TWI742097B

TWI742097B - 放射性碘吸附材及其製造方法

Info

Publication number: TWI742097B
Application number: TW106120615A
Authority: TW
Inventors: 佐藤俊介
Original assignee: 日商二村化學股份有限公司
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2021-10-11
Also published as: JP2017227633A; JP7111447B2; TW201815466A

Abstract

本發明提供放射性碘吸附材及其製造方法，該放射性碘吸附材即使於高溫、高濕度下亦具有耐久性，具備對於來自含有放射性碘及放射性碘化合物兩者之被處理氣體之放射性碘之吸附性能，而且可減低作用於吸附之物質的使用量。

該放射性碘吸附材具備基材活性碳、添加固著於基材活性碳之三伸乙基二胺、及添加固著於基材活性碳之鹼金屬碘化物，且三伸乙基二胺之添加固著量為該放射性碘吸附材重量之0.5~2.5重量%，鹼金屬碘化物之添加固著量為該放射性碘吸附材重量之1~3重量%，其製造方法具備對活性碳進行酸洗淨並乾燥而獲得基材活性碳之洗淨步驟，混合鹼金屬碘化物之水溶液並乾燥之第1添加固著步驟，及混合三伸乙基二胺之水溶液並乾燥之第2添加固著步驟。

Description

放射性碘吸附材及其製造方法

本發明有關放射性碘吸附材及其製造方法，尤其關於提高氣體狀之碘化合物之吸附效率的碘吸附材及其製造方法。

於輕水爐等之一般鈾型原子爐所用之核燃料中，鈾(²³⁵U)為核分裂反應之主要元素。因鈾(²³⁵U)之核分裂反應所生成之放射性物質的核種存在有例如鍶(⁹⁰Sr)、碘(¹³¹I)、銫(¹³⁴Cs、¹³⁷Cs)等。

通常，核燃料之鈾係收容於燃料棒內部，使內部之鈾核分裂物質不會擴散至外部。此處，某程度進行鈾之核分裂後，於對MOX燃料等之加工、核燃料之處置等時將燃料棒開封。且，燃料棒本身亦有損傷之風險。此等情況下，原則上雖於遮蔽環境下進行作業，但可能有萬一狀況下放射性同位素核種朝外部分散之虞。

因鈾之核分裂產生之放射性同位素核種中，已知碘係以氣體的I₂或甲基碘(CH₃I)等之有機碘化合物存在。碘(¹³¹I)之半衰期約為8天，但會邊放出高能量之β線邊衰變為氙(Xe)。因此，放射性碘於大氣中之擴散抑制問題相較於其他核種更為重要。尤其，於人體之攝取必須加以注意，可由推薦服用碘劑而得以了解。

於核能發電廠、核能相關設施(再處理設施、儲存設施)等中，於設施作業者之作業區域之空調機器具備有用以吸附大氣之空氣中所含之放射性碘之吸附材。除了對此等設施內之設置以外，亦開始檢討對於周邊居民之避難設施的空調機器之設置。可謂放射性碘吸附材之需求認為今後將會大增。

作為以往之放射性碘之吸附材，已知有例如添加固著碘化鉀之活性碳、添加固著銀之沸石等。然而，該等吸附材之碘及碘化合物之吸附性能未必充分。因此，提案有於活性碳中添加固著三伸乙基二胺與碘化鉀之吸附材(參考專利文獻1、2)。

專利文獻1、2中之代表放射性碘吸附材係於高溫、高濕下亦具有耐久性，而且具備碘及碘化合物兩者之吸附性能之極適宜之吸附材。然而，為了發揮放射性碘之吸附性能之添加固著成分昂貴，而探討使用量之減低。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2012-2606號公報

[專利文獻2]日本特開2015-45588號公報

隨後，本發明人針對放射性碘吸附材之材料、製作過程重複積極檢討，而確認即使比以往之條件更減低添加固著物質之量仍可充分發揮吸附效率。

本發明係鑑於上述狀況而提案者，而提供放射性碘吸附材及其製造方法，該放射性碘吸附材即使於高溫、高濕度下亦具有耐久性，具備對於來自含有放射性碘及放射性碘化合物兩者之被處理氣體之放射性碘之吸附性能，而且可減低作用於吸附之物質的使用量。

亦即，第1發明係有關一種放射性碘吸附材，其係自含有放射性碘之被處理氣體中吸附放射性碘之放射性碘吸附材，其特徵為前述放射性碘吸附材具備基材活性碳、添加固著於前述基材活性碳之三伸乙基二胺、及添加固著於前述基材活性碳之鹼金屬碘化物，前述三伸乙基二胺之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之0.5~2.5重量%，前述鹼金屬碘化物之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之1~3重量%。

