特開 2024-156596 マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024156596

(43)【公開日】2024-11-06

(54)【発明の名称】マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G21F 9/12 20060101AFI20241029BHJP

   B01J 20/06 20060101ALI20241029BHJP

   B01J 20/10 20060101ALI20241029BHJP

   B01J 20/30 20060101ALI20241029BHJP

【ＦＩ】

G21F9/12 501B

B01J20/06 C

B01J20/10 C

B01J20/30

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023196740

(22)【出願日】2023-11-20

(31)【優先権主張番号】10-2023-0053125

(32)【優先日】2023-04-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2023-0123785

(32)【優先日】2023-09-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】523304205

【氏名又は名称】ジャイアント ケミカル カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＧＩＡＮＴ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＣＯ．， ＬＴＤ

【住所又は居所原語表記】３５，Ｓａｎｍａｋｇｏｎｇｄａｎｂｕｋ ８－ｇｉｌ Ｙａｎｇｓａｎ－ｓｉ Ｇｙｅｏｎｇｓａｎｇｎａｍ－ｄｏ ５０５６７，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100130111

【弁理士】

【氏名又は名称】新保 斉

(72)【発明者】

【氏名】カン、ドン ギュン

(72)【発明者】

【氏名】キム、ドン ヒョン

(72)【発明者】

【氏名】チェ、ボン ソク

(72)【発明者】

【氏名】キム、デ ウク

(72)【発明者】

【氏名】カン、ジン ギュ

(72)【発明者】

【氏名】ハン、スン ユン

(72)【発明者】

【氏名】ソン、ドン ミン

(72)【発明者】

【氏名】キム、ホ ジェ

(72)【発明者】

【氏名】チョ、ス ジン

(72)【発明者】

【氏名】キム、ソ ユン

(72)【発明者】

【氏名】チェ、ボ ギョン

【テーマコード（参考）】

4G066

【Ｆターム（参考）】

4G066AA16B

4G066AA22B

4G066BA09

4G066BA23

4G066BA26

4G066CA12

4G066DA07

4G066EA13

4G066FA03

4G066FA34

4G066FA38

4G066FA40

(57)【要約】

【課題】マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】マグネシウムシリケートを含むセシウム、コバルト及びストロンチウム放射性元素吸着剤及びその製造方法に関する。本発明は、放射性元素の吸着効率を最適化できる前記マグネシウムシリケートの気孔径、ＭｇＯ及びＳｉＯ_２の含有量を具体化することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マグネシウムシリケートを含む
ことを特徴とする放射性元素吸着剤。

【請求項2】

前記放射性元素は、
セシウム、コバルト及びストロンチウムからなる群から選択される１種以上である
請求項１に記載のマグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤。

【請求項3】

前記マグネシウムシリケートは、
気孔径が３３～４０Åである
請求項１に記載のマグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤。

【請求項4】

前記マグネシウムシリケートは、
ＵＳＰ／ＮＦ基準のマグネシウムシリケートと比較して、ＭｇＯ含有量が３～４％減少し、ＳｉＯ_２含有量が８～８．５％増加する
請求項１に記載のマグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤。

【請求項5】

前記マグネシウムシリケートは、
前記マグネシウムシリケート１００重量部に対して、ＭｇＯ１４．４～１４．６重量部を含み、ＳｉＯ_２７２．４～７２．６重量部を含む
請求項１に記載のマグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤。

【請求項6】

（Ａ１）シリケート前駆体を製造するステップと、
（Ａ２）マグネシウム前駆体とアンモニウム塩とを混合して混合物を製造するステップと、
（Ａ３）前記混合物に前記シリケート前駆体を添加して、マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤を製造するステップと、
を含む
ことを特徴とするマグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤の製造方法。

【請求項7】

前記マグネシウム前駆体は、
塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）である
請求項６に記載のマグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マグネシウムシリケート（ケイ酸マグネシウム）を含む放射性元素吸着剤及びその製造方法に関し、より詳しくは、マグネシウムシリケートを含むセシウム、コバルト及びストロンチウム放射性元素吸着剤及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

