JP5963230B2 - Mesoporous silica supporting strontium ion adsorbing compound, strontium ion collector, strontium ion concentration sensor, strontium removal filter and strontium recovery method using the same - Google Patents

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本発明は、目標元素としてストロンチウムイオンを選択的に吸着可能なストロンチウムイオン吸着性化合物を担持した規則的な配列を有して多孔質化されているメソポーラスシリカに関するものであり、昨今問題となっている放射性ストロンチウムを収集し回収できるストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカを用いたストロンチウムイオンコレクター、およびメソポーラスシリカに担持されたストロンチウムイオン吸着性化合物を用いて、ストロンチウムイオン溶解溶液に含まれるストロンチウムイオンを効率的かつ選択的に回収する方法に関する。さらに、ストロンチウムイオン濃度を検出するメソポーラスシリカを用いたストロンチウムイオンコレクターおよびセンサーに関する。 The present invention relates to a mesoporous silica having a regular arrangement carrying a strontium ion-adsorbing compound capable of selectively adsorbing strontium ions as a target element, and has recently become a problem. Strontium ions contained in a strontium ion dissolution solution using a strontium ion collector using mesoporous silica loaded with a strontium ion adsorbing compound capable of collecting and recovering radioactive strontium, and using a strontium ion adsorbing compound supported on mesoporous silica It is related with the method of collect | recovering efficiently. Furthermore, the present invention relates to a strontium ion collector and sensor using mesoporous silica for detecting strontium ion concentration.

ストロンチウム(元素記号Sr)は、柔らかく銀白色のアルカリ土塁金属で、化学的反応性が高く、展性および延性に富む金属であり、天然には天青石(セレスタイト)やストロンチアン石などの鉱物中に微量存在する。炎色反応が赤であるため、花火や発煙筒の炎の赤色には塩化ストロンチウムなどが使われている。またSrは高温超電導体の材料としても使用されている。炭酸ストロンチウムはブラウン管などの陰極線管のガラスに添加されたり、フェライトなどの磁性材料の原料に用いられたりする。さらに、単体ストロンチウムは酸素との反応性が高いので、真空装置中の酸素吸着のゲッターとして用いられる。現在工業的には、セレスタイト鉱石から還元焙焼法(ブラックアッシュ法)やソーダ法(湿式法)により炭酸ストロンチウムを生産する。全世界のストロンチウムの生産量は約500,000トン(2006年)であり、生産量上位国はメキシコ、スペイン、中国である。日本は生産していないが、需要国としては世界トップとなっている。 Strontium (element symbol Sr) is a soft, silver-white alkaline earth metal with high chemical reactivity, rich malleability and ductility. Naturally, minerals such as celestite and strontian stone There is a trace amount in it. Because the flame reaction is red, strontium chloride is used for the red flames of fireworks and smoke cylinders. Sr is also used as a material for high-temperature superconductors. Strontium carbonate is added to the glass of a cathode ray tube such as a cathode ray tube or used as a raw material for magnetic materials such as ferrite. Furthermore, since simple strontium has high reactivity with oxygen, it is used as a getter for oxygen adsorption in a vacuum apparatus. Currently industrially, strontium carbonate is produced from celestite ore by the reduction roasting method (black ash method) or the soda method (wet method). The global production of strontium is about 500,000 tons (2006), and the top producers are Mexico, Spain and China. Japan does not produce, but it is the world's top consumer country.

上述のように、ストロンチウムは有用な金属であるが、原子力発電においてウランやプルトニウムの核分裂反応から放射性同位体である90Srなどが生成される。チェルノブイリ原子力発電所事故や直近の福島原子力発電所事故では大量の放射性元素90Srが環境中に放出された。この放射性元素90Srは半減期が28.8年と長いため環境中に一度放出されると長期間生物が被ばくすることになり、放射性ストロンチウムが人体に及ぼす影響が懸念されている。さらに通常運転中の原子炉からの環境中への漏出も問題となりつつある。 As described above, strontium is a useful metal, but in nuclear power generation, 90 Sr, which is a radioisotope, is generated from the fission reaction of uranium and plutonium. In the Chernobyl nuclear power plant accident and the recent Fukushima nuclear power plant accident, a large amount of radioactive element 90 Sr was released into the environment. Since this radioactive element 90 Sr has a long half-life of 28.8 years, once it is released into the environment, the organism will be exposed for a long time, and there is concern about the effect of radioactive strontium on the human body. In addition, leakage from the reactor during normal operation into the environment is becoming a problem.

従って、ストロンチウムの除去は廃棄物処理および環境改善にとって緊急の課題となっている。この元素は、原子力発電所での軽水炉の原子炉冷却材系統において見出され、使用済み核燃料においても存在する。(非特許文献1)反応炉の化学反応が注意深く制御されない場合、化学反応は急速に進行し炉内圧力が上昇し、燃料棒の腐食が起こる。燃料棒が古くなると、クラック(亀裂)やホール(孔)により燃料棒が破壊される恐れがある。亀裂が入った燃料棒は、燃料棒を囲んで冷却している水に放射性ストロンチウムを放出する。放射性ストロンチウムは冷却水と一緒にシステム中に循環し、結局反応炉から空中等の環境中へ出て行き、あるいは液体廃棄物および固体廃棄物となる。時々、反応炉ガス捕捉システムは周囲へストロンチウムを含むガスを放出することもある。このように、今回の福島原子力発電所の事故がなくても、厳重な管理下でも既存システムだけでなく廃棄物や保管物からの放射性物質の漏洩は避けられず、かなり長い半減期を持つ90Srは、土壌や地下水にかなり頻繁に見出される放射性核種となっている。ストロンチウムは骨や骨髄中に生物濃縮する可能性があり、人体において容易に同じアルカリ土類金属であるカルシウムと置換し、骨腫瘍や血液細胞がんを引き起こす。(非特許文献2) Therefore, the removal of strontium is an urgent issue for waste disposal and environmental improvement. This element is found in the reactor coolant system of light water reactors at nuclear power plants and is also present in spent nuclear fuel. (Non-patent document 1) When the chemical reaction in the reactor is not carefully controlled, the chemical reaction proceeds rapidly, the pressure in the furnace rises, and the fuel rods corrode. When a fuel rod becomes old, there is a risk that the fuel rod will be broken by cracks or holes. The cracked fuel rods release radioactive strontium into the water that surrounds and cools the fuel rods. Radioactive strontium circulates in the system together with cooling water and eventually leaves the reactor to the environment, such as air, or becomes liquid and solid waste. From time to time, the reactor gas capture system may release a gas containing strontium to the environment. In this way, even if there is no accident of this Fukushima nuclear power plant, leakage of radioactive materials from waste and storage products as well as the existing system even under strict management can not be avoided, 90 with a fairly long half-life Sr is a radionuclide that is found quite frequently in soil and groundwater. Strontium can bioaccumulate in bone and bone marrow, and easily replaces calcium, the same alkaline earth metal in the human body, causing bone tumors and blood cell cancer. (Non-Patent Document 2)

環境中からの放射性ストロンチウムを除去するために、溶媒抽出法、分別結晶法、イオン交換吸着法および鉄酸化物内拡散法のようなストロンチウムの除去に関する分離技術が開発されている。(非特許文献1、3、4)針鉄鉱(goethite)、ヘマタイト(hemitate)、カオリナイト(kaolinite)、ペカン殻(pecan shell)、ジルコニア担持バーミキュライト(zirconia-modified
Vermiculite)などの多くの吸着材が調査されてきた。(非特許文献5〜9)このように、選択性吸着剤による吸着は放射性元素を除去するために頻繁に使用されてきたが、簡単で安価な方法はまだ見つかっておらず、現状の吸着剤の検出限界も人体の許容限度よりもはるかに高い。
In order to remove radioactive strontium from the environment, separation techniques relating to the removal of strontium such as solvent extraction, fractional crystallization, ion exchange adsorption and iron oxide diffusion methods have been developed. (Non-Patent Documents 1, 3, and 4) Goethite, hematite, hemitate, kaolinite, pecan shell, zirconia-supported vermiculite (zirconia-modified)
Many adsorbents such as Vermiculite have been investigated. (Non-Patent Documents 5 to 9) As described above, adsorption by a selective adsorbent has been frequently used to remove radioactive elements, but a simple and inexpensive method has not yet been found. The detection limit is much higher than the human limit.

一方、色調変化や光吸収を用いた視覚的コレクター(収集剤)等の光学的方法は、目標元素を精度よく迅速に検出し、環境から除去するために重要である。視覚検出・除去アプローチは、複雑な装置や充分制御された環境を必要としない単純な技術である。(非特許文献10)しかし、低濃度レベルの放射性ストロンチウムに関しては、低コストで選択性良好で迅速に検出できかつ放射性ストロンチウムを除去できる視覚的コレクターはまだ全く開発されていない。 On the other hand, an optical method such as a visual collector (collecting agent) using color change or light absorption is important for accurately detecting a target element quickly and removing it from the environment. The visual detection and removal approach is a simple technique that does not require complex equipment or a well-controlled environment. However, for low concentration levels of radioactive strontium, no visual collector has yet been developed that is low in cost, good in selectivity, capable of rapid detection and removal of radioactive strontium.

放射性ストロンチウムは、普通に使われる大抵の処理方法の抽出限界よりはるかに低い濃度で存在し、また放射性ストロンチウムの人体への許容レベルは非常に低いので、ストロンチウムをppb〜ppmレベルで精度良く検出し選択性良好で迅速に抽出する材料を発見していくことが世界的に要求されている。さらに、微量のストロンチウムイオン濃度の測定および抽出に関して、迅速で、費用効率が高く、使いやすく、信頼性のある技術が求められている。 Radioactive strontium is present at concentrations well below the extraction limits of most commonly used processing methods, and the acceptable level of radioactive strontium in the human body is very low, so strontium can be accurately detected at the ppb-ppm level. There is a worldwide demand to discover materials that have good selectivity and can be extracted quickly. Furthermore, there is a need for rapid, cost-effective, easy-to-use and reliable techniques for measuring and extracting trace strontium ion concentrations.

一方、メソポーラスシリカを用いた金属イオン検出方法は種々研究されている。たとえば、特許文献1および2においては、メソポーラスシリカにアミノポルフィリン、ジチゾン、ポルフィリンスルホン等の色素分子を保持して複合センサーを作り、Cdイオン、水銀イオン、Crイオンなどを色素分子に吸着させて、そのスペクトル変化を利用してイオン濃度を検出することが記載されている。しかしながら、これまでのどの先行特許文献や非特許文献においても、メソポーラスシリカに吸着させたストロンチウムの回収について簡便で迅速で精度の良い方法の開示はない。 On the other hand, various methods for detecting metal ions using mesoporous silica have been studied. For example, in Patent Documents 1 and 2, a composite sensor is formed by holding dye molecules such as aminoporphyrin, dithizone, porphyrin sulfone, etc. on mesoporous silica, and Cd ions, mercury ions, Cr ions, etc. are adsorbed on the dye molecules, It is described that the ion concentration is detected using the spectral change. However, none of the previous patent documents and non-patent documents so far discloses a simple, rapid and accurate method for recovering strontium adsorbed on mesoporous silica.

特開2007−327886JP2007-327886A 特開2007−327887JP2007-327887A

M. S. Denton,M. J. Manos, M. G. Kanatzidis, Highly selective removal of cesium and strontiumutilizing a new class of inorganic ion specific media−9267, WM2009 Conference, March 1−5, 2009, Phoenix, AZ.M. S. Denton, M. J. Manos, M. G. Kanatzidis, Highly selective removal of cesium and strontiumutilizing a new class of inorganic ion specific media-9267, WM2009 Conference, March 1-5, 2009, Phoenix, AZ. R. O. Abdel Rahman,H. A. Ibrahium, Y.T Hung, Liquid Radioactive Wastes Treatment: A Review, Water2011, 3, 551−565.R. O. Abdel Rahman, H. A. Ibrahium, Y. T Hung, Liquid Radioactive Wastes Treatment: A Review, Water 2011, 3, 551-565. E. Bascetin, G.Atun, Adsorptive removal of strontium by binary mineral mixtures ofmontmorillonite and zeolite, J. Chem. Eng.Data 2010, 55, 783−788.E. Bascetin, G. Atun, Adsorptive removal of strontium by binary mineral mixture of montmorillonite and zeolite, J. Chem. Eng. Data 2010, 55, 783-788. Lisa Axe,Paul R. Anderson,Sr Diffusion and Reaction within Fe Oxides: Evaluation of the Rate-LimitingMechanism for Sorption, J. ColloidInterf. Sci. 1995, 175, 157−165.Lisa Ax, Paul R. Anderson, Sr Diffusion and Reaction within Fe Oxides: Evaluation of the Rate-Limiting Mechanism for Sorption, J. Colloid Interf. Sci. 1995, 175, 157-165. N. Sahai, S.A.Caroll, S. Roberts, P.A. O’Day, X-ray adsorption spectroscopy of strontium(II) coordination.II.Sorption and precipitation at kaolinite, amorphous silica and goethitesurfaces, J. Colloid Interf. Sci., 2000,222, 198−212.N. Sahai, SACaroll, S. Roberts, PA O'Day, X-ray adsorption spectroscopy of strontium (II) coordination. II. Sorption and precipitation at kaolinite, amorphous silica and goethitesurfaces, J. Colloid Interf. Sci., 2000 222, 198-212. O.N.Karasyova, L.I. Ivanova, L.Z. Lakshtanov and L. Lovgren, Strontium sorption on hematiteat elevated temperatures, J. Colloid Interf. Sci., 1999, 220, 419−428.O.N.Karasyova, L.I.Ivanova, L.Z.Lakshtanov and L. Lovgren, Strontium sorption on hematiteat elevated temperatures, J. Colloid Interf. Sci., 1999, 220, 419-428. C.H. Jeong,Mineralogical and hydrochemical effects on adsorption removal of Cs-137 andSr-90 by kaolinite, J. Environ. Sci. Health A. Toxicol. Hazard. Subst. Environ.Eng.,2001, 36, 1089−1099.C.H.Jeong, Mineralogical and hydrochemical effects on adsorption removal of Cs-137 and Sr-90 by kaolinite, J. Environ. Sci. Health A. Toxicol. Hazard. Subst. Environ. Eng., 2001, 36, 1089-1099. R.A. Shawabkeh, D.A.Rockstraw and R.K. Bhada, Copper and strontium adsorption by a novel carbonmaterial manufactured from pecan shells, Carbon, 2002, 40, 781−786.R.A.Shawabkeh, D.A.Rockstraw and R.K.Bhada, Copper and strontium adsorption by a novel carbonmaterial manufactured from pecan shells, Carbon, 2002, 40, 781-786. R. Qadeer, J. Hanif,M. Saleem and M. Afzal, Selective adsorption of strontium on activated charcoalfrom electrolytic aqueous solutions, Collection Czechoslovak Chem. Comm., 1992,57, 2065−2072.R. Qadeer, J. Hanif, M. Saleem and M. Afzal, Selective adsorption of strontium on activated charcoalfrom electrolytic aqueous solutions, Collection Czechoslovak Chem. Comm., 1992, 57, 2065-2072. S. A. El-Safty,T.Balaji, H. Matsunaga, T. Hanaoka, F. Mizukami, Optical sensors based onnanostructured cage materials for the detection of toxic metal ions, Angew.Chem. Int. Ed. 2006, 45, 7202−7208.SA El-Safty, T. Balaji, H. Matsunaga, T. Hanaoka, F. Mizukami, Optical sensors based on nanostructured cage materials for the detection of toxic metal ions, Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 7202-7208 .

上記説明した様にストロンチウムは種々の用途に使用されているが、放射性同位体である90Sr等の放射性ストロンチウムは、ppb〜ppmオーダーの極微量でも人体に蓄積して発がん性を誘発するので、飲料水や洗浄水等の生活用水および大気中だけでなく、廃水や土壌などすべての環境から排除する必要がある。 As described above, strontium is used in various applications, but radioactive strontium such as 90 Sr, which is a radioactive isotope, accumulates in the human body even in a trace amount on the order of ppb to ppm, and induces carcinogenicity. It is necessary to exclude not only water for daily use such as drinking water and washing water and air but also all environments such as waste water and soil.

従って微量でも生活用水や廃水等の溶液にどの程度の濃度のストロンチウムが含まれているのか知る必要がある。しかし、ppb〜ppmオーダーの極微量なストロンチウム濃度を迅速に正確に測定するストロンチウムコレクターまたは濃度検出センサーは少なく、あっても繰り返し使用することができないという問題がある。またストロンチウムを選択的に収集し検出するコレクターまたはセンサーは殆どないため、複数の元素やイオンが含まれる溶液ではストロンチウム以外の元素やイオンに影響されて精度良くストロンチウム濃度を測定することができない。さらに、生活用水や廃水等の溶液に微量な放射性ストロンチウムが存在した場合にその放射性ストロンチウムを除去することが必要であるが、ppbオーダーレベルまでストロンチウムを除去する方法は殆どない。イオン交換樹脂等の場合はppbオーダーレベルのイオンを除去できるものの、ストロンチウムイオンだけを特定して除去できないという問題がある。すなわちストロンチウム(イオン)だけを選択的に除去するという選択性が良い物は殆どない。 Therefore, it is necessary to know how much strontium is contained in a solution such as domestic water or wastewater even in a small amount. However, there are few strontium collectors or concentration detection sensors that can quickly and accurately measure a very small amount of strontium concentration on the order of ppb to ppm, and there is a problem that even if there are few, it cannot be used repeatedly. In addition, since there are few collectors or sensors that selectively collect and detect strontium, a solution containing a plurality of elements and ions is affected by elements and ions other than strontium and cannot accurately measure the strontium concentration. Furthermore, when a small amount of radioactive strontium is present in a solution such as domestic water or wastewater, it is necessary to remove the radioactive strontium, but there are few methods for removing strontium to the ppb order level. In the case of an ion exchange resin or the like, although ppb order level ions can be removed, there is a problem that only strontium ions cannot be identified and removed. In other words, there is almost no material with good selectivity for selectively removing only strontium (ions).

また、回収剤でストロンチウムを除去した後、そのストロンチウムを分離する手段が困難なため、回収したストロンチウムを有効に活用することが難しいという問題がある。あるいは、その回収剤を再使用することがむずかしいという問題もある。生活用水や廃水等の溶液中のストロンチウムを回収しリサイクルするためのコストが高いという問題もある。環境中のストロンチウム濃度検出や環境からのストロンチウム除去、さらに有用なストロンチウムを回収しリサイクルする方法等に関して、簡単でコストが低く選択性良く、かつ精度良好で高速に行なうことができる方法が世界的に緊急に要求されている。 In addition, after removing strontium with a recovery agent, there is a problem that it is difficult to effectively use the recovered strontium because the means for separating the strontium is difficult. Or there is also a problem that it is difficult to reuse the recovered agent. There is also a problem that the cost for collecting and recycling strontium in solutions such as domestic water and wastewater is high. With respect to the detection of strontium concentration in the environment, the removal of strontium from the environment, and the method of recovering and recycling useful strontium, there are simple, low-cost, selective, accurate, and high-speed methods that can be performed worldwide. Urgently required.

本発明は、高度に秩序化した構造を有するメソポーラスシリカにストロンチウムイオンを選択的に吸着することができる化合物(以下、ストロンチウムイオン吸着性化合物(あるいは、ストロンチウム(イオン)を集めるという意味(収集剤)で、ストロンチウムイオンコレクターまたは単にコレクターともいう)を担持させて、担持されたストロンチウムイオン吸着性化合物にストロンチウムイオンを吸着させ、この吸着されたストロンチウムを回収する効率的な方法およびそれに使用されるストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカを提供する。さらに、このストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカを用いてストロンチウムイオン濃度検出を精度良くしかもppb〜ppmオーダーの微量な測定が可能なストロンチウムイオンコレクターおよびセンサーを提供する。 The present invention relates to a compound capable of selectively adsorbing strontium ions to mesoporous silica having a highly ordered structure (hereinafter referred to as strontium ion adsorbing compound (or meaning of collecting strontium (ions) (collecting agent)). An efficient method for recovering the adsorbed strontium by adsorbing the adsorbed strontium ion to the adsorbed strontium ion adsorbing compound, and the strontium ion used in the strontium ion A mesoporous silica carrying an adsorbing compound is provided, and the mesoporous silica carrying the strontium ion adsorbing compound is used to accurately detect the strontium ion concentration and measure a minute amount on the order of ppb to ppm. It provides a possible strontium ion collector and sensors.

