JP2016133501A - Radioactive ruthenium removal method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は福島第1原子力発電所の事故により漏出した放射性ルテニウムの除去方法に関する。 The present invention relates to a method for removing radioactive ruthenium leaked due to an accident at the Fukushima Daiichi nuclear power plant.
2011年3月11日の東日本大震災に伴う福島第1原子力発電所の事故において、原子炉から放射性ヨウ素、放射性セシウムなどさまざまな放射性物質が環境中に放出された。この中で、放射性セシウムはフェロシアン酸金属塩不溶化物を担持させた吸着材料が優れており、よく使われている。例えば、フェロシアン化コバルトやフェロシアン化ニッケルは海水中や淡水中において、選択的にセシウムを除去することができる。ヨウ素は事故当時、原発から大気中に多量に放出されたが、半減期が8日間と短いため、3年以上が経過した現在、大きな問題となってはいない。 In the accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station following the Great East Japan Earthquake on March 11, 2011, various radioactive materials such as radioactive iodine and radioactive cesium were released into the environment from the nuclear reactor. Among these, radioactive cesium is an excellent adsorbent material on which a ferrocyanate metal salt insolubilized material is supported, and is often used. For example, cobalt ferrocyanide and nickel ferrocyanide can selectively remove cesium in seawater and fresh water. Iodine was released in large quantities from the nuclear power plant into the atmosphere at the time of the accident, but since the half-life is as short as 8 days, it is not a big problem now that more than 3 years have passed.
しかしながら、核燃料の崩壊によって生成する放射性ルテニウムは燃料破損に伴って継続的な放出があるため、確実な除去が必要である。放射性ルテニウムを除去する方法として、凝集沈殿、イオン交換、キレート樹脂、特殊吸着材、ゼオライトなど従来から利用されてきた技術と放射性セシウム、放射性ストロンチウム、放射性ヨウ素を対象に開発された除去技術が採用されている。 However, the radioactive ruthenium produced by the decay of nuclear fuel has a continuous release as the fuel breaks, so it must be removed reliably. For removal of radioactive ruthenium, conventional techniques such as coagulation sedimentation, ion exchange, chelate resin, special adsorbent, zeolite, and removal techniques developed for radioactive cesium, radioactive strontium and radioactive iodine are adopted. ing.
現行の設備では、放射性ルテニウムが十分に除去できないため、大きな問題である。特にルテニウムは価数が0〜8価までとり、水溶液中では、pHにもよるが、カチオン、アニオン、非イオン性などの状態で存在すると言われ、さらにコロイドや粒子に吸着した状態で存在する場合もあり、除去が難しい。水溶液中のルテニウムの化学形態が複雑であることも関係し、従来のさまざまな除去技術をもってしても、放射性ルテニウムを十分に高い除去率で吸着除去できる方法はほとんどない(特許文献1、2)。 The current equipment is a big problem because radioactive ruthenium cannot be removed sufficiently. In particular, ruthenium has a valence of 0 to 8 and is said to exist in a cation, anion, non-ionic state, etc. in an aqueous solution, depending on the pH, and further in an adsorbed state on colloids and particles. Sometimes it is difficult to remove. In connection with the complicated chemical form of ruthenium in aqueous solution, there are few methods that can adsorb and remove radioactive ruthenium with a sufficiently high removal rate even with various conventional removal techniques (Patent Documents 1 and 2). .
ルテニウム等の白金族を溶媒抽出法で除去する方法や抽出試薬を分離用基材に含浸する方法などが提案されている(特許文献3)。しかしながら、溶媒抽出法を一連の除去設備に連結して利用することは難しい。また、分離用基材に含浸するにしても漏れの問題がある。溶媒抽出技術は核燃料の再処理等に伴って発生する管理された廃液の処理には利用できるが、環境中に放出された放射性廃液の処理には向いていない。 A method of removing a platinum group such as ruthenium by a solvent extraction method or a method of impregnating a substrate for separation with an extraction reagent has been proposed (Patent Document 3). However, it is difficult to connect the solvent extraction method to a series of removal equipment. Moreover, even if the separation base material is impregnated, there is a problem of leakage. Solvent extraction technology can be used for the treatment of controlled effluents that accompany nuclear fuel reprocessing, etc., but is not suitable for the treatment of radioactive effluents released into the environment.
発明者らは放射線グラフト重合法に長年携わり、ルテニウム吸着材についても抽出試薬(特許文献4)や核酸塩基に代表される低分子ポリアミン化合物(特許文献5)を繊維基材に導入した吸着材料を提案してきた。 The inventors have been engaged in radiation graft polymerization for many years, and for ruthenium adsorbents, an adsorbent material in which an extraction reagent (Patent Document 4) or a low-molecular polyamine compound typified by a nucleobase (Patent Document 5) is introduced into a fiber substrate is used. Proposed.
