Development of hybrid wet type chemical decontamination technology of radioactively contaminated soil and water using ozone and cations

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05380
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: TACHIBANA Yu 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (40634928)
• 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)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 土壌除染 / オゾン / 粘土鉱物 / 腐植物質 / イオン交換反応 / 錯形成 / セシウム / ストロンチウム

Outline of Final Research Achievements

Ozone (O3) can increase the hydrophilicity of Cs(I), Sr(II), and clay minerals. Then, the swelling phenomena of interlayer spaces of clay minerals including frayed edge sites to adsorb Cs(I) and Sr(II) are caused and cation exchange reactions between Cs(I) (or Sr(II)) and other metal ions become easier. In addition to the decontamination mechanism described above, O3 can decompose the functional groups of humic substances in soil (ex. Andosol) to produce formic acid, oxalic acid, etc., which can form complexes with Cs(I) or Sr(II). The produced complexes can dissolve and stably exist in an aqueous solution. Furthermore, there is also a decontamination mechanism caused by changes in the hydration environment of functional groups on humic substances in an aqueous solution including dissolved O3. By repeating this decontamination process combined with O3 and metal ions (K, Mg, Ca) at least three times, it was found that Cs(I) and Sr(II) on soil can be almost completely removed from soil.

Free Research Field

原子力工学(核種分離)、核融合工学(同位体分離)、浄水工学(オゾン化学)

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

溶存オゾンが存在すると水溶液中の金属イオンの化学的環境が劇的に変わる。例えば、土壌(例：黒ボク土)に対してCsは強く吸着するが、そこに溶存オゾンが存在するとCsは土壌からの脱離が容易であるLiと同程度の吸着能となる。つまり、本研究では、溶存オゾンには金属イオン、フミン質および粘土鉱物の水和環境を自在にコントロールできることを初めて示した。さらに、この現象を放射性物質汚染土壌の除染に適用した結果、Csをほぼ完全に土壌から取り除けることがわかった。開発した除染技術はチョルノービリ及び福島第一原子力発電所周辺の汚染土壌にも無力ではなく、過酷事故処理を先導的に取り組む国家に必要な技術となるはずである。