JP2014074693A - 放射性セシウム除去方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】放射性セシウムを含有する溶液から、効率良く放射性セシウムを分離する方法を提供する。
【解決手段】放射性セシウムを含有する溶液を磁性吸着剤とともに攪拌し、磁気分離装置によって磁性吸着剤を除き、分離膜を通過させることを特徴とするセシウム除去方法。分離膜がMF膜であると、好ましい。磁性体粒子とゼオライトを水性樹脂エマルジョンまたは耐水化された水溶性樹脂を用いて結着したものを磁性吸着剤として用いると、好ましい。磁性体粒子と水不溶性フェロシアン化物を水性樹脂エマルジョンまたは耐水化された水溶性樹脂を用いて結着したものを磁性吸着剤として用いると、好ましい。
【選択図】なし
【解決手段】放射性セシウムを含有する溶液を磁性吸着剤とともに攪拌し、磁気分離装置によって磁性吸着剤を除き、分離膜を通過させることを特徴とするセシウム除去方法。分離膜がMF膜であると、好ましい。磁性体粒子とゼオライトを水性樹脂エマルジョンまたは耐水化された水溶性樹脂を用いて結着したものを磁性吸着剤として用いると、好ましい。磁性体粒子と水不溶性フェロシアン化物を水性樹脂エマルジョンまたは耐水化された水溶性樹脂を用いて結着したものを磁性吸着剤として用いると、好ましい。
【選択図】なし
Description
本発明は、放射性セシウムを含有する溶液から、効率良く放射性セシウムを分離する方法に関するものである。
重金属イオンや放射性セシウム等の有害成分を含有する溶液からこれらを分離するため、さまざまな手法が検討されてきた。最も簡便には、活性炭やイオン交換樹脂等の吸着剤を利用する方法が広く用いられている。これらの吸着剤を溶液に添加して使用する場合、吸着剤を処理済みの溶液から分離する必要があり、この作業には大きな困難を伴っていた。近年、超伝導磁石や高勾配磁気分離技術が進歩してきたため、磁性を利用して溶液中の有害成分を分離する技術の実用性が高まり、注目を集めるようになってきた。さらに、2011年に起きた福島第一原子力発電所の事故においては、放射性セシウムが広範囲に飛散し、さまざまな物質に付着した放射性セシウムを分離する技術が必要となってきた。
具体的な手法としては、有害成分自体に磁性を持たせる方法、有害成分と磁性体粒子を混合しておいて凝集剤を加え、磁性のあるフロックを形成する方法、活性炭やゼオライトのような吸着剤に磁性を持たせる方法がある。
このうち、有害成分自体に磁性を持たせる方法は汎用性に欠ける。また磁性のあるフロックを形成する方法は、大量の磁性体粒子と凝集剤を必要とすることが多く、むしろ処理が煩雑になるという問題がある。一方、吸着剤に磁性を持たせる方法は、有害成分を効果的に吸着できるというメリットが期待できるものの、吸着剤本来の吸着能力を落とすことなく高い磁性を持たせ、安価に製造する実用的な方法がまだない。
例えば、磁性体の核とこの核を覆いかつ金属イオンを吸着する外皮とを有する磁性吸着剤が提案されている(特許文献1参照)。この吸着剤は、直径1〜10mmの球状磁性体に対して、金属イオン吸着基を持つ高分子化合物を吹き付け、乾燥させて合成されており、吹き付けにおける材料ロスが大きいため高価であり、実用性がない。別のタイプとして、直径1〜10mmの球状磁性体に対して、アルミノ珪酸塩の結晶としてゼオライトを生成させた吸着剤も示されているが、比表面積が極めて小さいため、吸着容量が低いという問題点がある。また、多孔質ガラスビーズ、シリカゲル、アルミナ、ゼオライト等の無機系多孔質物質に磁性金属と有機物質を担持させ、有機物を熱分解して吸着性能を発現させるタイプの磁性吸着剤が提案されている(特許文献2参照)。この吸着剤においては、担磁のために無機系多孔質物質を鉄系化合物の溶液に含浸させ、さらに熱処理を施している。操作が煩雑なため製造コストが高くつき、実用性がない。また鉄系化合物の吸着量には限界があるため、高い磁性を持たせることができない。さらに、シリカゲル、ゼオライト、活性炭等の多孔質吸着剤に酸化鉄を化合させる方法が提案されている(特許文献3参照)。しかしながら、この方法の場合には磁性吸着剤の担持量が低く、磁気による分離を効率良く行うためには多量の酸化鉄を化合させる必要があるため、結果として吸着容量が著しく低下し、製造コストも高くなるという問題がある。ゼオライトと磁性体粒子を接着剤(セメント)で結合させた磁性吸着剤も提案されている(特許文献4、5参照)。接着剤にセメントを用いているため、強度を確保するために極めて長期にわたる蒸気乾燥が必要となり、製造上の問題が大きい。
このような問題を解決し、セシウム吸着量を上げ、磁気による分離効率を改善した方法として、磁性体粒子とセシウム吸着性化合物がバインダーを用いて結着されている磁性吸着剤を提唱した。(特願2012−154255号参照)