第2發明係有關第1發明之放射性碘吸附材，其中前述鹼金屬碘化物為碘化鉀。

第3發明係有關第1發明之放射性碘吸附材，其中前述三伸乙基二胺之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之1.7~2.5重量%。

第4發明係有關第1發明之放射性碘吸附材，其中前述基材活性碳之BET比表面積為1900m²/g以下。

第5發明係有關一種放射性碘吸附材之製造方法，其係自含有放射性碘之被處理氣體中吸附放射性碘之放射性碘吸附材之製造方法，其特徵為具備下述步驟：對活性碳進行酸洗淨並乾燥而獲得基材活性碳之洗淨步驟，混合鹼金屬碘化物之水溶液與前述基材活性碳並乾燥而獲得第1添加固著活性碳之第1添加固著步驟，及混合三伸乙基二胺之水溶液與前述第1添加固著活性碳並乾燥而獲得第2添加固著活性碳之第2添加固著步驟，前述第1添加固著步驟中之前述鹼金屬碘化物之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之1~3重量%，前述第2添加固著步驟中之前述三伸乙基二胺之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之0.5~2.5重量%。

第6發明係有關第5發明之放射性碘吸附材之製造方法，其中前述鹼金屬碘化物為碘化鉀。

第7發明係有關第5發明之放射性碘吸附材之製造方法，其中前述三伸乙基二胺之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之1.7~2.5重量%。

第8發明係有關第5發明之放射性碘吸附材之製造方法，其中前述基材活性碳之BET比表面積為1900m²/g以下。

依據第1發明之放射性碘吸附材，由於係自含有放射性碘之被處理氣體中吸附放射性碘之放射性碘吸附材，且前述放射性碘吸附材具備基材活性碳、添加固著於前述基材活性碳之三伸乙基二胺、及添加固著於前述基材活性碳之鹼金屬碘化物，前述三伸乙基二胺之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之0.5~2.5重量%，前述鹼金屬碘化物之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之1~3重量%，故可獲得具備對於來自含有放射性碘及放射性碘化合物兩者之被處理氣體之放射性碘之吸附性能，而且可減低作用於吸附之物質的使用量之放射性碘吸附材。

依據第2發明之放射性碘吸附材，由於第1發明中，鹼金屬碘化物為碘化鉀，故性狀安定，亦比較容易調製。

依據第3發明之放射性碘吸附材，由於第1發明中，前述三伸乙基二胺之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之1.7~2.5重量%，故具備更高吸附能力。

依據第4發明之放射性碘吸附材，由於第1發明中，前述基材活性碳之BET比表面積為1900m²/g以下，故可避免因對吸附性能有影響之每體積之藥品添加固著量及細孔容積之減少所致之失效時間(breakthrough time)之降低而使性能降低。

依據第5發明之放射性碘吸附材之製造方法，由於係自含有放射性碘之被處理氣體中吸附放射性碘之放射性碘吸附材之製造方法，且具備下述步驟：對活性碳進行酸洗淨並乾燥而獲得基材活性碳之洗淨步驟，混合鹼金屬碘化物之水溶液與前述基材活性碳並乾燥而獲得第1添加固著活性碳之第1添加固著步驟，及混合三伸乙基二胺之水溶液與前述第1添加固著活性碳並乾燥而獲得第2添加固著活性碳之第2添加固著步驟，且前述第1添加固著步驟中之前述鹼金屬碘化物之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之1~3重量%，前述第2添加固著步驟中之前述三伸乙基二胺之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之0.5~2.5重量%，故可藉由簡便之製造方法獲得具備對於來自含有放射性碘及放射性碘化合物兩者之被處理氣體之放射性碘之吸附性能，而且可減低作用於吸附之物質的使用量之放射性碘吸附材。

依據第6發明之放射性碘吸附材之製造方法，由於第5發明中，前述鹼金屬碘化物為碘化鉀，故性狀安定，亦比較容易調製。

依據第7發明之放射性碘吸附材之製造方法，由於第5發明中，前述三伸乙基二胺之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之1.7~2.5重量%，故具備更高吸附能力。

依據第8發明之放射性碘吸附材之製造方法，由於第5發明中，前述基材活性碳之BET比表面積為1900m²/g以下，故可避免因對吸附性能有影響之每體積之藥品添加固著量及細孔容積之減少所致之失效時間之降低而使性能降低。

