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論文

Optimization in granulation conditions for adsorbent of extraction chromatography

長谷川 健太; 後藤 一郎*; 宮崎 康典; 安倍 弘; 渡部 創; 渡部 雅之; 佐野 雄一; 竹内 正行

Mechanical Engineering Journal (Internet), 11(2), p.23-00407_1 - 23-00407_8, 2024/04

JAEA has been working on development of extraction chromatography technology for recovery of trivalent minor actinides (MA(III)) from high-level radioactive waste generated in reprocessing of spent fuel. The technology utilizes porous silica particles with about 50 micrometre diameter for support of adsorbents. Pressure drop of the packed column depends on characteristics of the particle. Large pressure drop of the column is not favorable for safety assessment of the technology although a certain level of the pressure drop is indispensable for excellent separation performance. In this study, we applied a granulation technique using a spray dryer that is widely used in industry, and conducted experiments to find the optimal specifications for silica support particles and conditions for the granulation operation. A basic characterization of the adsorbent prepared from the produced particles was carried out by an adsorption test of simulated high level liquid waste.

論文

Overview of development program for engineering scale extraction chromatography MA(III) recovery system

渡部 創; 高畠 容子; 長谷川 健太; 後藤 一郎*; 宮崎 康典; 渡部 雅之; 佐野 雄一; 竹内 正行

Mechanical Engineering Journal (Internet), 11(2), p.23-00461_1 - 23-00461_10, 2024/04

Japan Atomic Energy Agency is developing extraction chromatography technology to recover MA(III) from spent nuclear fuel. Developments in the extraction chromatography system especially focusing on safety and stable operation are required for practical application of the technology. This paper discusses the main tasks that have to be challenged preferentially based on achievements obtained by previous studies and potential MA(III) recovery process flow.

論文

Kinetic analysis of mass transfer of Eu(III) in extractant-impregnated polymer-layered silica particle in multiple-ion distribution system

宮川 晃尚*; 林 直輝*; 岩本 響*; 新井 剛*; 長友 重紀*; 宮崎 康典; 長谷川 健太; 佐野 雄一; 中谷 清治*

Analytical Sciences, 40(2), p.347 - 352, 2024/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.00(Chemistry, Analytical)

複数のランタノイドイオンを含む錯体溶液中における単一抽出剤含浸高分子被覆シリカ粒子中のEu(III)分配機構を蛍光顕微分光法を用いて調べた。律速段階はEu(III)と2つの抽出剤分子との反応であった。得られた機構と速度定数は、Eu(III)溶液中でEu(III)が粒子に分配される単元素系の機構と一致した。

論文

Competitive distribution of europium and samarium based on reaction rate-limiting process in nitrilotriacetamide extractant-impregnated polymer-coated silica particles

宮川 晃尚*; 林 直輝*; 岩本 響*; 新井 剛*; 長友 重紀*; 宮崎 康典; 長谷川 健太; 佐野 雄一; 中谷 清治*

Bulletin of the Chemical Society of Japan, 96(9), p.1019 - 1025, 2023/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:30.87(Chemistry, Multidisciplinary)

本研究では、ニトリロトリアセトアミド(NTA)抽出液を含浸させたポリマーコートシリカ単粒子において、Eu(III)とSm(III)のこれらのイオンを含む溶液中での物質移動機構を明らかにした。質量移動の律速過程は、NO$$_{3}$$$$^{-}$$イオンが関与しないイオンとNTA分子の反応過程であり、これは単一イオン分配系で得られたものと一致した。

論文

Kinetic mass transfer behavior of Eu(III) in nitrilotriacetamide-impregnated polymer-coated silica particles

宮川 晃尚*; 林 直輝*; 崩 愛昌*; 高橋 拓海*; 岩本 響*; 新井 剛*; 長友 重紀*; 宮崎 康典; 長谷川 健太; 佐野 雄一; et al.

