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2023 年度 実績報告書

共有結合性有機構造体等を用いた核種の簡素化分離プロセスと有効利用技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22H00307
研究機関東北大学

研究代表者

金 聖潤  東北大学, 工学研究科, 准教授 (50574357)

研究分担者 永石 隆二  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 福島研究開発部門 福島研究開発拠点 廃炉環境国際共同研究センター, リーダー (00354895)
伊藤 辰也  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 福島研究開発部門 福島研究開発拠点 廃炉環境国際共同研究センター, 任期付研究員 (20757653)
松山 成男  東北大学, 工学研究科, 教授 (70219525)
呉 昊  東北大学, 工学研究科, 助教 (70881796) [辞退]
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2027-03-31
キーワード放射性廃棄物 / 環境安全 / 有効利用技術 / 放射線医学
研究実績の概要

本研究は発熱性元素、白金族元素及びオキソ酸イオンを単一カラムで一括して吸着・分離することができる簡素化分離プロセスの開発及び評価、吸着材の耐放射線性評価、吸着機構の解明について調査を行った。
(1) 発熱性元素、白金族元素及びオキソ酸イオン新規吸着材の開発及び評価:高レベル放射性廃液の成分・組成を非放射性の成分により模擬した硝酸水溶液中からの発熱性元素であるCs, Sr, Baを平均90%近く回収することが出来た。また、ガラス固化時に不適切とされるPdのほぼ100%を吸着分離することができ、ZrおよびReとMoを選択的に分離・回収できることを確認した。
(2) 吸着材の耐放射線性評価及び吸着材の化学的安定性評価:吸着材を硝酸水溶液と接触させた状態で照射し、水相への溶出有機炭素から吸着材の分解・劣化を推定することでγ線照射下における吸着材の安定性を評価した。溶出炭素は全て含浸した抽出剤由来のものであると仮定した場合、吸着材は吸収線量の増加と共に線形的に炭素保持率が低下していった。しかし、γ線照射による溶出炭素は十分に低いため、実廃液処理においても照射される放射線に耐え得る可能性があると評価した。
(3) 吸着機構の解明:吸着試験後の吸着材について、吸着材内の金属イオン分布、形態などをX線回折、X線光電子分光、マイクロ粒子線励起X線分析を用いて吸着元素の分布を取得した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

模擬HLLW条件下で吸着材を用いて発熱性元素、白金族元素及びオキソ酸イオンを一括して吸着・分離することができる簡素化分離プロセスの開発評価及び放射線照射下の吸着材安定性試験による放射線の影響のみを考慮した場合の吸着材劣化挙動についての試験及び評価はほぼ終了しており、全体的な分離プロセスの調整段階である。これについては基礎技術をすでに持っているため、大きな障害はないと考えられる。

今後の研究の推進方策

廃棄物処分の負担軽減、環境負荷低減及び資源化・有効利用の観点からは、放射性廃液からの発熱性元素、白金族元素及びオキソ酸イオンを一括して吸着・分離することができる簡素化分離プロセスの開発を検討した。今後は、MA(III) / Ln(III)相互分離用吸着材を調製し、吸着材の物性評価を行い、吸着材の耐放射線性評価、吸着材の化学的安定性評価及び二次廃棄物処理技術開発を行う。また、医療応用を目的とした90Yの高純度供給システムの開発を検討する。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Adsorption behavior of platinum-group metals and Co-existing metal ions from simulated high-level liquid waste using HONTA and Crea impregnated adsorbent2024

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osawa, Seong-Yun Kim, Masahiko Kubota, Hao Wu, Sou Watanabe, Tatsuya Ito, Ryuji Nagaishi
    • 雑誌名

      Nuclear Engineering and Technology

      巻: 56 ページ: 812-818

    • DOI

      10.1016/j.net.2023.09.001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adsorption and separation of yttrium(III) and strontium(II) in acidic solutions using a diglycolamic acid-grafted adsorbent2023

