JP5967748B2 - Mesoporous silica supporting cesium ion adsorbing compound and cesium collector, cesium recovery method, cesium ion collector, cesium ion concentration sensor and cesium removal filter using the same - Google Patents

Mesoporous silica supporting cesium ion adsorbing compound and cesium collector, cesium recovery method, cesium ion collector, cesium ion concentration sensor and cesium removal filter using the same Download PDF

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本発明は、目標元素としてセシウムイオンを選択的に吸着可能なセシウム(Cs)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セシウム(Cs)を収集し回収できるセシウム(Cs)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セシウム(Cs)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セシウム(Cs)イオン吸着性化合物を用いて、セシウム(Cs)イオン溶解溶液に含まれるセシウム(Cs)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、セシウム(Cs)イオン濃度を検出するメソポーラスシリカを用いたセシウム(Cs)イオンコレクターおよびセンサーに関する。 The present invention relates to mesoporous silica having a regular arrangement carrying a cesium (Cs) ion-adsorbing compound capable of selectively adsorbing cesium ions as a target element. Cesium (Cs) ion collector using mesoporous silica supporting cesium (Cs) ion-adsorbing compound that can collect and recover radioactive cesium (Cs), and cesium (Cs) ion adsorption supported on mesoporous silica The present invention relates to a method for efficiently and selectively recovering cesium (Cs) ions contained in a cesium (Cs) ion-dissolved solution using a functional compound. Furthermore, the present invention relates to a cesium (Cs) ion collector and sensor using mesoporous silica that detects cesium (Cs) ion concentration.

セシウム(元素記号Cs)は、柔らかく銀白色のアルカリ金属で、化学的反応性が高く、延性に富む金属であり、天然にはポルックス石(ポルサイト)やカーナル石などの鉱物中に存在する。セシウムの主要用途の一つは石油採掘工業におけるギ酸セシウムを使った掘穿泥水である。また、セシウムが光に対して高感度であることから、光電子装置に応用され、テレビ、映画、レーダーや楽器に用いられたり、発光管や発光スクリーンにも用いられたりしている。特筆すべき用途としてセシウム133はセシウム原子時計に使用され、最も高精度な時間の単位であると考えられている。セシウムの化学的生物学的用途として、硝酸セシウムはメタアクリル樹脂用触媒や、塩化セシウム等が核酸(DNA、RNA)血清を分離精製する際の密度勾配遠心法において媒体として用いられたり、水酸化セシウムはポリウレタンの原料として用いられるポリオシアルキレンポリオールの合成用触媒に使用されたりしている。セシウムの用途はまだ限定されているが、その需要は増加している。現在工業的には、塩化セシウムとカルシウムの混合物を蒸留するか、セシウムの水酸化物、炭酸塩、アルミン酸塩などからマグネシウムを還元剤にして蒸留することにより、生産されている。
Cesium (element symbol Cs) is a soft, silver-white alkali metal that is highly chemically reactive and rich in ductility, and is naturally present in minerals such as polxite and carnal stone. One of the main uses of cesium is drilling and drilling water using cesium formate in the oil mining industry. In addition, since cesium is highly sensitive to light, it is applied to optoelectronic devices and used in televisions, movies, radars and musical instruments, and also used in arc tubes and light-emitting screens. As a noteworthy application, cesium 133 is used in a cesium atomic clock and is considered to be the most accurate unit of time. As chemical and biological applications of cesium, cesium nitrate is used as a medium in methacrylic resin catalysts, cesium chloride, etc. as a medium in density gradient centrifugation when separating and purifying nucleic acid (DNA, RNA) serum. Cesium is used as a catalyst for synthesizing polyoxyalkylene polyol used as a raw material for polyurethane. Although the use of cesium is still limited, its demand is increasing. Currently, it is produced industrially by distilling a mixture of cesium chloride and calcium or by distilling cesium hydroxide, carbonate, aluminate, etc. with magnesium as a reducing agent.

上述のように、セシウム(Cs)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セシウム137(137Cs)やセシウム134(134Cs)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セシウム137(137Cs)等が環境中に放出された。また、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。原子炉等からの直接的な放射性セシウム137の他にも間接的に放射性セシウム137が生成される問題もある。たとえば、ウラン235の熱中性子核分裂において直接生成するヨウ素137(半減期24.5秒)、キセノン137(半減期3.82分)やテルル137(半減期2.5分)は、セシウム137より多く存在し半減期が短い短命核種であるが、ベータ崩壊してセシウム137となる。さらに、γ線発生器等に使用される放射性元素セシウム137が誤って環境に放出されるという事故も時々発生している。この放射性元素セシウム137(137Cs)は半減期が30.1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、放射性セシウム137が人体に及ぼす影響が懸念されている。放射性セシウム137等のセシウム化合物の多くは水溶性であり、生体内での挙動もカリウムなどに類似し、生体内に取り込まれやすい。生体内に入ると放射性セシウム137は体中に分配され、β(ベータ)線崩壊による内部被ばくを起こす。 As described above, cesium (Cs) is a useful metal, but in nuclear power generation, radioactive isotopes such as cesium 137 ( 137 Cs) and cesium 134 ( 134 Cs) are generated from the fission reaction of uranium and plutonium. . Chernobyl nuclear power plant accident and the most recent of a large amount in the Fukushima nuclear power plant accident radioactive element cesium 137 (137 Cs) and the like are released into the environment. Also, leakage from the reactor during normal operation into the environment is becoming a problem. In addition to direct radioactive cesium 137 from a nuclear reactor or the like, there is a problem that radioactive cesium 137 is indirectly generated. For example, iodine 137 (half-life 24.5 seconds), xenon 137 (half-life 3.82 minutes) and tellurium 137 (half-life 2.5 minutes) produced directly in thermal neutron fission of uranium 235 are more than cesium 137. It is a short-lived nuclide with a short half-life, but beta decays to cesium 137. Furthermore, accidents in which radioactive element cesium 137 used in γ-ray generators and the like are accidentally released to the environment have sometimes occurred. Since this radioactive element cesium 137 ( 137 Cs) has a long half-life of 30.1 years, once released into the environment, organisms will be exposed for a long time, and there is concern about the effects of radioactive cesium 137 on the human body. Yes. Many of the cesium compounds such as radioactive cesium 137 are water-soluble, and the behavior in the living body is similar to that of potassium and the like and is easily taken into the living body. When entering the living body, radioactive cesium 137 is distributed throughout the body, causing internal exposure due to β (beta) ray decay.

従って、放射性セシウム(Cs)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。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セシウム(Cs)を放出する。放射性セシウム(Cs)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くか、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放射性セシウム(Cs)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、厳重な管理下であって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セシウム放射性137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。 Therefore, the removal of radioactive cesium (Cs) 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. If the chemical reaction in the reactor is not carefully controlled, the chemical reaction proceeds rapidly, the furnace pressure rises, and fuel rod corrosion occurs. 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 cesium (Cs) into the water that is cooling around the fuel rods. Radioactive cesium (Cs) circulates in the system together with cooling water and eventually exits the reactor to the environment, such as air, or becomes liquid and solid waste. Occasionally, the reactor gas capture system may release gas containing radioactive cesium (Cs) to the environment. In this way, even if there is no accident at this Fukushima nuclear power plant, even under strict management, leakage of radioactive materials not only from existing systems but also from waste and stored materials is inevitable, and a considerably long half-life Cesium radioactivity 137 has a radionuclide found quite frequently in soil and groundwater.

選択的にセシウムを除去する方法として、主として3つの技術が存在する。第1のアプローチは、クロスフローろ過による後続のセシウム除去を用いてセシウムを析出するために、テトラフェニル・ホウ酸ナトリウムを使う。第2のアプローチは、非溶離可能なイオン交換アプローチにおいてセシウムを捕集するために、非有機吸着剤、結晶性ケイ素チタン酸塩を使う。第3のアプローチは、有機抽出システム内に配備される特別にデザインされたクラウンエーテルを使う。大きなクラウンエーテルを有するセシウムイオン錯体は、水性溶媒および非水溶媒において研究され(非特許文献1)、また導電率測定法においても研究されている。(非特許文献2)また、混合溶媒システムにおける錯体形成反応は、非常に限定された程度で調査されているだけである。(非特許文献3)大きなクラウンエーテルを持つ金属イオンの相互作用に及ぼす溶媒特性およびリングサイズのクラウンの影響を研究することは私たちには興味深い。 There are mainly three techniques for selectively removing cesium. The first approach uses tetraphenyl sodium borate to deposit cesium using subsequent cesium removal by cross-flow filtration. The second approach uses a non-organic adsorbent, crystalline silicon titanate, to collect cesium in a non-elutable ion exchange approach. The third approach uses specially designed crown ethers that are deployed within the organic extraction system. A cesium ion complex having a large crown ether has been studied in an aqueous solvent and a non-aqueous solvent (Non-patent Document 1), and also in a conductivity measurement method. (Non-patent Document 2) Further, the complex formation reaction in the mixed solvent system is only investigated to a very limited extent. (Non-Patent Document 3) It is interesting for us to study the effects of solvent properties and ring size crown on the interaction of metal ions with large crown ethers.

現在、たとえばレゾルシノール・ホルムアルデヒド(resorcinol-formaldehyde)、デュオライトCS−100(Duolite CS-100)(登録商標)、ディフォニックスCS(Diphonix-CS)(登録商標)のような有機イオン交換樹脂をセシウム(Cs)除去用に使用されている。これまで多くの研究は、放射性核種の分離用に伝統的な非有機および有機イオン交換器の使用を考えてきた。しかし、これらのイオン交換器を使用する方法は、セシウムイオンを溶離し、イオン交換器を洗浄したりイオン交換器を装填したりするために、使用される溶液から大量の2次廃棄物や廃液を産む。また使用済みのイオン交換器は廃棄物となるとともに、非有機材料は通常、廃棄前には1度しか使うことができないし、再生可能材料は使用可能寿命が短いという問題がある。(非特許文献4)またセシウムイオンを選択的に除去することが困難であるという問題もある。 At present, organic ion exchange resins such as resorcinol-formaldehyde, Duolite CS-100 (registered trademark), and diphonix CS (registered trademark) are used as cesium ( Cs) Used for removal. Many studies so far have considered the use of traditional non-organic and organic ion exchangers for the separation of radionuclides. However, these ion exchanger methods are used to elute cesium ions, wash the ion exchanger or load the ion exchanger, and use a large amount of secondary waste or waste liquid from the solution used. Give birth. In addition, used ion exchangers become waste, non-organic materials can usually be used only once before disposal, and renewable materials have a short usable life. (Non-patent document 4) There is also a problem that it is difficult to selectively remove cesium ions.

セシウム除去方法として、ベータゼオライト担持体にアルカリカチオンを付加させる方法が研究されている。たとえば、ベータゼオライトに担持された白金をセシウムカチオンと交換する方法は、n−ヘキサンの芳香族化において重要であり、ベータゼオライトに担持された白金をアルカリカチオンおよびアルカリ土類カチオンと交換したということも報告されている。(非特許文献5)しかし、このような置換方法によるセシウム除去法では工程が複雑である(長くなる)とともに、リサイクルやリユースが困難であるという問題がある。また、ゼオライトへ直接セシウムを担持する方法はセシウムを選択的に吸着することは困難である。このように、セシウムイオンを選択的に除去する方法は種々検討されてきたが、人体に影響を及ぼすレベルの微量な放射性セシウムを選択的に除去できる簡単で安価な方法はまだ見つかっていない。 As a method for removing cesium, a method of adding an alkali cation to a beta zeolite carrier has been studied. For example, the method of exchanging platinum supported on beta zeolite with cesium cations is important in the aromatization of n-hexane, and that platinum supported on beta zeolite was exchanged with alkali cations and alkaline earth cations. Has also been reported. (Non-Patent Document 5) However, the cesium removal method by such a replacement method has problems that the process is complicated (long) and that recycling and reuse are difficult. Moreover, it is difficult to selectively adsorb cesium by the method of directly supporting cesium on zeolite. As described above, various methods for selectively removing cesium ions have been studied, but a simple and inexpensive method capable of selectively removing a trace amount of radioactive cesium that affects the human body has not yet been found.

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が、低濃度レベルの放射性セシウムに関しては、低コストで選択性良好で迅速に検出できかつ放射性セシウムを除去できる視覚的コレクターはまだ開発されていない。 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 / removal approach is a simple technique that does not require complex equipment or a well-controlled environment, but for low concentration levels of radioactive cesium, low cost, good selectivity, rapid detection and radioactive cesium No visual collector has been developed yet that can eliminate this.

放射性セシウムは、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、また放射性セシウムの人体への許容レベルは非常に低いので、セシウムを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、微量のセシ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 cesium is present at concentrations well below the extraction limits of most commonly used processing methods, and the acceptable level of radioactive cesium in the human body is very low, so cesium 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 techniques that are rapid, cost effective, easy to use, and reliable for the measurement and extraction of trace cesium 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セシ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 prior patent documents and non-patent documents so far discloses a simple, rapid and accurate method for recovering cesium adsorbed on mesoporous silica.

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

C.M. Goff, M.A.Matchette, N. Shabestary, S. Khazaeli,“Complexation of caesium and rubidium cations with crown ethers in N,N-dimethylformamide” Polyhedron 15(1996)3897−3903C.M.Goff, M.A.Matchette, N. Shabestary, S. Khazaeli, “Complexation of caesium and rubidium cations with crown ethers in N, N-dimethylformamide” Polyhedron 15 (1996) 3897-3903 M. Shamsipur, M.Saeidi, “Conductance study of binding of some Rb+ and Cs+ ions bymacrocyclicpolyethers in acetonitrile solution” J. Solution Chem. 29(2000)1187−1198M. Shamsipur, M. Saeidi, “Conductance study of binding of some Rb + and Cs + ions bymacrocyclicpolyethers in acetonitrile solution” J. Solution Chem. 29 (2000) 1187-1198 G. Rounaghi,A.I. Popov, “133Cs NMR study of Cs+ ion complexes with dibenzo-21-crown-7 and dibenzo-24-crown-8 insome mixed solvents” Polyhedron 5(1986)1329−1333G. Rounaghi, A.I. Popov, “133Cs NMR study of Cs + ion complexes with dibenzo-21-crown-7 and dibenzo-24-crown-8 insome mixed solvents” Polyhedron 5 (1986) 1329–1333 M.A.Lilga, R.J.Ortha, J.P.H. Sukamtoa, S.D. Rassata, J.D. Gendersb, R. Gopa.Separation and Purification Technology 24(2001)451-466M.A.Lilga, R.J.Ortha, J.P.H.Sukamtoa, S.D.Rassata, J.D.Gendersb, R. Gopa.Separation and Purification Technology 24 (2001) 451-466 G.E.Sntamaaria, J.M. Bautista, H. Silva, L. Munoz, N. Batina. “Cesium concentrationeffect on Pt/Cs beta zeolite/γ-aluminacatalysts for n-heptane conversion”.Applied Catalysis A: General 231 (2002) 117−123G.E.Sntamaaria, J.M.Bautista, H. Silva, L. Munoz, N. Batina. “Cesium concentrationeffect on Pt / Cs beta zeolite / γ-aluminacatalysts for n-heptane conversion” .Applied Catalysis A: General 231 (2002) 117−123

上記説明した様にセシウム(Cs)は種々の用途に使用されているが、放射性同位体であるセシウム137(137Cs)等の放射性セシウムは、ppb〜ppmオーダーの極微量でも人体に蓄積して放射線を出して発がん性等の病気を誘発するので、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 explained above, cesium (Cs) is used in various applications, but radioactive cesium such as cesium 137 ( 137 Cs), which is a radioisotope, accumulates in the human body even in a trace amount on the order of ppb to ppm. Because it induces carcinogenic diseases by emitting radiation, it is necessary to exclude it from all environments such as waste water and soil as well as domestic water such as drinking water and washing water and the atmosphere.

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セシウム(Cs)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セシウム(Cs)濃度を迅速に正確に測定するセシウム(Cs)コレクターまたはセシウム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。またセシウム(Cs)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、セシウム(Cs)以外の複数の元素やイオンが含まれる溶液ではセシウム(Cs)以外の元素やイオンに影響されて精度良くセシウム(Cs)濃度だけ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セシウムが存在した場合にその放射性セシウムを除去することが必要であるが、ppb〜ppmオーダーレベルまでセシウム(Cs)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〜ppmオーダーレベルのイオンを除去できるものの、セシウム(Cs)イオンだけを特定して除去できないという問題がある。すなわちセシウム(Cs)(イオン)だけを選択的に除去するという選択性の良い物は見つかっていない。 Therefore, it is necessary to know what level of cesium (Cs) is contained in a solution such as domestic water or wastewater even in a small amount. However, there are few cesium (Cs) collectors or cesium concentration detection sensors that quickly and accurately measure a very small amount of cesium (Cs) on the order of ppb to ppm, and there is a problem that even if it is not possible to use it repeatedly. Also, since there are few collectors or sensors that selectively collect and detect cesium (Cs), solutions containing multiple elements and ions other than cesium (Cs) are affected by elements and ions other than cesium (Cs). Only the cesium (Cs) concentration cannot be measured accurately. Furthermore, when a very small amount of radioactive cesium is present in a solution such as domestic water or wastewater, it is necessary to remove the radioactive cesium, but there are few methods for removing cesium (Cs) from the ppb to the ppm order level. In the case of an ion exchange resin or the like, ions of the order of ppb to ppm can be removed, but there is a problem that only cesium (Cs) ions cannot be specified and removed. In other words, a highly selective substance that selectively removes only cesium (Cs) (ion) has not been found.