シリカ源と界面活性剤を混合した後、酸性水溶液を添加して、これを焼成すると、メソポーラスシリカ(HOM)が生成される。このメソポーラスシリカにストロンチウムイオン吸着性化合物(ストロンチウムイオンはまだ吸着されていない)を担持する。ストロンチウムイオン吸着性化合物は、ストロンチウムイオンを選択的に吸着することができる化合物である。たとえば、キレート化合物のような錯体である。(特定の元素イオンを選択的に吸着しやすい化合物を本出願では元素イオン吸着性化合物と呼ぶ。ここで、元素イオン吸着性化合物が選択的に吸着可能な特定イオンを回収するという意味で、この特定元素を目標元素と称する。本発明においては、目標元素はストロンチウムである。)ストロンチウムイオンを選択的にかつ優先的に吸着する化合物として、たとえば、クロロホスホナゾ3(Chlorophosphonazo-III)や4−(2−ジアゼニル−1,3,4−チアジアゾル)−6−ドデシルレゾルシノール{4-(2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole)-6-dodecylresorcinol (DTDR)}が挙げられる。これらのストロンチウムイオン吸着性化合物をメソポーラスシリカに担持する。(たとえばこれらのストロンチウムイオン吸着性化合物を総称してMCとして、MCを担持したメソポーラスシリカをHOM−MCと称する。)これらは単独でHOMSに担持しても良いし、複数混合してHOMSに担持しても良い。尚、クロロホスホナゾ3(Chlorophosphonazo-III)(以下、CPPと略す)はHOMSに担持されにくいので、後述するように、臭化ジメチルアンモニウムジラウリル{dilauryl dimethyl ammonium bromide (DDAB)}を使って、HOM細孔表面を官能化した後で、CPPをDDAB上に担持する。従って、CPPの場合はHOM−DDAB(CPP){構造上は、HOM−DDAB−CPPと記載した方が分かりやすいが、本出願ではHOM−DDAB(CPP)と記載する}となり、DTDRの場合はHOM−DTDRとなる。 After mixing the silica source and the surfactant, an acidic aqueous solution is added and calcined to produce mesoporous silica (HOM). This mesoporous silica carries a strontium ion-adsorbing compound (strontium ions have not yet been adsorbed). The strontium ion adsorbing compound is a compound that can selectively adsorb strontium ions. For example, a complex such as a chelate compound. (A compound that easily adsorbs a specific element ion is referred to as an element ion adsorbing compound in this application. Here, this means that a specific ion that the element ion adsorbing compound can selectively adsorb is recovered. The specific element is referred to as a target element.In the present invention, the target element is strontium.) Examples of compounds that selectively and preferentially adsorb strontium ions include chlorophosphonazo-III and 4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol (DTDR)}. These strontium ion adsorbing compounds are supported on mesoporous silica. (For example, these strontium ion-adsorptive compounds are collectively referred to as MC, and mesoporous silica supporting MC is referred to as HOM-MC.) These may be supported alone on HOMS, or a plurality of them may be mixed and supported on HOMS. You may do it. In addition, since chlorophosphonazo 3 (hereinafter abbreviated as CPP) is difficult to be supported by HOMS, as will be described later, using dimethylammonium dilauryl bromide (DDAB), After functionalizing the HOM pore surface, CPP is supported on DDAB. Therefore, in the case of CPP, HOM-DDAB (CPP) {in terms of structure, it is easier to describe as HOM-DDAB-CPP, but in this application, it is described as HOM-DDAB (CPP)}. In the case of DTDR, HOM-DTDR.

ストロンチウムを含む種々のイオン(元素イオンだけでなく、その他のカチオンやアニオンも含む)が溶解されたイオン溶解溶液に前記ストロンチウム(イオン)吸着性化合物を担持(または修飾)したメソポーラスシリカを接触させ、メソポーラスシリカに担持したストロンチウムイオン吸着性化合物に目標元素イオンであるストロンチウムイオン(Sr2+等)を吸着させる。このとき、イオン溶解溶液のpH値、溶液濃度や溶液温度等の環境要因を調節すれば、効率的に目標元素イオンを吸着させることができる。(ストロンチウムイオンを吸着したHOM−MCをHOM−MC−Srと記す。)たとえば、前述のHOM−DDAB(CPP)の場合は、pH値を10.0〜12.0、好適には10.5〜11.5に調整したストロンチウムイオンを含むイオン溶解溶液に接触させることにより、HOM−DDAB(CPP)は目標元素イオンであるストロンチウムイオンを優先的にかつ選択的にかつ迅速に吸着する。(ストロンチウムを吸着したHOM−DDAB(CPP)をHOM−DDAB(CPP)−Srと記す。)また、前述のHOM−DTDRの場合は、pH値を7.0〜11.0、好適には8.0〜10.5、もっと好適には9.0〜10.0に調整したストロンチウムイオンを含むイオン溶解溶液に接触させることにより、HOM−DTDRは目標元素であるストロンチウムを優先的にかつ選択的にかつ迅速に吸着する。(ストロンチウムを吸着したHOM−DTDRをHOM−DTDR−Srと記す。) Contacting mesoporous silica carrying (or modifying) the strontium (ion) adsorbing compound in an ion-dissolved solution in which various ions including strontium (including not only element ions but also other cations and anions) are dissolved; Strontium ions (Sr 2+, etc.) that are target element ions are adsorbed to the strontium ion-adsorbing compound supported on mesoporous silica. At this time, target element ions can be efficiently adsorbed by adjusting environmental factors such as pH value, solution concentration, and solution temperature of the ion-dissolved solution. (HOM-MC adsorbing strontium ions is referred to as HOM-MC-Sr.) For example, in the case of the above-mentioned HOM-DDAB (CPP), the pH value is 10.0 to 12.0, preferably 10.5. By contacting an ionic solution containing strontium ions adjusted to ˜11.5, HOM-DDAB (CPP) preferentially and selectively adsorbs strontium ions as target element ions. (HOM-DDAB (CPP) adsorbing strontium is referred to as HOM-DDAB (CPP) -Sr.) In the case of the aforementioned HOM-DTDR, the pH value is 7.0 to 11.0, preferably 8 By contacting an ionic solution containing strontium ions adjusted to 0.0-10.5, more preferably 9.0-10.0, HOM-DTDR preferentially and selectively selects the target element strontium. Adsorbs quickly and quickly. (HOM-DTDR adsorbing strontium is referred to as HOM-DTDR-Sr.)

次に、ストロンチウムイオンが吸着されたストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカをストロンチウムイオンが遊離可能な溶液(ストロンチウムイオン遊離溶液)に接触させて、吸着されたストロンチウムイオンをストロンチウムイオン遊離溶液に溶解させる。この溶液をろ過して固形物と液体に分離する。分離された液体はストロンチウムイオンだけを溶解しているので、目標元素であるストロンチウムの回収が可能となる。溶液の濃度、pH、反応温度等をコントロールすることで、ストロンチウムの回収効率を上げることができる。また、分離された固形物は、ストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカであり、メソポーラスシリカに担持されたストロンチウムイオン吸着性化合物はストロンチウムを吸着していない。すなわち、固形物はストロンチウムイオン吸着性化合物(ストロンチウムイオンを吸着していない)を担持したメソポーラスシリカ(HOM−MC)に戻る。 Next, the mesoporous silica supporting the strontium ion adsorbing compound on which strontium ions are adsorbed is brought into contact with a solution capable of releasing strontium ions (strontium ion free solution), and the adsorbed strontium ions are dissolved in the strontium ion free solution. Let The solution is filtered to separate it into a solid and a liquid. Since the separated liquid dissolves only strontium ions, strontium, which is the target element, can be recovered. By controlling the concentration, pH, reaction temperature and the like of the solution, the recovery efficiency of strontium can be increased. The separated solid is mesoporous silica carrying a strontium ion adsorbing compound, and the strontium ion adsorbing compound carried on the mesoporous silica does not adsorb strontium. That is, the solid returns to mesoporous silica (HOM-MC) carrying a strontium ion adsorbing compound (not adsorbing strontium ions).

しかも本体(ストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカ)は変化していないので、再度目標元素イオンであるストロンチウムイオンの吸着材(あるいはコレクター(収集剤)、あるいは抽出剤とも称する)として利用できる。たとえば、HOM−MC−Srを酸性溶液やアルカリ溶液などに浸漬することにより、Srを溶離してHOM−MCとすることができる。ストロンチウムを分離されたHOM−MCは再びストロンチウムイオン吸着材(コレクター)として利用できる。 Moreover, since the main body (mesoporous silica supporting a strontium ion adsorbing compound) is not changed, it can be used again as an adsorbent (or collector (collecting agent) or extractant) for strontium ions that are target element ions. For example, by immersing HOM-MC-Sr in an acidic solution or an alkaline solution, Sr can be eluted to form HOM-MC. HOM-MC from which strontium has been separated can again be used as a strontium ion adsorbent (collector).

本発明において、ストロンチウムイオン吸着性化合物が広い表面積や高秩序化した構造を持つメソポーラスシリカの表面およびポア(細孔)内壁に担持(修飾)されているので、ストロンチウムイオン吸着性化合物の反応基にストロンチウムイオンが容易にしかも速く吸着する。従って、吸着の応答速度が速いだけでなく、メソポーラスシリカに担持されたストロンチウムイオン吸着性化合物へのストロンチウムイオン吸着効率が、単独のストロンチウムイオン吸着性化合物へのストロンチウムイオン吸着効率よりも非常に大きくなるとともに、ストロンチウム(イオン)吸着量も多くなる。 In the present invention, since the strontium ion adsorbing compound is supported (modified) on the surface of the mesoporous silica having a large surface area and a highly ordered structure and the inner wall of the pore (pore), the reactive group of the strontium ion adsorbing compound is Strontium ions are easily and quickly adsorbed. Therefore, not only the adsorption response speed is high, but also the strontium ion adsorption efficiency to the strontium ion adsorbing compound supported on the mesoporous silica is much larger than the strontium ion adsorption efficiency to the single strontium ion adsorbing compound. At the same time, the amount of strontium (ion) adsorption increases.

また、ストロンチウム(イオン)吸着性化合物に吸着されたストロンチウムイオンも整然と配列し密に吸着されているので、吸着したストロンチウムイオンを容易に速く遊離(分離)することができる。従ってストロンチウムイオンの遊離効率も非常に大きい。また、ストロンチウムイオン吸着性化合物はストロンチウムイオン溶解溶液のpH値等を調整することによりストロンチウムイオンを選択的に多量にしかも迅速に吸着することができる。従って、ストロンチウム(イオン)だけを効率良く回収できる。またppb〜ppmオーダーの微量なストロンチウムイオンも吸着除去することができるので、生活用水や廃水等の溶液や土壌その他のイオン溶解液に含まれるストロンチウムイオンの濃度を極めて微量なレベルまで低減できる。近年問題となっている環境中の微量な放射性ストロンチウムも効率良く迅速に除去できるので、本発明のHOM−MCは人体の健康維持および環境の浄化に有用な材料である。 Further, since the strontium ions adsorbed on the strontium (ion) adsorbing compound are also arranged in order and closely adsorbed, the adsorbed strontium ions can be easily released (separated) quickly. Therefore, the liberation efficiency of strontium ions is very high. The strontium ion-adsorbing compound can selectively adsorb strontium ions in a large amount and rapidly by adjusting the pH value of the strontium ion solution. Therefore, only strontium (ion) can be efficiently recovered. Moreover, since a very small amount of strontium ions on the order of ppb to ppm can be adsorbed and removed, the concentration of strontium ions contained in a solution such as water for domestic use and waste water, soil and other ion solution can be reduced to a very small level. Since trace amounts of radioactive strontium in the environment, which has been a problem in recent years, can be removed efficiently and quickly, the HOM-MC of the present invention is a useful material for maintaining the health of the human body and purifying the environment.

さらに、ストロンチウムイオン吸着性化合物を担持しているメソポーラスシリカはその骨格が強固であり、ストロンチウムイオン吸着性化合物の担持やストロンチウムイオンの吸着によってもメソポーラスシリカの骨格には変化が殆どない。吸着したストロンチウムイオンもほぼ完全に遊離できるので、もとの状態(ストロンチウムイオンを吸着していないストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカ)に戻るので、ストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカを繰り返し使用することができる。すなわち、何回もリサイクルまたはリユースすることができる。 Furthermore, the skeleton of mesoporous silica carrying a strontium ion-adsorbing compound has a strong skeleton, and the skeleton of mesoporous silica hardly changes even when the strontium ion-adsorbing compound is carried or adsorbed by strontium ions. Since the adsorbed strontium ions can be almost completely released, it returns to the original state (mesoporous silica supporting a strontium ion adsorbing compound not adsorbing strontium ions), so that the mesoporous silica supporting a strontium ion adsorbing compound is removed. Can be used repeatedly. That is, it can be recycled or reused many times.

従って、トータル(全体)のストロンチウムの収集・回収費用を小さくすることができる。また、本発明のストロンチウムイオンが吸着されたストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカは、比色法または紫外可視分光法(UV−VIS−NIR spectroscopy)を用いてppb〜ppmオーダーの非常に低濃度のストロンチウムイオン濃度も検出することができるので、ストロンチウムイオンコレクターおよび濃度センサーとしても使用することができる。 Therefore, the total (total) strontium collection / recovery cost can be reduced. The mesoporous silica supporting the strontium ion-adsorbing compound adsorbed with the strontium ion of the present invention is very low in the order of ppb to ppm using a colorimetric method or UV-VIS-NIR spectroscopy. Since the concentration of strontium ions can also be detected, it can also be used as a strontium ion collector and concentration sensor.

図1は、本発明のストロンチウム回収システムを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a strontium recovery system of the present invention. 図2は、HOMシリカ・モノリスの合成方法を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a method for synthesizing HOM silica monolith. 図3は、レセプターDTDRの作製方法およびストロンチウムを取り込んだDTDRの構造式を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a method for producing a receptor DTDR and a structural formula of DTDR incorporating strontium. 図4は、ストロンチウムを取り込んだレセプタークロロホスホナゾ3の構造式を示す図である。FIG. 4 shows the structural formula of receptor chlorophosphonazo 3 incorporating strontium. 図5は、表面改質ステップを用いてクロロホスホナゾ3を担持したHOMの作製方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a method for producing a HOM carrying chlorophosphonazo 3 using a surface modification step. 図6は、HOM−DDAB(CPP)−Srの紫外線可視分光スペクトル信号強度と溶液のpH値との関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the UV-visible spectrum signal intensity of HOM-DDAB (CPP) -Sr and the pH value of the solution. 図7は、ストロンチウムイオン濃度をパラメータとしたHOM−DDAB(CPP)−Srの吸収スペクトルおよび比色分析を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an absorption spectrum and colorimetric analysis of HOM-DDAB (CPP) -Sr using strontium ion concentration as a parameter. 図8は、pH=11.0の溶液中のストロンチウムイオン濃度とHOM−DDAB(CPP)−Sr の紫外線可視分光スペクトルの吸光度(λ=585nmにおける)との関係を示す図である。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the strontium ion concentration in the solution at pH = 11.0 and the absorbance (at λ = 585 nm) of the UV-visible spectrum of HOM-DDAB (CPP) -Sr. 図9は、本発明のHOM−DDAB(CPP)−Srの適用範囲を示した表である。FIG. 9 is a table showing the applicable range of HOM-DDAB (CPP) -Sr of the present invention. 図10は、HOMシリカへDTDRを担持させたHOM−DTDRコレクターを用いたストロンチウムイオンの収集/分離プロセスを模式的に描いた図である。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a strontium ion collection / separation process using a HOM-DTDR collector in which DTDR is supported on HOM silica. 図11は、HOM−DTDR−Srの紫外線可視分光スペクトル信号強度と溶液のpH値との関係を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the relationship between the UV-visible spectrum signal intensity of HOM-DTDR-Sr and the pH value of the solution. 図12は、ストロンチウムイオン濃度をパラメータとしたHOM−DTDR−Srの吸収スペクトルおよび比色分析を示す図であるFIG. 12 is a diagram showing an absorption spectrum and colorimetric analysis of HOM-DTDR-Sr using strontium ion concentration as a parameter. 図13は、本発明のストロンチウムイオン吸着性化合物であるCPP{DDAB(CPP)}またはDTDRを担持したメソポーラスシリカ(HOMS)を用いて放射性ストロンチウム等を含むストロンチウムイオン溶解溶液からストロンチウム(Sr)を回収するシステムを示す図である。FIG. 13 shows recovery of strontium (Sr) from a strontium ion-dissolved solution containing radioactive strontium and the like using mesoporous silica (HOMS) supporting CPP {DDAB (CPP)} or DTDR which is a strontium ion adsorbing compound of the present invention. It is a figure which shows the system to do.

本発明は、高い選択性と光学的検出機能を有する種々のキレート等の化合物を用いたストロンチウムイオン検出技術およびストロンチウム回収技術を提供するものである。この技術の特徴は異種原子から構成されるメソポーラス材料の原子レベルで配列したナノサイズの表面状態を利用していることである。本発明は、各種の活性イオン(カチオンやアニオン)や界面活性剤等を含む廃棄物や生活用水や環境からストロンチウムを抽出する方法として非常に優れている。特に近年問題となっている放射性ストロンチウムを環境等から排除するための方法として極めて優れている。 The present invention provides strontium ion detection technology and strontium recovery technology using various chelates and other compounds having high selectivity and optical detection function. A feature of this technology is that it utilizes nano-sized surface states arranged at the atomic level of mesoporous materials composed of different atoms. The present invention is very excellent as a method for extracting strontium from wastes containing various active ions (cations and anions), surfactants, etc., water for daily use, and the environment. In particular, it is extremely excellent as a method for eliminating radioactive strontium, which has been a problem in recent years, from the environment.

メソポーラスシリカのナノレベルで配列した内表面は、pHなどの環境条件を制御して固着・解離状態を可変することによってストロンチウムイオンコレクターおよびセンサーを作る。隣接原子と電子軌道構造の異なる表面原子とキレート等の化合物との結合によって、ストロンチウムイオンを確実に吸着できる。さらに、メゾポーラス材の内壁表面のナノレベルの高秩序化配列は電荷移動を増大させるので、ppbレベルの非常に微量のストロンチウム吸着でも肉眼で観察可能な光学的変化が速やかに(高速の応答が)起こる。 The inner surface of mesoporous silica arranged at the nano level makes the strontium ion collector and sensor by controlling the environmental conditions such as pH and changing the fixation / dissociation state. Strontium ions can be reliably adsorbed by bonding between adjacent atoms and surface atoms having different electron orbital structures and compounds such as chelates. Furthermore, the nano-ordered ordered arrangement on the inner wall surface of the mesoporous material increases the charge transfer, so that optical changes that can be observed with the naked eye can be rapidly observed even with a very small amount of strontium adsorption at the ppb level (fast response). Occur.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明のストロンチウム回収システムを示す図である。まず、第1段階で高度に秩序化したメソポーラスシリカ(HOMシリカ(HOMS):High Ordered Mesoporous Silica、尚通常、HOMと言った場合、シリカ(Silica)は含まないが、本明細書等においてはHOMと記載した場合も、特に明記しない限りシリカ(Silica)も含むものとする。)を合成する。ここで、メソポーラスシリカとは、多孔質シリカの1種であり、メソポア領域と呼ばれる、2nmから50nmの領域の大きさのほぼ均一で規則的な直径の細孔(メソ孔)を有し、細孔の作るネットワークの様式(空間対称性)や製造方法等によって、様々な特性を有することが知られている多孔質物質群である。しかし、本特許出願においては、メソ孔よりも小さなマイクロ孔(2nm以下の細孔)やメソ孔よりも大きなマクロ孔(50nm以上の細孔)を有するポーラスシリカもメソポーラスシリカと呼ぶ。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a diagram showing a strontium recovery system of the present invention. First, highly ordered mesoporous silica (HOM silica (HOMS): High Ordered Mesoporous Silica; normally, HOM does not include silica, but in this specification etc. In this case, silica is also included unless otherwise specified.) Here, mesoporous silica is a kind of porous silica, which has pores (mesopores) having a substantially uniform and regular diameter called a mesopore region having a size of 2 nm to 50 nm. It is a group of porous materials that are known to have various properties depending on the type of network (spatial symmetry) created by the pores, the manufacturing method, and the like. However, in this patent application, porous silica having micropores (pores of 2 nm or less) smaller than mesopores or macropores (pores of 50 nm or more) larger than mesopores is also referred to as mesoporous silica.

