JP2012237738A

JP2012237738A - 除染用磁性複合粒子

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Publication number: JP2012237738A
Application number: JP2012028639A
Authority: JP
Inventors: Sadanao Namiki; 禎尚並木
Original assignee: Jikei University
Current assignee: Jikei University
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2012-12-06
Also published as: JP4932054B1; JP2012237735A; WO2012147266A1; EP2704154B1; EP2704154A4; JP5991508B2; CN103548094B; EP2704154A1; CN103548094A; TWI547956B; KR20140045357A; RU2602272C2; JP2012237740A; US20140042068A1; RU2013152745A; TW201248650A

Abstract

【課題】放射性物質類を高効率で除染可能であって、環境耐性が高く大量処理にも好適な放射性物質類除染システム、放射性物質類の除染方法に好適な除染用磁性複合粒子を提供する。
【解決手段】本発明に係る除染用磁性複合粒子は、コア部に磁性ナノ粒子１０、表層に液体中の放射性物質類を捕捉する捕捉性化合物１８、及び、磁性ナノ粒子１０を直接被覆し、磁性ナノ粒子１０と捕捉性化合物１８の間に実質的に形成されている被覆層１５の多層構造からなる。
【選択図】図３Ｃ

Description

本発明は、磁性ナノ粒子を含有する除染用磁性複合粒子に関する。

太平洋三陸沖を震源とする東北地方太平洋沖地震によって発生した福島第一原子力発電所の事故は、高濃度の放射能汚染水が復旧作業の大きな障壁となっている。福島原子力発電所の放射能汚染水中に含まれる放射性セシウム１３７の半減期は３０.１年、放射性ストロンチウム９０の半減期は２８．９年であり、福島原子力発電所の放射能汚染水は大量に存在することから、極めて深刻な事態となっている。例えば、放射性セシウムは、食物連鎖により魚、動物の筋組織などに蓄積されることから、体内への取り込みにより、肝臓癌、腎臓癌、膀胱癌の確率を高めることが報告されている。

このような状況下、放射性セシウムの解毒剤として利用されるフェロシアン化鉄（プルシアンブルー（非特許文献１））を含む顔料を放射能汚染水に投入し、遠心力で分離した後に、放射性セシウムとともにフィルターで濾しとるシステムが提案された（非特許文献２）。模擬汚染水（福島第１原発の高濃度汚染水に相当する放射性物質の同位体の放射性を出さないヨウ素、セシウム、ストロンチウムが含有する水）にフェロシアン化鉄を含む顔料を投入して遠心力で分離した実験では、セシウム濃度が1万分の1以下になることが報告された。泥水の浄化などに使われる既存の可動式装置を使うことにより、毎時最大３００リットルの処理が可能という。

別の技術として、放射能汚染水に天然のゼオライトなど数種類の鉱物や化学物質を投入することによって、放射性物質を回収する方法が提案された（非特許文献３）。より詳細には、水１００ｍｌに１〜１０ｐｐｍの濃度で非放射性セシウムを溶かした模擬汚染水に、天然のゼオライトなど数種類の鉱物や化学物質を混ぜた粉末１．５ｇを入れて１０分間掻き混ぜると、セシウムをほぼ１００％除去できることが報告された。

また、非特許文献４において、マグネタイトとヘキサシアノ鉄(II)酸塩の複合体を放射性物質除去に用いる方法が提案されている。また、非特許文献５において、放射性廃液の汚染除去の分離方法として、末端にカルボキシル基を有するカリックスアレーン‐クラウン‐６誘導体とナノサイズの磁気フェリチン分子との複合体を用いる方法が提案されている。非特許文献６、７において、マグネタイトとヘキサシアノ鉄(II)酸塩の複合体をペロキシダーゼの検出に用いる方法が提案されている。なお、特許文献１〜特許文献３、非特許文献８については後述する。

特許第４１８３０４７号特願２０１１−０８３３６７ＰＣＴ／ＪＰ００１１／０００６３８

"製品案内顔料"、［online］、大日精化工業株式会社、［平成23年10月11日検索］、インターネット（http://www.daicolor.co.jp/products_i/pro_i_pig/miloriblueqa.html） "放射性物質：顔料使ってセシウム汚染水浄化東工大が開発"、［online］、毎日新聞 2011年4月15日、［平成23年4月22日検索］、インターネット（http://mainichi.jp/select/weathernews/news/20110415k0000e040015000c.html） "放射性物質捕まえる粉開発汚染水を浄化も金沢大教授らが開発"、［online］、産経ニュース 2011年4月19日、［平成23年4月22日検索］、インターネット（http://sankei.jp.msn.com/science/news/110419/scn11041909150001-n1.htm） R.D. Ambashta, et al., Journal of Magnetic Materials, 2003, 267, 335-340 Urban I, et al., Chem. Commun., 2010, 46, 4583-4585 Zhang XQ, et al., J. Mater. Chem., 2010, 20, 5110-5116 Wang H, et al., J. Hazard. Mater., 2011, 191, 163-169 ' XANES を用いた水田土壌中のヨウ素の非破壊形態分析とその溶脱機構'、［online］、研究トピックス農業環境技術研究所、［平成23年10月11日検索］、インターネット（http://www.niaes.affrc.go.jp/sinfo/publish/niaesnews/072/news07209.pdf#search=）

上記非特許文献２の方法によれば、遠心力で分離した後に、セシウムとともにフィルターで濾しとるシステムを採用している。また、前述したとおり、泥水の浄化などに使われる既存の可動式装置を使うことにより、毎時最大３００リットルの処理が可能としている。

上記非特許文献４〜７によれば、磁力により放射性物質を回収するので、放射性物質を効率的に回収できる。しかしながら、非特許文献５の方法によれば、複合体自体の製造コストが高いため、海水等の大量処理には不向きであるという問題があった。また、非特許文献４、６，７においても、磁性複合粒子の環境耐性が十分であるとは言えなかった。

放射性物質をより高効率で除染する技術を提供できれば、福島原子力発電所の事故の復旧作業の効率化、放射線被爆の問題に大きく貢献することが期待できる。また、現在稼働中の原子力発電所の安全対策として重要な役割を担うことが期待できる。なお、上記においては原子力発電所の放射能汚染水の問題について述べたが、液体中に含有する放射性物質類の除染処理の分野において同様の課題が存在する。

本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、放射性物質類を高効率で除染可能であって、かつ、環境耐性が高く大量処理にも好適な放射性物質類除染システム、放射性物質類の除染方法に好適に用いられる、除染用磁性複合粒子を提供することである。

本発明に係る除染用磁性複合粒子は、コア部に磁性ナノ粒子、表層に前記放射性物質類を捕捉する捕捉性化合物、及び、前記磁性ナノ粒子を直接被覆し、前記磁性ナノ粒子と前記捕捉性化合物の間に実質的に形成されている被覆層の多層構造からなるものである。

上記非特許文献１の方法によれば、放射性物質類を捕捉した粒子を回収するための方法として、遠心力で分離する必要があった。そのため、遠心分離装置と遠心分離を行う時間が必要であり、大量の放射能汚染水から放射性物質類を効率よく回収する妨げとなっていた。また、放射性物質類を捕捉した粒子を回収する方法として、沈殿、若しくは凝集剤を加えて沈殿させる方法は、沈殿させるための設備と時間が必要であり、大量の放射能汚染水から放射性物質類を効率よく回収する妨げとなっていた。

一方、本発明に係る除染用磁性複合粒子によれば、放射性物質類を除染用磁性複合粒子により捕獲し、これを磁力集積手段によって回収できるので、高効率に放射性物質類を回収することができる。また、除染用磁性複合粒子は、磁性ナノ粒子と捕捉性化合物の間に被覆層を設けているので、環境耐性を高めることができる。また、大量処理にも好適である。

本発明によれば、放射性物質類を高効率で除染可能であって、かつ、環境耐性が高く大量処理にも好適な放射性物質類除染システム、放射性物質類の除染方法に好適に用いられる、除染用磁性複合粒子を提供することができるという優れた効果を有する。

第１実施形態に係る放射性物質類の除染方法のフローチャート図。第１実施形態に係る除染用磁性複合粒子の模式的説明図。第１実施形態に係る除染用磁性複合粒子の一部分解図。図２ＡのＩＩＣ−ＩＩＣ切断部断面図。磁性ナノ粒子がクラスターを形成している場合の一例を示す説明図。図２Ｄのクラスターに、被覆層が形成されている場合の一例を示す説明図。図２Ｅに、捕捉性化合物が形成される工程の一例を示す説明図。クラスターを形成している場合の除染用磁性複合粒子の一例を示す説明図。クラスターを形成している場合の被覆性磁性ナノ粒子の別の一例を示す説明図。図２Ｈの切断部の模式的断面図。第１実施形態に係る放射性物質類除染システムの説明図。第１実施形態に係る放射性物質類除染システムの説明図。第１実施形態に係る放射性物質類除染システムの説明図。第１実施形態に係る放射性物質類除染システムの説明図。第１実施形態にかかる磁力集積手段の一例を示す模式的分解斜視図。第２実施形態に係る放射性物質類の除染方法の一例を説明するための模式的説明図。第２実施形態に係る放射性物質類の除染方法の一例を説明するための模式的説明図。第２実施形態に係る磁性金網の一例を示す模式的上面図。第２実施形態に係る磁性フィルターの模式的側面図。第３実施形態に係る放射性物質類の除染方法の一例を説明するための模式的説明図。第３実施形態に係る放射性物質類の除染方法の一例を説明するための模式的説明図。第４実施形態に係る磁性ナノ粒子の一例を示す概念図。図８ＡのＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＩＢ切断線における模式的斜視図。実施例１に係る除染用磁性複合粒子の磁力発生手段による集積状態を示す写真。実施例２に係る除染用磁性複合粒子の磁力発生手段による集積状態の説明図。実施例２に係る除染用磁性複合粒子の磁力発生手段による集積状態の説明図。実施例２に係る除染用磁性複合粒子の磁力発生手段による集積状態の説明図。実施例２に係る除染用磁性複合粒子の磁力発生手段による集積状態の説明図。実施例２に係るサンプルのセシウム濃度をプロットした図。実施例３に係るサンプルのセシウム濃度をプロットした図。実施例４に係るサンプルのセシウム濃度をプロットした図。実施例６に係るサンプルの実験を説明するための説明図。実施例６に係る磁石とヨークの配置を説明するための模式的上面図。

