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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Removal and recovery of radioacitive cesium by rare earth oxalate metal-organic frameworks(Fostering Joint International Research)

Research Project

Project/Area Number 15KK0247
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

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)

Project Period (FY) 2016 – 2017
Keywordsストロンチウム / セシウム / 分離剤
Outline of Annual Research Achievements

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。

Research Products

(3 results)

All 2017

All Int'l Joint Research (1 results) Presentation (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] リバプール大学(英国)2017

    • Year and Date
      2017-03-13 – 2018-03-12
    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      リバプール大学
    • Co-investigator Overseas
      Matthew J. Rosseinsky
    • Department
      Department of Chemistry
    • Job Title
      Professor
  • [Presentation] Separation and recovery of radioactive ions by metal-organic-frameworks2017

    • Author(s)
      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.
    • Organizer
      2nd international Caparica Christmas Conference on Translational Chemistry
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 米国特許2017

    • Inventor(s)
      T.Nankawa
    • Industrial Property Rights Holder
      日本原子力研究開発機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      No. 15/680,397
    • Overseas

URL: 

Published: 2018-12-17  

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