圖1係說明本發明之放射性碘吸附材之製造方法之概略步驟圖。

本發明之放射性碘吸附材係藉由自含有放射性碘(主要為¹³¹I)之被處理氣體吸附放射性碘，而用以抑制放射性碘朝大氣中擴散之吸附材。因鈾核分裂產生之碘(¹³¹I等)係鹵素之一種，故富含反應性，根據溫度條件而定，碘(I₂)以氣體存在。且，亦已知藉由電離狀態之I^-與其他有機物之反應與源自有機物之甲基反應而生成甲基碘(CH₃I)等之有機碘化合物。作為如此之對於氣體中含有放射性碘及碘化合物之被處理氣體效率良好之吸附材，提案有本發明之放射性碘吸附材。

因此，關於放射性碘吸附材，與圖1之概略步驟圖一併一起說明其製造方法。準備基材活性碳作為放射性碘吸附材之主體的材料。基材活性碳係習知之活性碳(Activated carbon)之粒狀物。活性碳係將木材之製材、加工時產生之鋸屑(大鋸屑)或鉋屑等、廢材或疏伐材、廢竹、伐採竹、椰子殼等之富含纖維素成分之木質植物原料的粉碎物經過碳化、燒成、適當之賦活之碳化物。除了植物原料以外，於活性炭中亦可添加廢輪胎、酚樹脂等之各種樹脂製品之碳化物等。因此，可以比較便宜及量調製基材活性碳。

活性碳可作為吸附、過濾材料使用，因安全性高且藉由活性碳表面發達之細孔而可以廣範圍物質作為吸附對象。因此，如下述之添加固著物質等對於活性碳表面及其細孔之附著、含有放射性碘及碘化合物之被處理氣體對於活性碳細孔內之浸透性能亦高。活性碳之大小為1至5mm左右之粒狀體，大小為不定形。活性碳之大小或形狀之控制藉由粉碎、破碎、篩濾等而為任意。然而，放射性碘吸附材係以含有放射性碘之被處理氣體為吸附對象。於粒徑極端細時，有因阻塞等而使壓力損失變大，對於氣體通氣亦產生影響之虞。惟，若可能邊使被處理氣體加壓邊通氣，則亦可選擇粉末狀活性碳。

作為活性碳之吸附性能之評價指標，係利用BET法之比表面積(m²/g)。作為一般傾向，比表面積越增加，活性碳內部之細孔越發達，吸附性能越高。然而，與吸附對象之關係，重要的是應使細孔發達至何種範圍之大小，單純的增大比表面積並未與吸附性之提高相符。尤其，本發明之放射性碘吸附材係以有機碘化合物等為主要吸附對象。該情況，係考慮吸附對象之分子大小等而認為具有相對較多介孔(約2至50nm之範圍的細孔)之活性碳較佳。

因此，基於後述實施例之驗證，吸附甲基碘等之有機碘化合物時之活性碳之BET法之比表面積經導出為1900m²/g以下。BET法之比表面積超過1900m²/g時，因甲基碘之失效時間降低而呈現性能降低。再者，比表面積之上限規定為1750m²/g以下，進而為1550m²/g以下，更好為1400m²/g以下。關於比表面積之下限，較好為1100m²/g。比表面積之增加隨著對於吸附能力造成影響之每體積之藥品添加固著量及細孔容積之減少，造成作為吸附材之失效時間之降低。

最初將活性碳浸漬於稀鹽酸之弱酸性溶液中，以該弱酸性溶液進行煮沸。隨後，經過水洗及乾燥並供於如下步驟而獲得基材活性碳(「洗淨步驟」)。為了便宜地精加工，活性碳大多使用如前述之源自天然物之原料。因此，無法完全去除品質之偏差。且，活性碳之表面及細孔內存在有機物、鹽類時，認為有阻礙如下所述之鹼金屬之碘化物、三伸乙基二胺之添加固著之虞。因此，將活性碳於稀鹽酸等之弱酸性溶液中煮沸時，可使有機物分解，亦可能溶解鹽類。結果，可事先實現品質之安定化。尤其，三伸乙基二胺呈現鹼性。因此，認為較好藉由酸洗淨減少活性碳表面之鹼性基。

其次調製鹼金屬碘化物之水溶液，使該水溶液與基材活性碳混合，隨後乾燥，獲得第1添加固著活性碳(「第1添加固著步驟」)。鹼金屬碘化物具體為碘化鉀(KI)或碘化鈉(NaI)。其以外之鹼金屬時，由於與當量(每1莫耳之克數)之關係而使用量增加，且價格比碘化鉀更貴。碘化鉀之性狀安定，比較容易調製因而可較好地使用。

