Rapid separation of zirconium using microvolume anion-exchange cartridge for Zr determination with isotope dilution ICP-MS

浅井 志保; 半澤 有希子; 今田 未来; 鈴木 大輔; 間柄 正明; 木村 貴海; 石原 量*; 斎藤 恭一*; 山田 伸介*; 廣田 英幸*

Talanta, 185, p.98 - 105, 2018/08

https://doi.org/10.1016/j.talanta.2018.03.026

放射性廃棄物処分場における長寿命核分裂生成物(LLFP)の被ばくリスクを評価するためには、LLFPの分析が不可欠である。本研究では、マイクロ陰イオン交換カートリッジ(TEDAカートリッジ)を用い使用済燃料溶解液からZrを分離してLLFPの一つであるZrの存在量をICP-MSで定量した。TEDAカートリッジは、同等の分離に必要な従来分離材料(陰イオン交換樹脂)の1/10以下の体積(0.08cm)であっても優れたZr分離性能を維持し、使用済燃料中のほぼ全ての共存元素を迅速に除去できることを確認した。また、従来材料の約10倍の流速で処理が可能であるため、1.2分で分離が完了した。得られたZr定量値は、実測値による検証実績がなかった燃焼計算コードORIGEN2の正しさを実証する結果となり、ORIGEN2の信頼性も確認できた。

Simple method for high-density impregnation of Aliquat 336 onto porous sheet and binding performance of resulting sheet for palladium ions

田中 亮太*; 石原 量*; 三好 和義*; 梅野 太輔*; 斎藤 恭一*; 浅井 志保; 山田 伸介*; 廣田 英幸*

Separation Science and Technology, 49(1), p.154 - 159, 2014/01

https://doi.org/10.1080/01496395.2013.829101

Extractants impregnated onto porous materials exhibit high performance in adsorption kinetics of metal ions because metal ions are transported by the permeative flow of a metal solution through pores. A simple scheme for the stable impregnation of extractants is necessary to extend the application of extractants. Aliquat 336 was impregnated onto a porous sheet on the basis of the hydrophobic and electrostatic interactions between the octyl group of Aliquat 336 and the undecanoicacid-group-containing polymer chain grafted onto the porous sheet. Palladium chloride solution was fed to the bed charged with the Aliquat 336-impregnated porous sheet, driven by a pressure difference. The dynamic binding capacity of the Aliquat 336-impregnated porous sheet was 0.60 mmol/g, which was one or two orders of magnitude higher than the space velocities of conventional Aliquat 336-impregnated beads.

Crosslinked-chelating porous sheet with high dynamic binding capacity of metal ions

和田 剛*; 石原 量*; 三好 和義*; 梅野 太輔*; 斎藤 恭一*; 浅井 志保; 山田 伸介*; 廣田 英幸*

Solvent Extraction and Ion Exchange, 31(2), p.210 - 220, 2013/02

https://doi.org/10.1080/07366299.2012.735555

金属イオンを迅速に濃縮又は精製するためには、優れた動的吸着容量を有する分離材料を用いるのが効果的である。本研究では、エチレングリコールジメタクリレートとグリシジルメタクリレートの共重合反応によって、透水性・加工性に優れたシート状多孔性高分子の細孔表面にキレート形成基を有する架橋型高分子鎖を付与し、新規な吸着体を作製した。得られた多孔性高分子吸着体は、銅イオンに対して、十分な平衡吸着容量を保持しつつも優れた動的吸着容量を実現した。これは、架橋された高分子鎖によって、銅イオンの高分子鎖相内における吸着体厚み方向への拡散速度が抑制されたためであり、高分子鎖の架橋が効果的に作用したことを示している。

Removal of cesium using cobalt-ferrocyanide-impregnated polymer-chain-grafted fibers

石原 量*; 藤原 邦夫*; 原山 貴登*; 岡村 雄介*; 内山 翔一朗*; 杉山 まい*; 染谷 孝明*; 天海 亘*; 海野 理*; 小野 翼*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 48(10), p.1281 - 1284, 2011/10

