Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 2; Neutron scattering instruments

中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12

https://doi.org/10.3390/qubs1030009

J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。

Preparing of novel fibrous ligand exchange adsorbent for rapid column-mode trace phosphate removal from water

Awual, M. R.; Shenashen, M. A.*; 城 昭典*; 塩飽 秀啓; 矢板 毅

Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20(5), p.2840 - 2847, 2014/09

AA2013-1107.pdf:0.32MB

https://doi.org/10.1016/j.jiec.2013.11.016

We developed a potentially high performance adsorbent for sustainable treatment of soluble inorganic trace phosphate from water by zirconium(IV) loaded bifunctional fibers. In the presence of common chloride and sulfate, phosphate adsorption was not adversely affected but slightly enhanced due to coion and Donnan invasion mechanism. Trace phosphorus (0.0143 mM) was also removed in presence of relatively high amounts of competing anions at high feed flow rate. In competitive arsenate and phosphate adsorption, this novel adsorbent slightly preferred phosphate to arsenate. The adsorbent is reversible and keeps remaining functionality to further reuse in many cycles.

Efficient arsenic(V) removal from water by ligand exchange fibrous adsorbent

Awual, M. R.; Shenashen, M. A.*; 矢板 毅; 塩飽 秀啓; 城 昭典*

Water Research, 46(17), p.5541 - 5550, 2012/11

https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.07.038

This study is an efficient arsenic(V) removal from contaminated waters used as drinking water in adsorption process by zirconium(IV) loaded ligand exchange fibrous adsorbent. The bifunctional fiber was synthesised by graft polymerization of chloromethylstyrene onto polyethylene coated polypropylene fiber by means of electron irradiation technique. The adsorption efficiency of ligand exchange adsorbent was evaluated in several parameters such as competing ions pH, flow rate, and high feed flow rate for removal process of trace concentration arsenic(V).

Anion exchange fibres derived from chloromethylstyrene grafted POLYOLEIN FIBRES for rapid column-mode removal of nitrate in water

郷 康弘*; 吉田 裕美*; 城 昭典*; 玉田 正男; 片貝 秋雄

Proceedings of 2008 Conference on Ion Exchange Technology (IEX 2008), p.353 - 361, 2008/07

工業的規模のカラムで利用される樹脂の直径は、圧損を軽減するため0.5mm程度と大きく、この樹脂を充填したカラムに硝酸で汚染された水を空間速度(SV)1000h以上の高速で通液しても効率よく硝酸イオンを除去できない。そこで、SV3000h程度の高速通液条件下でも硝酸イオンを迅速に補足可能な陰イオン交換繊維(FBDA)をクロロメチルスチレン(CMS)をグラフトした繊維にn-ブチルジメチルアミン(BDA)を導入して合成した。得られたFBDAの陰イオン交換容量は2.2meq/gであった。この湿潤FBDAを充填したカラムに、1mMの硝酸ナトリウム溶液をSV1000から3000hで通液したところ、硝酸イオンの破過曲線はSVに依存せず良い一致を示した。そのときの破過容量は1.1mmol/gと一定であった。共存陰イオンとしての塩化物イオンと硫酸イオンの影響をSV1000hで検討した。等モル並びに5倍モル濃度の塩化物イオンの共存下では、硝酸イオンの破過容量はそれぞれ0.83並びに0.48mmol/gとなった。一方、等モル濃度の硫酸イオンの共存下では0.43mmol/gとなった。以上の結果から、共存陰イオン濃度が河川水の平均濃度以下の場合には、14ppm程度の低濃度の硝酸イオン含有水を極めて迅速に浄化できることがわかった。

Zirconium(IV) loaded bifunctional fiber containing both phosphonate and sulfonate as arsenate adsorbent