本発明に用いられるHOMの形態は、薄膜状形態やモノリス形態を含む。モノリス形態とは、通常薄膜以外の各種の形態、たとえば微粒子、粒子、ブロック状のもの等の形態を言う。高度に秩序化したとは、立方晶や六方晶系メソポーラス構造が3次元的に表面や内壁表面に規則正しく配列した状態を言い、たとえば立方晶Ia3d、Pm3n、Fm3mや六方晶P6m構造を言う。これらの構造が広範囲に存在すると、ストロンチウムイオン吸着性化合物を大量に担持することができ、全体のストロンチウムイオン吸着量を大きくすることができる。また、HOMのBET比表面積は大きいほど良いが、通常400m2/g以上であり、好適には500m2/g以上である。 The form of HOM used in the present invention includes a thin film form and a monolith form. The monolith form usually refers to various forms other than a thin film, such as fine particles, particles, block-like forms and the like. Highly ordered means a state in which cubic and hexagonal mesoporous structures are regularly arranged on the surface and inner wall surface in three dimensions, for example, cubic Ia3d, Pm3n, Fm3m and hexagonal P6m structures. When these structures are present in a wide range, a large amount of strontium ion-adsorbing compounds can be supported, and the total amount of strontium ion adsorption can be increased. Also, the larger the BET specific surface area of HOM, the better, but it is usually 400 m 2 / g or more, preferably 500 m 2 / g or more.

HOMシリカは種々の方法により合成できる。たとえば、界面活性剤を鋳型としたゾルゲル法においては、水溶液中に臨界ミセル濃度以上の濃度で界面活性剤を溶解させると、界面活性剤の種類に応じて一定の大きさと構造をもつミセル粒子が形成される。しばらく静置するとミセル粒子が充填構造をとり、コロイド結晶となる。ここで溶液中にシリカ源となる有機シリコン化合物などを加え、微量の酸あるいは塩基を触媒として加えると、コロイド粒子の隙間でゾルゲル反応が進行しシリカゲル骨格が形成される。最後に高温で焼成すると、鋳型とした界面活性剤が分解・除去されて純粋な高度に秩序化したメソポーラスシリカ(HOMシリカ)が得られる。また、たとえば、好適には、有機シリコン化合物と界面活性剤を混合してリオトロピック型液晶相を形成し、さらに、酸水溶液を加えることによって、短時間に有機シリコン化合物の加水分解反応を起こし、メソポーラスシリカと界面活性剤の複合生成物を得た後、界面活性剤を除去して、HOMシリカを得る方法が利用される。 HOM silica can be synthesized by various methods. For example, in the sol-gel method using a surfactant as a template, when a surfactant is dissolved in an aqueous solution at a concentration equal to or higher than the critical micelle concentration, micelle particles having a certain size and structure are obtained depending on the type of the surfactant. It is formed. When left standing for a while, the micelle particles take a packed structure and become a colloidal crystal. When an organic silicon compound or the like serving as a silica source is added to the solution and a trace amount of acid or base is added as a catalyst, the sol-gel reaction proceeds in the gaps between the colloidal particles to form a silica gel skeleton. Finally, when fired at a high temperature, the surfactant used as a template is decomposed and removed to obtain pure highly ordered mesoporous silica (HOM silica). Further, for example, preferably, an organosilicon compound and a surfactant are mixed to form a lyotropic liquid crystal phase, and further, an aqueous acid solution is added to cause a hydrolysis reaction of the organosilicon compound in a short time, resulting in mesoporous After obtaining a composite product of silica and surfactant, a method is used in which the surfactant is removed to obtain HOM silica.

有機シリコン化合物として、たとえば、テトラメチルオルトケイ酸{C4H12O4Si、TMOS(テトラメトキシシラン)とも言う}やテトラエチルオルトケイ酸{C8H20O4Si、TEOS(テトラエトキシシラン)とも言う}などのシリコンアルコキシドを用いる。(生成物から加熱や真空引き等でエタノールよりメタノールを除去する方が容易であるから、生産性はTEOSよりTMOSの方が好適である。)尚、HOMの形成には、有機シリコン化合物の他に無機シリコン化合物を用いることもできる。たとえば、カネマイト(NaHSi2O5・3H2O)、ジ珪酸ナトリウム結晶(Na2Si2O5)、マカタイト(NaHSi4O9・5H2O)、アイラアイト(NaHSi8O17・XH2O)、マガディアイト(Na2HSi14O29・XH2O)、ケニヤアイト(Na2HSi20O41・XH2O)、水ガラス(珪酸ソーダ)、ガラス、無定形珪酸ナトリウムを用いることもできる。これらは、2種以上を混合して用いてもよい。 As the organic silicon compound, for example, silicon alkoxide such as tetramethylorthosilicate {also referred to as C4H12O4Si, TMOS (tetramethoxysilane)} or tetraethylorthosilicate {also referred to as C8H20O4Si, TEOS (tetraethoxysilane)} is used. (Because it is easier to remove methanol from ethanol by heating, vacuuming, etc. from the product, TMOS is preferable to TEOS rather than TEOS.) For the formation of HOM, in addition to organic silicon compounds, An inorganic silicon compound can also be used. For example, kanemite (NaHSi2O5 · 3H2O), sodium disilicate crystal (Na2Si2O5), macatite (NaHSi4O9 · 5H2O), eyeraite (NaHSi8O17 · XH2O), magadiite (Na2HSi14O29 · XH2O), KenyaO2 glass (Na2H2Si2O) Soda), glass, and amorphous sodium silicate can also be used. You may use these in mixture of 2 or more types.

また、テンプレート(鋳型)となる界面活性剤も、種々のものを使用できる。たとえば、カチオン性やアニオン性や両性や非イオン性の界面活性剤を使用できる。鋳型となる陽イオン性界面活性剤としては、たとえば、第1級アミン塩、第2級アミン塩、第3級アミン塩、第4級アンモニウム塩が挙げられる。また、鋳型となる陰イオン性界面活性剤としては、たとえば、カルボン酸塩、硫酸エステル塩、スルホン酸塩、リン酸エステル塩などが挙げられ、セッケン、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルキルエーテル硫酸エステル塩、硫酸化油、硫酸化脂肪酸エステル、硫酸化オレフィン、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、パラフィンスルホン酸塩および高級アルコールリン酸エステル塩が挙げられる。 Various surfactants can be used as templates. For example, a cationic, anionic, amphoteric or nonionic surfactant can be used. Examples of the cationic surfactant used as a template include primary amine salts, secondary amine salts, tertiary amine salts, and quaternary ammonium salts. Examples of the anionic surfactant used as a template include carboxylate, sulfate ester salt, sulfonate salt, phosphate ester salt, soap, higher alcohol sulfate ester salt, higher alkyl ether sulfate ester. Salts, sulfated oils, sulfated fatty acid esters, sulfated olefins, alkyl benzene sulfonates, alkyl naphthalene sulfonates, paraffin sulfonates and higher alcohol phosphate ester salts.

鋳型となる両性界面活性剤としては、たとえば、ラウリルアミノプロピオン酸ナトリウム、ステアリルジメチルベタイン、ラウリルジヒドロキシエチルベタインが挙げられる。鋳型となる非イオン界面活性剤としては、たとえば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン2級アルコールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステロールエーテル、ポリオキシエチレンラノリン酸誘導体、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールなどのエーテル型のものや、ポリオキシエチレンアルキルアミンなどの含窒素型が挙げられる。これらは、2種以上混合して用いても良い。 Examples of the amphoteric surfactant used as a template include sodium laurylaminopropionate, stearyldimethylbetaine, and lauryldihydroxyethylbetaine. Examples of the nonionic surfactant used as a template include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene secondary alcohol ether, polyoxyethylene alkylphenyl ether, polyoxyethylene sterol ether, polyoxyethylene lanolin acid derivative, polyoxyethylene Examples include ether type compounds such as polyoxypropylene alkyl ether, polypropylene glycol, and polyethylene glycol, and nitrogen-containing types such as polyoxyethylene alkylamine. You may use these in mixture of 2 or more types.

界面活性剤の種類を変更することによりHOMの構造(細孔の大きさや形、結晶構造など)を制御することができるので、結晶構造の秩序性が高くBET比表面積が大きい細孔密度の大きなHOMを形成できる界面活性剤が好適である。たとえば、ポリオキシエチレン(10)セチルエーテル(Brij56:C16H33(OCH2CH2)10OH、C16EO10)、トリブロック共重合体界面活性剤(たとえば、pluronic(登録商標)P123:EO20PO70EO20、Pluronic(登録商標)F108:EO141PO44O141)を用いることができる。Brij56:TMOS=0.5の重量比の混合により、立方晶構造Pm3nが得られ、P123:TMOS=0.7〜0.8の重量比の混合により、立方晶構造Ia3dが得られ、F108:TMOS=0.7の重量比の混合により、立方晶構造Im3mケージ状シリカ構造が得られる。 The HOM structure (pore size, shape, crystal structure, etc.) can be controlled by changing the type of surfactant, so the crystal structure is highly ordered, the BET specific surface area is large, and the pore density is large. A surfactant capable of forming HOM is preferred. For example, polyoxyethylene (10) cetyl ether (Brij56: C16H33 (OCH2CH2) 10OH, C16EO10), triblock copolymer surfactant (eg, pluronic® P123: EO20PO70EO20, Pluronic® F108: EO141PO44O141) ) Can be used. Mixing with a weight ratio of Brij56: TMOS = 0.5 gives a cubic structure Pm3n, mixing with a weight ratio of P123: TMOS = 0.7-0.8 gives a cubic structure Ia3d, F108: weight ratio of TMOS = 0.7 To obtain a cubic structure Im3m cage silica structure.

図2は、HOM(立方晶Im3m)シリカ・モノリスの合成方法を示す図である。HOMシリカ・モノリスはコポリマー界面活性剤F108(EO141PO44EO141)を用いて瞬間直接鋳型法を採用することにより合成された。通常、立方晶Im3m (HOM)ケージ状メソ細孔を持つメソポーラスシリカモノリスは、F108/テトラメチルオルトケイ酸(TMOS)混合相にドデカンをドデカン:F108:TMOS=1:2.8:4の比率で付加することによって形成されたマイクロエマルジョン相を使って作製された。このHOMSは白い粉末状の固体である。 FIG. 2 shows a method for synthesizing HOM (cubic Im3m) silica monolith. The HOM silica monolith was synthesized by employing the instantaneous direct template method with the copolymer surfactant F108 (EO 141 PO 44 EO 141 ). Typically, mesoporous silica monoliths with cubic Im3m (HOM) cage-like mesopores add dodecane to the F108 / tetramethylorthosilicate (TMOS) mixed phase in a ratio of dodecane: F108: TMOS = 1: 2.8: 4. Was made using a microemulsion phase formed by This HOMS is a white powdery solid.

次に、第2段階で、ストロンチウムイオン吸着性化合物をHOMに担持させる。この段階では、ストロンチウムイオン吸着性化合物にはストロンチウムイオンは(他のイオンも)吸着されていない。(ストロンチウムイオンを吸着していないことを示す用語として「ストロンチウムイオン吸着性化合物」と称する。本発明に用いられるストロンチウムイオン吸着性化合物として、イオン錯体、無機化合物や有機化合物がある。セルロース、タンパク質などのストロンチウムイオン吸着性化合物も含まれる。金属錯体として、無機および有機の金属錯体や金属カルボニル化合物、金属クラスターや有機金属化合物が挙げられる。また、キレート化合物も含まれる。基本的には、ストロンチウム(イオン)を吸着できる化合物であって、HOMに担持でき、化学処理により、目標元素であるストロンチウム以外のイオンを遊離でき、その後に他の化学処理により目標元素であるストロンチウムを遊離できる化合物である。ストロンチウムイオン吸着性化合物は、化学的にはたとえばOH基を介してHOMシリカに強固に結合している。 Next, in the second step, the strontium ion-adsorbing compound is supported on the HOM. At this stage, strontium ions (and other ions) are not adsorbed to the strontium ion adsorbing compound. (The term “strontium ion-adsorbing compound” is used to indicate that strontium ions are not adsorbed. Examples of the strontium ion-adsorbing compound used in the present invention include ion complexes, inorganic compounds, and organic compounds. Cellulose, protein, etc. The metal complexes include inorganic and organic metal complexes, metal carbonyl compounds, metal clusters and organometallic compounds, and chelate compounds.Basically, strontium ( A compound capable of adsorbing ions to the HOM, capable of releasing ions other than the target element strontium by chemical treatment, and then releasing the target element strontium by another chemical treatment. Strontium ion adsorption Compounds are strongly bonded to the HOM silica chemically, for example, via the OH groups.

ストロンチウムイオン吸着性化合物は、回収しようとする目標元素イオンであるストロンチウムイオンを選択的にしかも多量に吸着する化合物が望ましい。たとえば、ストロンチウムイオンに対して選択的に結合するキレート化合物やその他の化合物が挙げられる。ストロンチウムを含む各種のイオン(カチオンやアニオン)や界面活性剤などが溶解したストロンチウムイオン溶解溶液のpH値や温度や濃度などを調整すれば、ストロンチウムイオン吸着性化合物に目標(金属)元素であるストロンチウム(イオン)を選択的にしかも優先的に多量に吸着できる。また、キレート化合物等の化合物は、非常に微量の(たとえば、ppbオーダー)ストロンチウムを選択的に吸着することができるので、ストロンチウムイオン溶解溶液中に含まれるストロンチウムイオンの量が少なくても、効率的に選択的にストロンチウムイオンを吸着する。 The strontium ion-adsorptive compound is desirably a compound that selectively adsorbs strontium ions, which are target element ions to be recovered, in a large amount. For example, chelate compounds and other compounds that selectively bind to strontium ions can be used. By adjusting the pH value, temperature, concentration, etc. of a strontium ion-dissolved solution in which various ions (cations and anions) containing strontium and surfactants are dissolved, strontium, a target (metal) element, is added to the strontium ion-adsorbing compound. (Ions) can be selectively and preferentially adsorbed in large quantities. Further, since a compound such as a chelate compound can selectively adsorb a very small amount (for example, ppb order) of strontium, it is efficient even if the amount of strontium ions contained in the strontium ion solution is small. Selectively adsorb strontium ions.

たとえば、我々は、4−(2−ジアゼニル−1,3,4−チアジアゾル)−6−ドデシルレゾルシノール{4-(2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole)-6-dodecylresorcinol (DTDR)}(以下レセプターDTDRとも称する)の化合物がストロンチウムイオンを選択的に優先的に吸着することを見出した。(レセプター(receptor)とは本来「受容体」という生物学的用語であるが、本出願では特定元素(ストロンチウム)イオンを吸着する(ストロンチウム)イオン吸着性化合物という意味でレセプターという用語を用いることもある。) For example, we have 4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol (DTDR)} ( It was found that the compound (hereinafter also referred to as receptor DTDR) selectively adsorbs strontium ions preferentially. (Receptor is originally a biological term “receptor”, but in this application, the term “receptor” may be used to mean an adsorbing compound that adsorbs a specific element (strontium) ion. is there.)

このレセプターDTDRは後述するように、溶液を特定のpH値に調節したストロンチウムイオンを含有した溶液(ストロンチウムイオン溶解溶液)にレセプターDTDRを担持したHOMシリカを浸漬すると、レセプターDTDRは他のpH値の溶液における場合よりも大量にしかも選択的にストロンチウムイオンを吸着する。ストロンチウムイオンの吸着量が増していくとレセプターDTDRを担持したHOMシリカの色が薄い茶色から段々色が濃くなっていき、茶色(ストロンチウムイオン濃度1ppm)濃い茶色(ストロンチウムイオン濃度5ppm)へと変化していく。色調と吸着されたストロンチウムイオン濃度とは相関関係にあるので、色調からストロンチウムイオン濃度を知ることができる。すなわち比色分析が可能である。特にppb〜ppmレベルの微量なストロンチウムでも吸着でき、その結果色調変化が生じるので正確な濃度を検出できる。選択的にという意味は、ストロンチウムイオンおよびその他の種々のイオン(カチオンやアニオン)や界面活性剤等を含む溶液にこれらのレセプターDTDRを担持したHOMシリカ(HOM−DTDR)を浸漬すると、ストロンチウムイオンだけを吸着し、他の種々のイオンは殆ど吸着しないということを意味している。すなわち、レセプターDTDRを担持したHOMシリカ(HOM−DTDR)は、ストロンチウムイオン吸着の選択性が極めて優れている。 As will be described later, when this receptor DTDR is immersed in a solution containing strontium ions whose solution is adjusted to a specific pH value (strontium ion dissolving solution) and HOM silica supporting the receptor DTDR is immersed, the receptor DTDR has other pH values. Strontium ions are adsorbed in a larger amount and selectively than in solution. As the amount of adsorbed strontium ions increases, the color of the HOM silica carrying the receptor DTDR gradually increases from light brown to brown (strontium ion concentration 1 ppm) and dark brown (strontium ion concentration 5 ppm). To go. Since the color tone and the adsorbed strontium ion concentration have a correlation, the strontium ion concentration can be known from the color tone. That is, colorimetric analysis is possible. In particular, even a very small amount of strontium at the ppb to ppm level can be adsorbed, resulting in a change in color tone, so that an accurate concentration can be detected. By selectively immersing HOM silica (HOM-DTDR) carrying these receptor DTDRs in a solution containing strontium ions and other various ions (cations and anions) and surfactants, only strontium ions This means that the other various ions are hardly adsorbed. That is, HOM silica carrying a receptor DTDR (HOM-DTDR) has extremely excellent selectivity for strontium ion adsorption.

また、ストロンチウムイオン吸着後の光吸収スペクトルからもストロンチウムイオン濃度を測定できる。すなわち、レセプターDTDRを担持したHOMシリカはストロンチウムイオン濃度検出センサーでもある。このレセプターDTDRを担持したメソポーラスシリカ(HOM−DTDR)は、ストロンチウムイオンを吸着すると紫外可視分光法において450nm〜500nmの波長を持つ可視光にストロンチウム吸着に基づく吸収ピークを示し、この波長域の吸収率とストロンチウムイオン濃度とは相関関係があるので、キャリブレーションカーブを事前に作っておくことにより、ストロンチウムイオンを吸着したHOM−DTDRの紫外可視分光法における当該波長の吸収率データから、このHOMS−DTDR−Srのストロンチウムイオン濃度を知ることができる。しかもこのHOMS−DTDR−Srは溶液中のストロンチウムイオンを選択的に吸着するとともに、他の含有イオンはほとんど吸着しないので、非常に感度の良いストロンチウムイオンコレクターおよび濃度センサーとなる。特にppb〜ppmレベルの微量なストロンチウムでも吸着でき、その結果スペクトル変化が生じるので正確な濃度を検出できる。 The strontium ion concentration can also be measured from the light absorption spectrum after strontium ion adsorption. That is, HOM silica carrying the receptor DTDR is also a strontium ion concentration detection sensor. This mesoporous silica (HOM-DTDR) carrying the receptor DTDR shows an absorption peak based on strontium adsorption in visible light having a wavelength of 450 nm to 500 nm in UV-visible spectroscopy when strontium ions are adsorbed. Since the strontium ion concentration has a correlation, by making a calibration curve in advance, the HOMS-DTDR is obtained from the absorption data of the wavelength in the UV-visible spectroscopy of HOM-DTDR that has adsorbed strontium ions. -The strontium ion concentration of Sr can be known. Moreover, this HOMS-DTDR-Sr selectively adsorbs strontium ions in the solution and hardly adsorbs other contained ions, so that it becomes a very sensitive strontium ion collector and concentration sensor. In particular, even a very small amount of strontium at the ppb to ppm level can be adsorbed, resulting in a change in spectrum, so that an accurate concentration can be detected.

