JP7255760B2 - 放射性物質吸着剤 - Google Patents

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本発明は、放射性物質吸着剤に関する。
本出願は、２０２１年３月２４日に、日本に出願された特願２０２１－０５０４８７に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

原子力設備では、例えば燃料デブリの冷却水と原子炉建屋、タービン建屋等に流入した地下水とが混ざり合うことで生じた汚染水を他核種除去装置（ＡＬＰＳ）で処理し、処理水としてタンクに貯蔵されている。上記汚染水や処理水のような放射性廃液において、特に主要七核種（Ｃｓ－１３４、Ｃｓ－１３７、Ｓｒ－９０、Ｉ－１２９、Ｒｕ－１０６、Ｃｏ－６０、Ｓｂ－１２５）の放射性元素の存在が問題とされており、これを浄化する際に、無機ないし有機イオン交換体を用いて浄化する方法が知られている。イオン交換体を放射性物質の吸着材として用いて放射性廃液を浄化する場合は、イオン交換という原理上、その吸着能力には限界がある。また、その吸着効率を向上するために、短時間で低濃度まで放射性物質を吸着する性能が求められる。

従来、例えば有機イオン交換体として、Ｎ－ビニルカルボン酸アミドと架橋性単量体を塩水中で分散剤存在下、懸濁重合しポリビニルカルボン酸アミド架橋重合体粒子を得た後に、該架橋重合体を加水分解することにより得られたポリビニルアミン架橋重合体粒子をキレート樹脂として用いる方法が開示されている（特許文献１）。

また、無機イオン交換体として、酸化マンガンを主成分とし、さらに遷移金属元素として銅又は無機バインダーとして酸化アルミニウムを含むルテニウム吸着剤が開示されている。本方法では、マンガン化合物の構造欠陥を利用してルテニウム除去率を向上させていると考えられる（特許文献２）。

また近年、無機、有機イオン交換体以外の吸着剤として、シアニディウム目の紅藻の細胞の乾燥物、シアニディウム目の紅藻の細胞表層由来物の乾燥物、又は前記細胞の乾燥物もしくは前記細胞表層由来物の乾燥物を模した人工物を含む金属回収剤が提案されている（特許文献３）。

特開２０１７－７０９０９号公報 特許第６６７１３４３号公報 特許第６６８８４３２号公報

しかしながら、特許文献１では、初期濃度約４．５ｐｐｍのルテニウム溶解液５００ｍＬに１０ｍｇのキレート樹脂を投入して撹拌した場合、２４時間経過後のルテニウム溶解液の濃度が１００ｐｐｂ未満となっているが、ルテニウムをはじめとする放射性物質の初期濃度が１ｐｐｍ以下などの低濃度であっても、１００ｐｐｂ以下のより低い濃度となるまで放射性物質を吸着できる吸着剤が求められている。また、有機イオン交換体であるキレート樹脂は、種々の材料を用いて重合、ろ過、加水分解など様々な工程経て製造されるため煩雑な作業を要し、高コストとなることが懸念される。
特許文献２では、実施例において吸着後のルテニウムの具体的な濃度が示されておらず、また、２５０ｍｌのポリ容器に５０ｍＬの試験液を入れ、１８０回／分で振とうして吸着させているが、激しい試験条件であり、実施される際の条件、例えば通水条件での吸着能力に懸念がある。
また、特許文献３では、初期濃度１０ｐｐｍのルテニウム溶解液からルテニウムを吸着したときの吸着率は５０％程度にとどまり、未だ改善の余地がある。

本発明は、放射性物質の初期濃度が低い場合であっても高い吸着率で優れた吸着性能を発揮することができ、且つ放射性物質を容易に吸着することができる放射性物質吸着剤を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、金属硫化物を放射性物質吸着剤、特に二硫化モリブデン粒子を放射性物質吸着剤として用いると、金属硫化物の放射性物質に対する選択性により、高い吸着性能を実現できることを見出した。なかでも、二硫化モリブデン粒子をルテニウムの吸着剤として用いると、二硫化モリブデン粒子のルテニウムに対する選択性が高く、初期濃度が低いルテニウム含有溶液からルテニウムを吸着する際の吸着率が従来のルテニウム吸着剤よりも高く、吸着性能を向上できることを見出した。

また、本出願人が保有する技術「ｎｍサイズの三酸化モリブデン微粒子」を原料として二硫化モリブデン粒子を製造すると、粒子含有樹脂組成物の鉱山品の粉砕や汎用三酸化モリブデン（μｍスケール）からの合成では達成困難な、板状構造をもち且つ単位重量当たりの表面積が大きいｎｍサイズの二硫化モリブデン粒子が得られる。よってこの二硫化モリブデン粒子を放射性物質吸着剤、特にルテニウム吸着剤として用いると、二硫化モリブデン粒子の大きい比表面積及びルテニウムと硫黄との親和性により、放射性物質を良好に吸着できることを見出した。

すなわち、本発明は以下の構成を提供する。
［１］金属硫化物を含有する、放射性物質吸着剤。

［２］前記金属硫化物が二硫化モリブデン粒子で構成される、上記［１］に記載の放射性物質吸着剤。

［３］動的光散乱法により求められる前記二硫化モリブデン粒子のメディアン径Ｄ_５０が１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である、上記［２］に記載の放射性物質吸着剤。

［４］前記二硫化モリブデン粒子の一次粒子の形状が、円盤状、リボン状またはシート状であり、厚さが、３～１００ｎｍの範囲である、上記［２］又は［３］に記載の放射性物質吸着剤。

［５］ＢＥＴ法で測定される、前記二硫化モリブデン粒子の比表面積が１０ｍ^２／ｇ以上である、上記［２］～［４］のいずれかに記載の放射性物質吸着剤。

［６］前記二硫化モリブデン粒子の、モリブデンのＫ吸収端の広域Ｘ線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）プロファイルから得られる動径分布関数において、Ｍｏ－Ｓに起因するピークの強度ＩとＭｏ－Ｍｏに起因するピーク強度ＩＩとの比（Ｉ／ＩＩ）が、１．０より大きい、上記［２］～［５］のいずれかに記載の放射性物質吸着剤。

［７］前記二硫化モリブデン粒子が、二硫化モリブデンの２Ｈ結晶構造及び３Ｒ結晶構造を有し、
前記二硫化モリブデン粒子の、Ｘ線源としてＣｕ－Ｋα線を用いた粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）から得られるプロファイルにおいて、３９．５°付近のピーク及び４９．５°付近のピークが前記２Ｈ結晶構造に由来し、３２．５°付近のピーク、３９．５°付近のピーク及び４９．５°付近のピークが前記３Ｒ結晶構造に由来し、
３９．５°付近のピーク及び４９．５°付近のピークの半値幅が１°以上である、上記［２］～［６］のいずれかに記載の放射性物質吸着剤。

