JPS5845746A - 水溶液からセシウムイオンを分離する方法 - Google Patents

水溶液からセシウムイオンを分離する方法

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JPS5845746A
JPS5845746A JP57150615A JP15061582A JPS5845746A JP S5845746 A JPS5845746 A JP S5845746A JP 57150615 A JP57150615 A JP 57150615A JP 15061582 A JP15061582 A JP 15061582A JP S5845746 A JPS5845746 A JP S5845746A
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    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F1/5272Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using specific organic precipitants
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
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    • G21F9/12Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、大環状ポリエーテル(クラウンエーテル)と
、強酸性及び酸化可能の媒体中で安定な無機へテロ多重
酸とから成る、固体形状の付加化合物を使用して水溶液
からセシウムイオンを分離する方法に関する。
例えば使用済み核燃料及び/又は燃料親物質の再生時に
廃棄液、廃棄濃縮物又はスラッジとして生じるような中
レベル放射能の水性廃棄物(MAW)を加工しかつ固化
することは、僅少量のセシウム同位元素+34Cs及び
137c、が存在することにより困難である。セシウム
はMAWのガラス化時に多量に蒸発し、最終貯蔵物とし
て規定された固化生成物(ガラス、セメント及びビチュ
ーメン塊)からも容易に浸出する。C5を選択的に分離
するととにより中レベル廃棄物の再生は極めて容易にな
る。更にMAWから同時に908  を分離した場合に
は低レベル放射能の水性廃棄物(LAW)が得られた0
それというのも極〈短かい崩壊時間後における放射能は
すべて実際に極めて寿命の長い放射性核種137C5(
t1/2=30a)及び90Sr(t□/2=26a)
に基づくものであるからである。C3及びSrO分離は
公知の方法により、主として共沈反応によって行ってき
た。しかしこの共沈法はS及びCsに対しては満足なり
F値(DF=除染係数)をもたらさなかった。従って両
方の放射性核種を選択的−に(−緒に又は個々に)分離
することのできる他の方法が試みられてきた。
従来Cs イオンに対して開発された抽出法は、NaN
O3及び遊離の硝酸を多量に含む代表的なMAW(これ
らは次表に示す)からCs+を分離するのには適してい
ない。
この方法は普通、有機相か又は抽出すべき水相に添加さ
れる有機試薬を使用する。しかしこれらの試薬は、その
主要組成に関して表示したMAWと接触した際に加水分
解的に又は酸化的に破壊されるか或いはプロトン化によ
って不活性になる。
このことから溶剤としてこニトロペンゾールに挿入され
る極めて安定でかつCs+選択性のへテロ多重酸(例え
ば12−モリブデン酸燐酸、HPM。)もこの形では、
例として記載したMAWからC8+を連続的に抽出する
のに使用することができない。
それというのもこの酸はその良好な水溶性知よって著し
く浸出するからである。またこの酸は断えず補充しなけ
ればならない。
HPMoの場合MAW中に多量に含まれるモリブデンが
MAWの再加工(ガラス化)を阻害する。
最後にMAWのC8+濃度及びニトロペンゾール相中の
へテロ多重酸濃度と関連して、連続作業装置に著しい障
害を及ぼし得る沈殿が生じる危険性を有する。
Cs+用の従来の抽出剤とは異なり、ジベンゾ−クラウ
ンエーテルは極く僅かな水溶性を有し、従って(少なく