他のストロンチウムイオン吸着性化合物の例として、クロロホスホナゾ3(Chlorophosphonazo-III)があり、他のストロンチウムイオン吸着性化合物も随時発見されるであろう。これらのストロンチウムイオン吸着性化合物のうちの1つまたは2以上の化合物をHOMSに担持して、所望の特性を有するHOMS−レセプターを作製することができる。これらの化合物はストロンチウム(イオン)をその環状分子構造内および/または環状分子間の間に取り込んで、ストロンチウム(イオン)を吸着(収集)する。従って、これらのストロンチウムイオン吸着性化合物はキレート錯体であると言える。これらのストロンチウムイオン吸着性化合物は、他の陰イオンや陽イオン(アルカリ土類族金属等の金属イオンを含む)も殆ど吸着しないので、極めて選択性が高い化合物である。ストロンチウム(イオン)はこれらの化合物と共有接合して吸着(結合)されていると考えられる。 An example of another strontium ion-adsorbing compound is Chlorophosphonazo-III, and other strontium ion-adsorbing compounds will be discovered from time to time. One or more of these strontium ion-adsorbing compounds can be supported on HOMS to produce a HOMS-receptor having the desired properties. These compounds adsorb (collect) strontium (ions) by incorporating strontium (ions) within and / or between the ring molecules. Therefore, it can be said that these strontium ion adsorbing compounds are chelate complexes. These strontium ion adsorbing compounds are compounds with extremely high selectivity because they hardly adsorb other anions and cations (including metal ions such as alkaline earth group metals). It is considered that strontium (ion) is adsorbed (bonded) to these compounds through covalent bonding.

このようなストロンチウムイオン吸着性化合物をHOMに担持(修飾)させる方法(複合化法とも呼ぶ)として種々の方法が挙げられる。たとえば、HOMに保持されるべきストロンチウムイオン吸着性化合物が中性である場合には、試薬含浸法(REACTIVE & FUNCTIONAL POLYMERS,49,189(2001)など)が用いられ、陰イオン性である場合には、陽イオン交換法が用いられ、陽イオン性である場合には陰イオン交換法が用いられる。これらの複合化法は、特別の条件や操作ではなく、既知の一般的な技術分野に属するものである。したがって、これらの一般的な技術分野の詳細については、当該固体吸着分野に関する総説、文献などを参照することができる。 There are various methods as a method (also referred to as a composite method) for supporting (modifying) such a strontium ion adsorbing compound on the HOM. For example, when the strontium ion-adsorbing compound to be held in the HOM is neutral, a reagent impregnation method (REACTIVE & FUNCTION POLYMERS, 49, 189 (2001), etc.) is used, and it is anionic. The cation exchange method is used, and if it is cationic, the anion exchange method is used. These compounding methods belong to known general technical fields, not special conditions and operations. Therefore, for the details of these general technical fields, it is possible to refer to reviews, literatures and the like regarding the solid adsorption field.

たとえば、メソポーラスシリカを陽イオン性有機試薬(たとえば、陽イオン性シリル化剤)を用いて表面処理し、そのメソポーラスシリカに陽イオン性官能基を付与し、次いで、この陽イオン性メソポーラスシリカと陰イオン性ストロンチウムイオン吸着性化合物の水溶液やアルコール溶液とを接触させ、ストロンチウムイオン吸着性化合物をメソポーラスシリカ内に吸着させる方法、メソポーラスシリカとストロンチウムイオン吸着性化合物の有機溶媒溶液とを接触させ、有機溶媒だけをろ過あるいは蒸留などにより取り除くことで、ストロンチウムイオン吸着性化合物をメソポーラスシリカ内に物理的に吸着させて担持する方法、メソポーラスシリカをチオール基を持つシリル化剤を用いて表面処理し、次いで、生成する表面のチオール基を酸化処理することで、そのメソポーラスシリカに陰イオン性官能基を付与し、この陰イオン性メソポーラスシリカと陽イオン性金属吸着性化合物の水溶液とを接触させ、ストロンチウムイオン吸着性化合物をメソポーラスシリカ内に吸着させる方法、あらかじめストロンチウムイオン吸着性化合物を細孔内および表面に充填した後に、これを陽イオン性有機試薬の有機溶媒溶液で処理して、ストロンチウムイオン吸着性化合物を細孔内および表面に固定する方法、ストロンチウムイオン吸着性化合物と陽イオン性有機試薬をあらかじめ混合し、得られた試薬複合体の有機溶媒溶液と該シリカとを接触させ、有機溶媒だけをろ過あるいは蒸留などにより取り除くことで、ストロンチウムイオン吸着性化合物を該シリカ内に担持する方法が使用される。 For example, mesoporous silica is surface-treated with a cationic organic reagent (for example, a cationic silylating agent) to impart a cationic functional group to the mesoporous silica, and then the cationic mesoporous silica and an anion are added. A method in which an aqueous solution or an alcohol solution of an ionic strontium ion adsorbing compound is contacted to adsorb the strontium ion adsorbing compound in mesoporous silica, an organic solvent solution in which the mesoporous silica and the strontium ion adsorbing compound are contacted, and an organic solvent Is removed by filtration or distillation, and the strontium ion-adsorbing compound is physically adsorbed and supported in mesoporous silica, the mesoporous silica is surface-treated using a silylating agent having a thiol group, Generated surface thiol By oxidizing the mesoporous silica, an anionic functional group is added to the mesoporous silica, and the anionic mesoporous silica is contacted with an aqueous solution of a cationic metal-adsorbing compound so that the strontium ion-adsorbing compound is contained in the mesoporous silica. The strontium ion-adsorbing compound is previously filled in the pores and on the surface, and then treated with an organic solvent solution of a cationic organic reagent, so that the strontium ion-adsorbing compound is placed in the pores and on the surface. Method of immobilization, by mixing strontium ion adsorbing compound and cationic organic reagent in advance, contacting the organic solvent solution of the obtained reagent complex with the silica, and removing only the organic solvent by filtration or distillation The method of supporting a strontium ion-adsorbing compound in the silica is used. It is.

たとえば、レセプタークロロホスホナゾ3(CPP)をHOMSに担持させるには、2段階担持工程を用いる。すなわち、最初に臭化ジメチルアンモニウムジラウリル{dilauryl dimethyl ammonium bromide (DDAB)}を使って、HOM細孔表面を官能化し、HOMS−DDABを作製する。次にレセプタークロロホスホナゾ3(CPP)溶解溶液中にHOMS-DDABを添加して、HOMS−DDABのDDAB上にCPPを担持(修飾)させて、HOMS−DDAB−CPP{HOMS−DDAB(CPP)とも記載}を作製する。レセプターDTDRをHOMに担持させるには、レセプターDTDRをエタノールに溶解し、この溶液とHOMSを接触させて、HOMSへレセプターDTDRを含浸させる。このようにしてレセプターDTDRを高密度に整然と担持したHOMシリカ(HOMS−DTDR)が完成する。尚アルコールや水分等の液分を蒸発(加熱や真空引き等)させてさらに乾燥することによりレセプターCPP{DDAB(CPP)}やDTDRを担持したHOMシリカを高純度の固体状態(粉末)で効率良く作製できる。また、結晶構造の秩序性が高くBET比表面積が大きいポーラス(細孔)密度の大きなHOMシリカほど、多くのレセプターが規則的にHOMシリカの表面および細孔内壁に担持される。たとえば、好適には、立方晶構造Im3m、Pm3n、Fm3m、Ia3d、六方晶構造P6mなどの構造が広範囲に形成されたHOMシリカにレセプターCPP{DDAB(CPP)}やDTDR等のストロンチウムイオン吸着性化合物を吸着させる。 For example, a two-step loading process is used to load the receptor chlorophosphonazo 3 (CPP) on HOMS. That is, first, HOMS-DDAB is prepared by functionalizing the HOM pore surface using dilauryl dimethyl ammonium bromide (DDAB). Next, HOMS-DDAB is added to the receptor chlorophosphonazo 3 (CPP) solution so that CPP is supported (modified) on DDAB of HOMS-DDAB, and HOMS-DDAB-CPP {HOMS-DDAB (CPP) Are also described}. In order to support the receptor DTDR on the HOM, the receptor DTDR is dissolved in ethanol, this solution is brought into contact with HOMS, and the receptor DTDR is impregnated into the HOMS. In this way, HOM silica (HOMS-DTDR) in which receptor DTDR is regularly and densely supported is completed. Efficient HOM silica loaded with receptor CPP {DDAB (CPP)} and DTDR in a high-purity solid state (powder) by evaporating (drying, heating, vacuuming, etc.) liquids such as alcohol and moisture. Can be produced well. In addition, the larger the porous (pore) density of the HOM silica, the higher the order of the crystal structure and the higher the BET specific surface area, the more receptors are regularly supported on the surface of the HOM silica and the inner walls of the pores. For example, preferably, a strontium ion-adsorptive compound such as receptor CPP {DDAB (CPP)} or DTDR on HOM silica having a wide range of structures such as cubic structures Im3m, Pm3n, Fm3m, Ia3d, hexagonal structure P6m, etc. To adsorb.

ストロンチウムイオン吸着性化合物単独でも当然選択的に目標元素であるストロンチウムイオンを吸着できるが、ストロンチウムイオン吸着性化合物は凝集等するため、ストロンチウムイオン吸着が可能な官能基を有効に利用することができない。すなわち、凝集された(たとえば、粒子状の)ストロンチウムイオン吸着性化合物物質の表面に存在する官能基に目標元素であるストロンチウムイオンが吸着しても、拡散または浸透によりストロンチウムイオン吸着性化合物内部のストロンチウムイオン濃度は距離(の2乗)に対して指数関数的に減少するから、その粒子状物質の内部にあるストロンチウムイオン吸着性化合物の官能基全部にストロンチウムイオンが吸着することは困難である。また、仮にその粒子状物質の内部にあるストロンチウムイオン吸着性化合物の官能基にストロンチウムイオンが吸着したとしても、その吸着したストロンチウムイオンを取り出す(遊離するまたは逆抽出する)ことが難しいという問題がある。かなりの時間をかければ粒子状物質の内部にストロンチウムイオンを拡散させ、さらに取り出すことも可能であるが、長時間をかけてストロンチウムイオンを粒子状物質の内部を移動させることは生産性が悪く工業的には利用できない。 Naturally, the strontium ion-adsorbing compound alone can selectively adsorb strontium ions, which are target elements, but the strontium ion-adsorbing compound aggregates and cannot effectively use a functional group capable of adsorbing strontium ions. That is, even if the target element strontium ion is adsorbed to the functional group present on the surface of the aggregated (eg, particulate) strontium ion adsorbing compound substance, strontium inside the strontium ion adsorbing compound is diffused or permeated. Since the ion concentration decreases exponentially with respect to the distance (square), it is difficult for strontium ions to be adsorbed to all the functional groups of the strontium ion adsorbing compound inside the particulate matter. In addition, even if strontium ions are adsorbed to the functional group of the strontium ion adsorbing compound inside the particulate matter, it is difficult to take out (free or back-extract) the adsorbed strontium ions. . It is possible to diffuse strontium ions inside the particulate matter and take it out for a long time, but moving strontium ions inside the particulate matter over a long period of time results in poor productivity and Cannot be used.

これに対して、メソポーラスシリカは、細孔表面積が非常に大きく高度に秩序化した配向構造を持つので、メソポーラスシリカの表面および細孔内壁にストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したものは、ストロンチウムイオン吸着性化合物が整然と配列して結合しているので、ストロンチウムイオン吸着性化合物のストロンチウムイオン吸着率が非常に高くなる。すなわち、ストロンチウムイオン吸着性化合物の1分子ずつがストロンチウムイオン吸着に利用できる。ストロンチウムイオン溶解溶液や遊離(逆抽出)溶液は、メソポーラスシリカの表面や細孔へ容易に速やかに侵入していくので、HOMSに担持されたストロンチウムイオン吸着性化合物(の反応基)と容易に、しかも速やかに接触する。このことは、HOMSに担持されたストロンチウムイオン吸着性化合物がストロンチウムイオン溶解溶液と接触するとストロンチウムイオンを速やかに吸着するということを意味する。また、吸着されたストロンチウムイオンを遊離するときも遊離溶液と接触すれば吸着されたストロンチウムイオンが速やかに遊離されるということも意味するので、ストロンチウムイオンの吸着(収集)および遊離(分離)が非常に効率的に進行し、その結果として生産性が飛躍的に向上する。 On the other hand, mesoporous silica has a very large pore surface area and a highly ordered orientation structure. Therefore, a strontium ion adsorbing compound with strontium ion adsorbing compounds supported on the surface of the mesoporous silica and the inner wall of the pore Since the active compound is arranged in an orderly manner and bound, the strontium ion adsorption rate of the strontium ion adsorbing compound becomes very high. That is, each molecule of the strontium ion adsorbing compound can be used for strontium ion adsorption. The strontium ion dissolution solution and the free (back extraction) solution easily and quickly enter the surface and pores of the mesoporous silica, so it can be easily combined with the strontium ion adsorbing compound (reactive group) supported by HOMS. In addition, contact quickly. This means that the strontium ion-adsorbing compound supported on HOMS adsorbs strontium ions quickly when it comes into contact with the strontium ion solution. It also means that when adsorbed strontium ions are released, the adsorbed strontium ions are rapidly released if they come into contact with the free solution. Therefore, adsorption (collection) and release (separation) of strontium ions are extremely As a result, productivity is dramatically improved.

たとえば、キレート樹脂単独の場合には、キレート樹脂の表面において、表面原子がすべて有効にキレート(官能基)を持った状態にはならず、原子的には離散的にキレートの反応端がある状態となっている。キレート樹脂単独でストロンチウムイオンを吸着する時も、キレート樹脂のどの部分につくか制御できない。また、ストロンチウムイオン溶解溶液と接触した部分のキレート官能基にはストロンチウムイオンが吸着(抽出とも言う)されると予想されるが、ストロンチウムイオン溶解溶液が浸透しにくいキレート樹脂内部ではストロンチウムイオンは殆ど吸着されないと考えられる。すなわち、ストロンチウムイオン吸着効率が非常に悪い。さらにキレート樹脂に吸着したストロンチウムイオンを遊離するとき(逆抽出とも言う)も、キレート樹脂内部に吸着したストロンチウムイオンを取り出すことも困難となる。 For example, in the case of a chelate resin alone, the surface atoms do not all have a chelate (functional group) effectively on the surface of the chelate resin, and the chelate reaction ends are discrete in atoms. It has become. When adsorbing strontium ions with a chelating resin alone, it is impossible to control which part of the chelating resin is attached. In addition, strontium ions are expected to be adsorbed (also referred to as extraction) to the chelate functional group in contact with the strontium ion-dissolved solution, but almost no strontium ions are adsorbed inside the chelate resin that is difficult to penetrate the strontium ion-dissolved solution. It is thought that it is not done. That is, the strontium ion adsorption efficiency is very poor. Furthermore, when releasing strontium ions adsorbed on the chelate resin (also referred to as back extraction), it becomes difficult to take out the strontium ions adsorbed inside the chelate resin.

このキレート樹脂を繰り返し利用するときも、キレート樹脂中の残存物等の影響により、ストロンチウムイオンの抽出・逆抽出の効率がどんどん悪くなり、繰り返し使用でキレート樹脂の性能が大幅に劣化してしまう。これに対して、キレート樹脂をHOMに担持したものは、HOMの大きな比表面積と整列した原子配列を使って、キレート官能基をHOMの表面上に広範囲に形成することができる。言い換えれば、HOMではキレートの反応端はほぼ同一の性状になる。しかも、従来のキレート樹脂単独では実現できないほどに、HOM表面および細孔内壁に多量にキレートの反応端を有する。そのキレート官能基がストロンチウムイオンもしくはストロンチウムイオンを含む錯体イオンを選択的に捕獲するので、ストロンチウムイオンの吸着効率が非常に高くなる。また、その捕獲されたストロンチウムイオンもしくはストロンチウムイオンを含む錯体イオンを逆抽出で取り出すことも容易に可能となる。さらに、キレート樹脂単独で使用した場合には樹脂そのものの物理的および/または化学的強度が不十分であるため、キレート樹脂の繰り返し使用による劣化が大きいが、キレート樹脂をHOMに担持したものは、その骨格たるHOMの物理的および/または化学的強度が十分であるため、繰り返し使用による劣化が小さく、繰り返して使用すること、すなわち何回でもリユースすることができる。 Even when this chelate resin is repeatedly used, the efficiency of extraction and back-extraction of strontium ions becomes worse due to the influence of the residue in the chelate resin, and the performance of the chelate resin is greatly deteriorated by repeated use. On the other hand, those in which a chelate resin is supported on a HOM can form a chelate functional group on the surface of the HOM in a wide range using an atomic arrangement aligned with the large specific surface area of the HOM. In other words, the reaction end of the chelate is almost the same in HOM. In addition, the reaction end of the chelate is so large on the HOM surface and the inner wall of the pore that the conventional chelate resin alone cannot be realized. Since the chelate functional group selectively captures strontium ions or complex ions containing strontium ions, the adsorption efficiency of strontium ions becomes very high. In addition, the trapped strontium ions or complex ions containing strontium ions can be easily extracted by back extraction. Furthermore, when the chelate resin is used alone, the physical and / or chemical strength of the resin itself is insufficient, so the deterioration due to repeated use of the chelate resin is large. Since the physical and / or chemical strength of the HOM as the skeleton is sufficient, deterioration due to repeated use is small, and it can be used repeatedly, that is, reused any number of times.

第3段階では、ストロンチウムイオンを含む各種のイオン(カチオンやアニオン)や界面活性剤等が溶解した水溶液(これをストロンチウムイオン溶解溶液という)を準備する。このストロンチウムイオン溶解溶液は、たとえば放射性ストロンチウムを含む原子力施設の冷却液や廃液は排液、あるいは原子力施設等から飛散した放射性ストロンチウムが生活用水や生活排水に溶解した溶液である。このような溶液には、ストロンチウムの外に各種の金属イオン等のカチオンや種々のアニオンや界面活性剤等様々なイオンが溶け込んでいる。もし、この溶液に固形分が含まれていれば、事前に取り除くことが望ましい。何故なら、この溶液に浸漬するHOM−MCプローブは固体なので、これと固形分が混合してしまうからである。 In the third stage, an aqueous solution in which various ions (cations and anions) including strontium ions, a surfactant and the like are dissolved (this is called a strontium ion-dissolved solution) is prepared. This strontium ion-dissolved solution is, for example, a solution obtained by dissolving radioactive strontium-containing radioactive strontium in a domestic water or a domestic wastewater, or a radioactive strontium scattered from a nuclear facility or the like. In such a solution, various ions such as cations such as various metal ions and various anions and surfactants are dissolved in addition to strontium. If this solution contains solids, it is desirable to remove it in advance. This is because the HOM-MC probe immersed in this solution is a solid, and this is mixed with the solid content.

従って、この溶液から固形分を除いた溶液がストロンチウムイオン溶解溶液である。ストロンチウムイオン溶解溶液中にストロンチウムイオン吸着性化合物(これをMCとする)を高密度に担持したHOM(以下、HOM−MCとも言う)を浸漬等してストロンチウムイオン溶解溶液とHOM−MCと接触させる。この接触により、HOM−MCにストロンチウムイオンが吸着される。(これをHOM−MC−Sr−M(Sr:目標元素であるストロンチウム(Sr)、M:ストロンチウム以外の吸着されたイオンとする。)ストロンチウムイオン吸着性化合物は、一定の条件(pH値、温度、濃度等)下で目標元素であるストロンチウムイオンを選択的にかつ優先的に吸着するので、その条件下のストロンチウムイオン溶解溶液中にストロンチウムイオン吸着性化合物を浸漬すれば、目標元素であるストロンチウムだけを吸着したHOM(すなわち、HOM−MC−Sr)を得ることができる。 Therefore, a solution obtained by removing solids from this solution is a strontium ion dissolving solution. A strontium ion-dissolved solution is contacted with the strontium ion-dissolved solution by immersing HOM (hereinafter also referred to as HOM-MC) carrying a strontium ion-adsorbing compound (this is referred to as MC) at a high density in the strontium ion-dissolved solution. . By this contact, strontium ions are adsorbed on the HOM-MC. (This is HOM-MC-Sr-M (Sr: target element strontium (Sr), M: adsorbed ions other than strontium.)) Strontium ion adsorbing compounds under certain conditions (pH value, temperature Strontium ions, which are the target elements, are selectively and preferentially adsorbed under the conditions such as strontium ions, so that if the strontium ion-adsorbing compound is immersed in a strontium ion dissolving solution under the conditions, only the strontium that is the target element Can be obtained.