しかしながら、高価な薬品を大量に使用して吸着材料を製造する方法もあるが、除去率や吸着容量が不安定の場合があり、必ずしも満足できる満足できるものではなかった。したがって、これら吸着材を使用しても、より安定した処理が望まれている However, there is a method of manufacturing an adsorbing material using a large amount of expensive chemicals, but the removal rate and the adsorption capacity may be unstable, which is not always satisfactory and satisfactory. Therefore, even if these adsorbents are used, more stable treatment is desired.
特許文献6には被処理液に酸化剤、還元剤及びpH調整剤を加えてヨウ素酸などの放射性物質を除去する方法が提案されているが、放射性ルテニウムの除去については触れられておらず、提案の方法に従っても放射性ルテニウムの効果的な除去は難しい。 Patent Document 6 proposes a method of removing radioactive substances such as iodic acid by adding an oxidizing agent, a reducing agent and a pH adjuster to the liquid to be treated, but it does not mention removal of radioactive ruthenium, Even with the proposed method, effective removal of radioactive ruthenium is difficult.
したがって、ルテニウムを選択的に除去できるとされてきた既存の吸着材料、また新規材料においても、安定して除去性能が発揮できる被処理液の調整条件の最適化が望まれている。 Therefore, it is desired to optimize the adjustment conditions of the liquid to be treated that can stably exhibit the removal performance even in the existing adsorbent material that has been considered to be able to selectively remove ruthenium, and also in the new material.
さまざまな既存の放射性ルテニウム吸着材、特に放射線グラフト重合法を用いて製造した放射性ルテニウム除去用吸着繊維を使用して、安定な放射性ルテニウム除去性能を得るために被処理液の物理化学的条件を最適化することが本発明の課題である。 Using various existing radioactive ruthenium adsorbents, especially adsorption fibers for removing radioactive ruthenium manufactured using radiation graft polymerization method, optimize the physicochemical conditions of the liquid to be treated to obtain stable radioactive ruthenium removal performance It is an object of the present invention to make it.
発明者らは、さまざまな吸着材を試作し、ルテニウムに対する除去性能を評価している中で、被処理液を特定の条件に設定したときに非常に除去性能が上がることに着目し、本発明に到達した。 Inventors made various adsorbents as prototypes and evaluated the removal performance against ruthenium, paying attention to the fact that the removal performance is greatly improved when the liquid to be treated is set to a specific condition. Reached.
本発明は次の特徴を有する放射性ルテニウムを除去のための被処理液の物理化学的調整方法である。そして、この被処理液を処理するのに、効果的な吸着材を提案する。 The present invention is a method for physicochemical adjustment of a liquid to be treated for removing radioactive ruthenium having the following characteristics. Then, an adsorbent effective for treating the liquid to be treated is proposed.
(1)放射性ルテニウムを含む汚染水を塩化物イオンの存在下及び/又は加温した後、イオン交換体及び/又はキレート交換体に接触させる放射性ルテニウムの除去方法(1) A method for removing radioactive ruthenium in which contaminated water containing radioactive ruthenium is heated in the presence of chloride ions and / or heated and then brought into contact with the ion exchanger and / or chelate exchanger.
(2)前記汚染水の加温を35℃から70℃に加温することを特徴とする(1)記載の放射性ルテニウムの除去方法(2) The method for removing radioactive ruthenium according to (1), wherein the contaminated water is heated from 35 ° C. to 70 ° C.