また、回収剤でセシウム(Cs)を除去した後、そのセシウム(Cs)を分離する手段が困難なため、回収したセシウム(Cs)を有効に活用することが難しいという問題がある。セシウム(Cs)は希少金属なこと、生産国が偏在していることなどから、セシウム(Cs)を回収して再利用することは極めて重要である。あるいは、収集したセシウムを分離できなければ、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。従って、セシウム(Cs)を回収した回収剤はそのまま廃棄するしか方法はなくこの2次廃棄物の処理方法が問題となる。また、生活用水や廃水等の溶液中のセシウム(Cs)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。以上のように、環境中のセシウム(Cs)濃度検出や環境からのセシウム(Cs)除去、さらに有用なセシウム(Cs)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、かつ精度良好で回収を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 cesium (Cs) with a recovery agent, there is a problem that it is difficult to effectively utilize the recovered cesium (Cs) because it is difficult to separate the cesium (Cs). Since cesium (Cs) is a rare metal and the producing countries are unevenly distributed, it is extremely important to collect and reuse cesium (Cs). Alternatively, if the collected cesium cannot be separated, there is also a problem that it is difficult to reuse the recovery agent. Therefore, the recovery agent that recovered cesium (Cs) can only be discarded as it is, and this secondary waste disposal method becomes a problem. In addition, there is a problem that the cost for collecting and recycling cesium (Cs) in solutions such as domestic water and wastewater is high. As described above, simple, low-cost, high-selectivity methods for detecting cesium (Cs) concentration in the environment, removing cesium (Cs) from the environment, and recovering and recycling useful cesium (Cs). There is an urgent need worldwide for a method with good accuracy and capable of high speed recovery.

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セシウム(Cs)イオンを選択的に吸着することができる化合物(以下、セシウム(Cs)イオン吸着性化合物(あるいは、セシウム(Cs)(イオン)を集めるという意味(収集剤)で、セシウム(Cs)イオンコレクターまたは単にコレクター、あるいはセシウム(Cs)(イオン)を捕獲するという意味で、セシウム(Cs)イオンキャプターまたは単にキャプターともいう)を担持させて、担持されたセシウム(Cs)イオン吸着性化合物にセシウム(Cs)イオンを吸着させ、この吸着されたセシウム(Cs)を回収する効率的な方法およびそれに使用されるセシウム(Cs)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、このセシウム(Cs)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セシウム(Cs)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セシウム(Cs)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 cesium (Cs) ions on mesoporous silica having a highly ordered structure (hereinafter referred to as cesium (Cs) ion adsorbing compound (or cesium (Cs) (ion ) (Collecting agent), cesium (Cs) ion collector, or simply collector, or cesium (Cs) (ion), meaning to capture cesium (Cs) ion captor or simply captor) Cesium (Cs) ions are adsorbed on the supported cesium (Cs) ion-adsorbing compound, and an efficient method for recovering the adsorbed cesium (Cs) and cesium (Cs) ion adsorption used in the method The present invention provides a mesoporous silica having a cesium (Cs) ion-adsorbing compound. Provided are a cesium (Cs) ion collector and a sensor capable of accurately detecting a cesium (Cs) ion concentration and using a mesoporous silica that has been measured in a minute amount on the order of ppb to ppm.

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セシウム(Cs)イオン吸着性化合物(セシウム(Cs)イオンはまだ吸着されていない)を担持する。セシウム(Cs)イオン吸着性化合物は、セシウム(Cs)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、目標元素はセシウム(Cs)である。)セシウム(Cs)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、2−ドデシル−4−((フェニル)ジアゼニル)レソルシノール{2-dodecyl-4-((phenyl)diazenyl)
resorcinol (DPAR)}、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)}、およびピロガロールレッド{Pyrogallol red (PR)}が挙げられる。これらのセシウム(Cs)イオン吸着性化合物をメソポーラスシリカに担持する。(たとえばこれらのセシウム(Cs)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、あるいはHOMS−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。従って、DPARの場合はHOM−DPAR、DTDRの場合はHOM−DTDR、あるいはPRの場合はHOM−PR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 cesium (Cs) ion-adsorbing compound (the cesium (Cs) ion has not been adsorbed yet). The cesium (Cs) ion-adsorbing compound is a compound that can selectively adsorb cesium (Cs) ions. For example, a complex such as a chelate compound. (A compound that easily adsorbs specific element ions is referred to as an (element) ion-adsorbing compound in this application. Here, in the sense that specific ions that can be selectively adsorbed by the element ion-adsorbing compound are collected. In the present invention, the target element is cesium (Cs).) As a compound that selectively and preferentially adsorbs cesium (Cs) ions, for example, 2-dodecyl- 4-((Phenyl) diazenyl) resorcinol {2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl)
resorcinol (DPAR)}, 4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol (DTDR)} And pyrogallol red {Pyrogallol red (PR)}. These cesium (Cs) ion-adsorbing compounds are supported on mesoporous silica. (For example, these cesium (Cs) ion-adsorbing compounds are collectively referred to as MC, and mesoporous silica supporting MC is referred to as HOM-MC or HOMS-MC.) These may be supported alone in HOMS. A plurality of them may be mixed and supported on HOMS. Therefore, HOM-DPAR for DPAR, HOM-DTDR for DTDR, or HOM-PR for PR.

セシウム(Cs)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セシウム(Cs)(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セシウム(Cs)イオン吸着性化合物に目標元素イオンであるセシウム(Cs)イオン(Cs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。(セシウム(Cs)イオンを吸着したHOM−MCをHOM−MC−Csと記す。)たとえば、前述のHOM−DPARの場合は、pH値を1.5〜2.5、好適には2.0またはpH値を9.0〜10.0、好適には9.5に調整したセシウム(Cs)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−DPARは目標元素イオンであるセシウム(Cs)イオンを優先的にかつ選択的にかつ迅速に吸着する。(セシウム(Cs)を吸着したHOM−DPARをHOM−DPAR−Csと記す。) The cesium (Cs) (ion) adsorptive compound is supported (or modified) in an ion-dissolved solution in which various ions containing cesium (Cs) (including not only element ions but also other cations and anions) are dissolved. Mesoporous silica is brought into contact, and cesium (Cs) ions (such as Cs + ), which are target element ions, are adsorbed to the cesium (Cs) ion-adsorbing compound supported on the 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 that adsorbs cesium (Cs) ions is referred to as HOM-MC-Cs.) For example, in the case of the aforementioned HOM-DPAR, the pH value is 1.5 to 2.5, preferably 2.0. Alternatively, HOM-DPAR is a target element ion of cesium (Cs) by contacting with an ionic solution containing cesium (Cs) ions adjusted to a pH value of 9.0 to 10.0, preferably 9.5. Ions are preferentially and selectively adsorbed quickly. (HOM-DPAR adsorbing cesium (Cs) is referred to as HOM-DPAR-Cs.)

次に、セシウム(Cs)イオンが吸着されたセシウム(Cs)イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカをセシウム(Cs)イオンが遊離可能な溶液(セシウム(Cs)イオン遊離溶液)に接触させて、吸着されたセシウム(Cs)イオンをセシウム(Cs)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。分離された液体はセシウム(Cs)イオンだけを溶解しているので、目標元素であるセシウム(Cs)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、セシウム(Cs)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、セシウム(Cs)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セシウム(Cs)イオン吸着性化合物はセシウム(Cs)を吸着していない。すなわち、固形物はセシウム(Cs)イオン吸着性化合物(セシウム(Cs)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 cesium (Cs) ion-adsorbing compound on which cesium (Cs) ions are adsorbed is brought into contact with a solution capable of releasing cesium (Cs) ions (cesium (Cs) ion-free solution), The adsorbed cesium (Cs) ions are dissolved in a cesium (Cs) ion free solution. The solution is filtered to separate it into a solid and a liquid. Since the separated liquid dissolves only cesium (Cs) ions, the target element cesium (Cs) can be recovered. By controlling the concentration, pH, reaction temperature, etc. of the solution, the recovery efficiency of cesium (Cs) can be increased. The separated solid is mesoporous silica supporting a cesium (Cs) ion adsorbing compound, and the cesium (Cs) ion adsorbing compound supported on the mesoporous silica does not adsorb cesium (Cs). That is, the solid material returns to mesoporous silica (HOM-MC) carrying a cesium (Cs) ion-adsorbing compound (not adsorbing cesium (Cs) ions).

しかも本体(セシウム(Cs)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セシウム(Cs)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−Csを酸性溶液やアルカリ溶液などに浸漬することにより、セシウム(Cs)を溶離してHOM−MCとすることができる。セシウム(Cs)を分離されたHOM−MCは再びセシウム(Cs)イオン吸着材(コレクター、あるいはキャプター)として利用できる。 Moreover, since the main body (mesoporous silica carrying a cesium (Cs) ion-adsorbing compound) has not changed, the adsorbent (or collector (collector)) or extractant of the cesium (Cs) ion, which is the target element ion, is again used. Can be used. For example, by immersing HOM-MC-Cs in an acidic solution or an alkaline solution, cesium (Cs) can be eluted to form HOM-MC. HOM-MC from which cesium (Cs) has been separated can again be used as a cesium (Cs) ion adsorbent (collector or captor).

本発明において、セシウム(Cs)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、セシウム(Cs)イオン吸着性化合物の反応基にセシウム(Cs)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セシウム(Cs)イオン吸着性化合物へのセシウム(Cs)イオン吸着効率が、単独のセシウム(Cs)イオン吸着性化合物へのセシウム(Cs)イオン吸着効率よりも非常に大きくなるとともに、セシウム(Cs)(イオン)吸着量も多くなる。 In the present invention, the cesium (Cs) 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), so that the cesium (Cs) ion adsorption Cesium (Cs) ions are easily and quickly adsorbed to the reactive group of the active compound. Therefore, not only the adsorption response speed is high, but also the cesium (Cs) ion adsorption efficiency to the cesium (Cs) ion adsorbing compound supported on mesoporous silica is the cesium to the single cesium (Cs) ion adsorbing compound. (Cs) It becomes much larger than the ion adsorption efficiency, and the amount of cesium (Cs) (ion) adsorption increases.

また、セシウム(Cs)(イオン)吸着性化合物に吸着されたセシウム(Cs)イオンも整然と配列し密に吸着されているので、吸着したセシウム(Cs)イオンを容易に速く遊離(あるいは分離、あるいは溶離)することができる。従ってセシウム(Cs)イオンの遊離効率も非常に大きい。また、セシウム(Cs)イオン吸着性化合物はセシウム(Cs)イオン溶解溶液のpH値等の条件を調整することによりセシウム(Cs)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、セシウム(Cs)(イオン)だけを効率良く回収できる。またppb〜ppmオーダーの微量なセシウム(Cs)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セシウム(Cs)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セシウム(Cs)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。 In addition, cesium (Cs) ions adsorbed on the cesium (Cs) (ion) adsorbing compound are also arranged in order and densely adsorbed, so that the adsorbed cesium (Cs) ions are easily released quickly (or separated, or Elution). Therefore, the release efficiency of cesium (Cs) ions is very high. Moreover, the cesium (Cs) ion-adsorbing compound can selectively adsorb cesium (Cs) ions in a large amount and rapidly by adjusting conditions such as the pH value of the cesium (Cs) ion-dissolved solution. Therefore, only cesium (Cs) (ions) can be efficiently recovered. In addition, cesium (Cs) ions in the order of ppb to ppm can be adsorbed and removed, so the concentration of cesium (Cs) ions contained in solutions such as domestic water and wastewater, soil and other ionic solutions is extremely small. It can be reduced to the level. Since trace amounts of radioactive cesium (Cs) in the environment, which has been a problem in recent years, can be efficiently and rapidly removed, 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、セシウム(Cs)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、セシウム(Cs)イオン吸着性化合物の担持やセシウム(Cs)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。吸着したセシウム(Cs)イオンもほぼ完全に遊離できるので、もとの状態(セシウム(Cs)イオンを吸着していないセシウム(Cs)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、セシウム(Cs)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。 In addition, mesoporous silica carrying a cesium (Cs) ion-adsorbing compound has a strong skeleton, and the mesoporous silica skeleton can also be formed by supporting a cesium (Cs) ion-adsorbing compound or adsorbing cesium (Cs) ions. There is little change. Since the adsorbed cesium (Cs) ion can be almost completely released, it returns to its original state (mesoporous silica carrying a cesium (Cs) ion-adsorbing compound that does not adsorb cesium (Cs) ion), so cesium ( Cs) Mesoporous silica carrying an ion-adsorbing compound can be used repeatedly. That is, it can be recycled or reused many times.

従って、トータル(全体)のセシウム(Cs)の収集・回収費用を小さくすることができる。また、本発明のセシウム(Cs)イオンが吸着されたセシウム(Cs)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セシウム(Cs)イオン濃度も検出することができるので、セシウム(Cs)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) cesium (Cs) collection / recovery cost can be reduced. In addition, mesoporous silica carrying a cesium (Cs) ion-adsorbing compound on which cesium (Cs) ions of the present invention are adsorbed is ppb--using a colorimetric method or UV-VIS-NIR spectroscopy. It can also be used as a cesium (Cs) ion collector and concentration sensor because it can detect cesium (Cs) ion concentrations at very low concentrations on the order of ppm.

図1は、本発明のセシウム(Cs)回収システムを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a cesium (Cs) 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DPARの合成方法を示す図である。FIG. 3 shows a method for synthesizing receptor DPAR. 図4は、レセプターDTDRの合成方法を示す図である。FIG. 4 shows a method for synthesizing the receptor DTDR. 図5は、レセプターPRの構造式を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the structural formula of the receptor PR. 図6は、レセプターDPARを担持したHOM−DPARの製造方法を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a method for producing HOM-DPAR carrying receptor DPAR. 図7は、セシウム吸着性化合物としてDPARを用いたときのHOM−DPARによるセシウム(Cs)抽出フローを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a cesium (Cs) extraction flow by HOM-DPAR when DPAR is used as the cesium-adsorbing compound. 図8は、セシウム吸着性化合物としてDPARを用いたときのHOM−DPARによるセシウム(Cs)抽出フローを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a cesium (Cs) extraction flow by HOM-DPAR when DPAR is used as the cesium-adsorbing compound. 図9は、pH2.0においてセシウムイオンを吸着した固形物HOM−DPAR−Csの紫外線可視分光法の吸収スペクトルおよび比色分析を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the absorption spectrum and colorimetric analysis of UV-visible spectroscopy of solid HOM-DPAR-Cs adsorbed with cesium ions at pH 2.0. 図10は、pH9.5においてセシウムイオンを吸着した固形物HOM−DPAR−Csの紫外線可視分光法の吸収スペクトルおよび比色分析を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an absorption spectrum and a colorimetric analysis of UV-visible spectroscopy of solid HOM-DPAR-Cs adsorbed with cesium ions at pH 9.5. 図11は、pH2において競合イオンの存在下におけるセシウムイオンを吸着したHOM−DPAR−Csの吸収スペクトルおよび比色分析結果を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the absorption spectrum and colorimetric analysis results of HOM-DPAR-Cs that adsorbed cesium ions in the presence of competing ions at pH 2. 図12は、pH9.5において競合イオン(NaCl等)の存在下におけるセシウムイオンを吸着したHOM−DPAR−Csの紫外線可視分光法による吸収スペクトルおよび比色分析結果を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the absorption spectrum and colorimetric analysis results of HOM-DPAR-Cs adsorbed with cesium ions in the presence of competing ions (such as NaCl) at pH 9.5 and UV-visible spectroscopy. 図13は、大容量のセシウムイオン溶解溶液からのセシウムイオンを抽出したろ過後の固形材料HOM−DPAR−Csの紫外線可視分光法による吸収スペクトルおよび比色分析結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an absorption spectrum and a colorimetric analysis result of the solid material HOM-DPAR-Cs after extraction of cesium ions extracted from a large-capacity cesium ion solution by UV-visible spectroscopy. 図14は、セシウムイオンを抽出した固形材料HOM−DTDR−Csの紫外線可視分光法による吸収スペクトルおよび比色分析結果を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an absorption spectrum and a colorimetric analysis result of the solid material HOM-DTDR-Cs extracted with cesium ions by ultraviolet visible spectroscopy. 図15は、セシウムイオンを抽出した固形材料HOM−PR−Csの紫外線可視分光法による吸収スペクトルおよび比色分析結果を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an absorption spectrum and a colorimetric analysis result of the solid material HOM-PR-Cs extracted with cesium ions by ultraviolet visible spectroscopy. 図16は、セシウムイオンの溶離前後の固形材料HOM−DPARの紫外線可視分光法による吸収スペクトルを示す図である。FIG. 16 is a diagram showing absorption spectra of the solid material HOM-DPAR before and after elution of cesium ions by ultraviolet visible spectroscopy. 図17は、セシウムイオンの溶離前後の固形材料HOM−DPARの色調変化を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a change in color tone of the solid material HOM-DPAR before and after elution of cesium ions. 図18は、ICP−MS分析よるセシウムイオンCs(I)の濃度を示す表である。FIG. 18 is a table showing the concentration of cesium ion Cs (I) by ICP-MS analysis. 図19は、本発明のHOM−DPARのセシウム回収の適用範囲を示す表である。FIG. 19 is a table showing the applicable range of cesium recovery of HOM-DPAR of the present invention. 図20は、本発明のセシ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セシウム(Cs)イオン溶解溶液からセシウムを回収するシステムを示した図である。FIG. 20 is a diagram showing a system for recovering cesium from a cesium (Cs) ion-dissolved solution using mesoporous silica supporting a cesium ion-adsorbing compound of the present invention.