たとえば、ストロンチウムイオンを最も良く吸着するpH値に調整されたストロンチウムイオン溶解溶液にHOM−MCを接触(浸漬を含む)させ、HOM-MCにストロンチウムイオンを選択的に大量に吸着することができる。しかし、条件などの多少の変動によりわずかの他のイオンMが吸着される可能性もあるので、ストロンチウムイオン溶解溶液中の目標元素であるストロンチウム以外のイオンをあらかじめ少なくしておくことにより、ストロンチウム以外のイオンMの吸着量が非常に少ないHOM−MC−Sr−Mが得られる。たとえば、ストロンチウムイオン溶解溶液中のpH調整や化学処理等を行いストロンチウムイオン以外のイオンを析出沈殿させ除去しておくなどの方法がある。あるいは、ストロンチウムイオンは少なくとも吸着しない化合物(これも適当なHOM−MCを作製すれば良い。)を用いてストロンチウムイオン以外のイオンを析出沈殿させ除去しておくという方法もある。 For example, HOM-MC can be brought into contact (including immersion) with a strontium ion-dissolved solution adjusted to a pH value that best adsorbs strontium ions, so that a large amount of strontium ions can be selectively adsorbed on HOM-MC. However, there is a possibility that a small amount of other ions M may be adsorbed due to slight fluctuations in conditions, etc., so by reducing the number of ions other than strontium, which is the target element, in the strontium ion dissolution solution in advance, other than strontium HOM-MC-Sr-M with a very small amount of adsorption of ions M can be obtained. For example, there is a method of precipitating and removing ions other than strontium ions by adjusting pH in a strontium ion solution or chemical treatment. Alternatively, there is also a method in which ions other than strontium ions are precipitated and removed using a compound that does not adsorb at least strontium ions (which may be prepared as appropriate HOM-MC).

上述のレセプターCPPの場合、ストロンチウムイオン溶解溶液をpH=10.0〜12.0、好適にはpH=10.5〜11.5に調節することにより、ストロンチウムイオンをHOM-MC{HOM−DDAB(CPP)}に効率的に吸着させることができる。また、上述のレセプターDTDRの場合、ストロンチウムイオン溶解溶液をpH=7.0〜11.0、好適にはpH=8.0〜10.5、もっと好適にはpH=9.0〜10.0に調節することにより、ストロンチウムイオンをHOM-MC(HOM−DTDR)に効率的に吸着させることができる。尚、エタノールや水分等の液分を蒸発(加熱や真空引き等)させてさらに乾燥することによりストロンチウムイオンを吸着したHOMシリカを高純度の固体状態(粉末)で効率良く収集できる。 In the case of the above-mentioned receptor CPP, strontium ions can be efficiently converted to HOM-MC {HOM-DDAB (CPP)} by adjusting the strontium ion solution to pH = 10.0 to 12.0, preferably pH = 10.5 to 11.5. Can be adsorbed. In the case of the above-mentioned receptor DTDR, the strontium ion solution is adjusted to pH = 7.0 to 11.0, preferably pH = 8.0 to 10.5, more preferably pH = 9.0 to 10.0, so that the strontium ion is converted to HOM-MC. (HOM-DTDR) can be adsorbed efficiently. It should be noted that HOM silica adsorbing strontium ions can be efficiently collected in a high-purity solid state (powder) by evaporating (heating, vacuuming, etc.) and then further drying a liquid such as ethanol or moisture.

第4段階では、目標元素であるストロンチウムイオンを含むイオンを吸着したHOM−MC−Sr−Mを、目標元素であるストロンチウムイオン以外のイオンを遊離できる溶液中に浸漬して、目標元素であるストロンチウムイオン以外のイオンを除去してほぼ目標元素であるストロンチウムだけを吸着したHOM−MC−Srとする。或いは、pH値や温度や溶液濃度などの条件調整により目標元素であるストロンチウム以外のイオンを除去してHOM−MC−Srにできる場合もある。尚、目標元素であるストロンチウム以外のイオンの吸着が非常に少ない場合(このときは、最初からHOM−MC−Srである)や、目標元素であるストロンチウムだけを遊離できる方法があれば、第4段階は省略することもできる。たとえば、上述したレセプターCPPを担持したHOM−DDAB(CPP)またはレセプターDTDRを担持したHOM−DTDR の場合には、Mを殆ど吸着しないので、すなわち、HOM−DDAB(CPP)、DTDR−Srの状態になっているので、第4段階は省略することが可能となる。 In the fourth stage, HOM-MC-Sr-M adsorbing ions containing strontium ions that are target elements is immersed in a solution that can release ions other than strontium ions that are target elements, and strontium that is target elements. Ions other than ions are removed to form HOM-MC-Sr that adsorbs only the target element, strontium. Alternatively, in some cases, HOM-MC-Sr can be obtained by removing ions other than strontium, which is the target element, by adjusting conditions such as pH value, temperature, and solution concentration. If there is very little adsorption of ions other than the target element strontium (in this case, HOM-MC-Sr from the beginning), or if there is a method that can release only the target element strontium, the fourth The stage can be omitted. For example, in the case of the above-mentioned HOM-DDAB (CPP) carrying the receptor CPP or HOM-DTDR carrying the receptor DTDR, M is hardly adsorbed, that is, the state of HOM-DDAB (CPP) and DTDR-Sr. Therefore, the fourth stage can be omitted.

第5段階では、ほぼ目標元素であるストロンチウムだけを吸着したHOM−MC−Srを、目標元素であるストロンチウムを溶解可能な溶液に浸漬して、目標元素であるストロンチウムイオンを溶解する。(溶離処理)或いは、pH値や温度や溶液濃度などの条件調整により目標元素であるストロンチウムイオンだけを遊離できる場合もある。或いは、目標元素であるストロンチウムイオンだけを遊離できる溶液に浸漬することにより、目標元素であるストロンチウムイオンを溶解できる。このような場合には、必ずしも目標元素であるストロンチウムイオンだけを吸着したHOM−MC−Srにする必要がない。この溶解液から目標元素であるストロンチウムイオンが遊離されたHOM−MCは固形物であるから、ろ過して取り除く。固形物として取り除かれたHOM−MCは再度使用可能である。 In the fifth stage, HOM-MC-Sr that has adsorbed almost only the target element strontium is immersed in a solution in which the target element strontium can be dissolved to dissolve the target element strontium ions. (Elution process) Alternatively, only the strontium ion, which is the target element, may be liberated by adjusting the conditions such as pH value, temperature, and solution concentration. Or the strontium ion which is a target element can be melt | dissolved by immersing in the solution which can release | release only the strontium ion which is a target element. In such a case, it is not always necessary to use HOM-MC-Sr that adsorbs only the target element strontium ions. The HOM-MC from which the target element strontium ions have been released from this solution is a solid and is removed by filtration. The HOM-MC removed as a solid can be used again.

また、溶離処理によりストロンチウムを溶解した溶離液から種々の方法(たとえば、溶融塩電解法や蒸留法)により、目標元素であるストロンチウムを分離すると目標元素であるストロンチウムを回収できる。すなわち、ストロンチウムが溶け込んだ環境水から目標元素であるストロンチウムを回収できた。この結果、固形物HOM−MCはろ過して再利用でき、第3段階において再び使用できる。尚、HOM−MCに目標(金属)元素であるストロンチウムを吸着してHOM−MC−Srにすることを目標元素であるストロンチウムの抽出と考えた場合に、この工程はHOM−MC−SrからSrを遊離してHOM−MCにするので逆抽出(工程)と言うこともできる。 Further, when strontium as the target element is separated from the eluent in which strontium is dissolved by the elution process by various methods (for example, molten salt electrolysis method or distillation method), strontium as the target element can be recovered. That is, the target element strontium was recovered from the environmental water in which strontium was dissolved. As a result, the solid HOM-MC can be filtered and reused and can be used again in the third stage. In addition, when strontium which is a target (metal) element is adsorbed to HOM-MC to make it HOM-MC-Sr, this process is performed from HOM-MC-Sr to Sr. Is released into HOM-MC, so it can be called back extraction (process).

以上述べた第1段階〜第5段階の工程を経ることにより、原子力施設等からの廃液や生活用水や環境水から得られた目標元素である放射性ストロンチウムを含むストロンチウムを溶解したストロンチウムイオン溶解溶液から、ストロンチウムイオン吸着性化合物を担持した高度に秩序化したHOMシリカ(HOMS)を用いて、目標元素であるストロンチウムを回収することができる。 From the strontium ion-dissolved solution in which strontium containing radioactive strontium, which is the target element obtained from the waste liquid from the nuclear facilities, the domestic water, and the environmental water, is obtained through the processes of the first stage to the fifth stage described above. The target element strontium can be recovered using highly ordered HOM silica (HOMS) carrying a strontium ion-adsorbing compound.

<HOM(立方晶Ia3d)シリカ・モノリスの合成>
図2は、HOM(立方晶Im3m)シリカ・モノリスの合成方法を示す図である。HOMシリカ・モノリスはコポリマー界面活性剤F108(EO141PO44EO141)を用いて瞬間直接鋳型法を採用することにより合成された。立方晶Im3m (HOM)ケージ状メソ細孔を持つメソポーラスシリカモノリスは、F108/オルトケイ酸テトラメチル(TMOS)混合相にドデカンをドデカン:F108:TMOS=1:2.8:4の比率で付加することによって形成されたマイクロエマルジョン相を使って作製された。
<Synthesis of HOM (cubic Ia3d) silica monolith>
FIG. 2 shows a method for synthesizing HOM (cubic Im3m) silica monolith. HOM silica monolith was synthesized by employing the instantaneous direct template method with copolymer surfactant F108 (EO 141 PO 44 EO 141 ). A mesoporous silica monolith with cubic Im3m (HOM) cage-like mesopores is obtained by adding dodecane to the F108 / tetramethyl orthosilicate (TMOS) mixed phase in a ratio of dodecane: F108: TMOS = 1: 2.8: 4. Made using the formed microemulsion phase.

すなわち、丸形フラスコ容器中に8.0gのテトラメチルオルトケイ酸(TMOS)および5.6gの界面活性剤F108を入れ、その中に2.0gのドデカンを加え、界面活性剤を完全に溶解させ、フラスコ容器は約50−60℃の温水中で5−10分間攪拌され、均質な透明溶液を得た。この均質混合溶液にロータリーエバポレーター中で、pH1.3の酸性水溶液(H2O-HCl)を4gを素早く添加し蒸発させると、TMOSの発熱加水分解および濃縮が急速に起こる。 That is, 8.0 g of tetramethylorthosilicate (TMOS) and 5.6 g of surfactant F108 are placed in a round flask container, and 2.0 g of dodecane is added therein to completely dissolve the surfactant. Was stirred in warm water at about 50-60 ° C. for 5-10 minutes to obtain a homogeneous clear solution. When 4 g of pH 1.3 acidic aqueous solution (H 2 O-HCl) is quickly added to this homogeneous mixed solution and evaporated, TMOS exothermic hydrolysis and concentration occur rapidly.

この発熱加水分解/濃縮反応はロータリーエバポレーターで排気中も継続するので、液体材料の粘性が増大し、生成した有色のゲル状物質が反応容器中に形成される。ロータリーエバポレーターで10分排気後に半透明のガラス状モノリスが収集され、オーブン中において45℃で1日乾燥された。その後450℃で8時間焼成することにより界面活性剤および水分が取り除かれ、白い粉末状のHOM(立方晶Im3m)シリカ・モノリスが作製された。 Since this exothermic hydrolysis / concentration reaction is continued in the exhaust by the rotary evaporator, the viscosity of the liquid material is increased, and the formed colored gel substance is formed in the reaction vessel. After evacuating for 10 minutes on a rotary evaporator, a translucent glassy monolith was collected and dried in an oven at 45 ° C. for 1 day. Thereafter, the surfactant and moisture were removed by baking at 450 ° C. for 8 hours, and a white powdery HOM (cubic Im3m) silica monolith was produced.

このHOMシリカ・モノリスは、窒素吸着/脱着等温線測定結果により、細孔サイズが7nmと非常に小さく、細孔体積が0.7cm/gであり、BET比表面積が700m/gと非常に大きい。また、X線回折パターンおよび電子顕微鏡解析により、HOMシリカ・モノリスは約15.7nmの格子定数を有する秩序化した立方晶構造(Im3m)を有することが分かった。このように上述の方法で作製したHOMシリカは、細孔サイズが非常に小さく比表面積が非常に大きな高度に秩序化したメソポーラスシリカである。 This HOM silica monolith has a very small pore size of 7 nm, a pore volume of 0.7 cm 3 / g, and a BET specific surface area of 700 m 2 / g, as measured by nitrogen adsorption / desorption isotherm. Big. Also, X-ray diffraction patterns and electron microscopic analysis revealed that HOM silica monolith has an ordered cubic structure (Im3m) having a lattice constant of about 15.7 nm. Thus, the HOM silica produced by the above-described method is a highly ordered mesoporous silica having a very small pore size and a very large specific surface area.

<放射性ストロンチウムの回収に使用されるレセプター(1)>
<4−(2−ジアゼニル−1,3,4−チアジアゾル)−6−ドデシルレゾルシノール{4-(2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole)-6-dodecylresorcinol (DTDR)}の作製>
図3は、レセプターDTDRの作製方法(反応式)およびストロンチウムを取り込んだDTDRの構造式を示す図である。約0.05モルの2−アミノ−1,3,4−チアジアゾル(2-amino-1,3,4-thiadiazol)を40mlのHClに溶解し、この溶液を0℃に冷却し、水に溶かした3.5gのNaNOをゆっくりと添加した。この反応の進行は、ヨードデンプン紙によってコントロールされた。最終的にジアゾニウム塩の溶液は、60mlの4NHClに溶けた6−ドデシルレゾルシノール(6-dodecylresorcinol)3.4gの充分に冷却された溶液にゆっくりと注がれた。この結果生じた溶液はその後0℃で30分間冷却され、180mlの水に溶かされた60gの酢酸ナトリウム溶液が添加された。このカップリング反応は2時間の間に0℃で行なわれた。析出物が生成し、この析出物は水洗された。この析出物がDTDRである。図3に示すように、このDTDRはストロンチウムを選択的に吸着することができるストロンチウムイオン吸着性化合物である。ストロンチウム(Sr)はDTDRの環状分子構造の中に取り込まれる。すなわち、DTDRはストロンチウムを優先的に吸着するキレート錯体である。また、ストロンチウムを分離(遊離)すれば元のDTDRに戻る。このようにストロンチウムとDTDRの吸着遊離反応は可逆的である。従って、レセプターDTDRは放射性ストロンチウムの回収に使用できる。
<Receptor (1) used for recovery of radioactive strontium>
<Preparation of 4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol (DTDR)}>
FIG. 3 is a diagram showing a production method (reaction formula) of the receptor DTDR and a structural formula of DTDR incorporating strontium. About 0.05 mol of 2-amino-1,3,4-thiadiazol is dissolved in 40 ml of HCl, the solution is cooled to 0 ° C. and dissolved in water. 3.5 g NaNO 2 was added slowly. The progress of this reaction was controlled by iodostarch paper. Finally, the diazonium salt solution was slowly poured into 3.4 g of a fully cooled solution of 6-dodecylresorcinol dissolved in 60 ml of 4N HCl. The resulting solution was then cooled at 0 ° C. for 30 minutes and 60 g sodium acetate solution dissolved in 180 ml water was added. This coupling reaction was carried out at 0 ° C. for 2 hours. A precipitate was formed, and this precipitate was washed with water. This precipitate is DTDR. As shown in FIG. 3, this DTDR is a strontium ion-adsorbing compound that can selectively adsorb strontium. Strontium (Sr) is incorporated into the cyclic molecular structure of DTDR. That is, DTDR is a chelate complex that preferentially adsorbs strontium. If strontium is separated (released), the original DTDR is restored. Thus, the adsorption / release reaction between strontium and DTDR is reversible. Thus, the receptor DTDR can be used to recover radioactive strontium.

<放射性ストロンチウムの回収に使用されるレセプター(2)>
レセプタークロロホスホナゾ3(Chlorophosphonazo−III)(以下、CPPと略すことがある)は工業的に製造されており容易に入手可能である。図4は、ストロンチウムを取り込んだレセプタークロロホスホナゾ3の構造式を示す図である。図4に示すように、このCPPはストロンチウムを選択的に吸着することができるストロンチウムイオン吸着性化合物である。ストロンチウム(Sr)はCPPの環状分子構造の中に取り込まれる。すなわち、CPPはストロンチウムを優先的に吸着するキレート錯体である。また、ストロンチウムを分離(遊離)すれば元のCPPに戻る。このようにストロンチウムとCPPの吸着遊離反応は可逆的である。従って、レセプタークロロホスホナゾは放射性ストロンチウムの回収に使用できる。
<Receptor (2) used for recovery of radioactive strontium>
Receptor chlorophosphonazo-3 (hereinafter abbreviated as CPP) is manufactured industrially and is readily available. FIG. 4 shows the structural formula of receptor chlorophosphonazo 3 incorporating strontium. As shown in FIG. 4, this CPP is a strontium ion-adsorbing compound that can selectively adsorb strontium. Strontium (Sr) is incorporated into the cyclic molecular structure of CPP. That is, CPP is a chelate complex that preferentially adsorbs strontium. If strontium is separated (released), the original CPP is restored. Thus, the adsorption / release reaction between strontium and CPP is reversible. Therefore, the receptor chlorophosphonazo can be used for the recovery of radioactive strontium.

<HOM−プローブ材料の合成(1)>
<HOM−DDAB−クロロホスホナゾ3(コレクター)の作製>
図5は、表面改質ステップを用いてクロロホスホナゾ3を担持したHOMを作製する方法を示す図である。実施例1において作製したHOMは、図5に示すように高度に秩序化した立方晶構造(Im3m)の表面を持っている。ストロンチウム吸着性化合物であるクロロホスホナゾ3(CPP)は、HOM上では安定して配置できないので、HOMに直接担持(修飾)することはできない。そこで、HOMにCPPを担持するまえに、HOMに臭化ジメチルアンモニウムジラウリル{dilauryl dimethyl ammonium bromide (DDAB)}を担持する。DDABは、正電荷を有するHOM細孔表面を活性化するために使われるカチオン性界面活性剤の一種である。この界面活性剤の役割は、HOM上でストロンチウムがCPPと容易に相互作用して結合するための中間介在化合物(中間調整剤)である。すなわち、CPPはDDABを介してHOMに担持される。
<Synthesis of HOM-probe material (1)>
<Preparation of HOM-DDAB-chlorophosphonazo 3 (collector)>
FIG. 5 is a diagram showing a method for producing a HOM carrying chlorophosphonazo 3 using a surface modification step. The HOM produced in Example 1 has a highly ordered cubic structure (Im3m) surface as shown in FIG. Since chlorophosphonazo 3 (CPP), which is a strontium-adsorbing compound, cannot be stably placed on the HOM, it cannot be directly supported (modified) on the HOM. Therefore, before supporting CPP on HOM, dimethylammonium dilauryl bromide (DDAB) is supported on HOM. DDAB is a type of cationic surfactant used to activate positively charged HOM pore surfaces. The role of this surfactant is an intermediate compound (intermediate regulator) for strontium to easily interact with and bind to the CPP on the HOM. That is, CPP is carried by HOM via DDAB.

CPPをDDABを介してHOMに担持させるために、我々は2段階担持工程を採用した。図5に示すように、第1に臭化ジメチルアンモニウムジラウリル{dilauryl dimethyl ammonium bromide (DDAB)}を使って、HOM細孔表面を官能化した。すなわち、1.0gのHOMに対して臭化ジメチルアンモニウムジラウリルの0.1Mエタノール溶液を使い、30分間攪拌した。この後、エタノールをロータリーエバポレーターによって蒸発し、固形物を水洗した後、650℃で6時間焼成した。 In order to load CPP onto HOM via DDAB, we adopted a two-step loading process. As shown in FIG. 5, the surface of the HOM pore was first functionalized using dilauryl dimethyl ammonium bromide (DDAB). That is, a 0.1M ethanol solution of dimethylammonium dilauryl bromide was used for 1.0 g of HOM and stirred for 30 minutes. Thereafter, ethanol was evaporated by a rotary evaporator, and the solid matter was washed with water and then calcined at 650 ° C. for 6 hours.

