常温無機イオン液体と有機溶媒の界面でのウランの無電解析出の実現

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25420905
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 上原 章寛 京都大学, 原子炉実験所, 助教 (30402952)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: ウラン / 電解還元 / 液液界面 / 析出 / 乾式再処理 / ナノ粒子

研究実績の概要

使用済燃料を溶解した後、主成分であるウランをすべての工程に先立って分離回収することは、燃料処理過程の簡素化や廃棄物の減量に貢献する。ところで申請者らは、放射線耐性の強い無機水和物溶融体（塩化カルシウム六水和物）中に溶解したウラニルイオンが、常温で電解によって二酸化ウランとして析出・回収できることを見出している。しかし、固体の電極と溶液の界面の面積は、溶液の体積に比べて小さいので、固体電極を用いるとき、析出・回収の効率を向上させることが困難である。本研究では固体電極の代わりに電解質を含む有機溶媒を電極として用いて、水溶液と有機溶液の界面でウランイオンを還元して電析させることを目指した。
本年度は、デカメチルフェロセンを還元体として含む有機相とウランイオン(IV)を含む水溶液界面での酸化還元反応について電気化学的に調査し、ウランイオンが界面で還元されることを確認した。界面での酸化還元反応は非可逆的で極めて遅い反応であることが分かった。ウランイオンの還元のされやすさは、水溶液の酸性度に依存し、酸性度が高いほどウラン(IV)への還元が生じやすく、U4+を生成することが分かった。

