ウラニル錯体化学に基づくテーラーメイド型新規海水ウラン吸着材開発(委託研究); 令和3年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 東京工業大学*

JAEA-Review 2022-028, 54 Pages, 2022/11

JAEA-Review-2022-028.pdf:2.97MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和3年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等を始めとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、令和元年度に採択された「ウラニル錯体化学に基づくテーラーメイド型新規海水ウラン吸着材開発」の令和元年度から令和3年度の研究成果について取りまとめたものである。本課題は令和3年度が最終年度となるため3年度分の成果を取りまとめた。本研究では、海水中におけるウラン支配種であるウラニルイオンが他の金属にはまず見られない平面5座配位を好むというユニークな錯体化学的特徴を示すことに基づいて海水ウラン吸着材の吸着部位となる配位子構造をデザインし、海水ウラン回収技術における既存課題の解決およびまったく新しい海水ウラン吸着材の開発を行う。その第1フェーズとして、本研究ではウラニルイオンに対して特異的配位能を有する平面5座開環キレート配位子の開発およびその基本性能評価を行うことを目的とし各種研究開発を行った。「平面5座配位子の開発と性能評価」、「UO-平面5座配位子錯体の合成および錯形成挙動の解明」、「UO-平面5座配位子錯体に対する計算化学的アプローチ」および「夾雑イオンに対するUO選択性の評価」について検討を行った結果、「pH8付近でUOと支配的に錯形成し、かつpH1付近でUOから解離する平面5座配位子の開発」、「平面5座配位子を有するUO錯体の分子構造および電子状態の解明」および「代表的夾雑イオンに対するUO分離係数10以上」という当初目標すべてを達成することに成功した。

Decrease of radionuclide sorption in hydrated cement systems by organic ligands; Comparative evaluation using experimental data and thermodynamic calculations for ISA/EDTA-actinide-cement systems

Ochs, M.*; Dolder, F.*; 舘 幸男

Applied Geochemistry, 136, p.105161_1 - 105161_11, 2022/01

https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2021.105161

さまざまな種類の放射性廃棄物や環境中に含まれる有機物は、放射性核種との安定な錯体を形成し、収着による遅延効果を低減させる可能性がある。本研究では、有機配位子が共存するセメントシステムにおける収着低減係数(SRF)を定量化する方法論の適用性を評価する。SRFの推定のための3つの手法、(1)溶解度上昇係数との類似性、(2)熱力学的計算に基づく化学種分布、(3)三元系での収着実測データを組合わせ、代表的な有機配位子(ISAおよびEDTA)および選択された主要な放射性核種(アクチニド)を対象に評価を行った。ここで提案した手法により、評価対象とするシステムに関連する利用可能なデータ等の情報量に応じて、3つのSRFの定量化手法の有効性を評価することが可能である。最も信頼できるSRFは、三元系での収着実測データから導出することができる。そのような直接的な証拠がない状況でSRFを導出する必要がある場合、類推評価や熱力学計算からの推定を行うことになるが、それらの推定には不確実性を伴うことに留意する必要がある。

Sorption parameter setting approaches for radioactive waste disposal considering perturbation effects; Sorption reduction factors for organics

舘 幸男; Ochs, M.*

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 5, p.229 - 232, 2018/11

https://doi.org/10.15669/pnst.5.229

福島第一原子力発電所におけるクリーンアップ及び廃止措置活動によって様々な種類の放射性廃棄物が発生している。これらの廃棄物の処分においては、廃棄物に含まれる共存物質(有機物,ホウ素,塩分等)による擾乱影響が考慮される必要がある。そのような共存物質は処分システムの安全評価のための放射性核種の収着パラメータに影響を及ぼす可能性がある。本研究は、これらの擾乱影響を考慮した収着パラメータの定量評価手法の開発と、セメント系材料に対する有機物(イソサッカリン酸)共存下での収着低減ファクターを例示的に評価することを目的とした。イソサッカリン酸の影響によるセメントへのAmの収着低減ファクターを導出するための3つの手法が比較された。これらのオプションは、共存物質による擾乱影響に関して利用可能なデータ量に応じて、段階的に適用されるべきである。

A Reliable hybrid adsorbent for efficient radioactive cesium accumulation from contaminated wastewater

Awual, M. R.; 矢板 毅; 宮崎 有史; 松村 大樹; 塩飽 秀啓; 田口 富嗣

Scientific Reports (Internet), 6, p.19937_1 - 19937_10, 2016/01

AA2015-0789.pdf:1.31MB

https://doi.org/10.1038/srep19937

A novel macrocyclic ligand of -benzo--xylyl-22-crown-6-ether (OBPX22C6) was developed and successfully immobilized onto mesoporous silica for the preparation of hybrid adsorbent. The benzene ring electron is the part of crown ether of OBPX22C6 for easy orientation of the macrocyclic compound for making the electron donation with Cs complexation. The results clarified that the Cs removal process was rapid and reached saturation within a short time. Considering the effect of competitive ions, sodium did not markedly affect the Cs adsorption whereas potassium was slightly affected due to the similar ionic radii. Due to its high selectivity and reusability, significant volume reduction is expected as this promising hybrid adsorbent is used for Cs removal in Fukushima wastewater.