こうして、図5に示すようにHOMの高度に秩序化した表面および細孔内面にDDABが担持され、HOM−DDABが作製された。第2に、20mgのクロロホスホナゾ3が水30mlに溶解され、これに1.0gのHOM−DDABが添加され、12時間攪拌された。この後、この材料はろ過され、固体生成物は、溶出が全く観察されなくなるまで洗浄された。この後、この材料は65−70℃で5時間乾燥された後、この材料をすりつぶして粉末状にして、種々の実験条件でストロンチウム除去用に使われた。この材料は、図5に示すように活性されたHOM−DDABの表面にストロンチウム吸着性化合物が整然と修飾されたHOM−DDAB(CPP)である。このHOM−DDAB(CPP)にストロンチウムを吸着させるとSrはHOM−DDAB(CPP)上のCPPに取り込まれ(吸着され)HOM−DDAB(CPP)−Srとなり、Srを収集することができる。 Thus, as shown in FIG. 5, DDAB was supported on the highly ordered surface of HOM and the inner surface of the pores, and HOM-DDAB was produced. Second, 20 mg of chlorophosphonazo 3 was dissolved in 30 ml of water, to which 1.0 g of HOM-DDAB was added and stirred for 12 hours. After this time, the material was filtered and the solid product was washed until no elution was observed. After this, the material was dried at 65-70 ° C. for 5 hours, and then the material was ground into a powder and used for strontium removal under various experimental conditions. This material is HOM-DDAB (CPP) in which strontium-adsorbing compounds are regularly modified on the surface of activated HOM-DDAB as shown in FIG. When strontium is adsorbed to this HOM-DDAB (CPP), Sr is taken in (adsorbed) into CPP on HOM-DDAB (CPP) to become HOM-DDAB (CPP) -Sr, and Sr can be collected.

<ストロンチウムイオン抽出の最適pH値の調査>
ストロンチウム吸着(収集剤)剤(ストロンチウムコレクター)を担持したHOM(HOM−ストロンチウムプローブ)がどのような環境条件のときに最も効率的にストロンチウムを吸着・収集するかを調査することは極めて重要なステップである。我々は、HOM−DDAB(CPP)コレクターについてストロンチウム吸着の最適環境条件(溶液のpH値)の調査を行なった。
<Investigation of optimum pH value for strontium ion extraction>
It is an extremely important step to investigate the most efficient adsorption and collection of strontium under what environmental conditions the HOM (HOM-strontium probe) loaded with a strontium adsorbent (collector) agent (strontium collector) It is. We investigated the optimum environmental conditions (pH value of the solution) for strontium adsorption on the HOM-DDAB (CPP) collector.

ナノ細孔を持つ(放射性)ストロンチウムイオンコレクターの効率はpH値によって影響を受ける。プローブの電荷移動錯体の吸収スペクトルは、広範囲のpH値の水溶液に渡って注意深くモニターされた。我々は、7種類のpH水溶液(2.0、 3.5、 5.2、 7.0、 9.5、 11.0 および12.5)を用いて調査した。pH値2.0および3.5に関して0.01M硫酸か0.2MのKCl−HClのどちらかのpH調整溶液を使い、また、pH値5.2を調整するためにCH3COOH−CH3COONaが使用された。3−モルホホリノプロパン・スルホン酸{3-morpholinopropane
sulfonic acid (MOPS)}、N−シクロヘキシル−3−アミノプロパン−スルホン酸{N-cyclohexyl-3-aminopropane sulfonic acid(CAPS)}、2−(シクロヒキシルアミノ)エタンスルホン酸{2-(cyclohexylamino) ethane sulfonic acid (CHES)}、およびKClをそれぞれpH7.0、9.5、11.0および12.5に関して使い、また0.2MのNaOHを使ってpH値を調整した。各pH溶液2mlを取り、これにストロンチウム(Sr2+)2ppmを添加し、その後必要量の水を加えて10ml溶液にした。この後、6mgのHOM−DDAB(CPP)コレクターを6mg添加し、1時間攪拌後ろ過した。ろ過後の固形材料はストロンチウムイオンを吸着したHOM−DDAB(CPP)−Srである。この固形材料は紫外線可視分光法(UV-VIS-NIR Spectroscopy)によって調査され、吸収スペクトルを取った。ストロンチウム吸着を特に良く表す特定波長における吸光度を各固形材料についてプロットした。
The efficiency of (radioactive) strontium ion collectors with nanopores is affected by the pH value. The absorption spectrum of the probe charge transfer complex was carefully monitored over a wide range of aqueous pH values. We investigated using seven pH aqueous solutions (2.0, 3.5, 5.2, 7.0, 9.5, 11.0 and 12.5). Use pH adjustment solutions of either 0.01 M sulfuric acid or 0.2 M KCl-HCl for pH values 2.0 and 3.5, and CH 3 COOH-CH 3 COONa is used to adjust pH value 5.2. Used. 3-morpholinopropane sulfonic acid {3-morpholinopropane
sulfonic acid (MOPS)}, N-cyclohexyl-3-aminopropane-sulfonic acid {N-cyclohexyl-3-aminopropane sulfonic acid (CAPS)}, 2- (cyclohexylamino) ethanesulfonic acid {2- (cyclohexylamino) ethane sulfonic acid (CHES)} and KCl were used for pH 7.0, 9.5, 11.0 and 12.5, respectively, and pH was adjusted using 0.2 M NaOH. 2 ml of each pH solution was taken, 2 ppm of strontium (Sr 2+ ) was added thereto, and then a required amount of water was added to make a 10 ml solution. Thereafter, 6 mg of 6 mg of HOM-DDAB (CPP) collector was added, and the mixture was stirred for 1 hour and filtered. The solid material after filtration is HOM-DDAB (CPP) -Sr adsorbing strontium ions. The solid material was examined by UV-VIS-NIR Spectroscopy and an absorption spectrum was taken. Absorbance at a specific wavelength that particularly well represents strontium adsorption was plotted for each solid material.

図6は、HOM−DDAB(CPP)−Srの紫外線可視分光スペクトル信号強度(室温測定)と溶液のpH値との関係を示すグラフであり、2ppmのストロンチウムイオンを溶解した種々のpH値溶液からHOM−DDAB(CPP)がストロンチウムイオンを吸着したHOM−DDAB(CPP)−Srの吸光度のpH値依存性を示す。図6において、HOM−DDAB(CPP)−Srの特定波長における紫外線可視分光スペクトル信号強度(比)を縦軸に、2ppmのストロンチウムイオンを溶解した溶液のpH値を横軸にプロットした。参照pH値として最高の信号強度を持つpH値溶液を使った。すなわち、図6の縦軸はpH値が11.0の水溶液の信号強度に対する比を取っている。HOM−DDAB(CPP)−Sr中のストロンチウム量が増えると紫外線可視分光スペクトルの吸光度が増大することが分かっているので、図6から分かるように、信号強度のデータは、ストロンチウムイオンのコレクター(吸着剤)としてHOM− DDAB(CPP)を使用する場合、最も良くストロンチウムイオンを吸着する最良のpH値は11.0であることを示している。測定誤差やばらつきも考えると良好なpH値は9.5〜12.5、好適には10.0〜12.0、もっと好適には10.5〜11.5である。図6の上図の比色分析のデータから、pH11.0のHOM−DDAB(CPP)コレクターはストロンチウムイオン(Sr2+など)を吸着すると色調が変化する。すなわち、HOM− DDAB(CPP)は赤系統の紺色であるが、HOM− DDAB(CPP)−Srは紺色となる。従って、HOM−DDAB(CPP)コレクターは視覚的コレクター(収集剤)である。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the UV-visible spectrum signal intensity of HOM-DDAB (CPP) -Sr (measured at room temperature) and the pH value of the solution, from various pH value solutions in which 2 ppm of strontium ions are dissolved. HOM-DDAB (CPP) shows the pH value dependency of the absorbance of HOM-DDAB (CPP) -Sr adsorbed with strontium ions. In FIG. 6, the UV visible spectrum signal intensity (ratio) at a specific wavelength of HOM-DDAB (CPP) -Sr is plotted on the vertical axis, and the pH value of a solution in which 2 ppm of strontium ions are dissolved is plotted on the horizontal axis. The pH value solution with the highest signal intensity was used as the reference pH value. That is, the vertical axis in FIG. 6 represents the ratio to the signal intensity of an aqueous solution having a pH value of 11.0. As the amount of strontium in HOM-DDAB (CPP) -Sr increases, it is known that the absorbance in the UV-visible spectrum increases. Therefore, as can be seen from FIG. 6, the signal intensity data is the collector of strontium ions (adsorption) When HOM-DDAB (CPP) is used as the agent, the best pH value that best adsorbs strontium ions is 11.0. Considering measurement errors and variations, a good pH value is 9.5 to 12.5, preferably 10.0 to 12.0, and more preferably 10.5 to 11.5. From the colorimetric analysis data shown in the upper part of FIG. 6, the color tone of the HOM-DDAB (CPP) collector having a pH of 11.0 changes when adsorbing strontium ions (such as Sr2 + ). That is, HOM-DDAB (CPP) is a reddish amber color, but HOM-DDAB (CPP) -Sr is amber color. Thus, the HOM-DDAB (CPP) collector is a visual collector (collector).

<様々な濃度のストロンチウム溶液からHOM−DDAB(CPP)を用いてストロンチウム抽出を行なうときの感度の調査>
ストロンチウムイオンを最も良く吸着するpH11.0溶液を2ml取り、種々の濃度(0.5ppm−4.0ppm)のストロンチウムイオン(Sr2+)を添加した後、適量の水を加えてガラステストチューブで10ml溶液にした。その後、HOM−DDAB(CPP)コレクターを6mg添加し、1時間振って、室温でろ過した。固体材料は紫外線可視分光法(UV-VIS-NIR Spectroscopy)によって調査され、吸光度スペクトルを取った。
<Investigation of sensitivity when extracting strontium from various concentrations of strontium solution using HOM-DDAB (CPP)>
Take 2 ml of pH 11.0 solution that best adsorbs strontium ions, add various concentrations (0.5 ppm-4.0 ppm) of strontium ions (Sr 2+ ), add an appropriate amount of water and add 10 ml with a glass test tube. Into solution. Thereafter, 6 mg of a HOM-DDAB (CPP) collector was added, shaken for 1 hour, and filtered at room temperature. The solid material was examined by UV-VIS-NIR Spectroscopy and an absorbance spectrum was taken.

図7は、ストロンチウムイオン濃度をパラメータとしたHOM−DDAB(CPP)−Srの室温における吸収スペクトルおよび比色分析を示す図である。図7において横軸は測定波長、縦軸は吸光度である。測定波長域は250nm〜900nmである。図7から分かるように、ストロンチウムイオン濃度が増えるに従い、吸収スペクトル強度は波長域(30nm〜700nm)の光のほぼすべてで増大する。従って、HOM−DDAB(CPP)−Srの紫外線可視分光スペクトル測定を行えば、その吸光度から溶液中のストロンチウムイオン濃度を知ることができる。 FIG. 7 is a diagram showing an absorption spectrum and colorimetric analysis of HOM-DDAB (CPP) -Sr using strontium ion concentration as a parameter at room temperature. In FIG. 7, the horizontal axis represents the measurement wavelength, and the vertical axis represents the absorbance. The measurement wavelength range is 250 nm to 900 nm. As can be seen from FIG. 7, as the strontium ion concentration increases, the absorption spectrum intensity increases in almost all light in the wavelength region (30 nm to 700 nm). Accordingly, if UV-visible spectrum measurement of HOM-DDAB (CPP) -Sr is performed, the strontium ion concentration in the solution can be known from the absorbance.

実際に、ストロンチウムイオン吸着と関係する最も吸光度が大きくなる波長(λ=585nm)において、吸光度とストロンチウムイオン濃度の関係を調べると、図16のようになる。すなわち、図8はpH=11.0の溶液中のストロンチウムイオン濃度とHOM−DDAB(CPP)−Sr の紫外線可視分光スペクトルの吸光度(λ=585nmにおける)との関係を示す図であり、ストロンチウムイオン濃度と吸光度(λ=585nmにおける)のキャリブレーション曲線である。このように、溶液中のストロンチウムイオン濃度が増えるに従い、HOM−DDAB(CPP)−Srの紫外線可視分光スペクトルの吸光度は増大することを明瞭に把握することができる。逆に言えば、HOM−DDAB(CPP)−Srの紫外線可視分光スペクトルの吸光度から溶液中のストロンチウムイオン濃度を知ることができる。特にストロンチウムイオン濃度が低い所(50μM以下)では、図8に示されるように直線性が良い。すなわち、図8に示すカーブ曲線は吸収率と濃度との検量線と言っても良い。従って、HOMプローブ(HOM−DDAB(CPP))は、ストロンチウムイオンの優れたコレクターおよび濃度検出センサーである。これらのスペクトル変化は、CPPが電荷移動錯体を形成するために、ストロンチウム−レセプター結合事象のインジケータ(指示計)であることを現わしている。尚、紫外線可視分光スペクトルの測定は10回の繰り返し測定を行なったがバラツキは殆どなく再現性が非常に良い。また、ストロンチウムイオン濃度は既知のサンプルを基にして較正されている。 Actually, when the relationship between the absorbance and the strontium ion concentration is examined at the wavelength (λ = 585 nm) at which the absorbance is greatest, which is related to the adsorption of strontium ions, it is as shown in FIG. That is, FIG. 8 is a graph showing the relationship between the strontium ion concentration in the solution at pH = 11.0 and the absorbance (at λ = 585 nm) of the ultraviolet visible spectrum of HOM-DDAB (CPP) -Sr. It is a calibration curve of concentration and absorbance (at λ = 585 nm). Thus, it can be clearly understood that the absorbance of the UV-visible spectrum of HOM-DDAB (CPP) -Sr increases as the strontium ion concentration in the solution increases. In other words, the strontium ion concentration in the solution can be known from the absorbance of the ultraviolet visible spectrum of HOM-DDAB (CPP) -Sr. Particularly in a place where the strontium ion concentration is low (50 μM or less), the linearity is good as shown in FIG. That is, the curve curve shown in FIG. 8 may be referred to as a calibration curve between absorption rate and concentration. Thus, the HOM probe (HOM-DDAB (CPP)) is an excellent collector and concentration detection sensor for strontium ions. These spectral changes indicate that CPP is an indicator of a strontium-receptor binding event to form a charge transfer complex. The measurement of the UV-visible spectrum was repeated 10 times, but there was almost no variation and the reproducibility was very good. The strontium ion concentration is calibrated based on a known sample.

図7には、ストロンチウムイオン濃度とHOM−DDAB(CPP)−Srの色調との関係、すなわち比色分析のデータが示されている。図7に示すように、ろ過後の固形材料の色調は、ストロンチウムイオン濃度が増大するに従い、赤系統の紺色(ストロンチウムイオン濃度0ppb、すなわちHOM−DDAB(CPP)コレクターの色調)から段々濃くなり、紺色(ストロンチウムイオン濃度2ppm)となり、さらに濃い紺色(ストロンチウムイオン濃度4.0ppm)に変化する。この色調の変化は連続的なので、逆にろ過後の固形材料{HOM−DDAB(CPP)−ストロンチウム}の色調からストロンチウムイオン濃度を知ることが可能である。このように比色分析の結果からも、HOMプローブ{HOM−DDAB(CPP)−Sr}は、ストロンチウムイオンの優れたコレクターおよび濃度検出センサーである。 FIG. 7 shows the relationship between the strontium ion concentration and the color tone of HOM-DDAB (CPP) -Sr, that is, colorimetric data. As shown in FIG. 7, the color tone of the solid material after filtration gradually increases from the reddish amber color (strontium ion concentration 0 ppb, that is, the color tone of the HOM-DDAB (CPP) collector) as the strontium ion concentration increases. It becomes amber (strontium ion concentration 2 ppm) and changes to a deeper amber (strontium ion concentration 4.0 ppm). Since this change in color tone is continuous, it is possible to know the strontium ion concentration from the color tone of the solid material {HOM-DDAB (CPP) -strontium} after filtration. Thus, also from the result of colorimetric analysis, the HOM probe {HOM-DDAB (CPP) -Sr} is an excellent collector and concentration detection sensor of strontium ions.

図9は、上記の実施例から得られた本発明のHOM−DDAB(CPP)−Srの適用範囲を示した表である。HOM−DDAB(CPP)コレクターをストロンチウムイオン溶解溶液に浸漬したときのHOM−DDAB(CPP)コレクターがストロンチウムイオンを吸着する応答時間は約2分、検出限界は3.19x10−6(mol.dm-3)で、有効な収集範囲は0.5〜4.0ppmである。ストロンチウム1gを吸着するHOM−DDAB(CPP)コレクターの必要量は14gである。またストロンチウムを吸着したHOM−DDAB(CPP)コレクターは、溶離溶液として酸性溶液あるいはアルカリ溶液を用いることにより、元のHOM−DDAB(CPP)コレクターに戻る。しかも、HOM−DDAB(CPP)コレクターはHOMS骨格の安定な構造を有しており繰り返し使用できるので、少ない材料で多くのストロンチウムを回収することができる。 FIG. 9 is a table showing the applicable range of the HOM-DDAB (CPP) -Sr of the present invention obtained from the above examples. HOM-DDAB (CPP) HOM- DDAB when immersed collectors to strontium ions lysis solution (CPP) response time collectors to adsorb the strontium ion is about 2 minutes, detection limit 3.19x10 -6 (mol.dm-3 ), The effective collection range is 0.5-4.0 ppm. The required amount of a HOM-DDAB (CPP) collector that adsorbs 1 g of strontium is 14 g. Moreover, the HOM-DDAB (CPP) collector which adsorb | sucked strontium returns to the original HOM-DDAB (CPP) collector by using an acidic solution or an alkaline solution as an elution solution. Moreover, since the HOM-DDAB (CPP) collector has a stable structure of the HOMS skeleton and can be used repeatedly, a large amount of strontium can be recovered with a small amount of material.

<HOM-DTDR[4−(2−ジアゼニル−1,3,4−チアジアゾル)−6−ドデシルレゾルシノール{4-(2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole)-6-dodecylresorcinol (DTDR)}]の合成>
0.030gのDTDRを丸形フラスコのエタノール中に溶解して、HOM(Cage状)を1.0g添加した。溶液中のエタノールは、ロータリーエバポレーターに連結されて45℃でゆっくりと真空引きされて取り除かれた。この後、この材料は、洗浄され、65−70℃で5時間乾燥された。この材料は、すり潰されて粉末状になり、色々な実験条件でストロンチウムの除去に使用された。この材料がストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したHOM-DTDRである。
<HOM-DTDR [4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol (DTDR)}] Synthesis>
0.030 g of DTDR was dissolved in ethanol in a round flask and 1.0 g of HOM (Cage form) was added. The ethanol in the solution was removed by vacuuming at 45 ° C. connected to a rotary evaporator. After this, the material was washed and dried at 65-70 ° C. for 5 hours. This material was ground to a powder and was used to remove strontium under various experimental conditions. This material is HOM-DTDR carrying a strontium ion adsorbing compound.

図10は、HOMシリカへDTDRを担持させたHOM−DTDRコレクターを用いたストロンチウムイオンの収集/分離プロセスを模式的に描いた図である。高度に秩序化したHOMシリカキャリアの表面および細孔内面にDTDRを担持させてHOM−DTDRコレクターを作製する。このHOM−DTDRコレクターをストロンチウムイオン溶解溶液に接触(浸漬)させてストロンチウムイオンをHOM−DTDRコレクターに吸着させて、HOM−DTDR−Srを得る。すなわち、ストロンチウムイオン(Sr2+)は、HOM−DTDRコレクター上のDTDRの環状分子構造内に取り込まれる。このHOM−DTDR−Srを適当な溶離溶液に接触(浸漬)させてストロンチウムを分離(遊離)させる。この結果、HOM−DTDR−Srは元のHOM−DTDRに戻り、再びストロンチウムを収集するためのHOM−DTDRコレクターとして使用することができる。尚、ストロンチウムイオン吸着化合物であるDTDRは直接HOMシリカに担持することができるので、この担持方法を直接担持法と呼んでも良い。これに対して前述のストロンチウムイオン吸着化合物であるCPPの場合は、DDABを介してCPPをHOMシリカに担持するので、この担持方法を間接担持法と呼ぶことができる。 FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a strontium ion collection / separation process using a HOM-DTDR collector in which DTDR is supported on HOM silica. A HODR-DTDR collector is prepared by supporting DTDR on the surface of the highly ordered HOM silica carrier and the inner surface of the pores. This HOM-DTDR collector is brought into contact (immersion) with a strontium ion dissolving solution to adsorb strontium ions to the HOM-DTDR collector to obtain HOM-DTDR-Sr. That is, strontium ions (Sr 2+ ) are incorporated into the cyclic molecular structure of DTDR on the HOM-DTDR collector. This HOM-DTDR-Sr is contacted (immersed) in an appropriate elution solution to separate (release) strontium. As a result, the HOM-DTDR-Sr returns to the original HOM-DTDR and can be used again as a HOM-DTDR collector for collecting strontium. Since DTDR, which is a strontium ion adsorbing compound, can be directly supported on HOM silica, this supporting method may be called a direct supporting method. On the other hand, in the case of CPP, which is the aforementioned strontium ion adsorbing compound, CPP is supported on HOM silica via DDAB, and this supporting method can be called an indirect supporting method.