Awual, Md. R.*; 城 昭典*; 玉田 正男; 片貝 秋雄

日本イオン交換学会誌, 18(4), p.422 - 427, 2007/10

https://doi.org/10.5182/jaie.18.422

ホスホン酸イオンとスルホン酸イオンの双方を交換基として有する二官能性陽イオン交換繊維にZr(IV)を担持して繊維状ヒ酸イオン吸着剤を調製した。この二官能性陽イオン交換繊維は前駆体繊維へホスホン酸基とスルホン酸基を導入して合成した。前駆体繊維はポリエチレン被覆ポリプロピレン繊維へクロロメチルスチレンとスチレンを共グラフト重合して得た。Zr(IV)を担持した繊維のヒ酸イオン吸着剤としての性能はカラム法によって評価した。Zr(IV)担持繊維を充填したカラムは0.016mM(1.2mg of As/dm)のヒ酸イオンを含む酸性溶液を流速200hで通液した場合でもヒ酸イオンを除去できた。塩化物イオン,硝酸イオン並びに硫酸イオンのナトリウム塩はヒ酸イオンの吸着を妨害しないのみならず、ヒ酸イオンの吸着を10%程促進した。吸着されたヒ酸イオンは水酸化ナトリウムによって定量的に溶離された。

Development of bifunctional chelating fibers with high performance in metal ion adsorption kinetics

城 昭典*; 柴田 良和*; 玉田 正男; 瀬古 典明; 片貝 秋雄

JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 43, 2007/02

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAEA-Review-2006-042.pdf

アミノメチルホスホン酸とスルホン酸基の2つの官能基をグラフト重合によりポリエチレン繊維に導入し、二官能性キレート繊維を合成した。0.01Mの亜鉛溶液を合成したキレート繊維を充填したカラムに流したところ、pH2においても、1000hの空間速度での破過特性は、50h亜鉛の場合と変わらず、高速に亜鉛イオンを吸着できることがわかった。また、この場合の吸着容量は0.72-0.85mmol/g-吸着材で、吸着した亜鉛は1Mの塩酸で定量的に溶離可能であった。

Fibrous iminodiacetic acid chelating cation exchangers with a rapid adsorption rate

城 昭典*; Kugara, J.*; Trobradovic, H.*; 山部 和則*; 須郷 高信; 玉田 正男; 久米 民和

Industrial & Engineering Chemistry Research, 43(7), p.1599 - 1607, 2004/03

https://doi.org/10.1021/ie030146h

繊維状イミノジ酢酸キレート型陽イオン交換体はポリエチレンコートしたポリプロピレン単繊維とその不織布にポリクロロメチルスチレンを放射線グラフトした材料から合成した。得られた繊維状キレート材料の官能基密度と酸容量は単繊維と不織布でそれぞれ2mmol/gと4mmol/gであった。不織布材料を用いて二価のイオンの選択性を調べた結果、Mg(II)Ca(II)Co(II)Zn(II)Cd(II)Ni(II)Pb(II)Cu(II)の順になることがわかった。また、吸着容量はpH5でCa(II) 0.91mmol/g, Mg(II) 0.98mmol/g, Cd(II) 1.5mmol/g, Ni(II) 1.5mmol/g, Pb(II) 1.6mmol/g, Cu(II) 1.8mmol/gであった。三価のイオンではLa(III) 0.75mmol/g,Gd(III) 0.92mmol/g, Lu(III) 1.0mmol/gとなった。単繊維を用いたカラムモードでの評価では、Cu(II)について、破過容量は約1mmol/gで、空間速度が200~300hまで変化が認められなかった。

Behavior of iminodiacetate fiber in column-mode adsorption of lead(II)

Kugara, J.*; Trobradovic, H.*; 城 昭典*; 須郷 高信; 玉田 正男; 片貝 秋雄

日本イオン交換学会誌, 14(Suppl.), p.77 - 80, 2003/00

クロロメチルスチレンを放射線グラフト重合したポリエチレン/ポリプロピレン芯鞘構造不織布(12m)をイミノジ酢酸ジエチルと反応させ、機能化した。得られたイミノジ酢酸型キレート繊維(FIDA-f)の酸容量は4.3meq/gであった。FIDA-fカラムのコンディショニングpHの増加により、試料溶液の供給最大許流量は減少したが、鉛イオン(II)の破過曲線特性は800hの空間速度まで変化は見られなかった。FIDA-fは5ppmの鉛イオン(II)濃度に調整した河川水から、定量的に鉛イオン(II)を400hの空間速度で600ベッドボリューム除去できることを確認した。

