JP7400716B2 - Inorganic ion exchanger and its manufacturing method, and method for purifying water containing radioactive strontium - Google Patents

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    • G21F9/06Processing
    • G21F9/12Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange

Description

本発明は、無機イオン交換体及びその製造方法に関する。また、本発明は、該無機イオン交換体を用いる、放射性ストロンチウムを含有する水の浄化方法に関する。 The present invention relates to an inorganic ion exchanger and a method for manufacturing the same. The present invention also relates to a method for purifying water containing radioactive strontium using the inorganic ion exchanger.

原子力発電設備の事故等で排出された放射性廃液中の放射性物質の除去や有価元素の回収のために、合成ゼオライト系吸着剤や陽イオン交換樹脂を用いる方法の他、チタン酸アルカリ金属化合物をイオン交換体として用いる方法が提案されている。
イオン交換体として用いるチタン酸アルカリ金属化合物としては、TiO三角両錐体の連鎖構造を有する層状構造チタン酸アルカリ金属化合物と、TiO八面体の連鎖構造を有する層状チタン酸アルカリ金属塩とからなる多孔質チタネート(特許文献1)、ケイ酸源と、ナトリウム及び/又はカリウム化合物と、四塩化チタンと、水とを混合して混合ゲルを得、該混合ゲルを水熱反応させて得られる結晶性シリコチタネート(特許文献2)等が知られている。チタン酸アルカリ金属化合物として、四チタン酸カリウムKTiは、結晶の層間に水を取り込むことにより、カリウムイオンをカルシウムイオンと交換できることが知られている(非特許文献1)。
In order to remove radioactive substances and recover valuable elements from radioactive waste fluid discharged from nuclear power plant accidents, etc., in addition to methods using synthetic zeolite adsorbents and cation exchange resins, alkali metal titanate compounds are used as ions. A method of using it as an exchanger has been proposed.
The alkali metal titanate compounds used as ion exchangers include layered alkali metal titanates having a TiO 5 triangular bipyramidal chain structure and layered alkali metal titanates having a TiO 6 octahedral chain structure. Porous titanate (Patent Document 1), a silicic acid source, a sodium and/or potassium compound, titanium tetrachloride, and water are mixed to obtain a mixed gel, and the mixed gel is subjected to a hydrothermal reaction. Crystalline silicotitanate (Patent Document 2) and the like are known. As an alkali metal titanate compound, potassium tetratitanate K 2 Ti 4 O 9 is known to be able to exchange potassium ions with calcium ions by incorporating water between the crystal layers (Non-Patent Document 1).

特開2015-188798号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-188798 特開2015-188782号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-188782

窯業協会誌85(10)1977、p475-481Ceramics Association Journal 85 (10) 1977, p475-481

しかしながら、従来の合成ゼオライト系吸着剤や陽イオン交換樹脂を用いる方法や、従来のチタン酸アルカリ金属化合物をイオン交換体として用いる方法では、放射性ストロンチウム除去能が十分ではないという課題があった。
本発明が解決しようとする課題は、放射性ストロンチウムが基準値以下になるまで放射性ストロンチウムを除去することができる無機イオン交換体、及び該無機イオン交換体の製造方法、並びに該無機イオン交換体を用いる、放射性ストロンチウムを含有する水の浄化方法を提供することにある。
However, conventional methods using synthetic zeolite-based adsorbents and cation exchange resins, and conventional methods using alkali metal titanate compounds as ion exchangers, have a problem in that the ability to remove radioactive strontium is not sufficient.
The problems to be solved by the present invention are an inorganic ion exchanger capable of removing radioactive strontium until the radioactive strontium becomes below a standard value, a method for producing the inorganic ion exchanger, and a method using the inorganic ion exchanger. An object of the present invention is to provide a method for purifying water containing radioactive strontium.

本発明者は、結晶構造内に、アルカリ金属塩およびアルカリ金属炭酸塩からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する層状チタン酸塩を含む無機イオン交換体が、高いイオン交換能を有し、放射性ストロンチウムを含有する水から高い効率で放射性ストロンチウムを除去できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventor has discovered that an inorganic ion exchanger containing a layered titanate containing at least one selected from the group consisting of alkali metal salts and alkali metal carbonates in its crystal structure has high ion exchange ability, The present inventors have discovered that radioactive strontium can be removed with high efficiency from water containing radioactive strontium, and have completed the present invention.

即ち、本発明は、以下の[1]~[10]に関する。
[1]結晶構造内に、アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する層状チタン酸塩を含む無機イオン交換体。
[2]前記層状チタン酸塩が、xAO・TiO・yHO・zACO(AはLi、K、Na、Rb及びCsから選ばれる少なくとも1種の元素を表し、x、y、zは、それぞれ0.02≦x≦2.0、y≧0.05、z≧0.015の数値を表す)で表されることを特徴とする[1]に記載の無機イオン交換体。
[3]前記層状チタン酸塩が、CuKα線を用いて測定した粉末X線回折パターンにおいて、回折角(2θ)が1°以上8°以下の範囲に極大点のある回折ピークを有することを特徴とする[1]または[2]に記載の無機イオン交換体。
[4]前記層状チタン酸塩が、前記回折ピークの半値幅が2θで3°以上である低結晶性の化合物であることを特徴とする[3]に記載の無機イオン交換体。
[5]pHが12以上のアルカリ性ストロンチウム水溶液に分散させたときに、下記式(1)で表される分配係数Kdが30000ml/g以上であることを特徴とする[1]~[4]のいずれか一項に記載の無機イオン交換体。
That is, the present invention relates to the following [1] to [10].
[1] An inorganic ion exchanger containing a layered titanate containing at least one selected from the group consisting of alkali metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates in its crystal structure.
[2] The layered titanate is composed of xA 2 O・TiO 2・yH 2 O・zA 2 CO 3 (A represents at least one element selected from Li, K, Na, Rb and Cs, x, The inorganic ion exchange method according to [1], wherein y and z represent numerical values of 0.02≦x≦2.0, y≧0.05, and z≧0.015, respectively. body.
[3] The layered titanate has a diffraction peak with a maximum point in the range of a diffraction angle (2θ) of 1° or more and 8° or less in a powder X-ray diffraction pattern measured using CuKα rays. The inorganic ion exchanger according to [1] or [2].
[4] The inorganic ion exchanger according to [3], wherein the layered titanate is a low-crystalline compound in which the half-width of the diffraction peak is 3° or more in 2θ.
[5] The composition of [1] to [4], characterized in that when dispersed in an alkaline strontium aqueous solution having a pH of 12 or more, the distribution coefficient Kd expressed by the following formula (1) is 30,000 ml/g or more. The inorganic ion exchanger according to any one of the items.

Kd=Qeq/Ceq・・・(1)
(式(1)中、Kdは分配係数(ml/g)、Ceqは平衡到達時の水溶液中のストロンチウム濃度(mol/ml)、Qeqは平衡到達時の無機イオン交換体の単位重量当たりのストロンチウム吸着量(mol/g)をそれぞれ表す)
[6][1]~[5]のいずれか一項に記載の無機イオン交換体の製造方法であって、以下の工程(1)及び工程(2)を順次行うことを特徴とする無機イオン交換体の製造方法。
工程(1):チタン化合物の粉末と過剰量の、アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の粉末とを混合する工程
工程(2):前記工程(1)で得られた混合物を700℃以上1500℃以下で加熱する工程
[7]さらに以下の工程(3)及び工程(4)を順次行うことを特徴とする[6]に記載の無機イオン交換体の製造方法。
工程(3):前記工程(2)で得られた無機イオン交換体を水で洗浄する工程
工程(4):前記工程(3)で洗浄後の無機イオン交換体を乾燥する工程
[8]前記チタン化合物が、酸化チタン、メタチタン酸、アルカリ金属チタン酸塩、および金属チタンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする[6]又は[7]に記載の無機イオン交換体の製造方法。
[9]前記工程(1)において、アルカリ金属硫酸塩の粉末をさらに混合することを特徴とする[6]~[8]のいずれか一項に記載の無機イオン交換体の製造方法。
[10][1]~[5]のいずれか一項に記載の無機イオン交換体に、放射性ストロンチウムを含有する水を接触させる工程と、前記接触後の水から前記無機イオン交換体を分離する工程とを順次行うことを特徴とする、放射性ストロンチウムを含有する水の浄化方法。
Kd=Qeq/Ceq...(1)
(In formula (1), Kd is the distribution coefficient (ml/g), Ceq is the strontium concentration in the aqueous solution (mol/ml) when equilibrium is reached, and Qeq is the strontium per unit weight of the inorganic ion exchanger when equilibrium is reached. Each represents the adsorption amount (mol/g)
[6] A method for producing an inorganic ion exchanger according to any one of [1] to [5], characterized in that the following steps (1) and (2) are performed sequentially. Method of manufacturing an exchanger.
Step (1): A step of mixing a titanium compound powder and an excess amount of at least one powder selected from the group consisting of alkali metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates. Step (2): Step (1) above. Step [7] of heating the mixture obtained in 700° C. or higher and lower than 1500° C. The inorganic ion exchanger according to [6], further comprising sequentially performing the following steps (3) and (4). Production method.
Step (3): Washing the inorganic ion exchanger obtained in step (2) with water Step (4): Drying the inorganic ion exchanger after washing in step (3) [8] Said The inorganic ion exchanger according to [6] or [7], wherein the titanium compound is at least one selected from the group consisting of titanium oxide, metatitanic acid, alkali metal titanate, and metal titanium. Production method.
[9] The method for producing an inorganic ion exchanger according to any one of [6] to [8], characterized in that in step (1), alkali metal sulfate powder is further mixed.
[10] A step of bringing water containing radioactive strontium into contact with the inorganic ion exchanger according to any one of [1] to [5], and separating the inorganic ion exchanger from the water after the contact. A method for purifying water containing radioactive strontium, the method comprising sequentially performing the following steps.