(3)前記塩化物イオン濃度が1000mg/L以上であり、1000mg/L以下の場合は1000mg/L以上となるように塩化物を添加することを特徴とする(1)又は(2)記載の放射性ルテニウムの除去方法(3) The chloride ion concentration is 1000 mg / L or more, and when it is 1000 mg / L or less, chloride is added so as to be 1000 mg / L or more. (1) or (2) Removal of radioactive ruthenium
(4)前記イオン交換体及び/又はキレート交換体は、4級アンモニウム基を有するアニオン交換体、3級以下の弱塩基性アニオン交換体、3級以下のアミノ基及び/又は4級アンモニウム基を複数有するポリアミン化合物導入物、Cの数が2以上のトリアルキルアミン導入物より選択された官能基を有する吸着材である(1)(2)及び/又は(3)記載の放射性ルテニムの除去方法(4) The ion exchanger and / or chelate exchanger comprises an anion exchanger having a quaternary ammonium group, a tertiary or lower weakly basic anion exchanger, a tertiary or lower amino group and / or a quaternary ammonium group. (1) The method for removing radioactive ruthenium according to (2) and / or (3), which is an adsorbent having a functional group selected from a polyamine compound-introduced product having a plurality and a C-containing trialkylamine-introduced product
(5)前記イオン交換体及び/又はキレート交換体は、繊維基材に放射線グラフト重合法により官能基が導入されたものである(1)、(2)、(3)又は(4)記載の放射性ルテニウムの除去方法(5) The ion exchanger and / or chelate exchanger are those in which a functional group is introduced into a fiber base material by a radiation graft polymerization method (1), (2), (3) or (4) Removal of radioactive ruthenium
(6)前記繊維基材は、単繊維、中空繊維、複合繊維、繊維の集合体である撚糸、織布又は不織布、それらの加工品より選択されたものである(5)記載の放射性ルテニウムの除去方法(6) The fiber base material is selected from the group consisting of single fibers, hollow fibers, composite fibers, twisted yarns that are aggregates of fibers, woven fabrics or nonwoven fabrics, and processed products thereof. Removal method
本発明者らは放射性ルテニウムの除去材を探索する中で、塩化ナトリウムなど塩類濃度を変化させた合成原水を調製し、さまざまな温度でルテニウム除去実験を行う中で、塩化物イオン濃度を所定の濃度より高くすることにより、除去率が大きくなり、また原水の温度が高くなることにより、除去性能がさらによくなることを発見し、本発明に到達した。 While searching for a radioactive ruthenium removal material, the present inventors prepared synthetic raw water with varying salt concentrations, such as sodium chloride, and conducted ruthenium removal experiments at various temperatures. It has been discovered that the removal rate is increased by increasing the concentration, and the removal performance is further improved by increasing the temperature of the raw water, and the present invention has been achieved.
塩化物イオン濃度が高くなると、ルテニウムのRuCl4 −などへの錯イオン化が促進され、アニオン交換体で除去しやすくなる。ここで、さらに液を加温すると除去性能がよくなる。この理由は明確ではないが、ルテニウムの多核錯体が形成されるとの考え方がある。As the chloride ion concentration increases, complex ionization of ruthenium to RuCl 4 — or the like is promoted, and it is easy to remove with an anion exchanger. Here, when the liquid is further heated, the removal performance is improved. The reason for this is not clear, but there is an idea that a multinuclear complex of ruthenium is formed.
塩化物イオン濃度としては1000mg/L以上において、また温度としては35℃以上においてルテニウム除去性能の向上が認められる。 When the chloride ion concentration is 1000 mg / L or more, and the temperature is 35 ° C. or more, improvement in ruthenium removal performance is observed.
このような物理化学的条件下においては、通常の条件下で除去しづらかったルテニウムをイオン交換体、キレート交換体で除去しやすくなる。 Under such physicochemical conditions, ruthenium, which was difficult to remove under normal conditions, can be easily removed with an ion exchanger or a chelate exchanger.
ここで、イオン交換体やキレート交換体としては、4級アンモニウム基を有するアニオン交換体、3級以下の弱塩基性アニオン交換体があり、通常の強塩基性アニオン交換樹脂や弱塩基性アニオン交換樹脂などが利用できる。また、3級以下のアミノ基や4級アンモニウム基を複数有するポリアミン化合物を導入した吸着材料やCの数が2以上のトリアルキルアミン導入物より選択された官能基を有する吸着材が好適に利用できる。 Here, as an ion exchanger and a chelate exchanger, there are an anion exchanger having a quaternary ammonium group, a tertiary or lower weak base anion exchanger, and an ordinary strong base anion exchange resin or weak base anion exchange. Resin can be used. Further, an adsorbent material introduced with a polyamine compound having a plurality of tertiary or lower amino groups or quaternary ammonium groups, or an adsorbent material having a functional group selected from a trialkylamine introduction product having 2 or more C atoms is preferably used. it can.
イオン交換体やキレート交換体は、通常市販されているビーズ状のイオン交換樹脂やキレート樹脂を利用できるが、使用法が充填塔式に限られるため、さまざまな汚染環境に対応できる繊維状が好ましい。このような材料の製造方法としては、放射線グラフト重合法が最適である。 As ion exchangers and chelate exchangers, commercially available bead-shaped ion exchange resins and chelate resins can be used. However, since the method of use is limited to a packed tower type, a fiber that can cope with various polluted environments is preferable. . As a method for producing such a material, a radiation graft polymerization method is optimal.