以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に含まれることは言うまでもない。また、以降の図における各部材のサイズや比率は、説明の便宜上のものであり、実際のものとは必ずしも一致しない。また、以降の実施形態及び実施例において、同一の要素部材には同一符号を付し、適宜その説明を省略する。また、下記の実施形態は、互いに好適に組み合わせられる。

［第１実施形態］
本発明に係る放射性物質類除染システムについて、図１〜図３Ｄを用いつつ説明する。図１は、第１実施形態に係る放射性物質類の除染方法のフローチャート図である。図２Ａは、第１実施形態に係る除染用磁性複合粒子の模式的説明図であり、図２Ｂは、除染用磁性複合粒子の一部分解図であり、図２Ｃは、図２ＡのＩＩＣ−ＩＩＣ切断部断面図である。また、図２Ｄ〜図２Ｉは、除染用磁性複合粒子の磁性ナノ粒子がクラスターを形成している場合の説明図等を示す。図３Ａ〜図３Ｄは、第１実施形態に係る放射性物質類除染システムの説明図である。

なお、放射性物質とは、放射能を持つ物質の総称で、ウラン、プルトニウム、トリウムのような核燃料物、放射性元素、若しくは放射性同位体、中性子を吸収又は核反応を起こして生成された放射化物質全般を指す。本発明の放射性物質類除染システム及び放射性物質類の除染方法は、放射性物質のみならず、放射性物質である放射性同位体の安定同位体に対しても同様に適用できるものである。放射性同位体と安定同位体は、物理化学的性質や環境中における挙動に差がないことが一般に知られている（例えば、非特許文献８）。すなわち、放射性同位体と安定同位体とは、捕捉性の挙動が実質的に同一であると考えてよいことが知られている。従って、本明細書において「放射性物質類」とは、ウラン、プルトニウム、トリウムのような核燃料物、放射性元素、若しくは放射性同位体、中性子を吸収又は核反応を起こして生成された放射化物質全般、並びに放射性同位体の安定同位体（非放射性物質）も含むものと定義する。

本発明は、放射性物質類を含む液体中に除染用磁性複合粒子を投入して、液体中の放射性物質類を回収する方法を提供するものである。本発明の回収の対象となる液体、すなわち、放射性物質類が含有された液体は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば特に限定されない。好適な例としては、放射能汚染水等の水系、有機溶剤が一部に含まれている水系溶剤を挙げられるが、有機溶剤系に適用することも可能である。本発明の回収の対象となる液体は、例えば、雨水、地下水、雪解け水、海水、河川、湖、池、貯水槽等の水や、汚染土壌を含む土壌水、汚染した塵の分散水、汚染した埃の分散水、汚染がれき・装置・機械などの洗浄水、三輪車・自転車・オートバイ・自動車・電車・貨車・船・飛行機・ヘリコプターなど人・動物・荷物などの輸送手段を洗浄した水、上水道へ供給する水、中水道に供給する水、下水道から集められた水、下水汚泥、浄水汚泥、放射性物質類を含む焼却灰の分散水、牛乳、果汁、お茶などの食品を含む飲料水、収穫した茶葉等の洗浄水、母乳、内部被爆者の血清や体液、その他動物・植物・微生物由来の水分・汚染水・洗浄水を挙げることができる。なお、上水道、中水道に供給する水とは、例えば、各家庭に供給する水、工業用水、農業用水、林業・畜産業・水産業に使用する水を含む。

第１実施形態においては、原子力発電所の事故によって問題となっている放射性セシウムが含有している廃液を放射性物質類の例として説明する。放射性セシウムは、原子力発電所の燃料中として用いられているウランの核分裂の際に発生する物質の一つである。放射性セシウムは、カリウムと化学的性質が似ており、カリウムと同様の経路で動植物に取り込まれて分布することが知られている物質である。

まず、放射性物質類を含む液体である放射能汚染水２０に放射性物質類を捕捉する除染用磁性複合粒子１を投入する（Ｓｔｅｐ１、図３Ａ参照）。第１実施形態の例では、放射性物質類である放射性セシウム２１を捕捉する粒子を放射能汚染水２０に投入する。除染用磁性複合粒子１とは、放射性物質類捕捉性と磁性を兼ね備えた粒子である。除染用磁性複合粒子１の投入量は、放射能汚染水２０中の放射性物質類の濃度を測定し、放射性セシウム２１を捕捉するために十分な量を算出して投入する。

除染用磁性複合粒子１は、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、磁性ナノ粒子１０、被覆層１５、捕捉性化合物１８を有する。磁性ナノ粒子１０の表面の少なくとも一部には、被覆層１５が形成され、被覆層１５を介して磁性ナノ粒子１０と捕捉性化合物１８が結合されている。換言すると、除染用磁性複合粒子１は、コア部に磁性ナノ粒子１０、表層に液体中の放射性物質類を捕捉する捕捉性化合物１８、及び、磁性ナノ粒子１０を直接被覆し、磁性ナノ粒子１０と捕捉性化合物１８の間に実質的に形成されている被覆層１５を有する。被覆層１５は、単一の被覆層のみならず、複数の被覆層から構成されてもよい。

磁性ナノ粒子１０としては、（１）捕捉性化合物１８と除染用磁性複合粒子１を形成する、（２）磁力集積手段によって、集積可能な磁性を有する、という条件を満たすものであれば、特に限定されずに適用することができる。例えば、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）、マグヘマイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）、一酸化鉄（ＦｅＯ）、窒化鉄、鉄（Ｆｅ）、ニッケル、コバルト、コバルト白金クロム合金、バリウムフェライト合金、マンガンアルミ合金、鉄白金合金、鉄パラジウム合金、コバルト白金合金、鉄ネオジムボロン合金、及びサマリウムコバルト合金等が挙げられる。また、複写機等で用いられている磁性トナー等を利用してもよい。なお、磁性ナノ粒子表面の耐食性を向上させるため、表面を各種酸化金属などで被覆してもよい。

磁性ナノ粒子１０は、粒子径が小さくても高い磁気誘導特性を有する磁気異方性の高い材料が好ましい。磁性ナノ粒子１０の好ましい材料としては、窒化鉄、鉄、ＦｅＰｔ粒子や、ＦｅＰｔ粒子と他の磁性金属元素を含むナノ粒子との除染用磁性複合粒子を挙げることができる。また、磁性分子が非磁性分子によって被覆されたナノ粒子、若しくはマイクロ粒子を用いてもよい。さらに、上記特許文献２に開示した自己会合型磁性脂質ナノ粒子、若しくは脂質被覆磁性ナノ粒子やポリマー被覆磁性ナノ粒子など有機物被覆磁性ナノ粒子を磁性ナノ粒子として用いてもよい。その他シリカ被覆磁性ナノ粒子など無機物被覆磁性ナノ粒子を磁性ナノ粒子として用いてもよい。

磁性ナノ粒子１０の平均粒径は、放射能汚染水２０中に分散可能であればよく、特に限定されない。放射能汚染水２０に対する分散性を考慮すると、１ｎｍ以上、１０ｍｍ以下とすることが好ましい。より好ましくは、磁気吸着能の観点から、５ｎｍ以上、吸着表面積拡大の観点から、１ｍｍ以下である。

捕捉性化合物１８としては、放射性物質類を捕捉できるものであればよく、捕捉したい放射性物質に応じて任意の公知のものを制限なく用いることができる。捕捉性化合物１８としては、金属フェロシアン化物が挙げられる。また、ゼオライト、イライト、雲母(mica)、バーミキュライト(vermiculite)、スメクタイト(smectite)等の粘土鉱物全般、活性炭、イオン交換体全般、公知の天然・人工のナノ多孔体、ペクチンなどの食物繊維等が有効である。金属フェロシアン化物の具体例としては、フェロシアン化鉄（プルシアンブルー）、フェロシアン化ニッケル、フェロシアン化コバルト、フェロシアン化銅などのフェロシアン化金属が好適な例として挙げられる。イオン交換体は、イオン交換樹脂、バーミキュライト・ベントナイトなどの天然イオン交換体、リン酸ジルコニウム・酸化アルミニウム・フェロシアン化鉄などの無機イオン交換体などが挙げられる。放射性物質類がセシウムの場合には、フェロシアン化鉄、フェロシアン化ニッケル、フェロシアン化コバルト、ゼオライト、粘土鉱物、ペクチン（食物繊維）が特に有効である。その他、グアー豆酵素分解物、アガロース、グルコマンナン、ポリデキストロース、アルギン酸ナトリウム、イヌリン、カラギーナン、セルロース、ヘミセルロース、リグニン、キチン、キトサンなども有効である。プルシアンブルーは、セシウムの他、タリウム除去などにも有効である。捕捉性化合物は、捕捉したい放射性物質に応じて適宜設計すればよい。捕捉性化合物は、必要に応じて、熱処理や圧熱処理等の処理を施してもよい。例えば、ゼオライトなどは、熱処理や圧熱処理によってセシウム吸着能を向上させることができる。複数種類の放射性物質を捕捉したい場合は、種類の異なる捕捉性化合物を被覆性磁性ナノ粒子に導入したり、複数の除染用磁性複合粒子を用いればよい。

被覆層１５は、コア部に形成された磁性ナノ粒子の被覆層として機能する。磁性ナノ粒子１０と捕捉性化合物１８の間に実質的に設けられており、これらを接着させる機能を担う。磁性ナノ粒子１０と被覆層１５からなる被覆性磁性ナノ粒子は、市販されている磁性ビーズなどを好適に用いることができる。磁性ナノ粒子１０と被覆層１５の結合形態は、公知の技術を制限なく利用できる。結合強度から、共有結合、若しくは静電結合が望ましい。例えば、磁性ナノ粒子を高分子電解質を用いて容易に被覆することができる。