本発明の無機イオン交換体は、高いイオン交換能を有し、放射性物質を含有する水から高い効率で放射性物質を除去することができる。このため、放射性廃液から放射性物質を除去する際に、無機イオン交換体としての使用量を削減でき、浄化コストの削減及び放射性廃棄物の量を低減することができる。また、本発明の無機イオン交換体は、井戸水などからの重金属除去、海水などからの有価資源回収、汚染土上からの有害物質除去などにも使用することができる。 The inorganic ion exchanger of the present invention has high ion exchange ability and can remove radioactive substances from water containing radioactive substances with high efficiency. Therefore, when removing radioactive substances from radioactive waste liquid, the amount used as an inorganic ion exchanger can be reduced, and purification costs and the amount of radioactive waste can be reduced. Furthermore, the inorganic ion exchanger of the present invention can be used for removing heavy metals from well water, etc., recovering valuable resources from seawater, etc., removing harmful substances from contaminated soil, etc.

実施例1で得られた層状チタン酸塩の粉末X線回折パターンである。1 is a powder X-ray diffraction pattern of the layered titanate obtained in Example 1. 実施例1で得られた層状チタン酸塩の13C-NMRスペクトルである。1 is a 13 C-NMR spectrum of the layered titanate obtained in Example 1.

<無機イオン交換体>
本発明の無機イオン交換体は、結晶構造内に、アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する層状チタン酸塩を含む。
前記層状チタン酸塩の結晶構造内に含有されるアルカリ金属炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム等が挙げられ、これらは、単独で含有されていてもよいし、2種以上が組み合わされて含有されていてもよい。
また、前記層状チタン酸塩の結晶構造内に含有されるアルカリ金属炭酸水素塩としては、例えば、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸水素セシウム等が挙げられ、これらは、単独で含有されていてもよいし、2種以上が組み合わされて含有されていてもよい。
<Inorganic ion exchanger>
The inorganic ion exchanger of the present invention includes a layered titanate containing at least one selected from the group consisting of alkali metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates in its crystal structure.
Examples of the alkali metal carbonate contained in the crystal structure of the layered titanate include lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, cesium carbonate, etc. or a combination of two or more types may be contained.
Further, examples of the alkali metal hydrogen carbonate contained in the crystal structure of the layered titanate include lithium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, rubidium hydrogen carbonate, cesium hydrogen carbonate, etc. may be contained alone or in combination of two or more.

本発明の無機イオン交換体の形態としては、特に制限はなく、粉末状、顆粒状、粒子状、円柱状、球状、ペレット状、ハニカム成型体、多孔質成型体等を挙げることができ、さらに、アルミナ、ジルコニア、コージェライトなどの支持体の上に担持されたものでもよい。イオン交換体は、一般的には、カラムに充填して放射性廃液などを通液する方法で用いられるため、1mm程度の大きさの顆粒状または粒子状で、水と長時間接触しても脆化しない形態であることが好ましい。
本発明の無機イオン交換体における前記層状チタン酸塩としては、xAO・TiO・yHO・zACO(AはLi、K、Na、Rb及びCsから選ばれる少なくとも1種の元素を表し、x、y、zは、それぞれ0.02≦x≦2.0、y≧0.05、z≧0.015の数値を表す)で表される層状チタン酸塩であることが好ましい。ここで、xは、0.05≦x≦1.0であることが好ましく、0.1≦x≦0.5であることがより好ましい。yは、0.05≦y≦3.0であることが好ましく、0.1≦y≦2.0であることがより好ましい。zは、0.015≦z≦1.5であることが好ましく、0.02≦z≦1.0であることがより好ましい。
The form of the inorganic ion exchanger of the present invention is not particularly limited, and may include powder, granules, particulates, cylinders, spheres, pellets, honeycomb molded bodies, porous molded bodies, etc. , alumina, zirconia, cordierite, or the like. Ion exchangers are generally used by filling a column and passing radioactive waste liquid through it, so they are in the form of granules or particles with a size of about 1 mm, and are not brittle even if they come in contact with water for a long time. Preferably, it is in a form that does not change.
The layered titanate in the inorganic ion exchanger of the present invention is xA 2 O・TiO 2・yH 2 O・zA 2 CO 3 (A is at least one selected from Li, K, Na, Rb and Cs). x, y, and z represent the numerical values of 0.02≦x≦2.0, y≧0.05, and z≧0.015, respectively). preferable. Here, x preferably satisfies 0.05≦x≦1.0, more preferably 0.1≦x≦0.5. It is preferable that y is 0.05≦y≦3.0, and more preferably 0.1≦y≦2.0. It is preferable that z is 0.015≦z≦1.5, and more preferably 0.02≦z≦1.0.

なお、前記zACOは、zAHCOであってもよく、この場合の水素イオンは、yHOから得られる。従って、前記zACOがzAHCOである場合は、前記層状チタン酸塩は、xAO・TiO・(y-z)HO・zAHCO・zAOH(AはLi、K、Na、Rb及びCsから選ばれる少なくとも1種の元素を表し、x、y、zは、それぞれ0.02≦x≦2.0、y≧0.05、z≧0.015の数値を表す)となる。In addition, the said zA2CO3 may be zAHCO3 , and the hydrogen ion in this case is obtained from yH2O . Therefore, when the zA 2 CO 3 is zAHCO 3 , the layered titanate is xA 2 O・TiO 2・(yz)H 2 O・zAHCO 3・zAOH (A is Li, K, Na , represents at least one element selected from Rb and Cs, and x, y, and z represent numerical values of 0.02≦x≦2.0, y≧0.05, and z≧0.015, respectively). Become.

前記層状チタン酸塩は、CuKα線を用いて測定した粉末X線回折パターンにおいて、回折角(2θ)が1°以上8°以下、好ましくは2°以上7°以下の範囲に極大点のある回折ピークを有することが好ましい。前記粉末X線回折パターンにおいて、回折角(2θ)が1°以上8°以下、好ましくは2°以上7°以下の範囲に極大点のある回折ピークを有する層状チタン酸塩は、チタン酸の層間距離が、1.1nm~8.8nm、好ましくは、1.3nm~4.4nmとなる。前記回折ピークの回折角(2θ)は、実際の粉末X線回折で得られた回折ピークパターンをベースライン補正した、回折パターンより算出することができる。このベースライン補正は、算出対象の回折角度範囲に回折ピークを有さない化合物で得られたバックグランド曲線をフィッテングさせることにより行うことができる。 The layered titanate has a powder X-ray diffraction pattern measured using CuKα radiation, with a diffraction angle (2θ) having a maximum point in the range of 1° or more and 8° or less, preferably 2° or more and 7° or less. It is preferable to have a peak. In the powder X-ray diffraction pattern, the layered titanate having a diffraction peak with a maximum point in the range of a diffraction angle (2θ) of 1° or more and 8° or less, preferably 2° or more and 7° or less, The distance is 1.1 nm to 8.8 nm, preferably 1.3 nm to 4.4 nm. The diffraction angle (2θ) of the diffraction peak can be calculated from a diffraction pattern obtained by baseline-correcting a diffraction peak pattern obtained by actual powder X-ray diffraction. This baseline correction can be performed by fitting a background curve obtained with a compound that does not have a diffraction peak in the diffraction angle range to be calculated.

また、前記層状チタン酸塩は、前記回折ピークの半値幅が2θで3°以上である低結晶性であることが好ましい。前記回折ピークの半値幅が広くなる程、結晶性が低くなり、前記回折ピークの半値幅が狭くなる程、結晶性が高くなる。本発明における層状チタン酸塩は、前記回折ピークの半値幅が2θで3°以上である低結晶性の化合物であることが好ましく、3°以上10°以下である低結晶性の化合物がより好ましい。 Further, it is preferable that the layered titanate has low crystallinity such that the half width of the diffraction peak is 3° or more in 2θ. The wider the half width of the diffraction peak, the lower the crystallinity, and the narrower the half width of the diffraction peak, the higher the crystallinity. The layered titanate in the present invention is preferably a low-crystalline compound in which the half-width of the diffraction peak is 3° or more in 2θ, more preferably a low-crystalline compound in which the half-value width of the diffraction peak is 3° or more and 10° or less. .

前記回折ピークの半値幅は、実際の粉末X線回折で得られた回折ピークパターンをベースライン補正した、回折パターンより算出することができる。このベースライン補正は、算出対象の回折角度範囲に回折ピークを有さない化合物で得られたバックグランド曲線をフィッテングさせることにより行うことができる。また、前記回折ピークパターンが、他の回折ピークと重なり合っている場合は、ピーク分離を行った後に半値幅を求めることができる。ピーク分離は、ガウス型の基本波形の重ね合わせにより近似し、重なりあったピークのそれぞれをカーブフィッテングすることにより行うことができる。 The half-width of the diffraction peak can be calculated from a diffraction pattern obtained by baseline-correcting a diffraction peak pattern obtained by actual powder X-ray diffraction. This baseline correction can be performed by fitting a background curve obtained with a compound that does not have a diffraction peak in the diffraction angle range to be calculated. Furthermore, when the diffraction peak pattern overlaps with other diffraction peaks, the half-width can be determined after performing peak separation. Peak separation can be performed by approximating Gaussian fundamental waveforms by superimposing them and performing curve fitting on each of the overlapped peaks.