放射線グラフト重合法では、繊維基材として、単繊維、中空繊維、複合繊維、繊維の集合体である撚糸、織布又は不織布、それらの加工品より選択されたものが自由に使用できる。福島第1原子力発電所の発電所内のように、汚染水がさまざまな環境下におかれている場合に対応して、ワインドフィルター、組み紐状やカット繊維など使い方の選択肢が多い繊維状が特に好ましい。 In the radiation graft polymerization method, a fiber base material selected from single fibers, hollow fibers, composite fibers, twisted yarns that are aggregates of fibers, woven or non-woven fabrics, and processed products thereof can be used freely. As in the Fukushima Daiichi NPS power plant, it is particularly preferable to use fiber filters with many options for use, such as wind filters, braids, and cut fibers, when contaminated water is placed in various environments. .
水溶液中のルテニウムは、カチオンやアニオンなどのイオン性、非イオン性、錯イオン、コロイド状に析出したものや粒子に吸着したものなど化学形態が非常に複雑であるが、放射性ルテニウム吸着材用に調製した本発明の原液調製法によって、ルテニウムの化学形態が除去されやすい形態へ変化するため、除去が可能になった。放射線グラフト重合法を採用したことにより、成型加工が容易な繊維を基材として利用でき、さまざまな形態の放射性ルテニウムをさまざまな汚染現場で液体中から取り除くことができるようになり、放射性廃棄物処理も容易になった。 Ruthenium in aqueous solution is very complex in chemical form such as ionic or nonionic such as cation or anion, complex ion, colloidal deposits or adsorbed on particles, but for radioactive ruthenium adsorbents By the prepared stock solution preparation method of the present invention, the chemical form of ruthenium is changed to a form that can be easily removed, so that the removal is possible. By adopting the radiation graft polymerization method, fibers that can be easily molded can be used as a base material, and various forms of radioactive ruthenium can be removed from liquids at various contaminated sites. It became easier.
ルテニウムは共存する塩類濃度が増加した場合、特に塩化物イオンの濃度が増加すると、図1に示すようにルテニウムの錯イオン化が進むため、除去性能が大きく変わる。したがって、このような塩型になるよう、塩化ナトリウムに代表される無機塩を加えればよい。加える濃度としては塩化物イオン濃度が1000mg/L以上がよく、さらに好ましくは2000mg/L以上が良い。 When the concentration of the salt in which ruthenium coexists increases, particularly when the concentration of chloride ion increases, the complex ionization of ruthenium proceeds as shown in FIG. Therefore, what is necessary is just to add the inorganic salt represented by sodium chloride so that it may become such a salt type. As the concentration to be added, the chloride ion concentration is preferably 1000 mg / L or more, more preferably 2000 mg / L or more.
ルテニウムは加温すればするほど除去率が高くなる。例えば、液の温度が40℃以上になればルテニウムの除去率が上昇する。塩化物イオン濃度が高く、加温された状態では、2核錯体になり、除去性能が上がるといわれている。 As the ruthenium is heated, the removal rate becomes higher. For example, when the temperature of the liquid is 40 ° C. or higher, the ruthenium removal rate increases. It is said that when the chloride ion concentration is high and heated, it becomes a binuclear complex and the removal performance is improved.
このルテニウムを除去できる吸着材の官能基としては、イオン交換基やキレート基が好ましい。イオン交換基としては、4級アンモニウム基を有するアニオン交換体、3級以下の弱塩基性アニオン交換体があり、通常の強塩基性アニオン交換樹脂や弱塩基性アニオン交換樹脂などが利用できる。また、3級以下のアミノ基や4級アンモニウム基を複数有するポリアミン化合物を導入した低分子ポリアミン化合物導入吸着材料やCの数が2以上のトリアルキルアミン導入物より選択された官能基を有する吸着材が好適に利用できる。また、ポリエチレンイミン導入物も利用できる。 The functional group of the adsorbent capable of removing ruthenium is preferably an ion exchange group or a chelate group. Examples of the ion exchange group include an anion exchanger having a quaternary ammonium group and a tertiary or lower weak base anion exchanger, and a normal strong base anion exchange resin and a weak base anion exchange resin can be used. Adsorption having a functional group selected from a low-molecular-weight polyamine compound-introducing adsorbent material in which a polyamine compound having a tertiary or lower amino group or a plurality of quaternary ammonium groups is introduced or a trialkylamine-introducing material having 2 or more C atoms A material can be suitably used. Polyethyleneimine introduced products can also be used.
低分子ポリアミン化合物としては、アデニン、グアニン、シトシンより選択された核酸塩基、又はヘキサメチレンテトラミン、トリエチレンジアミン、ジアザビシクロウンデセンなど複数のアミンを有する化合物の中から選択できる。核酸塩基の中ではアデニンやグアニンが好適に利用できる。 The low molecular weight polyamine compound can be selected from compounds having a plurality of amines such as nucleobase selected from adenine, guanine, and cytosine, or hexamethylenetetramine, triethylenediamine, and diazabicycloundecene. Among the nucleobases, adenine and guanine can be preferably used.