被覆層１５と捕捉性化合物１８の結合形態は特に限定されないが、好ましくは、静電結合、若しくは共有結合が挙げられる。被覆層１５に、捕捉性化合物１８と結合する反応基を有することが好ましい。非特許文献４においては、被覆層１５に相当する層を設けていなかったので、複合粒子が分解しやすいという問題があった。一方、本発明に係る除染用磁性複合粒子１によれば、被覆層１５を設けているので、除染用磁性複合粒子１の分解を効果的に防止することができる。換言すると、廃液汚染水、海水等において、分解を抑制して除染用磁性複合粒子を用いることができる。その結果、粒子の磁力を所望の値に保持することができるので、磁力発生手段による回収を高効率に行うことができる。また、被覆層１５の反応基を調節することにより、所望量の捕捉性化合物１８を磁性ナノ粒子１０に導入することが可能となるというメリットも有する。なお、異種の磁性体、異種の捕捉性化合物を組み合わせて、複合粒子を製造することも可能である。

被覆層１５の好適な例として、脂質、界面活性剤、高分子を挙げることができる。また、シリカ等の無機物でもよく、いわゆるプラスチック材でもよい。高分子としては、末端にアルコキシシリル基、クロロシリ基、イソシアナトシリル基、メルカプト基等を有するポリエチレングリコール等の高分子、ポリ―Ｌ−リジン、ポリ(塩化ジアリルジメチルアンモニウム)、メチルグリコールキトサン(MGch)、ポリ（アリルアミン塩酸塩）、ポリ(アクリルアミド-co-ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)、ジアリルジメチルアンモニウム等のカチオン性ポリ電解質、4-スチレンスルホン酸ナトリウム、Poly(4-styrenesulfonic acid-co-maleic acid) sodium、Polyanetholesulfonic acid sodium、ポリ(2-アクリルアミド-2-メチル-1-プロパンスルホン酸)、ポリ(4-スチレンスルホン酸)アンモニウム、ポリ(4-スチレンスルホン酸)リチウム、ポリ(4-スチレンスルホン酸)、ポリ(4-スチレンスルホン酸)-co-マレイン酸) ナトリウム、ポリ(アクリル酸、ナトリウム塩)、ポリ(ビニルスルホン酸、ナトリウム塩)、ポリ(硫酸ビニル) カリウム塩、ポリ(4-スチレンスルホン酸ナトリウム)、ポリビニル硫酸カリウム(PVSK)等のポリア二オン性ポリ電解質などが挙げられる。被覆層１５の反応基としては、アピジン-ビオチン系結合、エポキシ基、トシル基、エステル基、チオール基、アミノ基、ハロゲン化アシル基、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドエステル基、アルデヒド基、マレイミド基、ビニルスルホン基、ベンゾトリアゾールカーボネート基、プロモアセトアミド基などが挙げられる。放射性照射により耐熱性・耐候性などの向上作用のあるポリエチレンなどの架橋型ポリマーを一部含んでも良い。また、磁性ナノ粒子に対し、公知の界面活性剤は全て使用できる。

除染用磁性複合粒子のサイズは、１０ｎｍ〜５ｍｍの範囲であることが分散性・比表面積・磁気吸着性のバランスの観点から好ましく、５０nm〜５００μmの範囲であることがさらに好ましく、２５０nm〜５０μmの範囲がさらに好ましい。また、除染用磁性複合粒子の飽和磁化は、磁力による集積効率を高める観点から、５emu／ｇ以上であることが好ましく、より好ましくは１０emu／ｇ以上である。また、さらに好ましくは２０emu／ｇ以上である。磁石への吸着効率を高める上では、飽和磁化が高いほうが好ましいが、入手性の観点から、通常、２２０emu／ｇ以下である。

除染用磁性複合粒子に用いる磁性ナノ粒子は、図２Ｄに示すように、複数の磁性ナノ粒子１０が凝集しているクラスター１００であってもよい。磁性ナノ粒子としてクラスターを用いる場合、クラスター１００の表面に対して、直接、被覆層１５を形成すればよい（図２Ｅ参照）。複数の磁性ナノ粒子１０のクラスター１００に対して、その表層に被覆層１５がコーティングされている。

また、図２Ｈの被覆性磁性ナノ粒子の説明図、及びその断面図である図２Ｉに示すように、単分散の磁性ナノ粒子１０それぞれに被覆層１５がコーティングされていてものが凝集したクラスター１００であってもよい。いずれにしても、磁性ナノ粒子１０の表層の少なくとも一部に被覆層１５がコーティングされていればよい。なお、個々の磁性ナノ粒子を被覆する被覆層と、クラスター全体を被覆する被覆層の種類が異なっていてもよい。

捕捉性化合物１８は、除染用磁性複合粒子の表層に形成されている（図２Ｇ参照）。図２Ｆには、静電結合によって捕捉性化合物１８と被覆層１５を結合させている例を示す。この例においては、除染用磁性複合粒子１は、負に帯電しているクラスター１００に対し正に帯電している被覆層１５を静電結合により結合させ、さらに、負に帯電している捕捉性化合物１８を被覆層１５に結合させている。磁性ナノ粒子１０がクラスター１００を形成することによって、除染用磁性複合粒子１の磁力による吸着力・吸着スピードを高めることができ、磁気集積効率を高めることができるというメリットを有する。

除染用磁性複合粒子１の分解を効果的に抑制する観点からは、磁性ナノ粒子の表層の５０％以上が被覆層にコーティングされていることが好ましく、８０％以上がコーティングされていることがさらに好ましい。

次いで、放射能汚染水２０中に投入された除染用磁性複合粒子１によって、放射性物質類を捕獲する（Ｓｔｅｐ２、図３Ｂ参照）。必要に応じて、放射性汚染水を撹拌、分散、加温等してもよい。

その後、磁力集積手段３０を放射能汚染水に浸漬して除染用磁性複合粒子１を集積する。次いで、磁力集積手段３０を放射能汚染水から分離した後に、磁気発生をオフすることによって放射性物質類を回収する（Ｓｔｅｐ３、図３Ｃ参照）。すなわち、磁力集積手段３０の磁力により、放射性物質類をトラップした除染用磁性複合粒子１を集積し、除染用磁性複合粒子１を回収する。従って、簡便かつ効率よく放射性物質類を回収することができる。磁力集積手段３０は、放射能汚染水内に浸漬せずに、容器の外壁に当接あるいは近接させることにより、除染用磁性複合粒子１を集積させて、分離・回収してもよい。

回収された除染用磁性複合粒子１は、コンクリートと鋼鉄、鉛などを用いてガンマ線を遮蔽する容器に封印する。放射性セシウムの場合、コンクリートは５０ｃｍ以上の厚みとし、鉛の場合には１０ｃｍ以上の厚みとする。なお、ガンマ線の例を挙げたが、アルファ線、ベータ線を放射する放射性物質類の場合には、それぞれ公知の遮蔽用機に封印すればよい。なお、回収した放射性物質は、癌治療用密封線源、測定装置用密封線源、その他の密封線源、非密封線源の材料として再利用することも可能である。

磁力集積手段３０は、磁力のＯＮ−ＯＦＦ可能な機能と、移動機構を備えている。例えば、電磁石、超電導磁石等が好適に用いられる。また、永久磁石とシールド手段とによって磁力のＯＮ−ＯＦＦを制御することも可能である。さらに、永久磁石等を用いて除染用磁性複合粒子１をまず回収し、その後、より強力な電磁石、超電導磁石等により除染用磁性複合粒子１を回収し、次いで、電磁石や超電導磁石等の磁力をオフすることにより、除染用磁性複合粒子１を分離することも可能である。

永久磁石を用いる場合には、特に限定されるものではないが、一例として、フェライト、Ｎｅ−Ｆｅ−Ｂ合金、サマリウム−コバルト合金を挙げることができる。強力な磁力を要する場合には、Ｎｅ−Ｆｅ−Ｂ合金が好ましい。磁力集積手段３０は、電磁石や超電導磁石等を用いる場合にも、磁石の磁力線に指向性を付与させるために、シールド手段を設けることが有効である。磁力発生手段３０を海水による腐食などから適切に保護するために、必要に応じて磁石等をケーシング内に密封する。

図４に、第１実施形態に係る磁力集積手段３０の主要部の一例を示す模式的分解斜視図を示す。磁力集積手段３０は、磁石３１、シールド手段３２、ケーシング３３、等を備えている。磁石３１の磁界発生方向に指向性を付与するためのシールド機能を有する。第１実施形態に係るシールド手段３２は、ヨーク（継鉄）により構成した。無論、シールド機能を有する材料であればこれに限定されるものではない。第１実施形態においては、一方向に強い磁力が発生するように、シールド手段３２であるヨークは、磁石３１の側面及び上面を被覆するような凹部形状の円筒体からなる。シールド手段３２を設けることにより、磁石３１の底面からの磁力を増強する。

図４の磁力集積手段３０は、例えば、除染用磁性複合粒子１を回収後、より強力な電磁石や超電導磁石等によって除染用磁性複合粒子１を磁石３１から分離し、次いで、より強力な電磁石や超電導磁石の磁力をオフすることにより除染用磁性複合粒子１のみを回収する。

その後、放射能汚染水の放射能濃度をセンサー４０によって再測定する（Ｓｔｅｐ４、図３Ｄ参照）。そして、放射性物質類の回収が必要と判断された場合には、上記Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ３を繰り返す。放射性物質類の回収が不要と判断された場合には、放射性物質類の回収作業を終了する。放射性物質類が除去された水は、原子力発電所の冷却水等などに再利用することができる。

第１実施形態に係る放射性物質類の除染方法によれば、磁力集積手段３０を放射能汚染水に浸漬して引き上げ、引き上げ後に、磁気発生をオフすれば放射性物質類を回収するので、操作性がよく、効率も高い。しかも、磁力集積手段は、何度も利用可能であるという優れたメリットがある。また、特別の設備等を導入する必要がないという優れた効果もある。すなわち、第１実施形態に係る放射性物質類の除染方法によれば、放射性物質類を高効率で回収することができる。

また、非特許文献５のような高価な化合物を用いずに形成可能であるので、低コスト化を実現できる。さらに、除染用磁性複合粒子は、多層構造を有し、磁性ナノ粒子と捕捉性化合物の間に被覆層を設けているので、環境耐性を高めることができる。例えば、非特許文献４、６、７においては、磁性ナノ粒子表層をフェロシアン化鉄が覆っているため、磁性ナノ粒子、フェロシアン化鉄の両者の表面電位がマイナスを示すｐＨ８以上のアルカリ領域では、磁性ナノ粒子、フェロシアン化鉄の間の反発力が生まれ、磁性ナノ粒子表面からフェロシアン化鉄が剥離しやすくなる欠点があった。また、非特許文献４においては、原料として、爆発などの危険性のある過塩素酸を用いるという問題もあった。