とも部分的に)連続抽出作業で使用するのに適している
クラウンエーテルは中性配位子であることから、抽出に
際してアニオンも一緒に抽出される。しかしアニオンは
抽出係数て決定的な影響力を有する。
すなわち単純なセシウム塩(クロリド、ニトレート)は
クラウンエーテルで極性溶剤中で極く僅かに抽出される
にすぎない(ニトロメタン及びニトロペンゾール溶液を
除外)。このことからクラウンエーテルを公知のC5+
特殊試薬(これらの試薬は嵩張った極性化可能のアニオ
ンを含む)と組合わせることは見過ごされて来た。従来
はこれらの試薬を抽出すべき水相に添加しく多くの場合
ピクリン酸)、クラウンエーテル(普通DB−18−C
−6又はジシクロへキシル−18−C−6)で極性溶剤
(通常ニトロペンゾール)中で抽出する形式が採用され
た。
J、Ra1s及びP、5eluck′yは核種含有溶液
からC5+を分離するために二種の抽出系、すなわちD
B−18−C−6をジピクリルアミン又はナトリウムテ
トラフェニルボラートと組合わせて使用することを提案
した(チェコスロバキア特許第149403号及び同第
149404号明細書)。
しかしこれらの方法はアルカリ性C5+溶液(pH11
〜13)に制限されている。ジピクリルアミンは酸性範
囲でプロトン化し、ナトリウムテトラフェニルボラート
は加水分解する。両方法は多量のNa+及び計が存在し
ない場合にのみ良好に機能する。
前記の各発明者は、更に廃棄液からC5+をカラムクロ
マトグラフィにより分離することのできるDB−18−
C−6及び12−タングステン酸燐酸から成る付加物を
製造した(チェコスロバキア特許第165751号明細
書)。しかしこの場合にも多量のNa 及びK が障害
となる。
チェコスロバキア特許第165751号明細書並びに”
 J、Radioanal、ehem、 ”第35巻(
1977年)、第351頁により製造されたDB−1s
−C−6と12−モリブデン酸−又は12−タングステ
ン酸燐酸との付加物を、例として記載したcr/I MAWSKd値−5〜9〔T〕で、の法師実験で使用し
た。
金属イオンを固定相と液相とに分配することは重要であ
る。
Kd値は実際に沈降実験前と後との濃度を比較すること
によって(この場合5rnI!溶液中のパルス比)、確
認されることから、Kd′値の計算には次式が使用され
る。
Lpm後(水相) これに対し前記MAW4=におけるNH4+形(12−
アンモニウムモリブデン酸燐酸塩=AMP又a12−ア
ンモニウムタングステン酸燐酸塩=AWP) の付加物
の無機成分単独では100000〜350000しかし
AMP及びAWPは上記MAWからC5+をカラムクロ
マトグラフィにより分離するのにはあまり適していない
。それというのもこれらの物質は担体としてのアスベス
ト上にまた珪酸ゲル又は有機ポリマー上に浸出するから
である。
本発明の目的は、多量のす) IJウム及びカリウムイ
オンが存在する場合にも、出発溶液を規定の、H範囲に
限定することなく、不連続的また連続的作業で障害なし
に効果的に実施することができる、前記形式の水溶液か
らセシウムイオンを分離する改良法を開発することにあ
る。この方法はイオン交換クロマトグラフィに適しかつ
高い作用効果を有するものでなければならない。
この目的は本発明によれば、付加化合物としてベンゾ−
15−クラウン−5(B−15−C−5)又はジペンゾ
−21−クラウン−7(DB=21−C−7)又はジペ
ンゾ−30−クラウン−10(DB−30−C−10)
と、12−モリブデン酸燐酸(HPMo)又は12−タ
ングステン酸燐酸(HPW)又は12−モリブデン酸珪
酸(H8iNo)又は12−タングステン酸珪酸(H8
iW)又はそのNa−、K、Tl又はNH4塩とから成
る付加化合物を使用することによって達成される。
本発明の優れた一実施例では、付加化合物を固定イオン
交換相の形で多孔性珪酸ゲル中又は多孔性酸化アルミニ
ウム中に配設する。
本発明方法を実施するには、セシウムイオンを含有する
水溶液を固体付加化合物とか又は珪酸ゲル或いはAt2
03の固定イオン交換相と接触させて、固定相をセシウ
ムイオンで負荷させ、セシウムを全く含まないか又はご
く僅かに含む水溶液を固定相から分離する。
本発明方法の特に好まtしい実施態様は、固体の付加化
合物がクラウンエーテル対ヘテロ多重酸(又はへテロ多