［８］前記二硫化モリブデン粒子に吸着される放射性物質が、ルテニウムである、上記［２］～［７］のいずれかに記載の放射性物質吸着剤。

本発明によれば、放射性物質の初期濃度が低い場合であっても高い吸着率で優れた吸着性能を発揮することができる。

図１は、二硫化モリブデン粒子の原料である三酸化モリブデン粒子の製造に用いられる装置の一例を示す概略図である。 図２は、市販の二硫化モリブデン粒子のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンの結果を、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）の２Ｈ結晶構造の回折パターンと共に示す図である。 図３は、合成例１で得られた二硫化モリブデン粒子のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンの結果を、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）の３Ｒ結晶構造の回折パターン、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）の２Ｈ結晶構造の回折パターン及び二酸化モリブデン（ＭｏＯ_２）の回折パターンと共に示す図である。 図４は、合成された二硫化モリブデン粒子のＡＦＭ像である。 図５は、図４に示す二硫化モリブデン粒子の断面を示すグラフである。 図６は、合成例１で得られた二硫化モリブデン粒子を用いて測定された、モリブデンのＫ吸収端の広域Ｘ線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）プロファイルである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

＜放射性物質吸着剤＞
本実施形態に係る放射性物質吸着剤は、金属硫化物を含有しており、好ましくは金属硫化物で構成される。本実施形態の放射性物質吸着剤は、放射性物質に対する選択性を有し、放射性物質の高い吸着性能を発揮する。金属硫化物は、二硫化モリブデン粒子を主成分とするのが好ましく、二硫化モリブデン粒子で構成されるのがより好ましい。放射性物質の吸着性能が高い点は、例えば前記二硫化モリブデン粒子の前記メディアン径Ｄ_５０が１０００ｎｍ以下と小さいことに起因すると考えられる。放射性物質の上記選択的な吸着性能は、例えば金属硫化物中の硫黄元素が放射性物質と吸着しやすい性質を有することに起因すると考えられる。放射性物質吸着剤の形態としては、例えば金属硫化物粒子が挙げられ、二硫化モリブデン粒子が好ましい。金属硫化粒子は、二硫化モリブデン粒子を含有するのが好ましく、二硫化モリブデン粒子で構成されるのがより好ましい。

本実施形態の放射性物質吸着剤が吸着できる放射性物質としては、例えばルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、アンチモン（Ｓｂ）等の放射性物質が挙げられる。本実施形態の放射性物質は、放射性同位体を含むものであればよく、例えば安定同位体と放射性同位体を含むものであってもよいし、放射性同位体のみからなるものであってもよい。本実施形態の放射性物質吸着剤は、特にルテニウムの吸着性能に優れる。ルテニウムの吸着性能に優れる点は、前記二硫化モリブデン粒子の前記メディアン径Ｄ_５０が１０００ｎｍ以下と小さいこと、二硫化モリブデンの３Ｒ結晶構造、及び／又は、ルテニウムと硫黄の親和性が非常に高いことに起因すると考えられる。
放射性物質吸着剤として二硫化モリブデン粒子を用いる場合には、二硫化モリブデン粒子に吸着される放射性物質としては、ルテニウム及びコバルトから選択される１種又は複数種が好ましく、ルテニウムがより好ましい。

本実施形態の放射性物質吸着剤における二硫化モリブデン粒子の、動的光散乱法により求められるメディアン径Ｄ_５０は例えば１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、前記の効果の点から、６００ｎｍ以下が好ましく、５００ｎｍ以下がより好ましく、４００ｎｍ以下が特に好ましい。前記二硫化モリブデン粒子のメディアン径Ｄ_５０は１０ｎｍ以上であってもよく、２０ｎｍ以上であってもよく、４０ｎｍ以上であってもよい。二硫化モリブデン粒子のメディアン径Ｄ_５０は、例えば動的光散乱式粒子径分布測定装置（マイクロトラックベル社製、Ｎａｎｏｔｒａｃ ＷａｖｅＩＩ）やレーザ回折式粒度分布測定装置（島津製作所社製 ＳＡＬＤ－７０００）等を用いて測定される。

本実施形態の放射性物質吸着剤における二硫化モリブデン粒子は、二硫化モリブデンの３Ｒ結晶構造を含むことが好ましい。３Ｒ結晶構造を含むことにより、二硫化モリブデン粒子の結晶のエッジ部分が増加し、イオン吸着サイトが増加することが、放射性物質の吸着性能の更なる向上に寄与すると考えられる。また、３Ｒ結晶構造を含むことにより、放射性物質のうち、特にルテニウムの吸着性能が格段に向上する。二硫化モリブデン粒子のナノ構造に由来する比表面積が起因していると推測される。

前記二硫化モリブデン粒子が、準安定構造の３Ｒ結晶構造を含む点は、Ｘ線源としてＣｕ－Ｋα線を用いた粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）から得られるプロファイルにおいて、３９．５°付近のピーク、及び、４９．５°付近のピークが共に２Ｈ結晶構造及び３Ｒ結晶構造の合成ピーク（ブロードピーク）からなることで区別することができる。

さらに、本実施形態の放射性物質吸着剤における二硫化モリブデン粒子は、二硫化モリブデンの２Ｈ結晶構造及び３Ｒ結晶構造を含むことが好ましい。一般に市販されている二硫化モリブデン粒子は、粒径が１μｍを超える大きさのものを多く含み、また、六方晶固体であり、図２に示されるように、結晶構造としてほぼ２Ｈ結晶構造を有する。これに対して、後述する「三酸化モリブデン粒子の製造方法」及び「二硫化モリブデン粒子の製造方法」を経て製造する二硫化モリブデン粒子は、２Ｈ結晶構造及び３Ｒ結晶構造を含み、メディアン径Ｄ_５０を１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下に、容易に調整可能である。

二硫化モリブデン粒子が２Ｈ結晶構造及び３Ｒ結晶構造を有していることは、例えば結晶子サイズを考慮できるリートベルト解析ソフト（パナリティカル社製、ハイスコアプラス）を使用して確認することができる。このリートベルト解析ソフトでは、結晶子サイズを含めた結晶構造モデルを用いてＸＲＤの回折プロファイル全体をシミュレートして、実験で得られるＸＲＤの回折プロファイルと比較し、実験で得られた回折プロファイルと計算で得られた回折プロファイルの残差が最小になるように結晶構造モデルの結晶格子定数、原子座標などの結晶構造因子、重量分率（存在比）等を最小二乗法で最適化し、２Ｈ結晶構造及び３Ｒ結晶構造の各相を高精度に同定、定量することにより、通常のリートベルト解析によって算出される結晶構造タイプ及びその比率に加えて、結晶子サイズを算出することができる。以下、本特許では、上記のハイスコアプラスを用いた解析手法を「拡張型リートベルト解析」と呼ぶ。

さらに、前記二硫化モリブデン粒子の、Ｘ線源としてＣｕ－Ｋα線を用いた粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）から得られるプロファイルにおいて、３９．５°付近のピーク及び４９．５°付近のピークが前記２Ｈ結晶構造に由来し、３２．５°付近のピーク、３９．５°付近のピーク及び４９．５°付近のピークが前記３Ｒ結晶構造に由来し、３９．５°付近のピーク及び４９．５°付近のピークの半値幅が１°以上であることが好ましい。さらに、前記二硫化モリブデン粒子は、１Ｈ結晶構造など、二硫化モリブデンの２Ｈ結晶構造、３Ｒ結晶構造以外の結晶構造を含んでいても良い。