鹼金屬碘化物(碘化鉀或碘化鈉)之放射性碘吸附作用認為係如下。吸附材側之安定同位素之碘(¹²⁷I₂)與被處理氣體中之放射性碘(¹³¹I₂等)接觸時，產生碘核種之交換。關於此，例如參考式(i)之反應。式(i)係碘化鉀「KI」之例，「I^*」係表示碘之放射性同位素。結果，被處理氣體中之放射性碘比接觸前更減低。因此，鹼金屬碘化物作用於對被處理氣體中以單體存在之放射性碘(¹³¹I₂等)與放射性甲基碘(CH₃ ¹³¹I等)之放射性有機碘化合物之去除。

【化1】CH ₃ I ^* +KI→CH ₃ I+KI ^* ．．．(i)

碘化鉀或碘化鈉溶解於水中後，藉由對基材活性碳之吹附塗佈、浸漬等而與水溶液充分混合。鹼金屬碘化物之水溶液係考慮最終添加固著量而進行濃度調整。隨後，施加使水分充分蒸發之溫度、時間予以乾燥。由於鹼金屬碘化物為鹽，故亦可提高乾燥時之溫度。惟，由於必須避免基材之熱分解，而設為約100至200℃之加熱及乾燥條件。

第1添加固著步驟中之鹼金屬碘化物之添加固著量係控制為最終完成之放射性碘吸附材之重量的1至3重量%，更好為1.5至3重量%。每單位放射性碘吸附材之重量比低於1重量%時，鹼金屬碘化物(碘化鉀等)之量變少吸附效果降低。而且高於1.5重量%時，效果更高。關於上限，重量比即使超過3重量%吸附效果之提高已為極限，基於效果之方面認為係過量。因此，基於抑制使用量之主旨，上限規定為3重量%。

接著，調製三伸乙基二胺之水溶液。使該三伸乙基二胺之水溶液與第1添加固著活性碳混合，隨後乾燥，獲得第2添加固著活性碳(「第2添加固著步驟」)。三伸乙基二胺係以式(f)表示之構造，亦稱為1,4-二氮雜雙環[2.2.2]辛烷。三伸乙基二胺於其分子中具有2處之3級胺。而且，氮原子周圍之鍵結朝後被束縛之構造。由此，認為孤立電子對不易受到立體障礙而成為富含親核性之區域。因此，對於被處理氣體中之包含放射性碘之甲基碘(CH₃ ¹³¹I)等易產生親核性反應，而產生4級銨鹽。該反應係以例如式(ii)之機構加以說明。

【化3】2CH ₃ I+N(CH ₂ CH ₂ ) ₃ N→I ^- ．[CH ₃ N ⁺ (CH ₂ CH ₂ ) ₃ N ⁺ CH ₃ ]．I ^- ．．．(ii)

三伸乙基二胺溶解於水中後，藉由對基材活性碳之吹附塗佈、浸漬等而與水溶液充分混合。三伸乙基二胺之水溶液係考慮最終添加固著量而進行濃度調整。隨後，施加使水分充分蒸發之溫度、時間予以乾燥。惟，三伸乙基二胺於超過100℃之高溫下會熱分解而使添加固著量減少。因此，為了避免熱分解，而乾燥時藉由約80℃以下，較好70℃以下之溫度條件予以乾燥。因此，於法進行第1添加固著步驟所述之依存於高溫之乾燥。因此基於乾燥之方便起見，三伸乙基二胺溶解於水中時，使用之水量係考慮低溫乾燥而使第1添加固著活性碳濕潤之程度的量。

第2添加固著步驟中之三伸乙基二胺之添加固著量係控制為最終完成之放射性碘吸附材之重量的0.5至2.5重量%。該添加固著量之上限係基於後數實施例之驗證。添加固著量即使超過3重量%，與超過量相符之性能提高效果少。其理由為於進而減少之例中，吸附結果亦為良好之故。關於下限，若未伴隨約0.5重量%之添加固著量，則認為缺乏效果。因此，於更提高效果時，期望為1.7重量%以上之添加固著量。因此，三伸乙基二胺之添加固著量規定為0.5至2.5重量%之範圍，進而為1.7至2.5重量%之範圍。至第2添加固著步驟結束，完成「放射性碘吸附材」。