Cの数が2以上のトリアルキルアミン導入物として利用できるトリアルキルアミンとして、高分子基材のグラフト側鎖に少なくとも下記一般式で示すアミン化合物が導入された放射性ルテニウム除去材が適している。
アルキルアミンとしては、トリアルキルアミンから成り、R1、R2、R3の各アルキル基の炭素数が2以上である3級アミンであって、グラフト側鎖への導入が4級アンモニウム化反応によって行われ、代表的にはトリーn−オクチルアミン導入物などが好ましい。 The alkylamine is a tertiary amine composed of a trialkylamine, wherein each alkyl group of R1, R2, and R3 has 2 or more carbon atoms, and is introduced into the graft side chain by a quaternary ammoniumation reaction. Typically, a tri-n-octylamine introduction product and the like are preferable.
イオン交換体やキレート交換体は、通常市販されているビーズ状のイオン交換樹脂やキレート樹脂を利用できるが、使用法が充填塔式に限られるため、さまざまな汚染環境に対応できる繊維状が好ましい。このような材料の製造方法としては、放射線グラフト重合法が最適である。 As ion exchangers and chelate exchangers, commercially available bead-shaped ion exchange resins and chelate resins can be used. However, since the method of use is limited to a packed tower type, a fiber that can cope with various polluted environments is preferable. . As a method for producing such a material, a radiation graft polymerization method is optimal.
放射線グラフト重合法とは、γ線や電子線等の電離性放射線を基材に照射し、基材表面あるいは基材内部に生成したラジカルを利用して重合性単量体(以下、「モノマー」と称する。)を重合させ、基材からグラフト鎖を成長させる方法である。グラフト側鎖の長さはグラフト率にもよるが、通常エチレンユニットとして数個から数百個以上にもなる。 The radiation graft polymerization method is a method of irradiating a substrate with ionizing radiation such as γ-rays or electron beams and utilizing a radical generated on the surface of the substrate or inside the substrate (hereinafter referred to as “monomer”). Is a method of growing a graft chain from a substrate. Although the length of the graft side chain depends on the graft ratio, it usually ranges from several to several hundreds of ethylene units.
放射線のエネルギーにもよるが、繊維の表面のみならず内部にもラジカルが生成する。そのため、グラフト鎖は繊維表面と繊維内部の両方に生長する。このグラフト鎖は片端が固定されていないため、運動性が高い。したがって、イオン交換基やキレート基などの官能基を導入すると、被吸着イオンは容易にグラフト鎖間に入り、捕捉される。 Depending on the energy of the radiation, radicals are generated not only on the fiber surface but also inside. Therefore, the graft chain grows both on the fiber surface and inside the fiber. Since this graft chain is not fixed at one end, it has high mobility. Therefore, when a functional group such as an ion exchange group or a chelate group is introduced, the adsorbed ions easily enter between the graft chains and are captured.
親水性の高い4級アンモニウム基を導入したグラフト鎖は同種の電荷によって、グラフト鎖同士が反発し、グラフト鎖間に陰イオンが入り込みやすい空間が形成される。放射性ルテニウムの中で、RuCl4 −などの錯陰イオンは低分子ポリアミン化合物、トリーn−アルキルアミンを導入した4級アンモニウム基に吸着保持される。本発明に利用される低分子ポリアミン化合物導入繊維の合成経路を図2に示す。図2では、核酸塩基としてアデニン及びグアニンを使用している。Graft chains introduced with highly hydrophilic quaternary ammonium groups are repelled by the same kind of charges, and a space where anions easily enter between the graft chains is formed. In radioactive ruthenium, a complex anion such as RuCl 4 — is adsorbed and held by a quaternary ammonium group into which a low-molecular polyamine compound, tri-n-alkylamine is introduced. The synthesis route of the low-molecular polyamine compound-introduced fiber used in the present invention is shown in FIG. In FIG. 2, adenine and guanine are used as nucleobases.
放射線グラフト重合法に用いる電離性放射線としては、アルファ線、ベータ線、ガンマ線、電子線、紫外線などを用いることができるが、工業的に利用できるガンマ線や電子線が本発明に適している。 As the ionizing radiation used in the radiation graft polymerization method, alpha rays, beta rays, gamma rays, electron rays, ultraviolet rays, and the like can be used. Industrially available gamma rays and electron rays are suitable for the present invention.