大きな比表面積と均一な気孔を有するナノ多孔性物質は、吸着剤、触媒支持剤、分離および精製工程、並びにイオン交換の媒体として幅広く使用されている。特に、調節された多孔性を有する新規ナノ構造物質の合成は、新素材の分野で現在進行中の研究分野である。

【0003】

中でもマグネシウムシリケート（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｓｉｌｉｃａｔｅ）は、水溶性マグネシウム塩（ｗａｔｅｒ ｓｏｌｕｂｌｅ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｓａｌｔｓ）とナトリウムシリケート（ｓｏｄｉｕｍ ｓｉｌｉｃａｔｅ）の沈殿反応によって合成される多孔質無機化学物質であり、強力な吸着性能から、工業用、食品精製用、化粧品原料などの分野で用いられている。

【0004】

一方、世界的に原子力発電所へのエネルギー依存度が次第に高まる中、原発事故によって発生する可能性のある放射性廃棄物の処理が主要な問題として浮上している。

【0005】

放射性セシウム（^１３７Ｃｓ）は、原子力発電所の事故、核廃棄物などによる放射能汚染の主な原因物質であり、水への溶解度が高く、半減期が長く、体内ではカリウムイオンと類似の挙動を示すため、体内に吸収されてもうまく排出されず、肺がん、骨髄がんなどの様々ながんの原因となる可能性がある。そのため、このような放射性セシウムを除去する技術の必要性が出てきている。

【0006】

コバルト（Ｃｏｂａｌｔ、Ｃｏ）は自然界には存在しない放射性核種であり、原子力発電所の運転中に高温、高圧の環境にさらされると、水や溶存酸素と反応して腐食生成物を形成し、核燃料から発生する放射性物質とともに冷却水パイプラインに酸化膜を形成する。このとき形成された酸化膜は、鉄、クロム、ニッケル、銅、コバルトなど、冷却剤接触設備の構成成分からなり、冷却に必要な熱伝達効率を低下させ、原子力発電所の運行効率の低下を引き起こす。

【0007】

ストロンチウム（Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ、Ｓr）は銀白色の軟らかいアルカリ土類金属で、カルシウムよりも軟らかく反応性が高い。水中で激しく反応して水酸化ストロンチウム（Ｓｒ（ＯＨ）_２）と水素ガス（Ｈ_２）を発生させ、空気中で燃焼して酸化ストロンチウムと窒化ストロンチウムを生成する。ウランの核分裂過程で大量に形成される放射性汚染核種のセシウムとストロンチウムは、高い熱を放出する特性と３０年以上の半減期のため、放射性汚染水から必ず除去しなければならない。

【0008】

しかし、放射性液体廃棄物には様々な化学物質が含まれており、運転中の発泡や腐食などのため、運転条件が厳しく、円滑な処理が難しい。そこで、放射性元素を効率よく除去するために吸着剤を利用する方法が検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】韓国登録特許公報第１０－２２２１７４０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、セシウム、コバルト及びストロンチウムを吸着できるマグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤を提供することである。

【0011】

本発明の他の目的は、セシウム除去効率を最適化できる前記マグネシウムシリケートの気孔径、ＭｇＯおよびＳｉＯ_２の含有量を具体化することである。

【0012】

本発明のさらに他の目的は、前記マグネシウムシリケートを含むセシウム、コバルト及びストロンチウム放射性元素吸着剤の製造方法を提供することである。

【0013】

本発明が解決しようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に限定されるものではなく、言及されていない他の技術的課題も、本発明の記載から、当該分野における通常の知識を有する者に明確に理解される。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明は、マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤を提供する。

【0015】

本発明において、前記放射性元素は、セシウム、コバルト及びストロンチウムからなる群から選択される１種以上であることを特徴とする。

【0016】

本発明において、前記マグネシウムシリケートは、気孔径が３３～４０Åであることを特徴とする。

【0017】

本発明において、前記マグネシウムシリケートは、ＵＳＰ／ＮＦ基準のマグネシウムシリケートと比較して、ＭｇＯ含有量が３～４％減少し、ＳｉＯ_２含有量が８～８．５％増加することを特徴とする。