重酸塩)を≧0.5:1〜≦2=1の範囲内のモル比で
有し、これを a)個々の成分をクラウンエーテル対ヘテロ多重酸(=
塩)のモル比範囲≧0.5:1〜≦2. O: 1でア
セトン単独中にか又はアセトン中への珪酸ゲル又はAt
203の懸濁液中に溶解させ、b)溶剤であるアセトン
を除去し、溶剤残分を蒸発させることによってか、又は a)予め準備した固体のクラウンエーテル−ヘテロ多重
酸(−塩)−(3:1)−付加物をアセトン単独中にか
又はアセトン中への珪酸ゲル又At203の懸濁液中に
溶解させ、 b)へテロ多重酸(−塩)を、クラウンエーテル対ヘテ
ロ多重酸(−塩)の全モル比が≧0.5 : 1〜≦2
.0:1になるまで゛溶液又は懸濁液に加え、C)溶剤
であるアセトンを除去し、溶剤残分を蒸発させる、 ことにより得ることによって特徴づけられる。
他のあらゆる製造法は二相反応(Ra1s/5eluc
ky)であれ、また均一な溶液(ジオキサン/水)から
の沈殿によってであれ、常に(3:1)付加物を生ぜし
める。これらの方法によってのみ任意の(一定の限度で
)クラウンエーテル:ヘテロ多重酸比を有する付加物が
可能である。一度製造された(3 : 1 )付加物は
例えばこるして後に(1i1)付加物に変換することが
できる。
本発明方法を実施するのに使用することのできる固体形
状の付加化合物は特に次の諸利点を有する。
(1)安定な形状で貯蔵可能である。
(2)良好く配量することができる。
(3)直接所望のM (I)負荷形で使用することがで
きる。
(4)取り扱いが容易である。
ペテロ多重酸付加物D B −21−C−77HPM。
をRa i s/Se 1ucky’法(@J 、 R
adioanal 、Chem、”第35巻(1977
年)、第351頁、チェコスロバキア特許第16575
1号(1976年)〕により(Rais第によるこの付
加物の製法は、ジクロルメタン中のクラウンエーテル、
特にD’B−18−C−6の溶液を2 moll L 
HNOs中のHPMO又はHPWの溶液と振ることにあ
る)分離する実験では、粘着性の暗褐色塊が得られたに
すぎない。
(これに対しDB−18−C−6での変換は微結晶生成
物を生じる。)粘性生成物を更に処理した後の収率は5
0%にすぎない。
本発明の枠内で処理した例示工程によれば−、この製造
を均一な相で実施した場合、付加物DB−21−〇・−
7/HPMoは定量的に分離される。
固体形状での付加物の製造(例): 本製造工程及び次の工程では下記の化合物を使用した。
H3(PMO12040) e xH2O(x;29 
)Ha (PW12 D40 ) ・XH2O(X; 
24 ) (メルク社製)D B −21−C−7(C
,J、Peder’5ens法(1J。
Am 、 C’hem 、 Soc 、 ’第89巻(
1967年)、第7017頁)をペースとする改良処理
工程により製造〕。
la) 3 : 1付加物(DB−21−C−7/HP
M。
(3:1)) DB −21−C−70,5f(0,OO124mot
)をアセトン40crAに溶かし、更にHPMo・29
H200,97Fをアセト720 crAに溶かす(割
合3:1を正確に維持する)。双方の溶液を合し、溶剤
を真空中で除去する。その際50℃まで加温することが
できる。こうして帯褐緑色の弛んだ生成物(1,25f
)が得られ、これは個々の成分を直接溶解することによ
って製造した付加物と同じ抽出特性を有する。
lb) 4 : 1付加物(DB −21−C−7/H
PM。
(4:1)) la)と同じ処方で行うが、DB−21−C−7を0.
52の代りに0.67 F (0,00165mO7)
使用する。その際なお僅少な嵩密度の黄褐色生成物が得
られる。
処方1a)及びlb)で得られた3:1又は4:1付加
物は摺鉢中で一層大きな嵩密度の生成物に容易に粉砕す
ることができる。
上記の製造は珪酸ゲルの存在でも実施することができ、
その際イオン交換クロマトグラフィに適し、かつ抽出ク
ロマトグラフィとは異なり溶剤不含の固定相が得られる
1c)珪酸ゲル100上のDB−21−C−7/NH4
PW (1: 1 ) 、W、/W=1 : IDB−
21−C−70,5f及びHPW・24H20412を
僅かに加熱しながらアセトン10〜15crtlに溶か
す。濃HC6で精製した粒径63〜200μmの珪酸ゲ