Bulletin of the Chemical Society of Japan, 96(7), p.671 - 676, 2023/07

 被引用回数:5 パーセンタイル:61.67(Chemistry, Multidisciplinary)

HONTAおよびTOD2EHNTAとして知られるニトリロトリアセトアミド(NTA)抽出剤を含む単一ポリマー被覆シリカ粒子におけるEu(III)の分配機構を検討した。本研究は、「単一の抽出剤を含浸したポリマー被覆シリカ粒子」の機能性を評価・向上させるための貴重なアプローチを提供するものである。

論文

Development of engineering scale extraction chromatography separation system, 1; Overview of developments in engineering scale system

渡部 創; 高畠 容子; 長谷川 健太; 後藤 一郎*; 宮崎 康典; 渡部 雅之; 佐野 雄一; 竹内 正行

Proceedings of 30th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE30) (Internet), 6 Pages, 2023/05

Japan Atomic Energy Agency is developing extraction chromatography technology for MA(III) recovery from spent nuclear fuel. Developments in the extraction chromatography system especially focusing on safety and stable operation are required for practical application of the technology. In this paper, main tasks which have to be challenged preferentially are discussed based on achievements obtained by previous studies and potential MA(III) recovery process flow.

論文

Development of engineering scale extraction chromatography separation system, 2; Spray drying granulation of silica support for adsorbent

長谷川 健太; 後藤 一郎*; 宮崎 康典; 安倍 弘; 渡部 創; 渡部 雅之; 佐野 雄一; 竹内 正行

Proceedings of 30th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE30) (Internet), 5 Pages, 2023/05

JAEA has been working on development of extraction chromatography technology for recovery of trivalent minor actinides (MA(III): Am, Cm) from high-level radioactive waste generated in reprocessing of spent fuel. The technology utilizes porous silica particles with about 50 micrometre diameter for support of adsorbents. The particles are coated by styrene-divinylbenzene copolymer, and an extractant for MA recovery is impregnated into the polymer. Pressure drop of the packed column depends on characteristics of the particle (diameter, uniformity and pore size). Large pressure drop of the column is not favorable for safety assessment of the technology although a certain level of the pressure drop is indispensable for excellent separation performance. In this study, spray drying granulation experiments and fundamental characterization of the product particle were carried out to find optimal specs of the particle and conditions of the granulation operation.

論文

Hybrid process combining solvent extraction / low pressure loss extraction chromatography for a reasonable MA(III) recovery process

佐野 雄一; 坂本 淳志; 宮崎 康典; 渡部 創; 森田 圭介; 江森 達也; 伴 康俊; 新井 剛*; 中谷 清治*; 松浦 治明*; et al.

Proceedings of International Conference on Nuclear Fuel Cycle; Sustainable Energy Beyond the Pandemic (GLOBAL 2022) (Internet), 4 Pages, 2022/07

TBPを利用した溶媒抽出法によるMA(III)+Ln(III)共回収フローシート及び低圧損操作が可能な大粒径多孔質シリカ担体を使用したHONTA含浸吸着材を用いた擬似移動層型クロマトグラフィによるMA(III)/Ln(III)分離フローシートを組み合わせたハイブリッド型のMA(III)回収プロセスを開発した。

論文

抽出クロマトグラフィ用吸着材の安全性評価と放射線劣化が分離操作に及ぼす影響

宮崎 康典; 佐野 雄一

放射線化学(インターネット), (112), p.27 - 32, 2021/11

使用済燃料再処理で発生する高レベル放射性廃液からマイナーアクチニド(MA: Am, Cm)を分離回収する抽出クロマトグラフィの技術開発を行っている。圧力損失を低減する大粒径吸着担体に対し、MAと希土類元素を相互分離する$$N, N, N', N', N'', N''$$-ヘキサオクチルニトリロトリアセトアミド(HONTA)を含浸した吸着材の安全性を評価した。$$gamma$$線照射後の熱的特性や吸着性能の変化、並びに水素ガスの発生量から、MAをランタニド(Ln)から分離可能な線量を1MGyに設定するとともに、分離操作において、現在の想定設備以外で冷却ユニットやオフガスユニット等の予防措置は必要ないことを示した。