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セシウム(Cs)イオン検出技術およびセシウム(Cs)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セシウム(Cs)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セシ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 a cesium (Cs) ion detection technique and a cesium (Cs) recovery technique using various chelates and other compounds having high selectivity and an 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. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is very excellent as a method for extracting cesium (Cs) from wastes containing various active ions (cations and anions), surfactants, etc., domestic water and the environment. In particular, it is extremely excellent as a method for eliminating radioactive cesium, 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セシウム(Cs)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、セシウム(Cs)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セシウム(Cs)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 a cesium (Cs) ion collector and sensor by controlling the environmental conditions such as pH and changing the fixation / dissociation state. Cesium (Cs) ions can be reliably adsorbed by bonding between adjacent atoms and surface atoms having different electron orbital structures and compounds such as chelates. In addition, the nano-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 cesium (Cs) adsorption at the ppb level (high speed). Response) occurs.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明のセシウム(Cs)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、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 cesium (Cs) recovery system of the present invention. First of all, highly ordered mesoporous silica (HOM silica (HOMS): High Ordered Mesoporous Silica, usually, 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、セシウム(Cs)イオン吸着性化合物を大量に担持することができ、全体のセシウム(Cs)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 cesium (Cs) ion-adsorbing compound can be supported, and the total amount of cesium (Cs) 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{Tetramethylorthosilicate(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 ). Usually, the mesoporous silica monolith with cubic Im3m (HOM) cage-like mesopores is a ratio of F108 / tetramethylorthosilicate (Tetramethylorthosilicate (TMOS)) mixed with dodecane: F108: TMOS = 1: 2.8: 4 Was made using a microemulsion phase formed by addition at. This HOMS is a white powdery solid.

次に、第2段階で、セシウム(Cs)イオン吸着性化合物をHOMに担持させる。この段階では、セシウム(Cs)イオン吸着性化合物にはセシウム(Cs)イオンは(他のイオンも)吸着されていない。(セシウムイオン{Cs(I)}を吸着していないことを示す用語として「セシウムイオン吸着性化合物」と称する。本発明に用いられるセシ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、タンパク質などのセシウム(Cs)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、セシウム(Cs)(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、目標元素であるセシウム(Cs)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セシウム(Cs)を遊離できる化合物である。セシウム(Cs)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 stage, the cesium (Cs) ion-adsorbing compound is supported on the HOM. At this stage, cesium (Cs) ions (and other ions) are not adsorbed to the cesium (Cs) ion-adsorbing compound. (As a term indicating that cesium ion {Cs (I)} is not adsorbed, it is referred to as a “cesium ion adsorbing compound.” As the cesium ion adsorbing compound used in the present invention, an ion complex, an inorganic compound or an organic compound is used. Also included are cesium (Cs) ion-adsorptive compounds such as cellulose, protein, etc. Examples of metal complexes include inorganic and organic metal complexes, metal carbonyl compounds, metal clusters and organometallic compounds, and chelate compounds. Basically, it is a compound that can adsorb cesium (Cs) (ion), can be supported on HOM, and can release ions other than cesium (Cs), which is the target element, by chemical treatment. It is a compound that can release cesium (Cs), the target element, by chemical treatment. Tightly bound to the HOM silica for example, through the OH group in manner.

セシウム(Cs)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セシウム(Cs)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、セシウム(Cs)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。セシウム(Cs)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セシウム(Cs)イオン溶解溶液のpH値や温度や濃度などを調整すれば、セシウム(Cs)イオン吸着性化合物に目標(金属)元素であるセシウム(Cs)(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〜ppmオーダーの)セシウム(Cs)を選択的に吸着することができるので、セシウム(Cs)イオン溶解溶液中に含まれるセシウム(Cs)イオンの量が少なくても、効率的に選択的にセシウム(Cs)イオンを吸着する。 The cesium (Cs) ion-adsorbing compound is desirably a compound that selectively adsorbs cesium (Cs) ions, which are target element ions to be recovered, in a large amount. For example, a chelate compound or other compound that selectively binds to cesium (Cs) ions can be used. Cesium (Cs) ion-adsorbing compounds by adjusting the pH value, temperature, concentration, etc. of cesium (Cs) ion-dissolved solutions in which various ions (cations and anions) containing cesium (Cs) and surfactants are dissolved The target (metal) element cesium (Cs) (ion) can be selectively and preferentially adsorbed in large quantities. In addition, since a compound such as a chelate compound can selectively adsorb a very small amount of cesium (Cs) (for example, on the order of ppb to ppm), cesium (Cs) ions dissolved in a cesium (Cs) ion solution ( Even if the amount of Cs) ions is small, cesium (Cs) ions are selectively and efficiently adsorbed.

たとえば、我々は、2−ドデシル−4−((フェニル)ジアゼニル)レソルシノール{2-dodecyl-4-((phenyl)diazenyl)
resorcinol (DPAR)}(以下レセプターDPARまたはキャプターDPARとも称する)の化合物がセシウム(Cs)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(セシウム(Cs))イオンを吸着する(セシウム(Cs))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 2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol {2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl)
resorcinol (DPAR)} (hereinafter also referred to as receptor DPAR or captor DPAR) was found to selectively adsorb cesium (Cs) ions preferentially. (Receptor is originally a biological term “receptor”, but in this application, it means an ion-adsorbing compound that adsorbs a specific element (cesium (Cs)) ion. The term is sometimes used.)

このレセプターDPARは、溶液を特定のpH値に調節したセシウム(Cs)イオンを含有した溶液(セシウム(Cs)イオン溶解溶液)にレセプターDPARを担持したHOMシリカを浸漬すると、レセプターDPAR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セシウム(Cs)イオンを吸着する。セシウム(Cs)イオンの吸着量が増していくとレセプターDPARを担持したHOMシリカの色が変色し、薄い茶色(吸着していないHOM−DPAR)から濃い茶色(セシウム(Cs)イオン濃度5ppm)へと変化していく。色調と吸着されたセシウム(Cs)イオン濃度とは相関関係にあるので、色調からセシウム(Cs)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レベルの微量なセシウム(Cs)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、セシウム(Cs)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DPARを担持したHOMシリカ(HOM−DPAR)を浸漬すると、セシウム(Cs)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DPARを担持したHOMシリカ(HOM−DPAR)は、セシウム(Cs)イオン吸着の選択性が優れている。 This receptor DPAR is obtained by immersing HOM silica carrying the receptor DPAR in a solution containing cesium (Cs) ions (cesium (Cs) ion dissolving solution) whose solution is adjusted to a specific pH value. Cesium (Cs) ions are selectively adsorbed in a larger amount than in the solution of the value. As the amount of adsorbed cesium (Cs) ions increases, the color of the HOM silica supporting the receptor DPAR changes color, from light brown (non-adsorbed HOM-DPAR) to dark brown (cesium (Cs) ion concentration 5 ppm) And change. Since the color tone and the adsorbed cesium (Cs) ion concentration have a correlation, the cesium (Cs) ion concentration can be known from the color tone. That is, colorimetric analysis is possible. In particular, even a very small amount of cesium (Cs) at the ppb to ppm level can be adsorbed, resulting in a change in color tone, so that an accurate concentration can be detected. The meaning of selectively means that when HOM silica (HOM-DPAR) supporting these receptor DPARs is immersed in a solution containing cesium (Cs) ions and other various ions (cations and anions) and surfactants, It means that only cesium (Cs) ions are adsorbed and other various ions are hardly adsorbed. That is, HOM silica carrying a receptor DPAR (HOM-DPAR) has excellent selectivity for cesium (Cs) ion adsorption.

また、セシウム(Cs)イオン吸着後の光吸収スペクトルからもセシウム(Cs)イオン濃度を測定できる。すなわち、レセプターDPARを担持したHOMシリカはセシウム(Cs)イオン濃度検出センサーでもある。このレセプターDPARを担持したメソポーラスシリカ(HOM−DPAR)は、セシウム(Cs)イオンを吸着すると紫外可視分光法において375nm近傍または510nm近傍の波長を持つ可視光において、セシウム(Cs)吸着に基づく吸収ピークを示し、この波長域帯の吸収率とセシウム(Cs)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、セシウム(Cs)イオンを吸着したHOM−DPAR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−DPAR−Csのセシウム(Cs)イオン濃度を知ることができる。しかもこのHOMS−DPAR−Csは溶液中のセシウム(Cs)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、非常に感度の良いセシウム(Cs)イオンコレクターおよび濃度センサーとなる。特にppb〜ppmレベルの微量なセシウム(Cs)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 cesium (Cs) ion concentration can also be measured from a light absorption spectrum after cesium (Cs) ion adsorption. That is, HOM silica carrying the receptor DPAR is also a cesium (Cs) ion concentration detection sensor. The mesoporous silica (HOM-DPAR) carrying this receptor DPAR absorbs cesium (Cs) ions, and in the visible light having a wavelength near 375 nm or 510 nm in UV-visible spectroscopy, an absorption peak based on cesium (Cs) adsorption. Since there is a correlation between the absorptance in this wavelength band and the cesium (Cs) ion concentration, the UV curve of HOM-DPAR that adsorbs cesium (Cs) ions can be obtained by creating a calibration curve in advance. The cesium (Cs) ion concentration of this HOMS-DPAR-Cs can be known from the absorptance data of the wavelength in the visible spectroscopy. Moreover, this HOMS-DPAR-Cs selectively adsorbs cesium (Cs) ions in the solution and hardly adsorbs other contained ions, so it becomes a very sensitive cesium (Cs) ion collector and concentration sensor. . In particular, even a very small amount of cesium (Cs) at the ppb to ppm level can be adsorbed, and as a result, a spectrum change occurs, so an accurate concentration can be detected.

他のセシウム(Cs)イオン吸着性化合物の例として、4−(2−ジアゼニル−1,3,4−チアジアゾル)−6−ドデシルレソルシノール{4-(2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole)-6-dodecylresorcinol (DTDR)}およびピロガロル・レッド{Pyrogallol red (PR)}があり、他のセシウム(Cs)イオン吸着性化合物も随時発見されるであろう。これらのセシウム(Cs)イオン吸着性化合物のうちの1つまたは2つ以上の化合物を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。これらの化合物はセシウム(Cs)(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、セシウム(Cs)(イオン)を吸着(収集)する。従って、これらのセシウム(Cs)イオン吸着性化合物はキレート錯体であると言える。これらのセシウム(Cs)イオン吸着性化合物は、他の陰イオンや陽イオン(アルカリ金属、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。セシウム(Cs)(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。 Examples of other cesium (Cs) ion-adsorbing compounds include 4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole ) -6-dodecylresorcinol (DTDR)} and Pyrogallol red (PR)}, and other cesium (Cs) ion-adsorbing compounds will be discovered from time to time. One or more of these cesium (Cs) ion-adsorbing compounds can be supported on HOMS to produce a HOMS-receptor having desired properties. These compounds adsorb (collect) cesium (Cs) (ions) by incorporating cesium (Cs) (ions) within and / or between the cyclic molecular structures. Therefore, it can be said that these cesium (Cs) ion adsorbing compounds are chelate complexes. These cesium (Cs) ion-adsorptive compounds are very highly selective compounds because they hardly adsorb other anions and cations (including metal ions such as alkali metals and alkaline earth metals). Cesium (Cs) (ion) is considered to be adsorbed (bonded) to these compounds through covalent bonding.

このようなセシウム(Cs)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に保持されるべきセシウム(Cs)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 cesium (Cs) ion-adsorbing compound on the HOM. For example, when the cesium (Cs) ion-adsorbing compound to be held in the HOM is neutral, a reagent impregnation method (REACTIVE & FUNCTION POLYMERS, 49, 189 (2001), etc.) is used, which is anionic. In some cases, a cation exchange method is used, and in some cases, an 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セシウム(Cs)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、セシウム(Cs)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セシウム(Cs)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、セシウム(Cs)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、セシウム(Cs)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、あらかじめセシウム(Cs)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、セシウム(Cs)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、セシウム(Cs)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、セシウム(Cs)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 alcohol solution of an ionic cesium (Cs) ion-adsorbing compound is contacted to adsorb the cesium (Cs) ion-adsorbing compound in mesoporous silica, organic of mesoporous silica and cesium (Cs) ion-adsorbing compound A method in which a cesium (Cs) ion-adsorbing compound is physically adsorbed and supported in mesoporous silica by contacting with a solvent solution and removing only the organic solvent by filtration or distillation. Mesoporous silica has a thiol group. Surface treatment with silylating agent, then thiol group on the surface to be generated Oxidation imparts an anionic functional group to the mesoporous silica, contacts the anionic mesoporous silica with an aqueous solution of a cationic metal adsorbing compound, and converts the cesium (Cs) ion adsorbing compound to mesoporous. A method of adsorbing in silica, cesium (Cs) ion adsorbing compound is filled in pores and surfaces in advance and then treated with an organic solvent solution of a cationic organic reagent to absorb cesium (Cs) ions A method of immobilizing a compound in the pores and on the surface, a cesium (Cs) ion-adsorbing compound and a cationic organic reagent are mixed in advance, and the organic solvent solution of the resulting reagent complex is brought into contact with the silica to form an organic A method of supporting the cesium (Cs) ion-adsorbing compound in the silica by removing only the solvent by filtration or distillation is used. .

たとえば、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DTDR等のセシウム(Cs)イオン吸着性化合物を吸着させる。 For example, in order to support the receptor DTDR on the HOM, the receptor DTDR is dissolved in ethanol, and this solution is brought into contact with HOMS to impregnate the receptor DTDR into the HOMS. In this way, HOM silica (HOMS-DTDR) in which receptor DTDR is regularly and densely supported is completed. In addition, HOM silica carrying the receptor DTDR can be efficiently produced in a high-purity solid state (powder) by evaporating (heating, vacuuming, etc.) and then drying the liquid such as alcohol and moisture. 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, a cesium (Cs) ion-adsorptive compound such as receptor DTDR is preferably adsorbed on HOM silica having a wide range of structures such as cubic structures Im3m, Pm3n, Fm3m, Ia3d, and hexagonal structure P6m.

セシウム(Cs)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セシウム(Cs)イオンを吸着できるが、セシウム(Cs)イオン吸着性化合物は凝集等するため、セシウム(Cs)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)セシウム(Cs)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セシウム(Cs)イオンが吸着しても、拡散または浸透によりセシウム(Cs)イオン吸着性化合物内部のセシウム(Cs)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セシウム(Cs)イオン吸着性化合物の官能基全部にセシウム(Cs)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セシウム(Cs)イオン吸着性化合物の官能基にセシウム(Cs)イオンが吸着したとしても、その吸着したセシウム(Cs)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セシウム(Cs)イオンを拡散させ、さらに取り出すことも可能であるが、長時間をかけてセシウム(Cs)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 cesium (Cs) ion-adsorbing compound alone can selectively adsorb the target element cesium (Cs) ion, but the cesium (Cs) ion-adsorbing compound aggregates, so cesium (Cs) ion adsorption is possible. Functional groups cannot be used effectively. That is, even when the target element cesium (Cs) ion is adsorbed to the functional group present on the surface of the aggregated (eg, particulate) cesium (Cs) ion-adsorbing compound substance, Cs) The cesium (Cs) ion concentration inside the ion-adsorptive compound decreases exponentially with respect to the distance (square), so the functionality of the cesium (Cs) ion-adsorptive compound inside the particulate matter It is difficult for cesium (Cs) ions to be adsorbed on all groups. Moreover, even if cesium (Cs) ions are adsorbed to the functional group of the cesium (Cs) ion-adsorbing compound inside the particulate matter, the adsorbed cesium (Cs) ions are taken out (free or back-extracted). There is a problem that it is difficult. Although it is possible to diffuse cesium (Cs) ions inside the particulate matter and take it out for a long time, it is necessary to move the cesium (Cs) ions inside the particulate matter over a long period of time. Has poor productivity and cannot be used industrially.

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セシウム(Cs)イオン吸着性化合物を担持したものは、セシウム(Cs)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、セシウム(Cs)イオン吸着性化合物のセシウム(Cs)イオン吸着率が非常に高くなる。すなわち、セシウム(Cs)イオン吸着性化合物の1分子ずつがセシウム(Cs)イオン吸着に利用できる。セシウム(Cs)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に担持されたセシウム(Cs)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に担持されたセシウム(Cs)イオン吸着性化合物がセシウム(Cs)イオン溶解溶液と接触するとセシウム(Cs)イオンを速やかに吸着するということを意味する。また、吸着されたセシウム(Cs)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セシウム(Cs)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、セシウム(Cs)イオンの吸着(収集)および遊離(分離)が非常に効率的に速く進行し、その結果として生産性が飛躍的に向上する。 In contrast, mesoporous silica has a very large pore surface area and a highly ordered orientation structure. Therefore, the mesoporous silica with a cesium (Cs) ion-adsorbing compound supported on the surface and pore inner wall is Since the cesium (Cs) ion-adsorptive compounds are arranged in an orderly manner and bonded, the cesium (Cs) ion-adsorptive compound has a very high cesium (Cs) ion adsorption rate. That is, each molecule of the cesium (Cs) ion-adsorptive compound can be used for cesium (Cs) ion adsorption. Cesium (Cs) ion-dissolved solution and free (back-extracted) solution easily and quickly enter the surface and pores of mesoporous silica, so the reaction of cesium (Cs) ion-adsorbing compound (supported by HOMS) Base) easily and quickly. This means that a cesium (Cs) ion-adsorbing compound supported on HOMS adsorbs cesium (Cs) ions quickly when it comes into contact with a cesium (Cs) ion solution. In addition, when the adsorbed cesium (Cs) ion is released, it also means that the adsorbed cesium (Cs) ion is released quickly if it comes into contact with the free solution. Collection) and release (separation) proceed very efficiently and rapidly, resulting in a dramatic improvement in productivity.