Electrochemical properties of uranium(VI) complexes with multidentate ligands in -dimethylformamide

Kim, S.-Y.; 朝倉 俊英; 森田 泰治; 池田 泰久*

Journal of Alloys and Compounds, 408-412, p.1291 - 1295, 2006/02

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2005.04.123

-ジメチルホルムアミド溶媒中のUO(-diketonato)DMF, UO(trop)DMF及びUO(sap)(DMF), (DMF=-dimethyl formamide, -diketonate=thenoyltrifluoroacetonate(ttfa), benzoyl trifluoroacetonate(btfa), and dibenzoylmethanate(dbm), trop=tropolonate, and sap=2-salicylidenaminophenolate)錯体について、サイクリックボルタンメトリー法を用いて電気化学的研究を行った。その結果、形式電位(E, .フェロセン/フェロセニウム)はUO(ttfa)DMF錯体(-1.176V),UO(btfa)DMF錯体(-1.183V),UO(dbm)DMF錯体(-1.461V),UO(trop)DMF錯体(-1.456V)及びUO(sap)(DMF)錯体(-1.585V)であった。これらの錯体は準可逆的にU(V)に還元され、多座配位子を有する錯体ほど、形式電位はより負側にシフトすることがわかった。以上の結果から、単座配位子を持つウラニル錯体よりも多座配位子を持つウラニル錯体の方が、安定なU(V)錯体を生成することが確認された。

5価ネプツニウム化合物中の陽イオン-陽イオン相互作用

Krot, N. N.*; 佐伯 正克

JAERI-Review 2003-005, 37 Pages, 2003/03

JAERI-Review-2003-005.pdf:2.12MB

本総説は、ロシア科学アカデミー・物理化学研究所・N. N. Krot教授により1997年に英文で記述されたものを、佐伯が翻訳したものが基礎となっている。分かり難い箇所については、原論文を読むことにより内容を補足したり、訳者注を付加した。さらに、1997年以後のデータを若干付加した。内容は、ネプツニウム5価化合物を中心に、陽イオン-陽イオン相互作用に関する全体像を記述したものである。まず、ネプツニウム5価化合物に現れる、陽イオン-陽イオン結合の特徴を紹介し、化合物中での陽イオン-陽イオン相互作用が、その物性に及ぼす影響や、陽イオン-陽イオン結合の確認手段等に言及した。さらに、他のアクチニドイオンの固体化合物中に見いだされる、陽イオン-陽イオン結合を概観するとともに、アクチニドイオンの固体化合物中と溶液中の陽イオン-陽イオン相互作用を比較して述べた。

Lithium isotope separation by displacement chromatography using cryptand resin

藤根 幸雄; 斎藤 恵一朗; 柴 是行

Journal of Nuclear Science and Technology, 20(5), p.439 - 440, 1983/00

https://doi.org/10.3327/jnst.20.439

双環性クラウン化合物:〔2.2.1〕クリプタンドのモノマーをスチレン・ジビニルベンゼン重合体からなる樹脂粒に化学結合させたクリプタンド樹脂でクロマトグラフィ用のカラムを作り、リチウム吸着帯をカラム内で置換的に移動させることによりリチウム同位体分離を行った。リチウムの保持イオンとしてCsを、置換剤としてNaイオンを使い、溶媒としてメタノールを利用すると酢酸リチウムの吸着帯は溶離クロマトグラフィのように大きなティリングを示さず、2mの移動距離では、ほぼ一定の吸着帯長さを維持した。吸着帯内で、Liは後端側にLiは前端側に濃縮された。この分離系の同位体分離係数は1.014(40C)であった。

Estimation of sorption reduction by organic ligands in actinide-cement systems

Ochs, M.*; Dolder, F.*; 舘 幸男

no journal, , 

The clean-up activities related to the accident at the Fukushima nuclear power plant give rise to several types of wastes containing cementitious materials as well as substances that can influence radionuclide migration, especially organic complexing substances. Complexation by dissolved organic ligands will compete with sorption reactions between radionuclides and cementitious materials and therefore lead to a decrease of sorption. This paper focuses on a more systematic and broad-ranging evaluation of estimating sorption reduction factors (SRF) and maximum no-effect concentrations (NEC) on the basis of calculated aqueous radionuclide speciation and, where available, on the comparison with SRF/NEC calculated from experimental data. It can be concluded that experimental data from ternary systems (radionuclide-ligand-cement) are clearly most reliable for the determination of SRF by organic ligands. The quality of SRF estimates on the basis of modelled aqueous speciation is very heterogeneous at this point and is hampered especially in the actinide-ISA systems by uncertainties regarding the nature of relevant species at highly alkaline pH.