<ストロンチウムイオン抽出の最適pH値の調査>
ストロンチウム(イオン)吸着(収集剤)剤(ストロンチウム(イオン)コレクター)を担持したHOM(HOM−ストロンチウムプローブ)がどのような環境条件のときに最も効率的にストロンチウムを吸着・収集するかを調査することは極めて重要なステップである。我々は、HOM−DTDRコレクターについてストロンチウム吸着の最適環境条件(溶液のpH値)の調査を行なった。
<Investigation of optimum pH value for strontium ion extraction>
Investigate what environmental conditions the HOM (HOM-strontium probe) carrying a strontium (ion) adsorbent (collector) agent (strontium (ion) collector) absorbs and collects strontium most efficiently This is an extremely important step. We investigated the optimum environmental conditions (solution pH value) for strontium adsorption on the HOM-DTDR collector.

ナノ細孔を持つ放射性ストロンチウムイオンコレクターの効率はpH値によって影響を受ける。プローブの電荷移動錯体の吸収スペクトルは、広範囲のpH値の水溶液に渡って注意深くモニターされた。我々は、7種類のpH水溶液(2.0、 3.5、 5.2、 7.0、 9.5、 11.0 および12.5)を用いて調査した。pH値2.0および3.5に関して0.01M硫酸か0.2MのKCl−HClのどちらかのpH調整溶液を使い、pH値5.2を調整するためにCH3COOH−CH3COONaが使用された。3−モルホホリノプロパン・スルホン酸{3-morpholinopropane
sulfonic acid (MOPS)}、N−シクロヘキシル−3−アミノプロパン−スルホン酸{N-cyclohexyl-3-aminopropane sulfonic acid(CAPS)}、2−(シクロへキシルアミノ)エタンスルホン酸{2-(cyclohexylamino) ethane sulfonic acid (CHES)}、およびKClをpH7.0、9.5、11.0および12.5それぞれに関して使い、また0.2MのNaOHを使ってpH値を調整した。各pH溶液2mlを取り、これにストロンチウム(Sr2+)3ppmを添加し、その後必要量の水を加えて10ml溶液にした。この後、10mgのHOM−DTDRコレクターを添加し、1時間攪拌後ろ過した。ろ過後の固形材料はストロンチウムイオンを吸着したHOM−DTDR−Srである。この固形材料は紫外線可視分光法(UV-VIS-NIR Spectroscopy)によって調査され、吸収スペクトルを取った。ストロンチウム吸着を特に良く表す特定波長における吸光度を各固形材料についてプロットした。
The efficiency of a radioactive strontium ion collector with nanopores is affected by the pH value. The absorption spectrum of the probe charge transfer complex was carefully monitored over a wide range of aqueous pH values. We investigated using seven pH aqueous solutions (2.0, 3.5, 5.2, 7.0, 9.5, 11.0 and 12.5). CH 3 COOH-CH 3 COONa is used to adjust pH value 5.2 using pH adjustment solution of either 0.01M sulfuric acid or 0.2M KCl-HCl for pH value 2.0 and 3.5. It was. 3-morpholinopropane sulfonic acid {3-morpholinopropane
sulfonic acid (MOPS)}, N-cyclohexyl-3-aminopropane-sulfonic acid {N-cyclohexyl-3-aminopropane sulfonic acid (CAPS)}, 2- (cyclohexylamino) ethanesulfonic acid {2- (cyclohexylamino) ethane sulfonic acid (CHES)} and KCl were used for pH 7.0, 9.5, 11.0 and 12.5, respectively, and pH was adjusted using 0.2 M NaOH. 2 ml of each pH solution was taken, 3 ppm of strontium (Sr 2+ ) was added thereto, and then a required amount of water was added to make a 10 ml solution. Thereafter, 10 mg of HOM-DTDR collector was added, and the mixture was stirred for 1 hour and then filtered. The solid material after filtration is HOM-DTDR-Sr adsorbing strontium ions. The solid material was examined by UV-VIS-NIR Spectroscopy and an absorption spectrum was taken. Absorbance at a specific wavelength that particularly well represents strontium adsorption was plotted for each solid material.

図11は、HOM−DTDR−Srの紫外線可視分光スペクトル信号強度(室温測定)と溶液のpH値との関係を示すグラフであり、3ppmのストロンチウムイオンを溶解した種々のpH値溶液からHOM−DTDRがストロンチウムイオンを吸着したHOM−DTDR−Srの吸光度のpH値依存性を示す。図11において、HOM−DTDR−Srの特定波長における紫外線可視分光スペクトル信号強度(比)を縦軸に、3ppmのストロンチウムイオンを溶解した溶液のpH値を横軸にプロットした。参照pH値として最高の信号強度を持つpH値溶液を使った。すなわち、図11の縦軸はpH値が9.5の水溶液の信号強度に対する比を取っている。HOM−DTDR−Sr中のストロンチウム量が増えると紫外線可視分光スペクトルの吸光度が増大することが分かっているので、図11から分かるように、信号強度のデータは、ストロンチウムイオンのコレクター(吸着剤)としてHOM−DTDR−Srを使用する場合、最も良くストロンチウムイオンを吸着する最良のpH値は9.5であることを示している。測定誤差やばらつきも考えると良好なpH値は7.0〜11.0、好適には8.0〜10.5、もっと好適には9.0〜10.0である。 FIG. 11 is a graph showing the relationship between the UV-visible spectrum signal intensity (room temperature measurement) of HOM-DTDR-Sr and the pH value of the solution. From various pH value solutions in which 3 ppm of strontium ions are dissolved, HOM-DTDR Shows the pH value dependence of the absorbance of HOM-DTDR-Sr adsorbing strontium ions. In FIG. 11, the UV visible spectrum signal intensity (ratio) at a specific wavelength of HOM-DTDR-Sr is plotted on the vertical axis, and the pH value of a solution in which 3 ppm of strontium ions are dissolved is plotted on the horizontal axis. The pH value solution with the highest signal intensity was used as the reference pH value. That is, the vertical axis in FIG. 11 represents a ratio to the signal intensity of an aqueous solution having a pH value of 9.5. Since it is known that the absorbance of the UV-visible spectrum increases as the amount of strontium in HOM-DTDR-Sr increases, as shown in FIG. 11, the signal intensity data is obtained as a collector (adsorbent) of strontium ions. When HOM-DTDR-Sr is used, the best pH value that best adsorbs strontium ions is 9.5. Considering measurement errors and variations, a good pH value is 7.0 to 11.0, preferably 8.0 to 10.5, and more preferably 9.0 to 10.0.

<様々な濃度のストロンチウム溶液からHOM−DTDRを用いてストロンチウム抽出を行なうときの感度の調査>
ストロンチウムイオンを最も良く吸着するpH9.5の溶液を2ml取り、種々の濃度(0.5ppm−5.0ppm)のストロンチウムイオン(Sr2+)を添加した後、適量の水を加えてガラステストチューブで10ml溶液にした。その後、HOM−DTDRコレクターを10mg添加し、1時間振って、室温でろ過した。固体材料は紫外線可視分光法(UV-VIS-NIR Spectroscopy)によって調査され、吸光度スペクトルを取った。
<Survey of sensitivity when extracting strontium from various concentrations of strontium solution using HOM-DTDR>
Take 2 ml of pH 9.5 solution that best adsorbs strontium ions, add various concentrations (0.5 ppm-5.0 ppm) of strontium ions (Sr 2+ ), add an appropriate amount of water, and use a glass test tube. Made 10 ml solution. Then, 10 mg of HOM-DTDR collector was added, shaken for 1 hour, and filtered at room temperature. The solid material was examined by UV-VIS-NIR Spectroscopy and an absorbance spectrum was taken.

図12は、ストロンチウムイオン濃度をパラメータとしたHOM−DTDR−Srの室温における吸収スペクトルおよび比色分析を示す図である。測定波長域は250nm〜900nmである。図12において横軸は測定波長、縦軸は吸光度である。図12から分かるように、ストロンチウムイオン濃度が増えるに従い、吸収スペクトル強度は波長域(300nm〜700nm)の光のほぼすべてで増大する。従って、HOM−DTDR−Srの紫外線可視分光スペクトル測定を行えば、その吸光度から溶液中のストロンチウムイオン濃度を知ることができる。たとえば、ストロンチウムの吸着に関係する479nmの波長の吸光度を用いることによりかなり正確に溶液中のストロンチウムイオン濃度を把握できる。 FIG. 12 is a diagram showing an absorption spectrum and colorimetric analysis of HOM-DTDR-Sr using strontium ion concentration as a parameter at room temperature. The measurement wavelength range is 250 nm to 900 nm. In FIG. 12, the horizontal axis represents the measurement wavelength, and the vertical axis represents the absorbance. As can be seen from FIG. 12, as the strontium ion concentration increases, the absorption spectrum intensity increases in almost all light in the wavelength region (300 nm to 700 nm). Therefore, if the ultraviolet visible spectrum measurement of HOM-DTDR-Sr is performed, the strontium ion concentration in the solution can be known from the absorbance. For example, the strontium ion concentration in the solution can be determined fairly accurately by using the absorbance at a wavelength of 479 nm related to the adsorption of strontium.

図12には、ストロンチウムイオン濃度とHOM−DTDR−Srの色調との関係、すなわち比色分析のデータが示されている。図12に示すように、ろ過後の固形材料の色調は、ストロンチウムイオン濃度が増大するに従い、薄い茶色(ストロンチウムイオン濃度0ppb、すなわちHOM−DTDRコレクターの色調)から段々濃くなり、茶色(ストロンチウムイオン濃度1.0ppm)となり、さらに濃い茶色(ストロンチウムイオン濃度5.0ppm)に変化する。この色調の変化は連続的なので、逆にろ過後の固形材料{HOM−DTDR−ストロンチウム}の色調からストロンチウムイオン濃度を知ることが可能である。このように比色分析の結果からも、HOMプローブ(HOM−DTDR−Sr)は、ストロンチウムイオンの優れたコレクターおよび濃度検出センサーである。 FIG. 12 shows the relationship between the strontium ion concentration and the color tone of HOM-DTDR-Sr, that is, colorimetric data. As shown in FIG. 12, as the strontium ion concentration increases, the color tone of the solid material after filtration gradually increases from light brown (strontium ion concentration 0 ppb, that is, the color tone of the HOM-DTDR collector) to brown (strontium ion concentration). 1.0 ppm), and further changes to dark brown (strontium ion concentration 5.0 ppm). Since this change in color tone is continuous, it is possible to know the strontium ion concentration from the color tone of the solid material {HOM-DTDR-strontium} after filtration. Thus, also from the result of colorimetric analysis, the HOM probe (HOM-DTDR-Sr) is an excellent collector and concentration detection sensor of strontium ions.

これらの試料のHOM−DTDRコレクターを入れる前後における溶液のストロンチウムイオン濃度をICP-OES(ICP発光分光分析)によって測定した所、約90%の回収率でストロンチウムイオンを除去することができた。条件を最適化することにより、さらに除去効率を高めることができ、回収率を100%に近づけることが可能である。またストロンチウムを吸着したHOM−DTDRコレクター(HOM−DTDR−Sr)は、溶離溶液として酸性溶液あるいはアルカリ溶液などを用いることにより、元のHOM−DTDRコレクターに戻る。しかも、HOM−DTDRコレクターはHOMS骨格の安定な構造を有しており繰り返し使用できるので、少ない材料で多くのストロンチウムを回収することができる。 When the strontium ion concentration of the solution before and after putting the HOM-DTDR collector of these samples was measured by ICP-OES (ICP emission spectroscopic analysis), strontium ions could be removed with a recovery rate of about 90%. By optimizing the conditions, the removal efficiency can be further increased, and the recovery rate can be close to 100%. Moreover, the HOM-DTDR collector (HOM-DTDR-Sr) which adsorb | sucked strontium returns to the original HOM-DTDR collector by using an acidic solution or an alkaline solution as an elution solution. Moreover, since the HOM-DTDR collector has a stable structure of the HOMS skeleton and can be used repeatedly, a large amount of strontium can be recovered with a small amount of material.

図13は、本発明のストロンチウムイオン吸着性化合物であるCPP{DDAB(CPP)}またはDTDRを担持したメソポーラスシリカ(HOMS)を用いて放射性ストロンチウム等を含むストロンチウムイオン溶解溶液からストロンチウム(Sr)を回収するシステムを示した図である。第1段階でメソポーラスシリカ(HOMS)を作製し、第2段階でストロンチウム吸着性化合物であるCPP{DDAB(CPP)}またはDTDRをHOMSへ担持させ、HOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターを作製する。次に第3段階でストロンチウム(このストロンチウムには当然放射性ストロンチウムも含む)を含むストロンチウム(イオン)溶解溶液にHOMS−DDAB(CPP)またはHOMS−DTDRを浸漬(接触)し、抽出すべき(あるいは収集すべき)目標(金属)元素であるストロンチウムをHOMS−DDAB(CPP)またはHOMS−DTDRに吸着(抽出、収集)し、HOMS−DDAB(CPP)−SrまたはHOMS−DTDR−Srを作る。次の第4段階(図1では第5段階)では、このHOMS−DDAB(CPP)−SrまたはHOMS−DTDR−Srを酸性溶液またはアルカリ溶液などのストロンチウム溶離溶液に浸漬等して目標元素であるストロンチウムを分離する。(HOMS−DDAB(CPP)およびHOMS−DTDRは多種のイオン(カチオンやアニオン)が溶解していても選択的にSrイオンだけを吸着するので図1における第4段階を省略できる。)この一連の操作によってストロンチウムが回収または収集された。HOMS−DDAB(CPP)またはHOMS−DTDRは第3段階で再び使用することができ、HOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターをリユースして何回でも使用できる。 FIG. 13 shows recovery of strontium (Sr) from a strontium ion-dissolved solution containing radioactive strontium and the like using mesoporous silica (HOMS) supporting CPP {DDAB (CPP)} or DTDR which is a strontium ion adsorbing compound of the present invention. It is the figure which showed the system which performs. In the first stage, mesoporous silica (HOMS) is prepared, and in the second stage, strontium-adsorbing compound CPP {DDAB (CPP)} or DTDR is supported on HOMS, and HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector. Is made. Next, in a third stage, HOMS-DDAB (CPP) or HOMS-DTDR is immersed (contacted) in a strontium (ion) solution containing strontium (which naturally contains radioactive strontium) and should be extracted (or collected). The target (metal) element strontium should be adsorbed (extracted and collected) on HOMS-DDAB (CPP) or HOMS-DTDR to produce HOMS-DDAB (CPP) -Sr or HOMS-DTDR-Sr. In the next fourth stage (fifth stage in FIG. 1), this HOMS-DDAB (CPP) -Sr or HOMS-DTDR-Sr is the target element by immersing it in a strontium elution solution such as an acidic solution or an alkaline solution. Isolate strontium. (HOMS-DDAB (CPP) and HOMS-DTDR selectively adsorb only Sr ions even if various ions (cations and anions) are dissolved, so the fourth step in FIG. 1 can be omitted.) The operation recovered or collected strontium. HOMS-DDAB (CPP) or HOMS-DTDR can be used again in the third stage and can be used any number of times by reusing the HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector.

比色法の観点から言えば、第3段階でストロンチウムイオン溶解溶液において、HOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターの色調が変化する。この色調の変化はストロンチウムイオン溶解溶液のストロンチウムイオン濃度により異なる。あるいはHOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターの色調は、これらに吸着されたストロンチウムイオン濃度により異なる。HOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターへのストロンチウムイオン吸着スピードは数分程度と速やかに行なわれるので、色調変化が終了した段階でろ過等によりHOMS−DDAB(CPP)コレクター(HOMS−DDAB(CPP)−Srとなる)またはHOMS−DTDRコレクター(HOMS−DTDR−Srとなる)を分離する。これはストロンチウムイオン溶解溶液中のストロンチウムイオンがHOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターに収集されたということを示す。 In terms of the colorimetric method, the color tone of the HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector changes in the strontium ion solution in the third stage. This change in color tone depends on the strontium ion concentration of the strontium ion solution. Alternatively, the color tone of the HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector varies depending on the concentration of strontium ions adsorbed thereto. Since the strontium ion adsorption speed to the HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector is about several minutes, the HOMS-DDAB (CPP) collector (HOMS-DDAB) is filtered by filtration after the color change is completed. (CPP) -Sr) or HOMS-DTDR collector (which becomes HOMS-DTDR-Sr). This indicates that strontium ions in the strontium ion dissolution solution were collected in the HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector.

これらのHOMS−DDAB(CPP)−SrまたはHOMS−DTDR−Srを、これらからストロンチウムを分離できる溶離(遊離、分離)溶液と接触させると、HOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターの色調が再び変化し、元の色調に戻る。すなわち、ストロンチウムを吸着していないHOMS−DDAB(CPP)またはHOMS−DTDRに戻った。HOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターは、ストロンチウムイオンの抽出の選択性が極めて高く、多数のイオンが含まれていてもその効果に対して影響は殆どなく固形物の色調変化にも殆ど影響を与えない。従って、HOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターは、溶液中のストロンチウムをすべて収集でき、ほぼ完全にストロンチウムを除去できるので、完全なストロンチウム収集剤または完全なストロンチウム除去剤と言える。このようにして、比色法を用いて、ストロンチウムイオンの回収のために何度もHOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターを使うことができる。 When these HOMS-DDAB (CPP) -Sr or HOMS-DTDR-Sr are brought into contact with an elution (free, separated) solution capable of separating strontium from them, the color of the HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector Changes again and returns to the original color. That is, it returned to HOMS-DDAB (CPP) or HOMS-DTDR which did not adsorb strontium. The HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector has a very high extraction selectivity for strontium ions, and even if a large number of ions are contained, there is almost no effect on the effect, and the color tone of solids can be changed. Has little effect. Thus, a HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector can be said to be a complete strontium collector or a complete strontium remover because it can collect all the strontium in solution and remove almost completely strontium. In this way, a HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector can be used many times for the recovery of strontium ions using a colorimetric method.

上述したように、比色法による色調の変化を用いてHOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターがどの程度の量のストロンチウムイオンを吸着したか知ることができる。また、ストロンチウムイオン溶解溶液にHOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターを浸漬してHOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターの変色程度を見て終点すれば一定濃度以上のストロンチウムイオンを吸着しているので、HOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターのストロンチウムイオンを含む水溶液への浸漬をやめて、水溶液からHOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターを取り出し、HOMS−DDAB(CPP)−SrまたはHOMS−DTDR−Srからストロンチウムイオンの溶離を行なうことができる。HOMS−DDAB(CPP)−SrまたはHOMS−DTDR−Srはストロンチウムイオン溶離溶液に入れるとストロンチウムを溶離して変色して、ストロンチウムイオンを吸着していないもとのHOMS−DDAB(CPP)またはHOMS−DTDRへ戻る。 As described above, it is possible to know how much strontium ions have been adsorbed by the HOMS-DDAB (CPP) collector or the HOMS-DTDR collector using the color change by the colorimetric method. In addition, if a HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector is immersed in a strontium ion-dissolved solution and the HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector is observed for the degree of discoloration, the end point is reached. The HOMS-DDAB (CPP) collector or the HOMS-DTDR collector is immersed in an aqueous solution containing strontium ions, the HOMS-DDAB (CPP) collector or the HOMS-DTDR collector is taken out of the aqueous solution, and the HOMS- Strontium ions can be eluted from DDAB (CPP) -Sr or HOMS-DTDR-Sr. When HOMS-DDAB (CPP) -Sr or HOMS-DTDR-Sr is put into a strontium ion elution solution, strontium is eluted and discolored, and the original HOMS-DDAB (CPP) or HOMS- not adsorbing strontium ions. Return to DTDR.