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セシウム(Cs)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、セシウム(Cs)イオン溶解溶液と接触した部分のキレート官能基にはセシウム(Cs)イオンが吸着(抽出とも言う)されると予想されるが、セシウム(Cs)イオン溶解溶液が浸透しにくいキレート樹脂内部ではセシウム(Cs)イオンは殆ど吸着されないと考えられる。すなわち、セシウム(Cs)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セシウム(Cs)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セシウム(Cs)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. Even when the chelate resin alone adsorbs cesium (Cs) ions, it cannot be controlled to which part of the chelate resin. In addition, it is expected that cesium (Cs) ions will be adsorbed (also called extraction) to the chelate functional group in contact with the cesium (Cs) ion solution, but the cesium (Cs) ion solution does not easily penetrate. It is thought that cesium (Cs) ions are hardly adsorbed inside the chelate resin. That is, the cesium (Cs) ion adsorption efficiency is very poor. Further, when cesium (Cs) ions adsorbed on the chelate resin are liberated (also referred to as back extraction), it is difficult to extract the cesium (Cs) 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、セシウム(Cs)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セシウム(Cs)イオンもしくはセシウム(Cs)イオンを含む錯体イオンを選択的に捕獲するので、セシウム(Cs)イオンの吸着効率が非常に高くなる。また、その捕獲されたセシウム(Cs)イオンもしくはセシウム(Cs)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 used repeatedly, the efficiency of extraction and back-extraction of cesium (Cs) ions becomes worse due to the effects of residuals in the chelate resin, and the performance of the chelate resin deteriorates significantly with repeated use. End up. 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 cesium (Cs) ions or complex ions containing cesium (Cs) ions, the adsorption efficiency of cesium (Cs) ions becomes very high. Further, it becomes possible to easily extract the trapped cesium (Cs) ions or complex ions containing cesium (Cs) ions 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、セシウム(Cs)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(これをセシウム(Cs)イオン溶解溶液という)を準備する。このセシウム(Cs)イオン溶解溶液は、たとえば放射性セシウム(Cs)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セシウム(Cs)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、セシウム(Cs)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 cesium (Cs) ions, surfactants and the like are dissolved (this is called a cesium (Cs) ion-dissolved solution) is prepared. This cesium (Cs) ion-dissolved solution is, for example, radioactive cesium (Cs) containing nuclear cesium (Cs) coolant or waste liquid drained, or radioactive cesium (Cs) scattered from nuclear facilities, etc. dissolved in domestic water or domestic wastewater It is a solution. In such a solution, in addition to cesium (Cs), cations such as various metal ions, various ions such as various anions and surfactants are dissolved. 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セシウム(Cs)イオン溶解溶液である。セシウム(Cs)イオン溶解溶液中にセシウム(Cs)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)を浸漬等してセシウム(Cs)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にセシウム(Cs)イオンが吸着される。(これをHOM−MC−Cs−M(Cs:目標元素であるセシウム(Cs)(Cs)、M:セシウム(Cs)以外の吸着されたイオンとする。)セシウム(Cs)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セシウム(Cs)イオンを選択的にかつ優先的に吸着するので、その条件下のセシウム(Cs)イオン溶解溶液中にセシウム(Cs)イオン吸着性化合物を浸漬すれば、目標元素であるセシウム(Cs)だけを吸着したHOM(すなわち、HOM−MC−Cs)を得ることができる。 Therefore, a solution obtained by removing solids from this solution is a cesium (Cs) ion dissolving solution. Cesium (Cs) ions dissolved in a cesium (Cs) ion-dissolved solution with a cesium (Cs) ion-adsorbing compound (referred to as MC) at a high density (hereinafter also referred to as HOM-MC). Contact the lysis solution with HOM-MC. By this contact, cesium (Cs) ions are adsorbed on the HOM-MC. (This is HOM-MC-Cs-M (Cs: target element cesium (Cs) (Cs), M: adsorbed ions other than cesium (Cs).) Cesium (Cs) ion adsorbing compound is Because the target element cesium (Cs) ions are selectively and preferentially adsorbed under certain conditions (pH value, temperature, concentration, etc.), cesium is dissolved in the cesium (Cs) ion-dissolved solution under the conditions. If the (Cs) ion-adsorbing compound is immersed, HOM that adsorbs only the target element cesium (Cs) (ie, HOM-MC-Cs) can be obtained.

たとえば、セシウム(Cs)イオンを最も良く吸着するpH値に調整されたセシウム(Cs)イオン溶解溶液にHOM−MCを接触(浸漬を含む)させ、HOM-MCにセシウム(Cs)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、セシウム(Cs)イオン溶解溶液中の目標元素であるセシウム(Cs)以外のイオンをあらかじめ少なくしておくことにより、セシウム(Cs)以外のイオンMの吸着量が非常に少ないHOM−MC−Cs−Mが得られる。たとえば、セシウム(Cs)イオン溶解溶液中のpH調整や化学処理等を行いセシウム(Cs)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、セシウム(Cs)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。)を用いてセシウム(Cs)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 is brought into contact (including immersion) with a cesium (Cs) ion solution adjusted to the pH value that best adsorbs cesium (Cs) ions, and cesium (Cs) ions are selectively applied to HOM-MC. Can be adsorbed in large quantities. However, there is a possibility that a small amount of other ions M may be adsorbed due to slight fluctuations in conditions, etc., so reduce the number of ions other than cesium (Cs), which is the target element, in the cesium (Cs) ion solution beforehand. Thus, HOM-MC-Cs-M is obtained in which the adsorption amount of ions M other than cesium (Cs) is very small. For example, there is a method in which ions other than cesium (Cs) ions are precipitated and removed by adjusting pH in a cesium (Cs) ion solution or chemical treatment. Alternatively, there is also a method in which ions other than cesium (Cs) ions are deposited and removed using a compound that does not adsorb at least cesium (Cs) ions (which may be prepared as appropriate HOM-MC). .

上述のレセプターDPARの場合、たとえば、セシウム(Cs)イオン溶解溶液をpH=1.5〜2.5、好適にはpH=2.0、またはpH=9.0〜10.0、好適にはpH=9.5、に調節することにより、セシウム(Cs)イオンをHOM−MC{HOM−DPAR}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、セシウム(Cs)イオン溶解溶液をpH=1.5〜2.5、好適にはpH=2.0に調節することにより、セシウム(Cs)イオンをHOM−MC(HOM−DTDR)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PRの場合、セシウム(Cs)イオン溶解溶液を9.0〜10.0、好適にはpH=9.5、に調節することにより、セシウム(Cs)イオンをHOM−MC(HOM−PR)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セシウム(Cs)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 DPAR, for example, a cesium (Cs) ion-dissolved solution is pH = 1.5 to 2.5, preferably pH = 2.0, or pH = 9.0 to 10.0, preferably By adjusting the pH to 9.5, cesium (Cs) ions can be efficiently adsorbed on HOM-MC {HOM-DPAR}. In the case of the above receptor DTDR, by adjusting the cesium (Cs) ion solution to pH = 1.5 to 2.5, preferably pH = 2.0, the cesium (Cs) ion is converted to HOM-MC. (HOM-DTDR) can be adsorbed efficiently. In the case of the above receptor PR, the cesium (Cs) ion solution is adjusted to 9.0 to 10.0, preferably pH = 9.5, so that the cesium (Cs) ion is changed to HOM-MC ( HOM-PR) can be adsorbed efficiently. Incidentally, HOM silica adsorbed with cesium (Cs) ions can be efficiently collected in a high-purity solid state (powder) by evaporating (heating, vacuuming, etc.) liquid components such as ethanol and moisture and further drying.

第4段階では、目標元素であるセシウム(Cs)イオンを含むイオンを吸着したHOM−MC−Cs−Mを、目標元素であるセシウム(Cs)イオン以外のイオンを遊離できる溶液中に浸漬して、目標元素であるセシウム(Cs)イオン以外のイオンを除去してほぼ目標元素であるセシウム(Cs)だけを吸着したHOM−MC−Cs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セシウム(Cs)以外のイオンを除去してHOM−MC−Csにできる場合もある。尚、目標元素であるセシウム(Cs)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−Csである)や、目標元素であるセシウム(Cs)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DPARを担持したHOM−DPARまたはレセプターDTDRを担持したHOM−DTDRまたはレセプターPRを担持したHOM−PRの場合には、Mを殆ど吸着しないので、すなわち、HOM−DPAR、DTDR、PR−Cs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-Cs-M adsorbing ions containing the target element cesium (Cs) ions is immersed in a solution that can release ions other than the target element cesium (Cs) ions. Then, ions other than the target element cesium (Cs) ion are removed to obtain HOM-MC-Cs in which only the target element cesium (Cs) is adsorbed. Alternatively, HOM-MC-Cs may be obtained by removing ions other than the target element cesium (Cs) by adjusting conditions such as pH value, temperature, and solution concentration. In addition, when adsorption of ions other than the target element cesium (Cs) is very small (in this case, it is HOM-MC-Cs from the beginning), or a method that can liberate only the target element cesium (Cs) If there is, the fourth step can be omitted. For example, in the case of the above-mentioned HOM-DPAR carrying receptor DPAR or HOM-DTDR carrying receptor DTDR or HOM-PR carrying receptor PR, M is hardly adsorbed, that is, HOM-DPAR, DTDR, Since the state is PR-Cs, the fourth step can be omitted.

第5段階では、ほぼ目標元素であるセシウム(Cs)だけを吸着したHOM−MC−Csを、目標元素であるセシウム(Cs)を溶解可能な溶液に浸漬して、目標元素であるセシウム(Cs)イオンを溶解する。(溶離処理と呼ぶ)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セシウム(Cs)イオンだけを遊離できる場合もある。或いは、目標元素であるセシウム(Cs)イオンだけを遊離できる溶液に浸漬することにより、目標元素であるセシウム(Cs)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セシウム(Cs)イオンだけを吸着したHOM−MC−Csにする必要がない。この溶解液から目標元素であるセシウム(Cs)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-Cs that adsorbs only the target element cesium (Cs) is immersed in a solution in which the target element cesium (Cs) can be dissolved, and the target element cesium (Cs ) Dissolve ions. In some cases, only the cesium (Cs) ion, which is the target element, can be liberated by adjusting the conditions such as pH value, temperature, and solution concentration. Alternatively, the cesium (Cs) ion as the target element can be dissolved by immersing it in a solution that can liberate only the cesium (Cs) ion as the target element. In such a case, it is not always necessary to use HOM-MC-Cs that adsorbs only the cesium (Cs) ion that is the target element. The HOM-MC from which the target element cesium (Cs) 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、溶離処理によりセシウム(Cs)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、目標元素であるセシウム(Cs)を分離すると目標元素であるセシウム(Cs)を回収できる。すなわち、セシウム(Cs)が溶け込んだ環境水から目標元素であるセシウム(Cs)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)元素であるセシウム(Cs)を吸着してHOM−MC−Csにすることを目標元素であるセシウム(Cs)の抽出と考えた場合に、この工程はHOM−MC−CsからCs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。 In addition, when cesium (Cs), which is the target element, is separated from the eluate in which cesium (Cs) is dissolved by elution treatment by various methods (for example, molten salt electrolysis or distillation), the target element, cesium (Cs) Can be recovered. That is, the target element cesium (Cs) was recovered from the environmental water in which cesium (Cs) 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 cesium (Cs) which is a target (metal) element is adsorbed to HOM-MC and it is considered that extraction of cesium (Cs) which is a target element is HOM-MC-Cs, this process is HOM. -Since Cs is released from MC-Cs to form HOM-MC, it can also be called back extraction (step).

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セシウム(Cs)を含むセシウム(Cs)を溶解したセシウム(Cs)イオン溶解溶液から、セシウム(Cs)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、目標元素であるセシウム(Cs)を回収することができる。 By going through the first to fifth steps described above, cesium (Cs) containing radioactive cesium (Cs), which is the target element obtained from waste liquid from nuclear facilities, domestic water and environmental water, is dissolved. The target element cesium (Cs) can be recovered from the obtained cesium (Cs) ion-dissolved solution using highly ordered HOM silica (HOMS) supporting a cesium (Cs) 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. The HOM silica monolith was synthesized by employing the instantaneous direct template method with the 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るために、フラスコ容器は約60℃の温水中で保持された。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)4gを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, to put 8.0 g of tetramethylorthosilicate (TMOS) and 5.6 g of surfactant F108 in a round flask container, add 2.0 g of dodecane therein, and completely dissolve the surfactant, The flask container was kept in warm water at about 60 ° C. When 4 g of acidic aqueous solution (H 2 O-HCl) having a pH of 1.3 is 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40℃で1日乾燥された。その後、この固形材料を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 on a rotary evaporator for 10 minutes, a translucent glassy monolith was collected and dried in an oven at 40 ° C. for 1 day. Thereafter, the solid material was calcined at 450 ° C. for 8 hours to remove the surfactant and moisture, 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.

<放射性セシウム(Cs)の回収に使用されるレセプター(1)>
<2−ドデシル−4−((フェニル)ジアゼニル)レゾルシノール{2-dodecyl-4-((phenyl)diazenyl)
resorcinol (DPAR)}の生成>
図3は、レセプターDPARの生成に関する合成方法を示す図である。約0.05モルのアニリンを40mlのHCl溶液に溶解する。この溶液を0℃に冷却し、水に溶かした3.5gのNaNO2をこの溶液にゆっくりと添加した。反応の進行は、ヨウ化デンプン紙により制御された。最終的に、このジアゾニウム塩溶液は、4NのHCl溶液60mlに3.4gの6-ドデシルレゾルシノール(6-dodecylresorcinol)を溶解し充分に冷却した溶液に、ゆっくりと注がれた。この結果得られた溶液を0℃で30分冷却し、その後で、180mlの水に60gの酢酸ナトリウムを溶解した水溶液を加えた。このカップリング反応は0℃で2時間かけて行なわれ、生成した析出物は水洗された。この析出物がDPARである。
<Receptor (1) used for recovery of radioactive cesium (Cs)>
<2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol {2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl)
generation of resorcinol (DPAR)}
FIG. 3 is a diagram showing a synthesis method relating to the generation of receptor DPAR. About 0.05 mol of aniline is dissolved in 40 ml of HCl solution. The solution was cooled to 0 ° C. and 3.5 g NaNO 2 dissolved in water was slowly added to the solution. The progress of the reaction was controlled by iodinated starch paper. Finally, the diazonium salt solution was slowly poured into a well-cooled solution of 3.4 g 6-dodecylresorcinol in 60 ml 4N HCl solution. The resulting solution was cooled at 0 ° C. for 30 minutes, after which an aqueous solution of 60 g sodium acetate in 180 ml water was added. This coupling reaction was carried out at 0 ° C. for 2 hours, and the produced precipitate was washed with water. This precipitate is DPAR.

<放射性セシウム(Cs)の回収に使用されるレセプター(2)>
<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)}の生成>
図4は、レセプターDTDRの生成に関する合成方法を示す図である。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4NのHCl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。このDTDRはセシウム(Cs)を選択的に吸着することができるセシウム(Cs)イオン吸着性化合物である。セシウム(Cs)はDTDRの環状分子構造の中に取り込まれる。すなわち、DTDRはセシウム(Cs)を優先的に吸着するキレート錯体である。また、セシウム(Cs)を分離(遊離)すれば元のDTDRに戻る。このようにセシウム(Cs)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は放射性セシウム(Cs)の回収に使用できる。
<Receptor (2) used for recovery of radioactive cesium (Cs)>
<4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-
Generation of dodecylresorcinol (DTDR)}
FIG. 4 is a diagram showing a synthesis method relating to the generation of the receptor DTDR. 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 well-cooled solution of 6-dodecylresorcinol 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. This DTDR is a cesium (Cs) ion-adsorbing compound capable of selectively adsorbing cesium (Cs). Cesium (Cs) is incorporated into the cyclic molecular structure of DTDR. That is, DTDR is a chelate complex that preferentially adsorbs cesium (Cs). If cesium (Cs) is separated (released), the original DTDR is restored. Thus, the adsorption / release reaction of cesium (Cs) and DTDR is reversible. Therefore, the receptor DTDR can be used for the recovery of radioactive cesium (Cs).

<放射性セシウム(Cs)の回収に使用されるレセプター(3)>
<ピロガロールレッド{Pyrogallol red (PR)}>
レセプター・ピロガロールレッド{Pyrogallol red (PR)}の構造式を図5に示す。このレセプターPRは工業的に製造されており容易に入手可能で、本発明においても市販のものを用いた。
<Receptor (3) used for recovery of radioactive cesium (Cs)>
<Pyrogallol red (PR)}>
The structural formula of the receptor pyrogallol red {Pyrogallol red (PR)} is shown in FIG. This receptor PR is produced industrially and can be easily obtained, and a commercially available receptor PR was used in the present invention.

<HOM−プローブ材料の合成(1)>
<HOM−DPARの作製および特性>
HOM−センサー材料すなわち、HOMにレセプターDPAR、DTDRおよびPRを担持し、HOM−DPAR、DTDR、PRを作製する方法はほとんど同じであるので、HOM−DPARを合成する方法について以下に示す。図6は、レセプターDPARを担持したHOM−DPARの製造方法を示す図である。丸形フラスコに入ったエタノール液中に50mgの2-ドデシル-4-((フェニル)ジアゼニル)レゾルシノール(DPAR)を入れ、実施例1で生成したHOM−Cage(Cage状HOMS)を1g添加した。丸形フラスコ中のエタノールは、フラスコをロータリーエバポレーターへ連結し、45〜50℃でゆっくりと真空引きして取り除かれた。フラスコ中の粘性液体は、2時間以内に有色のゲル状材料(固体生成物)へ変化した。この材料を65〜70℃で5時間乾燥した後温水洗浄し、再度65〜70℃で乾燥した。乾燥した塊状粉末をすりつぶして細かい粉末状にして、この粉末状材料(HOM−DPAR)は種々の実験条件においてセシウムイオン{Cs(I)}抽出に使用された。
<Synthesis of HOM-probe material (1)>
<Production and properties of HOM-DPAR>
The method for synthesizing HOM-DPAR is shown below because the methods for preparing HOM-DPAR, DTDR, and PR by carrying HOM-sensor material, that is, HOM with receptors DPAR, DTDR, and PR are almost the same. FIG. 6 is a diagram showing a method for producing HOM-DPAR carrying receptor DPAR. 50 mg of 2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol (DPAR) was placed in an ethanol solution in a round flask, and 1 g of HOM-Cage (Cage-like HOMS) produced in Example 1 was added. The ethanol in the round flask was removed by connecting the flask to a rotary evaporator and slowly evacuating at 45-50 ° C. The viscous liquid in the flask changed to a colored gel material (solid product) within 2 hours. This material was dried at 65-70 ° C. for 5 hours, washed with warm water, and dried again at 65-70 ° C. The dried bulk powder was ground to a fine powder and this powdered material (HOM-DPAR) was used for cesium ion {Cs (I)} extraction in various experimental conditions.

