汚染水中のヨウ素とストロンチウムの除去材を開発

塩素やミネラルを含む汚染水からも選択除去可能で　原発処理利用へ期待

2011.07.27

独立行政法人物質・材料研究機構

元素戦略材料センター資源循環設計グループのシェリフエルサフティ (Sherif El-Safty) 主幹研究員は、メゾポーラス材料と呼ばれる多孔質材料を用いて水溶液中に存在するごく微量のヨウ素 (I) およびストロンチウム (Sr) を選択的に吸着・除去できる捕獲材を開発した。

概要

独立行政法人物質・材料研究機構 (理事長 : 潮田資勝) 元素戦略材料センター (センター長 : 津﨑兼彰) 資源循環設計グループ (グループリーダー : 原田幸明) のシェリフエルサフティ (Sherif El-Safty) 主幹研究員は、メゾポーラス材料と呼ばれる多孔質材料を用いて水溶液中に存在するごく微量のヨウ素 (I) およびストロンチウム (Sr) を選択的に吸着・除去できる捕獲材を開発した。
この捕獲材はシリカ(酸化硅素)の多孔質体で、表面には高秩序で整列した微細な孔が無数に存在する。研究では、ナノサイズの微細な孔の内壁に、ヨウ素イオンもしくはストロンチウムイオンを選択的に捕獲する吸着性化合物をびっしりと敷きつめた。こうして作った捕獲材を汚染水に混ぜることで、ヨウ素イオンまたはストロンチウムイオンを選択的に捕獲することに成功した。捕獲材の孔の内壁に敷いた吸着性化合物は非常に高密度で並ぶため、ヨウ素では0.001ppm、ストロンチウムでは0.5ppmというごく微量でも捕獲が可能である。
イオンの捕獲のメカニズムは化学的作用であるため、原理的には化学的性質が同等のI¹³¹やSr⁹⁰のような放射性同位元素も同じように吸着、捕獲することができる。このヨウ素用捕獲材1gあたり0.02gのヨウ素が吸着除去でき、これがすべてI¹³¹なら90T (テラ=1兆) ベクレルに相当する。またストロンチウム用捕獲材1gで吸着除去できるストロンチウム量は13mgであり、放射性Sr⁹⁰ならば65G (ギガ=10億) ベクレルに相当する。
この捕獲材の大きな特徴は選択性が高いことである。従来の吸着材では周期表で上下に並んだ同じ族になる物質をも同等に吸着するものが多い。ヨウ素に対しては塩素 (Cl) 、ストロンチウムに対してはマグネシウム (Mg) やカルシウム (Ca) という海水等に大量に含まれる成分との区別がつかなくなる場合も多かった。今回開発した捕獲材では、目的の元素と他の物質とを厳密に識別して捕獲することができ、ミネラル分や海水の混じった水溶液中からもヨウ素やストロンチウムの除去が可能である。
さらに、捕獲材に捕獲されたヨウ素やストロンチウムは「逆抽出」という処理を行うことで捕獲材から分離することができる。この特徴により、集めた放射性元素を濃縮し容積を減らして、より効果的に管理することも可能になる。また捕獲材をくり返し再利用することもできる。
また、ヨウ素捕獲材ではヨウ素を吸着すると捕獲材の色が変化する。そのため捕獲が有効に行われていることを目視で確認できるだけでなく、放射性ヨウ素の検出にも使用することができる。
今後他機関と連携して放射線環境での劣化試験などを行ない、早急に実用に供したいと考えている。
なお、本研究においてヨウ素に関する部分は、平成23年度科学技術戦略推進費「重要政策課題への機動的対応の推進」によるプロジェクト「農地土壌等における放射性物質除去技術の開発 (うち、天然鉱物等の無機材料を利用した環境からの放射性物質回収・除去技術等の開発) 」により遂行したものである。

参考資料中の図5 : HOM-DSNDPの光学スペクトルのヨウ素量に対する変化と色の違い