透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影したときの二次元画像における前記二硫化モリブデン粒子の一次粒子の形状は、粒子状、球状、板状、針状、紐形状、リボン状またはシート状であっても良く、これらの形状が組み合わさって含まれていても良い。前記二硫化モリブデン粒子の一次粒子の形状は、円盤状、リボン状またはシート状であることが好ましい。また、モリブデン硫化物５０個の一次粒子の形状が、平均で、長さ（縦）×幅（横）＝５０～１０００ｎｍ×５０～１０００ｎｍの範囲の大きさを有することが好ましく、１００～５００ｎｍ×１００～５００ｎｍの範囲の大きさを有することがより好ましく、５０～２００ｎｍ×５０～２００ｎｍの範囲の大きさを有することが特に好ましい。また、前記二硫化モリブデン粒子の一次粒子の形状は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定される厚さが、３ｎｍ以上の範囲の大きさを有することが好ましく、５ｎｍ以上の範囲の大きさを有することがより好ましい。また、前記二硫化モリブデン粒子の一次粒子の形状は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定される厚さが、１００ｎｍ以下の範囲の大きさを有することが好ましく、５０ｎｍ以下の範囲の大きさを有することがより好ましく、２０ｎｍ以下の範囲の大きさを有することが特に好ましい。また、前記二硫化モリブデン粒子の一次粒子の形状は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定される厚さが、４０ｍｎ以下の範囲の大きさを有していてもよく、３０ｍｎ以下の範囲の大きさを有していてもよい。前記二硫化モリブデン粒子の一次粒子の形状が、円盤状、リボン状またはシート状であることで、二硫化モリブデン粒子の比表面積を大きくすることができる。また、前記二硫化モリブデン粒子の一次粒子の形状が、円盤状、リボン状またはシート状であり、且つ、厚さが３～１００ｎｍの範囲であるのが好ましい。ここで、円盤状、リボン状またはシート状であるとは、薄層形状であることをいう。円盤状、リボン状、シート状の明確な区別は無いが、例えば厚みが１０ｎｍ以下の場合はシート状、厚みが１０ｎｍ以上で、長さ÷幅≧２の場合はリボン状、厚みが１０ｎｍ以上で、長さ÷幅＜２の場合は円盤状とすることができる。モリブデン硫化物の一次粒子のアスペクト比、すなわち、（長さ（縦横の大きさ））／厚み（高さ））の値は、５０個の平均で、１．２～１２００であることが好ましく、２～８００であることがより好ましく、５～４００であることが更に好ましく、１０～２００であることが特に好ましい。二硫化モリブデン粒子５０個の一次粒子の形状は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による観察でも形状、長さ、幅、厚みを測定することが可能であり、測定結果からアスペクト比を算出することも可能である。

前記二硫化モリブデン粒子の一次粒子の形状が、単純な球状ではなく、アスペクト比の大きな円盤状、リボン状もしくはシート状であることにより、二硫化モリブデン粒子と放射性物質との接触面積が増大することが期待でき、放射性物質の吸着量の増大に寄与すると考えられる。

本実施形態の放射性物質吸着剤における二硫化モリブデン粒子の、ＢＥＴ法で測定される比表面積は１０ｍ^２／ｇ以上であることが好ましく、３０ｍ^２／ｇ以上であることがより好ましく、４０ｍ^２／ｇ以上であることが特に好ましい。前記二硫化モリブデン粒子の、ＢＥＴ法で測定される比表面積は３００ｍ^２／ｇ以下であってもよく、２００ｍ^２／ｇ以下であってもよい。

本実施形態の放射性物質吸着剤における二硫化モリブデン粒子の、ＢＥＴ法で測定される比表面積が１０ｍ^２／ｇ以上に大きい放射性物質吸着剤は、放射性物質との接触面積を大きくできるので、放射性物質の吸着性能が向上すると考えられる。

本実施形態の放射性物質吸着剤における二硫化モリブデン粒子の、モリブデンのＫ吸収端の広域Ｘ線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）プロファイルから得られる動径分布関数において、Ｍｏ－Ｓに起因するピークの強度ＩとＭｏ－Ｍｏに起因するピーク強度ＩＩとの比（Ｉ／ＩＩ）は、１．０より大きいことが好ましく、１．１以上であることがより好ましく、１．２以上であることが特に好ましい。

二硫化モリブデンの結晶構造が、２Ｈ結晶構造であれ３Ｒ結晶構造であれ、Ｍｏ－Ｓ間の距離は共有結合のためほぼ同じなので、モリブデンのＫ吸収端の広域Ｘ線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）プロファイルにおいて、Ｍｏ－Ｓに起因するピークの強度は同じである。
一方、二硫化モリブデンの２Ｈ結晶構造は六方晶（ｈｅｘａｇｏｎａｌ）のため、Ｍｏ原子の六角形の９０°真下に同じ六角形が位置するため、Ｍｏ－Ｍｏ間の距離が近くなり、Ｍｏ－Ｍｏに起因するピーク強度ＩＩは強くなる。
逆に、二硫化モリブデンの３Ｒ結晶構造は菱面体晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）のため、六角形の９０°真下ではなく、半分ずれて六角形が存在するため、Ｍｏ－Ｍｏ間の距離が遠くなり、Ｍｏ－Ｍｏに起因するピーク強度ＩＩは弱くなる。
二硫化モリブデンの純粋な２Ｈ結晶構造では前記比（Ｉ／ＩＩ）が小さくなるが、３Ｒ結晶構造を含むにつれ前記比（Ｉ／ＩＩ）が大きくなる。
３Ｒ結晶構造では、３層のそれぞれのＭｏ原子の六角形が互いに六角形の半分だけずれているため、２層のＭｏ原子の六角形が垂直に規則正しく並んでいる２Ｈ結晶構造に比べて、各層の間の相互作用が小さく、放射性物質を吸着しやすくなることが期待できる。

本実施形態の放射性物質吸着剤における二硫化モリブデン粒子のＭｏＳ_２への転化率Ｒ_Ｃは、三酸化モリブデンの存在が放射性物質吸着性能に悪影響を及ぼすと考えられるため７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることが特に好ましい。
本実施形態の放射性物質吸着剤における二硫化モリブデン粒子は、ＭｏＳ_２への転化率Ｒ_Ｃが１００％近い数字を示せることにより、三酸化モリブデンを副生もしくは含有しうる他の二硫化モリブデン素材やその前駆体より放射性物質吸着性能が優れるものとすることができる。

本実施形態の放射性物質吸着剤における二硫化モリブデン粒子のＭｏＳ_２への転化率Ｒ_Ｃは、二硫化モリブデン粒子をＸ線回折（ＸＲＤ）測定することにより得られるプロファイルデータから、後述するＲＩＲ（参照強度比）法により求めることができる。

尚、本実施形態の放射性物質吸着剤は、二硫化モリブデン粒子（ＭｏＳ_２）で構成されるのが好ましいが、これに限らず、ＭｏＳ_ｘ（Ｘ＝１～３）で表される硫化モリブデン粒子で構成されてもよいし、ＭｏＳ_ｘ（Ｘ＝１～３）で表される硫化モリブデン粒子の１種又は複数種で構成されてもよい。

本実施形態の放射性物質吸着剤は、放射性物質含有溶液、例えば放射性物質含有水溶液に含まれる放射性物質イオン、放射性物質又は放射性物質化合物を吸着し、除去することができる。また、本実施形態の放射性物質吸着剤は、放射性物質含有ガスに含まれる放射性物質又は放射性物質化合物を吸着し、除去することができる。

＜放射性物質吸着剤の製造方法＞
本実施形態に係る放射性物質吸着剤の製造方法は、特に制限されないが、例えば金属酸化物を、硫黄源の存在下で加熱することにより製造することができる。また、本実施形態の放射性物質吸着剤は、上記製造方法によって得られたものに限らず、本発明の吸着性能を発現できれば、市販の金属硫化物、例えば市販の二硫化モリブデン粒子であってもよい。