こうした磁性吸着剤は放射性セシウム含有溶液に投入・攪拌され、磁性吸着剤に放射性セシウムを吸着した後、磁性吸着剤は分離される。磁性吸着剤は吸着能が飽和するまで繰り返し使用することができるが、磁性吸着剤を放射性セシウム含有溶液に繰り返し投入・攪拌したり、1回の使用でも投入・攪拌条件が強すぎると、磁性吸着剤が壊れていき、磁性吸着剤からセシウム吸着性化合物が漏出する問題が生じていた。実験室レベルの少量での弱い撹拌条件の場合には、こうしたセシウム吸着性化合物の漏出は問題とならなかったが、工業レベルで大量の放射性セシウム含有溶液を処理する場合には、磁性吸着剤の投入・撹拌条件が厳しくなり、磁性吸着剤からのセシウム吸着性化合物の漏出が発生しやすくなる。水中に漏出したセシウム吸着性化合物には、放射性セシウムが吸着しており、磁性吸着剤除去後の処理液の放射能濃度が上がるため、そのまま放流することができない状況となっていた。処理液に凝集剤を添加し、セシウム吸着性化合物を凝集・除去することも可能であるが、作業が煩雑となる問題がある。
本発明では、磁性吸着剤を用いて、放射性セシウムを含有する溶液から効率良く放射性セシウムを分離する方法を提供する。
上記課題を鋭意研究し、放射性セシウムを含有する溶液を磁性吸着剤とともに攪拌し、磁気分離装置によって磁性吸着剤を除き、分離膜を通過させることにより、放射性セシウムを含有する溶液から効率良く放射性セシウムを分離できることを見いだして、本発明に到達した。
分離膜がMF膜であると、好ましい。
磁性体粒子とゼオライトを水性樹脂エマルジョンまたは耐水化された水溶性樹脂を用いて結着したものを磁性吸着剤として用いると、好ましい。
磁性体粒子と水不溶性フェロシアン化物を水性樹脂エマルジョンまたは耐水化された水溶性樹脂を用いて結着したものを磁性吸着剤として用いると、好ましい。
水不溶性フェロシアン化物が水溶性樹脂の存在下に製造されたのち耐水化されたものであると、好ましい。
本発明においては、放射性セシウムを含有する溶液を磁性吸着剤とともに攪拌し、磁気分離装置によって磁性吸着剤を除き、分離膜を通過させる。工業レベルで大量の放射性セシウム含有溶液を処理する場合には、磁性吸着剤の投入・撹拌条件が厳しくなり、また磁性吸着剤を繰り返し使用したりすると、磁性吸着剤からのセシウム吸着性化合物の漏出が発生する。磁性吸着剤から処理液中にセシウム吸着性化合物が漏出すると、磁性吸着剤に放射性セシウムを吸着・除去後に、処理液中にセシウム吸着性化合物が残り、処理液の放射能濃度が上がるという問題が生じていた。磁性吸着剤による処理後、処理液を、さらに分離膜を通過させることにより、処理液からセシウム吸着性化合物を除去することができ、処理液の放射能濃度を大幅に低減することができる。
以下に、本発明の放射性セシウム除去方法を詳細に説明する。
本発明の放射性セシウム除去方法は、放射性セシウムを含有する溶液を磁性吸着剤とともに攪拌し、磁気分離装置によって磁性吸着剤を除き、分離膜を通過させることを特徴とする。磁性吸着剤からのセシウム吸着性化合物の漏出が発生した場合、漏出したセシウム吸着性化合物は磁気分離装置により分離できず、処理液の放射能濃度が高くなる問題が生じていた。この処理液を、さらに分離膜を通過させることによりセシウム吸着性化合物を分離・除去し、処理液の放射能濃度を低減することが可能となる。
本発明の放射性セシウム除去方法は、放射性セシウムを含有する溶液を磁性吸着剤とともに攪拌し、磁気分離装置によって磁性吸着剤を除き、分離膜を通過させることを特徴とする。磁性吸着剤からのセシウム吸着性化合物の漏出が発生した場合、漏出したセシウム吸着性化合物は磁気分離装置により分離できず、処理液の放射能濃度が高くなる問題が生じていた。この処理液を、さらに分離膜を通過させることによりセシウム吸着性化合物を分離・除去し、処理液の放射能濃度を低減することが可能となる。
分離膜としては、RO(逆浸透)膜、NF(ナノろ過)膜、UF(限外ろ過)膜、MF(精密ろ過)膜等が利用可能であるが、セシウム吸着性化合物のろ過性、透水性の点でMF膜が好ましい。MF膜は平均細孔径が0.01μm以上10μm以下の細孔を有した膜であるが、平均細孔径は0.015μm以上3μm以下であると好ましく、0.018μm以上0.7μm以下であるとより好ましい。平均細孔径が0.01μmより小さいと、分離膜が詰まりやすく、透水時間がかかりやすくなる。10μmより大きいと、セシウム吸着性化合物のろ過・分離性能が劣りやすい。なお、平均細孔径は、走査型電子顕微鏡観察において、一定面積内で観察できる細孔すべての直径を測定し、平均することにより求めることができる。
本発明で用いられる分離膜は多孔性膜であり、多孔質基材の表面に分離機能層を有する平膜、中空糸膜、セラミック膜、チューブラータイプの膜等が挙げられる。
本発明に係る磁性吸着剤は少なくとも磁性体粒子とセシウム吸着性化合物からなり、磁性体粒子とセシウム吸着性化合物とはバインダーによって結着されたものであることが好ましい。
本発明に係る磁性吸着剤に用いられる磁性体粒子としては特に制限はなく、磁性を示すあらゆる材料を用いることができる。例えば鉄、ニッケル、コバルト等の金属またはこれらを主成分とする磁性合金の粉末、四三酸化鉄、三二酸化鉄、コバルト添加酸化鉄、バリウムフェライト、ストロンチウムフェライト等の金属酸化物系磁性体の粉末が挙げられる。磁性体粒子の粒径は0.1〜100μmが好ましい。0.1μm未満では、取り扱いに困難が生じることがあり、100μmを超えると、セシウム吸着性化合物との混合がスムースに進まない場合がある。本発明に係る磁性吸着剤におけるこれら磁性体粒子の含有率は10〜70質量%が好ましく、特に20〜60質量%となるようにするのが好ましい。磁性体粒子の含有率が10質量%を下回ると、磁気分離の効率が低下するので好ましくない。また、磁性体粒子の含有率が70質量%を上回ると、セシウム吸着性化合物の含有率が低くなるためにセシウム吸着性が低下するので好ましくない。
