ナノダイヤモンドを用いる核種分離法の開発

2012 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24561045
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 渡邉 雅之 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力基礎工学研究部門, 研究主幹 (70354842)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: ナノテクノロジー / ダイヤモンド / 希土類元素 / レアアース / レアメタル / 分離変換 / アクチノイド / 吸着

Research Abstract

平成24年度は、主にバッチ法による分離試験を対象となる全元素にわたって行い、分離条件の探索および次年度以降の分光測定による吸着状態の解明に向けた準備を行った。
１）吸着試験
分離試験においては、現在まで得られている予備実験をより系統的に進めた。未処理のダイヤモンドやナノダイヤモンドを用いて、各種希土類元素のバッチ吸着試験を行った。液性を変化させ、ICP-MS 測定装置にて、元素濃度の測定を行い、吸着分配係数を求めた。ダイヤモンドに対する希土類元素の吸着に置いては、pH1以下の比較的高い酸濃度においても、吸着が見られることを明らかにした。pHの増加に伴い吸着分配係数の増大が観察され、pH依存性はイオン交換的な吸着挙動を示すことを明らかにした。また、吸着等温線を作成するため、吸着データの取得を開始した。
２）物性測定
BET により吸着前後の比表面積の測定を行い表面状態の変化を評価したが、比表面積と吸着分配係数の間に相関は観察されなかった。分光測定に関しては、吸着前後のダイヤモンドを用いて、予備的な発光分光測定を開始した。ダイヤモンド自体が発光を呈するため、発光波長の干渉がない希土類元素を用いて、次年度以降の研究を進める必要があることを確認した。連携研究者より、ダイヤモンドに関する最新知見の助言をもらい、今後はホウ素ドーピングされたダイヤモンドの可能性と、ＦＥＴ化を行いイオン選択性センサーとしての可能性を模索する展開を次年度以降の計画に組み込んでいくこととした。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度行った吸着挙動試験では、広範なpH領域から希酸液性下で、希土類元素のダイヤモンドに対する吸着に関して、系統性を明らかにすることが出来た点は、かなりの進捗が見られた。また、全ての希土類元素を対象に吸着挙動を追求することが出来、典型的なテトラド効果を観察できたことは、今後の吸着挙動解明に向け、一歩前進したと言える。吸着挙動の解明に関しては、今後の発光分光研究、赤外分光法の適応に向け、予備的実験を行い、最適条件の検討まで進めたため、次年度以降の吸着挙動の解明に向けて、順調な結果が得られている。
ただ、同時進行で行う予定であったカラム試験については、現在吸着容量実験を継続するにとどまり、若干の遂行遅延を見たため、次年度以降、早い時期に検討を進める予定である。

Strategy for Future Research Activity

発光分光測定、赤外分光法を中心にＸ線によるＸＡＦＳ、ＸＰＳなどの測定法を駆使し、吸着状態の解明を進めると共に、酸-塩基滴定および滴定を組み合わせたゼータ電位測定を行うとともに、交流インピーダンス測定などの適応を検討し、ダイヤモンド側の状態分析を進める。また、対象元素を大きく拡げ、希土類元素に留まらず、遷移金属元素、アルカリ土類元素へ展開することで総合的な吸着挙動の理解を進める。
カラム分離試験のための、吸着容量、吸着等温線の解析を行い、年度末以降にカラム試験を行っていく予定である。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

＜物品（消耗品）＞
ナノダイヤモンドなど消耗品の購入のほか、滴定に係る部品・消耗品、分光測定用の石英セルなどの購入を計画している。また、定量測定に必要とされる試薬、ガス類などの購入も行う。
＜旅費＞
成果が固まってきた段階で、米国化学会での発表を計画している。
その他、国内学会での情報収集、成果報告を企図している。