本発明の無機イオン交換体は、上記の通り、層状チタン酸塩の結晶構造内に、アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種を含んでおり、このアルカリ金属炭酸塩またはアルカリ金属炭酸水素塩の介在により、チタン酸の層間距離が広がった構造を有している。従来の層状チタン酸塩を含む無機イオン交換体は、チタン酸の層間に水分子を含んだ構造を有し、チタン酸の層間距離が広がっているが、本発明の無機イオン交換体は、チタン酸の層間に、アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことにより、従来の水分子をチタン酸の層間に含む無機イオン交換体よりも、さらに多くの水分子を含み得るため、チタン酸の層間距離がさらに広がった構造を形成し得るためと推定される。 As described above, the inorganic ion exchanger of the present invention contains at least one selected from the group consisting of alkali metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates in the crystal structure of the layered titanate, and the alkali metal It has a structure in which the interlayer distance of titanic acid is widened due to the presence of carbonate or alkali metal hydrogen carbonate. Conventional inorganic ion exchangers containing layered titanates have a structure that contains water molecules between the layers of titanic acid, and the distance between the layers of titanic acid is wide; however, the inorganic ion exchanger of the present invention By including at least one member selected from the group consisting of alkali metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates between the acid layers, more water molecules can be contained between the titanic acid layers than in conventional inorganic ion exchangers that contain water molecules between the titanic acid layers. It is presumed that this is because the titanic acid can form a structure in which the interlayer distance is further widened since it may contain water molecules.

また、本発明の無機イオン交換体は、さらに水分子を結晶構造内に取り込むことができる。すなわち、本発明の無機イオン交換体は、層状チタン酸塩の結晶構造内に、アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種と水分子とを含有するものも包含する。水分子と、アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種とを両方含む場合は、水分子のみ、または、アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種のみを含む場合に比べて、本発明の技術的効果が相乗的に発現することが期待できる。 Furthermore, the inorganic ion exchanger of the present invention can further incorporate water molecules into its crystal structure. That is, the inorganic ion exchanger of the present invention also includes those containing at least one selected from the group consisting of alkali metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates and water molecules in the crystal structure of the layered titanate. do. When it contains both water molecules and at least one selected from the group consisting of alkali metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates, only water molecules or from the group consisting of alkali metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates It can be expected that the technical effects of the present invention will be expressed synergistically compared to the case where only at least one selected species is included.

<無機イオン交換体の分配係数>
本発明の無機イオン交換体を、ストロンチウムを含む水溶液に分散させると、無機イオン交換体中のアルカリ金属が、水溶液中のストロンチウムと交換反応し、ストロンチウムが無機イオン交換体に取り込まれ、ストロンチウムが取り込まれた無機イオン交換体が生成し得る。この反応は下記式に示す平衡反応であり、平衡がストロンチウムの取り込みの側(右側)へ傾く程、ストロンチウムの取り込み量が高くなり得る。
<Partition coefficient of inorganic ion exchanger>
When the inorganic ion exchanger of the present invention is dispersed in an aqueous solution containing strontium, the alkali metal in the inorganic ion exchanger undergoes an exchange reaction with strontium in the aqueous solution, and strontium is incorporated into the inorganic ion exchanger. Inorganic ion exchangers can be produced. This reaction is an equilibrium reaction represented by the following formula, and the more the equilibrium tilts toward the side of strontium uptake (to the right), the higher the amount of strontium uptake can become.

Figure 0007400716000001
(式中、Aはアルカリ金属、IEXは無機イオン交換体をそれぞれ表す)
Figure 0007400716000001
(In the formula, A represents an alkali metal and IEX represents an inorganic ion exchanger.)

無機イオン交換体のストロンチウム取り込み能は、該無機イオン交換体をpHが12以上のアルカリ性ストロンチウム水溶液に分散させたときの、下記式(1)で表される分配係数Kdで表すことができる。
Kd=Qeq/Ceq・・・(1)
(式(1)中、Kdは分配係数(ml/g)、Ceqは上記平衡反応における平衡到達時の溶液中のストロンチウム濃度(mol/ml)、Qeqは上記平衡反応における平衡到達時の無機イオン交換体の単位重量当たりのストロンチウム吸着量(mol/g)をそれぞれ表す)
上記平衡反応において、平衡到達時は、本発明の無機イオン交換体を、ストロンチウムを含む水溶液に分散させた後、水溶液中のストロンチウム濃度を測定して、濃度の変化がなくなる時間を求めることにより確認することができるが、通常は、3~5時間である。
The strontium uptake ability of an inorganic ion exchanger can be expressed by the distribution coefficient Kd expressed by the following formula (1) when the inorganic ion exchanger is dispersed in an alkaline strontium aqueous solution having a pH of 12 or more.
Kd=Qeq/Ceq...(1)
(In formula (1), Kd is the distribution coefficient (ml/g), Ceq is the strontium concentration in the solution (mol/ml) when equilibrium is reached in the above equilibrium reaction, and Qeq is the inorganic ion when equilibrium is reached in the above equilibrium reaction. Each represents the amount of strontium adsorbed per unit weight of the exchanger (mol/g)
In the above equilibrium reaction, when equilibrium is reached, it is confirmed by dispersing the inorganic ion exchanger of the present invention in an aqueous solution containing strontium, measuring the strontium concentration in the aqueous solution, and determining the time when the concentration stops changing. However, it is usually 3 to 5 hours.

本発明の無機イオン交換体の分配係数Kdは、30000ml/g以上であることが好ましく、100000ml/g以上であることがより好ましく、500000ml/g以上であることが更に好ましい。
上記の平衡反応において、分配係数Kdが高い程、平衡はストロンチウムの取り込みの側(右側)へ傾き、ストロンチウムの取り込み能が高くなる。上記の通り、本発明の無機イオン交換体の分配係数Kdは高いため、高いストロンチウム取り込み能を有している。
なお、本明細書においては、イオン交換体が、イオン交換によりストロンチウムを取り込む現象を、ストロンチウム吸着と呼ぶ。
The distribution coefficient Kd of the inorganic ion exchanger of the present invention is preferably 30,000 ml/g or more, more preferably 100,000 ml/g or more, and even more preferably 500,000 ml/g or more.
In the above equilibrium reaction, the higher the partition coefficient Kd, the more the equilibrium tilts toward the strontium uptake side (to the right), and the higher the strontium uptake ability becomes. As mentioned above, since the inorganic ion exchanger of the present invention has a high partition coefficient Kd, it has a high strontium uptake ability.
Note that in this specification, the phenomenon in which an ion exchanger takes in strontium through ion exchange is referred to as strontium adsorption.

<無機イオン交換体の製造方法>
本発明の無機イオン交換体は、以下の工程(1)及び工程(2)を順次行うことにより製造することができる。
工程(1):チタン化合物の粉末と過剰量の、アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の粉末とを混合する工程
工程(2):前記工程(1)で得られた混合物を700℃以上1500℃以下で加熱する工程
<Method for manufacturing inorganic ion exchanger>
The inorganic ion exchanger of the present invention can be manufactured by sequentially performing the following steps (1) and (2).
Step (1): A step of mixing a titanium compound powder and an excess amount of at least one kind of powder selected from the group consisting of alkali metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates. Step (2): Step (1) above. A step of heating the mixture obtained in 700°C or more and 1500°C or less

工程(1)は、チタン化合物の粉末と過剰量の、アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種(以下、アルカリ金属炭酸塩等ともいう)の粉末とを混合する工程である。チタン化合物の粉末と混合するアルカリ金属炭酸塩等の粉末量は、チタン化合物の粉末量よりも過剰であれば、特に制限はないが、チタン化合物をチタン元素換算100mol%に対して、120mol%以上であることが好ましく、150mol%以上であることがより好ましく、200mol%以上であることがさらに好ましい。 Step (1) is to mix a titanium compound powder and an excess amount of at least one powder selected from the group consisting of alkali metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates (hereinafter also referred to as alkali metal carbonates, etc.). This is the process of The amount of powder such as alkali metal carbonate to be mixed with the powder of the titanium compound is not particularly limited as long as it is in excess of the amount of the powder of the titanium compound, but the amount of the titanium compound should be 120 mol% or more relative to 100 mol% in terms of titanium element. It is preferably 150 mol% or more, more preferably 200 mol% or more.

本発明の無機イオン交換体の製造方法に用いられる、アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩としては、前述のアルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩が挙げられる。本発明の無機イオン交換体の製造方法に用いられる前記チタン化合物としては、酸化チタン、メタチタン酸、アルカリ金属チタン酸塩、金属チタン等が挙げられ、これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。アルカリ金属チタン酸塩としては、チタン酸リチウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸カリウム、チタン酸ルビジウム、チタン酸セシウム等が挙げられる。 Examples of the alkali metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates used in the method for producing an inorganic ion exchanger of the present invention include the aforementioned alkali metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates. Examples of the titanium compound used in the method for producing an inorganic ion exchanger of the present invention include titanium oxide, metatitanic acid, alkali metal titanate, metal titanium, etc., and these may be used alone or in combination. You may use combinations of more than one species. Examples of the alkali metal titanate include lithium titanate, sodium titanate, potassium titanate, rubidium titanate, and cesium titanate.