如此為極單純之性狀並且比以往之吸附材更抑制添加固著成分。因此，放射性碘吸附材可作為氣體用之濾材，例如填充於吸塵器、空氣淨化裝置、空調機器之適當外氣等之吸入口、收容部等(未圖示)。該等機器亦可設置於核能發電廠、核燃料再處理設施、核燃料等之廢棄或儲存設施，進而該等設施外之避難設施等。尤其，由於即使抑制對活性碳之添加固著成分，亦可期待同等效果，故具有使用量減低、使用期間延長等之優點。

[實施例] [使用原料]

本發明人為了製作放射性碘吸附材，而使用下述原料。

．活性碳

使用TSURUMI COAL股份有限公司製，椰子殼活性碳「HC-20」(粒徑：1.18-2.36mm)(活性碳1)。

．鹼金屬碘化物

作為鹼金屬碘化物，使用碘化鉀(和光純藥股份有限公司製)。

．三伸乙基二胺

三伸乙基二胺係使用關東化學股份有限公司製。

[放射性碘吸附材之製作(I)]

本發明人改變三伸乙基二胺之添加固著量而製作4種放射性碘吸附材(製作例1至4)。首先，於水3L中添加1N之鹽酸120mL，調製鹽酸稀釋液，於其中投入活性碳1500g。此時，活性碳煮沸約30分鐘。煮沸後，以水流洗淨活性碳。藉由水流之洗淨係持續至洗淨水之pH侷限於6至8之範圍。水洗後，於115℃乾燥16小時，獲得基材活性碳。

將碘化鉀8g溶解於水300mL中，調製碘化鉀水溶液。於前述基材活性碳400g中添加碘化鉀水溶液，以使兩者充分親和之方式充分混合。隨後，於115℃歷時16小時作成碘化鉀添加固著活性碳(第1添加固著活性碳)。

將三伸乙基二胺12g(試作例1)、三伸乙基二胺20g(試作例2)、三伸乙基二胺28g(試作例3)、三伸乙基二胺10.8g(試作例4)溶解於水67mL中，調製各例之三伸乙基二胺水溶液。藉由噴霧器對前述碘化鉀添加固著活性碳噴霧三伸乙基二胺水溶液，以使兩者親和之方式充分混合。接著，於80℃以下，主要邊維持於70℃左右之溫度邊進行乾燥。乾燥係持續至可確認乾燥前後約2%之重量變化為止。如此製作試作例1至4之放射性碘吸附材。

[物性測定] <關於活性碳細孔之物性值>

測定基材活性碳與添加固著兩物質之放射性碘吸附材兩者之物性。結果彙總示於表1。測定項目中，填充密度(g/mL)、乾燥減量(%)、苯吸附力(%)、強熱殘留分(%)、粒度分布(%)、硬度(%)及起火點(℃)係依據JIS K 1474(2014)測定。

比表面積(m²/g)係使用MICROTRAC BEL股份有限公司製之自動比表面積/細孔分析測定裝置「BELSORP-miniII」，測定77K之氮吸附等溫線，由BET法求得(BET比表面積)。且，後述之細孔容積亦藉由相同裝置測定。

<碘化鉀之添加固著量>

針對各試作例之放射性碘吸附材，測定實際之添加固著之碘化鉀量。放射性碘吸附材之碘化鉀萃取時，對於10g之放射性碘吸附材以離子交換水200mL作為溶劑，使用索氏萃取器(Soxhlet extractor)萃取24小時。採取萃取液，於其中添加離子交換水予以稀釋，調製總量250mL之萃取溶液。

於100mL之分液漏斗中添加萃取溶液與離子交換水，將總量設為10mL。於其中添加2N硫酸5mL、30%過氧化氫水溶液2mL並靜置5分鐘。接著，添加氯仿20mL振盪1分鐘後，分取分離於下層之氯仿層。再度於分液漏斗中添加氯仿20mL振動1分鐘後，分取分離於下層之氯仿層。對回收之氯仿層另外添加氯仿調製總量50mL之樣品液。

將樣品液移至石英管(光路徑長1cm)中，使用吸光光度計(日立高科技股份有限公司製，U-2001，雙光束分光光度計)，測定波長510nm之吸光度。預先藉由已知濃度之碘化鉀溶液作成檢量線，求出濃度。接著，自基材活性碳之碘化鉀量(添加固著量)算出每單位重量活性碳之添加固著量(重量%)。