また、第１実施形態に係る除染用磁性複合粒子によれば、クラスター（磁性ナノ粒子塊）を容易に形成できるので、磁気による吸着力・吸着速度を高めることが容易であるというメリットを有する。また、クラスターを形成した場合、クラスターを被覆層と捕捉性化合物の２層により被覆しているので、物理的に安定な粒子を提供することができる。そのため、環境耐性の高い除染用磁性複合粒子を提供することができるという優れた効果を有する。

なお、汚染土壌に対して放射性物質類回収を実施する際には、汚染土壌、若しくは汚染土壌の分散液に対して除染用磁性複合粒子を投入する前に、汚染土壌中、若しくは汚染土壌の分散液中に含まれる磁性体を事前に磁気選別により回収しておくことが望ましい。これにより、除染用磁性複合粒子による放射性物質類の捕捉、及び回収を高効率で実現することができる。

また、第１実施形態においては、磁性ナノ粒子、被覆層、捕捉性化合物の３層構造よりなる例を説明したが、磁性ナノ粒子−被覆層−捕捉性化合物−被覆層−捕捉性化合物の５層構造であってもよい。また、磁性ナノ粒子−被覆層−捕捉性化合物−被覆層−捕捉性化合物−被覆層の６層構造等であってもよい。また、用いる磁性ナノ粒子、被覆層、捕捉性化合物は、それぞれ独立に、単一、複数種類のいずれであってもよい。

また、放射性物質類除染システム及び放射性物質類の除染方法は、上記第１実施形態の例に限定されず種々の変形が可能である。例えば、放射性物質類除染システムは、液体注入口、除染用磁性複合粒子混合タンク、磁力による除染用磁性複合粒子回収タンク、濾過装置を有していてもよい。例えば、液体注入口からの液体注入に伴って除染用磁性複合粒子混合タンクに、液体注入量や汚染度等に応じて予め設定した除染用磁性複合粒子を投入する。そして、液体と除染用磁性複合粒子とを除染用磁性複合粒子混合タンク内でよく混合する。その後、磁力による除染用磁性複合粒子回収タンクに除染用磁性複合粒子を含む液体を移動させ、磁気集積手段により除染用磁性複合粒子を回収する。その後、用途に応じて必要であれば、濾過装置を通過させる。このような放射性物質類除染システムは、例えば、浄水器、上水処理施設、マンション等の上水処理システムとして好適に利用できる。

［第２実施形態］
次に、上記実施形態とは異なる放射性物質類の除染方法の一例について説明する。第２実施形態に係る放射性物質類の除染方法は、以下の点を除く基本的な方法は上記第１実施形態と同様である。すなわち、第２実施形態に係る放射性物質類の除染方法は、除染用磁性複合粒子の回収方法が第１実施形態と相違する。第１実施形態においては、放射性物質類を含む液体内に磁力集積手段を直接、浸漬して引き上げていたが、第２実施形態においては、磁性ナノ粒子を捕捉できるフィルターにより除染用磁性複合粒子を回収している点において相違する。

図５Ａ及び図５Ｂは、第２実施形態に係る放射性物質類の除染方法の一例を示す模式的説明図である。第２実施形態においては、図５Ａに示すように、磁力集積手段である磁性フィルター４１と磁力制御部４２を具備する。また、磁性フィルター４１が設置されている浄化管４３、磁性フィルター４１を支持する支持部４４、接合部４７等が設けられている。

浄化管４３は、円筒体により構成されている。支持部４４は、磁性フィルター４１を保持する機能を担っており、浄化管４３の内壁に円周状に形成されている。接合部４７は、浄化管４３から磁性フィルター４１を着脱自在にするための部分である。換言すると、接合部４７の個所で浄化管４３は分割可能に構成されている。なお、浄化管４３及び支持部４４の形状は、任意に変更可能である。磁性フィルター４１の形状も任意に変更可能である。

磁性フィルター４１は、除染用磁性複合粒子をトラップ可能であればよく特に限定されない。好ましい例としては、少なくとも複数枚の磁性金網を積層して焼結したものからなり、空隙部が多数形成されている焼結金網フィルターが挙げられる（上記特許文献２参照）。磁性フィルター４１として、磁性金網を積層して焼結した焼結金網フィルターを用いることにより、剛性、耐久性を高めることができる。また、磁性ナノ粒子の捕捉効率を高めることができる。また、支持部４４を設けずに、浄化管４３の内壁に磁性フィルター４１を嵌合させる溝部などを設けてもよい。また、粗大粒子などによる目詰まりを防止するために、プレフィルターなどを磁性フィルター４１の前段に設けてもよい。

図６Ａは、１枚の磁性金網４５の一例を示す模式的上面図であり、図６Ｂは、磁性フィルター４１の模式的側面図である。図６Ａの例においては、２次元の網目構造を有する磁性金網４５の例を説明しているが、１枚の磁性金網４５の形状としては、公知のものを制限なく利用することができる。磁性金網４５は、３次元の網目構造であってもよい。空隙部４６の径は、例えば、ミリメートルからナノメートルのスケールのオーダーである。また、空隙部４６の密度も、用途に応じて任意に設計可能である。磁性金網４５の空隙部４６の径は、深さ方向に一定の場合の他、深さ方向に径が大きくなる等、任意に設計可能である。

磁性フィルター４１は、少なくとも磁性金網４５が複数枚積層されたものからなる。図２Ｂの例においては、磁性金網４５が１４枚積層された例を示しているが、積層枚数は、２枚以上であればよく、用途や目的に応じて決定すればよい。磁性フィルター４１の磁性金網４５の積層枚数は、磁気吸着効率の向上の観点からは、１０〜５０枚の範囲が好ましい。磁性金網４５の１枚の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度である。

磁性フィルター４１は、適宜、機械的強度を補強するための磁性を有さない層を補強層として磁性金網４５の間に挿入してもよい。磁性を有さない金網を積層して強度等を補強することも可能である。また、磁性フィルター４１とは別体の多孔質のガラスフィルター等の支持体を磁性フィルター４１の底部に配設し、強度を補強することも可能である。

磁性金網４５の材料としては、磁力制御部４２により磁気特性を発揮する材料であれば特に限定されない。例えば、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）、マグヘマイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）、一酸化鉄（ＦｅＯ）、窒化鉄、鉄（Ｆｅ）、ニッケル、コバルト、コバルト白金クロム合金、バリウムフェライト合金、マンガンアルミ合金、鉄白金合金、鉄パラジウム合金、コバルト白金合金、鉄ネオジムボロン合金、及びサマリウムコバルト合金等が挙げられる。高い磁気誘導特性を有する磁気異方性の高い材料が好ましい。好ましい材料としては、耐食性の高い、フェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレスなど磁性をもつステンレス、ＦｅＰｔなどを挙げることができる。磁性金網４５の材料としては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、磁性特性を有さない材料が含まれていてもよい。

放射性物質類の除染方法は、磁性フィルター４１の空隙部により磁力制御部４２の磁力を利用して磁性ナノ粒子を捕捉する。従って、捕捉する磁性ナノ粒子に応じて、適切な空隙部のサイズを選定する。磁性金網４５の積層方法は、空隙部４６が互いに一致するように積層してもよいし、空隙部４６の位置をずらして３次元の網目構造を形成するようにしてもよい。空隙部４６のサイズを任意に変更した磁性金網４５を積層してもよい。具体例としては、上部ほど空隙部４６のサイズが大きくなるように磁性金網４５を積層する焼結金網フィルターや、空隙部４６のサイズの大きい磁性金網４５と小さい磁性金網４５を交互に積層する焼結金網フィルターなどが挙げられる。なお、磁性フィルター４１の空隙部は、磁性金網４５を積層して焼結することによって得られるので、通常、磁性金網４５の空隙部４６より若干開口径が小さくなる。

磁性金網を２枚以上積層して焼結した磁性フィルター４１のセットを複数用意して、これを重ねて浄化管４３に設置することも可能である。磁性フィルター４１のセットを複数重ねることによって、目詰まりしてしまった場合に、容易に分解して洗浄することが可能となる。

磁性金網４５の製造方法は、公知のものを制限なく利用することができる。例えば、磁性細線を編み込んで磁性金網を製造したり、コイル状の細線同士を熱融着することにより製造することができる。コイル状の細線同士を熱融着することにより磁性金網を製造する場合には、接触面積を大きくすることができるので、磁性ナノ粒子の吸着面を大きくすることができるという優れた効果がある。

磁性金網４５の精度（寸法安定性）、形状安定性を考慮すると、金型により製造することが好ましい。金型成型の場合、空隙部、空隙部の密度、磁性金網の厚み等を自在に設計可能であるというメリットがある。金型を用いる場合、例えば、磁性ナノ粒子、若しくは溶融した磁性ナノ粒子を金型に入れて成型加工し、固化した後に金型から取り出すことにより製造することができる。固化処理は、溶融や焼結後に冷却することによって得られる。なお、磁性金網４５を製造後に、熱融着工程、圧入工程、焼結工程等を追加してもよい。

磁性フィルター４１は、前述している通り、焼結することにより得ることができる。例えば、複数枚の磁性金網４５を積層し、真空中で高温焼結することにより得られる。これにより、磁性金網が完全に溶けず、空隙部４６の少なくとも一部を保ちつつ、一部を熱融着させることができる。焼結することにより、積層した磁性金網４５の外力によるずれや、形状変形を防止できる。すなわち、焼結工程を施すことによって、磁性フィルター４１の剛性を高めることができる。

磁力制御部４２は、浄化管４３の外部側壁において磁性フィルター４１と対向する領域に形成されている。第２実施形態においては、枠体状に磁力制御部４２を設ける構成としているが、磁性フィルター４１に対して磁気を照射可能であれば、その形状や設置位置は問わない。磁力制御部４２は、磁石、シールド手段を有する。シールド手段は、磁力遮蔽部材により構成する。これにより、磁石の磁力線に指向性を付与させることが可能となる。