論文

Observation of Eu adsorption band in the CMPO/SiO$$_{2}$$-P column by neutron resonance absorption imaging

宮崎 康典; 渡部 創; 中村 雅弘; 柴田 淳広; 野村 和則; 甲斐 哲也; Parker, J. D.*

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011073_1 - 011073_7, 2021/03

中性子共鳴吸収イメージングを、抽出クロマトグラフィに使用するマイナーアクチノイド回収用CMPO/SiO$$_{2}$$-Pカラムで形成したEu吸着バンドの観測に適用した。軽水や重水で調製した湿潤カラムと乾燥吸着材を充填した乾燥カラムを比較し、中性子透過を評価した。中性子透過スペクトルから、乾燥カラムは45%、軽水調製カラムは20%、重水調製カラムは40%の中性子透過を確認した。得られた結果から、CMPO/SiO$$_{2}$$-Pカラムに形成したEu吸着バンドを観測するには、重水の使用によって、より鮮明になることを明らかにした。今後、カラム操作による吸着バンドのカラム内移行挙動を明らかにする。

論文

Study on gamma-ray-degradation of adsorbent for low pressure-loss extraction chromatography

宮崎 康典; 佐野 雄一; 岡村 信生; 渡部 雅之; 江夏 昌志*

QST-M-29; QST Takasaki Annual Report 2019, P. 72, 2021/03

放射性廃棄物の減容化及び有害度低減に、使用済燃料再処理で発生する高レベル放射性廃液から長寿命のマイナーアクチノイドを分離回収する固相分離技術の開発を行っている。特に、大粒径の吸着材をカラム充填することで、分離性能を維持しつつ、分離操作の安全性向上を目指した低圧損抽出クロマトグラフィを進めている。本研究では、HONTA含浸吸着材を0.01M硝酸溶液に浸漬し、$$gamma$$線照射によるHONTAの劣化挙動を調査した。吸収線量0.51MGyの場合では劣化物が2種類であったが、吸収線量の増加によって、e.g. 2.09MGy、劣化物の種類が5種類となった。このうち、2種類は溶媒抽出では見られておらず、抽出クロマトグラフィに特有の劣化物であることが示唆された。今後、硝酸や水が関与する抽出剤の劣化機構を明らかにする。

論文

HONTAと硝酸の水和錯体の光電子分光実験

宮崎 康典; 足立 純一*; 益田 遼太郎*; 下條 竜夫*; 星野 正光*

Photon Factory Activity Report 2021 (インターネット), 2 Pages, 2021/00

放射性廃棄物の減容化及び有害度低減の観点から、ガラス固化前の再処理高レベル放射性廃液からマイナーアクチノイド(MA; Am, Cm)を分離回収し、高速炉や加速器駆動システムによって、安定核種や短寿命核種に変換する「分離変換」の研究・技術開発を行っている。MA分離技術では、N,N,N',N', N",N"-hexaoctylnitrilotriacetamide(以降「HONTA」という。)に注目したプロセスを検討しているが、放射線分解に係る課題(e.g.放射線分解生成物の除去や使用済抽出剤の再利用等)が多く残されている。本研究では、硝酸とのコンディショニングによる水和錯体が抽出剤の放射線分解を阻害する効果を明らかにするため、有機相に形成する[(HONTA)(HNO$$_{3}$$)(H$$_{2}$$O)n]の光電子分光実験を行い、スペクトルパターンを取得した。また、量子化学計算で構造最適化したHMNTA + HNO$$_{3}$$の状態密度スペクトルと比較し、分子軌道から、HNO$$_{3}$$付加による影響を考察した。