<三伸乙基二胺之添加固著量>

針對各試驗例之放射性碘吸附材，測定實際添加固著之三伸乙基二胺量。放射性碘吸附材之三伸乙基二胺萃取時，對於10g之放射性碘吸附材以甲醇200mL作為溶劑，使用索氏萃取器萃取24小時。採取萃取液，於其中添加甲醇予以稀釋，調製總量250mL之萃取溶液。

使用氣體層析儀(日立高科技股份有限公司製，G-3900)，測定藉由前述甲醇之萃取溶液中之三伸乙基二胺量。載氣使用氮氣，使用管柱(GL SCIENCE股份有限公司製，Unisole 10T+KOH)、檢測器(FID)。預先將已知濃度之三伸乙基二胺溶液填充於氣體層析儀中作成檢量線，由比較檢測圖譜中之波峰面積而量測量，自基材活性碳之三伸乙基二胺量(添加固著量)算出每單位重量活性碳之添加固著量(重量%)。

<放射性碘之吸附量測定>

測定放射性碘之吸附量時，藉由放射性甲基碘之吸附量評價各試作例之放射性碘吸附材之性能。因此，使用含有碘之放射性同位素之放射性甲基碘，進行其去除效率之確性試驗(單位：%)。試驗內容係依據ASTM D3803-91。

對各試作例之放射性碘吸附材通入濕潤空氣(壓力：約1大氣壓，溫度：30.0℃，相對溼度：約95%)16小時使水分飽和。接著，通入濕潤空氣(壓力：約1大氣壓，溫度：30.0℃，相對溼度：約95%)120分鐘。隨後，通入含有甲基碘(質量濃度1.75mg/m³)之濕潤空氣(壓力：約1大氣壓，溫度：30.0℃，相對溼度：約95%)60分鐘，測定¹³¹I之伽馬射線之放射強度，求出透過率，求出放射性碘去除效率。

[放射性碘吸附材之製作(I)之結果與探討]

依據試作例1、2、3，碘化鉀(鹼金屬碘化物)之添加固著量大致相等，三伸乙基二胺之添加固著量依序增加。然而，觀察最終放射性碘之去除效率時，三伸乙基二胺之添加固著量之差程度，對數值之差異小。由此，三伸乙基二胺之添加固著量有減輕之餘地。尤其，基於即使低於3.0重量%之添加固著量亦有助於放射性碘之吸附，可導出三伸乙基二胺之較佳添加固著量設為0.5至2.5重量%之範圍。針對碘化鉀之添加固著量，基於各試作例中之實測值，可考慮約1至3重量%之範圍為適當。

試作例4係以與試作例1至3不同之活性碳為基材之例。因此，係考慮成為基材之活性碳物性上之差異之影響。若比較試作例1與4，則碘化鉀之添加固著量為同等或稍多，而且三伸乙基二胺之添加固著量亦增加。然而，放射性碘之去除效率稍降低。關於其作用雖尚未完全明瞭，但認為大概與活性碳表面之表面酸性基或親水性基等之存在量有極大關連性。

[放射性碘吸附材之製作(II)]

由前述之「放射性碘吸附材之製作(I)」，可掌握製作放射性碘吸附材時之基本物性與添加固著量。因此，進一步詳細驗證碘化鉀及三伸乙基二胺之添加固著量範圍，同時亦驗證對於基材活性碳之較佳比表面積之範圍。製作變更三伸乙基二胺之添加固著量之例為試作例11至14，變更碘化鉀之添加固著量之例為試作例15至17，變更比表面積之例為試作例18至22。

不同BET比表面積之評價時，進而使用以下之活性碳2至8。各活性碳之BET比表面積之測定與前述相同。

製作活性碳2至8時，準備共通之椰子殼活性碳並變更賦活條件(時間)而獲得比表面積不同之活性碳。任一活性碳均調整為於粒徑1.18至2.36mm之範圍內之粒度分佈成為相同。

(活性碳2)：比表面積：1173m²/g

(活性碳3)：比表面積：1223m²/g

(活性碳4)：比表面積：1394m²/g

(活性碳5)：比表面積：1519m²/g

(活性碳6)：比表面積：1725m²/g

(活性碳7)：比表面積：1552m²/g

(活性碳8)：比表面積：1723m²/g

<試作例11至14之製作>

製作變更三伸乙基二胺之添加固著量之試作例11至14時，溶解於水67mL之三伸乙基二胺設為4.0g(試作例11)、6.0g(試作例12)、8.8g(試作例13)、9.6g(試作例14)，依序增量而分別調製三伸乙基二胺水溶液。試作例11至14中碘化鉀之添加固著量與前述之試作例1至4之製作共通。試作例11至14之基材活性碳使用與試作例1至4同樣之活性碳 1，進行同樣調製。