（放射性物質吸着剤における二硫化モリブデン粒子の製造方法）
本実施形態の放射性物質吸着剤における二硫化モリブデン粒子は、例えば、三酸化モリブデン粒子を、硫黄源の存在下、温度２００～１０００℃で加熱することにより製造することができる。

三酸化モリブデン粒子の一次粒子の平均粒径は、２ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であるのが好ましい。三酸化モリブデン粒子の一次粒子の平均粒径とは、三酸化モリブデン粒子を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）もしくは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影し、二次元画像上の凝集体を構成する最小単位の粒子（すなわち、一次粒子）について、その長径（観察される最も長い部分のフェレ径）と短径（その最も長い部分のフェレ径に対して、垂直な向きの短いフェレ径）を計測し、その平均値を一次粒子径としたとき、ランダムに選ばれた５０個の一次粒子の一次粒子径の平均値を云う。

本実施形態の二硫化モリブデン粒子の製造方法において、前記三酸化モリブデン粒子の一次粒子の平均粒径は１μｍ以下であることが好ましい。硫黄との反応性の点から、６００ｎｍ以下がより好ましく、４００ｎｍ以下がさらに好ましく、２００ｎｍ以下が特に好ましい。前記三酸化モリブデン粒子の一次粒子の平均粒径は２ｎｍ以上であってもよく、５ｎｍ以上であってもよく、１０ｎｍ以上であってもよい。

本実施形態の放射性物質吸着剤における二硫化モリブデン粒子の製造に用いる三酸化モリブデン粒子は、三酸化モリブデンのβ結晶構造を含む一次粒子の集合体からなることが好ましい。前記三酸化モリブデン粒子は、結晶構造としてα結晶のみからなる従来の三酸化モリブデン粒子に比べて、硫黄との反応性が良好であり、三酸化モリブデンのβ結晶構造を含むので、硫黄源との反応において、ＭｏＳ_２への転化率Ｒ_Ｃを大きくすることができる。

三酸化モリブデンのβ結晶構造は、Ｘ線源としてＣｕ－Ｋα線を用いた粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）から得られるプロファイルにおいて、ＭｏＯ_３のβ結晶の（０１１）面に帰属する、（２θ：２３．０１°付近、Ｎｏ．８６４２６（無機結晶構造データベース、ＩＣＳＤ））のピークの存在によって、確認することができる。三酸化モリブデンのα結晶構造は、ＭｏＯ_３のα結晶の（０２１）面（２θ：２７．３２°付近、Ｎｏ．１６６３６３（無機結晶構造データベース、ＩＣＳＤ））のピークの存在によって、確認することができる。

前記三酸化モリブデン粒子は、Ｘ線源としてＣｕ－Ｋα線を用いた粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）から得られるプロファイルにおいて、ＭｏＯ_３のβ結晶の（０１１）面に帰属する（２θ：２３．０１°付近、Ｎｏ．８６４２６（無機結晶構造データベース（ＩＣＳＤ）））ピーク強度の、ＭｏＯ_３のα結晶の（０２１）面に帰属する（２θ：２７．３２°付近、Ｎｏ．１６６３６３（無機結晶構造データベース（ＩＣＳＤ）））ピーク強度に対する比（β（０１１）／α（０２１））が０．１以上であることが好ましい。

ＭｏＯ_３のβ結晶の（０１１）面に帰属するピーク強度、及び、ＭｏＯ_３のα結晶の（０２１）面に帰属するピーク強度は、それぞれ、ピークの最大強度を読み取り、前記比（β（０１１）／α（０２１））を求める。

前記三酸化モリブデン粒子において、前記比（β（０１１）／α（０２１））は、０．１～１０．０であることが好ましく、０．２～１０．０であることがより好ましく、０．４～１０．０であることが特に好ましい。

三酸化モリブデンのβ結晶構造は、ラマン分光測定から得られるラマンスペクトルにおいて、波数７７３、８４８ｃｍ^－１及び９０５ｃｍ^－１でのピークの存在によっても、確認することができる。三酸化モリブデンのα結晶構造は、波数６６３、８１６ｃｍ^－１及び９９１ｃｍ^－１でのピークの存在によって、確認することができる。

前記三酸化モリブデン粒子の一次粒子の平均粒径は、５ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であってもよい。

硫黄源としては、例えば、硫黄、硫化水素等が挙げられ、これらは単独でも二種を併用しても良い。

前記二硫化モリブデン粒子の製造方法は、三酸化モリブデンのβ結晶構造を含む一次粒子の集合体からなる三酸化モリブデン粒子を、硫黄源の不存在下、温度１００～８００℃で加熱し、次いで、硫黄源の存在下、温度２００～１０００℃で加熱することを含むものであってもよい。

硫黄源の存在下の加熱時間は、硫化反応が充分に進行する時間であればよく、１ｈ～２０ｈであってもよく、２ｈ～１５ｈであってもよく、３ｈ～１０ｈであってもよい。

本実施形態の二硫化モリブデン粒子の製造方法において、前記三酸化モリブデン粒子のＭｏＯ_３量に対する、前記硫黄源のＳ量の仕込み比は、硫化反応が充分に進行する条件であることが好ましい。前記三酸化モリブデン粒子のＭｏＯ_３量１００モル％に対して、前記硫黄源のＳ量が４５０モル％以上であることが好ましく、６００モル％以上であることが好ましく、７００モル％以上であることが好ましい。前記三酸化モリブデン粒子のＭｏＯ_３量１００モル％に対して、前記硫黄源のＳ量が３０００モル％以下であってもよく、２０００モル％以下であってもよく、１５００モル％以下であってもよい。

本実施形態の製造方法において、前記硫黄源の存在下の加熱温度は、硫化反応が充分に進行する温度であればよく、３２０℃以上であることが好ましく、３４０℃以上であることがより好ましく、３６０℃以上であることが特に好ましい。３２０～１０００℃であってもよく、３４０～８００℃であってもよく、３６０～６００℃であってもよい。

本実施形態の二硫化モリブデン粒子の製造方法において、前記三酸化モリブデン粒子は、蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）で測定されるＭｏＯ_３の含有割合が９９．５％以上であることが好ましく、これにより、ＭｏＳ_２への転化率Ｒ_Ｃを大きくすることができ、高純度な、不純物由来の硫化物が生成するおそれがない、保存安定性の良好な二硫化モリブデンを得ることができる。

前記三酸化モリブデン粒子は、ＢＥＴ法で測定される比表面積が１０ｍ^２／ｇ以上１００ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。

前記三酸化モリブデン粒子において、前記比表面積は、硫黄との反応性が良好になることから、１０ｍ^２／ｇであることが好ましく、２０ｍ^２／ｇであることが好ましく、３０ｍ^２／ｇであることが好ましい。前記三酸化モリブデン粒子において、製造が容易になることから、１００ｍ^２／ｇであることが好ましく、９０ｍ^２／ｇであってもよく、８０ｍ^２／ｇであってもよい。

前記三酸化モリブデン粒子は、モリブデンのＫ吸収端の広域Ｘ線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）プロファイルから得られる動径分布関数において、Ｍｏ－Ｏに起因するピークの強度ＩとＭｏ－Ｍｏに起因するピーク強度ＩＩとの比（Ｉ／ＩＩ）が、１．１より大きいことが好ましい。

