度使用額は、令和2年度分経費を合わせて、高価なアルゴンガスの購入費用として使用予定である。
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