基材に放射線照射を行うタイミングにより、前照射グラフト重合法と同時照射グラフト重合法があるがどちらも利用できる。前者は基材に放射線を照射した後、モノマーと接触させてグラフト重合を行う。後者は基材とモノマーが同時に存在する状態で放射線照射を行う方法であり、いずれの方法も採用できる。 There are a pre-irradiation graft polymerization method and a simultaneous irradiation graft polymerization method depending on the timing at which the substrate is irradiated with radiation. The former performs graft polymerization by irradiating a substrate with radiation and then contacting with a monomer. The latter is a method of performing radiation irradiation in the state where a substrate and a monomer exist at the same time, and any method can be adopted.
また、グラフト重合をモノマー液中で行う液相グラフト重合法、モノマー蒸気中で行う気相グラフト重合法、グラフト重合させたい量のモノマーを付与した後、不活性ガス中で反応させる含浸気相グラフト重合法などいずれのグラフト重合法も利用できる。 In addition, a liquid phase graft polymerization method in which the graft polymerization is performed in a monomer liquid, a gas phase graft polymerization method in which the monomer is vaporized, an impregnation gas phase grafting in which an amount of the monomer to be grafted is added and then reacted in an inert gas. Any graft polymerization method such as a polymerization method can be used.
本発明に利用する放射性物質吸着材の基材繊維として、合成繊維の他、綿などのセルロース系繊維、動物性繊維、鉱物系繊維、若しくは再生繊維、またはそれらの混合繊維が挙げられる。合成繊維にはポリエステル系、ポリアミド系、アクリル系、ポリ塩化ビニル系、ポリ塩化ビニリデン系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリウレタン系、ポリビニルアルコール系、フッ素系等が含まれる。セルロース系繊維には、綿、麻等の天然セルロース系繊維、ビスコースレーヨン、銅アンモニア法レーヨン、ポリノジック等の再生セルロース繊維、テンセル等の精製セルロース繊維、アセテート、ジアセテート等の半合成繊維が含まれる。動物性繊維には、羊毛等の獣毛繊維、絹等が含まれる。再生繊維には、キチン・キトサン繊維、コラーゲン繊維などが含まれる。これら繊維素材の混紡を用いることもまた可能である。 Examples of the base fiber of the radioactive material adsorbent used in the present invention include synthetic fibers, cellulosic fibers such as cotton, animal fibers, mineral fibers, regenerated fibers, or mixed fibers thereof. Synthetic fibers include polyester, polyamide, acrylic, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyvinyl alcohol, fluorine, and the like. Cellulose fibers include natural cellulose fibers such as cotton and hemp, viscose rayon, copper ammonia rayon, regenerated cellulose fibers such as polynosic, purified cellulose fibers such as tencel, and semisynthetic fibers such as acetate and diacetate. It is. Animal fibers include animal hair fibers such as wool, silk and the like. The recycled fiber includes chitin / chitosan fiber, collagen fiber and the like. It is also possible to use blends of these fiber materials.
放射線グラフト重合法で製造する場合に、基材形状として繊維を選択しているため、汚染環境に応じたさまざまな形状への成型加工が可能である。例えば、福島第1原子力発電所の汚染現場では、汚染水タンクや放射性廃棄物の保管場所の増大により、設置スペースが小さく、放射性廃棄物発生量が少ない(又は減容が可能)、また取扱いが容易で作業者の被ばくが少ない放射性核種除去方法が適している。 When manufacturing by the radiation graft polymerization method, since the fiber is selected as the base material shape, it can be molded into various shapes according to the contaminated environment. For example, at the contaminated site of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, the installation space is small and the amount of radioactive waste generated is small (or volume can be reduced) due to the increase in storage locations for contaminated water tanks and radioactive waste. A radionuclide removal method that is easy and has low exposure to workers is suitable.
成型加工の例として、撚糸を穴開きコアに巻き回したワインドフィルター(図3)、不織布をプリーツ状に折り穴開きコアに巻き回したプリーツフィルターなど各種フィルターに成型加工できる。これらはフィルターとして既存のフィルターハウジングに収納して利用できるため、通常の微粒子ろ過フィルターと同様にろ過機能も併せて付与することができる。コンパクトで取り扱いやすいため、捕捉した放射性物質の閉じ込めの観点からもハウジングごと廃棄した方が安全である。もちろん、汚染の程度によってフィルター本体のみ交換してもよい。 As examples of the molding process, it can be molded into various filters such as a wind filter (FIG. 3) in which twisted yarn is wound around a perforated core, and a pleated filter in which a nonwoven fabric is folded into a pleated shape and wound around a perforated core. Since these can be used by being housed in an existing filter housing as a filter, a filtration function can also be imparted in the same manner as a normal particulate filtration filter. Because it is compact and easy to handle, it is safer to dispose of the entire housing from the viewpoint of containment of trapped radioactive material. Of course, only the filter body may be replaced depending on the degree of contamination.