前記工程(1)において、工程(2)における加熱温度よりも融点の高いアルカリ金属硫酸塩の粉末をさらに混合することにより、工程(2)において、高温で溶融したアルカリ金属炭酸塩中で反応前のチタン化合物が沈殿して反応ムラが生じることが抑制される。更に、工程(2)において反応後の化合物および過剰のアルカリ金属炭酸塩の融液がアルカリ金属硫酸塩粉末に浸み込んだ状態で冷却されることにより、それらが固化するとともに収縮する際に製造容器との界面に隙間ができ、前記工程(2)において得られる生成物を製造容器から取り出しやすくすることができる。アルカリ金属硫酸塩としては、特に制限はなく、例えば、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム等が挙げられる。 In step (1), by further mixing an alkali metal sulfate powder with a melting point higher than the heating temperature in step (2), in step (2), the reaction temperature in the alkali metal carbonate molten at high temperature is Precipitation of the titanium compound and occurrence of reaction unevenness is suppressed. Furthermore, in step (2), the compound after the reaction and the excess alkali metal carbonate melt soak into the alkali metal sulfate powder and are cooled, so that when they solidify and shrink, the production A gap is formed at the interface with the container, and the product obtained in step (2) can be easily taken out from the production container. The alkali metal sulfate is not particularly limited and includes, for example, potassium sulfate, sodium sulfate, and the like.

工程(2)は、前記工程(1)で得られた混合物を700℃以上1500℃以下で加熱する工程である。加熱時間は、30分間~100時間が好ましい。チタン化合物の粉末と過剰量のアルカリ金属炭酸塩等の粉末との混合物を700℃以上1500℃以下で加熱することにより、チタン化合物がアルカリ金属炭酸塩と反応して層状チタン酸塩が生成すると共に、層状チタン酸塩の結晶構造内にアルカリ金属炭酸塩を含有させることができる。なお、工程(2)において、アルカリ金属炭酸水素塩は、高温で分解してアルカリ金属炭酸塩となる。 Step (2) is a step of heating the mixture obtained in step (1) above at 700° C. or higher and 1500° C. or lower. The heating time is preferably 30 minutes to 100 hours. By heating a mixture of a titanium compound powder and an excess amount of powder such as an alkali metal carbonate at a temperature of 700°C or more and 1500°C or less, the titanium compound reacts with the alkali metal carbonate to form a layered titanate. , an alkali metal carbonate can be included within the crystal structure of the layered titanate. In addition, in step (2), the alkali metal hydrogen carbonate is decomposed at high temperature to become an alkali metal carbonate.

この反応は、炭酸ガスが脱離する反応であるため、系内の炭酸ガス濃度が高くなると反応が阻害され、目的とは別の生成物が生じるなどの不具合が生じる。そのため、加熱に使用する容器や装置は、炭酸ガスを効率的に排気できる構造や仕組みとなっていることが好ましい。例えば、容器は、通気のための切り欠きのあるものが好ましく、加熱装置としては排気を吸引して外気を少しずつ取り込む仕組みのあるものが好ましい。 Since this reaction is a reaction in which carbon dioxide gas is eliminated, when the concentration of carbon dioxide gas in the system increases, the reaction is inhibited, causing problems such as the production of products other than the intended ones. Therefore, it is preferable that the container or device used for heating has a structure or mechanism that can efficiently exhaust carbon dioxide gas. For example, the container preferably has a notch for ventilation, and the heating device preferably has a mechanism for sucking in exhaust gas and gradually introducing outside air.

前記工程(1)及び工程(2)を順次行うことによって、結晶構造内に、アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩から選ばれる少なくとも1種を含有する層状チタン酸塩を含む無機イオン交換体を得ることができる。
ここで、アルカリ金属炭酸水素塩は、工程(2)で結晶構造内に含有されたアルカリ金属炭酸塩の一部が、空気中などから供給される水分子および二酸化炭素と反応して生成したものである。
このようにして得られる無機イオン交換体は、結晶構造内に水分子を含有していない層状チタン酸塩を含む無機イオン交換体である。本発明の無機イオン交換体は、さらに以下の工程(3)及び工程(4)を順次行うことにより、結晶構造内にさらに水分子を含有する層状チタン酸塩を含む無機イオン交換体を製造することができる。
工程(3):前記工程(2)で得られた無機イオン交換体を水で洗浄する工程
工程(4):前記工程(3)で洗浄後の無機イオン交換体を乾燥する工程
By sequentially performing the steps (1) and (2), an inorganic ion exchanger containing a layered titanate containing at least one selected from alkali metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates in its crystal structure can be obtained. can be obtained.
Here, the alkali metal hydrogen carbonate is produced by a part of the alkali metal carbonate contained in the crystal structure in step (2) reacting with water molecules and carbon dioxide supplied from the air etc. It is.
The inorganic ion exchanger thus obtained is an inorganic ion exchanger containing a layered titanate that does not contain water molecules within its crystal structure. The inorganic ion exchanger of the present invention is produced by sequentially performing the following steps (3) and (4) to produce an inorganic ion exchanger containing a layered titanate that further contains water molecules in its crystal structure. be able to.
Step (3): A step of washing the inorganic ion exchanger obtained in the above step (2) with water. Step (4): A step of drying the inorganic ion exchanger after washing in the above step (3).

前記工程(3)は、前記工程(2)で得られた無機イオン交換体を水で洗浄し、無機イオン交換体の結晶構造の外にある余分なアルカリ金属炭酸塩を除去する工程である。前記工程(2)で得られた無機イオン交換体を水で洗浄することにより、無機イオン交換体の結晶構造の外にある余分なアルカリ金属炭酸塩を除去すると同時に、層状チタン酸塩の結晶構造内に水分子が取り込まれ、チタン酸の層間距離がさらに広がった構造となる。 The step (3) is a step of washing the inorganic ion exchanger obtained in the step (2) with water to remove excess alkali metal carbonate outside the crystal structure of the inorganic ion exchanger. By washing the inorganic ion exchanger obtained in step (2) with water, excess alkali metal carbonate outside the crystal structure of the inorganic ion exchanger is removed, and at the same time, the crystal structure of the layered titanate is changed. Water molecules are taken into the titanic acid, resulting in a structure in which the interlayer distance of titanic acid is further expanded.

洗浄の効率を上げるために、前記工程(2)で得られた生成物は、工程(3)の前に解砕しておくことが好ましい。解砕装置としては、ジョークラッシャー、ロールクラッシャー、ハンマーミルなどを用いることができる。
前記工程(3)において、イオン交換体の結晶構造内に存在するアルカリ金属炭酸塩等が除去されないように、水での洗浄は穏やかにすることが好ましい。即ち、適量の水で洗浄したり、高温でない水で洗浄したりすることで、結晶構造内での水分子をより多く保持することができる。例えば、水での洗浄は、工程(2)の生成物の重量に対して3~10倍の重量の常温の水でスラリー化し、次いで脱水し、更に得られた脱水ケーキの重量に対して3~10倍の重量の常温の水を通水する方法、或いは、前記スラリー化と脱水を2~3回繰り返す方法が好ましい。
In order to increase the efficiency of washing, the product obtained in step (2) is preferably crushed before step (3). As the crushing device, a jaw crusher, roll crusher, hammer mill, etc. can be used.
In step (3), it is preferable to wash gently with water so as not to remove alkali metal carbonates and the like present in the crystal structure of the ion exchanger. That is, by washing with an appropriate amount of water or washing with water at a low temperature, more water molecules can be retained within the crystal structure. For example, washing with water involves slurrying the product in step (2) with 3 to 10 times the weight of room temperature water, followed by dehydration, and then 3 to 10 times the weight of the product in step (2). A method of passing 10 times the weight of water at room temperature, or a method of repeating the slurry formation and dehydration 2 to 3 times is preferred.

前記工程(4)は、前記工程(3)で洗浄後の無機イオン交換体を乾燥する工程である。水分子のみを完全に除去して、アルカリ金属炭酸塩等のみを結晶構造内に残すようにしてもよいが、アルカリ金属炭酸塩等だけでなく、水分子も結晶構造内に残すようにした方が、アルカリ金属炭酸塩等のみを結晶構造内に残すよりは、チタン酸の層間をより広くすることができ、本発明の技術的効果の発現を最大化することができる。したがって、前記工程(3)で層状チタン酸塩の結晶構造内に取り込まれた水分子を、前記工程(4)により前記無機イオン交換体を乾燥させてもなお結晶構造内に残存させるために、乾燥条件は、穏やかにすることが好ましい。乾燥条件としては、100℃以下での温風乾燥が好ましく、50℃以下での温風乾燥がより好ましい。
前記工程(3)および前記工程(4)においては、結晶構造内に取り込まれた水分子の一部と、結晶構造内に存在するアルカリ金属炭酸塩の一部と、水中または空気中から供給される二酸化炭素とが反応し、アルカリ金属炭酸水素塩が更に生成することがある。
The step (4) is a step of drying the inorganic ion exchanger washed in the step (3). Although it is possible to completely remove only the water molecules and leave only the alkali metal carbonates, etc. in the crystal structure, it is better to leave not only the alkali metal carbonates, etc., but also the water molecules in the crystal structure. However, rather than leaving only the alkali metal carbonate or the like in the crystal structure, the gap between the titanic acid layers can be made wider, and the technical effects of the present invention can be maximized. Therefore, in order to cause the water molecules incorporated into the crystal structure of the layered titanate in step (3) to remain in the crystal structure even after drying the inorganic ion exchanger in step (4), It is preferable that the drying conditions be mild. As the drying conditions, hot air drying at 100°C or lower is preferred, and hot air drying at 50°C or lower is more preferred.
In the step (3) and the step (4), a part of the water molecules incorporated into the crystal structure, a part of the alkali metal carbonate present in the crystal structure, and a part of the alkali metal carbonate supplied from water or air are combined. may react with carbon dioxide to further form alkali metal bicarbonate.