本発明に用いられるセシウム吸着性化合物としては特に制限はなく、公知のものを用いることができる。例えば、ゼオライト、結晶質四チタン酸、スメクタイト、水不溶性フェロシアン化物、リンモリブデン酸アンモニウム、リンタングステン酸アンモニウム、シリコチタネート等を挙げることができる。これらの中で、セシウムの吸着性の点で、ゼオライト、水不溶性フェロシアン化物が好ましく使用される。セシウム吸着性化合物を粉体として入手し、磁性体粒子およびバインダーと結着させて磁性吸着剤を得る場合、セシウム吸着性化合物の粒径は0.1〜100μmが好ましい。0.1μm未満では、取り扱いに困難が生じることがあり、100μmを超えると、磁性体粒子との混合がスムースに進まない場合がある。本発明に係る磁性吸着剤におけるセシウム吸着性化合物の含有率は10〜70質量%が好ましく、特に20〜60質量%となるようにするのが好ましい。セシウム吸着性化合物の含有率が10質量%を下回るとセシウムの吸着効率が低下しやすい。また、セシウム吸着性化合物の含有率が70質量%を上回ると、磁性体粒子の含有率が低くなるために磁気分離の効率が低下しやすい。
本発明に係る磁性吸着剤において、磁性体粒子とセシウム吸着性化合物とを結着させるバインダーの種類に特に制限はなく、造粒、成形分野において従来公知のバインダーを用いることができる。具体的には、例えばセメント、石膏、水ガラス、アルミナ、シリカ、合成または天然粘土等の無機系バインダーや、デンプン類、カゼイン、ゼラチン、ポリビニルアルコール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース系樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ラテックス類等の有機系バインダーを挙げることができる。これらバインダーの中で、磁性体粒子とセシウム吸着性化合物の双方に親和性を持ち、安定な磁性吸着剤を形成できる点から、有機系バインダーである水溶性樹脂または水性樹脂エマルジョンが好ましい。
水溶性樹脂の例としてはデンプン類(デンプン、カチオン性デンプン、両性デンプン、酸化デンプン、リン酸エステル化デンプン等のエステル化デンプン、エーテル化デンプン等)、ゼラチン、キトサン類、ポリビニルアルコール系樹脂(ポリビニルアルコール、カチオン変性ポリビニルアルコール、アニオン変性ポリビニルアルコール、シラノール変性ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール等)、セルロース系樹脂(メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等)、ポリアクリル酸系樹脂、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等が挙げられる。また、水性樹脂エマルジョンの例としては、ポリアクリル酸エステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ラテックス類(ポリ(スチレン/ブタジエン)樹脂、ポリ(アクリロニトリル/ブタジエン)樹脂)、ポリ(エチレン/酢酸ビニル)樹脂等の非水溶性樹脂を水中に分散させたものが挙げられる。
本発明に係る磁性吸着剤におけるバインダーの含有率は5〜50質量%が好ましく、特に10〜30質量%となるようにするのが好ましい。磁性吸着剤中のバインダーの含有率が5質量%を下回ると磁性吸着剤の物理的強度が低下して、磁性吸着剤が分解しやすくなる。また、バインダーの含有率が50質量%を上回ると、セシウムの吸着効率が低下しやすくなる。水溶性樹脂には耐水化処理を施すことが好ましい。耐水化処理法としては特に制限はなく、各種アルデヒド化合物、メチロール化合物、エポキシ化合物、イソシアネート化合物による架橋反応等を利用することができる。
本発明に係る磁性吸着剤の製造方法としては、磁性体粒子とセシウム吸着性化合物とをバインダーとともに混合、乾燥、粉砕する方法がある。別の方法として磁性体粒子とセシウム吸着性化合物とをモノマーとともに塊状重合させ、乾燥、粉砕する方法もあるが、製造工程の制御のしやすさやコストの点から、前者の方法が有利である。各工程において用いられる装置について、特に制限はない。乾燥後の磁性吸着剤は、機械的に粉砕する等により適宜粒子径を調整される。磁性吸着剤の粒子径は20mm以下が、放射性セシウム溶出液への投入、攪拌、分離等の作業性の点で、好ましい。より好ましくは0.5〜10mm、特に好ましくは1〜7mmである。
本発明に係わる磁性吸着剤としては、磁性吸着剤の安定性、セシウム吸着性の点で、磁性体粒子とゼオライトを水性樹脂エマルジョンまたは耐水化された水溶性樹脂を用いて結着したもの、磁性体粒子と水不溶性フェロシアン化物を水性樹脂エマルジョンまたは耐水化された水溶性樹脂を用いて結着したものが好ましい。