HOM-DPARの特性(BET比表面積、細孔体積、細孔サイズ)はこの材料の窒素(N2)吸着・脱着等温線から求めることができる。HOM-DPARのBET比表面積は約347.01m−1、細孔体積は約0.41 cm−1、細孔サイズは5.4nmである。これらの結果から、HOM-DPARは、BET比表面積が大きく、細孔サイズも小さく、HOM−DPARは良好な吸着サイトを持つことが分かる。従って、セシウムイオンの吸着サイトは非常に多いことが分かる。 The properties (BET specific surface area, pore volume, pore size) of HOM-DPAR can be determined from the nitrogen (N 2 ) adsorption / desorption isotherm of this material. HOM-DPAR has a BET specific surface area of about 347.01 m 2 g −1 , a pore volume of about 0.41 cm 3 g −1 , and a pore size of 5.4 nm. From these results, it can be seen that HOM-DPAR has a large BET specific surface area and a small pore size, and HOM-DPAR has a good adsorption site. Therefore, it can be seen that there are very many cesium ion adsorption sites.

<HOM−プローブ材料の合成(2)>
<HOM−DTDRの作製および特性>
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、色々な実験条件でセシウムの除去に使用された。この材料がセシウムイオン吸着性化合物であるDTDRを担持したHOM-DTDRである。
<Synthesis of HOM-probe material (2)>
<Production and properties of HOM-DTDR>
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 cesium under various experimental conditions. This material is HOM-DTDR carrying DTDR which is a cesium ion adsorbing compound.

HOM-DTDRの特性(BET比表面積、細孔体積、細孔サイズ)はこの材料の窒素(N2)吸着・脱着等温線から求めることができる。HOM-DTDRのBET比表面積は約422.26m−1、細孔体積は約0.48cm−1、細孔サイズは4.63nmである。これらの結果から、HOM-DTDRは、BET比表面積が大きく、細孔サイズも小さく、HOM−DTDRは良好な吸着サイトを持つことが分かる。従って、セシウムイオンの吸着サイトは非常に多いことが分かる。 The characteristics (BET specific surface area, pore volume, pore size) of HOM-DTDR can be determined from the nitrogen (N 2 ) adsorption / desorption isotherm of this material. HOM-DTDR has a BET specific surface area of about 422.26 m 2 g −1 , a pore volume of about 0.48 cm 3 g −1 , and a pore size of 4.63 nm. From these results, it can be seen that HOM-DTDR has a large BET specific surface area and a small pore size, and HOM-DTDR has a good adsorption site. Therefore, it can be seen that there are very many cesium ion adsorption sites.

このようにして、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コレクターをセシウム(Cs)イオン溶解溶液に接触(浸漬)させてセシウム(Cs)イオンをHOM−DTDRコレクターに吸着させて、HOM−DTDR−Csを得る。すなわち、セシウムイオン(Cs)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−Csを適当な溶離溶液に接触(浸漬)させてセシウム(Cs)を分離(遊離)させる。この結果、HOM−DTDR−Csは元のHOM−DTDRに戻り、再びセシウム(Cs)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。 In this way, DTDR is supported on the surface of the highly ordered HOM silica carrier and the inner surface of the pores to produce a HOM-DTDR collector. This HOM-DTDR collector is brought into contact (immersion) with a cesium (Cs) ion-dissolved solution, and cesium (Cs) ions are adsorbed on the HOM-DTDR collector to obtain HOM-DTDR-Cs. That is, cesium ions (Cs + ) are incorporated into the cyclic molecular structure of DTDR on the HOM-DTDR collector. This HOM-DTDR-Cs is contacted (immersed) in an appropriate elution solution to separate (release) cesium (Cs). As a result, the HOM-DTDR-Cs returns to the original HOM-DTDR and can be used again as a HOM-DTDR collector for collecting cesium (Cs).

<HOM−キャプター(DPAR)を用いたセシウムイオンCs(I)の抽出>
図7および図8は、セシウム吸着性化合物{キャプター(Captor)}としてDPARを用いたときのHOM−DPARによるセシウム(Cs)抽出フローを示す図である。図7は、HOMにDPARを担持してHOM−DPARを生成する手順も示している。pH調整した溶液4mlにセシウム溶液を相当量添加し、種々の濃度(0.5ppm〜5ppm)にし、さらに必要量の水を加えて20ml溶液にした。これらの水溶液に、実施例5において作製した固体状のHOM−DPAR20mgを添加して、45−50℃で12時間攪拌した後ろ過した。ろ過後の固体材料は、紫外線可視分光法(UV-VIS-NIR Spectroscopy)によって調査され、吸収スペクトルを取った。また、ろ過後の固体材料について比色分析を行なった。
<Extraction of cesium ion Cs (I) using HOM-captor (DPAR)>
7 and 8 are diagrams showing a flow of cesium (Cs) extraction by HOM-DPAR when DPAR is used as the cesium-adsorbing compound {Captor}. FIG. 7 also shows a procedure for generating a HOM-DPAR by supporting the DPAR on the HOM. A considerable amount of the cesium solution was added to 4 ml of the pH-adjusted solution to obtain various concentrations (0.5 ppm to 5 ppm), and a necessary amount of water was added to make a 20 ml solution. To these aqueous solutions, 20 mg of solid HOM-DPAR prepared in Example 5 was added, stirred at 45-50 ° C. for 12 hours, and then filtered. The solid material after filtration was examined by UV-VIS-NIR Spectroscopy and an absorption spectrum was taken. Moreover, the colorimetric analysis was performed about the solid material after filtration.

また、HOM−DPARを添加する前の溶液およびろ過液のセシウムイオン濃度をICP-OES(ICP発光分光分析)によって測定した。HOM−DPARを添加する前の溶液に含まれていたセシウムイオンは、ろ過液には殆ど含まれていないことが確認された。すなわち、溶液中のセシウムイオンは殆どHOM−DPARに吸着されたことが分かる。セシウム溶液は200mlの水に塩化セシウムCsCl2を50.67mg溶解させて作製した。これから適量のセシウム溶液を取って溶液中のセシウム濃度を調整した。たとえば、5ppmのCs(I)は、セシウムイオン{Cs(I)}の200ppm貯蔵液ビンから500μlを添加することによって作製された。また、種々のpH溶液を使用して実験した。たとえば、pH2の調整溶液に関しては、1L(1000mL)HOに塩化カリウム14.91gを溶解し、塩酸(HCl)を使ってpH2に調整した。pH9.5に関しては、1L(1000mL)HOに0.2MのN−シクロヘキシル−3−アミノプロパンスルホン酸{N-cyclohexyl-3-aminopropanesulfonic
acid (CAPS)}を添加し、NaOHを使ってpH9.5に調整した。
Moreover, the cesium ion concentration of the solution before adding HOM-DPAR and the filtrate was measured by ICP-OES (ICP emission spectroscopic analysis). It was confirmed that cesium ions contained in the solution before adding HOM-DPAR were hardly contained in the filtrate. That is, it can be seen that most of the cesium ions in the solution were adsorbed on the HOM-DPAR. The cesium solution was prepared by dissolving 50.67 mg of cesium chloride CsCl2 in 200 ml of water. From this, an appropriate amount of cesium solution was taken to adjust the cesium concentration in the solution. For example, 5 ppm of Cs (I) was made by adding 500 μl from a 200 ppm stock bottle of cesium ions {Cs (I)}. Moreover, it experimented using various pH solutions. For example, for a pH 2 adjusted solution, 14.91 g of potassium chloride was dissolved in 1 L (1000 mL) H 2 O and adjusted to pH 2 using hydrochloric acid (HCl). For pH 9.5, 0.2 M N-cyclohexyl-3-aminopropanesulfonic acid in 1 L (1000 mL) H 2 O
acid (CAPS)} was added and adjusted to pH 9.5 using NaOH.

<HOM−DPAR−Csにおける紫外線可視分光分析および比色分析>
図9は、pH2において種々のセシウム濃度を有する水溶液中にHOM−DPARを浸漬しろ過した後に得られた、セシウムイオンを吸着した固形物HOM−DPAR−Csの紫外線可視分光法の吸収スペクトル(紫外線可視分光分析)および比色分析を示す図である。HOM−DPARはセシウムを吸着してHOM−DPAR−Csになると、吸収スペクトルが変化して波長域(250nm−700nm)(実際の測定装置における測定波長は250nm−900nm)において吸収度(吸光度)が小さくなる傾向にあることが分かる。特に波長が375nm近傍において、HOM−DPARの吸収バンドの強度変化(ピーク値)が存在することが分かる。この強度変化はセシウムを吸着したことに基づくと考えられる。また、HOM−DPARはセシウムを吸着してHOM−DPAR−Csになると、色調が変化することも分かる。すなわち、HOM−DPAR(Csを吸着していない)は薄い茶色を示すが、セシウムを吸着したHOM−DPAR−Csは茶色が濃くなる。特にセシウム濃度が増加するにつれて濃くなる傾向にある。(比色分析(固形物の色調)の結果は、セシウム濃度が左から0、5ppm、2.5ppm、1.5ppm、0.5ppm、5ppmCs+5ppmIonsである。)これらの結果から、セシウムを吸着したHOM−DPAR−Csの紫外線可視分光法の吸収スペクトルを調べれば、セシウム(Cs)を吸着したかどうかが分かり、さらに吸着したセシウム(Cs)の濃度も知ることができる。また、セシウムを吸着したHOM−DPAR−Csの比色分析を行なって固形物の色調を調べれば、セシウム(Cs)を吸着したかどうかが分かり、さらに吸着したセシウム(Cs)の濃度も知ることができる。
<Ultraviolet visible spectroscopy and colorimetric analysis in HOM-DPAR-Cs>
FIG. 9 shows the absorption spectrum (ultraviolet ray) of solid HOM-DPAR-Cs adsorbed with cesium ions obtained by immersing and filtering HOM-DPAR in aqueous solutions having various cesium concentrations at pH 2. It is a figure which shows a visible spectroscopy analysis and a colorimetric analysis. When HOM-DPAR adsorbs cesium to become HOM-DPAR-Cs, the absorption spectrum changes, and the absorbance (absorbance) in the wavelength range (250 nm to 700 nm) (the measurement wavelength in the actual measuring apparatus is 250 nm to 900 nm). It can be seen that it tends to be smaller. In particular, it can be seen that there is a change in intensity (peak value) of the absorption band of HOM-DPAR near the wavelength of 375 nm. This intensity change is considered to be based on the adsorption of cesium. It can also be seen that the color tone of HOM-DPAR changes when it adsorbs cesium and becomes HOM-DPAR-Cs. That is, HOM-DPAR (not adsorbing Cs) shows a light brown color, but HOM-DPAR-Cs adsorbing cesium has a dark brown color. In particular, it tends to increase as the cesium concentration increases. (The results of colorimetric analysis (color tone of solid matter) are cesium concentrations of 0, 5 ppm, 2.5 ppm, 1.5 ppm, 0.5 ppm, 5 ppm Cs + 5 ppm Ions from the left.) From these results, HOM adsorbed cesium -By examining the absorption spectrum of UV-visible spectroscopy of DPAR-Cs, it can be determined whether cesium (Cs) has been adsorbed, and the concentration of adsorbed cesium (Cs) can also be determined. In addition, if the color tone of HOM-DPAR-Cs with adsorbed cesium is analyzed and the color tone of the solid matter is examined, it can be determined whether or not cesium (Cs) has been adsorbed, and the concentration of adsorbed cesium (Cs) can also be known. Can do.

図10は、pH9.5において種々のセシウム濃度を有する水溶液中にHOM−DPARを浸漬しろ過した後に得られた、セシウムを吸着した固形物HOM−DPAR−Csの紫外線可視分光法の吸収スペクトルおよび比色分析を示す図である。HOM−DPARはセシウムを吸着してHOM−DPAR−Csになると、吸収スペクトルが変化して波長域(250nm−700nm)(実際の測定装置における測定波長は250nm−900nm)において吸収度(吸光度)が小さくなる傾向にあることが分かる。特に波長が510nm近傍において、HOM−DPARの吸収バンドの強度変化(ピーク値)が存在することが分かる。この強度変化はセシウムを吸着したことに基づくと考えられる。また、HOM−DPARはセシウムを吸着してHOM−DPAR−Csになると、色調が変化することも分かる。すなわち、HOM−DPAR(Csを吸着していない)は薄い茶色を示すが、セシウムを吸着したHOM−DPAR−Csはピンク色を帯びてくる。特にセシウム濃度が増加するにつれて濃くなる傾向にある。(比色分析(固形物の色調)の結果は、セシウム濃度が左から5ppm、2.5ppm、1.5ppm、0.5ppm、5ppmCs+5ppmIonsである。)これらの結果から、セシウムイオンを吸着したHOM−DPAR−Csの紫外線可視分光法の吸収スペクトルを調べれば、セシウム(Cs)を吸着したかどうかが分かり、さらに吸着したセシウム(Cs)の濃度も知ることができる。また、セシウムを吸着したHOM−DPAR−Csの比色分析を行なって固形物の色調を調べれば、セシウム(Cs)を吸着したかどうかが分かり、さらに吸着したセシウム(Cs)の濃度も知ることができる。
(尚、図9おとび図10における「5ppmCs+5ppmIons」とは、5ppmのセシウム(Cs)および、5ppmのNaCl、LiCl、KI、MaCl2、およびCaCl2を含む溶液を意味する。)
FIG. 10 shows the absorption spectrum of UV-visible spectroscopy of the solid material HOM-DPAR-Cs adsorbed with cesium obtained after immersing and filtering HOM-DPAR in aqueous solutions having various cesium concentrations at pH 9.5. It is a figure which shows a colorimetric analysis. When HOM-DPAR adsorbs cesium to become HOM-DPAR-Cs, the absorption spectrum changes, and the absorbance (absorbance) in the wavelength range (250 nm to 700 nm) (the measurement wavelength in the actual measuring apparatus is 250 nm to 900 nm). It can be seen that it tends to be smaller. In particular, it can be seen that there is an intensity change (peak value) of the absorption band of HOM-DPAR near the wavelength of 510 nm. This intensity change is considered to be based on the adsorption of cesium. It can also be seen that the color tone of HOM-DPAR changes when it adsorbs cesium and becomes HOM-DPAR-Cs. That is, HOM-DPAR (not adsorbing Cs) shows a light brown color, but HOM-DPAR-Cs adsorbing cesium is pink. In particular, it tends to increase as the cesium concentration increases. (The results of colorimetric analysis (color tone of solid matter) are cesium concentrations of 5 ppm, 2.5 ppm, 1.5 ppm, 0.5 ppm, 5 ppm Cs + 5 ppm Ions from the left.) From these results, HOM− adsorbed cesium ions By examining the absorption spectrum of UV-visible spectroscopy of DPAR-Cs, it can be determined whether or not cesium (Cs) has been adsorbed, and the concentration of adsorbed cesium (Cs) can also be determined. In addition, if the color tone of HOM-DPAR-Cs with adsorbed cesium is analyzed and the color tone of the solid matter is examined, it can be determined whether or not cesium (Cs) has been adsorbed, and the concentration of adsorbed cesium (Cs) can also be known. Can do.
(“5 ppm Cs + 5 ppm Ions” in FIGS. 9 and 10 means a solution containing 5 ppm cesium (Cs) and 5 ppm NaCl, LiCl, KI, MaCl 2, and CaCl 2.)

<かく乱イオンの存在におけるHOM−DPARのセシウムイオンの除去(pH2溶液)>
pH2の溶液を4ml取って、50mlのビーカーへ注入し、5ppmのCs1+(200ppm貯蔵液ビンから500μl)を加えて、この溶液に(NaCl、LiCl、KI、MgCl2、およびCaCl2)の各イオンから5ppm(各溶液の200ppm貯蔵液ビンから200μl)を添加した後、脱イオン水を使って溶液を20mlにして、セシウムイオン以外にアルカリ金属イオンおよびアルカリ土類イオンを含む複数イオンの溶液を作製する。この複数イオン溶液にHOM−DPAR20mgを添加し、50−60℃で12時間攪拌した後、ろ過する。ICP−MS分析(ICP質量分析)の結果から、ろ過液はセシウムイオンCs(I)を含まず、ろ過液においてセシウムイオン以外の元素イオンが検出された。また、ろ過後の固形物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。また、ろ過後の固体材料について比色分析を行なった。
<Removal of cesium ions from HOM-DPAR in the presence of disturbing ions (pH 2 solution)>
Take 4 ml of pH 2 solution, pour into a 50 ml beaker, add 5 ppm Cs 1+ (500 μl from 200 ppm stock bottle), and add (NaCl, LiCl, KI, MgCl 2, and CaCl 2) ions to this solution. After adding 5 ppm (200 μl from a 200 ppm stock solution bottle of each solution), the solution is made up to 20 ml using deionized water to produce a multiple ion solution containing alkali metal ions and alkaline earth ions in addition to cesium ions. . To this multiple ion solution, 20 mg of HOM-DPAR is added, stirred at 50-60 ° C. for 12 hours, and then filtered. From the results of ICP-MS analysis (ICP mass spectrometry), the filtrate did not contain cesium ions Cs (I), and element ions other than cesium ions were detected in the filtrate. The solid matter after filtration was examined by UV-VIS-NIR Spectroscopy, and an absorption spectrum was taken. Moreover, the colorimetric analysis was performed about the solid material after filtration.