また、カット繊維に加工し、粉末繊維をスラリーとして循環させる吸着方法も可能である。また、従来の吸着材が収納されていた吸着塔に充填して固定床を形成する吸着塔方式でも使用可能である。モール状は組みひもから構成され、汚染水の流れの中に係留するような使い方ができる。港湾や湖沼において有効であると Moreover, the adsorption method which processes to a cut fiber and circulates a powder fiber as a slurry is also possible. Further, it can be used in an adsorption tower system in which a fixed bed is formed by filling an adsorption tower containing a conventional adsorbent. The mall shape is composed of braids and can be used to moor in the flow of contaminated water. To be effective in harbors and lakes
〈吸着材の製造〉
(1)アデニン導入繊維の製造<Manufacture of adsorbents>
(1) Production of adenine-introduced fiber
直径約40μmの6−ナイロン繊維の撚糸1kgをポリエチレン袋に入れ、減圧排気−窒素ガス導入という窒素置換操作を3回繰り返した。この袋を発泡スチロールの箱にドライアイス5kgとともに入れ、冷却下でガンマ線50kGyを照射した。照射後のナイロン繊維を取り出し、グラフト重合用ガラスアンプルに入れた。予め窒素ガスでバブリング操作により脱酸素されたメタクリル酸グリシジル10%メタノール溶液に浸漬し、40℃で8時間グラフト重合を行って136%のグラフト率を得た。この繊維をアデニン/イソプロピルアルコール/水=10/40/50、pH13の溶液に浸漬し、80℃で8時間反応を行った。重量増加率から算出したアデニン導入量は1.6mmol/gであった。
(2)グアニン導入繊維1 kg of twisted yarn of 6-nylon fiber having a diameter of about 40 μm was put in a polyethylene bag, and the nitrogen substitution operation of evacuation and introduction of nitrogen gas was repeated three times. This bag was put in a foamed polystyrene box together with 5 kg of dry ice and irradiated with gamma rays of 50 kGy under cooling. The irradiated nylon fiber was taken out and placed in a glass ampoule for graft polymerization. It was immersed in a 10% methanol solution of glycidyl methacrylate previously deoxygenated by bubbling with nitrogen gas, and graft polymerization was carried out at 40 ° C. for 8 hours to obtain a graft rate of 136%. This fiber was immersed in a solution of adenine / isopropyl alcohol / water = 10/40/50, pH 13 and reacted at 80 ° C. for 8 hours. The amount of adenine introduced calculated from the weight increase rate was 1.6 mmol / g.
(2) Guanine-introduced fiber
(1)で得られたメタクリル酸グリシジルのグラフト物をグアニン/イソプロピルアルコール/水=10/40/50の溶液に浸漬し、80℃で8時間反応を行った。重量増加率から算出したグアニン導入率は0.8mmol/gであった。
(3)トリエチレンジアミン(TEDA)導入繊維The grafted product of glycidyl methacrylate obtained in (1) was immersed in a solution of guanine / isopropyl alcohol / water = 10/40/50, and reacted at 80 ° C. for 8 hours. The guanine introduction rate calculated from the weight increase rate was 0.8 mmol / g.
(3) Triethylenediamine (TEDA) introduced fiber
(1)で得られたメタクリル酸グリシジルのグラフト物を塩酸でpH9に調整したトリエチレンジアミン/水=10/90の溶液に浸漬し、80℃で3時間反応を行った。、重量増加率から算出したトリエチレンジアミン導入率は1.62mmol/gであった。
(4)トリオクチルアミン(TOA)導入繊維の製造The grafted product of glycidyl methacrylate obtained in (1) was immersed in a solution of triethylenediamine / water = 10/90 adjusted to pH 9 with hydrochloric acid, and reacted at 80 ° C. for 3 hours. The triethylenediamine introduction rate calculated from the weight increase rate was 1.62 mmol / g.
(4) Production of trioctylamine (TOA) introduced fiber
(1)のメタクリル酸グリシジルグラフト物を塩酸1Mに浸漬し、2時間加温してヒドロクロロキシル化を行った。さらに、トリオクチルアミン/ジメチルスルホキシド/水=10/40/50の液に浸漬し、70℃で12時間反応させ、重量増加率から0.7mmol/gのトリオクチルアミン導入繊維を得た。
(バッチ式吸着テストー塩化物イオン濃度の影響)The grafted product of (1) glycidyl methacrylate was immersed in 1M hydrochloric acid and heated for 2 hours for hydrochloroxylation. Further, it was immersed in a solution of trioctylamine / dimethyl sulfoxide / water = 10/40/50 and reacted at 70 ° C. for 12 hours to obtain 0.7 mmol / g of trioctylamine-introduced fiber from the weight increase rate.
