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2015 Fiscal Year Annual Research Report

リチウム同位体分離用コアシェル型吸着剤の開発

Research Project

Project/Area Number 26289354
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

杉山 貴彦  名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90353440)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywordsリチウム / 置換クロマトグラフィー / ブランケット / 同位体分離 / コアシェル型吸着剤
Outline of Annual Research Achievements

平成26年度からコアシェル型の担体の調製に取り組んだが,吸着剤の担体として利用可能なものはできなかった.そこで,市販のUHPLC用のコアシェルビーズから利用可能なものを選定した.具体的には,Phenomenex社製のKinetex 5 μm,HILICを採用した.対照試料として,全多項性のPhenomenex社製Luna 5 μm,HILICも用意した.
大環状化合物としては,Benzo-15-crown-5(B15C5)を選定した.多孔質シリカビーズへのB15C5の担持について予備実験を行った.水に非混和で,B15C5を十分に溶解する溶媒として,キシレンを選定した.典型的な調製方法は次の様である.まず,0.1 gのB15C5を0.5 gのキシレンに溶解させる.キシレンを適量のアセトンで希釈する.次に,5 gの多孔質シリカビーズを,B15C5のキシレン溶液に浸し,含浸させる.最後に,ロータリーエバポレータを用いて40℃に加熱し,不要なアセトンを除去する.多孔質シリカビーズとしては,粒径が60,100,250 μmの3種類を用いた.
調製した吸着剤を,内径4 mm,有効充填長250 mmのカラムに詰めて,LiCl水溶液を用いて,前端分析法により,充填カラムのHETP値を評価した.HETP値は,吸着剤の粒径とともに小さくなり,粒径が60 μmの場合に0.16 mmと非常に小さな値を得た.以上により,吸着剤の調製技術が整えられた.
平成26年度に開発した数値シミュレーションによれば,粒径5 μmのコアシェル粒子を用いた場合,HETP値は10 μmと評価された.実験上は,微小粒子を充填した充填塔に特有の軸方向混合が影響を及ぼし,数値シミュレーションの予測値に比べて大きな値になると考えられる.平成28年度には,粒径5 μmの吸着剤を調製し,実験によりHETP値を得る予定である.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

コアシェル型の担体を新規に調製することに時間がかかり,結局,実用に耐えるものは調製できなかった.コアシェル型シリカビーズとしては,市販のものを選定して用いることとし,コアシェル型吸着剤を完成させる.平成27年度は,使用できそうなコアシェル型シリカビーズを選定し,調達できたことと,シリカビーズへのB15C5の担持方法を確立できたことから,平成28年度内に,コアシェル型吸着剤を完成させる目処が十分に立ったため,自己判定として,「やや遅れている」とした.

Strategy for Future Research Activity

平成27年度までの進捗状況で述べたように,コアシェル型吸着剤を完成させる目処はたった.また,置換クロマトグラフィー法によるリチウム同位体分離の数値シミュレーションについては,既に完成させ,計算結果を利用しながら実験を進めているところである.したがって,このままの進捗で,当初予定していた研究内容を平成28年度内に完了できる見通しである.
平成28年4月に参加したトリチウムの国際会議(TRITIUM2016,米国,チャールストン)において,本研究の進捗を報告したところ,ドイツ・カールスルーエ研究所の研究者から反響があり,今後,情報交換を進めるとともに,リチウム同位体分離への置換クロマトグラフィー法の適用性を評価してゆくこととなった.

Causes of Carryover

コアシェル型多孔質シリカビーズの調製に試行錯誤を重ねたため,計画通りの利用とはならなかった.

Expenditure Plan for Carryover Budget

コアシェル型吸着剤の調製に目処が立ったため,調製用の高価な薬剤が必要となることから,平成28年度に繰り越しても,全て消費される予定である.

  • Research Products

    (1 results)

All 2015

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results)

  • [Journal Article] Separative Analyses of a Chromatographic Column Packed with a Core-shell Adsorbent for Lithium Isotope Separation2015

    • Author(s)
      T. Sugiyama, K. Sugiura, Y. Enokida, I. Yamamoto
    • Journal Title

      Fusion Science and Technology

      Volume: 67 Pages: 584-587

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant

URL: 

Published: 2017-01-06  

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