2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of hybrid wet type chemical decontamination technology of radioactively contaminated soil and water using ozone and cations
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20K05380
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
立花 優 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (40634928)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | オゾン / 粘土層間 / フレイド・エッジ・サイト / 拡幅・破壊 / 腐植物質 / 脱水和 / 水和 / ミジンコ急性遊泳阻害試験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
9種類の粘土鉱物(セリサイト、イライト(産地が異なる2種類)、バーミキュライト(産地が異なる2種類)、ベントナイト(Na形とCa形の2種類)、カオリナイト、ハロイサイト)とCs+やSr2+との間の吸着平衡反応に関する見かけの熱力学的パラメータを算出した結果、多くの場合において、Cs+の場合では、ΔHは負、ΔSは正の値を示し、Sr2+の場合では、ΔHはほぼゼロ、ΔSは正の値となることがわかった。Cs+の方がSr2+より第一水和殻内の水和数が僅かに少なく、かつイオン-水分子間距離が離れているため、粘土層間に取り込まれる際に起こるCs+の脱水和に必要なエネルギーがSr2+のそれよりも低くなったことが考えられる。つまり、Cs+、Sr2+、および粘土鉱物の親水性を向上させることでフレイド・エッジ・サイト(FES)を含む粘土層間を拡幅させ、Cs+やSr2+に対する保持能力の低下および他の金属イオンとのイオン交換能の向上が期待された。そこで、オゾン(O3)を用いてバーミキュライトからのCs+とSr2+の溶出実験を行った。その結果、予想した通り、O3と陽イオン(K, Mg, Ca)を添加すると層間に取り込まれていたCs+とSr2+が水溶液側に溶出し、陽イオンの添加のみの場合と比較してその割合が高くなることを確認した。さらに、その溶出実験を3回繰り返すとバーミキュライトからほぼ完全にCs+とSr2+が取り除かれることがわかった。また、土壌に対しても同様の結果が得られ、河川水や海水を用いても除染は可能であった。回収した処理水のミジンコ急性遊泳阻害試験結果も良好であった。さらには、O3が土壌に含まれる腐植物質の官能基を分解し、ギ酸、シュウ酸などを生成させ、Cs+やSr2+と錯形成し水溶液側に溶出させる機構や腐植物質などが有する官能基の水和環境変化に起因する除染機構もうまく解明できた。
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