なお、磁力制御部４２としては、磁石を有していればよく、シールド手段を具備していなくてもよい。磁石・シールド手段の好ましい材料、形状等は、上記第１実施形態で述べたとおりである。シールド手段を設けることにより、磁石の磁性フィルター４１に対する磁力を増強し、他の部分の磁力の大幅な減衰を実現することができる。磁性フィルター４１に磁力が付与されるように、シールド手段を配設することによって、磁性フィルター４１に対して効率的に磁力を付与することができる。

また、浄化管４３と磁石の間に、着脱自在なシールド板を取り付け可能なように設置してもよい。これにより、磁性フィルター４１への磁気照射のオン、オフを制御することが可能となる。また、電磁石からなる磁石を浄化管４３に固設させ、電気のオン、オフにより、磁力線の発生をオン、オフ可能なように構成してもよい。

次に、第２実施形態に係る放射性物質類の除染方法について説明する。まず、放射能汚染水を浄化管４３に誘導し、磁気照射を行いながら磁性フィルター４１によって濾過する。これによって、除染用磁性複合粒子１が磁性フィルター４１にトラップされる。この際、必要に応じて圧力等を加えてもよい。

次いで、除染用磁性複合粒子１の回収を行う。まず、放射能汚染水を止める。そして、磁性フィルター４１の磁力をオフすることにより、磁性フィルター４１に捕獲されている除染用磁性複合粒子１を磁性フィルター４１から分離する。若しくは、磁性フィルター４１を取り出して、磁性フィルター４１を放射能遮蔽部材内に保管してもよい。

第２実施形態によれば、濾過法と磁力制御部４２を併用して、除染用磁性複合粒子を捕捉して回収するので、高効率に放射性物質類を回収することができる。第２実施形態に係る方法は、第１実施形態の方法と組み合わせて行ってもよい。例えば、第１実施形態によって、放射性物質類の大半を取り除き、その後、第２実施形態の磁性フィルターを使って、より確実に放射性物質類を回収するようにしてもよい。また、磁性フィルターとして、磁性金網４５を積層すれば、磁気吸着効率を高めることができる。また、図５Ａ及び図５に示す磁性フィルターを用いる場合には、磁性金網４５を積層し、これを焼結しているので、積層した磁性金網４５が外力でずれたり、形状変形したりするのを防止し、耐久性の高い磁性フィルターを提供することができる。なお、磁性フィルターの好適な例として磁性金網４５を積層して焼結したフィルターを挙げたが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の磁性フィルターを利用可能である。

［第３実施形態］
第３実施形態に係る放射性物質類の除染方法は、以下の点を除く基本的な構成は上記第２実施形態と同様である。すなわち、第３実施形態に係る放射性物質類の除染方法は、フィルター吸着物剥離手段を具備している点において、これを有しない第２実施形態とは相違する。

図７Ａ及び図７Ｂは、第３実施形態に係る放射性物質類の除染方法の一例を説明するための模式的説明図である。第３実施形態においては、第２実施形態に加えて、フィルター吸着物剥離手段である超音波印加手段４８等を備える。

超音波印加手段４８は、磁力制御部４２を取り囲むように、浄化管４３の外周部に設けられている。換言すると、磁性フィルター４１のサイドに超音波印加手段４８が設置されている。超音波印加手段４８の位置や設置形状は、限定されるものではない。

フィルター吸着物剥離手段は、超音波印加手段４８に限定されるものではなく、磁性フィルター４１に物理的エネルギーを印加するものであり、本発明の目的が達成できるものであれば特に限定されない。超音波印加手段以外の例としては、加熱手段、超音波よりも周波数の小さな機械的振動印加手段、衝撃波印加手段が挙げられる。また、圧力調整手段の利用も挙げられる。さらに、貴金属微粒子のナノプラズモンを適用した光から熱への光熱効果を利用した活性光線照射手段、酸化チタンなどの光触媒を利用した可視光等の活性光線照射手段、酸化反応を利用した紫外線・電離放射線等による活性光線照射手段が挙げられる。フィルター吸着物剥離手段は、単独で用いても組み合わせて用いてもよい。これらのうち、簡便性の観点から、加熱手段あるいは超音波照射手段、圧力調整手段の利用が特に好ましい。

磁気制御部４２により磁性フィルター４１に磁気を照射しつつ、放射能汚染水２０を浄化管４３内に供給する。放射能汚染水２０は、磁性フィルター４１に浸透し、空隙部サイズよりも小さい非磁性ナノ粒子及び溶媒が濾液（浄化水）として得られる。一方、空隙部サイズよりも小さい除染用磁性複合粒子１は、磁性フィルター４１の空隙部にトラップされる。また、磁性ナノ粒子以外の空隙部よりも大きな粒子は、磁性フィルター４１の表面でカットオフされる。なお、粗大粒子の量が多い場合には、放射能汚染水２０から粗大粒子を除去するために予め別のフィルターにより除去することが好ましい。

次いで、放射能汚染水２０の供給を止める。そして、浄化水側の浄化管４３を接合部４７のところで遮蔽容器（不図示）に替える。そして、磁力制御部４２の磁気照射をオフし、かつ超音波印加手段４８を用いて超音波を照射する。これにより、磁性フィルター４１の空隙部にトラップされた除染用磁性複合粒子を遮蔽容器内に回収する。この際、必要に応じて、圧力をかけたりして除染用磁性複合粒子の回収を促してもよい。

第３実施形態に係る放射性物質類の除染方法及び放射性物質類除染システムによれば、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。これに加え、第３実施形態においては、除染用磁性複合粒子の回収の際に超音波印加手段４８を加えているので、より効率的に除染用磁性複合粒子を回収することができる。また、フィルターを何度でも利用できるというメリットがある。また、この際、フィルターを取り出して洗浄したりする必要がないという優れた効果がある。

なお、磁力集積手段や放射性物質を捕捉した除染用磁性複合粒子の方法は、上述した実施形態の方法によらず、種々の変形が可能である。例えば、磁力により集めた放射性物質を捕捉した除染用磁性複合粒子に対して、掻き落としワイパー等により物理的に吸着した除染用磁性複合粒子を掻き落とすようにしてもよい。また、永久磁石を埋め込んだ円筒状のドラムに放射性物質類を捕捉した除染用複合粒子を含む液体を投入し、ドラムを回して磁性ナノ粒子を磁気吸着させ、掻き落としワイパー等で、物理的に除染用磁性複合粒子を掻き落とすようにしてもよい。

［第４実施形態］
第４実施形態に係る放射性物質類の除染方法は、以下の点を除く基本的な構成は上記第１実施形態と同様である。すなわち、第４実施形態に係る放射性物質類の除染方法は、除染用磁性複合粒子が、上記第１実施形態と相違する。

第４実施形態に係る除染用磁性複合粒子の磁性ナノ粒子は、内部に中空を有する籠状骨格を成すものである。第４実施形態に適用可能な磁性ナノ粒子としては、特に限定されない。除染用磁性複合粒子は、コア部に内部に中空を有する籠状骨格の磁性ナノ粒子、磁性ナノ粒子を直接被覆する被覆層、及び表層に形成された捕捉性化合物から構成されている。なお、捕捉性化合物は、磁性ナノ粒子の内部に内包するようにしてもよい。

図８Ａに、第４実施形態に係る磁性ナノ粒子１０ｃの一例を示す概念図を、図８Ｂに、図８ＡのＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＩＢ切断線における模式的斜視図を示す。第４実施形態に係る磁性ナノ粒子１０ｃは、磁性籠状骨格１２により構成されている。磁性籠状骨格１２は、図８Ａ，図８Ｂに示すように、概ね球状の骨格を成し、その内部は、中空構造１３となっている。磁性籠状骨格１２は、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ(コバルト)、Ｎｉ(ニッケル)のいずれかを少なくとも一部に含むナノ粒子を含有する金属系ナノ粒子の焼結体よりなる。

磁性籠状骨格１２には、多数の多孔体状の空隙１４が形成されている。磁性籠状骨格１２の空隙率は、１％以上、５０％以下とすることが好ましい。１％未満の場合には、本発明に係る磁性ナノ粒子の製造、及び製剤含有磁性微粒子の製造が困難となる恐れがある。一方、空隙率が５０％を超えると、骨格を保持することが難しくなる恐れがある。空隙率は、製造安定性の観点からは、５％以上、３０％以下とすることが好ましい。空隙１４のサイズや形状は、磁性籠状骨格の骨格を維持できるものであれば特に限定されない。

磁性籠状骨格１２の厚みは、特に限定されないが、好ましくは５ｎｍ以上、５０ｎｍ以下である。磁性籠状骨格１２の厚みを５ｎｍ以上とすることにより、構造欠陥を抑制し安定した製造とすることができる。また、５０ｎｍ以下とすることにより、磁性籠状骨格１２の内部への薬剤等の含有率を高くすることができる。

なお、磁性籠状骨格１２の形状は、特に限定されるものではなく、後述する鋳型粒子の形状を制御することにより、例えば、楕円球形状としたり、棒形状としたりすることが可能である。

磁性籠状骨格１２の材料は、焼結体を形成することが可能であり、少なくともその一部にＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉのいずれかが少なくとも一部に含有されているナノ粒子を含有する金属系ナノ粒子であれば制限なく用いることができる。なお、「Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉのいずれかが少なくとも一部に含有されているナノ粒子」とは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの１つが一部に含まれているナノ粒子の他、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの２種類以上が一部に含有されているナノ粒子も含まれる。また、「金属系ナノ粒子」には、金属のみにより構成されるナノ粒子の他、金属酸化物、金属窒化物などのナノ粒子も含む。

焼結体を形成するための焼結体前駆体の好適な材料の例としては、下記のものを挙げることができる。（１）鉄白金合金（ＦｅＰｔ）、コバルト白金合金（ＣｏＰｔ）、鉄パラジウム合金（ＦｅＰｄ）、コバルト白金合金（ＣｏＰt）などの遷移金属−貴金属合金、（２）マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）、マグヘマイト（γー三酸化二鉄・γーＦｅ_２Ｏ_３）、マンガン（Ｍｎ）フェライトを含めた酸化鉄系化合物、（３）鉄ネオジムボロン（ＮｄＦｅＢ），サマリウムコバルト合金（ＳｍＣｏ）などの希土類−遷移金属合金、（４）鉄（Ｆｅ）、鉄コバルト合金（ＦｅＣｏ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）、（５）Ｆｅ_１６Ｎ_２などの窒化鉄系化合物などの遷移金属合金などを挙げることができる。金属合金の他、金属酸化物を含む金属系ナノ粒子も好適に適用することができる。なお、上記例において、微量の他の元素が含まれているものも好適に適用することができる。例えば、鉄白金合金において、Ｃｕ、Ａｇなどの第３元素を添加したものも好適に適用することができる。