工程(4)で得られた無機イオン交換体の乾燥物は、必要に応じ解砕または粉砕して粉末状とすることができる。また、得られた無機イオン交換体の粉末を、造粒助剤を用いて造粒処理を行い、造粒体としてもよい。造粒処理方法としては、特に制限はなく、転動造粒法、流動層造粒法、混合撹拌造粒法、押出造粒法、融解造粒法、噴霧造粒法、圧縮造粒法、粉砕造粒法等が挙げられる。造粒助剤としては、例えば、ベントナイト、アタパルジャイト、セピオライト、アロフェン、ハロイサイト、イモゴライト、カオリナイト等の粘土鉱物;ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カルシウム、メタケイ酸マグネシウム、メタケイ酸アルミン酸ナトリウム、メタケイ酸アルミン酸カルシウム、メタケイ酸アルミン酸マグネシウムなどのケイ酸塩化合物;ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ショ糖脂肪酸エステル、ブタジエン-スチレンラテックス、フッ素樹脂などの有機高分子等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。 The dried inorganic ion exchanger obtained in step (4) can be crushed or pulverized to a powder form, if necessary. Alternatively, the obtained inorganic ion exchanger powder may be granulated using a granulation aid to form a granule. There are no particular restrictions on the granulation treatment method, and examples include rolling granulation, fluidized bed granulation, mixed agitation granulation, extrusion granulation, melt granulation, spray granulation, compression granulation, Examples include pulverization and granulation methods. Examples of granulation aids include clay minerals such as bentonite, attapulgite, sepiolite, allophane, halloysite, imogolite, and kaolinite; sodium silicate, calcium silicate, magnesium silicate, sodium metasilicate, calcium metasilicate, and metasilicate. Silicate compounds such as magnesium, sodium aluminate metasilicate, calcium aluminate metasilicate, and magnesium aluminate metasilicate; organic polymers such as polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, sucrose fatty acid ester, butadiene-styrene latex, fluororesin, etc. can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

<放射性ストロンチウムを含有する水の浄化方法>
本発明の無機イオン交換体を用いて、放射性物質を含有する水、具体的には放射性ストロンチウムを含有する水を浄化し、水中に含まれる放射性ストロンチウムを除去することができる。前記放射性ストロンチウムを含む水の浄化方法は、本発明の無機イオン交換体に放射性ストロンチウムを含有する水を接触させる工程と、前記接触後に得られた水から前記無機イオン交換体を分離する工程とを順次行うことにより実施することができる。
<Method for purifying water containing radioactive strontium>
Using the inorganic ion exchanger of the present invention, water containing radioactive substances, specifically water containing radioactive strontium, can be purified to remove radioactive strontium contained in the water. The method for purifying water containing radioactive strontium includes the steps of bringing water containing radioactive strontium into contact with the inorganic ion exchanger of the present invention, and separating the inorganic ion exchanger from the water obtained after the contact. It can be implemented by performing the steps sequentially.

本発明の放射性ストロンチウムを含有する水の浄化方法において、本発明の無機イオン交換体に放射性ストロンチウムを含有する水を接触させる方法は、特に制限はなく、例えば、前記無機イオン交換体をカラム等の容器に充填して、放射性ストロンチウムを含む水を通塔させる方法や、放射性ストロンチウムを含有する水に、本発明の無機イオン交換体を分散させる方法等が挙げられる。 In the method for purifying water containing radioactive strontium of the present invention, there is no particular restriction on the method of bringing the water containing radioactive strontium into contact with the inorganic ion exchanger of the present invention. Examples include a method of filling a container and passing water containing radioactive strontium through a tower, and a method of dispersing the inorganic ion exchanger of the present invention in water containing radioactive strontium.

前記放射性ストロンチウムを含有する水の浄化方法において、本発明の無機イオン交換体に放射性ストロンチウムを含有する水を接触後に得られた水から前記無機イオン交換体を分離する方法は、本発明の無機イオン交換体に放射性ストロンチウムを含有する水を接触後に得られた水から前記無機イオン交換体を分離できれば特に制限はなく、例えば、前記無機イオン交換体をカラム等の容器に充填して、放射性ストロンチウムを含有する水を通塔させる場合は、そのまま通過した水を分取すればよく、放射性ストロンチウムを含有する水に、本発明の無機イオン交換体を分散させる場合は、分散された無機イオン交換体を、上部または下部にストレーナー構造を有する容器を用いて無機イオン交換体を前記接触後の水から分離すること等により行うことができる。 In the method for purifying water containing radioactive strontium, the method for separating the inorganic ion exchanger from the water obtained after contacting the inorganic ion exchanger of the present invention with the water containing radioactive strontium is carried out using the inorganic ion exchanger of the present invention. There is no particular restriction as long as the inorganic ion exchanger can be separated from the water obtained after contacting the exchanger with water containing radioactive strontium. When water containing water is passed through the column, it is sufficient to separate the water that has passed through the column as it is, and when the inorganic ion exchanger of the present invention is dispersed in water containing radioactive strontium, the dispersed inorganic ion exchanger is This can be carried out by separating the inorganic ion exchanger from the water after the contact using a container having a strainer structure at the upper or lower part.

以下に実施例を比較例と共に挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はそれら実施例によって何ら限定されるものではない。以下の実施例と比較例において、得られたチタン酸塩の組成および物性の測定は下記によった。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below using Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples in any way. In the following Examples and Comparative Examples, the composition and physical properties of the obtained titanate were measured as follows.

<金属元素組成分析>
フッ酸と硝酸と過塩素酸との混酸を用い、テフロン(登録商標)製耐圧密閉容器内で140℃に加熱して試料を分解し、硝酸溶液としてから、ICP-MSにて金属元素の含有量を分析した。
<Metal element composition analysis>
Using a mixed acid of hydrofluoric acid, nitric acid, and perchloric acid, the sample is decomposed by heating to 140°C in a pressure-tight airtight container made of Teflon (registered trademark) to form a nitric acid solution, and the metal element content is determined using ICP-MS. The amount was analyzed.

<C、H含有量測定>
JIS M 8819の方法に従い、固体中炭素水素分析計を用いて、燃焼温度920℃の条件にて、CおよびHの含有量を分析した。
<C, H content measurement>
According to the method of JIS M 8819, the content of C and H was analyzed using a solid carbon hydrogen analyzer at a combustion temperature of 920°C.

<粉末X線回折>
(株)リガク製の粉末X線回折装置RINT2200 ULTIMA IVを用い、線源
として、Cu管球[波長1.541841Å(Kα)]を用いて、角度(2θ)1°から20°までの回折パターンを得た。そして、この角度範囲に回折ピークを有さないアナターゼ型二酸化チタン粉末の測定で得られたバックグラウンド曲線をフィッテングさせて補正した上で、最低角度(2θ)の回折ピークの位置および半値幅を求めた。
<Powder X-ray diffraction>
Using a powder X-ray diffractometer RINT2200 ULTIMA IV manufactured by Rigaku Co., Ltd. and a Cu tube [wavelength 1.541841 Å (Kα)] as a radiation source, diffraction patterns were obtained at angles (2θ) from 1° to 20°. I got it. Then, after fitting and correcting the background curve obtained from the measurement of anatase-type titanium dioxide powder that does not have a diffraction peak in this angle range, the position and half-value width of the diffraction peak at the lowest angle (2θ) are determined. Ta.

<TG-MS分析>
(株)リガク製の粉示差熱天秤-光イオン化質量分析同時測定システム Thermo Mass Photoを用い、室温から毎分10℃で200℃まで昇温したときの発生ガスを分析した。そして、(株)リガク発行のThermo Mass Photo測定データ集に記載の無機ガスの簡易定量法を用いて、発生ガス量を求めた。
<TG-MS analysis>
Using a powder differential thermal balance-photoionization mass spectrometry simultaneous measurement system Thermo Mass Photo manufactured by Rigaku Co., Ltd., the gas generated when the temperature was raised from room temperature to 200°C at 10°C per minute was analyzed. Then, the amount of gas generated was determined using the simple quantitative method for inorganic gas described in the Thermo Mass Photo measurement data collection published by Rigaku Co., Ltd.

13C-NMR>
JEOL RESONANCE製のJNM-ECA600を用い、共鳴周波数150MHzとし、回転数10kHzのMAS(シングルパルス)にて固体高分解能13C-NMR測定を行った。炭酸塩ピークの同定は、試薬炭酸塩の測定により得られた共鳴ピーク位置との比較により行った。
<13C-NMR>
Solid-state high-resolution 13 C-NMR measurement was performed using JNM-ECA600 manufactured by JEOL RESONANCE with a resonance frequency of 150 MHz and MAS (single pulse) at a rotation speed of 10 kHz. The carbonate peak was identified by comparison with the resonance peak position obtained by measuring the reagent carbonate.

<ストロンチウム吸着試験>
脱イオン水1Lに、塩化ストロンチウム(SrCl)0.0905gを溶解させ、次いで48%水酸化ナトリウム水溶液6.25gを加えてよく混ぜ、試験溶液とした。この試験溶液50mlに、試料0.05gを入れ、ラボシェーカーで10時間振とうさせた。
振とう後、試験溶液をメンブレンフィルターにより濾過し、濾液中の残留ストロンチウム量をICP-OES(パーキンエルマー製Optima 8300)を用いて定量し、分配係数Kd(ml/g)を下記式により求めた。
<Strontium adsorption test>
0.0905 g of strontium chloride (SrCl 2 ) was dissolved in 1 L of deionized water, and then 6.25 g of a 48% aqueous sodium hydroxide solution was added and mixed well to obtain a test solution. 0.05 g of the sample was added to 50 ml of this test solution, and the mixture was shaken using a lab shaker for 10 hours.
After shaking, the test solution was filtered with a membrane filter, and the amount of residual strontium in the filtrate was determined using ICP-OES (PerkinElmer Optima 8300), and the distribution coefficient Kd (ml/g) was determined using the following formula. .