    • 著者名/発表者名
      Seong-Yun Kim, Taiga Kawamura, Hao Wu
    • 雑誌名

      Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry

      巻: 332 ページ: 3001-3008

    • DOI

      10.1007/s10967-023-09010-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preparation of a Covalent Organic Framework-Modified Silica-Gel Composite for the Effective Adsorption of Pd (II), Zr (IV), and Mo (VI) From Nitric Acid Solution2023

    • 著者名/発表者名
      Hao Wu, Naoki Osawa, Masahiko Kubota, Seong-Yun Kim
    • 雑誌名

      Proceedings of ICAPP 2023

      巻: 1 ページ: 1-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of a simplified separation of heat-generating and platinum group elements from high-level liquid waste using impregnated silica-based adsorbent2023

    • 著者名/発表者名
      Masahiko Kubota, Naoki Osawa, Hao Wu, Seong-Yun Kim
    • 雑誌名

      Proceedings of ICAPP 2023

      巻: 1 ページ: 1-9

    • 査読あり
  • [学会発表] Preparation of a Covalent Organic Framework-Modified Silica-Gel Composite for the Effective Adsorption of Pd(II), Zr(IV) and Mo(VI) From Nitric Acid Solution2023

    • 著者名/発表者名
      Hao Wu, Naoki Osawa, Masahiko Kubota, Seong-Yun Kim
    • 学会等名
      2023 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants in conjunction with 38th Korea Atomic Power Annual Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Adsorption Behavior of Platinum-Group Metals from Simulated High-Level Liquid Waste using HONTA and Crea Impregnated Silica-Based Adsorbent2023

    • 著者名/発表者名
      Naoki Osawa, Seong-Yun Kim, Masahiko Kubota, Hao Wu, Sou Watanabe, Tatsuya Ito, Ryuji Nagaishi
    • 学会等名
      2023 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants in conjunction with 38th Korea Atomic Power Annual Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a Simplified Separation Process for Heat-generating and Platinum Group Metals from High-Level Liquid Waste Using Impregnated Silica-based Adsorbent2023

    • 著者名/発表者名
      Masahiko Kubota, Naoki Osawa, Hao Wu, Seong-Yun Kim
    • 学会等名
      2023 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants in conjunction with 38th Korea Atomic Power Annual Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] 含浸吸着材を用いた高レベル放射性廃液からの核種分離プロセスの開発、(1) 硫黄含有アミド型吸着材を用いた白金族元素等の分離回収に関する検討2023

    • 著者名/発表者名
      大沢直樹、田中舞、呉昊、金聖潤
    • 学会等名
      日本原子力学会「2023年秋の大会」
  • [学会発表] 含浸吸着材を用いた高レベル放射性廃液からの核種分離プロセスの開発、(2) 硫黄含有アミド型吸着材を用いた白金族元素及びオキソ酸イオンの吸着分離特性2023

    • 著者名/発表者名
      田中舞、大沢直樹、久保田真彦、伊藤辰也, 永石隆二, 金聖潤
    • 学会等名
      日本原子力学会「2023年秋の大会」
  • [学会発表] 含浸吸着材を用いた高レベル放射性廃液からの核種分離プロセスの開発、(3) 単一カラムによる分離プロセス簡素化の検討2023

    • 著者名/発表者名
      久保田真彦、金聖潤
    • 学会等名
      日本原子力学会「2023年秋の大会」
  • [学会発表] 含浸吸着材を用いた高レベル放射性廃液中からの簡素化分離プロセスの開発、(4) CMPO含浸吸着材によるMA+REの吸着・分離挙動2023

    • 著者名/発表者名
      岡嶋里歩、久保田真彦、金聖潤
    • 学会等名
      日本原子力学会「2023年秋の大会」
  • [学会発表] 含浸吸着材を用いた高レベル放射性廃液からの核種分離プロセスの開発、(5) シミュレーションによるプロセス評価2023

    • 著者名/発表者名
      沼尾和弥、金聖潤
    • 学会等名
      日本原子力学会「2023年秋の大会」

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公開日: 2024-12-25  

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