2019 Fiscal Year Research-status Report

三次元的細孔構造をもつ多孔質結晶における高レベル放射性元素の高効率吸着特性

Research Project

Project/Area Number	19K05349
Research Institution	Yamaguchi University
Principal Investigator	藤原惠子山口大学, 大学院創成科学研究科, 助手 (50253175)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	中塚晃彦山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (80294651)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	Csイオン / Na-GTS型チタノシリケート / XRD / イオン交換
Outline of Annual Research Achievements	東日本大震災によって壊滅した福島第一原発の汚染水の放射性元素除去剤としてマイクロポーラス結晶が使用されているが、さらに高効率に放射性元素を回収・除去できる吸着剤の探索・開発が望まれている。そこで、優れたイオン交換剤として期待されているNa-GTS型チタノシリケート(Na-GTS)に着目した。合成した単相のNa-GTS[Na4Ti4O4(SiO4)3・6H2O]0.5 gに0.01～1.0 Mの各濃度に調製したCsCl水溶液を加え、25,40,60,80℃で振とう処理を行い、Cs交換体[Na4(1-x)Cs4xTi4O4(SiO4)3・6H2O]を作製した。振とう処理後の上澄み溶液中に溶出したNa+の原子吸光分析からCs交換率x(NNa/4NNa-GTS)を決定した(NNa:振とう処理後の上澄み溶液中に溶出したNa+の物質量、NNa-GTS:Na-GTSの物質量)。得られた試料の同定及び構造評価は粉末XRDを用いた。振とう処理温度80℃では明らかに高い交換率を示し、CCs=0.5 M以上で完全なCs交換に相当するx=1.0の値を得た。粉末XRD測定の結果、決定した単位格子体積Vは交換率(x)が高くなるにつれて増加傾向にあった。これはイオン半径(Na+<Cs+)の効果に起因していると考えられる。Cs+交換体の陽イオンが、細孔内において、どのように分布しているかを検討した。Sr-GTS（立方晶系）の単結晶Ｘ線構造解析（Spiridonova et al., 2011）によって報告されたSr2+席(4eと6g)が、擬立方構造をもつCs+交換体のCs+イオンの可能な占有席とし、いくつかの占有モデルを仮定してXRDパターンをシミュレーションした。実測のXRDパターンと比較した結果、Cs+交換体中のCs+は擬立方構造における6g席を優先的に占有することが示唆された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 福島第一原発の汚染水の放射性元素除去剤として、ゼオライト化合物を中心としたマイクロポーラス結晶がもつイオン交換特性や吸着特性が利用されている。ゼオライトはTO4四面体(T=Al、Si)がすべての頂点を共有して結合した三次元のフレームワーク構造を作り、その中に大きな細孔を持つのが特徴である。現在福島第一原発で実際に使用されているゼオライトの1つであるCHA型ゼオライト(チャバサイト)の合成を試みたが、単相のCHAの合成ができなかった。そこで、東ソー製のK-CHA (K3.63[Al3.60Si8.39O24]・9.87H2O)を用いて、Cs交換を行なう予定である。
Strategy for Future Research Activity	東ソー製のK-CHAを用いて、塩化セシウム水溶液の濃度および振とう処理温度などを系統的に変化させて試料を調製する。さらに、チタノシリケートの中でも、細孔径が大きなAM2型多孔性K珪チタン酸塩(K-AM2)を合成する。次に、単相のK-AM2を用い、塩化セシウム水溶液の濃度および振とう処理温度などを系統的に変化させて試料を調製する。調製したCs交換体について、原子吸光分析法、XRD、TG-DTAを用いた分析、評価を行なう。