JPH10128072A - トリチウム水、重水のゼオライトを用いた分離方法 - Google Patents

トリチウム水、重水のゼオライトを用いた分離方法

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JPH10128072A JP8286295A JP28629596A JPH10128072A JP H10128072 A JPH10128072 A JP H10128072A JP 8286295 A JP8286295 A JP 8286295A JP 28629596 A JP28629596 A JP 28629596A JP H10128072 A JPH10128072 A JP H10128072A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、重水(DHOまたはD2 O)また
はトリチウム水(THO、TDO、またはT2 O)を含
有するガスから、重水またはトリチウム水を分離する、
効果的かつ簡便であり、経済性のある方法を提供する。 【解決手段】 Na−X型、Na−Y型、またはCa−
X型ゼオライトに、重水またはトリチウム水を含有する
ガスを接触させて、吸着剤であるゼオライトに重水、ト
リチウム水を吸着させることを特徴とする重水、トリチ
ウム水の吸着分離方法を提供する。本発明は、また、N
a−X型、Na−Y型、およびCa−X型ゼオライトを
水H2 0分で飽和吸着させた後、重水またはトリチウム
水を含有するガスを流過させて、吸着剤であるゼオライ
トにD、Tを吸着させることを特徴とするD、Tの吸着
分離方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、重水またはトリチ
ウム水を含有するガスから重水またはトリチウム水を選
択的に吸着させることにより、重水またはトリチウム水
を分離する方法に関する。
【0002】
【従来技術】重水を分離濃縮、回収し、トリチウム水を
分離濃縮、回収、除去することは、原子力産業におけ
る、核反応の制御、核燃料サイクルの信頼性の向上、生
物、化学、医療等の分野における特定元素に対するラベ
ル技術として重要である。通常の同位体分離では、質量
拡散法、遠心分離法等の質量数の差異に基づく分離法が
一般的であるが、重水、トリチウム水等では物性値にか
なりの差異があるところから、1)精密蒸留法、2)同
位体交換法、3)電気分解法等が挙げられる。精密蒸留
法では、水(H2 O)、重水(D2 O)、トリチウム水
(T2 O)の間で沸点に差異があるところから、蒸留塔
を使用して分離するものである。但し、トリチウム水
(T2 O)でも沸点の差異は3℃程度のため、その分離
のためにはかなりの段数が必要である。同位体交換法で
は、H2 S溶剤に対し重水またはトリチウム水を接触さ
せると、重水素(D)、トリチウム(T)はH2 SのH
と交換してH2 S側に移るので、これを回収して濃縮す
ることによりD、Tを回収できる。この方法は、かなり
高い分離効率を有することから、D、Tの分離回収に良
く用いられている。但し、H2 Sの毒性、腐食性、反応
の操作の煩雑などの問題がある。電解法は、これらの分
離法の中で最も高い分離効率を有するが、設備費、消費
電力の大きいことが欠点となる。
【0003】
【解決する課題】本発明は、重水(DHOまたはD
2 O)またはトリチウム水(THO、TDO、またはT
2 O)を含有するガスから、重水またはトリチウム水を
分離する、効果的かつ簡便であり、経済性のある方法を
提供する。
【0004】
【解決する手段】本発明は、Na−X型、Na−Y型、
またはCa−X型ゼオライトに、重水(DHOまたはD
2 O)またはトリチウム水(THO、TDO、またはT
2 O)を含有するガスを接触させて、吸着剤であるゼオ
ライトに重水、トリチウム水を吸着させることを特徴と
する重水、トリチウム水の吸着分離方法を提供する。本
発明は、また、Na−X型、Na−Y型、およびCa−
X型ゼオライトを水分で飽和吸着させた後、重水または
トリチウム水を含有するガスを流過させて、吸着剤であ
るゼオライトにD、Tを吸着させることを特徴とする
D、Tの吸着分離方法を提供する。
【0005】