図11は、pH2の溶液にHOM−DPARキャプターを使って、競合イオン(NaCl等)の存在下におけるセシウムイオン{Cs(II)}を吸着したHOM−DPAR−Csの吸収スペクトルおよび比色分析結果を示す。吸収スペクトルの結果から分かるように、セシウムイオンが含まれていると、含まれていない場合に比べて吸収率(吸光度)が小さくなる。また、セシウムイオン以外のイオンが含まれていても、曲線形状に大きな違いはなく、競合イオンがあっても余り影響されていないことが分かる。さらに、セシウムイオン吸着に関与する375nmの波長における吸収ピークがどちらにも現れている。比色分析の結果からも同様の傾向があることが分かる。すなわち、セシウムイオンを吸着していないHOM−DPARは薄い茶色の色調であるが、セシウムイオン単独の場合も複数イオンが存在する場合もHOM−DPAR−Csの色調は茶色が濃くなっている。 FIG. 11 shows the absorption spectrum and colorimetric analysis results of HOM-DPAR-Cs adsorbing cesium ion {Cs (II)} in the presence of competing ions (NaCl, etc.) using a HOM-DPAR captor in pH 2 solution. Indicates. As can be seen from the results of the absorption spectrum, when cesium ions are contained, the absorptance (absorbance) is smaller than when no cesium ions are contained. In addition, even if ions other than cesium ions are included, there is no significant difference in the curve shape, and it can be seen that even if there are competing ions, they are not significantly affected. Furthermore, an absorption peak at a wavelength of 375 nm related to cesium ion adsorption appears in both. It can be seen from the results of colorimetric analysis that there is a similar tendency. That is, HOM-DPAR not adsorbing cesium ions has a light brown color tone, but the color tone of HOM-DPAR-Cs is darker in both cases of cesium ions alone and in the presence of multiple ions.

<かく乱イオンの存在におけるHOM−DPARのセシウムイオンの除去(pH9.5溶液)>
pH9.5の溶液を4ml取って、50mlのビーカーへ注入し、0.1Mのドデシル硫酸ナトリウム{sodium
dodecyl sulfate(SDS)}2mlを添加する。さらに、5ppmのCs1+(200ppm貯蔵液ビンから500μl)を加えて、この溶液に(NaCl、LiCl、KI、MgCl2、およびCaCl2)の各イオンから5ppm(各溶液の200ppm貯蔵液ビンから200μl)を添加した後、脱イオン水を使って溶液を20mlにして、セシウムイオン以外にアルカリ金属イオンおよびアルカリ土類イオンを含む複数イオンの溶液を作製する。この複数イオン溶液にHOM−DPAR20mgを添加し、50−60℃で12時間攪拌した後、ろ過する。ICP−MS分析(ICP質量分析)の結果から、ろ過液はセシウムCs(I)を含まず、ろ過液においてセシウムイオン以外の元素イオンが検出された。また、ろ過後の固形物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。また、ろ過後の固体材料について比色分析を行なった。
<Removal of cesium ions of HOM-DPAR in the presence of disturbing ions (pH 9.5 solution)>
Take 4 ml of pH 9.5 solution, pour into a 50 ml beaker and add 0.1 M sodium dodecyl sulfate {sodium
Add 2 ml dodecyl sulfate (SDS). Add 5 ppm Cs 1+ (500 μl from 200 ppm stock bottle) and add 5 ppm from each ion of (NaCl, LiCl, KI, MgCl 2, and CaCl 2) to this solution (200 μl from 200 ppm stock bottle for each solution). After the addition, the solution is made up to 20 ml using deionized water, and a solution of a plurality of ions containing alkali metal ions and alkaline earth ions in addition to cesium ions is prepared. To this multiple ion solution, 20 mg of HOM-DPAR is added, stirred at 50-60 ° C. for 12 hours, and then filtered. From the results of ICP-MS analysis (ICP mass spectrometry), the filtrate did not contain cesium Cs (I), and element ions other than cesium ions were detected in the filtrate. The solid matter after filtration was examined by UV-VIS-NIR Spectroscopy, and an absorption spectrum was taken. Moreover, the colorimetric analysis was performed about the solid material after filtration.

図12は、pH9.5の溶液にHOM−DPARキャプターを使って、競合イオン(NaCl等)の存在下におけるセシウムイオン{Cs(II)}を吸着したHOM−DPAR−Csの紫外線可視分光法による吸収スペクトルおよび比色分析結果を示す。吸収スペクトルの結果から分かるように、セシウムイオンが含まれていると、含まれていない場合に比べて吸収率(吸光度)が小さくなる。また、セシウムイオン以外のイオンが含まれていても、曲線形状に大きな違いはなく、競合イオンがあっても余り影響されていないことが分かる。さらに、セシウムイオン吸着に関与する510nmの波長における吸収ピークがどちらにも現れている。比色分析の結果からも同様の傾向があることが分かる。図11と比較すると、吸収スペクトルおよび比色分析結果から(特に比色分析結果において、複数イオンとセシウム単独イオンの色調の変化がpH2の溶液の方が小さいことから)pH2におけるセシウムCsの選択性はpH9.5より良いということが分かる。 FIG. 12 is obtained by UV-visible spectroscopy of HOM-DPAR-Cs in which cesium ions {Cs (II)} are adsorbed in the presence of competing ions (NaCl, etc.) using a HOM-DPAR captor in a pH 9.5 solution. An absorption spectrum and a colorimetric analysis result are shown. As can be seen from the results of the absorption spectrum, when cesium ions are contained, the absorptance (absorbance) is smaller than when no cesium ions are contained. In addition, even if ions other than cesium ions are included, there is no significant difference in the curve shape, and it can be seen that even if there are competing ions, they are not significantly affected. Furthermore, an absorption peak at a wavelength of 510 nm related to cesium ion adsorption appears in both. It can be seen from the results of colorimetric analysis that there is a similar tendency. Compared to FIG. 11, the selectivity of cesium Cs at pH 2 from the absorption spectrum and the colorimetric analysis results (particularly, in the colorimetric analysis results, the change in color tone of multiple ions and cesium single ions is smaller in the solution at pH 2) It can be seen that is better than pH 9.5.

<大容量のセシウムイオン溶解溶液におけるHOM−DPARによるセシウムイオン抽出>
上記の実施例ではセシウムイオン溶解溶液は少量(20ml)であったが、実際の処理現場で適用する場合はかなり大量の処理水を用いることになる。そこで大量のセシウムイオン溶解溶液に本発明のセシウム吸着材料であるHOM−DPARを用いたときのセシウム吸着について調査した。まず、pH2の調整溶液160mlを取って1000mlビーカーへ注入した後、5ppmのセシウムイオンCs(I)(セシウムイオンCs(I)の200ppm貯蔵液ビンから20ml)を添加した後、必要量の脱イオン水を加えてセシウムイオン溶解溶液を800ml溶液に調整した。その後、HOM−DPARキャプター500mgをこのセシウムイオン溶解溶液に添加し、50−60℃で24時間攪拌した後ろ過した。
<Extraction of cesium ions with HOM-DPAR in large volume cesium ion solution>
In the above embodiment, the cesium ion dissolving solution is a small amount (20 ml). However, when applied at an actual treatment site, a considerably large amount of treated water is used. Therefore, cesium adsorption was investigated when HOM-DPAR, which is the cesium adsorption material of the present invention, was used in a large amount of cesium ion solution. First, 160 ml of pH 2 adjusted solution was taken and poured into a 1000 ml beaker, and then 5 ppm of cesium ion Cs (I) (20 ml from a 200 ppm stock solution bottle of cesium ion Cs (I)) was added, followed by the required amount of deionization. Water was added to adjust the cesium ion dissolving solution to an 800 ml solution. Thereafter, 500 mg of a HOM-DPAR capter was added to this cesium ion solution, stirred at 50-60 ° C. for 24 hours, and then filtered.

図13は、大容量のセシウムイオン溶解溶液からのセシウムイオンを抽出したろ過後の固形材料HOM−DPAR−Csの紫外線可視分光法による吸収スペクトルおよび比色分析結果を示す図である。図13から分かるように、セシウムイオンを吸着したHOM−DPAR−Csの吸光度はセシウムイオンを吸着する前のHOM−DPARの吸光度よりかなり小さくなっていて、大量のセシウムイオンを吸着したことが分かる。また、固形材料の色調もセシウムイオンの吸着前後で変化していて、大量のセシウムイオンを吸着したことが分かる。さらに、IPC−MS(IPC質量分析)の測定から、ろ過液にはセシウムイオンCs(I)は殆ど含まれていなかった。このことから、HOM−DPARを用いて大容量のセシウムイオン溶解溶液からも小容量の場合と同様にHOM−DPARはセシウムイオンを大量に吸着でき、しかも殆ど完全にセシウムイオンを除去できることが分かった。すなわち、実用的に問題ないレベルであることを確認した。このように、HOMプローブ(HOM−DPAR)は、セシウム(Cs)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. 13 is a diagram showing an absorption spectrum and a colorimetric analysis result of the solid material HOM-DPAR-Cs after extraction of cesium ions extracted from a large-capacity cesium ion solution by UV-visible spectroscopy. As can be seen from FIG. 13, the absorbance of HOM-DPAR-Cs adsorbing cesium ions is considerably smaller than the absorbance of HOM-DPAR before adsorbing cesium ions, indicating that a large amount of cesium ions was adsorbed. The color tone of the solid material also changed before and after the adsorption of cesium ions, indicating that a large amount of cesium ions was adsorbed. Further, from the measurement by IPC-MS (IPC mass spectrometry), the filtrate contained almost no cesium ion Cs (I). From this, it was found that HOM-DPAR can adsorb a large amount of cesium ions and remove cesium ions almost completely from a large-capacity cesium ion solution using HOM-DPAR. . That is, it was confirmed that the level is practically acceptable. Thus, the HOM probe (HOM-DPAR) is an excellent collector and concentration detection sensor for cesium (Cs) ions.

<大容量のセシウムイオン溶解溶液におけるHOM−DTDRによるセシウムイオン抽出>
大量のセシウムイオン溶解溶液に本発明のセシウム吸着材料であるHOM−DTDRを用いたときのセシウム吸着について調査した。pH2の調整溶液160mlを取って1000mlビーカーへ注入した後、5ppmのセシウムCs(I)(セシウムイオンCs(I)の200ppm貯蔵液ビンから20ml)を添加した後、必要量の脱イオン水を加えてセシウムイオン溶解溶液を800ml溶液に調整した。その後、HOM−DTDRキャプター500mgをこのセシウムイオン溶解溶液に添加し、50−60℃で24時間攪拌した後ろ過した。
<Extraction of cesium ions by HOM-DTDR in a large volume cesium ion solution>
Cesium adsorption was investigated when HOM-DTDR, which is the cesium adsorbing material of the present invention, was used in a large amount of cesium ion dissolving solution. After taking 160 ml of pH 2 adjusted solution and injecting it into a 1000 ml beaker, add 5 ppm of cesium Cs (I) (20 ml from a 200 ppm stock solution bottle of cesium ion Cs (I)), then add the required amount of deionized water. The cesium ion solution was adjusted to an 800 ml solution. Thereafter, 500 mg of a HOM-DTDR captor was added to the cesium ion solution, stirred at 50-60 ° C. for 24 hours, and then filtered.

図14は、大容量のセシウムイオン溶解溶液からのセシウムイオンを抽出したろ過後の固形材料HOM−DTDR−Csの紫外線可視分光法による吸収スペクトルおよび比色分析結果を示す図である。図14から分かるように、セシウムイオンを吸着したHOM−DTDR−Csの吸光度はセシウムイオンを吸着する前のHOM−DTDRの吸光度よりかなり小さくなっていて、大量のセシウムイオンを吸着したことが分かる。また、固形材料の色調もセシウムイオンの吸着前後で変化し(黄色から黄褐色へ変化し)、大量のセシウムイオンを吸着したことが分かる。さらに、IPC−MSの測定から、ろ過液にはセシウムイオンCs(I)は殆ど含まれていなかった。このことから、HOM−DTDRを用いて大容量のセシウムイオン溶解溶液からも小容量の場合と同様にHOM−DTDRはセシウムイオンを大量に吸着でき、しかも殆ど完全にセシウムイオンを除去できることが分かった。すなわち、実用的に問題ないレベルであることを確認した。このように、HOMプローブ(HOM−DTDR)は、セシウム(Cs)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. 14 is a diagram showing an absorption spectrum and a colorimetric analysis result of the solid material HOM-DTDR-Cs after extraction of cesium ions extracted from a large-capacity cesium ion solution by UV-visible spectroscopy. As can be seen from FIG. 14, the absorbance of HOM-DTDR-Cs adsorbing cesium ions is considerably smaller than the absorbance of HOM-DTDR before adsorbing cesium ions, indicating that a large amount of cesium ions was adsorbed. Further, the color tone of the solid material also changed before and after the adsorption of cesium ions (changed from yellow to tan), indicating that a large amount of cesium ions was adsorbed. Further, from the measurement of IPC-MS, the filtrate contained almost no cesium ion Cs (I). From this, it was found that HOM-DTDR can adsorb a large amount of cesium ions from a large volume of cesium ion solution using HOM-DTDR, and can remove cesium ions almost completely. . That is, it was confirmed that the level is practically acceptable. Thus, the HOM probe (HOM-DTDR) is an excellent collector and concentration detection sensor for cesium (Cs) ions.

<大容量のセシウムイオン溶解溶液におけるHOM−PRによるセシウムイオン抽出>
大量のセシウムイオン溶解溶液に本発明のセシウム吸着材料であるHOM−PRを用いたときのセシウム吸着について調査した。pH9.5の調整溶液160mlを取って1000mlビーカーへ注入した後、0.1Mのドデシル硫酸ナトリウム{sodium
dodecyl sulfate(SDS)}を40mlを添加する。次に、5ppmのセシウムCs(I)(セシウムイオンCs(I)の200ppm貯蔵液ビンから20ml)を添加した後、必要量の脱イオン水を加えてセシウムイオン溶解溶液を800ml溶液に調整した。その後、HOM−PRキャプター400mgをこのセシウムイオン溶解溶液に添加し、50−60℃で24時間攪拌した後ろ過した。
<Extraction of cesium ions by HOM-PR in a large volume cesium ion solution>
Cesium adsorption was investigated when HOM-PR, which is the cesium adsorption material of the present invention, was used in a large amount of cesium ion solution. After taking 160 ml of pH 9.5 adjusted solution and pouring it into a 1000 ml beaker, 0.1M sodium dodecyl sulfate {sodium
Add 40 ml of dodecyl sulfate (SDS). Next, 5 ppm of cesium Cs (I) (20 ml from a 200 ppm stock solution bottle of cesium ions Cs (I)) was added, and then a necessary amount of deionized water was added to adjust the cesium ion solution to an 800 ml solution. Then, 400 mg of HOM-PR capter was added to this cesium ion solution, stirred at 50-60 ° C. for 24 hours and filtered.

図15は、大容量のセシウムイオン溶解溶液からのセシウムイオンを抽出したろ過後の固形材料HOM−PR−Csの紫外線可視分光法による吸収スペクトルおよび比色分析結果を示す図である。図15から分かるように、セシウムイオンを吸着したHOM−PR−Csの吸光度はセシウムイオンを吸着する前のHOM−PRの吸光度よりかなり小さくなっていて、大量のセシウムイオンを吸着したことが分かる。また、固形材料の色調もセシウムイオンの吸着前後で変化し(極薄の紫色から薄い紫色へ変化し)、大量のセシウムイオンを吸着したことが分かる。さらに、IPC−MSの測定から、ろ過液にはセシウムイオンCs(I)は殆ど含まれていなかった。このことから、HOM−PRを用いて大容量のセシウムイオン溶解溶液からも小容量の場合と同様にHOM−PRはセシウムイオンを大量に吸着でき、しかも殆ど完全にセシウムイオンを除去できることが分かった。すなわち、実用的に問題ないレベルであることを確認した。このように、HOMプローブ(HOM−PR)は、セシウム(Cs)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. 15 is a diagram showing an absorption spectrum and a colorimetric analysis result of the solid material HOM-PR-Cs after the extraction of cesium ions from a large-capacity cesium ion solution by UV-visible spectroscopy. As can be seen from FIG. 15, the absorbance of HOM-PR-Cs adsorbing cesium ions is considerably smaller than the absorbance of HOM-PR before adsorbing cesium ions, indicating that a large amount of cesium ions was adsorbed. In addition, the color tone of the solid material also changed before and after adsorption of cesium ions (changed from ultra-thin purple to light purple), indicating that a large amount of cesium ions was adsorbed. Further, from the measurement of IPC-MS, the filtrate contained almost no cesium ion Cs (I). From this, it was found that HOM-PR can adsorb a large amount of cesium ions and remove cesium ions almost completely even from a large volume of cesium ion solution using HOM-PR. . That is, it was confirmed that the level is practically acceptable. Thus, the HOM probe (HOM-PR) is an excellent collector and concentration detection sensor for cesium (Cs) ions.

<セシウムの回収>
セシウム溶解溶液(pH9.5)からセシウムイオンCs(I)をHOM−DPARに吸着後(実施例7、8、セシウム吸着濃度5ppm)、セシウムイオンCs(I)を吸着した固体材料(HOM−DPAR―Cs)20mgは、50mlビーカーにおいて0.01MのHNOの溶離溶液20ml(20mlの脱イオン水へ濃硝酸HNO(60−61%)を20μl溶解して0.01MのHNOを作る)に添加され、5分間攪拌する。この後この溶液をろ過した。
<Cesium recovery>
After adsorbing cesium ions Cs (I) from a cesium-dissolved solution (pH 9.5) to HOM-DPAR (Examples 7 and 8, cesium adsorption concentration 5 ppm), solid material adsorbing cesium ions Cs (I) (HOM-DPAR) -Cs) 20 mg is 20 ml of 0.01M HNO 3 elution solution in a 50 ml beaker (20 μl of concentrated nitric acid HNO 3 (60-61%) dissolved in 20 ml of deionized water to make 0.01 M HNO 3 ) And stir for 5 minutes. This solution was then filtered.

