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Hydrogen and hydrogen peroxide productions by $$gamma$$-irradiation of A-, X-, Y- and mordenite type zeolites in aqueous solution

水溶液中でのA型・X型・Y型およびモルデナイト型ゼオライトの$$gamma$$線照射による水素と過酸化水素の生成

熊谷 友多  ; 木村 敦; 田口 光正

Kumagai, Yuta; Kimura, Atsushi; Taguchi, Mitsumasa

ゼオライトは水中の放射性セシウムの吸着処理に用いられる。ゼオライトは高い耐放射線性を有するが、ゼオライトへの照射は吸着水の分解を誘起する。放射線による水の分解は水素と過酸化水素を発生させ、水素爆発や金属材料の腐食の原因となる可能性がある。そのため、放射線環境下で水処理にゼオライトを用いる場合には、水素と過酸化水素の生成についての評価が必要である。そこで、本研究ではA型・X型・Y型およびモルデナイト型ゼオライトを用いて、水溶液との混合物を$$gamma$$線照射し、水素と過酸化水素の発生について調べた。水素については、全てのゼオライトで照射による水素発生が観測され、A型・X型で高い収量が認められた。一方で、過酸化水素の生成はゼオライトの添加により抑制され、同じくA型・X型で顕著な抑制効果が観測された。A型・X型は組成に占めるアルミニウムの比率が高いことを踏まえると、ゼオライト骨格上のアルミニウムサイトが照射による反応過程に関与していることが示唆される。

Zeolite minerals are suitable adsorbents for removal of radioactive cesium in water, because of their high radiation resistances. However, irradiation of zeolites results in decomposition of water adsorbed on the zeolites. Water decomposition produces hydrogen (H$$_{2}$$) and hydrogen peroxide (H$$_{2}$$O$$_{2}$$). H$$_{2}$$ production has a risk of making an explosive gas mixture. H$$_{2}$$O$$_{2}$$ causes corrosion of metals and alloys. Therefore, the radiation effects are required to be assessed and controlled. In this study, H$$_{2}$$ and H$$_{2}$$O$$_{2}$$ production by irradiation of zeolites in aqueous solution are comparatively studied among different types of zeolites, A-, X-, Y- and mordenite-types. The mixtures of the zeolites and aqueous solution were irradiated by $$^{60}$$Co $$gamma$$-rays. The A-type and the X-type zeolites produced more H$$_{2}$$ than the Y-type and the mordenite-type. In contrast, the H$$_{2}$$O$$_{2}$$ production was inhibited by the addition of zeolites. The A-type and the X-type zeolites showed remarkable inhibition. The A-type and the X-type contains more aluminum in their frameworks than the others do. Therefore, the results suggest that aluminum sites have an important role in the reactions induced by irradiation.

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