Ｍｏ－Ｏに起因するピークの強度Ｉ、及び、Ｍｏ－Ｍｏに起因するピーク強度ＩＩは、それぞれ、ピークの最大強度を読み取り、前記比（Ｉ／ＩＩ）を求める。前記比（Ｉ／ＩＩ）は、三酸化モリブデン粒子において、ＭｏＯ_３のβ結晶構造が得られていることの目安になると考えられ、前記比（Ｉ／ＩＩ）が大きいほど、硫黄との反応性に優れる。

前記三酸化モリブデン粒子において、前記比（Ｉ／ＩＩ）は、１．１～５．０であることが好ましく、１．２～４．０であってもよく、１．２～３．０であってもよい。

（三酸化モリブデン粒子の製造方法）
前記三酸化モリブデン粒子は、酸化モリブデン前駆体化合物を気化させて、三酸化モリブデン蒸気を形成し、前記三酸化モリブデン蒸気を冷却することにより製造することができる。

前記三酸化モリブデン粒子の製造方法は、酸化モリブデン前駆体化合物、及び、前記酸化モリブデン前駆体化合物以外の金属化合物を含む原料混合物を焼成し、前記酸化モリブデン前駆体化合物を気化させて、三酸化モリブデン蒸気を形成することを含み、前記原料混合物１００質量％に対する、前記金属化合物の割合が、酸化物換算で７０質量％以下であることが好ましい。

前記三酸化モリブデン粒子の製造方法は、図１に示す製造装置１を用いて好適に実施することができる。

図１は、本実施形態における二硫化モリブデン粒子の原料である前記三酸化モリブデン粒子の製造に用いられる装置の一例の概略図である。製造装置１は、三酸化モリブデン前駆体化合物、又は、前記原料混合物を焼成し、前記三酸化モリブデン前駆体化合物を気化させる焼成炉２と、前記焼成炉２に接続され、前記焼成により気化した三酸化モリブデン蒸気を粉体化する十字（クロス）型の冷却配管３と、前記冷却配管３で粉体化した三酸化モリブデン粒子を回収する回収手段である回収機４と、を有する。この際、前記焼成炉２および冷却配管３は、排気口５を介して接続されている。また、前記冷却配管３は、左端部には外気吸気口（図示せず）に開度調整ダンパー６が、上端部には観察窓７がそれぞれ配置されている。回収機４には、第１の送風手段である排風装置８が接続されている。当該排風装置８が排風することにより、回収機４および冷却配管３が吸引され、冷却配管３が有する開度調整ダンパー６から外気が冷却配管３に送風される。すなわち、排風装置８が吸引機能を奏することによって、受動的に冷却配管３に送風が生じる。なお、製造装置１は、外部冷却装置９を有していてもよく、これによって焼成炉２から生じる三酸化モリブデン蒸気の冷却条件を任意に制御することが可能となる。

開度調整ダンパー６により、外気吸気口からは空気を取り入れ、焼成炉２で気化した三酸化モリブデン蒸気を空気雰囲気下で冷却し、三酸化モリブデン粒子とすることで、前記比（Ｉ／ＩＩ）を１．１より大きくすることができ、三酸化モリブデン粒子において、ＭｏＯ_３のβ結晶構造が得られ易い。三酸化モリブデン蒸気を、液体窒素を用いて冷却した場合など、窒素雰囲気下の酸素濃度が低い状態での三酸化モリブデン蒸気の冷却は、酸素欠陥密度を増加させ、前記比（Ｉ／ＩＩ）を低下させ易い。

前記三酸化モリブデン前駆体化合物としては、焼成することで三酸化モリブデン蒸気を形成するものであれば特に制限されないが、金属モリブデン、三酸化モリブデン、二酸化モリブデン、硫化モリブデン、モリブデン酸アンモニウム、リンモリブデン酸（Ｈ_３ＰＭｏ_１２Ｏ_４０）、ケイモリブデン酸（Ｈ_４ＳｉＭｏ_１２Ｏ_４０）、モリブデン酸アルミニウム、モリブデン酸ケイ素、モリブデン酸マグネシウム（ＭｇＭｏ_ｎＯ_３ｎ＋１（ｎ＝１～３））、モリブデン酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｍｏ_ｎＯ_３ｎ＋１（ｎ＝１～３））、モリブデン酸チタニウム、モリブデン酸鉄、モリブデン酸カリウム（Ｋ_２Ｍｏ_ｎＯ_３ｎ＋１（ｎ＝１～３））、モリブデン酸亜鉛、モリブデン酸ホウ素、モリブデン酸リチウム（Ｌｉ_２Ｍｏ_ｎＯ_３ｎ＋１（ｎ＝１～３））、モリブデン酸コバルト、モリブデン酸ニッケル、モリブデン酸マンガン、モリブデン酸クロム、モリブデン酸セシウム、モリブデン酸バリウム、モリブデン酸ストロンチウム、モリブデン酸イットリウム、モリブデン酸ジルコニウム、モリブデン酸銅等が挙げられる。これらの三酸化モリブデン前駆体化合物は、単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。三酸化モリブデン前駆体化合物の形態は、特に限定されず、例えば、三酸化モリブデンなどの粉体状であっても良く、モリブデン酸アンモニウム水溶液のような液体であっても良い。好ましくは、ハンドリング性かつエネルギー効率の良い粉体状である。

三酸化モリブデン前駆体化合物として、市販のα結晶の三酸化モリブデンを用いることが好ましい。また、酸化モリブデン前駆体化合物として、モリブデン酸アンモニウムを用いる場合には、焼成により熱力学的に安定な三酸化モリブデンに変換されることから、気化する酸化モリブデン前駆体化合物は前記三酸化モリブデンとなる。

酸化モリブデン前駆体化合物、及び、前記酸化モリブデン前駆体化合物以外の金属化合物を含む原料混合物を焼成することでも、三酸化モリブデン蒸気を形成することができる。

これらのうち、得られる三酸化モリブデン粒子の純度、一次粒子の平均粒径、結晶構造を制御しやすい点では、酸化モリブデン前駆体化合物は、三酸化モリブデンを含むことが好ましい。

酸化モリブデン前駆体化合物と前記酸化モリブデン前駆体化合物以外の金属化合物とが中間体を生成する場合があるが、この場合でも焼成により中間体が分解して、三酸化モリブデンを熱力学的に安定な形態で気化させることができる。

酸化モリブデン前駆体化合物、及び、前記酸化モリブデン前駆体化合物以外の金属化合物を含む原料混合物を焼成するに際して、前記原料混合物１００質量％に対する、前記酸化モリブデン前駆体化合物の含有割合は、４０～１００質量％であることが好ましく、４５～１００質量％であってもよく、５０～１００質量％であってもよい。

焼成温度としては、使用する酸化モリブデン前駆体化合物、金属化合物、および所望とする三酸化モリブデン粒子等によっても異なるが、通常、中間体が分解できる温度とすることが好ましい。例えば、酸化モリブデン前駆体化合物としてモリブデン化合物を、金属化合物としてアルミニウム化合物を用いる場合には、中間体として、モリブデン酸アルミニウムが形成されうることから、焼成温度は５００～１５００℃であることが好ましく、６００～１５５０℃であることがより好ましく、７００～１６００℃であることがさらに好ましい。