セシウム吸着性化合物として水不溶性フェロシアン化物を用いる場合には、上述したように予め合成しておいた水不溶性フェロシアン化物を、磁性体粒子およびバインダーとともに混合、乾燥、粉砕することにより磁性吸着剤を得ることもできるが、水不溶性フェロシアン化物をバインダーの存在下に合成し、次いで磁性体粒子と混合、乾燥、粉砕する方法を取ることもできる。後者の方法は、水不溶性フェロシアン化物が微粒子の状態で安定に存在し、その比表面積が大きくなることから高いセシウム吸着能が発現するので有利である。水溶性樹脂の存在下に水不溶性フェロシアン化物を合成するには、水溶性樹脂の溶液に可溶性フェロシアン化物を溶かしておき、攪拌しつつここへ遷移金属イオン溶液を添加するか、あるいは逆に、水溶性樹脂の溶液に遷移金属イオンを溶かしておき、攪拌しつつここへ可溶性フェロシアン化物溶液を添加すればよい。水溶性樹脂の溶液に遷移金属イオンを溶かすと、ゲル状物が分離することがあるので、前者の合成法が好ましい。
本発明の放射性セシウム除去方法は、放射性セシウムで汚染された水から放射性セシウムを除去することを対象とする。放射性セシウムを含有する溶液としては、放射性セシウムを含む固形物を水中に投入・攪拌し、放射性セシウムを溶出させた放射性セシウム溶出水も含まれる。溶出を行う水には、固形物からの放射性セシウムの溶出性を高めるため、セシウム溶出剤を含有させてもよいし、水を加熱してもよい。
放射性セシウムを水中に溶出したのち固形物を水中から除去を行う方法としては、スクリュープレス、フィルタープレス、ローラープレス、真空脱水機、遠心濃縮脱水機、ベルトプレス、ベルトスクリーン、振動ふるい、多重板波動フィルター、多重円板脱水機等の脱水装置により脱水する方法等が挙げられる。
磁性吸着剤の投入に関しては、固形物を放射性セシウム溶出液から除去したのち磁性吸着剤を投入してもよいし、該固形物を除去せずに磁性吸着剤を投入してもよいが、放射性セシウムの除去率を高める点で前者の方法が好ましい。放射性セシウム溶出液と磁性吸着剤の接触方法としては、放射性セシウム溶出液に磁性吸着剤を投入して静置および/または攪拌するバッチ処理が、簡便な装置で実施できるので好ましい。
放射性セシウム溶出液に対する磁性吸着剤の添加量に制限はなく、放射性セシウムが目的とするレベルまで除去される添加量を、放射性セシウムの濃度に応じて実験的に定めればよい。例えば放射性セシウム濃度が0.001質量%(10ppm)で他のイオンを含んでいない場合、90%以上の放射性セシウムを分離するためには、添加する磁性吸着剤のセシウム吸着容量が、被処理液内に存在する放射性セシウム量の2〜100倍となるように加えることが好ましい。磁性吸着剤量が2倍を下回ると、放射性セシウムの除去が不十分となることがある。また100倍を超えて加えても放射性セシウム除去レベルには変化がなく不経済であるとともに、場合によっては攪拌や磁気分離作業に対して支障となることがある。
磁性吸着剤の攪拌方法としては、攪拌羽根で攪拌する方法、エアレーションなど曝気による方法、電磁石制御により磁性吸着剤を攪拌する方法などが挙げられる。放射性セシウム溶出液中で磁性吸着剤を攪拌する時間は、10分〜5時間が好ましい。より好ましくは20分〜3時間である。接触時間が10分より短いと、放射性セシウムの吸着が不十分となることがある。5時間より長く接触させても、吸着がすでに平衡に達しているため作業効率上好ましくない上に、長時間の攪拌が磁性吸着剤の機械的な強度に悪影響を与えることがある。
放射性セシウムを吸着した磁性吸着剤は、永久磁石、電磁石、超電導磁石によって短時間に集磁され、放射性セシウムが除かれた固形物から分離される。磁気分離装置としては、例えば特開2010−36113号公報に開示される装置が挙げられるが、これに限定されず、特に制限はない。
以下に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものでない。なお、実施例中の百分率は、質量基準である。
<磁性吸着剤1の合成>
平均粒径5μmの四三酸化鉄300gとゼオライト(新東北化学工業(株);ゼオフィルCP)105gを、アセトアセチル変性ポリビニルアルコール(日本合成化学工業(株);Z200)10%水溶液690gと40%グリオキザール水溶液8.7gともに乳鉢で混練し、プラスチック容器に広げて80℃で3分乾燥させた。得られた乾燥固形物をミニブレンダーで粉砕して磁性吸着剤1を450g得た。
平均粒径5μmの四三酸化鉄300gとゼオライト(新東北化学工業(株);ゼオフィルCP)105gを、アセトアセチル変性ポリビニルアルコール(日本合成化学工業(株);Z200)10%水溶液690gと40%グリオキザール水溶液8.7gともに乳鉢で混練し、プラスチック容器に広げて80℃で3分乾燥させた。得られた乾燥固形物をミニブレンダーで粉砕して磁性吸着剤1を450g得た。
<磁性吸着剤2の合成>
アセトアセチル変性ポリビニルアルコール10%水溶液690gをポリウレタン樹脂(DIC(株)製;ハイドランCP−7020;固形分40%)172.5gに置き換える他は、磁性吸着剤1の合成と同様に操作して、磁性吸着剤2を450g得た。
アセトアセチル変性ポリビニルアルコール10%水溶液690gをポリウレタン樹脂(DIC(株)製;ハイドランCP−7020;固形分40%)172.5gに置き換える他は、磁性吸着剤1の合成と同様に操作して、磁性吸着剤2を450g得た。
<磁性吸着剤3の合成>
ゼオライト105gをフェロシアン化鉄(大日精化工業(株);MILORI BLUE 905)105gに置き換える他は、磁性吸着剤1の合成と同様に操作して、磁性吸着剤3を450g得た。