【0018】

本発明において、前記マグネシウムシリケートは、前記マグネシウムシリケート１００重量部に対して、ＭｇＯ１４．４～１４．６重量部を含み、ＳｉＯ_２７２．４～７２．６重量部を含むことを特徴とする。

【0019】

また、本発明は、（Ａ１）シリケート前駆体を製造するステップと、（Ａ２）マグネシウム前駆体とアンモニウム塩とを混合して混合物を製造するステップと、（Ａ３）前記混合物に前記シリケート前駆体を添加して、マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤を製造するステップと、を含むことを特徴とする、マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤の製造方法を提供する。

【0020】

本発明において、前記マグネシウム前駆体は、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

本発明は、セシウム、コバルト及びストロンチウムを吸着できるマグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤を提供することができる。

【0022】

また、本発明は、放射性元素の吸着効率を最適化できる前記マグネシウムシリケートの気孔径、ＭｇＯ及びＳｉＯ_２の含有量を具体化することができる。

【0023】

さらに、本発明は、前記マグネシウムシリケートを含むセシウム、コバルト及びストロンチウム放射性元素吸着剤の製造方法を提供することができる。

【0024】

本発明の効果は、以上で言及した効果に限定されるものではなく、言及されていない他の効果も、特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解される。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明によるマグネシウムシリケートのセシウム吸着後の色の変化を示す写真である。

【図2】本発明によるマグネシウムシリケートのコバルト吸着後の色の変化を示す写真である。

【図3】本発明によるマグネシウムシリケートのストロンチウム吸着後の色の変化を示す写真である。

【図4】本発明によるマグネシウムシリケートの放射性元素の吸着メカニズムを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本明細書で使用されている用語は、本発明での機能を考慮しながら、可能な限り現在広く使用される一般的な用語を選択しているが、それは、当分野の当業者の意図、判例、または新たな技術の出現などによって異なりもする。また、特定の場合は、出願人が任意に選定した用語もあり、その場合、当該発明の説明部分で、詳細にその意味を記載する。したがって、本発明で使用される用語は、単純な用語の名称ではない、その用語が有する意味と、本発明の全般にわたる内容とを基に定義される。

【0027】

別段の定義がない限り、技術的または科学的な用語を含めてここで使用されるすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書に定義されているような用語は関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有すると解釈すべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的であるか過度に形式的な意味として解釈されない。

【0028】

数値の範囲は、前記範囲に定義された数値を含む。本明細書において与えられたすべての最大の数値制限は、低い数値制限が明確に述べられているように、すべてのさらに低い数値制限を含む。本明細書において与えられたすべての最小の数値制限は、さらに高い数値制限が明確に述べられているように、すべてのさらに高い数値制限を含む。本明細書において与えられたすべての数値制限は、さらに狭い数値制限が明確に述べられているように、さらに広い数値範囲内のさらに良いすべての数値範囲を含む。

【0029】

以下、本発明について詳細に説明する。

【0030】

マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤
本発明は、マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤を提供する。

【0031】

前記放射性元素は、セシウム、コバルト及びストロンチウムからなる群から選択された１種以上であってもよい。

【0032】

前記マグネシウムシリケートの気孔径（ｐｏｒｅ ｓｉｚｅ）は３３～４０Å、好ましくは３４～３８Åであってもよい。

【0033】

前記マグネシウムシリケートの重量は０．１５～０．２５ｇ、好ましくは０．１９～０．２１ｇであってもよい。

【0034】

前記マグネシウムシリケートの比表面積（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａ）は４０～６０ｍ^２／ｇ、好ましくは４３～５０ｍ^２／ｇであってもよい。