【発明の実施の態様】本発明は、Na−X型、Na−Y
型、およびCa−X型ゼオライトの特徴を利用して、重
水(DHOまたはD2 O)またはトリチウム水(TH
O、TDO、またはT2 O)を含有するガスをこれらの
ゼオライトに接触させて、気相から吸着剤であるゼオラ
イトに重水(DHOまたはD2 O)またはトリチウム水
(THO、TDO、またはT2 O)を吸着させ、重水ま
たはトリチウム水の吸着分離を行うことに関する。従来
の公表されたデータによると、D2 O吸着量とH2 O吸
着量の比に関して、シリカゲルで1.15、Na−A型
ゼオライトで1.18程度である。この数値が大きいほ
どD2 Oの選択性が高いこととなる。しかし、本発明者
らは、本発明で用いるNa−X型ゼオライトは、D2
吸着量とH2 O吸着量の比に関して、1.5〜1.6を
示し、特に、低いSiO2 /Al2 3 比のものが大き
な選択性を示すことを見い出した。SiO2 /Al2
3 比に関しては、2〜5、好ましくは、2〜2.5であ
る。5をこえると、D 2 Oの選択性が悪くなる。また、
Na−X型ゼオライトのCa交換品であるCa−X型ゼ
オライトも高い選択性を示すことを見い出した。Na−
Y型ゼオライトは、これらほど高くはないが、従来報告
されているシリカゲル、Na−A型ゼオライトに比べて
著しく大きいことを見いだした。本発明で用いるNa−
X型、Na−Y型、およびCa−X型ゼオライトは、重
水のみならず、トリチウム水に対しても大きな選択率を
示す。
【0006】本発明者等は、吸着剤を利用した水蒸気と
重水蒸気、トリチウム水蒸気の分離を検討するうちに、
Na−X型、Na−Y型、およびCa−X型ゼオライト
が、重水(DHO、D2 O)−水(H2 O)又はトリチ
ウム水(THO、TDO、T 2 O)−水(H2 O)気相
二成分系において、重水又はトリチウム水を水に比べて
選択的に吸着し、その選択性(同一分圧での吸着量比)
は従来報告されているシリカゲル、Na−A型ゼオライ
トに比べて著しく大きいことを見いだした。水分で飽和
吸着したNa−X型、Na−Y型、およびCa−X型ゼ
オライトに、重水またはトリチウム水を含有するガスを
流通すると、水分は直ちに流過するものの、重水、トリ
チウム水の流過は非常に遅く、Na−X中において、重
水と水との間でD−H、トリチウム水と水との間でT−
Hの交換反応が進行し、この性質を利用してNa−Xに
効率的にD、Tを捕捉させることが可能なことを確認し
た。この理由を考えるに、水とその同位体で吸着挙動が
似ているのであれば、吸着剤が水で飽和になっているた
めに、同位体は直ぐに流出することとなるはずである。
しかし、実際にはD2 O、DHO、T2 O、THOの流
過に非常な長時間を要したので、これはD−Hの交換が
進行したと考えられる。本発明は、Na−X型、Na−
Y型、およびCa−X型ゼオライトの特徴を利用して、
これらを水分で飽和吸着させた後、重水(DHOまたは
2 O)またはトリチウム水(THO、TDO、または
2 O)を含有するガスを流過させて、吸着水分のプロ
トンと、気相中の重水またはトリチウム水のD、Tとを
吸着剤であるゼオライト中で同位体交換させることによ
り、気相から吸着剤にD、Tを移行させ、D、Tの吸着
分離を行う方法を提供する。
【0007】水蒸気、重水蒸気、トリチウム水蒸気に対
するゼオライトの吸着挙動の評価方法としては、たとえ
ば、図1に示すものを用いることができる。図1におい
て、Heガス源1からのHeガスは流路2から気泡塔3
に至り、Heは増湿されてその時の室温の飽和濃度でバ
ルブ4から吸着塔5に至る。吸着塔5には吸着剤6が充
填されており、水またはその同位体は上流から逐次吸着
されて下流に至る。出口の濃度計測を水、重水について
は質量分析計7、トリチウムについてはガスフローカウ
ンター8で行うと第2図に示すような破過曲線が得ら
れ、キャリアーガスの流量、破過曲線、吸着剤の充填量
から吸着量を求めることができる。
【0008】
【実施例】本発明者等は、図1に示す装置を用いて、以
下の実験をおこなった。吸着搭5に導くガスの組成は、
気泡搭3に入れる水の温度と同位体比により調製した。
すべての実施例は、吸着圧力:大気圧、吸着温度:室
温、ガス流量:1リットルN/分、吸着剤充填量:4グ
