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佐野 雄一; 坂本 淳志; 竹内 正行; 三角 隆太*; 國井 佳奈子*; 轟 慧*; 仁志 和彦*; 上ノ山 周*
化学工学論文集, 44(6), p.335 - 340, 2018/11
高い処理能力や相分離能力などの特徴を有する回転円筒型液液抽出装置に関して、装置の性能向上を目指す上で重要となる装置内部での流動・分散特性について、装置の運転条件の違いが及ぼす影響やこれによる抽出性能の変化について知見を得ることを目的に、乱流数値モデルにもとづいた解析を実施するとともに、実験結果との比較を行った。ロータ回転数の増加や供給液流量の低下により、アニュラー部における液相の存在領域が上下に分断される傾向が示されるとともに、いずれの条件においてもアニュラー下部においてはロータ中心部に向かう流れの形成が確認された。分散相の液滴径は、ロータ回転数の増加および供給液流量の低下により減少する傾向が認められた。以上の結果は、実験により得られた傾向と一致した。さらに、水相/有機相間の物質移動を考慮した解析により、ロータ回転数の違いによる抽出性能の変化が概ね再現できることを確認した。
三角 隆太*; 轟 慧*; 國井 佳奈子*; 仁志 和彦*; 上ノ山 周*; 佐野 雄一; 坂本 淳志; 竹内 正行
化学工学論文集, 44(5), p.285 - 291, 2018/09
原子力分野の使用済核燃料再処理プロセスでは回転円筒型液液抽出装置の利用が注目されているが、抽出効率に大きく関連する装置内の流動状態に対する装置サイズの影響については十分な検討が行われていない。同装置は、円筒ロータ槽底近傍の固定羽根で撹拌される混合部と、ロータ内の分離部で構成される。本研究では、純水だけを用いたモデル実験により、装置サイズが異なる2つの遠心抽出器の混合部のビデオ撮影により流動状態と操作条件・装置サイズとの関係を整理し、混合部の流速分布をParticle Image Velocimetryにより計測し、操作条件との関係を整理した。その結果いずれの装置サイズにおいても、混合部の流動状態は、槽底からロータ下部までが液で満たされる流動状態A、液の存在領域が槽底近傍とロータ下部近傍に鉛直方向にわかれる流動状態B、その中間となる遷移状態に分類されることがわかった。ロータ回転数が遅く、供給流量が多いときに状態Aとなる傾向があり、装置サイズにかかわらず状態Aから遷移状態へ変化する操作条件は、装置サイズで正規化した供給流量とロータ内の気液界面形状にもとづいて推算したロータの液排出能力の関係で整理できることがわかった。さらに、混合部が液で充満される流動状態Aにおいては、液流速の大きさは装置サイズにかかわらずロータの回転周速度におおよそ比例することがわかった。
三角 隆太*; 國井 佳奈子*; 轟 慧*; 仁志 和彦*; 上ノ山 周*; 佐野 雄一; 坂本 淳志; 竹内 正行
化学工学論文集, 44(3), p.135 - 141, 2018/05
被引用回数：1 パーセンタイル：4.81(Engineering, Chemical)原子力分野の使用済核燃料再処理プロセスでは回転円筒型液液抽出装置の利用が注目されているが、抽出効率に大きく関連する装置内の流動状態に対する操作条件の影響については十分な検討が行われていない。本研究では、主要な操作因子であるロータ回転数や溶液の供給流量が異なる条件を対象に、混合部の流動状態の観察、ならびにParticle Image Velocimetryによる流速分布測定を行った。ロータ回転数や溶液の供給流量が変化した場合に、装置内の混合部の流動状態が、(a)混合部底面からロータ下部までが液体で満たされロータの回転の影響が流速分布に強く影響する状態(流動状態A)、(b)混合部下部における液の存在領域が、槽底の固定羽根近傍とロータ下部近傍に鉛直方向に大きく2つに分断される状態(流動状態B)、(c)これら2つの状態の過渡的な状態(遷移状態)の3種類の状態に分類されることを明らかにした。8枚の固定羽根が槽底に放射状に取り付けられた混合部では、2枚の固定羽根と槽壁に囲まれた各領域内で、槽壁近傍ではロータの回転方向に沿った流れが形成され、下流側の固定羽根に沿って曲げられ槽底中心部に流れ込むフローパターンであることがわかった。流動状態Aでは、混合部内の水平断面内の流速分布はロータ回転数に対しておおよそ比例するが、流動状態Bでは流動状態Aより流速が遅く、ロータ回転数には比例しないことがわかった。