(Batch type adsorption test-Effect of chloride ion concentration)
塩化ナトリウムを純水に溶解し、塩化物イオン濃度が100、500、1000、3500、及び18000mg/Lとなるよう調整した。この塩化物イオン濃度調整液100mlに、ルテニウム濃度1000mg−Ru/lに調整したルテニウム原液1mlを加え、ルテニウム濃度10mg−Ru/Lの試験液を調製した。試験容器として、200mlのポリ瓶を使用した。なお、試験液のpHは2に調整した。(1)及び(2)で製造した繊維1gを試験液に加え、25℃で1日間振盪し吸着試験を行った。1日間経過後の上澄み液のルテニウム濃度を測定した結果を表1に示す。
(バッチ式吸着テストー液温の効果)Sodium chloride was dissolved in pure water and adjusted so that the chloride ion concentration was 100, 500, 1000, 3500, and 18000 mg / L. 1 ml of a ruthenium stock solution adjusted to a ruthenium concentration of 1000 mg-Ru / l was added to 100 ml of this chloride ion concentration adjusting solution to prepare a test solution having a ruthenium concentration of 10 mg-Ru / L. A 200 ml plastic bottle was used as a test container. The pH of the test solution was adjusted to 2. 1 g of the fiber produced in (1) and (2) was added to the test solution, and the adsorption test was performed by shaking at 25 ° C. for 1 day. The results of measuring the ruthenium concentration of the supernatant after 1 day are shown in Table 1.
(Batch type adsorption test-Effect of liquid temperature)
塩化物イオン濃度1000mg/L、ルテニウム濃度10mg−Ru/Lの試験液100mLを入れたポリ瓶を8個用意し、2個ずつをそれぞれ8、25、40、及び60℃に調整した恒温水槽に入れた。次に(1)及び(3)の繊維1gをそれぞれ2個のポリ瓶に加え、1日間振盪しルテニウムを吸着させた。その後、上澄み液のルテニウム濃度を測定したところ、表2の通りであった。同様の試験を塩化物イオン濃度3500mg/Lについても行った。結果を表3に示した。
(分配係数の測定結果)Prepare 8 plastic bottles containing 100 mL of test solution with a chloride ion concentration of 1000 mg / L and ruthenium concentration of 10 mg-Ru / L. I put it in. Next, 1 g of the fibers of (1) and (3) were added to two plastic bottles, respectively, and shaken for 1 day to adsorb ruthenium. Then, it was as Table 2 when the ruthenium density | concentration of the supernatant liquid was measured. A similar test was conducted for a chloride ion concentration of 3500 mg / L. The results are shown in Table 3.
(Measurement result of distribution coefficient)
塩化物イオン濃度3500mg/L、ルテニウム濃度10mg/Lの試験液100mLにアデニン導入繊維1gを加えた。このポリ瓶を8、25、40及び60℃の恒温水槽で1週間振盪し、吸着試験を行った。吸着試験後の上澄み液のルテニウム濃度を測定することにより、次の式で定義される分配係数を測定した。結果を表4に示す。
分配係数=繊維中のルテニウム濃度/液相中のルテニウム濃度
Partition coefficient = ruthenium concentration in fiber / ruthenium concentration in liquid phase
本発明は汚染水中の塩化物イオン濃度を1000mg/L以上、そして液温を35℃以上に保つことによって、従来のルテニウム吸着材でも高い放射性ルテニウム除去性能が得られることを示した。。塩化ナトリウムの添加及び加温という簡単な操作で従来非常に除去しづらかった放射性ルテニウムを高効率で除去できるため、福島第1原子力発電所の汚染水対策として利用可能であり、放射性廃棄物のより一層の低減が可能である。 The present invention has shown that high radioactive ruthenium removal performance can be obtained even with a conventional ruthenium adsorbent by maintaining the chloride ion concentration in contaminated water at 1000 mg / L or higher and the liquid temperature at 35 ° C. or higher. . Radioactive ruthenium, which has been difficult to remove by simple operations such as adding sodium chloride and heating, can be removed with high efficiency, so it can be used as a countermeasure against contaminated water at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station. Further reduction is possible.
1 穴あきコア
2 放射線グラフト重合によって製造した吸着繊維1 Perforated core 2 Adsorbed fiber produced by radiation graft polymerization
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