Basic technology for Li enrichment using an ionic-liquid impregnated organic membrane

イオン液体含浸有機隔膜を用いたLi濃縮技術の基本原理

星野 毅; 寺井 隆幸*

Hoshino, Tsuyoshi; Terai, Takayuki*

核融合炉の燃料となるトリチウムは、6-リチウム(Li)と中性子との核反応により生産するが、天然のリチウムにはLiが約7.6%しか存在せず、必要なトリチウム量を生産するためにはより高濃縮のLiが必要となる。Li濃縮技術としては水銀を用いたアマルガム法が海外にて使用されているが、日本では水銀による環境汚染の観点から大量製造が可能な手法は確立されていない。そこで、Liイオンを選択的に透過させるイオン液体に着目し、Li同位体分離技術への適応を探る予備的試験を行った。本法は、Liイオンのみを透過させる特性を持つイオン液体を含浸した有機隔膜を電気透析セルに装荷し、通電することによりLiを分離濃縮するもので、予備的試験の結果、アマルガム法(同位体分離係数:約1.06)を凌ぐ1.2以上の同位体分離係数が得られた。本結果より、イオン液体含浸有機隔膜による電気透析方式のLi同位体分離法は、実用的な濃縮Li製造方法として期待が持てることを明らかにした。

The tritium as a fuel for fusion reactors is produced by the reaction of lithium-6 (Li) with a neutron in tritium breeding material. However, natural Li contains only about 7.6% Li, and the enrichment of Li up to 30 - 90% is required for tritium breeding material in the fusion reactor. The mercury amalgam method is superior as one of the lithium isotope enrichment methods, and might be currently utilized in practice. In Japan, on the other hand, the development of lithium isotope enrichment methods using the ion exchange membrane and molten salt has been conducted to avoid the environmental pollution. However, the isotope separation coefficient and efficiency is too low in the case of these methods. Therefore, these methods were difficult to apply to mass production for the large need of fusion blanket. Preliminary experiments were conducted. Organic membranes impregnated with TMPA-TFSI and PP13-TFSI as ionic liquids were prepared, and the relationship between the Li separation coefficient and the applied dialysis electric current was measured. The results showed that Li isotope separation coefficient by this method (about 1.21.4) was larger than that by the mercury amalgam method (about 1.06).