成田 弘一*; 前田 泰生*; 所 千晴*; 鈴木 智也*; 田中 幹也*; 元川 竜平; 塩飽 秀啓; 矢板 毅
Analytical Sciences, 33(11), p.1305 - 1309, 2017/11
被引用回数：11 パーセンタイル：40.32(Chemistry, Analytical)Using 
-tetra-2-ethylhexyl-thiodiglycolamide (TEHTDGA) in 
-dodecane as the extractant, we compared the percentages of Pd(II) extracted from HCl and HBr solutions, and analyzed the structures of the Pd(II)-extractant complexes. TEHTDGA rapidly extracted Pd(II) from both HCl and HBr solutions, predominantly by formation of a 1:2 Pd(II)/TEHTDGA complex. The extractability of Pd(II) from HBr solution was inferior to that from HCl solution. FT-IR spectroscopy and EXAFS measurements indicated that two of the halide ions in the tetrachloro- or tetrabromopalladate(II) ions were replaced by the sulfur atoms of two TEHTDGA molecules. In the [PdBr
(TEHTDGA)] complex, the Pd-S bond was shorter than the Pd-Br bond. We suggest that this bond length difference resulted in greater steric hindrance during coordination of TEHTDGA to the Pd(II) atom in the HBr system than in the HCl system, leading to the lower extractability in the HBr system.
長縄 弘親
分析化学, 66(11), p.797 - 808, 2017/11
被引用回数：6 パーセンタイル：22.6(Chemistry, Analytical)近年、日本原子力研究開発機構(JAEA)において開発された新しい液液抽出法、"エマルションフロー法"は、簡便さと低コスト、高効率とコンパクトさ、安全性と環境調和性を兼ね備えた革新的な手法として注目されている。エマルションフロー法では、水相の流れに対向してマイクロメートルサイズの油相の液滴を噴出させることで、乳濁状態(エマルション)に至るまで両相を混合することができるため、送液のみにより、高効率な液液抽出を行うことができる。その一方で、エマルション流の通過断面積を急激に大きくした容器構造において、乳濁状態は迅速かつ完全に解消されるため、小型の装置で大きな処理スピードを実現できる。エマルションフロー法は、従来の工業的な液液抽出の方法との比較において、スプレーカラムに勝る最も低いコストと遠心抽出器に匹敵する最も高い性能(高抽出効率、迅速)を両立させる。また、液液界面への微粒子の凝集を利用した固液分離、きわめて優れた相分離を利用した油水分離にも有用である。
栗倉 泰弘*; 平藤 哲治*
PNC TJ6604 92-002, 23 Pages, 1992/03