焼成時間についても特に制限はなく、例えば、１ｍｉｎ～３０ｈとすることができ、１０ｍｉｎ～２５ｈとすることができ、１００ｍｉｎ～２０ｈとすることができる。

昇温速度は、使用する酸化モリブデン前駆体化合物、前記金属化合物、および所望とする三酸化モリブデン粒子の特性等によっても異なるが、製造効率の観点から、０．１℃／ｍｉｎ以上１００℃／ｍｉｎ以下であることが好ましく、１℃／ｍｉｎ以上５０℃／ｍｉｎ以下であることがより好ましく、２℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下であることがさらに好ましい。

次に、前記三酸化モリブデン蒸気を冷却して粒子化する。
三酸化モリブデン蒸気の冷却は、冷却配管を低温にすることにより行われる。この際、冷却手段としては、上述のように冷却配管中への気体の送風による冷却、冷却配管が有する冷却機構による冷却、外部冷却装置による冷却等が挙げられる。

三酸化モリブデン蒸気の冷却は、空気雰囲気下で行うことが好ましい。三酸化モリブデン蒸気を空気雰囲気下で冷却し、三酸化モリブデン粒子とすることで、前記比（Ｉ／ＩＩ）を１．１より大きくすることができ、三酸化モリブデン粒子において、ＭｏＯ_３のβ結晶構造が得られ易い。

冷却温度（冷却配管の温度）は、特に制限されないが、－１００～６００℃であることが好ましく、－５０～４００℃であることがより好ましい。

三酸化モリブデン蒸気の冷却速度は、特に制限されないが、１００℃／ｓ以上１０００００℃／ｓ以下であることが好ましく、１０００℃／ｓ以上５００００℃／ｓ以下であることがより好ましい。なお、三酸化モリブデン蒸気の冷却速度が早くなるほど、粒径の小さく、比表面積の大きい三酸化モリブデン粒子が得られる傾向がある。

冷却手段が、冷却配管中への気体の送風による冷却である場合、送風する気体の温度は－１００～３００℃であることが好ましく、－５０～１００℃であることがより好ましい。

三酸化モリブデン蒸気を冷却して得られた粒子は、回収機に輸送されて回収される。

前記三酸化モリブデン粒子の製造方法は、前記三酸化モリブデン蒸気を冷却して得られた粒子を、再度、１００～３２０℃の温度で焼成してもよい。

すなわち、前記三酸化モリブデン粒子の製造方法で得られた三酸化モリブデン粒子を、再度、１００～３２０℃の温度で焼成してもよい。再度の焼成の焼成温度は、１２０～２８０℃であってもよく、１４０～２４０℃であってもよい。再度の焼成の焼成時間は、例えば、１ｍｉｎ～４ｈとすることができ、１０ｍｉｎ～５ｈとすることができ、１００ｍｉｎ～６ｈとすることができる。ただし、再度、焼成することにより、三酸化モリブデンのβ結晶構造の一部は、消失してしまい、３５０℃以上の温度で４時間焼成すると、三酸化モリブデン粒子中のβ結晶構造は消失して、前記比（β（０１１）／α（０２１））が０になって、硫黄との反応性が損なわれる。

前記放射性物質吸着剤の製造方法により、本実施形態の放射性物質吸着剤における二硫化モリブデン粒子を製造することができる。
また、前記三酸化モリブデン粒子の製造方法により、本実施形態の放射性物質吸着剤における二硫化モリブデン粒子の製造に好適な、三酸化モリブデン粒子を製造することができる。

次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［三酸化モリブデン粉体の一次粒子の平均粒径の測定方法］
三酸化モリブデン粉体を構成する三酸化モリブデン粒子を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影した。二次元画像上の凝集体を構成する最小単位の粒子（すなわち、一次粒子）について、その長径（観察される最も長い部分のフェレ径）及び短径（その最も長い部分のフェレ径に対して、垂直な向きの短いフェレ径）を計測し、その平均値を一次粒子径とした。同様の操作をランダムに選ばれた５０個の一次粒子に対して行い、その一次粒子の一次粒子径の平均値から、一次粒子の平均粒径を算出した。

［三酸化モリブデンの純度測定：ＸＲＦ分析］
蛍光Ｘ線分析装置ＰｒｉｍｕｓＩＶ（リガク社製）を用い、回収した三酸化モリブデン粒子の試料約７０ｍｇをろ紙にとり、ＰＰフィルムをかぶせて組成分析を行った。ＸＲＦ分析結果により求められるモリブデン量を、三酸化モリブデン粒子１００質量％に対する三酸化モリブデン換算（質量％）により求めた。

［結晶構造解析：ＸＲＤ法］
回収した三酸化モリブデン粒子、又は、その硫化物の試料を０．５ｍｍ深さの測定試料用ホルダーに充填し、それを広角Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置（リガク社製、ＵｌｔｉｍａＩＶ）にセットし、Ｃｕ／Ｋα線、４０ｋＶ／４０ｍＡ、スキャンスピード２°／ｍｉｎ、走査範囲１０°以上７０°以下の条件で測定を行った。

［比表面積測定：ＢＥＴ法］
三酸化モリブデン粒子又は二硫化モリブデン粒子の試料について、比表面積計（マイクロトラックベル社製、ＢＥＬＳＯＲＰ－ｍｉｎｉ）にて測定し、ＢＥＴ法による窒素ガスの吸着量から測定された試料１ｇ当たりの表面積を、比表面積（ｍ^２／ｇ）として算出した。

［ＭｏＳ_２への転化率Ｒ_Ｃ］
ＲＩＲ（参照強度比）法により、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）のＲＩＲ値Ｋ_Ａおよび二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）の（００２）面または（００３）面に帰属される、２θ＝１４．４°±０．５°付近のピークの積分強度Ｉ_Ａ、並びに、各酸化モリブデン（原料であるＭｏＯ_３、および反応中間体であるＭｏ_９Ｏ_２５、Ｍｏ_４Ｏ_１１、ＭｏＯ_２など）のＲＩＲ値Ｋ_Ｂおよび各酸化モリブデン（原料であるＭｏＯ_３、および反応中間体であるＭｏ_９Ｏ_２５、Ｍｏ_４Ｏ_１１、ＭｏＯ_２など）の最強線ピークの積分強度Ｉ_Ｂを用いて、次の式（１）からＭｏＳ_２への転化率Ｒ_Ｃを求めた。
Ｒ_Ｃ（％）＝（Ｉ_Ａ／Ｋ_Ａ）／（Σ（Ｉ_Ｂ／Ｋ_Ｂ））×１００ ・・・（１）
ここで、ＲＩＲ値は、無機結晶構造データベース（ＩＣＳＤ）に記載されている値をそれぞれ用い、解析には、統合粉末Ｘ線解析ソフトウェア（ＰＤＸＬ）（リガク社製）を用いた。

［広域Ｘ線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）測定］
二硫化モリブデン粉末３６．４５ｍｇと窒化ホウ素（キシダ化学社製）３３３．０ｍｇとを乳鉢で混合した。この混合物１２３．１５ｍｇを量り取り、φ８ｍｍの錠剤に圧縮成形し、測定サンプルを得た。この測定サンプルを用いて、あいちシンクロトロン光センターのＢＬ５Ｓ１にて透過法で広域Ｘ線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）を測定した。解析にはＡｔｈｅｎａ（インターネット＜ＵＲＬ： ｈｔｔｐｓ：／／ｂｒｕｃｅｒａｖｅｌ．ｇｉｔｈｕｂ．ｉｏ／ｄｅｍｅｔｅｒ／＞）を用いた。