Figure 0007400716000002
Figure 0007400716000002

(実施例1)
無水炭酸カリウム粉末27.6g(Kとして400mmol)と、硫酸カリウム粉末35gと、アナターゼ型二酸化チタン粉末8.0g(Tiとして100mmol)とを乳鉢でよく混合し、アルミナルツボに入れて950℃で20時間加熱した。生成物を乳鉢で粗解砕し、500gの脱イオン水に懸濁させ、1時間撹拌した。次いで、減圧ろ過し、脱水ケーキとなったところで、減圧ろ過を続けながら、100gの脱イオン水でリンス洗浄した。脱水したウエットケーキに、20mlのメタノールを通液して水と置換し、次いで、常温で風乾し、白色の粉末を得た。得られた白色粉末について、前記金属元素組成分析とC、H含有量測定結果を行ったところ、組成は次の式で表せることが分かった。
0.24KO・TiO・1.0HO・0.086KCO
(Example 1)
27.6 g of anhydrous potassium carbonate powder (400 mmol as K), 35 g of potassium sulfate powder, and 8.0 g of anatase-type titanium dioxide powder (100 mmol as Ti) were thoroughly mixed in a mortar, placed in an alumina crucible, and heated at 950°C for 20 minutes. heated for an hour. The product was crushed in a mortar, suspended in 500 g of deionized water, and stirred for 1 hour. Next, it was filtered under reduced pressure, and when it became a dehydrated cake, it was rinsed with 100 g of deionized water while continuing to filter under reduced pressure. 20 ml of methanol was passed through the dehydrated wet cake to replace water, and then air-dried at room temperature to obtain a white powder. When the obtained white powder was subjected to the above-mentioned metal element composition analysis and C and H content measurement results, it was found that the composition can be expressed by the following formula.
0.24K2OTiO2 1.0H2O0.086K2CO3

次に、得られた白色粉末について、前記粉末X線回折測定を行ったところ、図1に示す回折パターンが得られた。回折角8°以下に極大点を有するブロードなピークが観察され、層状物質の層間が不規則に広がった構造であることが示唆された。最低角回折線のピーク位置は6.8°で、その半値幅は2θで5.2°であった。
さらに、得られた白色粉末について、前記TG-MS分析を行ったところ、13%の重量減少があり、発生ガスはHOと同定された。
また、得られた白色粉末について、13C-NMRを分析したところ、図2に示すチャートが得られ、化学シフトが170ppmの位置に炭酸カリウムに帰属される鋭いピークが得られた。
さらに、前記ストロンチウム吸着試験を行ったところ、分配係数Kdは100万ml/gであった。
以上の分析結果を表1に示す。表1に示した結果より、上記で得られた白色粉末は、結晶構造内に炭酸カリウムおよび炭酸水素カリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種と水とを含有する、低結晶性の層状チタン酸カリウムであると推定され、優れたストロンチウム吸着能を有していた。
Next, the obtained white powder was subjected to powder X-ray diffraction measurement, and the diffraction pattern shown in FIG. 1 was obtained. A broad peak with a maximum point at a diffraction angle of 8° or less was observed, suggesting a structure in which the interlayers of the layered material were spread irregularly. The peak position of the lowest angle diffraction line was 6.8°, and its half width was 5.2° at 2θ.
Further, when the obtained white powder was subjected to the above-mentioned TG-MS analysis, there was a weight decrease of 13%, and the generated gas was identified as H 2 O.
Further, when the obtained white powder was analyzed by 13 C-NMR, the chart shown in FIG. 2 was obtained, and a sharp peak attributed to potassium carbonate was obtained at a chemical shift of 170 ppm.
Furthermore, when the strontium adsorption test was conducted, the distribution coefficient Kd was 1 million ml/g.
The above analysis results are shown in Table 1. From the results shown in Table 1, the white powder obtained above is a low-crystalline layered titanic acid containing water and at least one member selected from the group consisting of potassium carbonate and potassium hydrogen carbonate in its crystal structure. It was presumed to be potassium and had excellent strontium adsorption ability.

(実施例2)
無水炭酸カリウム粉末10.4g(Kとして150mmol)と、硫酸カリウム粉末13gと、メタチタン酸粉末9.8g(Tiとして100mmol)とを乳鉢でよく混合し、アルミナルツボに入れて900℃で20時間加熱した。生成物を乳鉢で粗解砕し、350gの脱イオン水に懸濁させ、1時間撹拌した。次いで、減圧ろ過し、脱水ケーキとなったところで、減圧ろ過を続けながら、100gの脱イオン水でリンス洗浄した。洗浄したケーキを、50℃で温風乾燥し、白色粉末を得た。得られた白色粉末について、金属元素組成分析、C、H含有量測定、粉末X線回折、TG-MS分析、13C-NMR及びストロンチウム吸着試験を行った。その結果を表1に示す。表1に示した結果より、得られた白色粉末は、結晶構造内に炭酸カリウムおよび炭酸水素カリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種と水とを含有する、低結晶性の層状チタン酸カリウムであると推定され、優れたストロンチウム吸着能を有していた。
(Example 2)
10.4 g of anhydrous potassium carbonate powder (150 mmol as K), 13 g of potassium sulfate powder, and 9.8 g of metatitanic acid powder (100 mmol as Ti) were mixed well in a mortar, placed in an alumina crucible, and heated at 900°C for 20 hours. did. The product was crushed in a mortar, suspended in 350 g of deionized water, and stirred for 1 hour. Next, it was filtered under reduced pressure, and when it became a dehydrated cake, it was rinsed with 100 g of deionized water while continuing to filter under reduced pressure. The washed cake was dried with hot air at 50°C to obtain a white powder. The obtained white powder was subjected to metal element composition analysis, C and H content measurement, powder X-ray diffraction, TG-MS analysis, 13 C-NMR, and strontium adsorption test. The results are shown in Table 1. From the results shown in Table 1, the obtained white powder is a low-crystalline layered potassium titanate containing at least one member selected from the group consisting of potassium carbonate and potassium hydrogen carbonate and water in its crystal structure. It was estimated that the strontium adsorbent had excellent strontium adsorption ability.

(実施例3)
無水炭酸ナトリウム粉末21.2gを水200mlに溶解し、常温で撹拌しながら、10重量%硫酸チタン水溶液240g(Tiとして100mmol)を30分間かけて滴下した。生成した水酸化チタンを遠心分離で回収し、100℃で蒸発乾固させた後、乳鉢ですり潰して水酸化チタン粉末11.3gを得た。この水酸化チタン粉末全量と、無水炭酸ナトリウム粉末15.9g(Naとして300mmol)と、硫酸カリウム粉末25gとを乳鉢でよく混合し、アルミナルツボに入れて900℃で20時間加熱した。生成物を乳鉢で粗解砕し、500gの脱イオン水に懸濁させ、1時間撹拌した。次いで、減圧ろ過し、脱水ケーキとなったところで、減圧ろ過を続けながら、100gの脱イオン水でリンス洗浄した。洗浄したケーキを、50℃で温風乾燥し、白色粉末を得た。得られた白色粉末について、金属元素組成分析、C、H含有量測定、粉末X線回折、TG-MS分析、13C-NMR及びストロンチウム吸着試験を行った。その結果を表1に示す。表1に示した結果より、得られた白色粉末は、結晶構造内に炭酸ナトリウムおよび炭酸水素ナトリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種と水とを含有する、低結晶性の層状チタン酸ナトリウムであると推定され、優れたストロンチウム吸着能を有していた。
(Example 3)
21.2 g of anhydrous sodium carbonate powder was dissolved in 200 ml of water, and while stirring at room temperature, 240 g of a 10% by weight titanium sulfate aqueous solution (100 mmol as Ti) was added dropwise over 30 minutes. The produced titanium hydroxide was collected by centrifugation, evaporated to dryness at 100°C, and then ground in a mortar to obtain 11.3 g of titanium hydroxide powder. The entire amount of this titanium hydroxide powder, 15.9 g of anhydrous sodium carbonate powder (300 mmol as Na), and 25 g of potassium sulfate powder were thoroughly mixed in a mortar, placed in an alumina crucible, and heated at 900° C. for 20 hours. The product was crushed in a mortar, suspended in 500 g of deionized water, and stirred for 1 hour. Next, it was filtered under reduced pressure, and when it became a dehydrated cake, it was rinsed with 100 g of deionized water while continuing to filter under reduced pressure. The washed cake was dried with hot air at 50°C to obtain a white powder. The obtained white powder was subjected to metal element composition analysis, C and H content measurement, powder X-ray diffraction, TG-MS analysis, 13 C-NMR, and strontium adsorption test. The results are shown in Table 1. From the results shown in Table 1, the obtained white powder is a low-crystalline layered sodium titanate containing at least one member selected from the group consisting of sodium carbonate and sodium bicarbonate and water in its crystal structure. It was estimated that the strontium adsorbent had excellent strontium adsorption ability.

