磁化バイオミネラルによる放射性Srイオン吸着材料の開発

• 研究課題/領域番号: 16K21604
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 原子力学; 環境技術・環境負荷低減
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 関根 由莉奈 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究職 (00636912)
• 研究協力者: 香西 直文 ; 南川 卓也
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 吸着材 / アパタイト / 骨 / 選択的吸着 / ストロンチウム / 吸着 / 選択性 / 高分子 / ナノ粒子 / 吸着材料 / 中性子線

研究成果の概要

汚染水や環境からのストロンチウム等の有害金属イオンの効果的な除去は未だ急務の課題である。本研究ではストロンチウム吸着材として知られているアパタイトに着目して研究開発を行ってきた。初年度以降、アパタイトの結晶構造をナノオーダーで制御することにより、ストロンチウムに対して高い選択性を材料に付与出来ることを見出してきた。具体的には、アパタイト結晶を構成するカルシウムイオンを欠損させることにより結晶構造に歪みが生じ、ストロンチウムイオンに対して選択性を有する材料が出来ることを明らかにした。最終年度では、廃材となる豚骨や牛骨等の家畜骨に着目して、より実用化に即した材料の確立を実現した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

福島第一原発事故以降、放射性物質の安全な除去及び拡散防止は重要な課題の一つである。発生した放射性物質のうち、セシウム等については有用な吸着剤が見出されつつあるが、ストロンチウムについては競合するカルシウムイオンとの区別が困難であることなどから有用な除去、拡散防止法の確立について未だ発展の余地がある状態である。本研究では、ストロンチウム吸着能を有するアパタイト材料に着目して新規な吸着材料の実現を目指して研究を行ってきた。結果、ナノスケールでの結晶構造を制御することによりストロンチウムに対して選択性を有する材料を実現した。また家畜骨を利用してコスト面、性能面で優れた材料も実現した。

研究成果

• [雑誌論文] Super‐Absorbent Polymer Valves and Colorimetric Chemistries for Time‐Sequenced Discrete Sampling and Chloride Analysis of Sweat via Skin‐Mounted Soft Microfluidics (2018)
  • 著者名/発表者名: S. B. Kim, Y. Zhang, S. M. Won, A. J. Bandodkar, Y. Sekine, Y. Xue, J. Koo, S. W. Harshman, J. A. Martin, J. Min Park, T. R. Ray, K. E. Crawford, K. T. Lee, J. Choi, R. L. Pitsch, C. C. Grigsby, A. J. Strang, Y. Chen, S. Xu, J. Kim, A. Koh, J. Sook Ha, Y. Huang, S. W. Kim, J. A. Rogers
  • 雑誌名: Small 巻: 14 号: 12 ページ: 1703334-1703334
  • DOI: 10.1002/smll.201703334
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Calcium-deficient hydroxyapatite as a potential sorbent for strontium (2017)
  • 著者名/発表者名: Yurina Sekine et al
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 印刷中
  • NAID: 120006368157
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] コントラスト変調中性子小角散乱法による種々のナノゲルの内部構造評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 関根由莉奈、遠藤仁、H. William、秋吉一成
  • 学会等名: 第１６回中性子科学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学 豊田講堂（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2016-12-01
• [学会発表] Nanoscopic structure of nanogels formed from self-associating polymers (2016)
  • 著者名/発表者名: Yurina Sekine
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology Meeting on Hydrogel Materials
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2016-05-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 中性子線を利用した天然多糖・無機物由来の機能性材料開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 関根由莉奈
  • 学会等名: 日本原子力学会北関東支部若手研究者発表会
  • 発表場所: 東海会館（茨城県那珂郡東海村）
• [産業財産権] 炭酸基高含有炭酸アパタイト (2019)
  • 発明者名: 関根由莉奈、南川卓也、香西直文
  • 権利者名: 関根由莉奈、南川卓也、香西直文
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2019
• [産業財産権] 炭酸アパタイトの製造方法 (2019)
  • 発明者名: 関根由莉奈、南川卓也、香西直文
  • 権利者名: 関根由莉奈、南川卓也、香西直文
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2019