<試作例15至17之製作>

製作變更碘化鉀之添加固著量之試作例15至17時，溶解於水300mL之碘化鉀設為12.0g(試作例15)、20.0g(試作例16)、28.0g(試作例17)，依序增量而調製碘化鉀水溶液。三伸乙基二胺之添加固著量全部共通，藉由水67mL溶解10.8g之三伸乙基二胺調製溶液。試作例15至17之基材活性碳使用與試作例1至4同樣之活性碳1，進行同樣調製。

<試作例18至22之製作>

試作例18至22係使用比表面積不同之活性碳作為基材活性碳。試作例18使用「活性碳2」，試作例19使用「活性碳3」，試作例20使用「活性碳4」，試作例21使用「活性碳5」，試作例22使用「活性碳6」。製作試作例18至22時，三伸乙基二胺之添加固著量全部共通，藉由水67mL溶解10.8g之三伸乙基二胺調製溶液。試作例18至22中之碘化鉀之添加固著量與前述試作例1至4之製作共通。活性碳之調製與前述相同。

試作例11至22之製作方法及其分析方法，與前述之試作例1至4共通。試作例11至22之結果示於表2至表5。惟，該製作(II)中，為簡略化，省略「放射性碘去除效率之測定」，並測定甲基碘之失效時間。且，為了掌握基材活性碳之性狀，亦測定全細孔容積(cm³/g)與細孔直徑之每區間(「未達2nm」、「2至4nm」、「4至10nm」、「10至50nm」、「50nm以上」)之細孔容積。

(失效時間之測定)

甲基碘藉由空氣稀釋調整為20ppm之通氣氣體濃度，送入填充有各式作例之管柱內。管柱內徑為2.0cm，層高為5.0cm，填充量為15.7mL。通氣條件係設為風量3770mL/min，LV為0.20m/sec，SV為14408h^-1，方向為逆流，溫度為29.6至30.0℃，相對溼度為86.0至96.0%之條件。而且，失效時點之濃度為2ppm，由檢測管予以測定。通氣開始(20ppm)起至超過失效時點之濃度(2ppm)之時間設為失效時間。

[放射性碘吸附材之製作(II)之結果與探討] <1.三伸乙基二胺之添加固著量>

由試作例11至14，與三伸乙基二胺之添加固著量成比例地失效時間變長，作為吸附劑之性能良好。此處，考慮對放射性碘吸附材所要求之性能時，失效時間超過240min之範圍為非常良好，已可充分發揮性能。又，所謂失效時間240min由於係既有吸附材之標準值故採用為基準。因此，針對三伸乙基二胺之添加固著量，將2.5重量%規定為上限。關於下限，基於性能發揮之觀點，為0.5重量%，較好為1.2重量%，更好為1.5重量%。且，基於失效時間超過240min之添加固著量而規定下限時為1.7重量%。

<2.碘化鉀之添加固著量>

試作例15至17係若碘化鉀添加固著量增加，則失效時間成反比地減少。試作例17之碘化鉀之添加固著量6.1重量%時，失效時間低於240min。認為或許是因碘化鉀之物理障礙而阻礙對試作例之吸附材的吸附。基材活性碳之添加固著成分即碘化鉀之角色認為並非是甲基碘本身之吸附，反而是碘原子之取代(參考前述之式(i))。因此，應分別考慮碘化鉀之添加固著量與甲基碘吸附之評價。因此，作為兼具吸附時之干涉抑制與促進取代兩者之範圍，失效時間超過240min之碘化鉀之添加固著量上限為5重量%，進而較佳之上限為3重量%。

<3.基材活性碳之BET比表面積>

自試作例18至22中之BET比表面積與失效時間之關係，試作例22之BET比表面積若超過1700m²/g，則失效時間降低至240min。又，直至試作例21，若BET比表面積增加，仍較其他試作例漸減。再者，著眼於表4之每區間之細孔容積時，於BET比表面積最大之試作例22之介孔範圍減少，微孔範圍增加。基於該點，可預測甲基碘分子與細孔之大小差異將影響吸附效率。因此，除了細孔分佈以外亦考慮BET比表面積時，將上限規定為1900m²/g以下，進而規定為1850m²/g以下，又更好規定為1750m²/g以下。針對比表面積之下限，基於試作例18而為1100m²/g，較好由試作例19及20可導出1200至1300m²/g，更好由試作例20及21可導出1400至1500m²/g。