磁力による集積効率を高める観点からは、磁性籠状骨格１２の材料が強磁性を示す金属系ナノ粒子であることが好ましい。生体内利用を目的とする場合には、毒性による有害事象を回避する観点より、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくともいずれかを一部に含むナノ粒子として、マグネタイト（四酸化三鉄・Ｆｅ_３Ｏ_４）やマグヘマイト（γー三酸化二鉄・γーＦｅ_２Ｏ_３）、一酸化鉄、窒化鉄、鉄、鉄白金合金、鉄パラジウム合金などを用いることが好ましい。

磁性籠状骨格１２は、単独材料のみにより構成してもよいし、複数の材料から構成してもよい。使用目的等に応じた磁力となるよう、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのいずれかを少なくとも一部に含むナノ粒子の材料、及び含有量を適宜選定する。金属系ナノ粒子は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのいずれかを少なくとも一部に含むナノ粒子のみから構成してもよいが、他の金属系ナノ粒子とブレンドして用いてもよい。使用する金属元素の種類は特に限定されず、用途に応じて適宜選定することができる。例えば、銅、クロム、チタン、タンタル、タングステン、ニッケル、モリブデン、マンガン、アルミニウム、イットリウムから選ばれる１種以上の組み合わせからなる合金、あるいは金属単体等を用いてもよい。

磁性籠状骨格１２の粒径は、特に限定されず、用途に応じて適宜選定することができる。磁性籠状骨格１２の粒径は、後述する鋳型粒子の大きさを制御することにより容易にコントロールすることができる。製造容易性の観点からは、５０ｎｍ以上とすることが好ましく、１０μｍ以下とすることが好ましい。

第４実施形態に係る籠状骨格１２を有する磁性ナノ粒子は、特許文献２に記載の方法により製造することができる。また、磁性ナノ粒子に被覆層、捕捉性化合物を形成させる方法は、上記第１実施形態と同様の方法により行うことができる。捕捉性化合物の磁性ナノ粒子の内部に内包させる場合には、特許文献２に記載の方法により製造可能である。捕捉性化合物に重合性官能基を修飾しておき、磁性ナノ粒子内部で架橋させることにより、磁性ナノ粒子内部に捕捉性化合物を閉じ込めるようにしてもよい。

第４実施形態に係る放射性物質類の除染方法及び放射性物質類除染システムによれば、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。第４実施形態においては、磁性ナノ粒子の内部を中空とすることにより、除染用磁性複合粒子の比重を軽くして、液体中での分散性を高めることができる。また、磁性ナノ粒子の内部に捕捉性化合物を導入するようにすれば、磁性ナノ粒子の内部、及び表層のいずれにも結合させることができるので、捕捉性化合物の導入率を高めることができる。

［第５実施形態］
第５実施形態に係る放射性物質類の除染方法は、以下の点を除く基本的な構成は上記第１実施形態と同様である。すなわち、第５実施形態に係る放射性物質類の除染方法は、除染用磁性複合粒子が、上記第１実施形態と相違する。

第５実施形態に係る除染用磁性複合粒子は、放射能汚染水に捕捉性化合物と被覆性磁性ナノ粒子を別々に投入し、放射能汚染水中で捕捉性化合物と被覆性磁性ナノ粒子との複合体を形成するものである。被覆層の主成分の好適な例としては、上記第１実施形態で述べたとおりである。

第５実施形態に係る放射性物質類除染システムは、放射能汚染水中で、被覆性磁性ナノ粒子と捕捉性化合物を別々に投入し、除染用磁性複合粒子を形成させる。次いで、除染用磁性複合粒子が、放射性物質類を捕捉する。なお、捕捉性化合物がまず放射性物質類を捕捉し、被覆性磁性ナノ粒子が、放射性物質類を捕捉した捕捉性化合物を捕獲するものであってもよい。また、両者が混在していてもよい。以降の工程は、上記実施形態と同様の方法により除染すればよい。

第５実施形態に係る放射性物質類の除染方法及び放射性物質類除染システムによれば、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、放射能汚染水中で複合体を形成させるので、予め除染用磁性複合粒子を形成する必要がないというメリットがある。

上記第１実施形態〜第５実施形態においては、放射性物質類の例として放射性セシウムを例として説明したが、放射性ストロンチウム、ウラン、プルトニウム、トリウム、ヨウ素などに対して同様に本発明を適用可能である。また、放射性物質類を含む液体として放射能汚染水の例を挙げたが、水以外の溶媒全般に対して本発明を適用することができる。また、上述した除染用磁性複合粒子の例は、一例であって、種々の態様の除染用磁性複合粒子に本発明を適用することができる。さらに、上記実施形態においては放射能汚染水の例を挙げたが、放射性物質である放射性同位体の安定同位体（例えば、非放射性セシウム）が分散した汚染水等から非放射性物質を除去するために利用することもできる。

［実施例］
（実施例１）
＜酸化鉄微粒子の調製＞７．９５ｇの塩化第一鉄（ＩＩ）・四水和物を８ｍｌの純水に溶解した。次いで、２１．６２ｇの塩化第二鉄（ＩＩＩ）・六水和物を８ｍｌの純水に溶解した。そして、これらを混合し、総量が５０ｍｌになるように、純水を加えた。次いで、この水溶液を攪拌しながら、アンモニア水（２５％）を加え、磁性スラリーを得た。

続いて、温度調節器、電気コンロなどを用いて９０℃まで加温し、アンモニアを蒸発させた。その後、室温に放置し、自然冷却した。次いで、遠心分離（９０００Ｇ）によって磁性スラリーを沈殿させ、上澄みを除去した。なお、遠心分離に代えて、ネオジム磁石（０．５テスラ）により磁性スラリーを沈殿させてもよい。

その後、１００ｍｌの純水を加えて、浴槽型超音波破砕装置にて沈殿した磁性スラリーを再分散させた。そして、沈殿・再分散の操作を繰り返し行うことにより、磁性スラリーを純水で洗浄した。

＜ＰＤＤＡ被覆磁性微粒子の作製＞次いで、８０ｍｌの純水に、約０．２５ｇの酸化鉄微粒子が含まれるよう、上記方法により精製した磁性スラリーと純水を用いて調製した。そして、この混合液中の磁性微粒子を、浴槽型超音波破砕装置を用いて約１０分間よく分散させた。別途、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）（Poly(diallyldimethylammonium chloride)（シグマアルドリッチ社製）（「ＰＤＤＡ」とも称する）８ｇと純水１６０ｍｌをビーカーに入れ、浴槽型超音波破砕装置で１０分間分散させたＰＤＤＡ溶液を用意した。そして、これを浴槽型超音波破砕装置で分散させながら、前述の磁性微粒子分散液を、１分間あたり約１２０滴のスピードで加えた。

この混合液を、浴槽型超音波破砕装置で１０分間、超音波処理した。そして、遠沈管に３０ｍｌずつ８本に移して９８００Ｇで１０分間、遠心分離した。次いで、上澄みを取り除いて純水２０ｍｌを加え、浴槽型超音波破砕装置で１０分間分散させた。遠心分離・上清を取り除き、純水２０ｍｌを加えて浴槽型超音波破砕装置で１０分間分散させる上記処理を３回繰り返した。そして、ＰＤＤＡ被覆磁性スラリーを８０ｍｌの純水に分散させた。

＜フェロシアン化鉄の作製＞２１．６２ｇの塩化第二鉄（ＩＩＩ）・六水和物を１０ｍｌの純水に溶解した。フェロシアン化カリウム３００ｍｇを５ｍｌの純水に溶解した。そして、これらを混合すると、紺色のフェロシアン化鉄微粒子が得られた。これを９８００Ｇで１０分間遠心分離し、上澄みを取り除き、純水５０ｍｌを加え、浴槽型超音波破砕装置で１０分間分散させた。遠心分離・上清除去、分散の上記処理を３回行った。これらの工程を経て得られたフェロシアン化鉄を２０ｍｌの純水に分散させた。

＜フェロシアン化鉄被覆磁性微粒子の作製＞上記ＰＤＤＡ被覆磁性微粒子の分散液と、上記フェロシアン化鉄の分散液を１０：１から１：１の割合で混合した。そして、１５分間室温で放置し、フェロシアン化鉄被覆磁性微粒子を、０．５テスラのネオジム磁石で吸着させ、上澄みを除去した。これらの工程を経て、フェロシアン化鉄被覆磁性微粒子を得た。

続いて、得られたフェロシアン化鉄被覆磁性微粒子を室温で、１５ｍｍＨｇ程度まで真空処理し、水分を蒸発させて乾燥させることにより、乾燥フェロシアン化鉄被覆磁性微粒子を得た。

図９に、フェロシアン化鉄被覆マグネタイトの磁気吸着の経時的変化の様子を示す。図９（ａ）は、水中にフェロシアン化鉄被覆マグネタイトを投入した直後の写真である。図９（ｂ）〜（ｈ）は、順次、５秒間隔で磁気吸着の様子を撮影したものである。同図より、３５秒の時間で磁力発生手段である磁石にフェロシアン化鉄被覆マグネタイトが効率よく集積されていることがわかる。

（実施例２）
＜酸化鉄微粒子の調製＞０．０２モルの塩化第一鉄（ＩＩ）（和光純薬社製）、０．０４モルの塩化第二鉄（ＩＩＩ）（和光社製）を、２５ｍｌの純水に溶解した。次いで、アルゴン・ガスの下で、２５ｍｌのアンモニア水（２５％）を加え、黒色の磁性スラリーを得た。得られた磁性スラリーは、１０分間３０００Ｇで遠心分離を行い、塩化アンモニウムの副産物を除去するために３５ｍｌの純水で１０回洗浄した。