ストロンチウムイオンが完全に除去されたことは、ICP−OES測定からも確認することができる。このように比色法を用いてストロンチウムイオンの吸着の量を判定でき、終点検知も可能となる。HOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクターはストロンチウムイオンの抽出/分離に対して可逆的である。このように色調だけでストロンチウムイオンの吸着量を把握し、あるいはストロンチウムイオンを吸着していないと把握できるので、ストロンチウムイオンの迅速な検出だけでなく、迅速な回収を行なうことができる。この結果生産性を大幅に向上させることもできる。以上のように、HOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクター等は、色調の変化(比色法)を活用してストロンチウムの抽出(収集)を行なうことができるので、視覚コレクターと呼ぶこともできる。また、この色調変化(比色法)や前記の分光法を自動化して、自動回収システムを構築して連続処理することもできる。 It can be confirmed from ICP-OES measurement that strontium ions are completely removed. Thus, the amount of adsorption of strontium ions can be determined using a colorimetric method, and end point detection is also possible. The HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector is reversible for extraction / separation of strontium ions. Thus, the adsorption amount of strontium ions can be grasped only by the color tone, or it can be grasped that strontium ions are not adsorbed, so that not only rapid detection of strontium ions but also rapid recovery can be performed. As a result, productivity can be greatly improved. As described above, the HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector can extract (collect) strontium by utilizing the change in color tone (colorimetric method). You can also. In addition, the color change (colorimetric method) and the above-described spectroscopic method can be automated to construct an automatic recovery system and perform continuous processing.

HOMS−DDAB(CPP)またはHOMS−DTDR、あるいは他のストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したHOMSは選択性が非常に優れているため、ストロンチウムイオン以外の金属がストロンチウムイオン溶解液に含まれていても、あるいはアニオンイオンや界面活性剤などがストロンチウムイオン溶解溶液に含まれていても、すなわち、これらの競合イオンが存在しても、非常に選択性が良く、ストロンチウムイオンだけを抽出あるいは収集する。ストロンチウムイオンの量がppb〜ppmレベルの微量でもあるいはもっと多量に含まれていても、また他の金属イオンやアニオンや界面活性剤の含有量が微量あるいはもっと多量に含まれていても、本発明のHOMS−DDAB(CPP)またはHOMS−DTDR等はストロンチウムイオンだけを選択的に抽出あるいは収集することができる。 HOMS-DDAB (CPP) or HOMS-DTDR, or HOMS loaded with other strontium ion-adsorbing compounds has excellent selectivity, so even if metals other than strontium ions are contained in the strontium ion solution Alternatively, even if an anion ion or a surfactant is contained in the strontium ion solution, that is, even if these competing ions are present, the selectivity is very good, and only strontium ions are extracted or collected. Even if the amount of strontium ions is contained in a trace amount of ppb to ppm or in a large amount, and even if the content of other metal ions, anions or surfactants is contained in a trace amount or in a large amount, the present invention HOMS-DDAB (CPP) or HOMS-DTDR can selectively extract or collect only strontium ions.

本発明の特徴の一つは、メソポーラス材料の内壁を任意の複合酸化物で構成させることにより、異種の原子が整列した状態を作り上げ、そこに適切なキレートまたは化合物を固着させることを通じてセンシングやコレクティングを行うことである。本発明の技術を用いて作製したHOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクター等のストロンチウムイオンコレクターは、放射性ストロンチウム等を含む廃(排)液や生活用(排)水等からストロンチウムを吸着すると視覚的に変化することからストロンチウムの回収を容易に行なうことができる。しかもHOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクター等は種々のイオンの中でもストロンチウムイオンに対して高選択性を有し、光学的応答機能を備えている。本発明のHOMS−DDAB(CPP)コレクターまたはHOMS−DTDRコレクター等は、特に人体に危険な放射性ストロンチウムの抽出・除去・収集・回収および検出に極めて有用である。 One of the features of the present invention is that the inner wall of the mesoporous material is composed of an arbitrary composite oxide to create a state in which different kinds of atoms are aligned, and an appropriate chelate or compound is fixed thereto, thereby sensing and collecting. Is to do Strontium ion collectors such as HOMS-DDAB (CPP) collector and HOMS-DTDR collector manufactured by using the technology of the present invention adsorb strontium from waste (exhaust) liquid containing radioactive strontium, etc., or domestic (exhaust) water. Then, since it changes visually, strontium can be easily recovered. Moreover, the HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector has high selectivity for strontium ions among various ions and has an optical response function. The HOMS-DDAB (CPP) collector or HOMS-DTDR collector of the present invention is extremely useful for extraction, removal, collection, recovery and detection of radioactive strontium that is particularly dangerous to humans.

上述したように、本発明は、有機シリコン化合物および界面活性剤から作製した高秩序化メソポーラスシリカに目標元素であるストロンチウムイオンを選択的に吸着するキレート化合物のようなストロンチウムイオン吸着性化合物を担持させ、そのストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカを目標元素であるストロンチウムイオンが溶解された溶液と接触させ、目標元素であるストロンチウムイオンを選択的にメソポーラスシリカに担持されたストロンチウムイオン吸着性化合物に吸着させる。その後で、目標元素であるストロンチウムイオンを吸着したストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカを化学的処理し、目標元素であるストロンチウムイオンをメソポーラスシリカに担持されたストロンチウムイオン吸着性化合物から遊離させ、目標元素であるストロンチウムを回収する。目標元素であるストロンチウムイオンが遊離されたストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカは、再使用できる。また、このストロンチウムイオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカはストロンチウム(イオン)コレクターおよび濃度検出センサーとして使用することもできる。さらに、生活用水や廃液等に(有害な放射性)ストロンチウムが溶け込んでいるかどうかを検査することができるし、その濃度がppb〜ppmオーダーという微量な濃度でも検出することができる。さらに生活用水や廃液等に溶け込んだ(放射性)ストロンチウムを吸着して非常に微量な濃度まで(放射性)ストロンチウム濃度を低減することができる。放射能レベルから言えば許容限度以下に低減できる。従って(放射性)ストロンチウム除去フィルターとしても使用することができる。 As described above, the present invention allows a highly ordered mesoporous silica prepared from an organosilicon compound and a surfactant to carry a strontium ion adsorbing compound such as a chelate compound that selectively adsorbs a target element strontium ion. The mesoporous silica supporting the strontium ion adsorbing compound is brought into contact with a solution in which the target element strontium ions are dissolved, and the target element strontium ion is selectively converted into the strontium ion adsorbing compound supported on the mesoporous silica. Adsorb. Thereafter, the mesoporous silica supporting the strontium ion adsorbing compound adsorbing the target element strontium ions is chemically treated to release the target element strontium ion from the strontium ion adsorbing compound supported on the mesoporous silica, Collect strontium, the target element. The mesoporous silica supporting the strontium ion-adsorbing compound from which the target element strontium ions are released can be reused. The mesoporous silica supporting the strontium ion adsorbing compound can also be used as a strontium (ion) collector and a concentration detection sensor. Furthermore, it is possible to inspect whether or not (hazardous radioactive) strontium is dissolved in domestic water or waste liquid, and the concentration can be detected even at a very small concentration of ppb to ppm order. Furthermore, the (radioactive) strontium dissolved in domestic water or waste liquid can be adsorbed to reduce the (radioactive) strontium concentration to a very small concentration. In terms of radioactivity level, it can be reduced below the allowable limit. Therefore, it can also be used as a (radioactive) strontium removal filter.

尚、明細書のある部分に記載し説明した内容を記載しなかった他の部分においても矛盾なく適用できることに関しては、当該他の部分に当該内容を適用できることも言うまでもない。また、上記実施形態や実施例は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施でき、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことも言うまでもない。 In addition, it cannot be overemphasized that the said content can be applied to the said other part regarding that it can apply without contradiction also to the other part which did not describe the content described and demonstrated in a certain part of the specification. Moreover, the said embodiment and an Example are examples, and it can be carried out by changing variously within the range which does not deviate from a summary, and it cannot be overemphasized that the right range of this invention is not limited to the said embodiment.

本発明は、ストロンチウムコレクターおよびセンサーに関する産業分野、種々のカチオンやアニオンや界面活性剤等を含む物質や材料から放射性ストロンチウムを含むストロンチウムを除去する産業分野、および放射性ストロンチウムを含むストロンチウムを回収する産業分野において利用することができる。

The present invention relates to an industrial field relating to strontium collectors and sensors, an industrial field for removing strontium containing radioactive strontium from substances and materials containing various cations, anions and surfactants, and an industrial field for recovering strontium containing radioactive strontium Can be used.

Claims (22)

目標元素であるストロンチウムイオンを含む各種イオンが溶解された溶液(ストロンチウムイオン溶解溶液)からストロンチウムイオンを吸着するとともに吸着されたストロンチウムイオンを遊離することが可能な、ストロンチウムイオンを吸着するストロンチウムイオン吸着性化合物を結合したメソポーラスシリカであって、
前記ストロンチウムイオン吸着性化合物は、
4−(2−ジアゼニル−1,3,4−チアジアゾル)−6−ドデシルレゾルシノール{4-(2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole)-6-dodecylresorcinol (DTDR)}および/またはクロロホスホナゾ3(Chlorophosphonazo−III)であることを特徴とするメソポーラスシリカ。
Adsorbability of strontium ions that can adsorb strontium ions and release adsorbed strontium ions from a solution in which various ions including strontium ions, which are target elements, are dissolved (strontium ion solution). Mesoporous silica bonded with a compound,
The strontium ion adsorbing compound is:
4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol (DTDR)} and / or chlorophosphonazo 3. Mesoporous silica characterized by being 3 (Chlorophosphonazo-III).
前記クロロホスホナゾ3の場合には、臭化ジメチルアンモニウムジラウリル{dilauryl dimethyl ammonium bromide (DDAB)}を介してメソポーラスシリカに結合していることを特徴とする、請求項1に記載のメソポーラスシリカ。 The mesoporous silica according to claim 1, wherein in the case of the chlorophosphonazo 3, the mesoporous silica is bonded to mesoporous silica via dilauryl dimethyl ammonium bromide (DDAB). 前記ストロンチウムイオン溶解溶液は、目標元素であるストロンチウムが最大に吸着されるpH値に調整されたストロンチウムイオン溶解溶液であることを特徴とする、請求項1または2に記載のメソポーラスシリカ。3. The mesoporous silica according to claim 1, wherein the strontium ion-dissolved solution is a strontium ion-dissolved solution adjusted to a pH value at which strontium as a target element is maximally adsorbed. 前記DTDRの場合には前記pH値は8.0〜10.5であり、前記クロロホスホナゾ3の場合には前記pH値は10.0〜12.0であることを特徴とする、請求項3に記載のメソポーラスシリカ。 Wherein the in case of the DTDR of the pH value is 8.0 to 10.5, in the case of the Chlorophosphonazo 3 of the pH value is 10.0 to 12.0, claim 3. Mesoporous silica according to 3. ストロンチウムを吸着する前の前記ストロンチウムイオン吸着性化合物を結合したメソポーラスシリカの色調はストロンチウムを吸着することにより変色し、さらにストロンチウムを分離するともとの色調に戻ることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のメソポーラスシリカ。
The color tone of the mesoporous silica bonded with the strontium ion adsorbing compound before adsorbing strontium is changed by adsorbing strontium, and further returns to the original color when strontium is separated. 5. The mesoporous silica according to any one of 4 above .
前記ストロンチウムイオン溶解溶液は放射性ストロンチウムイオンを含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかの項に記載のメソポーラスシリカ。The mesoporous silica according to any one of claims 1 to 5, wherein the strontium ion-dissolved solution contains radioactive strontium ions. 目標元素であるストロンチウムイオンを良く吸着するpH値に調整された、目標元素であるストロンチウムイオンを含むストロンチウムイオン溶解溶液に、ストロンチウムイオン吸着性化合物を結合したメソポーラスシリカを接触させ、前記ストロンチウムイオン吸着性化合物に目標元素であるストロンチウムイオンを吸着する工程、および
目標元素であるストロンチウムイオンを吸着した前記ストロンチウムイオン吸着性化合物から目標元素であるストロンチウムイオンを遊離する工程
を含むことを特徴とするメソポーラスシリカを用いたストロンチウム回収方法であって、
前記ストロンチウムイオン吸着性化合物は、4−(2−ジアゼニル−1,3,4−チアジアゾル)−6−ドデシルレゾルシノール{4-(2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole)-6-dodecylresorcinol (DTDR)}および/またはクロロホスホナゾ3(Chlorophosphonazo−III)であることを特徴とするストロンチウム回収方法。
A mesoporous silica bonded with a strontium ion-adsorbing compound is brought into contact with a strontium ion-dissolved solution containing a strontium ion as a target element, adjusted to a pH value that well adsorbs the strontium ion as a target element. A mesoporous silica comprising a step of adsorbing a strontium ion as a target element to a compound, and a step of releasing the strontium ion as a target element from the strontium ion adsorbing compound adsorbing the strontium ion as a target element A strontium recovery method used,
The strontium ion-adsorbing compound is 4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol (DTDR And / or chlorophosphonazo-3 (Chlorophosphonazo-III).
前記クロロホスホナゾ3の場合には、臭化ジメチルアンモニウムジラウリル{dilauryl dimethyl ammonium bromide (DDAB)}を介してメソポーラスシリカに結合していることを特徴とする、請求項7に記載のストロンチウム回収方法。 8. The method for recovering strontium according to claim 7 , wherein the chlorophosphonazo 3 is bonded to mesoporous silica via dilauryl dimethyl ammonium bromide (DDAB). . 前記ストロンチウムイオン吸着性化合物をメソポーラスシリカに結合する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項7または8に記載のストロンチウム回収方法。 The method for recovering strontium according to claim 7 or 8 , further comprising a step of binding the strontium ion-adsorbing compound to mesoporous silica. 比色法を用いて前記ストロンチウムイオン吸着性化合物を結合したメソポーラスシリカに吸着されたストロンチウムイオンの濃度を判定する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項7〜9のいずれか1項に記載のストロンチウム回収方法。 10. The method according to claim 7 , further comprising determining a concentration of strontium ions adsorbed on the mesoporous silica bonded with the strontium ion adsorbing compound using a colorimetric method. Strontium recovery method. ストロンチウムイオン吸着性化合物を結合したメソポーラスシリカはリユースすることを特徴とする、請求項7〜10のいずれか1項に記載のストロンチウム回収方法。 The method for recovering strontium according to any one of claims 7 to 10 , wherein mesoporous silica bonded with a strontium ion adsorbing compound is reused. 前記DTDRの場合にはpH値は8.0〜10.5であり、前記クロロホスホナゾ3の場合には前記pH値は10.0〜12.0であることを特徴とする、請求項7〜11のいずれか1項に記載のストロンチウム回収方法。 Wherein the in case of the DTDR the pH value is 8.0 to 10.5, in the case of the Chlorophosphonazo 3 of the pH value is 10.0 to 12.0, claim 7 Strontium recovery method of any one of -11 . 前記ストロンチウムイオン吸着性化合物を結合したメソポーラスシリカがストロンチウムイオンを吸着すると変色することを用いてストロンチウムイオンを抽出すること、および/またはストロンチウムイオンを吸着した前記メソポーラスシリカがストロンチウムイオンを溶離すると変色し前記ストロンチウムイオン吸着性化合物を結合したメソポーラスシリカに戻ることを用いてストロンチウムイオンを分離することを特徴とする、請求項7〜12のいずれか1項に記載のストロンチウム回収方法。 Extracting strontium ions by using the change in color when the mesoporous silica bonded with the strontium ion adsorbing compound adsorbs strontium ions, and / or discoloring when the mesoporous silica adsorbing strontium ions elutes strontium ions The method for recovering strontium according to any one of claims 7 to 12 , wherein strontium ions are separated by returning to mesoporous silica bonded with a strontium ion adsorbing compound. ストロンチウムイオンを含む各種イオンが溶解された溶液(ストロンチウムイオン溶解溶液)からストロンチウムイオンを収集するストロンチウムイオン吸着性化合物を結合したメソポーラスシリカをベースとしたストロンチウムイオン収集剤であって、
前記ストロンチウムイオン吸着性化合物は
4−(2−ジアゼニル−1,3,4−チアジアゾル)−6−ドデシルレゾルシノール{4-(2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole)-6-dodecylresorcinol (DTDR)}および/またはクロロホスホナゾ3(Chlorophosphonazo−III)であることを特徴とするストロンチウムイオン収集剤。
A strontium ion collector based on mesoporous silica combined with a strontium ion adsorbing compound that collects strontium ions from a solution in which various ions including strontium ions are dissolved (strontium ion solution),
The strontium ion adsorbing compound is 4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol (DTDR) } And / or a strontium ion collector, characterized by being chlorophosphonazo-III.
前記クロロホスホナゾ3の場合には、臭化ジメチルアンモニウムジラウリル{dilauryl dimethyl ammonium bromide (DDAB)}を介してメソポーラスシリカに結合していることを特徴とする、請求項14に記載のストロンチウムイオン収集剤。 The strontium ion collection according to claim 14 , characterized in that, in the case of the chlorophosphonazo 3, it is bound to mesoporous silica through dilauryl dimethyl ammonium bromide (DDAB). Agent. 競合イオンの存在下においてもストロンチウムイオンを収集することが可能であることを特徴とする、請求項14または15に記載のストロンチウムイオン収集剤。 The strontium ion collecting agent according to claim 14 or 15 , wherein strontium ions can be collected even in the presence of competing ions. 前記ストロンチウムイオン溶解溶液は放射性ストロンチウムイオンを含むことを特徴とする、請求項14〜16のいずれかの項に記載のストロンチウムイオン収集剤。The strontium ion-dissolving agent according to any one of claims 14 to 16, wherein the strontium ion dissolving solution contains radioactive strontium ions. ストロンチウムイオン吸着性化合物を結合したメソポーラスシリカをベースとしたストロンチウムイオン濃度センサであって、ストロンチウムイオン濃度を色調変化(比色法)またはストロンチウムイオン濃度を紫外可視分光分析(UV-VIS-NIR spectroscopy)によって検出することを特徴とする、ストロンチウムイオン濃度センサであって、
前記ストロンチウムイオン吸着性化合物は
4−(2−ジアゼニル−1,3,4−チアジアゾル)−6−ドデシルレゾルシノール{4-(2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole)-6-dodecylresorcinol (DTDR)}および/またはクロロホスホナゾ3(Chlorophosphonazo−III)であることを特徴とするストロンチウムイオン濃度センサ。
A strontium ion concentration sensor based on mesoporous silica combined with a strontium ion-adsorptive compound. Color change of strontium ion (colorimetric method) or UV-VIS-NIR spectroscopy of strontium ion concentration A strontium ion concentration sensor characterized by detecting by:
The strontium ion adsorbing compound is 4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol (DTDR) } And / or a strontium ion concentration sensor, characterized in that it is chlorophosphonazo-III.
前記クロロホスホナゾ3の場合には、臭化ジメチルアンモニウムジラウリル{dilauryl dimethyl ammonium bromide (DDAB)}を介してメソポーラスシリカに結合していることを特徴とする、請求項18に記載のストロンチウムイオン濃度センサ。 19. The strontium ion concentration according to claim 18 , wherein the chlorophosphonazo 3 is bonded to mesoporous silica via dilauryl dimethyl ammonium bromide (DDAB). Sensor. 250nm〜900nmの波長を変えながらUV−VIS−NIR分光分析を適用することによってストロンチウムイオンの濃度を検出することを特徴とする、請求項18または19に記載のストロンチウムイオン濃度センサ。 The strontium ion concentration sensor according to claim 18 or 19 , wherein the concentration of strontium ions is detected by applying UV-VIS-NIR spectroscopy while changing the wavelength of 250 nm to 900 nm. 競合イオンの存在下においてストロンチウムイオン濃度を検出することを特徴とする、請求項18〜20のいずれか1項に記載のストロンチウムイオン濃度センサ。 The strontium ion concentration sensor according to any one of claims 18 to 20 , wherein the strontium ion concentration is detected in the presence of competing ions. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のメソポーラスシリカを用いたストロンチウム除去フィルター。 The strontium removal filter using the mesoporous silica of any one of Claims 1-6 .
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