[放射性碘吸附材之製作(III)]

考慮放射性碘吸附材之製作(I及II)之結果，分割出更最佳之添加固著量與比表面積之範圍。因此，驗證滿足該範圍之規格的放射性碘吸附材(試作例31至35)之放射性碘之吸附效果。

<試作例31、32之製作>

製作試作例31、32時，溶解於水67mL之三伸乙基二胺設為4.0g(試作例31)、10.8g(試作例32)，分別調製三伸乙基二胺水溶液。試作例31、32中碘化鉀之添加固著量與前述之試作例1至4之製作共通。試作例31、32之基材活性碳使用與試作例1至4同樣之活性碳1，進行同樣調製。

<試作例33之製作>

製作試作例33時，溶解於水300mL之碘化鉀設為12.0g(試作例15)，調製碘化鉀水溶液。三伸乙基二胺之添加固著量，藉由水67mL溶解10.8g之三伸乙基二胺調製溶液。試作例33之基材活性碳使用與試作例1至4同樣之活性碳1，進行同樣調製。

<試作例34、35之製作>

製作試作例34、35時，試作例34使用「活性碳7」，試作例35使用「活性碳8」。製作試作例34、35時，三伸乙基二胺之添加固著量共通，藉由水67mL溶解10.8g之三伸乙基二胺調製溶液。試作例34、35中之碘化鉀之添加固著量與前述試作例1至4之製作共通。活性碳之調製與前述相同。

試作例31至35之製作方法及其分析方法，與前述之試作例1至4共通。試作例31至35之結果示於表6及7。試作例31至35之放射性碘之吸附量測定係依據前述放射性碘吸附材之製作(I)所說明之ASTM D3803-91，以共通條件下實施。

[放射性碘吸附材之製作(III)之結果與探討]

由使用試作例31至35之放射性點吸附材時之放射性碘之去除效率之結果，可知實際之放射性碘之去除性能與放射性碘吸附材之製作(I及II)大致一致。因此，對於已述之基材活性碳中添加固著之碘化鉀(鹼金屬碘化物)及三伸乙基二胺之添加固著量為適當。且，亦可確認基材活性碳之比表面積之適性。

[產業上之可利用性]

本發明之放射性碘吸附材，擔持於活性碳之添加固著物質之量可比既有產品更減低，仍能發揮良好吸附性能，而可更便宜地製造，可有利地代替既有產品而作用。且，依據放射性碘吸附材之製造方法，由於更易引出添加固著物質之性能，故即使減少添加固著物質量，仍可維持效果。

Claims

一種放射性碘吸附材，其係自含有放射性碘之被處理氣體中吸附放射性碘之放射性碘吸附材，其特徵為前述放射性碘吸附材具備基材活性碳、添加固著於前述基材活性碳之三伸乙基二胺、及添加固著於前述基材活性碳之鹼金屬碘化物，前述三伸乙基二胺之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之0.5~2.5重量%，前述鹼金屬碘化物之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之1~3重量%。
如請求項1之放射性碘吸附材，其中前述鹼金屬碘化物為碘化鉀。
如請求項1之放射性碘吸附材，其中前述三伸乙基二胺之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之1.7~2.5重量%。
如請求項1之放射性碘吸附材，其中前述基材活性碳之BET比表面積為1900m ²/g以下。
一種放射性碘吸附材之製造方法，其係自含有放射性碘之被處理氣體中吸附放射性碘之放射性碘吸附材之製造方法，其特徵為具備下述步驟：對活性碳進行酸洗淨並乾燥而獲得基材活性碳之洗淨步驟，混合鹼金屬碘化物之水溶液與前述基材活性碳並乾燥而獲得第1添加固著活性碳之第1添加固著步驟，及混合三伸乙基二胺之水溶液與前述第1添加固著活性碳並乾燥而獲得第2添加固著活性碳之第2添加固著步驟，前述第1添加固著步驟中之前述鹼金屬碘化物之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之1~3重量%，前述第2添加固著步驟中之前述三伸乙基二胺之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之0.5~2.5重量%。
如請求項5之放射性碘吸附材之製造方法，其中前述鹼金屬碘化物為碘化鉀。
如請求項5之放射性碘吸附材之製造方法，其中前述三伸乙基二胺之添加固著量為前述放射性碘吸附材重量之1.7~2.5重量%。
如請求項5之放射性碘吸附材之製造方法，其中前述基材活性碳之BET比表面積為1900m ²/g以下。