(実施例4)
無水炭酸リチウム粉末14.9gを水200mlに溶解して70℃に加熱し、撹拌しながら、10重量%四塩化チタン水溶液190g(Tiとして100mmol)を30分間かけて滴下した。生成した水酸化チタンを遠心分離で回収し、100℃で蒸発乾固させた後、乳鉢ですり潰して水酸化チタン粉末12.8gを得た。この水酸化チタン粉末全量と、無水炭酸リチウム粉末9.2g(Liとして250mmol)と、硫酸カリウム粉末25gとを乳鉢でよく混合し、アルミナルツボに入れて900℃で20時間加熱した。生成物を乳鉢で粗解砕し、500gの脱イオン水に懸濁させ、1時間撹拌した。次いで、減圧ろ過し、脱水ケーキとなったところで、減圧ろ過を続けながら、100gの脱イオン水でリンス洗浄した。洗浄したケーキを、50℃で温風乾燥し、白色粉末を得た。得られた白色粉末について、金属元素組成分析、C、H含有量測定、粉末X線回折、TG-MS分析、13C-NMR及びストロンチウム吸着試験を行った。その結果を表1に示す。表1に示した結果より、得られた白色粉末は、結晶構造内に炭酸リチウムおよび炭酸水素リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種と水とを含有する、低結晶性の層状構造チタン酸リチウムであると推定され、優れたストロンチウム吸着能を有していた。
(Example 4)
14.9 g of anhydrous lithium carbonate powder was dissolved in 200 ml of water and heated to 70° C., and while stirring, 190 g of a 10% by weight titanium tetrachloride aqueous solution (100 mmol as Ti) was added dropwise over 30 minutes. The produced titanium hydroxide was collected by centrifugation, evaporated to dryness at 100°C, and then ground in a mortar to obtain 12.8 g of titanium hydroxide powder. The entire amount of this titanium hydroxide powder, 9.2 g of anhydrous lithium carbonate powder (250 mmol as Li), and 25 g of potassium sulfate powder were thoroughly mixed in a mortar, placed in an alumina crucible, and heated at 900° C. for 20 hours. The product was crushed in a mortar, suspended in 500 g of deionized water, and stirred for 1 hour. Next, it was filtered under reduced pressure, and when it became a dehydrated cake, it was rinsed with 100 g of deionized water while continuing to filter under reduced pressure. The washed cake was dried with hot air at 50°C to obtain a white powder. The obtained white powder was subjected to metal element composition analysis, C and H content measurement, powder X-ray diffraction, TG-MS analysis, 13 C-NMR, and strontium adsorption test. The results are shown in Table 1. From the results shown in Table 1, the obtained white powder has a low crystalline layered structure of lithium titanate containing at least one member selected from the group consisting of lithium carbonate and lithium hydrogen carbonate and water in its crystal structure. It was estimated that it had excellent strontium adsorption ability.

(比較例1)
無水炭酸カリウム粉末3.5g(Kとして50mmol)と、アナターゼ型二酸化チタン粉末8.0g(Tiとして100mmol)をと乳鉢でよく混合し、アルミナルツボに入れて800℃で48時間加熱し、白色粉末を得た。ただし、加熱16時間毎に一旦冷却し、乳鉢でよくすり潰した。得られた白色粉末について、金属元素組成分析、C、H含有量測定、粉末X線回折、TG-MS分析、13C-NMR及びストロンチウム吸着試験を行った。その結果を表1に示す。表1に示した結果より、得られた白色粉末は、結晶構造内にアルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸酸塩を含有しない、層状四チタン酸カリウムであると推定された。
(Comparative example 1)
3.5 g of anhydrous potassium carbonate powder (50 mmol as K) and 8.0 g of anatase-type titanium dioxide powder (100 mmol as Ti) were mixed well in a mortar, placed in an alumina crucible, and heated at 800°C for 48 hours to form a white powder. I got it. However, after every 16 hours of heating, the mixture was cooled and thoroughly ground in a mortar. The obtained white powder was subjected to metal element composition analysis, C and H content measurement, powder X-ray diffraction, TG-MS analysis, 13 C-NMR, and strontium adsorption test. The results are shown in Table 1. From the results shown in Table 1, it was estimated that the obtained white powder was layered potassium tetratitanate containing no alkali metal carbonate or alkali metal carbonate in its crystal structure.

(比較例2)
比較例1で得られたチタン酸カリウム1gを60gの脱イオン水に懸濁させ、48時間撹拌した。次いで、減圧ろ過し、脱水ケーキとなったところで、減圧ろ過を続けながら、10gの脱イオン水でリンス洗浄した。洗浄したケーキを、室温で風乾し、白色粉末を得た。得られた白色粉末について、金属元素組成分析、C、H含有量測定、粉末X線回折、TG-MS分析、13C-NMR及びストロンチウム吸着試験を行った。その結果を表1に示す。表1に示した結果より、得られた白色粉末は、層状結晶である四チタン酸カリウムの層間から一部のカリウムが溶出するとともに、水とオキソニウムイオンとが導入され、層間が規則的に広がっているが、結晶構造内にアルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸酸塩を含有しない、層状チタン酸カリウムであると推定された。
(Comparative example 2)
1 g of potassium titanate obtained in Comparative Example 1 was suspended in 60 g of deionized water and stirred for 48 hours. Next, it was filtered under reduced pressure, and when it became a dehydrated cake, it was rinsed with 10 g of deionized water while continuing to filter under reduced pressure. The washed cake was air-dried at room temperature to obtain a white powder. The obtained white powder was subjected to metal element composition analysis, C and H content measurement, powder X-ray diffraction, TG-MS analysis, 13 C-NMR, and strontium adsorption test. The results are shown in Table 1. From the results shown in Table 1, the white powder obtained is such that some potassium is eluted from between the layers of potassium tetratitanate, which is a layered crystal, and water and oxonium ions are introduced, resulting in regular interlayer formation. It was presumed to be a layered potassium titanate that does not contain alkali metal carbonates or alkali metal carbonates in its crystal structure.

(比較例3)
無水炭酸ナトリウム粉末21.2gを水200mlに溶解し、常温で撹拌しながら、10重量%硫酸チタン水溶液240g(Tiとして100mmol)を30分間かけて滴下した。生成した水酸化チタンを遠心分離で回収し、100℃で蒸発乾固させた後、乳鉢ですり潰して水酸化チタン粉末11.3gを得た。この水酸化チタン粉末全量と、無水炭酸ナトリウム粉末3.7g(Naとして70mmol)と、硫酸カリウム粉末25gとを乳鉢でよく混合し、アルミナルツボに入れて900℃で20時間加熱した。生成物を乳鉢で粗解砕し、500gの脱イオン水に懸濁させ、1時間撹拌した。次いで、減圧ろ過し、脱水ケーキとなったところで、減圧ろ過を続けながら、100gの脱イオン水でリンス洗浄した。洗浄したケーキを、50℃で温風乾燥し、白色粉末を得た。得られた白色粉末について、金属元素組成分析、C、H含有量測定、粉末X線回折、TG-MS分析、13C-NMR及びストロンチウム吸着試験を行った。その結果を表1に示す。表1に示した結果より、得られた白色粉末は、結晶構造内にアルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸酸塩を含有しない、トンネル構造のチタン酸ナトリウムであると推定された。
(Comparative example 3)
21.2 g of anhydrous sodium carbonate powder was dissolved in 200 ml of water, and while stirring at room temperature, 240 g of a 10% by weight titanium sulfate aqueous solution (100 mmol as Ti) was added dropwise over 30 minutes. The produced titanium hydroxide was collected by centrifugation, evaporated to dryness at 100°C, and then ground in a mortar to obtain 11.3 g of titanium hydroxide powder. The entire amount of this titanium hydroxide powder, 3.7 g of anhydrous sodium carbonate powder (70 mmol as Na), and 25 g of potassium sulfate powder were thoroughly mixed in a mortar, placed in an alumina crucible, and heated at 900° C. for 20 hours. The product was crushed in a mortar, suspended in 500 g of deionized water, and stirred for 1 hour. Next, it was filtered under reduced pressure, and when it became a dehydrated cake, it was rinsed with 100 g of deionized water while continuing to filter under reduced pressure. The washed cake was dried with hot air at 50°C to obtain a white powder. The obtained white powder was subjected to metal element composition analysis, C and H content measurement, powder X-ray diffraction, TG-MS analysis, 13 C-NMR, and strontium adsorption test. The results are shown in Table 1. From the results shown in Table 1, it was estimated that the obtained white powder was sodium titanate with a tunnel structure that did not contain an alkali metal carbonate or an alkali metal carbonate in its crystal structure.

(比較例4)
無水炭酸リチウム粉末14.9gを水200mlに溶解して70℃に加熱し、攪拌しながら、10重量%四塩化チタン水溶液190g(Tiとして100mmol)を30分間かけて滴下した。生成した水酸化チタンを遠心分離で回収し、100℃で蒸発乾固させた後、乳鉢ですり潰して水酸化チタン粉末12.8gを得た。この水酸化チタン粉末全量と、無水炭酸リチウム粉末7.4g(Liとして200mmol)と、硫酸カリウム粉末25gとを乳鉢でよく混合し、アルミナルツボに入れて900℃で20時間加熱した。生成物を乳鉢で粗解砕し、500gの脱イオン水に懸濁させ、1時間攪拌した。次いで、減圧ろ過し、脱水ケーキとなったところで、減圧ろ過を続けながら、100gの脱イオン水でリンス洗浄した。洗浄したケーキを、50℃で温風乾燥し、白色粉末を得た。得られた白色粉末について、金属元素組成分析、C、H含有量測定、粉末X線回折、TG-MS分析、13C-NMR及びストロンチウム吸着試験を行った。その結果を表1に示す。表1に示した結果より、得られた白色粉末は、結晶構造内にアルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸酸塩を含有しない、層状チタン酸リチウムであると推定された。
(Comparative example 4)
14.9 g of anhydrous lithium carbonate powder was dissolved in 200 ml of water and heated to 70° C., and while stirring, 190 g of a 10% by weight titanium tetrachloride aqueous solution (100 mmol as Ti) was added dropwise over 30 minutes. The produced titanium hydroxide was collected by centrifugation, evaporated to dryness at 100°C, and then ground in a mortar to obtain 12.8 g of titanium hydroxide powder. The entire amount of this titanium hydroxide powder, 7.4 g of anhydrous lithium carbonate powder (200 mmol as Li), and 25 g of potassium sulfate powder were thoroughly mixed in a mortar, placed in an alumina crucible, and heated at 900° C. for 20 hours. The product was crushed in a mortar, suspended in 500 g of deionized water, and stirred for 1 hour. Next, it was filtered under reduced pressure, and when it became a dehydrated cake, it was rinsed with 100 g of deionized water while continuing to filter under reduced pressure. The washed cake was dried with hot air at 50°C to obtain a white powder. The obtained white powder was subjected to metal element composition analysis, C and H content measurement, powder X-ray diffraction, TG-MS analysis, 13 C-NMR, and strontium adsorption test. The results are shown in Table 1. From the results shown in Table 1, it was estimated that the obtained white powder was layered lithium titanate containing no alkali metal carbonate or alkali metal carbonate in its crystal structure.