高濃度不純物の吸着試験研究-吸着によるウランと不純物との分離試験-

城 昭典*

PNC TJ6614 97-001, 30 Pages, 1997/03

PNC-TJ6614-97-001.pdf:0.69MB

前年度動燃事業団人形峠事業所において、本研究で提案したプロセスで製造されたイエローケーキ中に基準値以上のチタンが混入してくることが確認されたので、本年度はチタン混入の原因究明とその改善対策を最重要目標として研究を進めた。その結果、チタン(IV)はウラン(VI)より強くメチレンホスホン酸型樹脂(RCSP)に吸着されることが明らかになった。また、RCSPに吸着されたチタン(IV)は、溶離率が30-45%程度と低いものの、ウラン(VI)と同様に炭酸ナトリウムにより溶離されることもわかった。これらの結果により、チタン(IV)とウラン(VI)の性質は類似しており、必然的にチタンがウランに混入してくることがわかった。このためチタン(IV)とウラン(VI)の分別溶離法の開発が必要不可欠であると考え、チタン(IV)が過酸化水素-EDTAと安定な三元錯体を形成することに着目して、過酸化水素-EDTA溶液によるチタン(IV)の溶離を検討し、吸着されたチタン(IV)がほぼ定量的に溶離可能であることを認めた。つぎに、ウラン(VI)とチタン(IV)の分別溶離について検討した。チタン(IV)とウラン(VI)を負荷したRCSPカラムに、酢酸ナトリウム、過酸化水素-EDTA、炭酸ナトリウム、水、塩酸の順に通液した結果、チタン(IV)は過酸化水素-EDTAにより、ウラン(IV)は炭酸ナトリウムにより選択的に溶離され、チタン(IV)とウラン(VI)が分別溶離できることがわかった。ただし、チタン(IV)とウラン(VI)の混合系では各金属の溶離率が減少した。

放射線グラフト重合法で合成した陰イオン交換短繊維の高速通液条件下での硝酸イオン吸着挙動

郷 康弘*; 松浦 博孝*; 城 昭典*; 片貝 秋雄; 玉田 正男

no journal, , 

クロロメチルスチレンをグラフトしたポリオレフィン繊維にジメチルアミノエタノールを導入して強塩基性陰イオン交換繊維(FCSA、陰イオン交換容量2.3mmol/g)を合成し、その硝酸イオンの高速除去に関する検討をカラム法で行った。カラムに1M塩酸を通液後、カラムを水洗して硝酸ナトリウムの1mM水溶液を通液し、硝酸イオンの吸着を行い、溶離は1M塩酸で行った。流出液のイオン組成はイオンクロマトグラフ法で求めた。空間速度(SV)6463260hの範囲で通液して、硝酸イオンの破過曲線の速度依存性を検討した。硝酸イオンに対する破過容量は、カラムからの流出液中の硝酸イオン濃度(C)とカラムへの供給液中の硝酸イオン濃度(Co)の比(C/Co)が0.05となる5%破過点までに吸着された硝酸イオンのmmol/g(5%破過容量)として定義した。5%破過容量は、SV 646hで1.5mmol/gであったが、通液速度の増加とともに緩慢に減少したものの、SV 3260hの高速通液条件においても1.1mmol/gと、FCSAは迅速に硝酸イオンを吸着することがわかった。次に、天然水中の主要陰イオンである塩化物イオンと硫酸イオンの硝酸イオン吸着に及ぼす影響について検討した。硝酸イオンの5%破過点は共存陰イオンが存在しない場合、500mL程度であるが当量の塩化物イオン共存下では約250mLにまで減少した。共存陰イオンの妨害効果は硫酸イオンの方が大きかった。