福島原発事故で発生した土壤廃棄物の合理的な処理・減容処分システムに向けた基盤研究

• 研究課題/領域番号: 17J07598
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 環境モデリング・保全修復技術
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: YIN XIANGBIAO 東京工業大学, 大学院 理工学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2017-04-26 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2017年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: Decontamination / Cesium / Desorption / Remediation / Clay Minerals / Soil / Cation Exchange / Hydrothermal treatment

研究実績の概要

本研究目的は、イオン含有亜臨界水による汚染土壌からのCs脱離、汚染土壌の大幅な減容化技術の実用化に資することを目的とする。本研究技術提案では、まずCsを吸着しやすい粘土鉱物（バーミキュライト）からのCs脱離に関する試験を実施し、アルカリ・アルカリ土類金属イオン水（0.5M）を用いて亜臨界水で洗浄すると、バーミキュライト中のCsの脱離効果を確認する。そして、亜臨界処理により粘土鉱物からCsを高効率回収できることを評価を行う。次いで、非放射性Csを吸着させた模擬汚染土壌に対してイオン含有亜臨界水によるCs脱離試験を行い、最適なCs脱離条件を明らかにする。その条件下で、事故由来の放射性Csが吸着した実汚染土壌を対象としてCs脱離試験を行い、放射性Csの脱離効果を確認する。一連の結果に基づき、エネルギー効率などを含めた実用性検討、および大量土壌処理法としての適用性評価をするとともに、そのコスト評価を行う。

まとめ:① 設定目標の達成度評価：Cs脱離の汚染土壌二次減容化システムに対しての目標を設定し、全て達成することができた。汚染した細粒物からの放射性Cs脱離率は95％以上であること:Cs脱離試験（ホット）に示されるように250℃、液固比=100mL/gの条件でCs脱離率98％を達成しており目標を達成できた。

② Cs脱離機構：実際の土壌中の粘土鉱物ではCsはフレイドエッジサイト（粘土層間のエッジの膨潤した部分）にまず吸着し、Csの強い吸着力とイオンの集積しやすさによって膨潤した層間の一部を閉じてしまい、脱離されにくくなるものと考えられている。こうした状態は粘土鉱物の層間を全てCsで交換することで再現できる。層間を全てCsで交換したバーミキュライトを用いたコールド試験によって、今回のホット試験の傾向をほぼ模擬することができた。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Guangxi University(China)
• [雑誌論文] Effective and efficient desorption of Cs from hydrothermal-treated clay minerals for the decontamination of Fukushima radioactive soil (2018)
  • 著者名/発表者名: Xiangbiao Yin, Nobutake Horiuchi, Satoshi Utsunomiya, Asumi Ochiai, Hideharu Takahashi, Yusuke Inaba, Xinpeng Wang, Toshihiko Ohnuki, Kenji Takeshita
  • 雑誌名: Chemical Engineering Journal 巻: 333 ページ: 392-401
  • DOI: 10.1016/j.cej.2017.09.199
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of NH4+, K+, Mg2+, and Ca2+ on the Cesium Adsorption/Desorption in Binding Sites of Vermiculitized Biotite (2017)
  • 著者名/発表者名: Xiangbiao Yin, Xinpeng Wang, Hao Wu, Hideharu Takahashi, Yusuke Inaba, Toshihiko Ohnuki, Kenji Takeshita
  • 雑誌名: Environmental science & technology 巻: 51 号: 23 ページ: 13886-13894
  • DOI: 10.1021/acs.est.7b04922
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of Temperature on K⁺ and Mg²⁺ Extracted Desorption of Cs from Vermiculitized Biotite (2017)
  • 著者名/発表者名: Yin XZhang LOchiai AUtsunomiya STakahashi HOhnuki TTakeshita K
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 46 号: 9 ページ: 1350-1352
  • DOI: 10.1246/cl.170551
  • NAID: 130006067855
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced desorption of cesium from collapsed interlayer regions in vermiculite by hydrothermal treatment with divalent cations (2017)
  • 著者名/発表者名: Xiangbiao Yin, Xinpeng Wang, Hao Wu, Toshihiko Ohnuki, Kenji Takeshita
  • 雑誌名: Journal of hazardous materials 巻: 326 ページ: 47-53
  • DOI: 10.1016/j.jhazmat.2016.12.017
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Enhanced desorption of cesium from vermiculitized biotite by treatment with cations (2017)
  • 著者名/発表者名: Xiangbiao Yin, Yusuke Inaba, Kenji Takeshita.
  • 学会等名: Annual Meeting of Atomic Energy Society of Japan
• [学会発表] Mechanism of Enhanced Cs Desorption from Clay Minerals under Hydrothermal Condition (2017)
  • 著者名/発表者名: Xiangbiao Yin, Hideharu Takahashi, Yusuke Inaba, Kenji Takeshita, Nobutake Horiuchi, Takahiro Chikazawa; Asumi Ochiai, Satoshi Utsunomiya
  • 学会等名: Annual Meeting of Atomic Energy Society of Japan
• [学会発表] Effective and Efficient Removal of Cs from Clay Minerals for Volume Reduction of Radioactive Soil in Fukushima (2017)
  • 著者名/発表者名: Xiangbiao Yin, Hideharu Takahashi, Yusuke Inaba, Kenji Takeshita
  • 学会等名: The 4th Japan-China Academic Symposium on Nuclear Fuel Cycle (ASNFC 2017)
  • 国際学会
• [備考] Publication of Takeshita Lab.
  • URL: http://www.lane.iir.titech.ac.jp/~takeshita/publication/index.html