配位高分子を用いた環境イオン中からのSr選択的分離回収法の確立

Selective separation and recovery of Sr from environmental ions by lanthanide oxalate frameworks

南川 卓也 ; 関根 由莉奈   ; 山田 鉄兵*

Nankawa, Takuya; Sekine, Yurina; Yamada, Teppei*

放射性Srは核分裂反応から起こる主な生成物であり、原子力の廃液に多く含まれ、原発事故などにおいても除去が求められる重要な元素である。しかし、海水や環境に一度入った放射性ストロンチウム(Sr)を除去するのは、放射性廃棄物が多く発生する非常に困難な作業となる。これは特にカルシウムイオン(Ca)とストロンチウムイオン(Sr)を分離する技術が十分に確立されていないためである。これは、SrとCaは物性が似ており、イオン半径も僅か0.2Aしか違いがないため、両イオンを分別することが困難なことが原因である。本研究では、細孔のサイズをナノレベルで微調整を可能にする、新たな配位高分子群を使って、僅か0.2Aしか違いがないイオンサイズの違いを精密に認識することでこれまでにない高い選択性でSrだけを分離することに成功した。

Among the radioisotopes to be removed, Sr, which has a radioactive half-life of 28.8 years, poses a major threat to human health and the environment because of its uptake and retention in biological systems. However, removal of Sr from wastewater is still challenging due to the difficulty of separating Sr from Ca. Ca has a similar properties and ionic radius to Sr. Indeed, the difference in their ionic radii is only 0.2 . Furthermore, the concentration of Ca in actual nuclear wastewater is usually much higher than that of Sr, which limits the efficient removal of Sr. Here, we developed a series of isostructural lanthanide oxalate frameworks (LOFs) comprising oxalate and eight kinds of lanthanide (Ln) ions, i.e., from Sm to Tm, for application to selective removal of Sr from wastewater using its tuned porous structure. When Tb was the host Ln of the LOF, the LOF showed extremely high Sr selectivity and was able to distinguish the subtle difference in ionic radius between Sr and Ca. This novel pore size tuning strategy will be useful in developing custom porous materials that are easy to prepare and applicable across various fields.