AA2011-0190.pdf:0.45MB

https://doi.org/10.3327/jnst.48.1281

Zeolites combined with insoluble metal ferrocyanides are known as adsorbents capable of specifically capturing cesium ions and attract much attention, due to its easy operation at sites for processing water contaminated with radioisotopes. To achieve more effective adsorption, we prepared a novel M-FC-impregnated fiber by radiation-induced graft polymerization and subsequent chemical modifications. Cobalt ions were bound to a sodium styrene sulfonate-grafted 6-nylon fiber via an ion-exchange interaction. Subsequently, the bound cobalt ions were reacted with potassium ferrocyanide to form insoluble or sparingly soluble cobalt-ferrocyanide (Co-FC). The resultant Co-FC-impregnated fiber with a Co-FC content of 7.3% exhibited a high affinity to cesium ions in the presence of NaCl. Such fibers can be fabricated into various fiber modules suitable for the removal of radioisotopes at sites.

Modification of a hydrophobic-ligand-containing porous sheet using tri--octylphosphine oxide, and its adsorption/elution of bismuth ions

田中 亮太*; 石原 量*; 三好 和義*; 梅野 太輔*; 斎藤 恭一*; 浅井 志保; 山田 伸介*; 廣田 英幸*

Reactive and Functional Polymers, 70(12), p.986 - 990, 2010/12

https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2010.10.008

Extractants developed for liquid-liquid extraction are useful for the recovery of rare-earth ions. However, the use of such extractants is disadvantageous from environmental and economical viewpoints. In this study, neutral extractant, tri--octylphosphine oxide (TOPO), was combined with a hydrophobic ligand-containing porous polymer sheet. In first, glycidyl methacrylate (GMA) was graft-polymerized onto the porous polyethylene sheet. Second, an octadecane thiol group was introduced into the poly-GMA graft chain. Third, TOPO was deposited on the graft chain via a hydrophobic interaction. Bismuth chloride solution was forced through the pores of the TOPO-modified porous sheet. The equilibrium binding capacity for bismuth was 0.19 mmol/g. Bismuth ions bound to TOPO were quantitatively eluted with 11 M HNO. As TOPO exhibits an affinity interaction with rare-metal ions such as Pd, Pt, and Ru, the TOPO-modified porous sheet prepared in this study will have extensive applications.

抽出試薬担持多孔性シートによる金属イオンの高速分離

石原 量*; 浅井 志保; 山城 康平*; 梅野 太輔*; 斎藤 恭一*; 須郷 高信*

no journal, , 

溶媒抽出法で利用される抽出試薬をビーズ状多孔性樹脂に担持した抽出クロマトグラフィー樹脂は、有機溶媒を使用することなく抽出試薬の高い選択性を利用できるため、放射性核種の分析現場で利用されている。しかしながら抽出クロマトグラフィー樹脂は、ビーズ内部での拡散物質移動過程が律速となり、試料溶液を高速で処理できない。本研究では、グラフト鎖を付与した多孔性シート(空孔率70%,細孔径1.2m,シート厚3mm)を抽出試薬の担体とし、試料溶液の処理速度の向上を試みた。担持する抽出試薬は、希土類元素の抽出に利用されているBis(2-ethylhexyl)phosphate(HDEHP)を選んだ。HDEHPの担持量は2.0mol/kg-HDEHPシートとなり、市販の抽出クロマトグラフィー樹脂に比べて高い値を示した。これは、グラフト鎖がHDEHPを高密度に保持できる環境を提供したためである。HDEHP多孔性シートをディスク状に切断し、市販の固相抽出用カートリッジに充填した。モデル金属イオンをYとし、HDEHPディスクカートリッジへ透過させた。Yの吸着容量は0.37kg-Y/HDEHP担持シートとなり、また、抽出クロマトグラフィー樹脂に比べて30倍以上の処理速度を実現できた。