図16は、セシウムイオンCs(I)を遊離(または分離または溶離とも言う)前後の固形材料HOM−DPAR紫外線可視分光法による吸収スペクトルを示す。また、図17は、図16に示す比色分析結果の拡大図、すなわちセシウムCs(I)を遊離(または分離または溶離とも言う)前後の固形材料HOM−DPARの色調変化を示す。図16(a)はセシウムイオン吸着後の固形材料HOM−DPAR−Csの色調でピンク色を帯びている。図16(b)はセシウムイオン遊離後の固形材料の色調で薄い茶色であり、セシウムイオン吸着前の固形材料HOM−DPARの色調に近くなっている。このように、0.01MのHNOの溶離溶液処理により、HOM−DPAR−CsはセシウムイオンCs(I)を遊離しHOM−DPARに戻ったと考えられる。図16の紫外線可視分光法による吸収スペクトルは、溶離処理によって余り変化がない結果(溶離前のHOM−DPAR−Csの場合における吸光度は、遊離後の吸光度とほぼ同程度)となっているが、サンプルの量やサンプル処理にさらなる工夫が必要である。実際にはセシウムイオンを吸着する前のHOM−DPARの吸収スペクトル曲線に近づくと考えられる。また、図16から分かるように、HOM−DPARキャプターは細孔表面に大量のDPARリガンド化合物を保持していて、HOM−DPARキャプターをリサイクル/リユースできる。また、ろ過液のICP−MS分析(ICP質量分析)より、HOM−DPAR−Csの90%以上が回収されたことを確認した。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。溶離溶液も非常に濃度の薄い0.01MのHNOでを充分に除去可能なので、回収コストも小さい。 FIG. 16 shows an absorption spectrum obtained by solid material HOM-DPAR ultraviolet-visible spectroscopy before and after releasing (or also separating or eluting) cesium ions Cs (I). FIG. 17 shows an enlarged view of the colorimetric analysis result shown in FIG. 16, that is, the change in color tone of the solid material HOM-DPAR before and after liberation (also referred to as separation or elution) of cesium Cs (I). FIG. 16A is pink in color tone of the solid material HOM-DPAR-Cs after cesium ion adsorption. FIG. 16B shows a light brown color of the solid material after liberation of cesium ions, which is close to the color tone of the solid material HOM-DPAR before cesium ion adsorption. Thus, it is considered that HOM-DPAR-Cs released cesium ion Cs (I) and returned to HOM-DPAR by the elution solution treatment of 0.01M HNO 3 . The absorption spectrum by the UV-visible spectroscopy in FIG. 16 shows the result that there is not much change due to the elution process (the absorbance in the case of HOM-DPAR-Cs before elution is almost the same as the absorbance after release). Further ingenuity is required for sample volume and sample processing. Actually, it is considered that it approaches the absorption spectrum curve of HOM-DPAR before adsorbing cesium ions. Further, as can be seen from FIG. 16, the HOM-DPAR capter retains a large amount of DPAR ligand compound on the pore surface, and the HOM-DPAR capter can be recycled / reused. Further, it was confirmed by ICP-MS analysis (ICP mass spectrometry) of the filtrate that 90% or more of HOM-DPAR-Cs was recovered. By optimizing the conditions, the removal efficiency can be further increased, and the recovery rate can be close to 100%. Since the elution solution can be sufficiently removed with 0.01 M HNO 3 having a very low concentration, the recovery cost is low.

<HOM−DPARによるセシウムイオンの吸着によるICP−MS分析>
pH2の調整溶液160mlを取って1000mlビーカーへ注入した後、4.5ppmのセシウムイオンCs(I)(セシウムイオンCs(I)の200ppm貯蔵液ビンから18ml)を添加した後、必要量の脱イオン水を加えてセシウムイオン溶解溶液を800ml溶液に調整した。その後、HOM−DPARキャプター500mgをこのセシウムイオン溶解溶液に添加し、50−60℃で24時間攪拌した後ろ過した。ろ過液はICP−MS分析(ICP質量分析)を行ないセシウムイオン濃度の測定を行なった。
<ICP-MS analysis by cesium ion adsorption by HOM-DPAR>
After taking 160 ml of pH 2 adjusted solution and injecting it into a 1000 ml beaker, adding 4.5 ppm of cesium ion Cs (I) (18 ml from a 200 ppm stock solution bottle of cesium ion Cs (I)), then the required amount of deionized Water was added to adjust the cesium ion dissolving solution to an 800 ml solution. Thereafter, 500 mg of a HOM-DPAR capter was added to this cesium ion solution, stirred at 50-60 ° C. for 24 hours, and then filtered. The filtrate was subjected to ICP-MS analysis (ICP mass spectrometry) to measure the cesium ion concentration.

また、pH9.5の調整溶液160mlを取って1000mlビーカーへ注入した後、0.1Mのドデシル硫酸塩(SDS)40mlを添加する。次に4.5ppmのセシウムイオンCs(I)(セシウムイオンCs(I)の200ppm貯蔵液ビンから18ml)を添加した後、必要量の脱イオン水を加えてセシウムイオン溶解溶液を800ml溶液に調整した。その後、HOM−DPARキャプター500mgをこのセシウムイオン溶解溶液に添加し、50−60℃で24時間攪拌した後ろ過した。ろ過液はICP−MS分析(ICP質量分析)を行ないセシウムイオン濃度の測定を行なった Also, 160 ml of pH 9.5 adjustment solution is taken and poured into a 1000 ml beaker, and then 40 ml of 0.1 M dodecyl sulfate (SDS) is added. Next, after adding 4.5 ppm of cesium ion Cs (I) (18 ml from a 200 ppm stock solution bottle of cesium ion Cs (I)), add a necessary amount of deionized water to adjust the cesium ion solution to an 800 ml solution. did. Thereafter, 500 mg of a HOM-DPAR capter was added to this cesium ion solution, stirred at 50-60 ° C. for 24 hours, and then filtered. The filtrate was subjected to ICP-MS analysis (ICP mass spectrometry) and the cesium ion concentration was measured.

図18は、ICP−MS分析(ICP質量分析)によるセシウムイオンCs(I)濃度を示す。HOM−DPARを添加する前のセシウムイオン濃度は4.5ppmであった(狙い通り)が、HOM−DPARを添加後のろ過液中のセシウムイオン濃度は、pH2の場合が0.1ppmで、pH9.5の場合が検出限界以下(<0.1ppm)であった。これらの結果から、HOM−DPARはほぼ100%のセシウムイオンを吸着できることが確かめられた。従って本発明のHOM−DPARは非常に優れたセシウム吸着剤である。またセシウム以外のアルカリイオンやアルカリ土類金属イオンなどのセシウムに近似した(イオン価や化学・物理的性質が類似)イオンは殆ど吸着しないので、選択性にも優れている。また、他のセシウムイオン吸着性化合物を担持したHOM−DTDRやHOM−PRについてもHOM−DPARと同様の結果を得ているので、HOM−DTDRおよびHOM−PRも非常に優れたセシウム吸着剤であり、かつ選択性にも優れた吸着剤である。 FIG. 18 shows the cesium ion Cs (I) concentration by ICP-MS analysis (ICP mass spectrometry). The cesium ion concentration before addition of HOM-DPAR was 4.5 ppm (as intended), but the cesium ion concentration in the filtrate after addition of HOM-DPAR was 0.1 ppm at pH 2 and pH 9 .5 was below the detection limit (<0.1 ppm). From these results, it was confirmed that HOM-DPAR can adsorb almost 100% of cesium ions. Therefore, the HOM-DPAR of the present invention is a very excellent cesium adsorbent. In addition, ions close to cesium such as alkali ions other than cesium and alkaline earth metal ions (similar in ionic valence and chemical / physical properties) are hardly adsorbed, and thus are excellent in selectivity. Also, HOM-DTDR and HOM-PR supporting other cesium ion adsorbing compounds have obtained the same results as HOM-DPAR, so HOM-DTDR and HOM-PR are also very excellent cesium adsorbents. It is an adsorbent with excellent selectivity.

図19は、上記の実施例から得られた本発明のHOM−DPARのセシウム回収の適用範囲、すなわちセシウムイオン{Cs(I)}の効率性および抽出パラメーターを示した表である。HOM−DPARコレクターをセシウム(Cs)イオン溶解溶液に浸漬したときのHOM−DPARコレクターがセシウム(Cs)イオンを吸着する抽出時間(ほぼ完全に(97%以上の)セシウムイオンを吸着するまでの時間)は12時間、視覚的に検知できる検出限界は0.5ppmである。セシウム(Cs)1gを吸着するHOM−DPARコレクターの必要量は10gである。またセシウム(Cs)を吸着したHOM−DPARコレクターは、溶離溶液としてHNOを用いることにより、元のHOM−DPARコレクターに戻る。0.01MのHNOでも溶離することができる。しかも、HOM−DPAR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セシウム(Cs)を回収することができる。 FIG. 19 is a table showing the application range of cesium recovery of the HOM-DPAR of the present invention obtained from the above examples, that is, the efficiency and extraction parameters of cesium ions {Cs (I)}. Extraction time for the HOM-DPAR collector to adsorb cesium (Cs) ions when the HOM-DPAR collector is immersed in a cesium (Cs) ion solution (time until almost complete (97% or more) cesium ions are adsorbed) ) Has a detection limit of 0.5 ppm which can be detected visually for 12 hours. The required amount of a HOM-DPAR collector that adsorbs 1 g of cesium (Cs) is 10 g. The HOM-DPAR collector adsorbed cesium (Cs), by using a HNO 3 as an eluting solution, returned to the original HOM-DPAR collectors. It can also be eluted with 0.01M HNO 3 . Moreover, since the HOM-DPAR collector has a stable structure of the HOMS skeleton and can be used repeatedly, a large amount of cesium (Cs) can be recovered with a small amount of material.

図20は、本発明のセシウム(Cs)イオン吸着性化合物であるDPARまたはDTDRまたはPRを担持したメソポーラスシリカ(HOMS)を用いて放射性セシウム(Cs)等を含むセシウム(Cs)イオン溶解溶液からセシウム(Cs)を回収するシステムを示した図である。この図は、これまでに述べた本発明をまとめた図である。1段階でメソポーラスシリカ(HOMS)を作製し、第2段階でセシウム(Cs)イオン吸着性化合物であるDPARまたはDTDRまたはPRをHOMSへ担持させ、HOMS−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクターを作製する。次に第3段階でセシウム(Cs)(このセシウム(Cs)には当然放射性セシウム(Cs)も含む)やその他のイオンを含むセシウム(Cs)(イオン)溶解溶液にHOMS−DPARまたはHOMS−DTDRまたはHOMS−PRを浸漬(接触)し、抽出すべき(あるいは収集すべき)目標(金属)元素であるセシウム(Cs)をHOMS−DPARまたはHOMS−DTDRまたはHOMS−PRに吸着(抽出、収集)し、HOMS−DPAR−CsまたはHOMS−DTDR−CsまたはHOMS−PR−Csを作る。次の第4段階(図1では第5段階)では、このHOMS−DPAR−CsまたはHOMS−DTDR−CsまたはHOMS−PR−Csを酸性溶液またはアルカリ溶液などのセシウム(Cs)溶離溶液に浸漬等して目標元素であるセシウム(Cs)を分離する。(HOMS−DPAR、HOMS−DTDRおよびHOMS−PR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Cs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セシウム(Cs)が回収または収集された。HOMS−DPARまたはHOMS−DTDRまたはHOMS−PRは第3段階で再び使用することができ、HOMS−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクターをリユースして何回でも使用できる。 FIG. 20 shows a cesium (Cs) ion-dissolving compound of the present invention, a cesium (Cs) ion-dissolved solution containing radioactive cesium (Cs) and the like using mesoporous silica (HOMS) carrying DPAR, DTDR, or PR. It is the figure which showed the system which collect | recovers (Cs). This figure summarizes the present invention described so far. In one step, mesoporous silica (HOMS) is prepared, and in the second step, cesium (Cs) ion-adsorbing compound DPAR, DTDR, or PR is supported on HOMS, and HOMS-DPAR collector, HOMS-DTDR collector, or HOMS-PR. Make a collector. Next, in a third stage, cesium (Cs) (this cesium (Cs) also includes radioactive cesium (Cs)) and cesium (Cs) (ion) dissolved solution containing other ions are dissolved in HOMS-DPAR or HOMS-DTDR. Or HOMS-PR is immersed (contacted), and the target (metal) element cesium (Cs) to be extracted (or collected) is adsorbed on HOMS-DPAR, HOMS-DTDR, or HOMS-PR (extraction, collection). HOMS-DPAR-Cs or HOMS-DTDR-Cs or HOMS-PR-Cs. In the next fourth stage (fifth stage in FIG. 1), the HOMS-DPAR-Cs or HOMS-DTDR-Cs or HOMS-PR-Cs is immersed in a cesium (Cs) elution solution such as an acidic solution or an alkaline solution. Then, the target element cesium (Cs) is separated. (HOMS-DPAR, HOMS-DTDR, and HOMS-PR selectively adsorb only Cs ions even if various ions (cations and anions) are dissolved, so the fourth step in FIG. 1 can be omitted.) The cesium (Cs) was recovered or collected by the operation of. The HOMS-DPAR or HOMS-DTDR or HOMS-PR can be used again in the third stage and can be used any number of times by reusing the HOMS-DPAR collector or HOMS-DTDR collector or HOMS-PR collector.

比色法の観点から言えば、第3段階でセシウム(Cs)イオン溶解溶液において、HOMS−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクターの色調が変化する。この色調の変化はセシウム(Cs)イオン溶解溶液のセシウム(Cs)イオン濃度により異なる。あるいはHOMS−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクターの色調は、これらに吸着されたセシウム(Cs)イオン濃度により異なる。HOMS−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクターへのセシウム(Cs)イオン吸着スピードは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−DPARコレクター(HOMS−DPAR−Csとなる)またはHOMS−DTDRコレクター(HOMS−DTDR−Csとなる)またはHOMS−PRコレクター(HOMS−PR−Csとなる)を分離する。これはセシウム(Cs)イオン溶解溶液中のセシウム(Cs)イオンがHOMS−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクターに収集されたということを示す。 From the viewpoint of the colorimetric method, the color tone of the HOMS-DPAR collector, HOMS-DTDR collector, or HOMS-PR collector changes in the cesium (Cs) ion-dissolved solution in the third stage. This change in color tone varies depending on the concentration of cesium (Cs) ions in the cesium (Cs) ion solution. Alternatively, the color tone of the HOMS-DPAR collector, HOMS-DTDR collector, or HOMS-PR collector varies depending on the concentration of cesium (Cs) ions adsorbed thereto. Since the cesium (Cs) ion adsorption speed to the HOMS-DPAR collector, the HOMS-DTDR collector, or the HOMS-PR collector is quickly performed, the HOMS-DPAR collector (HOMS-DPAR-Cs) is obtained by filtration or the like when the color change is completed. Or HOMS-DTDR collector (becomes HOMS-DTDR-Cs) or HOMS-PR collector (becomes HOMS-PR-Cs). This indicates that cesium (Cs) ions in the cesium (Cs) ion dissolution solution were collected by the HOMS-DPAR collector, the HOMS-DTDR collector, or the HOMS-PR collector.

これらのHOMS−DPAR−CsまたはHOMS−DTDR−CsまたはHOMS−PR−Csを、これらの材料からセシウム(Cs)を分離できる溶離(遊離、分離)溶液と接触させると、HOMS−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PR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、セシウム(Cs)を吸着していないHOMS−DPARまたはHOMS−DTDRまたはHOMS−PRに戻った。HOMS−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクターは、セシウム(Cs)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−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクターは、溶液中のセシウム(Cs)をすべて収集でき、ほぼ完全にセシウム(Cs)を除去できるので、完全なセシウム(Cs)収集剤または完全なセシウム(Cs)除去剤と言える。このようにして、比色法を用いて、セシウム(Cs)イオンの回収のために何度もHOMS−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクターを使うことができる。 When these HOMS-DPAR-Cs or HOMS-DTDR-Cs or HOMS-PR-Cs are contacted with an elution (free, separated) solution capable of separating cesium (Cs) from these materials, the HOMS-DPAR collector or HOMS -The color tone of the DTDR collector or HOMS-PR collector changes again and returns to the original color tone. That is, it returned to HOMS-DPAR, HOMS-DTDR, or HOMS-PR that did not adsorb cesium (Cs). The HOMS-DPAR collector, HOMS-DTDR collector, or HOMS-PR collector has a very high selectivity for extraction of cesium (Cs) ions, and even if a large number of ions are contained, there is almost no influence on the effect thereof. It hardly affects the color tone change. Therefore, since the HOMS-DPAR collector or HOMS-DTDR collector or HOMS-PR collector can collect all the cesium (Cs) in the solution and almost completely remove cesium (Cs), the complete cesium (Cs) collector Or it can be said to be a complete cesium (Cs) remover. In this way, a HOMS-DPAR collector or HOMS-DTDR collector or HOMS-PR collector can be used many times for the recovery of cesium (Cs) 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−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクターがどの程度の量のセシウム(Cs)イオンを吸着したか知ることができる。また、セシウム(Cs)イオン溶解溶液にHOMS−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクターを浸漬してHOMS−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PR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セシウム(Cs)イオンを吸着しているので、HOMS−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクターのセシウム(Cs)イオンを含む水溶液への浸漬をやめて、水溶液からHOMS−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクターを取り出す。この結果、次段階でHOMS−DPAR−CsまたはHOMS−DTDR−CsまたはHOMS−PR−Csからセシウム(Cs)イオンの溶離を行なうことができる。HOMS−DPAR−CsまたはHOMS−DTDR−CsまたはHOMS−PR−Csはセシウム(Cs)イオン溶離溶液に入れるとセシウム(Cs)を溶離して変色して、セシウム(Cs)イオンを吸着していない元のHOMS−DPARまたはHOMS−DTDRまたはHOMS−PRへ戻る。 As described above, it is possible to know how much cesium (Cs) ions have been adsorbed by the HOMS-DPAR collector, the HOMS-DTDR collector, or the HOMS-PR collector using the color change by the colorimetric method. In addition, immerse the HOMS-DPAR collector, HOMS-DTDR collector, or HOMS-PR collector in a cesium (Cs) ion dissolution solution to determine the degree of discoloration of the HOMS-DPAR collector, HOMS-DTDR collector, or HOMS-PR collector. For example, since cesium (Cs) ions of a certain concentration or more are adsorbed, the immersion of the HOMS-DPAR collector, HOMS-DTDR collector, or HOMS-PR collector into the aqueous solution containing cesium (Cs) ions is stopped, and the HOMS- Remove the DPAR collector or HOMS-DTDR collector or HOMS-PR collector. As a result, cesium (Cs) ions can be eluted from HOMS-DPAR-Cs, HOMS-DTDR-Cs, or HOMS-PR-Cs in the next step. When HOMS-DPAR-Cs or HOMS-DTDR-Cs or HOMS-PR-Cs is put into a cesium (Cs) ion elution solution, cesium (Cs) is eluted and discolored, and cesium (Cs) ions are not adsorbed. Return to the original HOMS-DPAR or HOMS-DTDR or HOMS-PR.