ゼオライト105gをフェロシアン化鉄(大日精化工業(株);MILORI BLUE 905)105gに置き換える他は、磁性吸着剤1の合成と同様に操作して、磁性吸着剤3を450g得た。
<磁性吸着剤4の合成>
平均粒径5μmの四三酸化鉄300gとフェロシアン化鉄(大日精化工業(株);MILORI BLUE 905)105gを、ポリビニルアルコール((株)クラレ;PVA117)10%水溶液690gとともに乳鉢で混練し、プラスチック容器に広げて80℃で3分乾燥させた。得られた乾燥固形物をミニブレンダーで粉砕して磁性吸着剤4を450g得た。
平均粒径5μmの四三酸化鉄300gとフェロシアン化鉄(大日精化工業(株);MILORI BLUE 905)105gを、ポリビニルアルコール((株)クラレ;PVA117)10%水溶液690gとともに乳鉢で混練し、プラスチック容器に広げて80℃で3分乾燥させた。得られた乾燥固形物をミニブレンダーで粉砕して磁性吸着剤4を450g得た。
<磁性吸着剤5の合成>
アセトアセチル変性ポリビニルアルコールをポリウレタン樹脂に置き換える他は、磁性吸着剤3の合成と同様に操作して、磁性吸着剤5を450g得た。
アセトアセチル変性ポリビニルアルコールをポリウレタン樹脂に置き換える他は、磁性吸着剤3の合成と同様に操作して、磁性吸着剤5を450g得た。
<磁性吸着剤6の合成>
アセトアセチル変性ポリビニルアルコール10%水溶液690gに、フェロシアン化カリウム3水和物(126g)の水溶液510mlを加え、攪拌しつつ硫酸ニッケル6水和物(78g)の水溶液300mlを添加した。10分かき混ぜたのち、平均粒径5μmの四三酸化鉄(300g)を加えてさらに5分かき混ぜ、さらに、40%グリオキザール水溶液を8.7g加えて10分かき混ぜた後、プラスチック容器に広げて80℃で3時間乾燥させた。得られた乾燥固形物をミニブレンダーで粉砕して、磁性吸着剤6を420g得た。
アセトアセチル変性ポリビニルアルコール10%水溶液690gに、フェロシアン化カリウム3水和物(126g)の水溶液510mlを加え、攪拌しつつ硫酸ニッケル6水和物(78g)の水溶液300mlを添加した。10分かき混ぜたのち、平均粒径5μmの四三酸化鉄(300g)を加えてさらに5分かき混ぜ、さらに、40%グリオキザール水溶液を8.7g加えて10分かき混ぜた後、プラスチック容器に広げて80℃で3時間乾燥させた。得られた乾燥固形物をミニブレンダーで粉砕して、磁性吸着剤6を420g得た。
実施例1
放射性セシウムを含む放射能濃度385Bq/kgの水10Lに、磁性吸着剤1を350g添加し、スリーワンモーターにて30分間、強攪拌した。その後、磁石を当てて磁性吸着剤を集め、水相を得た。こうして得た処理液の放射能濃度は38Bq/kgであった。この処理液を平均細孔径0.02μmのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)製中空糸からなるMF膜に通した。この最終処理液の放射能濃度は35Bq/kgであった。新たに放射性セシウムを含む放射能濃度385Bq/kgの水10Lを用意し、回収した磁性吸着剤を添加・攪拌し、磁性吸着剤の除去、未交換のMF膜を用いた処理液の膜処理の操作を10回繰り返したが、膜の閉塞等のトラブルはなく同様の処理が可能であった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は120Bq/kg、膜処理後は47Bq/kgであった。
放射性セシウムを含む放射能濃度385Bq/kgの水10Lに、磁性吸着剤1を350g添加し、スリーワンモーターにて30分間、強攪拌した。その後、磁石を当てて磁性吸着剤を集め、水相を得た。こうして得た処理液の放射能濃度は38Bq/kgであった。この処理液を平均細孔径0.02μmのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)製中空糸からなるMF膜に通した。この最終処理液の放射能濃度は35Bq/kgであった。新たに放射性セシウムを含む放射能濃度385Bq/kgの水10Lを用意し、回収した磁性吸着剤を添加・攪拌し、磁性吸着剤の除去、未交換のMF膜を用いた処理液の膜処理の操作を10回繰り返したが、膜の閉塞等のトラブルはなく同様の処理が可能であった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は120Bq/kg、膜処理後は47Bq/kgであった。
実施例2
磁性吸着剤2を用いた以外は実施例1と同様にして、最終処理液を得た。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は36Bq/kg、膜処理後は33Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は116Bq/kg、膜処理後は44Bq/kgであった。
磁性吸着剤2を用いた以外は実施例1と同様にして、最終処理液を得た。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は36Bq/kg、膜処理後は33Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は116Bq/kg、膜処理後は44Bq/kgであった。
実施例3
