JP6044978B2

JP6044978B2 - 水中金属の捕集材の製造方法

Info

Publication number: JP6044978B2
Application number: JP2012151838A
Authority: JP
Inventors: 田中　伸幸; 伸幸田中; 浩幸正木
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2032-07-05
Also published as: JP2014014735A

Description

本発明は、水中の金属、例えば、海水や湖沼等の水中のウランを捕集する水中金属の捕集材の製造方法に関する。

原子力は主要なエネルギー源であり、原子力発電の燃料としてのウランの需要は高くなることが確実視されているのが実情である。しかし、ウラン資源は特定の国に集中しているため、安定供給に対するリスクが高く、電力の安定供給が妨げられる虞がある。

一方、海水中には極微量であるが多くの希少金属が含まれており、海水中の希少金属としてウランが存在することが知られている。このため、原子力発電の燃料として、海水中のウランを活用することが種々研究されている。海水中からウランを回収することができれば、ウランの安定供給に対するリスクを大幅に低減することが可能になる。

海水からウランを捕集する吸着材として、アミドキシム基を有する吸着材が従来から提案されている（特許文献１参照）。アミドキシム基を有する吸着材を用いることにより、吸着材の量に対するウランの吸着量をある程度の割合で確保することが確認されている。しかし、アミドキシム基を得るための原材料の費用が嵩み、アミドキシム基を有する吸着材を用いて海水からウランを捕集した場合のコストは、鉱山資源から得られるウランの数倍以上になってしまうのが現状である。

特開２００５−６１９３６号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、低コストで、しかも、任意の形状の状態で、水中の金属、特に、ウランを捕集することができる水中金属の捕集材の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の水中金属の捕集材の製造方法は、ポリアリルアミン系の高分子液体材料に五倍子の溶液を混合することで、水中の金属を吸着させる捕集材を製造することを特徴とする。つまり、アミン系の液体材料に液体状態のタンニンを混合してなり、水中の金属を吸着させることを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、ポリアリルアミン系の高分子液体材料（アミン系の液体材料）に天然由来の五倍子（タンニン）を混合して捕集材を製造し、水中の金属を吸着させることができる。

この結果、低コストで、しかも、任意の形状の状態で、水中の金属、特に、ウランを捕集することが可能になる。

また、捕集材は、高分子液体材料と、高分子液体材料の１倍から１０倍の重量の五倍子とが混合されることで形成されることが好ましい。

これにより、高分子液体材料と五倍子の量を適格に規定することができる。

そして、請求項２に係る本発明の水中金属の捕集材の製造方法は、請求項１に記載の水中金属の捕集材の製造方法において、高分子液体材料と五倍子との混合物は、４０℃から９０℃の温浴中で加温されることを特徴とする。

また、請求項３に係る本発明の水中金属の捕集材の製造方法は、請求項２に記載の水中金属の捕集材の製造方法において、混合物は、加温された後に水洗され、ろ別されて４０℃から７０℃で乾燥されることを特徴とする。

請求項２、請求項３に係る本発明では、最適な量の水中金属を吸着させることができる。高分子液体材料と五倍子を混合した後は、約８０℃で１分から３０分の間、加温することが好ましい。また、混合物をろ別した後は、約６０℃で乾燥することが好ましい。

また、請求項４に係る本発明の水中金属の捕集材の製造方法は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水中金属の捕集材の製造方法において、吸着する水中金属は海水中のウランであることを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、低コストで、しかも、任意の形状の状態で、海水中のウランを捕集することが可能になる。

本発明の水中金属の捕集材の製造方法は、低コストで、しかも、任意の形状の状態で、水中金属を捕集することが可能になる。

本発明の一実施例に係る海水中ウランの捕集材の製造方法の概念図である。捕集材の作成手順の状況説明図である。捕集材の作成手順の状況説明図である。タンニンの重量とウランの吸着量との関係を表すグラフである。海水からウランを捕集している状態の概念図である。ウランの捕集量を検証する状態の概念図である。ウランの捕集状況の経時変化を表すグラフである。ウランの吸着率を表すグラフである。ウランの吸着等温線を表すグラフである。ウランの吸着等温線を表すグラフである。捕集材の使用例の説明図である。

本実施例の水中金属の捕集材の製造方法は、ポリアリルアミン系の高分子液体材料と天然由来の五倍子が混合されて形成される。そして、捕集材により、例えば、海水中や湖沼等の淡水中のウランを捕集する。

図に基づいて本発明の捕集材の製造方法の実施例を説明する。

図１には本発明の一実施例に係る海水中ウランの捕集材の製造方法の概念、図２、図３には捕集材の作成手順の状況、図４にはタンニンの重量とウランの吸着量との関係、図５には海水からウランを捕集している状態の概念、図６にはウランの捕集量を検証する状態の概念、図７にはウランの捕集状況の経時変化、図８にはウランの吸着率を表すグラフ、図９には海水における残存ウラン濃度とウランの吸着量との関係により性能を評価する吸着等温線、図１０には淡水における残存ウラン濃度とウランの吸着量との関係により性能を評価する吸着等温線、図１１には捕集材の使用例を示してある。