ラムの条件で行った。本実施例に使用したゼオライト
は、バインダーを10重量%添加して、造粒、成形、焼
成した直径1.6mmのビードであり、嵩比重0.65
g/cm3 である。 (実施例1)表1に示す吸着剤を用いて、1)H2 O:
2.5vol%、残ガスHeの組成を有するガス、2)
2 O:2.5vol%、残ガスHeの組成を有するガ
ス、の二種類について吸着量の比較を行った。各吸着剤
ごとに得られたD2 O吸着量とH2 O吸着量の比を表1
に示す。従来の公表されたデータによると、シリカゲル
で1.15、Na−Aで1.18程度で有り、この数値
が大きいほどD2 Oの選択性が高いこととなる。この試
験の結果、Na−X型ゼオライトが1.5〜1.6を示
し、特に低いSiO2 /Al23 比のものが大きな選
択性を示した。またこのCa交換品も高い選択性を示し
た。
【表1】
【0009】(実施例2)次に、D2 O/H2 O二成分
系で、D2 O:0.25vol%、H2 O:2.25v
ol%、残ガスHeの組成を有するガスを吸着塔(吸着
剤4グラム、流量1リットルN/分)に導いた。水分を
流したときにはNa−Aで破過するのに120分、Na
−X(SiO2 /Al2 3 比:2.0)で100分を
要した。ここで吸着剤をあらかじめ水(H2 O)で飽和
にしておいて上記組成のガスを流したところ、表2に示
すように重水素含有ガスが流出するのにNa−Aで14
0分、Na−XおよびCa−Xで160分と非常な長時
間を要した。水とその同位体で吸着挙動が似ているので
あれば、吸着剤が水で飽和になっているだけに直ぐに流
出することとなるはずである。実際には非常な長時間を
要したのでこれはD−Hの交換が進行したと考えられ
た。
【表2】
【0010】以上の結果から明らかなように、Na−X
型、Na−Y型、Ca−Y型ゼオライトは何れも非常に
顕著なD−H交換反応を有した。従って、T−Hについ
ても同様な交換が進行すると考え、以下の実験を行っ
た。 (実施例3)吸着剤をあらかじめH2 Oで飽和にしてお
いて、THO1ナノCi/リットル N (H2OとTHOとHeの
総和に対する濃度)、H2 O2.5vol%、残ガスH
eの組成を有するガスを流して破過時間を計測した。こ
の時の計測結果を表3に示す。表3で判るように吸着剤
としてはNa−X型、Ca−X型、Na−Y型が高いT
−H交換能力を有していることが判った。
【表3】
【0011】
【発明の効果】従来法である、精密蒸留法、同位体交換
法、電気分解法等と比較して、本発明は、重水、トリチ
ウム水を効果的にかつ簡便に分離することができ、ま
た、毒性及び腐食性の高いH2 Sを用いる必要く、経済
性も良好である。
【図面の簡単な説明】
【図1】水蒸気、重水蒸気、トリチウム水蒸気の吸着挙
動の評価方法の一例を示す図である。
【図2】H2 O、D2 O、およびDHOのそれぞれの破
過曲線を示す図である。
【符号の説明】
1 Heガス源 2 流路 3 気泡搭 4 バルブ 5 吸着搭 6 吸着剤 7 質量分析計 8 ガスフローカウンター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朝長 成之 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Na−X型、Na−Y型、またはCa−
    X型ゼオライトに、重水(DHOまたはD2 O)または
    トリチウム水(THO、TDO、またはT2O)を含有
    するガスを接触させて、上記ゼオライトに上記重水また
    は上記トリチウム水を吸着させることを特徴とする重
    水、トリチウム水の吸着分離方法。
  2. 【請求項2】 Na−X型、Na−Y型、またはCa−
    X型ゼオライトを水(H2 O)で飽和吸着させた後、重
    水(DHOまたはD2 O)またはトリチウム水(TH
    O、TDO、またはT2 O)を含有するガスを流過させ
    て、気相から上記ゼオライトに重水素、トリチウムを吸
    着させることを特徴とする重水素、トリチウムの吸着分
    離方法。
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