磁性吸着剤3を用いた以外は実施例1と同様にして、最終処理液を得た。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は32Bq/kg、膜処理後は30Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は111Bq/kg、膜処理後は41Bq/kgであった。
磁性吸着剤3を用いた以外は実施例1と同様にして、最終処理液を得た。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は32Bq/kg、膜処理後は30Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は111Bq/kg、膜処理後は41Bq/kgであった。
実施例4
磁性吸着剤4を用いた以外は実施例1と同様にして、最終処理液を得た。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は51Bq/kg、膜処理後は42Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は162Bq/kg、膜処理後は68Bq/kgであった。
磁性吸着剤4を用いた以外は実施例1と同様にして、最終処理液を得た。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は51Bq/kg、膜処理後は42Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は162Bq/kg、膜処理後は68Bq/kgであった。
実施例5
磁性吸着剤5を用いた以外は実施例1と同様にして、最終処理液を得た。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は30Bq/kg、膜処理後は28Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は108Bq/kg、膜処理後は39Bq/kgであった。
磁性吸着剤5を用いた以外は実施例1と同様にして、最終処理液を得た。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は30Bq/kg、膜処理後は28Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は108Bq/kg、膜処理後は39Bq/kgであった。
実施例6
磁性吸着剤6を用いた以外は実施例1と同様にして、最終処理液を得た。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、膜処理後は25Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は104Bq/kg、膜処理後は36Bq/kgであった。
磁性吸着剤6を用いた以外は実施例1と同様にして、最終処理液を得た。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、膜処理後は25Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は104Bq/kg、膜処理後は36Bq/kgであった。
比較例1
実施例6において、MF膜を通さずに最終処理液を得た。1回目の処理時の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、10回繰り返し時の処理液の放射能濃度は104Bq/kgであった。
実施例6において、MF膜を通さずに最終処理液を得た。1回目の処理時の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、10回繰り返し時の処理液の放射能濃度は104Bq/kgであった。
実施例、比較例で得られたMF膜を通す前後の放射能濃度を表1に示す。
実施例に示すように、放射性セシウムを含有する溶液を磁性吸着剤とともに攪拌し、磁性吸着剤を除いた後、分離膜を通過させることにより、最終処理液の放射能濃度を大きく低減することが可能となる。特に、放射性セシウムを含有する溶液を繰り返し処理した場合に、膜処理後の最終処理液の放射能濃度の低減効果が顕著である。磁性吸着剤が、磁性体粒子とゼオライトを水性樹脂エマルジョンまたは耐水化された水溶性樹脂を用いて結着したものである実施例1、2、磁性体粒子と水不溶性フェロシアン化物を水性樹脂エマルジョンまたは耐水化された水溶性樹脂を用いて結着したものである実施例3、5、水不溶性フェロシアン化物が水溶性樹脂の存在下に製造されたのち耐水化されたものである実施例6は、バインダーに耐水化されていない水溶性樹脂を用いた実施例4に比べ、膜処理前後の放射能濃度が低く、好ましい。
一方、分離膜を通さない比較例1は、分離膜を通した実施例6に比べ、最終処理液の放射能濃度が大きくなっている。
実施例7
実施例6において、MF膜の代わりに、平均細孔径0.008μmのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)製中空糸からなるUF膜を用い、最終処理液を得た。実施例6と同様に繰り返し処理を行ったが、2回繰り返したところで膜が閉塞し、使用不能となった。1回目の膜処理前の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、膜処理後は22Bq/kgであった。2回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は28Bq/kg、膜処理後は22Bq/kgであった。