動力炉・核燃料開発事業団より、液膜を利用した新しいU(VI)の湿式製錬法の開発を目的として、昭和63年度、平成元年度、平成2年度に引き続き、今年度も京都大学工学部冶金学教室の粟倉泰弘に研究依頼があった。今年度は、ミキサーセトラー型および抽出塔型の抽出装置を用いて、エマルション型液膜法による連続抽出実験を行い、昨年度までに得られた結果と合わせて、エマルション型液膜法のU(VI)抽出への適用性の検討を行った。また、最近新しい液膜法として注目されている静電的擬液膜法の金属イオンの回収・濃縮への適用性について、抽出剤としてD2EHPA、逆抽出液としてHCl、H2SO4、HNO3水溶液を用い、この方法によるNi(II)の濃縮に及ぼす様々の因子について検討した。得られた結果は大略次の通りである。エマルション型液膜法によるU(VI)の抽出に適する条件は、外部水相:0.1
1kg・m-3U(VI)-1033kg・m-3H2SO4水溶液、内部水相:12kmol・m-3Na2CO3水溶液、有機相:0.020.03kmol・m-3TNOA、内部水相WI、有機相0、外部水相WEの体積比、WI/O/WE:1/1/10であり、この条件を大きく変えることは困難である。従って、エマルション型液膜法に適する工程としては、比較的低濃度のU(VI)廃液からのU(VI)回収などが考えられる。また、エマルション型液膜法により連続的また定常的な抽出を行うには、ミキサーセトラー型の抽出装置に較べ、抽出塔型の抽出装置の方がエマルションの膨潤が小さく適している。静電的擬液膜法による0.1kg・m-3のNi(II)を含むNiSO4-0.1kmol・m-3CH3COONa水溶液から10vol%D2EHPA-ケロシン溶液を用いたNi(II)の濃縮への種々の因子の影響について調べた。その結果、抽出室の電極間距離を10mm逆抽出室の電極間距離を5mm、印加電圧を3.7kV、逆抽出液として0.5あるいは1.0kmol・m-3のHCl水溶液を用いた条件下で安定した約10倍の濃縮が可能であった。また逆抽出液として1.0kmol・m-3のHCl、H2SO4、HNO3水溶液のいづれを用いてもほぼ同様のNi(II)の濃縮を行うことができた。さらにこの方法によるNi(II)の濃縮実験中のNi(II)濃度の分布を調べた結果、良好な
米澤 仲四郎; 星 三千男; 立川 圓造; 上沖 寛
分析化学, 37(1), p.7 - 11, 1988/01
半導体メモリー構成材料中のppb以下の含量のウランとトリチウムを定量するため、TTA液液抽出分離法を用いた中性子放射化分析法を検討し、アルミニウム及びマグネシウム試料の分析に適用した。試料を原子炉で照射後溶解し、TTA-キシレン溶液で生成した
Np(IV)とPa(V)を抽出する。10M硝酸でNpを、5M硫酸でPaを逆抽出する。試料と同時に照射したウランとトリウム標準溶液についても試料と同様に操作し、
線スペクトロメトリーによりNpとPaを測定しウランとトリウムを定量する。NpとPaの回収率は90%以上であった。岩石標準試料(JB-1,JG-1)の分析により、本法の正確さと確認し、半導体メモリー構成材料のアルミニウム及びマグネシウム中の0.5ppb以上のウランとトリウムを定量した。
米澤 仲四郎; 星 三千男; Mohammad Abdullah*; 比佐 勇; 山本 克宗
日本原子力学会誌, 29(1), p.58 - 63, 1987/01
被引用回数：1 パーセンタイル：19.33(Nuclear Science & Technology)中性子放射化分析法による原子炉材料中のppbレベルウランの定量法を検討し、材料試験炉(JMTR)に使用されている材料を中心にウラン含有率を測定した。試料とウラン標準溶液を原子炉で照射後、ジルカロイ,ステンレス鋼,アルミニウムおよび脱塩水試料についてはTTA液液抽出法を用いNpを分離して、黒鉛とベリリウム試料の場合には化学分離をせずに直接、線スペクトロメトリーによりNpを測定する方法でウランを定量した。分析値の正確さはジルカロイ標準試料中のウラン定量値が表示値と良い一致を示した事から確認された。原子炉材料中のウラン含有率は、ジルカロイ:40~200ppb,ステンレス鋼:50ppb以下,アルミニウム:200~300ppb,ベリリウム:10~40ppbであった。