＜ＰＤＤＡ被覆磁性微粒子の作製＞次いで、１ｇの磁性ナノ粒子（酸化鉄微粒子）が含まれるように磁性スラリーを純水に再分散させ２５ｍｌの溶液を得た。そして、０．０１Ｍの水酸化ナトリウム水溶液を用いて、ｐＨ９．０に調整した。得られた溶液を「磁性ナノ粒子分散液」と称する。次いで、ＰＤＤＡ（シグマアルドリッチ社製）０．２５ｇを純水に加え、２５ｍｌの溶液を得た。そして、０．０１Ｍの水酸化ナトリウム水溶液を用いて、ｐＨ９．０に調整した。得られた溶液を「被覆層形成化合物分散液」と称する。

前述の磁性ナノ粒子分散液と被覆層形成化合物分散液とを、２時間混合した。混合液を遠沈管に２５ｍｌずつ２本に移し、９８００Ｇで２０分間遠心分離した。次いで、純水３５ｍｌにより３回洗浄した。そして、ＰＤＤＡ被覆磁性スラリーである「ＰＤＤＡ被覆磁性ナノ粒子」を得た。ＰＤＤＡ被覆磁性ナノ粒子１ｇは、１０ｍｌの純水に分散した。

＜捕捉性化合物（フェロシアン化鉄）の調製＞０．０４モルの塩化第二鉄（ＩＩＩ）（和光社製）と純水２５ｍｌの溶液を調製した。一方、０．０１モルのフェロシアン化カリウムを２５ｍｌの純水に溶解した。そして、これらを混合すると、紺色のフェロシアン化鉄微粒子である捕捉性化合物を調製した。これを５０００Ｇで１５分間遠心分離し、過剰な塩化第二鉄（ＩＩＩ）を除去するために、３５ｍｌの純水で５回洗浄した。これらの工程を経て得られた捕捉性化合物３ｇを１０ｍｌの純水に分散させた。そして、０．０１Ｍの水酸化ナトリウムを用いてｐＨ６．０に調整した。得られた溶液を「捕捉性化合物分散液」と称する。

＜除染用磁性複合粒子（フェロシアン化鉄被覆磁性微粒子）の作製＞上述した被覆性磁性ナノ粒子分散液と、捕捉性化合物分散液を１:１０から１０：１の割合で混合した。そして、室温で放置し、１．４テスラのネオジム磁石を用いて過剰なフェロシアン化鉄を除去した。精製工程を８回経て除染用磁性複合粒子を得た。

人工海水を調製した。具体的には、塩化ナトリウム（２６．５ｇ）、塩化マグネシウム（３．２６ｇ）、硫酸マグネシウム（２．０７ｇ）、硫酸カルシウム（１．３６ｇ）および塩化カリウム（０．７１４ｇ）を９６６ｍｌの純水に溶解したものを調製した。そして、バイアルに人工海水３ｍＬを入れ、さらに５ｍｇの上述の除染用磁性複合粒子を添加した。これを、１５分間攪拌した後、ネオジム磁石（０．６４テスラ：二六製作所製）を用いてバイアル外壁に装着した。約８０秒後には、分散した除染用磁性複合粒子のほぼ全量が磁石装着部のバイアル内壁に吸着することを確認した。

＜陽性コントロール群の調製＞１５０ｐｐｍの塩化セシウムを含有するｐＨ４．５、７．０、９．０の３種類の人工海水（３ｍＬ）を用意した。これらのサンプルに対し、公知のセシウム除去剤であるプルシアンブルー５ｍｇを添加し、１５分間攪拌後、１５０００Ｇ（重力加速度）にて３分間遠心分離（日立社製）を行った。各サンプルの上澄みの塩化セシウム濃度をICP-MS（島津製作所製）を用いて測定した。得られた結果を陽性コントロール群とした。

＜セシウムの捕捉回収＞まず、１５０ｐｐｍの塩化セシウムを含有する３ｍＬの人工海水６０に５ｍｇの除染用磁性複合粒子６１を添加し（図１０Ａ参照）、１５分間攪拌したサンプル６２を用意した（図１０Ｂ参照）。次いで、捕捉回収装置５０を用意した。捕捉回収装置５０は、シリンジ５１、磁気フィルター５２、ネオジウム磁石５３を有する。磁気フィルター５２は、顆粒状ＳＵＳ４３０を焼結した磁性フィルター（技研パーツ社製）を用いた。シリンジ５１は、２．５ｍＬのディスポーザブルシリンジ（テルモ社製）を用いた。シリンジ５１は、ピストン部を取り外し、先端内部に磁気フィルター５２を装着した。磁性フィルター５２の装着部のシリンジ外壁部に、ネオジム磁石５３として、２つのネオジウム磁石（０．５６テスラ、二六製作所製、神戸）を水平対向的に配置し、互いに磁気的に吸着させた。

次いで、サンプル６２をシリンジ５１の入り口部から注入した（図１０Ｃ参照）。注入したサンプル６２は、磁性フィルター５２より１分以内に（重力により）完全に自然排出され試験管５４に採取した（図１０Ｄ参照）。排出サンプル６３の色調は、無色透明（排出後）であり、除染用磁性複合粒子６１が除去できていることを確認した。排出サンプル６３の塩化セシウム濃度をICP-MS（島津製作所製）を用いて測定した結果を図１１に示す。図１１中のＡは、１５０ｐｐｍの塩化セシウムを含有する人工海水の結果を示し、同図中のＢは、同濃度のプルシアンブルー自体を投入し、その後に遠心分離を行った上記陽性コントロール群の結果を示す。また、図１１中のＣは、被覆性磁性ナノ粒子を投入し、その後に磁力により回収したものを、同図中のＤは、除染用磁性複合粒子を投入し、その後に磁力により回収したものを示す。各サンプルについて、ｐＨ４．５、７．０、９．０の３種類の各人工海水のサンプルを調製し、塩化セシウムの除去率を測定した。その結果、サンプルＤの各ｐＨの塩化セシウムの除去率は、陽性コントロール群であるサンプルＢの８４．７〜８６．７％のであるという結果を得た。また、いずれのサンプルにおいても、各ｐＨにおいて塩化セシウム除去率が同程度であることを確認した。

＜比較例＞磁性フィルター５２から、水平対向的に配置したネオジム磁石５３を外すことにより磁気を解除した捕捉回収装置５０を用意した。そして、１５０ｐｐｍの塩化セシウムを含有する３ｍＬの人工海水に５ｍｇの除染用磁性複合粒子を添加して１５分間攪拌したサンプルを、ネオジウム磁石５３を外したシリンジ５１に注入した。注入サンプルは、磁性フィルター５２を通過し、１分以内に完全に自然排出された。排出サンプルの色調は、排出前と同様の暗青色のままであることを確認した。

＜実施例３＞除染用磁性複合粒子と磁気を併用して、人工海水１５０ｍＬからのセシウムの除去を試みた。３００ｍＬのガラス製ビーカー内に１５０ｐｐｍの塩化セシウムを含有する１５０ｍＬの人工海水を調製した。それらの各々に２５０ｍｇの前述の方法により調製した除染用磁性複合粒子を添加し、１５分間攪拌した。その後、ネオジム磁石から構成されるマグネットバー（１テスラ：二六製作所製）を挿入後、ウェーブミキサー(WEB-30; アズワン社製、大阪)を用いて攪拌（最大振幅の４０％、最大回転数の４０％の出力）した。５分後にICP-MS（島津製作所製）を用いて、塩化セシウム濃度を測定した。その結果、図１２に示すように、ｐＨ４．５、７．０、９．０の３種類の人工海水において、処理前（１５０ｐｐｍ）の塩化セシウム濃度に対し、その濃度を３５〜３５．６％まで低下させることができた。

＜実施例４＞除染用磁性複合粒子と磁気を併用して、ウシ血清や牛乳からのセシウムの除去を試みた。５０ｍｌのコニカルチューブ内に１５０ｐｐｍの塩化セシウムを含有する４５ｍｌ容の牛ウシ血清、牛乳をそれぞれ調製した。それらの各々に７５ｍｇの除染用磁性複合粒子を添加し、１５分間攪拌した。その後、ネオジム磁石とヨークから構成される磁気回路（１．４テスラ：日之出鋼管）の内部に各コニカルチューブを装着した。５分後にICP-MS（島津製作所製）を用いて、塩化セシウム濃度を測定した。その結果、図１３に示すように、塩化セシウム濃度を処理前（１５０ｐｐｍ）であるリファレンスの３２．５〜３０．５％まで低下できることがわかった。

＜実施例５＞イライト顆粒１グラムを乳鉢でよくすりつぶした。得られたイライト粉末０．５グラムを、５０ｍｌポリプロピレン製コニカルチューブに入れた純水５０ｍｌに加え、よく攪拌した。５分間静置後、上澄み５ｍｌを採取した。粒径、ゼータ電位を測定したところ、約１２０nm、−２０〜−３０ｍＶ（ｐＨ４〜１０）であることを確認した。

採取したイライト粉末分散液２ｍｌを９０００Ｇにて遠心分離し、沈殿したイライト粉末を残し上澄みを捨て、遠心乾燥機（遠心機＋真空装置）により、イライト粉末を乾燥させた。得られたイライト粉末０．１グラムを５ｍｌの純水に分散させ、０．１Ｍ塩酸を少量加え、ｐＨ６になるように調整した。一方、ＰＤＤＡ被覆磁性ナノ粒子（被覆性磁性ナノ粒子）０．２グラムを５ｍｌの純水に分散させ、０．１Ｍ塩酸を少量加え、ｐＨ６になるように調整した。

得られたイライト分散液５ｍｌを５０ｍｌポリプロピレン製コニカルチューブに移し、バスタイプソニケーター（アズワン社製）に入れて分散を保ちながら、得られたＰＤＤＡ被覆磁性ナノ粒子分散液５ｍｌを３分間かけて少量ずつ点滴して、適宜攪拌しながらイライト分散液とよく混合した。さらにソニケーター中で、適宜攪拌しながら１５分間反応させた後、３０００Ｇ・５分間の遠心分離を行い、沈殿を残して上澄みを捨てた。得られた沈殿物に１ｍｌの純水を加え、ボルテックス処理で攪拌し、ソニケーター中で分散させることにより、イライト被覆磁性ナノ粒子の分散液を得た。