Figure 0007400716000003
Figure 0007400716000003

表1に示したように、13C-NMRの結果、実施例1~4の層状チタン酸塩は、いずれもCOに帰属できるピークが確認され、結晶構造内にアルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種が含有されることが確認された。それに対して、比較例1~4のチタン酸塩は、いずれもアルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩を含んでいなかった。
また、ストロンチウム吸着試験の結果、実施例1~4の層状チタン酸塩は、上記の分配係数がいずれも50000ml/g以上であり、高いストロンチウム吸着能を有することが確認された。それに対して、比較例1~4のチタン酸塩は、分配係数が50ml/g以下であり、ストロンチウム吸着能において劣っていた。
As shown in Table 1, as a result of 13 C-NMR, the layered titanates of Examples 1 to 4 all had peaks that could be attributed to CO 3 , and contained alkali metal carbonates and alkali metals in their crystal structures. It was confirmed that at least one selected from the group consisting of hydrogen carbonates was contained. In contrast, none of the titanates of Comparative Examples 1 to 4 contained alkali metal carbonate or alkali metal hydrogen carbonate.
Further, as a result of the strontium adsorption test, it was confirmed that the layered titanates of Examples 1 to 4 all had the above-mentioned distribution coefficients of 50,000 ml/g or more, and had high strontium adsorption ability. In contrast, the titanates of Comparative Examples 1 to 4 had partition coefficients of 50 ml/g or less and were inferior in strontium adsorption ability.

また、粉末X線回折の結果、実施例1~4の層状チタン酸塩は、いずれも回折角(2θ)が1°以上8°以下の範囲に極大点のある回折ピークを有しており、チタン酸の層間距離が広いことが確認された。それに対して、比較例1~4のチタン酸塩は、回折角(2θ)が8°を超えており、チタン酸の層間距離が、実施例1~4の層状チタン酸塩と比較して狭くなっていた。 Further, as a result of powder X-ray diffraction, the layered titanates of Examples 1 to 4 all have diffraction peaks with maximum points in the range of diffraction angles (2θ) of 1° or more and 8° or less, It was confirmed that the interlayer distance of titanic acid was wide. In contrast, the titanates of Comparative Examples 1 to 4 have diffraction angles (2θ) exceeding 8°, and the interlayer distance of titanic acid is narrower than that of the layered titanates of Examples 1 to 4. It had become.

また、実施例1~4の層状チタン酸塩は、粉末X線回折の回折ピークの半値幅が2θで、いずれも3°以上であり、低結晶性のチタン酸塩であることが確認された。それに対して、比較例1~4のチタン酸塩は、粉末X線回折の回折ピークの半値幅が2θで、いずれも1°以下であり、結晶性が高いチタン酸塩であることが確認された。
さらに、実施例1~4の層状チタン酸塩は、TG-MSの結果、結晶構造内に水を含むことが確認された。それに対し、比較例1、2および4のチタン酸塩は、結晶構造内に水を含んでいなかった。
In addition, the layered titanates of Examples 1 to 4 had a half-value width of the diffraction peak in powder X-ray diffraction of 2θ, which was 3° or more in each case, and it was confirmed that the layered titanates were low-crystalline titanates. . On the other hand, in the titanates of Comparative Examples 1 to 4, the half-width of the diffraction peak in powder X-ray diffraction is 2θ, which is 1° or less, and it is confirmed that the titanates have high crystallinity. Ta.
Further, as a result of TG-MS, it was confirmed that the layered titanates of Examples 1 to 4 contained water in their crystal structures. In contrast, the titanates of Comparative Examples 1, 2, and 4 did not contain water in their crystal structures.

本発明の無機イオン交換体は、高いイオン交換能を有し、放射性物質を含有する水から高い効率で放射性物質を除去することができる。このため、例えば、井戸水、湖沼水、河川水、雨水、湧水、上下水道水、工場上水・中水・下水などの各種の水などからの重金属除去、海水などからの有価資源回収、汚染土壌からの有害物質除去などにも使用することができる。 The inorganic ion exchanger of the present invention has high ion exchange ability and can remove radioactive substances from water containing radioactive substances with high efficiency. For this reason, for example, heavy metal removal from various types of water such as well water, lake water, river water, rainwater, spring water, water and sewage water, factory water, gray water, and sewage, recovery of valuable resources from seawater, etc., and contamination. It can also be used to remove harmful substances from soil.

Claims (8)

xAO・TiO・yHO・zACO(AはLi、K及びaから選ばれる少なくとも1種の元素を表し、x、y、zは、それぞれ0.02≦x≦2.0、y≧0.05、z≧0.015の数値を表す)で表される層状チタン酸塩を含む無機イオン交換体。 xA 2 O・TiO 2・yH 2 O・zA 2 CO 3 (A represents at least one element selected from Li, K, and Na, and x, y, and z are each 0.02≦x≦ 2.0, y≧0.05, z≧0.015). 前記層状チタン酸塩が、CuKα線を用いて測定した粉末X線回折パターンにおいて、回折角(2θ)が1°以上8°以下の範囲に極大点のある回折ピークを有することを特徴とする請求項1に記載の無機イオン交換体。 A claim characterized in that the layered titanate has a diffraction peak with a maximum point in the range of a diffraction angle (2θ) of 1° or more and 8° or less in a powder X-ray diffraction pattern measured using CuKα rays. Item 1. The inorganic ion exchanger according to item 1. 前記層状チタン酸塩が、前記回折ピークの半値幅が2θで3°以上である低結晶性の化合物であることを特徴とする請求項2に記載の無機イオン交換体。 The inorganic ion exchanger according to claim 2, wherein the layered titanate is a low-crystalline compound in which the half-width of the diffraction peak is 3° or more in 2θ. pHが12以上のアルカリ性ストロンチウム水溶液に分散させたときに、下記式(1)で表される分配係数が30000ml/g以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の無機イオン交換体。
Kd=Qeq/Ceq・・・(1)
(式(1)中、Kdは分配係数(ml/g)、Ceqは平衡到達時の水溶液中のストロンチウム濃度(mol/ml)、Qeqは平衡到達時の無機イオン交換体の単位重量当たりのストロンチウム吸着量(mol/g)をそれぞれ表す)
According to any one of claims 1 to 3, the distribution coefficient expressed by the following formula (1) is 30,000 ml/g or more when dispersed in an alkaline strontium aqueous solution having a pH of 12 or more. inorganic ion exchanger.
Kd=Qeq/Ceq...(1)
(In formula (1), Kd is the distribution coefficient (ml/g), Ceq is the strontium concentration in the aqueous solution (mol/ml) when equilibrium is reached, and Qeq is the strontium per unit weight of the inorganic ion exchanger when equilibrium is reached. Each represents the adsorption amount (mol/g)
請求項1~4のいずれか一項に記載の無機イオン交換体の製造方法であって、以下の工程(1)及び工程(2)及び工程(3)及び工程(4)を順次行うことを特徴とする無機イオン交換体の製造方法。
工程(1):チタン化合物の粉末と過剰量の、アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ金属炭酸水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の粉末とを混合する工程
工程(2):前記工程(1)で得られた混合物を700℃以上1500℃以下で加熱する工程
工程(3):前記工程(2)で得られた無機イオン交換体を水で洗浄する工程
工程(4):前記工程(3)で得られた洗浄後の無機イオン交換体を100℃以下での温風乾燥する工程
A method for producing an inorganic ion exchanger according to any one of claims 1 to 4, comprising sequentially performing the following steps (1), (2), (3), and (4). A method for producing a featured inorganic ion exchanger.
Step (1): A step of mixing a titanium compound powder and an excess amount of at least one kind of powder selected from the group consisting of alkali metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates. Step (2): Step (1) above. Step (3): Washing the inorganic ion exchanger obtained in Step (2) with water Step (4): Step (3) A step of drying the washed inorganic ion exchanger obtained by hot air at a temperature of 100°C or less.
前記チタン化合物が、酸化チタン、メタチタン酸、アルカリ金属チタン酸塩、および金属チタンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項5に記載の無機イオン交換体の製造方法。 6. The method for producing an inorganic ion exchanger according to claim 5, wherein the titanium compound is at least one selected from the group consisting of titanium oxide, metatitanic acid, alkali metal titanate, and metal titanium. 前記工程(1)において、アルカリ金属硫酸塩の粉末をさらに混合することを特徴とす
る請求項5又は6に記載の無機イオン交換体の製造方法。
The method for producing an inorganic ion exchanger according to claim 5 or 6, characterized in that in the step (1), alkali metal sulfate powder is further mixed.
請求項1~4のいずれか一項に記載の無機イオン交換体に、放射性ストロンチウムを含
有する水を接触させる工程と、前記接触後の水から前記無機イオン交換体を分離する工程
とを順次行うことを特徴とする、放射性ストロンチウムを含有する水の浄化方法。
A step of bringing water containing radioactive strontium into contact with the inorganic ion exchanger according to any one of claims 1 to 4, and a step of separating the inorganic ion exchanger from the water after the contact are performed sequentially. A method for purifying water containing radioactive strontium, characterized by:
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