図１に示すように、本実施例の製造方法で製造される捕集材１は、ポリアリルアミン系の高分子液体材料２とタンニン（五倍子）の溶液を混合して形成されたものである。参考例として、タンニンとしては、渋柿、チェストナット、ミモザ、ケブラチョ等から抽出したものを適用することが可能である。尚、タンニン（五倍子）の溶液を用いたが、液体以外のタンニン（五倍子）を適用することも可能である。

図２から図５に基づいて捕集材１の作成手順を説明する。

ポリアリルアミン系の高分子液体材料２を一定量秤量し、図２（ａ）に示すように、高分子液体材料２の１倍から１０倍の量のタンニン（五倍子）の溶液を高分子液体材料２に混合して混合物としての溶液４とし、溶液４を攪拌する。タンニン（五倍子）の溶液を高分子液体材料２に混合・攪拌して溶液４とした後、図２（ｂ）に示すように、溶液４を約８０℃の温浴中で１分から３０分の間加温する。

溶液４を約８０℃の温浴中で加温することにより、ゲル状の捕集材原料５が形成される。溶液４の加温は、０.５分から４０分の間、４０℃から９０℃の温浴中で行うことが可能である。

ポリアリルアミン系の高分子液体材料２とタンニン（五倍子）の溶液を混合しているため、高分子液体材料２を希釈する必要がない。タンニン（五倍子）の形態により高分子液体材料２を希釈して使用することも可能である。

図３（ａ）に示すように、捕集材原料５を水で５回から６回水洗いし、図３（ｂ）に示すように、捕集材原料５をろ別して水分を除去する。そして、図３（ｃ）に示すように、ろ別された捕集材原料５を約６０℃で乾燥させることで、ろ別された捕集材原料５から捕集材１が形成される。ろ別された捕集材原料５は、４０℃から７０℃で乾燥させることができる。

液体の高分子液体材料２とタンニン（五倍子）の溶液を混合して溶液４とし、溶液をゲル状にした後に乾燥させて捕集材１としたので、任意の形状の捕集材１を得ることができる。このため、所望の形状で捕集材１を作製することで、運搬、係留設置、回収、廃棄等を効率良く行うことが可能になる。例えば、粒状に成形したり、繊維状に成形したりすることが可能である。

図４に示すように、タンニンの重量が増加するとウランの吸着量が増加する。タンニンの重量が、例えば、２倍を超えて３倍以上になると、タンニンの重量が増加してもウランの吸着量はほとんど増加しない。尚、タンニンの重量の割合に対するウランの吸着量の増加の状況は、各種の条件により異なるものである。

上述した手順で作製された捕集材１を係留等により海水中や湖沼中、あるいは、金属鉱山の排水施設の水中等に所定期間の間保持し、水中のウランを捕集する。尚、捕集する金属としては、ウランに限らず、希土類（レアアース）をはじめとするレアメタルと称されるその他の金属を捕集することができる。

図５、図６に基づいて捕集材１から海水中のウランを捕集する際の実験状況を説明する。

図５に示すように、２５℃、１０００ｃｃ（１Ｌ）の海水（[Ｕ]＝３.３ｐｐｂ）６中に１００ｍｇの捕集材１を入れ、スターラー７により２４時間振とうする。

２４時間経過した後、海水６から捕集材１を取り出し、図６（ａ）に示すように、０.１mol/ＬのＨＣＬを用いて捕集材１の溶離を行い、定容によりウランの量を分析した。また、図６（ｂ）に示すように、捕集材１を取り出した後の海水６をイオン交換樹脂８に流通させて脱塩すると共に希釈し、定容によりウランの残量を分析した。

定容の結果、捕集材１に所定量のウランが吸着していたことが確認された。また、海水６中にウランが検出されなかったことが確認された。これにより、１Ｌ中の海水６に含まれるウランが２４時間で１００ｍｇの捕集材１に捕集されたことが判る。

図７に基づいてウランの捕集量の経時変化を説明する。

図に実線で示すように、１Ｌの海水６に１００ｍｇの捕集材１を入れてから２４時間が経過するまでウランが徐々に捕集され、２４時間を経過した後は、ウランの捕集量はほとんど増加せず、１Ｌ中の海水６から２４時間で全てのウランを捕集材１で捕集できることが判る。

図８に基づいて捕集材１のウランの吸着率の結果を説明する。

図中のＡ、Ｂ、Ｃは、高分子液体材料２のポリマーとしての重合度合いが異なるもので、Ａは分子量が約１０００、Ｂは分子量が約３０００、Ｃは分子量が約１５０００である捕集材１となっている。図に示したように、全ての捕集材１の吸着率が１００％に近く、重合度合いに拘わらず海水中のウランの略全量を捕集できていることが確認された。

