Creation of radioactive metal-carbon nanocomposite materials using supercritical fluids

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26630482
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 塚原 剛彦 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (10401126)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 超臨界水 / ナノ材料 / 放射性核種の固定化

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、放射性核種を長期安定に保管廃棄できる新しい手法の構築を目指し、カーボンナノチューブ（CNT）内に核種を内包・固定化したナノコンポジット材料を作製しうる超臨界水熱合成法の研究開発を行うものである。本年度は、東電福島原発事故廃棄物の処理処分も鑑み、様々な金属元素（セシウム、ストロンチウム、ランタノイド類、ウラン）を対象として、これら金属元素とCNTを含む硝酸水溶液の超臨界水熱合成試験を実施した。1～100mMの濃度に調整した硝酸セシウム(Cs)、硝酸ストロンチウム(Sr)、硝酸セリウム(Ce)、硝酸プラセオジウム(Pr)、硝酸テルビウム(Tb)、硝酸ウラニル(UO2)の水溶液と、規定量のCNTとを超臨界セルに導入し、400℃、30MPaで30分間超臨界処理を行った後、回収した液体及び固体試料をそれぞれ分析した。回収した水溶液中に含まれる各金属元素の濃度をICP質量分析装置で測定することで、CNTに吸着した各金属元素の濃度を算出すると共に、吸着挙動を解析した。その結果、いずれの元素においても、CNTに対してFreundlich型の吸着挙動を示すことが分かった。また、回収した固体試料はTEM観察やXRD分析を行って、CNT及び金属酸化物の構造を調べた。その結果、超臨界水処理によってCNT表面がC=O, OH, N-Oのような官能基に改質あるいは表面が構造破壊を起こしていること、また、金属イオンは酸化物に転換されていることが確認できた。さらに、回収した固体試料はプレス成型することでペレット化できることを実証した。
以上より、CNTに金属元素を固定化したナノコンポジット材料作製のための超臨界水熱合成法の基盤技術開発に成功したと言える。