実施例6において、MF膜の代わりに、平均細孔径0.008μmのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)製中空糸からなるUF膜を用い、最終処理液を得た。実施例6と同様に繰り返し処理を行ったが、2回繰り返したところで膜が閉塞し、使用不能となった。1回目の膜処理前の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、膜処理後は22Bq/kgであった。2回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は28Bq/kg、膜処理後は22Bq/kgであった。
実施例8
実施例6において、MF膜の代わりに、平均細孔径0.012μmのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)製中空糸からなるMF膜を用い、最終処理液を得た。実施例6と同様に繰り返し処理を行ったが、6回繰り返したところで膜が閉塞し、使用不能となった。1回目の膜処理前の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、膜処理後は23Bq/kgであった。6回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は57Bq/kg、膜処理後は28Bq/kgであった。
実施例6において、MF膜の代わりに、平均細孔径0.012μmのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)製中空糸からなるMF膜を用い、最終処理液を得た。実施例6と同様に繰り返し処理を行ったが、6回繰り返したところで膜が閉塞し、使用不能となった。1回目の膜処理前の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、膜処理後は23Bq/kgであった。6回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は57Bq/kg、膜処理後は28Bq/kgであった。
実施例9
実施例6において、MF膜の代わりに、平均細孔径0.6μmのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)製中空糸からなるMF膜を用い、最終処理液を得た。実施例6と同様に繰り返し処理を10回行ったが、膜の閉塞等のトラブルはなく同様の処理が可能であった。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、膜処理後は25Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は104Bq/kg、膜処理後は39Bq/kgであった。
実施例6において、MF膜の代わりに、平均細孔径0.6μmのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)製中空糸からなるMF膜を用い、最終処理液を得た。実施例6と同様に繰り返し処理を10回行ったが、膜の閉塞等のトラブルはなく同様の処理が可能であった。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、膜処理後は25Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は104Bq/kg、膜処理後は39Bq/kgであった。
実施例10
実施例6において、MF膜の代わりに、平均細孔径2.5μmのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)製中空糸からなるMF膜を用い、最終処理液を得た。実施例6と同様に繰り返し処理を10回行ったが、膜の閉塞等のトラブルはなく同様の処理が可能であった。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、膜処理後は26Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は104Bq/kg、膜処理後は44Bq/kgであった。
実施例6において、MF膜の代わりに、平均細孔径2.5μmのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)製中空糸からなるMF膜を用い、最終処理液を得た。実施例6と同様に繰り返し処理を10回行ったが、膜の閉塞等のトラブルはなく同様の処理が可能であった。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、膜処理後は26Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は104Bq/kg、膜処理後は44Bq/kgであった。
実施例11