図９に基づいて捕集材１の海水でのウランの捕集性能を説明する。

図に示すように、海水中のウラン濃度である３.３ｐｐｂまで海水を外挿した際の（残存ウラン濃度が３.３ｐｐｂ）、ウランの吸着量（μｇ-Ｕ/ｇ-捕集材１）は、１-３（ｍｇ-Ｕ/ｇ-捕集材１）と見積もられると推定される。このため、海水中からウランを有効に回収できることが認められた。

捕集材１により、淡水中の金属（ウラン）を捕集することも可能である。このため、淡水に溶解するウランの回収の実験を行った。ウラン濃度が５ｐｐｍで、ｐＨ５の模擬試料水を作製し、１００ｇの捕集材１を純水で洗浄し、１００ｃｃの模擬試料水に捕集材１を浸漬した。そして、２５℃で２４時間振とうした。

図１０に基づいて捕集材１の淡水（模擬試料水）でのウランの捕集性能を説明する。

図に示すように、ウラン濃度５ｐｐｍの適用の場合（残存ウラン濃度が５ｐｐｍ）、ウランの吸着量（ｍｇ-Ｕ/ｇ-捕集材１）は、約１００（ｍｇ-Ｕ/ｇ-捕集材１）と見積もられると推定される。このため、淡水中からウランを有効に回収できることが認められた。

淡水はｐＨ５程度であり、このｐＨ領域でのウランは、そのままの形で天然由来のフェノール基と配置可能なウラニルとして存在すると考えられる。このことが、淡水において吸着性能が格段に高まる理由である。このため、ウラン鉱山の排水や、湖沼等の淡水の水系での捕集に適用することが可能である。

図１１に基づいて捕集材１の具体的な使用例を説明する。図１１には捕集材の使用例の説明図を示してある。

捕集材１を粒状に成形して捕集材粒１１として使用する。

図１１（ａ）に示すように、両端が開口する円筒状の容器１２に捕集材粒１１が収容される。容器１２の端部の開口は液体が流通可能な蓋部材（図示省略）で覆われ、蓋部材により捕集材粒１１が容器１２の内部に保持される。捕集材粒１１が収容・保持された筒状の容器１２を、例えば、海中の潮流が生じている場所に所望の本数を設置する。

これにより、海水を容器１２の内部に流通させることができ、海水を捕集材粒１１に接触させて海水中のウラン（金属）を捕集材粒１１に吸着させることが可能になる。尚、河川や湖沼、金属鉱山の排水施設の水中等に、捕集材粒１１が収容・保持された容器１２を設置することが可能である。

捕集材１を繊維状に成形して捕集材繊維１６として使用する。

図１１（ｂ）に示すように、矩形の枠体１５の内側に多数の捕集材繊維１６が配されて固定される。枠体１５の内側に捕集材繊維１６を直接固定して保持することができる。また、枠体１５の版面の間に捕集材繊維１６を配し、液体が流通可能な一対の板部材で捕集材繊維１６を保持することができる。捕集材繊維１６が保持された枠体１５を、例えば、海中の潮流が生じている場所に所望の枚数を設置する。

これにより、海水を枠体１５の内側に流通させることができ、海水を捕集材繊維１６に接触させて海水中のウラン（金属）を捕集材繊維１６に吸着させることが可能になる。尚、河川や湖沼、金属鉱山の排水施設の水中等に、捕集材繊維１６が保持された枠体１５を設置することが可能である。

上述した本実施例の製造方法で製造した捕集材１は、ポリアリルアミン系の高分子液体材料２とタンニン（五倍子）の溶液を混合して形成したので、低コストで、しかも、任意の形状の状態で、海水及び淡水中のウランを捕集することが可能になる。

本発明は、水中の金属を捕集する水中金属の捕集材の製造方法の産業分野で利用することができる。

１捕集材
２高分子液体材料
４溶液
５捕集材原料
６海水
７スターラー
８イオン交換樹脂
１１捕集材粒
１２容器
１５枠体
１６捕集材繊維

Claims

ポリアリルアミン系の高分子液体材料に五倍子の溶液を混合することで、水中の金属を吸着させる捕集材を製造することを特徴とする水中金属の捕集材の製造方法。
請求項１に記載の水中金属の捕集材の製造方法において、
高分子液体材料と五倍子との混合物は、４０℃から９０℃の温浴中で加温される
ことを特徴とする水中金属の捕集材の製造方法。
請求項２に記載の水中金属の捕集材の製造方法において、
前記混合物は、
加温された後に水洗され、ろ別されて４０℃から７０℃の雰囲気で乾燥される
ことを特徴とする水中金属の捕集材の製造方法。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水中金属の捕集材の製造方法において、
吸着する水中金属は海水中のウランである
ことを特徴とする水中金属の捕集材の製造方法。