得られたイライト被覆磁性ナノ粒子分散液（ｐＨ４〜１０）のゼータ電位を測定したところ、約−２０ｍＶを示し、単独では陽性荷電を示すＰＤＤＡ被覆磁性ナノ粒子が、陰性荷電を示すイライトで被覆されていることを確認した。実施例５より、ｐＨ４〜１０の広い領域において、安定な除染用磁性複合粒子を形成することを確認した。

＜実施例６＞アルゴンガス雰囲気下で、α鉄粉末（フルウチ化学社製）０．１グラムを１５ｍｌ容積のポリプロピレンチューブに入れた。さらに、１０ｍｌの１０％アンモニア水と２％のＰＤＤＡを含む水溶液を、チューブ内に加え良く攪拌した。その後、浴槽型超音波破砕機内で、チューブを時々攪拌しながら５分間処理した。次いで、３００μＬをチューブに入れ、１２０００Ｇにて１分間遠心分離を行った。その後、上澄みを除去し、２ｍＬの純水を添加して、ボルテックス超音波処理により良く分散させた。

続いて、１２０００Ｇにて１分間遠心分離を行った。上澄みを除去した後、１１０μＬの純水を添加して、ボルテックス超音波処理により良く分散させ、ＰＤＤＡ被覆α鉄分散液を得た。次いで、実施例１で得られたプルシアンブルー２ｍｇを含む分散液（ｐＨ２．５）２４０μＬ中に、ＰＤＤＡ被覆α鉄分散液を２０μＬずつ計５回（トータル１００μＬのＰＤＤＡ被覆α鉄分散液）を加えた。加える毎に超音波処理を５秒、ボルテックスによる攪拌５秒を行った。これらの操作により、プルシアンブルー被覆α鉄分散液を得た。

次に、１０ｐｐｍの塩化セシウムを含有するｐＨ７の前述の人工海水（２ｍＬ）を３．５ｍＬ容積のガラスバイアル６０に用意した（図１４Ａ参照）。そして、プルシアンブルー被覆α鉄が１．２ｍｇ含まれる分散液６１を添加し５分間緩やかに攪拌した。ガラスバイアル６０を載置し、その側方両サイドに磁気６２を近接するように設置した。磁気６２の外側には「コ」の字型のヨーク６３を配置した（図１４Ｂ参照）。磁気６２として、０．４テスラの角型マグネットのＳ極・Ｎ極が向かい合うように設置した。

ＰＤＤＡ被覆α鉄ナノ粒子は、磁石設置から８秒後に磁石部に完全に吸着することを溶液の透明性の目視観察により確認した。磁石設置から１５秒後、中央の透明の部分の液体を５００μＬ回収した。そして、ICP-MS（島津製作所製）を用いて塩化セシウム濃度を測定した。その結果、塩化セシウム濃度は、検出限界以下の１ｐｐｂ未満であることがわかった。

＜実施例７＞
上記実施例５のイライトをゼオライトに変えて同様の実験を行った。具体的には、ゼオライト顆粒１グラムを乳鉢でよくすりつぶした。得られたゼオライト粉末０．５グラムを、５０ｍｌポリプロピレン製コニカルチューブに入れた純水５０ｍｌに加え、よく攪拌した。５分間静置後、上澄み５ｍｌを採取した。粒径、ゼータ電位を測定したところ、約２００nm、−３５〜−５０ｍＶ（ｐＨ４〜１０）であった。

採取したゼオライト粉末分散液２ｍｌを９０００Ｇにて遠心分離し、沈殿したゼオライト粉末を残し上澄みを捨て、遠心乾燥機（遠心機＋真空装置）により、ゼオライト粉末を乾燥させた。得られたゼオライト粉末０．１グラムを５ｍｌの純水に分散させ、０．１Ｍ塩酸を少量加え、ｐＨ７になるように調整した。一方、ＰＤＤＡ被覆磁性ナノ粒子（被覆性磁性ナノ粒子）０．２グラムを５ｍｌの純水に分散させ、０．１Ｍ塩酸を少量加え、ｐＨ７になるように調整した。

得られたゼオライト分散液５ｍｌを５０ｍｌポリプロピレン製コニカルチューブに移し、バスタイプソニケーター（アズワン社製）に入れて分散を保ちながら、得られたＰＤＤＡ被覆磁性ナノ粒子分散液５ｍｌを３分間かけて少量ずつ点滴して、適宜攪拌しながらゼオライト分散液とよく混合した。さらにソニケーター中で、適宜攪拌しながら１５分間反応させた後、３０００Ｇ・５分間の遠心分離を行い、沈殿を残して上澄みを捨てた。得られた沈殿物に１ｍｌの純水を加え、ボルテックス処理で攪拌し、ソニケーター中で分散させることにより、ゼオライト被覆磁性ナノ粒子の分散液を得た。

得られた被覆磁性ナノ粒子分散液（ｐＨ４〜１０）のゼータ電位を測定したところ、約−３０〜−４０ｍＶを示し、単独では陽性荷電を示すＰＤＤＡ被覆磁性ナノ粒子が、陰性荷電を示すゼオライトで被覆されていることを確認した。実施例７より、ｐＨ４〜１０の広い領域において、安定な除染用磁性複合粒子を形成することを確認した。

＜実施例８＞次に、実施例７のゼオライト分散液を水熱処理・純水洗浄後に使用した実施例について説明する。ゼオライト顆粒１グラムを乳鉢でよくすりつぶし、ゼオライト粉末０．５グラムを、純水に加えて上澄み５ｍｌを採取する手順は、上記実施例７と同様とした。次いで、超臨界実験用高圧容器１１ｍｌ容積（耐圧硝子工業株式会社製）に、採取した上澄み５ｍｌを良く混ぜながら入れた。

そして、高圧容器のねじブタを１２０Ｎｍのトルクにて密封し、４００度２時間の水熱処理を行った。冷却後、内容を取り出し、５０ｍｌのポリプロピレン製チューブに入れ、純水を４５ｍｌ加え、７０００Ｇにて１５分間遠心分離した。次いで、上澄みを捨て、５０ｍｌの純水を加え、良く攪拌して、水熱処理したゼオライトを分散させた。再び７０００Ｇにて１５分間遠心分離して沈殿物を得た。この工程を３回繰り返し、水熱処理したゼオライトを純水にて洗浄した。上記工程を経た水熱処理ゼオライト粉末分散水の粒径、ゼータ電位を測定したところ１５０〜３００nm、−３０〜−５５ｍＶ（ｐＨ４〜１０）であった。

その後、採取した水熱処理ゼオライト粉末分散液２ｍｌを９０００Ｇにて遠心分離し、実施例７と同様の方法によって、水熱処理ゼオライト被覆磁性ナノ粒子の分散液を得た。

得られた被覆磁性ナノ粒子分散液（ｐＨ４〜１０）のゼータ電位を測定したところ、約−３０〜−４０ｍＶを示し、単独では陽性荷電を示すＰＤＤＡ被覆磁性ナノ粒子が、陰性荷電を示す水熱処理ゼオライトで被覆されていることを確認した。実施例８より、ｐＨ４〜１０の広い領域において、安定な除染用磁性複合粒子を形成することを確認した。

＜実施例９＞実施例７のゼオライト単体と、実施例８の水熱処理ゼオライト単体のセシウム吸着能を比較した。実施例８の水熱処理ゼオライトが、実施例７のゼオライトに対し、単位重量当たり約２倍のセシウム吸着能をもつことをＩＣＰ−ＭＳにて確認した。

本発明に係る除染用磁性複合粒子を用いた放射性物質類除染システム、及び放射性物質類の除染方法は、液体中に混入した放射性物質類を除去するために好適に利用できる。また、放射性同位体と安定同位体は、前述したように物理化学的性質や環境中における挙動に差がないことから、非放射性物質の除染に対しても、本発明に係る除染用磁性複合粒子を用いた放射性物質類除染システム、及び放射性物質類の除染方法を好適に利用できる。本発明は、前述したように、海水等の天然由来、血清等の生体由来、飲料水等の食品分野、浄水、中水、下水、汚泥、各種洗浄水等の分野をはじめとする液体中に分散した放射性物質類の除染に対して、広範囲に利用することができる。

１除染用磁性複合粒子
１０磁性ナノ粒子
１２磁性籠状骨格
１３中空構造
１４空隙
１５被覆層
１８捕捉性化合物
２０放射能汚染水
２１放射性セシウム(放射性物質類)
２５塩化セシウム
３０磁力集積手段
３１磁石
３２シールド手段
３３ケーシング
４１磁性フィルター
４２磁気制御部
４３浄化管
４４支持部
４５磁性金網
４６空隙部
４７接合部
４８超音波照射手段
５０捕捉回収装置
５１シリンジ
５２磁気フィルター
５３ネオジウム磁石
６０ガラスバイアル
６１分散液
６２磁気回路

Claims

コア部に磁性ナノ粒子、
表層に放射性物質類を捕捉する捕捉性化合物、
及び、前記磁性ナノ粒子を直接被覆し、前記磁性ナノ粒子と前記捕捉性化合物の間に実質的に形成されている被覆層の多層構造からなる除染用磁性複合粒子。
前記被覆層は、脂質、界面活性剤、高分子、無機物のいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の除染用磁性複合粒子。
前記磁性ナノ粒子は、クラスターを形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の除染用磁性複合粒子。
前記被覆層と前記捕捉性化合物は、静電結合、若しくは共有結合により結合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の除染用磁性複合粒子。
前記磁性ナノ粒子は、Ｆｅ，Ｃｏ、Ｎｉのいずれかを少なくとも一部に含むものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の除染用磁性複合粒子。
前記捕捉性化合物は、金属フェロシアン化物、ゼオライト、イオン交換体、ナノ多孔材料のいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の除染用磁性複合粒子。
前記放射性物質類は、放射性セシウム、放射性セシウムの安定同位体、放射性ストロンチウム、及び放射性ストロンチウムの安定同位体の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の除染用磁性複合粒子。
前記磁性ナノ粒子は、内部に中空を有する籠状骨格を成していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の除染用磁性複合粒子。
前記捕捉性化合物は、フェロシアン化鉄、フェロシアン化ニッケル、又はフェロシアン化コバルト、フェロシアン化銅のいずれかであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の除染用磁性複合粒子。