実施例6において、MF膜の代わりに、平均細孔径9μmのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)製中空糸からなるMF膜を用い、最終処理液を得た。実施例6と同様に繰り返し処理を10回行ったが、膜の閉塞等のトラブルはなく同様の処理が可能であった。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、膜処理後は26Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は104Bq/kg、膜処理後は53Bq/kgであった。
実施例6において、MF膜の代わりに、平均細孔径9μmのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)製中空糸からなるMF膜を用い、最終処理液を得た。実施例6と同様に繰り返し処理を10回行ったが、膜の閉塞等のトラブルはなく同様の処理が可能であった。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、膜処理後は26Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は104Bq/kg、膜処理後は53Bq/kgであった。
実施例12
実施例6において、MF膜の代わりに、平均細孔径12μmのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)製中空糸からなる膜を用い、最終処理液を得た。実施例6と同様に繰り返し処理を10回行ったが、膜の閉塞等のトラブルはなく同様の処理が可能であった。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、膜処理後は26Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は104Bq/kg、膜処理後は67Bq/kgであった。
実施例6において、MF膜の代わりに、平均細孔径12μmのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)製中空糸からなる膜を用い、最終処理液を得た。実施例6と同様に繰り返し処理を10回行ったが、膜の閉塞等のトラブルはなく同様の処理が可能であった。1回目の処理時の膜処理前の処理液の放射能濃度は27Bq/kg、膜処理後は26Bq/kgであった。10回繰り返し時の膜処理前の処理液の放射能濃度は104Bq/kg、膜処理後は67Bq/kgであった。
実施例6〜12で得られた、膜を通す前後の放射能濃度、処理可能回数を表2に示す。
実施例6〜12の比較より、分離膜にMF膜を用いた実施例6、8〜11は、膜の閉塞が少なく、膜処理後の処理液の放射能濃度が小さくなり、好ましい。平均細孔径が0.015μm以上3μm以下である実施例6、9、10は、膜の閉塞がいっそう起こりにくく、膜処理後の処理液の放射能濃度も小さくでき、特に好ましい。
本発明によれば、放射性セシウムを含有する溶液を磁性吸着剤とともに攪拌し、磁気分離装置によって磁性吸着剤を除き、分離膜を通過させることにより、放射性セシウムを含有する溶液から、効率良く放射性セシウムを分離することができる。本発明は特に放射性セシウムを含有する溶液、さらには汚泥、土壌、焼却灰の除染に有効であると考えられる。
Claims (5)
- 放射性セシウムを含有する溶液を磁性吸着剤とともに攪拌し、磁気分離装置によって磁性吸着剤を除き、分離膜を通過させることを特徴とする放射性セシウム除去方法。
- 分離膜がMF膜である請求項1記載の放射性セシウム除去方法。
- 磁性体粒子とゼオライトを水性樹脂エマルジョンまたは耐水化された水溶性樹脂を用いて結着したものを磁性吸着剤として用いる、請求項1または2記載の放射性セシウム除去方法。
- 磁性体粒子と水不溶性フェロシアン化物を水性樹脂エマルジョンまたは耐水化された水溶性樹脂を用いて結着したものを磁性吸着剤として用いる、請求項1または2記載の放射性セシウム除去方法。
- 水不溶性フェロシアン化物が水溶性樹脂の存在下に製造されたのち耐水化されたものである、請求項4記載の放射性セシウム除去方法。
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JP2012223287A JP2014074693A (ja) | 2012-10-05 | 2012-10-05 | 放射性セシウム除去方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014181971A (ja) * | 2013-03-18 | 2014-09-29 | Toda Kogyo Corp | 吸着剤、有害物質で汚染された排水の浄化方法並びに有害物質で汚染された土壌の浄化方法 |
KR101919150B1 (ko) * | 2015-04-30 | 2018-11-16 | 경북대학교 산학협력단 | 중금속을 포함한 오염물질 제거 및 막오염 방지가 가능한 이중기능성 흡착제 조성물 |
-
2012
- 2012-10-05 JP JP2012223287A patent/JP2014074693A/ja active Pending
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