ル100(メルク社製)4.2S’を加え、容器をちシ
紙で覆い、溶剤を真空乾燥棚中で50℃で除去する。引
続き交換剤を3mot/l NH4NO3溶液で処理す
ることによってアンモニウム形に変える。珪酸ゲル対純
粋な1:1付加物の重量比は〜1:1である。PH=7
でのC5+容量は乾燥剤1f当り0.29ミリm0tC
5+であり、これは理論容量の2/3に相応する。
DB−21−C−7/ヘテロ多重酸付加物を担体として
の珪酸ゲルを有す、るか又は有さないカラムクロマトグ
ラフィ法で使用した場合、強酸性MAW溶液からC5+
を分離するのに、安定な3:1付加物を使用することは
できない。これは固体形状で使用した場合(固体交換剤
)、ニトロ゛ペンゾールに溶解した3:1付加物(液体
交換剤)とは異なり、多量のNa+を含む強酸・性情液
への抽出能が僅少であり、例示したMAWの場合40ま
でのKd値が得られるにすぎないことを示す。2:1付
加物も150 Cc!/f )までのKd値を生じるに
すぎない。これに対しDB−21−C−7:ヘテロ多重
酸比をl:1に減少した場合、Kd値は50000C4
/fに飛躍的に上昇した。
しかし1:1付加物ではに+及びNH4+形のみが充分
な安定性を有するにすぎない。H擺は前記MAWで連続
的に処理した場合、過剰のへテロ多重酸を除外すること
によって徐々に安定な3:1付加物に移行する。
2、  DB −21−C−7/HPMo付加物は沈降
反応によっても得ることができる。ジオキサン20cJ
中のDB−2,1−C−70,5fの溶液を攪拌しなが
ら0.5 mo17’t  HNOs 20Octll
中のHPMo・29H201,3fの溶液に注ぐ。その
際嵩張った沈殿が生じる。これをブフナー漏斗で分離し
、まず0.5 m o t/l HNOsテ、次1/−
1テH20で洗浄する。真空中で50℃で乾燥。
3 次の工程でペテロ多重酸付加物の他の負荷形を微結
晶生成物として直接分離することもできる。次の一般的
な作業法によりHPMoO例でNa+、 K+、 NH
,+及びTt+形を製造することができる。
H2O1OcrI中のHPMo ・29H201,Of
の溶液を、ジオキサン20m沖のDB−21−C−70
52の溶液に注ぐと、短時間の攪拌後に澄明な溶液が得
られる。攪拌しながら相応する冷飽和M (I)硝酸塩
溶液5crtlを1分以内に注入すると、黄色の嵩張っ
た沈殿が生じる。更に72時間攪拌し、引続き沈殿をブ
フナー漏斗を介して炉別し、まず相応する0、 5 m
ot/ A M(I)硝酸塩溶液50c4で、次いでH
2O20crIlで洗浄する。
K+、 NH,+及びTt+形を110℃でNa+形を
90℃で乾燥する。黄色から黄土色までの粉末が定量収
量約1.3・1で得られた。
工程1a−c及び3により他のすべてのDEI−21−
C−7/ヘテロ多重酸付加物並ひに他のクラウンエーテ
ルとの付加物を製造することができる。
固体付加物は直接(そのま捷)又は珪酸ゲル又はAt2
03に被接してカラム材料としてイオン交換クロマトグ
ラフィに使用することができる。
次に本発、明を若干の実施例により詳述するが、本発明
はこれら−の実施例に限定されるものではない。
例1 沈殿実験テノ固体D B −21−C−7/NH4PW
(1: 1)の使用。
DB−21−C−7/NH4PW(1: 1)粉末0.
05fをその都度上記のMAw溶液1ocNlと数回不
連続的に各1時間接触させた(この操作は開閉可能のガ
ラス製遠心分離器中で行うのが最も好ましく、従って遠
心分離し、上澄液を除去した後、同じ容器内で実験を続
けることができる)。C,+に対するKd値は当初の3
5000から190000の平衡値にまで上がり、第1
0回の分配工程までに20000(c4/V)の値に戻
った。(これに比して3級AWPO場合Kdは初めの3
5ooo。
から、第6回の分配工程での6000を経て、第10回
の分配工程後1200 Ctrl/f )に降下する)
例2 沈殿実験での固体D B −21−C−7/NH4PM
(1:1)の使用。
DB −24−C−7/NH4PMO(1: 1’)粉
末0.05fを、例1に記載したようにして不連続沈殿
実験でMAWと接触させた。Cs+に対するK。
値は当初の53000から150000の平衡値にまで
上が凱第10回の分配後16000. (t4’ ? 
