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2017 年度 実績報告書

新規配位高分子による放射性セシウム有効利用のための分離・回収法開発(国際共同研究強化)

研究課題

研究課題/領域番号 15KK0247
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

南川 卓也  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 先端基礎研究センター, 研究職 (30370448)

研究期間 (年度) 2016 – 2017
キーワードストロンチウム / セシウム / 分離剤
研究実績の概要

研究代表者は、MOFがストロンチウム等の金属を選択的に分離する機構について、リバプール大学に滞在しながら調査を行った。その結果、まずMOFをストロンチウム溶液に浸漬し、ほぼ100%のストロンチウムが吸着したMOFの結晶を作成することに成功し、この結晶を用いてストロンチウムがどのようにMOFに吸着しているのか、その構造を明らかにした。その結果、MOFがストロンチウムが吸着した構造は吸着する以前の構造とは全く異なるものであることを明らかにした。
ストロンチウム吸着時のMOF構造変化機構を調査した結果、もとのMOFは2次元シート型構造だが、この2次元シートが水平にスライドするとともに、配位子の配位する金属が交換することで、元の金属と配位子の組成を変化させることなく、構造が変化して、3次元構造に変化するとともに、この構造変化した細孔内に水和したストロンチウムを取り込むことで、より大きな細孔を持ったMOFが構成されることが明らかとなった。
このような構造変化は、セシウム等のアルカリ金属吸着時には見られない変化であり、このMOFは水和したイオンをそのまま吸着する場合と、イオンだけを吸着する場合があり、このことは、MOFのイオン認識において、水和イオン半径の影響も同時に受けていることを意味している。
他の細孔性材料においても、このような水和イオン半径やイオン半径のどちらが主に効果があるのかは、議論されているが、本研究のように構造解析によって、水和イオンの影響が明らかになる材料はこれまでにない。また、MOF自体も盛んに研究されているが、金属吸着時に、このような大幅な構造変化を起こすことはこれまで報告が無い。
本研究は、結晶を作りやすく、構造を解析しやすいMOFの特性を生かした分析により、これまでにない吸着挙動の解明やゲストイオンによるMOFの構造変化を明らかにできる研究となった。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2017

すべて 国際共同研究 (1件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [国際共同研究] リバプール大学(英国)2017

    • 年月日
      2017-03-13 – 2018-03-12
    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      リバプール大学
    • 主な海外共同研究者名
      Matthew J. Rosseinsky
    • 部局
      Department of Chemistry
    • 職名
      Professor
  • [学会発表] Separation and recovery of radioactive ions by metal-organic-frameworks2017

    • 著者名/発表者名
      南川 卓也; 山田 鉄兵*; 小越 友里恵; 桑原 彬; Alexandros, K.; David, S.; Marco, Z.; Jansat, S.; Troy, D. M.; Matthew, J. R.
    • 学会等名
      2nd international Caparica Christmas Conference on Translational Chemistry
    • 国際学会
  • [産業財産権] 米国特許2017

    • 発明者名
      T.Nankawa
    • 権利者名
      日本原子力研究開発機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      No. 15/680,397
    • 外国

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公開日: 2018-12-17  

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