セシウム(Cs)イオンが完全に除去されたことは、ICP−OESまたはICP−MS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セシウム(Cs)イオンの吸着の量を判定でき、終点検知も可能となる。HOMS−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクターはセシウム(Cs)イオンの抽出/分離に対して可逆的であり、繰り返し使用することができる。このように色調だけでセシウム(Cs)イオンの吸着量を把握し、あるいはセシウム(Cs)イオンを吸着していないと把握できるので、セシウム(Cs)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−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクター等は、色調の変化(比色法)を活用してセシウム(Cs)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。 The complete removal of cesium (Cs) ions can also be confirmed from ICP-OES or ICP-MS measurements. In this way, the amount of adsorption of cesium (Cs) ions can be determined using the colorimetric method, and the end point can be detected. The HOMS-DPAR collector or HOMS-DTDR collector or HOMS-PR collector is reversible for extraction / separation of cesium (Cs) ions and can be used repeatedly. In this way, the amount of adsorption of cesium (Cs) ions can be grasped only by color tone, or it can be grasped that cesium (Cs) ions are not adsorbed, so that not only rapid detection of cesium (Cs) ions but also rapid recovery Can be performed. As a result, productivity can be greatly improved. As described above, a HOMS-DPAR collector, a HOMS-DTDR collector, a HOMS-PR collector, or the like can extract (collect) cesium (Cs) by utilizing a change in color tone (colorimetric method). It can also be called a visual collector. 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−DPARまたはHOMS−DTDR、またはHOMS−PR、あるいは他のセシウム(Cs)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、セシウム(Cs)イオン以外の金属がセシウム(Cs)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セシウム(Cs)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、セシウム(Cs)イオンだけを抽出あるいは収集する。セシウム(Cs)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−DPARまたはHOMS−DTDRまたはHOMS−PRコレクター等はセシウム(Cs)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-DPAR or HOMS-DTDR, or HOMS-PR, or HOMS carrying another cesium (Cs) ion-adsorbing compound has very good selectivity, so that metals other than cesium (Cs) ions are cesium ( Even if it is contained in the Cs) ion solution, or if anion ions or surfactants are contained in the cesium (Cs) ion solution, that is, even if these competing ions are present Extracts or collects only cesium (Cs) ions. Even if the amount of cesium (Cs) ion is a trace amount or a larger amount of ppb to ppm, and the content of other metal ions, anions or surfactants is a trace amount or a larger amount The HOMS-DPAR or HOMS-DTDR or HOMS-PR collector of the present invention can selectively extract or collect only cesium (Cs) 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−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクター等のセシウム(Cs)イオンコレクターは、放射性セシウム(Cs)等を含む廃(排)液や生活用(廃、排)水等からセシウム(Cs)を吸着すると視覚的に変化することからセシウム(Cs)の回収を容易に行なうことができる。しかもHOMS−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクター等は種々のイオンの中でもセシウム(Cs)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−DPARコレクターまたはHOMS−DTDRコレクターまたはHOMS−PRコレクター等は、特に人体(生体)に危険な放射性セシウム(Cs)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 A cesium (Cs) ion collector such as a HOMS-DPAR collector, a HOMS-DTDR collector, or a HOMS-PR collector produced by using the technology of the present invention is a waste (exhaust) liquid containing radioactive cesium (Cs), etc. When cesium (Cs) is adsorbed from waste, waste water, etc., it visually changes, so cesium (Cs) can be easily recovered. Moreover, a HOMS-DPAR collector, a HOMS-DTDR collector, a HOMS-PR collector, or the like has high selectivity with respect to cesium (Cs) ions among various ions, and has an optical response function. The HOMS-DPAR collector, HOMS-DTDR collector, HOMS-PR collector and the like of the present invention are extremely useful for extraction, removal, collection, recovery and detection of radioactive cesium (Cs) that is particularly dangerous to the human body (living body).

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セシウム(Cs)イオンを選択的に吸着するキレート化合物のようなセシウム(Cs)イオン吸着性化合物を担持させ、そのセシウム(Cs)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セシウム(Cs)イオンが溶解された溶液と接触させ、目標元素であるセシウム(Cs)イオンを選択的にメソポーラスシリカに担持されたセシウム(Cs)イオン吸着性化合物に吸着させる。その後で、目標元素であるセシウム(Cs)イオンを吸着したセシウム(Cs)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、目標元素であるセシウム(Cs)イオンをメソポーラスシリカに担持されたセシウム(Cs)イオン吸着性化合物から遊離させ、目標元素であるセシウム(Cs)を回収する。目標元素であるセシウム(Cs)イオンが遊離されたセシウム(Cs)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、このセシウム(Cs)イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカはセシウム(Cs)(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)セシウム(Cs)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)セシウム(Cs)を吸着して非常に微量な濃度まで(放射性)セシウム(Cs)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)セシウム(Cs)除去フィルターとしても使用することができる。たとえば、飲料水に放射性セシウムが含まれている可能性があるときには、本発明のセシ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フィルターを飲料水の蛇口に取り付ければ、放射性セシウムがこのフィルターに吸着されて、許容限界以下の濃度まで低減された飲料水を得ることができる。このフィルターもセシウムイオンを溶離する溶離液で処理すれば、リサイクル/リユースすることができる。 As described above, the present invention provides a cesium (Cs) ion such as a chelate compound that selectively adsorbs the target element cesium (Cs) ion to highly ordered mesoporous silica prepared from an organosilicon compound and a surfactant. An adsorbent compound is supported, and the mesoporous silica supporting the cesium (Cs) ion adsorbent compound is brought into contact with a solution in which the target element cesium (Cs) ion is dissolved, and the target element cesium (Cs) ion It is selectively adsorbed on a cesium (Cs) ion-adsorbing compound supported on mesoporous silica. After that, mesoporous silica carrying a cesium (Cs) ion-adsorbing compound that adsorbs cesium (Cs) ions as a target element was chemically treated, and cesium (Cs) ions as a target element were carried on mesoporous silica. The cesium (Cs) ion-adsorbing compound is liberated and the target element cesium (Cs) is recovered. The mesoporous silica supporting the cesium (Cs) ion-adsorbing compound from which the target element cesium (Cs) ion is released can be reused. The mesoporous silica supporting the cesium (Cs) ion-adsorbing compound can also be used as a cesium (Cs) (ion) collector and a concentration detection sensor. Furthermore, it is possible to inspect whether (harmful radioactivity) cesium (Cs) is dissolved in domestic water or waste liquid, and it is possible to detect even a very small concentration of ppb to ppm order. Furthermore, (radioactive) cesium (Cs) dissolved in domestic water or waste liquid can be adsorbed to reduce the (radioactive) cesium (Cs) 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) cesium (Cs) removal filter. For example, when there is a possibility that radioactive cesium is contained in drinking water, if a filter using mesoporous silica carrying a cesium ion-adsorbing compound of the present invention is attached to a drinking water faucet, the radioactive cesium is contained in this filter. Drinking water that has been adsorbed and reduced to a concentration below an acceptable limit can be obtained. If this filter is also treated with an eluent that elutes cesium ions, it can be recycled / reused.

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、セシウム(Cs)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セシウム(Cs)を含むセシウム(Cs)を除去する産業分野、および放射性セシウム(Cs)を含むセシウム(Cs)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 related to cesium (Cs) collectors and sensors, an industrial field to remove cesium (Cs) containing radioactive cesium (Cs) from substances and materials containing various cations, anions and surfactants, and radioactive materials. It can be used in the industrial field for recovering cesium (Cs) containing cesium (Cs).

Claims (18)

目標元素であるセシウム(Cs)を含む各種イオンが溶解された溶液(セシウムイオン溶解溶液)からセシウムイオンを吸着するとともに吸着されたセシウムイオンを遊離することが可能な、セシウムイオンを吸着するセシ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って、
前記セシウムイオン吸着性化合物は、2−ドデシル−4−((フェニル)ジアゼニル)レソルシノール{2-dodecyl-4-((phenyl)diazenyl)resorcinol (DPAR)}、
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)}、または
ピロガロル・レッド{Pyrogallol red (PR)}
から選択された少なくとも1つであることを特徴とする、メソポーラスシリカ。
Cesium ions adsorbing cesium ions that can adsorb cesium ions and liberate the adsorbed cesium ions from a solution in which various ions containing the target element cesium (Cs) are dissolved (cesium ion solution) Mesoporous silica carrying an adsorbent compound ,
The cesium ion adsorbing compound is 2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol {2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol (DPAR)},
4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol (DTDR)}, or
Pyrogallol red {Pyrogallol red (PR)}
Mesoporous silica, characterized in that it is at least one selected from:
前記セシ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、目標元素であるセシウムが良く吸着されるpH値に調整されたセシウムイオン溶解溶液と接触させ、メソポーラスシリカに吸着したセシウムイオン吸着性化合物に目標元素であるセシウムイオンを吸着させ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 supporting the cesium ion adsorbing compound is brought into contact with a cesium ion dissolving solution adjusted to a pH value at which the target element cesium is well adsorbed, and the target element is added to the cesium ion adsorbing compound adsorbed on the mesoporous silica. The mesoporous silica according to claim 1 , which adsorbs cesium ions. 前記DPARの場合には前記pH値は1.5〜2.5であり、前記DTDRの場合にはpH値は1.5〜2.5であり、前記PRの場合にはpH値は9.0〜10.0であることを特徴とする、請求項2に記載のメソポーラスシリカ。 In the case of the DPAR, the pH value is 1.5 to 2.5, in the case of the DTDR, the pH value is 1.5 to 2.5, and in the case of the PR, the pH value is 9. The mesoporous silica according to claim 2 , wherein the mesoporous silica is 0 to 10.0. セシウムを吸着する前のセシ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の色調はセシウムを吸着することにより変色し、さらにセシウムを分離すると色調が変化し、もとの色調に戻ることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のメソポーラスシリカ。 The color tone of the mesoporous silica supporting the cesium ion-adsorbing compound before adsorbing cesium is discolored by adsorbing cesium, and the color tone is changed when cesium is further separated, and the original color tone is restored . The mesoporous silica according to any one of claims 1 to 3 . 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を用いてセシウムイオン溶解溶液からセシウム(Cs)を収集することを特徴とするセシウムコレクター。 A cesium collector for collecting cesium (Cs) from a cesium ion-dissolved solution using the mesoporous silica according to any one of claims 1 to 4 . 前記セシウムイオン溶解溶液は放射性セシウムを含むことを特徴とする、請求項5に記載のセシウムコレクター。 The cesium collector according to claim 5, wherein the cesium ion dissolution solution contains radioactive cesium. 目標元素であるセシウムイオンを良く吸着するpH値に調整された、目標元素であるセシウムイオンを含むセシウムイオン溶解溶液に、セシ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接触させ、前記セシウムイオン吸着性化合物に目標元素であるセシウムイオンを選択的に吸着する工程、および
目標元素であるセシウムイオンを吸着した前記セシウムイオン吸着性化合物から目標元素であるセシ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セシウム回収方法であって、
前記セシウムイオン吸着性化合物は、2−ドデシル−4−((フェニル)ジアゼニル)レソルシノール{2-dodecyl-4-((phenyl)diazenyl)resorcinol (DPAR)}、
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)}、または
ピロガロル・レッド{Pyrogallol red (PR)}
から選択された少なくとも1つであることを特徴とする、セシウム回収方法。
A mesoporous silica supporting a cesium ion-adsorbing compound is brought into contact with a cesium ion-dissolved solution containing the target element cesium ion, adjusted to a pH value that adsorbs the target element cesium ion well, and the cesium ion adsorption property including the step of liberating steps, and from <br/> the cesium ion adsorbent compounds that cesium ions adsorbed is the target element cesium ions is the target element to selectively adsorb the cesium ion is the target element compound A cesium recovery method using mesoporous silica characterized by comprising :
The cesium ion adsorbing compound is 2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol {2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol (DPAR)},
4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol (DTDR)}, or
Pyrogallol red {Pyrogallol red (PR)}
A method for recovering cesium, wherein the method is at least one selected from the group consisting of:
前記セシ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工程をさらに含むことを特徴とする、請求項7に記載のセシウム回収方法。 The method for recovering cesium according to claim 7, further comprising a step of supporting the cesium ion-adsorbing compound on mesoporous silica. 比色法を用いてセシ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吸着されたセシ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または8に記載のセシウム回収方法。 The method for recovering cesium according to claim 7 or 8 , further comprising a step of determining a concentration of cesium ions adsorbed on mesoporous silica supporting a cesium ion adsorbing compound using a colorimetric method. セシ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リユースすることを特徴とする、請求項7〜9のいずれか1項に記載のセシウム回収方法。 The method for recovering cesium according to any one of claims 7 to 9 , wherein mesoporous silica supporting a cesium ion adsorbing compound is reused. 前記DPARの場合には前記pH値は1.5〜2.5であり、前記DTDRの場合にはpH値は1.5〜2.5であり、前記PRの場合にはpH値は9.0〜10.0であることを特徴とする、請求項7〜10のいずれか1項に記載のセシウム回収方法。 In the case of the DPAR, the pH value is 1.5 to 2.5, in the case of the DTDR, the pH value is 1.5 to 2.5, and in the case of the PR, the pH value is 9. It is 0-10.0, The cesium collection | recovery method of any one of Claims 7-10 characterized by the above-mentioned. 前記セシ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がセシウムイオンを吸着すると変色することを用いてセシウムイオンを抽出すること、および/またはセシウムイオンを吸着した前記メソポーラスシリカがセシウムイオンを溶離すると変色し前記セシ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ことを用いてセシウムイオンを分離することを特徴とする、請求項7〜11のいずれか1項に記載のセシウム回収方法。 Extraction of cesium ions using the change in color when the mesoporous silica supporting the cesium ion-adsorbing compound adsorbs cesium ions and / or discoloration when the mesoporous silica adsorbing cesium ions elutes cesium ions The cesium recovery method according to any one of claims 7 to 11 , wherein cesium ions are separated by returning to mesoporous silica supporting a cesium ion-adsorbing compound. セシウムを含む各種イオンが溶解された溶液(セシウムイオン溶解溶液)からセシウムイオンを収集するセシ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セシウムイオン収集剤であって、A cesium ion collector based on mesoporous silica combined with a cesium ion adsorbing compound that collects cesium ions from a solution in which various ions containing cesium are dissolved (cesium ion solution),
前記セシウムイオン吸着性化合物は、2−ドデシル−4−((フェニル)ジアゼニル)レソルシノール{2-dodecyl-4-((phenyl)diazenyl)resorcinol (DPAR)}、The cesium ion adsorbing compound is 2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol {2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol (DPAR)},
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)}、または4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol (DTDR)}, or
ピロガロル・レッド{Pyrogallol red (PR)}Pyrogallol red {Pyrogallol red (PR)}
から選択された少なくとも1つであることを特徴とする、At least one selected from:
セシウムイオン収集剤。Cesium ion collector.
競合イオンの存在下においてもセシ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13に記載のセシウムイオン収集剤。 Characterized in that it is also possible to collect the cesium ions in the presence of competing ions, cesium ions collection agent according to claim 13. セシ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ベースとしたセシウムイオン濃度センサであって、セシウムイオン濃度を色調変化(比色法)またはセシ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、セシウムイオン濃度センサであって、
前記セシウムイオン吸着性化合物は、2−ドデシル−4−((フェニル)ジアゼニル)レソルシノール{2-dodecyl-4-((phenyl)diazenyl)resorcinol (DPAR)}、
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)}、または
ピロガロル・レッド{Pyrogallol red (PR)}
から選択された少なくとも1つであることを特徴とする、
セシウムイオン濃度センサ。
A cesium ion concentration sensor based on mesoporous silica loaded with a cesium ion-adsorbing compound, with cesium ion concentration changing color (colorimetric method) or cesium ion concentration UV-VIS-NIR spectroscopy A cesium ion concentration sensor, characterized by detecting by:
The cesium ion adsorbing compound is 2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol {2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol (DPAR)},
4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol (DTDR)}, or
Pyrogallol red {Pyrogallol red (PR)}
At least one selected from:
Cesium ion concentration sensor.
波長域250nm〜900nmのUV−VIS−NIR分光分析スペクトルによってセシウムイオンの濃度を検出することを特徴とする、請求項15に記載のセシウムイオン濃度センサ。
The cesium ion concentration sensor according to claim 15, wherein the concentration of cesium ions is detected by a UV-VIS-NIR spectroscopic spectrum in a wavelength range of 250 nm to 900 nm .
競合イオンの存在下においてセシウムイオン濃度を検出することを特徴とする、請求項15または16に記載のセシウムイオン濃度センサ。The cesium ion concentration sensor according to claim 15 or 16, wherein the cesium ion concentration is detected in the presence of competing ions. 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を用いたセシウム除去フィルター。
The cesium removal filter using the mesoporous silica of any one of Claims 1-4.
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