［二硫化モリブデン粒子のメディアン径Ｄ_５０の測定］
アセトン２０ｃｃに二硫化モリブデン粉末０．１ｇを添加し、氷浴中で４時間超音波処理を施した後、さらにアセトンで、動的光散乱式粒子径分布測定装置（マイクロトラックベル社製、Ｎａｎｏｔｒａｃ ＷａｖｅＩＩ）の測定可能範囲の濃度に適宜調整し、測定サンプルを得た。この測定サンプルを用い、上記動的光散乱式粒子径分布測定装置により、粒径０．０００１～１０μｍの範囲の粒子径分布を測定し、メディアン径Ｄ_５０を算出した。
ただし、メディアン径Ｄ_５０が１０μｍを超えるものについては、同様に溶液を調整し、レーザ回折式粒度分布測定装置（島津製作所製、ＳＡＬＤ－７０００）により、粒径０．０１５～５００μｍの範囲の粒子径分布を測定し、メディアン径Ｄ_５０を算出した。

［二硫化モリブデン粒子の粒子形状観察方法］
二硫化モリブデン粒子を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）（Ｏｘｆоｒｄ Ｃｙｐｈｅｒ－ＥＳ）で測定し、粒子形状を観察した。

（市販の三酸化モリブデン粒子）
実施例１で使用される二硫化モリブデン粒子として、市販の二硫化モリブデン試薬（関東化学社製）のＸ線回折パターンの結果を、２Ｈ結晶構造の二硫化モリブデンの回折パターンと共に、図２に示す。この実施例１の二硫化モリブデン試薬は、２Ｈ結晶構造が９９％以上の二硫化モリブデンであることが分かった。３９．５°付近のピーク、４９．５°付近のピークの半値幅は、それぞれ０．２３°、０．２２°であった。

実施例１で使用される二硫化モリブデン粒子について、比表面積（ＳＡ）、モリブデンのＫ吸収端の広域Ｘ線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）の測定から得られる、Ｍｏ－Ｓに起因するピークの強度ＩとＭｏ－Ｍｏに起因するピーク強度ＩＩとの比（Ｉ／ＩＩ）は、１．２であった。
実施例１で使用される二硫化モリブデン粒子の比表面積をＢＥＴ法により測定したところ、５．６ｍ^２／ｇであった。
また、実施例１で使用される二硫化モリブデン粒子の粒度分布を、動的光散乱式粒子径分布測定装置により計測し、メディアン径Ｄ_５０を求めたところ、１３３４０ｎｍであった。

＜合成例１＞
（三酸化モリブデン粒子の製造）
遷移酸化アルミニウム（和光純薬工業社製、活性アルミナ、平均粒径４５μｍ）１ｋｇと、三酸化モリブデン（太陽鉱工社製）１ｋｇと、を混合し、次いでサヤに仕込み、図１に示す製造装置１のうち焼成炉２で、温度１１００℃で１０時間焼成した。焼成中、焼成炉２の側面および下面から外気（送風速度：５０Ｌ／ｍｉｎ、外気温度：２５℃）を導入した。三酸化モリブデンは、焼成炉２内で蒸発した後、回収機４付近で冷却され、粒子として析出した。焼成炉２としてＲＨＫシミュレーター（ノリタケカンパニーリミテド製）を用い、回収機４としてＶＦ－５Ｎ集塵機（アマノ社製）を用いた。

焼成後、サヤから１．０ｋｇの青色の粉体である酸化アルミニウムと、回収機４で回収した三酸化モリブデン粒子０．８５ｋｇを取り出した。回収した三酸化モリブデン粒子は、一次粒子の平均粒径が８０ｎｍであり、蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）測定にて、三酸化モリブデンの純度は９９．７％であることが確認できた。この三酸化モリブデン粒子の、ＢＥＴ法で測定される比表面積（ＳＡ）は、４４．０ｍ^２／ｇであった。

（二硫化モリブデン粒子の製造）
磁性坩堝中で、三酸化モリブデン１．００ｇと、硫黄粉末（関東化学社製）１．５７ｇとを、粉末が均一になるように攪拌棒にて混合し、窒素雰囲気下、５００℃で４時間の焼成を行い、黒色粉末を得た。ここで、前記三酸化モリブデン粒子のＭｏＯ_３量１００モル％に対して、前記硫黄のＳ量は７０５モル％である。この黒色粉末（合成例１の二硫化モリブデン粒子）のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンの結果を、無機結晶構造データベース（ＩＣＳＤ）に記されている二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）の３Ｒ結晶構造の回折パターン、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）の２Ｈ結晶構造の回折パターン及び二酸化モリブデン（ＭｏＯ_２）の回折パターンと共に、図３に示す。二酸化モリブデン（ＭｏＯ_２）は、反応中間体である。

図３のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンでは、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）に帰属されるピークのみが検出され、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）に帰属されないピークが見られなかった。すなわち、副生成物である二酸化モリブデン（ＭｏＯ_２）などの反応中間体ピークが観察されず、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）に帰属されるピークのみが観察されたことから、合成性１の二硫化モリブデン粒子は、ＭｏＳ_２への転化率が９９％以上であり、硫黄との反応が速やかに進んだことが確認できた。
この合成例１の二硫化モリブデン粒子をＸ線回折（ＸＲＤ）により結晶構造解析したところ、２Ｈ結晶構造及び３Ｒ結晶構造が含まれていることを確認した。３９．５°付近のピーク、４９．５°付近のピークの半値幅は、それぞれ２．３６°、３．７１°であり、市販の三酸化モリブデン粒子よりも広かった。

合成例１の二硫化モリブデン粒子の比表面積をＢＥＴ法により測定したところ、６７．８ｍ^２／ｇであった。

合成例１の二硫化モリブデン粒子の粒度分布を、動的光散乱式粒子径分布測定装置により計測し、メディアン径Ｄ_５０を求めたところ、１７０ｎｍであった。

合成例１の二硫化モリブデン粒子のＡＦＭ像を図４に示す。図４は測定して得られたＡＦＭ像であり二硫化モリブデン粒子の上面を示している。このＡＦＭ像より長さ（縦）×幅（横）を求めたところ、１８０ｎｍ×８０ｎｍであった。図５は図４に示す二硫化モリブデン粒子の断面を示すグラフである。この断面図より厚み（高さ）を求めたところ、１６ｎｍであった。したがって、二硫化モリブデン粒子の一次粒子のアスペクト比（長さ（縦）／厚み（高さ））の値は、１１．２５であった。

図４に示した二硫化モリブデン粒子を含む二硫化モリブデン粒子５０個の平均値は、長さ（縦）×幅（横）×厚み（高さ）＝１９８ｎｍ×１５８ｎｍ×１９ｎｍであった。

また、二硫化モリブデン粒子のＡＦＭ測定結果の代表例を表１に示す。表中、「二硫化モリブデン粒子（１）」は、図４に記載の二硫化モリブデン粒子である。「二硫化モリブデン粒子（２）」は、測定した二硫化モリブデン粒子の中で、最も長さが長い粒子であり、「二硫化モリブデン粒子（３）」は、最も長さが短い粒子である。「二硫化モリブデン粒子（４）は、比較的厚みが厚い粒子であり、「二硫化モリブデン粒子（５）」は、最も厚みが薄い粒子である。「二硫化モリブデン粒子（６）」は、最もアスペクト比が大きい粒子である。「二硫化モリブデン粒子（７）」は、最も厚みが厚い粒子であり、かつ、最もアスペクト比が小さい粒子である。