抽出試薬担持多孔性シートを用いた金属イオンの高速回収

田中 亮太*; 浅井 志保; 石原 量*; 梅野 太輔*; 斎藤 恭一*; 篠原 伸夫

no journal, , 

環境試料中に存在する微量金属元素を定量するためには、測定妨害成分の化学分離や目的元素の濃縮という前処理操作が必要となる。本研究では、放射線グラフト重合法を用いて、液体透過性に優れた多孔性のシートの細孔表面に疎水性の高分子鎖を付与し、高分子鎖と抽出試薬の疎水部との疎水性相互作用によって、高分子鎖間に抽出試薬を担持した。ここで、担持する抽出試薬は、tri-n-octylphosphine oxide(TOPO)とし、モデル金属をビスマスとした。TOPO担持シートに純水を0.1MPaの透過圧力下で透過させたときの流量は101mL/minとなり、高速濃縮を十分に期待できる値であった。また、本シートのビスマス平衡吸着容量は、0.2mmol/g-TOPO sheetとなり、オクタデシルシリカディスクや疎水化シリカゲルなどにTOPOを担持したこれまでの研究例と比較すると、310倍高い値となった。これは、グラフト重合法によって、多孔性シート細孔表面に付与した高分子鎖がTOPOを高密度に担持できる空間を提供したためである。

Impregnation of Aliquat 336 to carboxydecanyl-thiol-group-containing polymer chain grafted onto a porous sheet

田中 亮太*; 石原 量*; 三好 和義*; 梅野 太輔*; 斎藤 恭一*; 浅井 志保; 山田 伸介*; 廣田 英幸*

no journal, , 

触媒スクラップから高効率に白金族を回収するために、白金族に選択性を持つ抽出試薬を担持した多孔性シートを作成した。多孔性シートの細孔表面にエポキシ基を持つモノマーであるグリシジルメタクリレート(GMA)をグラフト重合し、さらに、GMAのエポキシ基と11-メルカプトウンデカ酸の反応によって、高分子鎖へカルボキシチオール(CDT)基を導入した。得られた多孔性シートをエタノール/NaOH混合溶液に溶解したAliquat336溶液に浸漬させ、高分子鎖間へAliquat336を担持した。Aliaut336は、CDT基中のカルボキシル部とAliquta336中のアンモニウム部との静電相互作用によってグラフト鎖間へ高密度に担持された。このシートにパラジウム溶液(50mg-Pd/mL in 1M HCl)を透過させると、シートにパラジウムが高速で吸着された。塩酸溶液ではCDT基中のカルボキシル部は解離せず、CDT基の炭素鎖部とAliquat336の炭素鎖との疎水性相互作用によって高分子鎖間へ保持されるため、Aliquat336が持つパラジウムへの選択性が損なわれず、高効率な回収を実現できた。

陰イオン交換多孔性高分子フィルタを用いる使用済燃料中Np分析

浅井 志保; 半澤 有希子; 今田 未来; 鈴木 大輔; 間柄 正明; 木村 貴海; 石原 量*; 斎藤 恭一*; 山田 伸介*; 廣田 英幸*

no journal, , 

Npは、使用済燃料や高レベル放射性廃棄物(HLW)中に存在する長半減期の線放出核種であり、長期にわたって公衆被ばく線量に寄与すると推定されている。したがってHLW中Np存在量(インベントリ)を実測値に基づいて積算する必要があり、迅速かつ確実なNp分析法開発が望まれている。本研究では、グラフト重合法によって陰イオン交換性を付加した高透水性高分子フィルタを作製して化学分離用小型カートリッジに加工し、使用済燃料中に含まれるNpの測定前処理分離に適用した。Am標準を添加した使用済燃料溶解液をカートリッジに透過させたところ、吸着・洗浄操作中にNpが溶出せずフィルタに安定して保持されることを確認できた。また、迅速にAmがフィルタ内から溶出除去されたため、イオン交換樹脂カラム等を用いる従来法で問題となる、Am洗浄操作中のAmからのNpの生成を無視でき、新たに生成したNpが加算されることなく正しい回収率(90%)を算出できた。さらに、ICP-MSによるNp測定結果は、ORIGEN2計算結果と不確かさの範囲内で一致し、カートリッジによって測定妨害成分が除去されたことを実証できた。