)に降下した(これに対し第3級AMPの場合、Kdは
当初の30000から第3回の分配工程で500〔cr
Il/2〕に降下する)。
例3 珪酸ゲル上でのD B’−21−C、−7/NH4PW
(1:1)の使用。
例1に基づき処理した。固体付加物DB−21−C−7
/NH4PW (1’ : 1 ) 0.1 fを粒径
63〜200μmの精製珪酸ゲル100(メルク社製)
上に配置した(溶剤不含の固定相)。Kd値は初めの1
7000から第6回の分配工程で50.00Cci/f
〕に降下した。
例4 不連続沈殿実験でのB −15−C−5/NH4PW(
1:1)の使用。
付加物の製造は相応するDB−21−C−7付加物の製
造(例1)と同様にして行う。MAWとの平衡調整を促
進するため、次のよ□うにして前処理した。
B−・15−C−5/NH4PW (1:1粉末32を
l mol / l HNO3/ 0.5 mot/l
 NaNO3溶液5omt中で室温で3時間攪拌し、プ
フナー漏斗で戸別し、0.5 mat / L ’HN
O3及び少量のH2Oで洗浄し、50℃で乾燥した。
こうして前処理した付加物0.1fをまず1mot/l
 HNO3中の20 plum Csの溶液10 mt
 (これはMAW中に含まれるC8+量の5倍に相当)
と1時間振った。その際Kd値3300001:c4/
 9 )が認められた。その後付加物を例1に記載した
ようにして不連続沈殿実験でその都度擬M A W (
4ppmCs)10mtと各1時間振った。5回の分配
後Kd値は39000CcfIl/f)であった。
例5 不連続沈殿実験でのDB−21−C−7ハ)I4PW(
1:1)の使用。
DB−21−C−7/NH4PW(1:1)粉末0.1
2を、下表に示した組成を有する擬MAWIQml−と
何回も不連続的に、その都度1時間振った。
Kd値は初めの7800 (crd/ S’ )から$
、4回の分配工程で30000[Cf11/S’、ll
に上昇した。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)クラウンエーテルと、強酸性及び酸化可能の媒体中
    で安定な無機へテロ多重酸とから成る固体形状の付加化
    合物を使用して水溶液からセシウムイオンを分離する方
    法において、付加化合物としてベンゾ−15−クラウン
    −5(B−15−c−s )又はジペンゾ−21−クラ
    ウン−7(DB−21−C−7)又はジベンゾ−30−
    クラウン10 (DB−30−C−10)と、12−モ
    リブデン酸燐酸(HPMo)又は12−タングステン酸
    燐酸(HPW)又は12−モリブデン酸燐酸(H8i 
    Mo )又は12−タングステン酸燐酸(H8iW)又
    はそのNa、に、TL又はNH4塩とから成る付加化合
    物を使用することを特徴とする大環状ポリエーテル及び
    無機へテロ多重酸から成る固体形状の付加化合物を使用
    して水溶液からセシウムイオンを分離する方法。 2)付加化合物を固定イオン交換相の形で多孔性珪酸ゲ
    ル中又は多孔性酸化アルミニウム中に配設することを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。 3)セシウムイオンを含有する水溶液を固体付加化合物
    と接触させて、固定相をセシウムイオンで負荷させ、セ
    シウムを全く含まないか又は極〈僅かに含む水溶液を固
    定相から分離することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の方法。 4)セシウムイオンを含有する水溶液を珪酸ゲル又はA
    t203の固定イオン交換相と接触させて、固定相をセ
    シウムイオンで負荷させ、セシウムを全く含まないか又
    は極〈僅かに含む水溶液を固定相から分離することを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。 ′5)固体の付加化合物がクラウンエーテル対へテロ多
    重酸(又はヘテロ多重酸塩)を≧0.5=1〜≦2:1
    の範囲内のモル比で有することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の方法0 6)前記組成範囲の固体付加化合物として、a)個々の
    成分をクラウンエーテル対ヘテロ多重酸(−塩)のモル
    比範囲≧0.5 : 1〜≦20=1でアセトン単独中
    にか又はアセトン中の珪酸ゲル又はAt203の懸濁液
    中に溶解させ、 b)溶剤アセトンを除去し、溶剤残分を蒸発させる、 ことにより得られた付加化合物を使用することを特徴と
    する特許請求の範囲第5項記載の方法。 7)固体の付加化合物として、 a)予め準備した固体のクラウンエーテル−ヘテロ多重
    酸(−塩)−(3:1)付加物をアセトン単独中にか又
    はアセトン中への珪酸ゲル又はAt203の懸濁液中に
    溶解させ、b)へテロ多重酸(−塩)をクラウンエーテ
    ル対ヘテロ多重酸(−塩)の全モル比が≧05:l〜≦
    20:1になるまで溶液又は懸濁液に加え、 C)溶剤であるアセトンを除去し、溶剤残分を蒸発させ
    る、 ことにより得られる付加化合物を使用することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の方法。
JP57150615A 1981-08-31 1982-08-30 水溶液からセシウムイオンを分離する方法 Granted JPS5845746A (ja)

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