合成例１の二硫化モリブデン粒子の、広域Ｘ線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）を測定した。モリブデンのＫ吸収端の広域Ｘ線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）プロファイルを図６に示す。このプロファイルから得られる動径分布関数において、Ｍｏ－Ｓに起因するピークの強度ＩとＭｏ－Ｍｏに起因するピーク強度ＩＩとの比（Ｉ／ＩＩ）は、１．２であった。

［放射性物質（ルテニウム）吸着評価］
＜実施例１＞
１０００ｐｐｍルテニウム標準液（ＡＣＲＯＳ ＯＲＧＡＮＩＣＳ社製）をイオン交換水を用いて希釈し、更に水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨ３．５、初期ルテニウム濃度が約１０００ｐｐｂとなるように吸着対象液を調製した。
得られた吸着対象液３０ｇを容積５０ｍＬのポリ試験管に入れ、吸着剤として市販の二硫化モリブデン粉末（関東化学社製、二硫化モリブデン試薬）を３０ｍｇ投入し、転倒回転型撹拌器（トーワラボ社製、ロータ・ミックスＲＫＶＳＤ）で１５ｒｐｍの回転速度で、２４時間撹拌した。
２４時間の撹拌時間経過後、０．２μｍのシリンジフィルターで濾過を行い、試料溶液中に残存するルテニウム濃度を、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＩＣＰ－ＯＥＳ、パーキンエルマー社製、Ｏｐｔｉｍａ８３００）で定量した。また、２４時間後の試料溶液中のルテニウム残存濃度と、二硫化モリブデン粉末の投入量を用い、以下の式から吸着剤１ｇあたりの２４時間でのルテニウム吸着量（ｇ／ｇ）を算出した。
２４時間ルテニウム吸着量＝（初期ルテニウム濃度－２４時間後ルテニウム濃度）×液量／二硫化モリブデン粉末投入量
また、２４時間経過後のルテニウムの吸着率を以下の式から算出した。
吸着率＝（初期ルテニウム濃度－２４時間後ルテニウム濃度）／初期ルテニウム濃度×１００

＜実施例２＞
市販の二硫化モリブデン粉末に代えて合成例１で得られた二硫化モリブデン粉末を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、２４時間後の試料溶液中のルテニウム残存濃度と、吸着剤１ｇあたりの２４時間でのルテニウム吸着量を算出した。

＜比較例１＞
市販の二硫化モリブデン粉末に代えてカーボン（クラレ社製、クラレコール（登録商標））を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、吸着剤１ｇあたりの２４時間でのルテニウム吸着量、及び吸着率を算出した。

＜比較例２＞
市販の二硫化モリブデン粉末に代えてゼオライト（東ソー社製、ゼオラム（登録商標）Ａ－４ 球状１４～２０ｍｅｓｈ）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、吸着剤１ｇあたりの２４時間でのルテニウム吸着量、及び吸着率を算出した。

表２結果から、実施例１では、吸着剤として市販の二硫化モリブデン粉末を３０ｍｇ使用したときの２４時間後の溶液中のルテニウム濃度は８０ｐｐｂ、ルテニウム吸着量は０．６９ｇ／ｇ、ルテニウムの吸着率は８９．６％であり、ルテニウムの吸着率が高く良好な吸着性能を示すことが分かった。

実施例２では、合成例１の二硫化モリブデン粉末を３０ｍｇ使用したときの２４時間後の溶液中のルテニウム濃度が６７ｐｐｂ、ルテニウム吸着量は０．７０ｇ／ｇ、ルテニウムの吸着率は９１．３％であり、実施例１と比較してルテニウムの吸着率が高く、より良好な吸着性能を示すことが分かった。

一方、比較例１では、吸着剤としてカーボンを３０ｍｇ用いたときの２４時間後の溶液中のルテニウム濃度は２７１ｐｐｂ、ルテニウム吸着量は０．５０ｇ／ｇ、ルテニウムの吸着率は６４．７％であり、吸着剤として二硫化モリブデン粉末を用いた実施例３，４と比較して、ルテニウムの吸着率が低く吸着性能に劣った。

また比較例２では、吸着剤としてゼオライトを３０ｍｇ用いたときの２４時間後の溶液中のルテニウム濃度は１６７ｐｐｂ、ルテニウム吸着量は０．６０ｇ／ｇ、ルテニウムの吸着率は７８．２％であり、吸着剤として二硫化モリブデン粉末を用いた実施例３，４と比較して、ルテニウムの吸着率が低く吸着性能に劣った。

本発明の放射性物質吸着剤は、放射性物質の吸着性能が大きいので、原子力設備等からの放射性廃液からの放射性物質の吸着などを行う際に、放射性物質吸着材料として好適に利用することができる。なかでも、ルテニウムの吸着性能が格段に優れることから、高濃度～低濃度でルテニウムを含有する放射性廃液からのルテニウムの吸着材料として特に好適に利用することができる。
また、本発明の放射性物質吸着方法は、放射性物質の吸着を容易に行うことができることから、原子力設備等から生じた汚染水等から放射性物質を吸着する方法として極めて有用である。

１ 製造装置
２ 焼成炉
３ 冷却配管
４ 回収機
５ 排気口
６ 開度調整ダンパー
７ 観察窓
８ 排風装置
９ 外部冷却装置

Claims (6)

1. 金属硫化物を含有し、
   前記金属硫化物が二硫化モリブデン粒子で構成され、
   前記二硫化モリブデン粒子に吸着される放射性物質が、ルテニウムである、放射性物質吸着剤。
2. 動的光散乱法により求められる前記二硫化モリブデン粒子のメディアン径Ｄ_５０が１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である、請求項１に記載の放射性物質吸着剤。
3. 前記二硫化モリブデン粒子の一次粒子の形状が、円盤状、リボン状またはシート状であり、厚さが、３～１００ｎｍの範囲である、請求項１又は２に記載の放射性物質吸着剤。
4. ＢＥＴ法で測定される、前記二硫化モリブデン粒子の比表面積が１０ｍ^２／ｇ以上である、請求項１～３のいずれか１項に記載の放射性物質吸着剤。
5. 前記二硫化モリブデン粒子の、モリブデンのＫ吸収端の広域Ｘ線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）プロファイルから得られる動径分布関数において、Ｍｏ－Ｓに起因するピークの強度ＩとＭｏ－Ｍｏに起因するピーク強度ＩＩとの比（Ｉ／ＩＩ）が、１．０より大きい、請求項１～４のいずれか１項に記載の放射性物質吸着剤。
6. 前記二硫化モリブデン粒子が、二硫化モリブデンの２Ｈ結晶構造及び３Ｒ結晶構造を有し、
   前記二硫化モリブデン粒子の、Ｘ線源としてＣｕ－Ｋα線を用いた粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）から得られるプロファイルにおいて、３９．５°付近のピーク及び４９．５°付近のピークが前記２Ｈ結晶構造に由来し、３２．５°付近のピーク、３９．５°付近のピーク及び４９．５°付近のピークが前記３Ｒ結晶構造に由来し、
   ３９．５°付近のピーク及び４９．５°付近のピークの半値幅が１°以上である、請求項１～５のいずれか１項に記載の放射性物質吸着剤。

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