特許

粒子製造方法及び粒子製造装置

佐野 雄一; 渡部 創; 宮崎 康典; 安倍 弘; 長谷川 健太

後藤 一郎*

特願 2022-032647  公開特許公報

【課題】粒子径が従来よりも大きく、粒子径の均一性が比較的高い粒子を製造することができる粒子製造方法を提供する。 【解決手段】本発明に係る粒子製造方法は、組成物を、振動するノズルから、撹拌機により撹拌された溶媒中に滴下し、組成物が含まれる粒子を造粒する造粒工程(ステップS1)と、前記造粒工程(ステップS1)で得られた溶媒を含む粒子から、溶媒を除去し、粒子を得る溶媒除去工程(ステップS2)と、を含むことを特徴とする。

口頭

放射性廃棄物の減容化に向けたガラス固化技術の基盤研究,70; 高レベル廃棄物吸着ガラスのガラス固化特性

小藤 博英; 宮崎 康典; 渡部 創; 後藤 一郎*; 大山 孝一; 竹内 正行

no journal, , 

抽出クロマトグラフィによるMA分離操作において、HDEHP含浸吸着材によるMo, Zrの事前除去を検討している。HDEHP吸着材を用いる場合、吸着材の膨潤によるカラムの圧力損失上昇を避けるため大粒径で細孔径が大きい多孔質シリカ担体の使用を検討している。このようなシリカ粒子を用いた場合の使用済吸着材のガラス化及びガラス固化体の化学的安定性に与える影響を評価した。

口頭

抽出クロマトの分離特性評価に用いる共鳴中性子イメージング技術の開発

宮崎 康典; 渡部 創; 中村 雅弘; 柴田 淳広; 野村 和則

no journal, , 

使用済燃料再処理で発生する高レベル放射性廃液はガラス固化体として地層処分されるが、放射性廃棄物減容化および有害度低減の観点から、マイナーアクチノイドの分離変換が望まれる。我々は、マイナーアクチノイドを選択的に分離回収する抽出クロマトグラフィの技術開発を行っている。これまでにイオンの分離挙動をシミュレーションする計算コードの整備を進めてきたが、クロマトグラムを再現するまでに至っていない。そこで、J-PARCのパルス中性子照射ビームラインを活用した共鳴中性子イメージングの実施によって、イオン(または吸着バンド)が相互分離する様子を非破壊観測する。多孔質の粒子内拡散や分散等の情報を計算コードに反映し、シミュレーションを高度化するとともに、実プロセスにおけるカラム分離性能の向上を図る。

口頭

次世代再処理ガラス固化のための吸着ガラスの$$gamma$$線照射耐性評価

宮崎 康典; 佐野 雄一; 小藤 博英; 渡部 創; 江夏 昌志*; 佐藤 隆博*

no journal, , 

経済産業省資源エネルギー庁の受託業務「平成28年度次世代再処理ガラス固化技術基盤研究事業」で量子科学技術研究開発機構高崎量子応用研究所に再委託した研究内容を発表する。本研究では、抽出クロマトグラフィを用いて高レベル放射性廃液からマイナーアクチノイド(MA)を分離回収した後、使用済吸着ガラスをガラス固化するまでの保管を想定した$$gamma$$線耐性評価試験を行った。具体的には、$$gamma$$線照射線量に対するEu漏出率を調査し、ガラス粒子のEu分布をPIXE分析によって明らかにすることで、吸着ガラスの劣化を定量的に評価した。劣化CMPO吸着ガラスは、溶出液のICP分析から約50%のEu漏出率(2MGy)を確認し、ガラス粒子のPIXE分析からもEuの表面密度の減少が確認できた。一方で、劣化HDEHP吸着ガラスは、溶出液に沈殿が起きており、ICP分析による定量評価ができなかった。今後、PIXE分析による定量評価を実施する予定である。まとめると、MA回収後に吸着ガラスで長期保管する場合、CMPOは分解しやすく、漏出率が高くなるため、使用には適していないことが明らかになった。HDEHPの利用に関しては今後の課題である。

