高吸水性素材を用いた高レベル放射性廃液からのRh迅速分離への挑戦

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K15202
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 伊藤 辰也 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 福島研究開発部門 福島研究開発拠点 廃炉環境国際共同研究センター, 任期付研究員 (20757653)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 高レベル放射性廃液 / 廃棄物資源化 / ロジウム / ゲル / 吸着

Outline of Annual Research Achievements

核燃料再処理に伴い発生する高レベル放射性廃液には、排ガス用触媒等として需要が高く、高価な希少金属であるロジウム（Rh）が含まれており、これを分離回収して資源化することが期待されている。しかし、硝酸水溶液中のRhは従来のような有機層中への抽出や吸着材への吸着は長時間に及ぶため、選択的かつ迅速な分離法は確立されていない。
そこで本研究では、水と相分離しつつも系内に水を許容できる分離媒体として高吸水性ゲルを用い、その一部にRhに親和性の高い構造を組み込むことで選択性を発現させることを着想した。
本年度は、まずRhに親和性の高いチオジグリコールアミド（TDGA）構造を有する架橋性モノマーを用いて合成した高吸水性ゲルについて、白金族元素（Ru, Rh, Pd）を含む硝酸水溶液と接触させ、吸着性を有することを確認した。一方、TDGA構造を有する架橋性モノマーを用いると、まず当該モノマーの合成における不純物が多い、単位体積当たりの吸着量が少ない、機械的強度が低い等の課題が見られた。そこで無水チオジグリコール酸とアリルアミンを用いる方法で不純物の少ないチオジグリコールアミド酸（TDGAA）型モノマーを合成し、これと架橋性のメチレンビスアクリルアミドを用いてゲルを合成した。TDGAA型モノマーだけでは重合しにくいためアクリル酸を添加して合成を行ったが白金族元素の吸着性を有することが確認できた。よって、これを用いて吸着特性を取得し、室温（20度）において24時間の接触後に40%以上のRh(Ⅲ)が吸着することが判明した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

TDGA構造の導入を架橋剤からベースモノマーへ変更したことによる若干の遅れがあるものの、これまでにゲルの合成方法や評価方法は確立されているため、今後のゲルの合成とRh吸着挙動の取得には大きな支障はないと考えられる。また、引き続き研究協力者の協力を得られるため、体制面においても大きな支障はないと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

これまでに確立した合成方法に基づき、吸着サイトとしてはTDGAAモノマーを用いて架橋度や混合するモノマーの種類を変化させていくつかのゲルを合成する。そして、合成したゲルについてNMRやFT-IRなどによる同定と含水率測定等のキャラクタリゼーションを行うとともに、硝酸水溶液中におけるRhの吸着速度などの吸着挙動を取得する。それらの評価からRh吸着の最適条件を検討する。加えて、最適な分離システム（装置、手法、条件等）を検討する。