High-efficiency technology for lithium isotope separation using an ionic-liquid impregnated organic membrane

イオン液体含浸有機隔膜によるリチウム同位体分離技術の高効率化

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確保するためにはより高濃縮のLiが必要となる。これまで、既存のアマルガム法よりも高効率で環境性に適したLi濃縮技術の実用化を目指し、イオン液体を含浸した有機隔膜を用いてLiを濃縮する新技術の研究開発を行ったが、含浸させたイオン液体が溶脱する現象が観察された。そこで、イオン液体の溶脱を低減させるため、両端に保護膜を施した改良隔膜を用いて耐久性試験を行った。保護膜としてフィオンを使用した場合、有機隔膜中のイオン液体残存率は87%と保護膜なしの場合のイオン液体残存率63%を大きく上回る結果が得られた。よって、Liイオンを透過させ、かつイオン液体を透過させない保護膜をイオン液体含浸有機隔膜の両端に用いることで、高耐久性を有する隔膜の製作に見通しを得ることができた。

The tritium needed as a fuel for fusion reactors is produced by the neutron capture reaction of lithium-6 (Li) in tritium breeding materials. However, natural Li contains only about 7.6 at.% Li. In Japan, new lithium isotope separation technique using ionic-liquid impregnated organic membranes have been developed. The improvement in the durability of the ionic-liquid impregnated organic membrane is one of the main issues for stable, long-term operation of electrodialysis cells while maintaining good performance. Therefore, we developed highly-durable ionic-liquid impregnated organic membrane. Both ends of the ionic-liquid impregnated organic membrane were covered by a nafion 324 overcoat to prevent the outflow of the ionic liquid. The transmission of Lithium aqueous solution after 10 hours under the highly-durable ionic-liquid impregnated organic membrane is almost 13%. So this highly-durable ionic-liquid impregnated organic membrane for long operating of electrodialysis cells has been developed through successful prevention of ion liquid dissolution.