口頭

共鳴中性子イメージングを利用したカラム中のEuの溶離吸着挙動の把握

佐藤 大輔; 宮崎 康典; 渡部 創; 中村 雅弘; 甲斐 哲也; 柴田 淳広; 野村 和則

no journal, , 

環境負荷低減を目的として抽出クロマトグラフィによる高レベル放射性廃液からのマイナーアクチノイド回収技術の開発を行っている。本技術開発においては、分離対象となるイオンの吸着溶離挙動を把握し、カラムの大きさや吸着溶離操作条件などを最適化していく必要がある。しかしながら、カラム内でのイオンの吸着溶離挙動については、対象イオンの色が薄いあるいは無色であるなどの理由により、その吸着バンドをこれまで視覚的に確認することができなかった。そこで、共鳴中性子イメージング技術を利用し、カラム内での対象イオンの吸着バンドを可視化してその吸着溶離挙動を確認する手法を検討した。これまでに、軽水ではなく重水を用いることでカラム内のEuの吸着バンドが可視化可能であることを確認した。本件では、この方法を用いてEuを対象に吸着溶離操作ごとのカラム内におけるEuの吸着バンドを可視化することにより、Euの吸着溶離挙動を明らかにした。

口頭

放射性廃棄物の減容化に向けたガラス固化技術の基盤研究,43; 高レベル廃棄物吸着ガラスによるMo, Zr分離特性

小藤 博英; 渡部 創; 後藤 一郎; 宮崎 康典; 野村 和則; 竹内 正行

no journal, , 

マイナーアクチニド(MA)等の分離法として、多孔質シリカに抽出剤を含浸させた吸着材を用いた抽出クロマトグラフィ法の開発を進めている。実廃液の処理においてはMoやZrが吸着材に優先的に吸着され、他の元素の吸着容量に影響することから、これらを事前に除去するフローを検討し、適用性を評価した。

口頭

Degradation behaviors of the TODGA/SiO$$_{2}$$-P adsorbent for extraction chromatography

宮崎 康典; 渡部 創; 佐野 雄一; 小藤 博英; 竹内 正行; 石神 龍哉*

no journal, , 

使用済み核燃料からマイナーアクチノイド(MA)を回収する方法として、抽出クロマトグラフィが用いられている。高分子ポリマーでコーティングした多孔SiO$$_{2}$$粒子にCMPO等の抽出剤を添加した吸着剤をカラムに充てんし、AmやCmなどの特定元素の群分離及び単離を行う。これまで高レベル放射性廃液からの放射線を模擬したHe$$^{2+}$$イオンや$$gamma$$線を照射し、劣化した吸着剤の安全性評価が進められてきた。本研究では、近年開発が進められているMA抽出剤の一つであるTODGAに的を絞り、TODGA/SiO$$_{2}$$-P吸着材の分解物の特定を行った。

口頭

The Mechanism in ZMH scaling at the initial stage

加茂井 健介*; 平沢 泉*; 宮崎 康典; 竹内 正行

no journal, , 

使用済燃料再処理において、多種多様なスラッジを生成する不溶解成分が一つの課題となっている。典型的な例としてZMHが挙げられる。温度上昇と共に低下する溶解度と、それと反比例して高くなる付着性から、再処理機器の壁面付着、延いては配管つまりや熱伝導性の劣化を引き起こす。したがって、ZMHの壁面付着を抑制する実用的な手法が求められる。本研究では、表面析出や堆積に係る主要因を特定するため、ZMHの結晶状態の変化を評価した。反応の初期段階は楕円結晶だったが、反応が進むと立方体の結晶に変化した。ZMH結晶は、反応初期ではZr:Moが1:1で会合し、壁面付着後、アモルファスの形で層を形成・堆積が進むと考えられる。

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