長縄 弘親
no journal, ,
液液抽出(溶媒抽出)は、水溶液中の目的成分を水と混じり合わない有機溶媒に抽出する方法であり、金属精錬など、工業的によく利用される方法である。エマルションフロー抽出装置では、ノズルヘッドからマイクロメートルサイズの液滴を噴出させることで、水溶液と有機溶媒がよく混じり合った乳濁状態(エマルション)の流れを作り出すと同時に、抽出容器の中でエマルション流が通過する断面積を急激に変化させることで、速やかにエマルションを消滅させる。すなわち、エマルションフロー装置では、ポンプ送液のみで、水相と有機相がエマルションの状態にまで効率的に混合され、その後、完全に清浄な状態にまで迅速に2液相が分離する。このような原理から、エマルションフロー抽出装置は、従来の抽出装置(ミキサーセトラーなど)との比較において、最も低コストかつシンプルでありながら、最高レベルの性能を発揮することができる。
長縄 弘親; 永野 哲志; 柳瀬 信之*
no journal, ,
簡便、低コスト、コンパクト、高処理スピード、高安全のすべてを満足する新しい液液抽出装置、エマルションフロー抽出装置を紹介する。エマルションフロー技術では、油相をマイクロメートルサイズの液滴として水相の流れと向流接触させることで、両相を乳濁状態に至るまで混合することで、非常に効率的な液液抽出を実現する。また、送液だけで稼働し、非常に迅速な相分離が可能であることから、現在、最も普及しているミキサーセトラー装置と比較して、10倍以上の処理スピードと5分の1以下の低コストを実現する。加えて、装置本体に駆動部を持たないエマルションフロー抽出装置は、従来の抽出装置よりも安全で扱いやすい。
元川 竜平; 遠藤 仁
no journal, ,
液-液抽出法は、特定の金属イオンを分離・精製することができる古典的な技術として知られている。その有機相には金属錯体に加えて水, 酸, 有機配位子が含まれるため、4成分による複雑なナノ集合構造が形成される。この複雑液体は、それぞれの組成比に依存してミセル, 逆ミセル、あるいはマイクロエマルションを形成することが予想されるものの、そのナノ構造を実験的に明らかにした例はこれまでに報告されていない。また、ナノ構造は金属イオンの分離効率と選択性にも関与することが近年報告されはじめており、その解明が求められている。そこで、本研究ではX線吸収微細構造(EXAFS)法と中性子小角散乱(SANS)法を用いて液-液抽出系における有機相中のナノ構造を観察した。錯体濃度の異なる4種類の有機相についてEXAFS測定を行ったところ、得られたスペクトルは濃度に依存せずに全く同様の結果を示した。そのスペクトルを解析したところ、金属錯体は硝酸ジルコニウムであることがわかった。次に、同様の試料についてSANS法を用いて測定した結果、6-7個の硝酸ジルコニウム錯体の親水性部分が硝酸・水分子・有機配位子を介して水素結合ネットワークを形成し、外側が疎水的な逆ミセル的会合体(Primary cluster)を有機相中でつくること。さらに、これらの会合体がクーロン相互作用を介して集合することで数十ナノメートルの凝集物(Super-cluster)を形成することを明らかにした。
長縄 弘親; 永野 哲志
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【課題】正抽出部100、洗浄部200、及び逆抽出部300が一体となり同期して機能する循環送液システムにおいて、複数回の循環回数によって発現する多段に相当する効果を利用して分離精製される特定物質の製造装置を提供すること。 【解決手段】正抽出部100、洗浄部200、及び逆抽出部300が一体化して同期的に機能する構成を備え、正抽出部100の水相(多くの場合、重液相)が正抽出部100のみの単独部内で循環送液すると同時に、正抽出部100の油相(多くの場合、軽液相)が洗浄部200から逆抽出部300を経て再び正抽出部100に至る横断的な循環送液を行うように構成され、正抽出部100の水相の単独部内循環を複数回行うことによって分離精製される特定物質を得る。