研究成果

• [国際共同研究] University of Manchester/University of Leeds/Diamond Light Source(United Kingdom)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Manchester/University of Leeds/Diamond Light Source
• [雑誌論文] An in-situ X-ray absorption spectroelectrochemical study of the electroreduction of uranium ions in HCl, HNO3, and Na2CO3 solutions (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Uehara, Toshiyuki Fujii, Hajimu Yamana, and Yoshihiro Okamoto
  • 雑誌名: Radiochimica Acta 巻: 104 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1515/ract-2015-2436
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Detection and characterisation of sub-critical nuclei during reactive Pd metal nucleation by X-ray absorption spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: S.-Y. Chang, Y. Grunder, S. G. Booth, L. B. Molleta, A. Uehara, J. F. W. Mosselmans, G. Cibin, V.-T. Pham, L. Nataf, R. A. W. Dryfe and S. L. M. Schroeder
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 18 ページ: 674-682
  • DOI: 10.1039/c5ce01883h
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 高濃度電解質水溶液中のウランイオンの酸化還元反応 (2016)
  • 著者名/発表者名: 上原章寛, 藤井俊行
  • 雑誌名: 溶融塩および高温化学 巻: 59 ページ: 14-19
• [雑誌論文] Gold Deposition at a Free-Standing Liquid/Liquid Interface: Evidence for the Formation of Au(I) by Microfocus X-ray Spectroscopy (μXRF and μXAFS) and Cyclic Voltammetry (2015)
  • 著者名/発表者名: Samuel G. Booth, Akihiro Uehara, Sin Yuen Chang, J. Fred W. Mosselmans, Sven L. M. Schroeder, and Robert A. W. Dryfe
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 119 ページ: 16785－16792
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b05127
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrochemical Insight into the Brust-Schiffrin Synthesis of Au Nanoparticles (2015)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Uehara, Samuel G. Booth, Sin Yuen Chang, Sven L. M. Schroeder, Takahito Imai, Teruo Hashimoto, J. Frederick W. Mosselmans, and Robert A. W. Dryfe
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 137 ページ: 15135-15144
  • DOI: 10.1021/jacs.5b07825
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Redox and Ligand Exchange during the Reaction of Tetrachloroaurate with Hexacyanoferrate(II) at a Liquid-Liquid Interface: Voltammetry and X-ray Absorption Fine-Structure Studies (2015)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Uehara, Sin-Yuen Chang, Samuel G. Booth, Sven L. M. Schroeder, J. Frederick W. Mosselmans, and Robert A.W. Dryfe
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 109 ページ: 997-1006
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2015.12.108
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 濃厚電解質溶液中でのアクチノイドイオンの酸化還元反応 (2016)
  • 著者名/発表者名: 上原章寛
  • 学会等名: 溶融塩委員会
  • 発表場所: 東京都市大学（神奈川県・川崎市）
  • 年月日: 2016-01-27 – 2016-01-27
  • 招待講演
• [学会発表] Electrochemical insight into the Brust-Schiffrin synthesis of Au nanoparticles (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Uehara, Samuel G. Booth, Sin Yuen Chang, Sven L.M. Schroeder, Takahito Imai, Teruo Hashimoto, J. Frederick W. Mosselmans, and Robert A.W. Dryfe
  • 学会等名: Faraday Discussion, Nanoparticle Assembly: From Fundamentals to Applications
  • 発表場所: Mumbai, India
  • 年月日: 2016-01-07 – 2016-01-09
  • 国際学会
• [学会発表] 金ナノ粒子合成メカニズムの 液液界面イオン移動ボルタンメトリーによる解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 上原章寛, S.G. Booth, S.Y. Chang, 今井崇人, S.L.M. Schroeder, R.A.W. Dryfe
  • 学会等名: ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
  • 発表場所: イーグレひめじ（兵庫県・姫路市）
  • 年月日: 2015-11-24 – 2015-11-25
• [学会発表] ドデカンチオールを用いた金ナノ粒子合成過程の液液界面イオン移動ボルタンメトリーに基づく理解 (2015)
  • 著者名/発表者名: 上原章寛, S.G. Booth, S.Y. Chang, S.L.M Schroeder, R.A.W. Dryfe
  • 学会等名: 日本分析化学会第64年会
  • 発表場所: 九州大学（福岡県・福岡市）
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-11
• [学会発表] Evidence for a Strongly Bound Solvent Molecules: XANES and EXAFS of Aqueous Au(III) Cyanide (2015)
  • 著者名/発表者名: Sin-Yuen Chang, Samuel Booth, Robert Dryfe, Akihiro Uehara, Konstantin Ignatyev, Fred Mosselmans, Sven Schroeder
  • 学会等名: XAFS16, 16th International Conference on X-ray Absorption Fine Structure
  • 発表場所: Karlsruhe, Germany
  • 年月日: 2015-08-23 – 2015-08-28
  • 国際学会
• [学会発表] In Situ XAS Studies of Pd Nanoparticle Nucleation at an Interface of Two Immiscible Phases (2015)
  • 著者名/発表者名: S.-Y. Chang, S.G. Booth, Y. Grunder, L.B. Molleta, A. Uehara, J.F.W. Mosselmans, G. Cibin, R.A.W. Dryfe, S.L.M. Schroeder
  • 学会等名: XAFS16, 16th International Conference on X-ray Absorption Fine Structure
  • 発表場所: Karlsruhe, Germany
  • 年月日: 2015-08-23 – 2015-08-28
  • 国際学会
• [学会発表] Why Au L3 XANES White Line Intensities Can Be a Poor Predictor of Oxidation State (2015)
  • 著者名/発表者名: Sin-Yuen Chang, Samuel G. Booth, Akihiro Uehara, Konstantin Ignatyev, J. Fred W. Mosselmans, Robert A.W. Dryfe, and Sven L. M. Schroeder
  • 学会等名: XAFS16, 16th International Conference on X-ray Absorption Fine Structure
  • 発表場所: Karlsruhe, Germany
  • 年月日: 2015-08-23 – 2015-08-28
  • 国際学会
• [学会発表] Brust-Schiffrin Synthesis: A mechanistic study (2015)
  • 著者名/発表者名: S. G. Booth, A. Uehara, S.-Y. Chang, J. F. W. Mosslemans, S. L. M. Schroeder and R. A. W. Dryfe
  • 学会等名: XAFS16, 16th International Conference on X-ray Absorption Fine Structure
  • 発表場所: Karlsruhe, Germany
  • 年月日: 2015-08-23 – 2015-08-28
  • 国際学会
• [学会発表] Structure and Bonding in Au(I) Chloride Species: A Critical Examination of X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) Data (2015)
  • 著者名/発表者名: S-Y Chang, SG Booth, A Uehara, K Ignatyev, JFW Mosselmans, RAW Dryfe, SLM Schroeder
  • 学会等名: GOLD2015
  • 発表場所: Cardiff University, UK
  • 年月日: 2015-07-26 – 2015-07-29
  • 国際学会
• [学会発表] Brust-Schiffrin Synthesis: A mechanistic study (2015)
  • 著者名/発表者名: S. G. Booth, A. Uehara, S.-Y. Chang, J. F. W. Mosslemans, S. L. M. Schroeder and R. A. W. Dryfe
  • 学会等名: GOLD2015
  • 発表場所: Cardiff University, UK
  • 年月日: 2015-07-26 – 2015-07-29
  • 国際学会
• [学会発表] Electrochemical insight into the Brust-Schiffrin synthesis of Au nanoparticles (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Uehara, S. G. Booth, S.-Y. Chang, S.L.M. Schroeder, T. Imai, T. Hashimoto, J.F.W. Mosselmans, R.A.W. Dryfe
  • 学会等名: 48th Heyrovsky Discussion
  • 発表場所: Trest, Czech Republic
  • 年月日: 2015-06-14 – 2015-06-19
  • 国際学会
• [学会発表] ドデカンチオールを用いた金ナノ粒子生成過程における金(I)の存在 (2015)
  • 著者名/発表者名: 上原 章寛, S.G. Booth, S.Y. Chang, S.L.M. Schroeder, R.A.W. Dryfe
  • 学会等名: 日本分析化学会討論会
  • 発表場所: 山梨大学（山梨県・甲府市）
  • 年月日: 2015-05-23 – 2015-05-24