【0035】

前記マグネシウムシリケートの気孔容積（ｐｏｒｅ ｖｏｌｕｍｅ）は０．０２～０．１ｃｍ^３／ｇ、好ましくは０．０２～０．０６ｃｍ^３／ｇであってもよい。

【0036】

前記マグネシウムシリケートのセシウム除去効率は９５～１００％、好ましくは９７～１００％であってもよい。前記セシウム除去効率は、以下の式１により計算して導出されてもよく、前記式１において、Ｃ_ｉは初期金属イオン濃度であり、Ｃ_ｆは吸着後の金属イオン濃度であってもよい。

【0037】

同様に、前記マグネシウムシリケートのコバルト除去効率は９５～１００％、好ましくは９８～１００％であってもよい。前記コバルト除去効率は、以下の式１により計算して導出されてもよく、前記式１において、Ｃ_ｉは初期金属イオン濃度であり、Ｃ_ｆは吸着後の金属イオン濃度であってもよい。

【0038】

同様に、前記マグネシウムシリケートのストロンチウム除去効率は９５～１００％、好ましくは９６～１００％であってもよい。前記ストロンチウム除去効率は、以下の式１により計算して導出されてもよく、前記式１において、Ｃ_ｉは初期金属イオン濃度であり、Ｃ_ｆは吸着後の金属イオン濃度であってもよい。

【0039】

【数1】

【0040】

前記マグネシウムシリケート中のシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ，Ｓｉ）の元素含有量は７０～８０％、マグネシウム（Ｍｇ）の含有量は１８～２５％、Ｍｇ：Ｓｉの比率は１：３～４であってもよい。

【0041】

前記マグネシウムシリケートは、前記マグネシウムシリケート１００重量部に対して、ＭｇＯ１４．４～１４．６重量部を含み、ＳｉＯ_２７２．４～７２．６重量部を含むことを特徴としてもよい。

【0042】

前記マグネシウムシリケートは、ＵＳＰ／ＮＦ基準のマグネシウムシリケートと比較して、ＭｇＯ含有量が３～４％減少し、ＳｉＯ_２含有量が８～８．５％増加することを特徴としてもよく、好ましくは、ＵＳＰ／ＮＦ基準のマグネシウムシリケートと比較して、ＭｇＯ含有量が３．２～３．４％減少し、ＳｉＯ_２含有量が８．１～８．３％増加することを特徴としてもよい。

【0043】

前記ＵＳＰ／ＮＦ基準のマグネシウムシリケートは、ＭｇＯ含有量が１５％であり、ＳｉＯ_２含有量が６７％であることを特徴としてもよい。

【0044】

マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤の製造方法
本発明は、マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤の製造方法を提供する。

【0045】

前記放射性元素吸着剤の製造方法は、（Ａ１）シリケート前駆体を製造するステップと、（Ａ２）マグネシウム前駆体とアンモニウム塩とを混合して混合物を製造するステップと、（Ａ３）前記混合物に前記シリケート前駆体を添加して、マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤を製造するステップと、を含むことを特徴とする、マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤の製造方法を提供する。

【0046】

前記ステップ（Ａ１）は、シリケート前駆体を製造するステップであり、前記シリケート前駆体は、アルコール、水及び水性アンモニア（ＮＨ_３Ｈ_２Ｏ、ａｍｍｏｎｉａ－ｗａｔｅｒ）を混合した混合物にテトラエチルオルトシリケート（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ、ＴＥＯＳ）を添加して製造されてもよく、前記テトラエチルオルトシリケートを添加した後、２００～３００ｒｐｍで１～３時間攪拌してもよい。前記攪拌物を遠心分離した後、６０～８０℃で乾燥させてシリケート前駆体を製造することができる。

【0047】

前記シリケート前駆体は、シリカ（ＳｉＯ２）、ナトリウムシリケート（ｓｏｄｉｕｍ ｓｉｌｉｃａｔｅ）、テトラメチルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、テトラエチルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、テトラプロピルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｐｒｏｐｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、トリエトキシエチルシラン（ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｅ、ＴＥＥＳ）及び１，２－ビス（トリエトキシシリル）エタン（１，２－ｂｉｓ（ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌ）ｅｔｈａｎｅ、ＢＴＳＥ）からなる群から選択される１種以上であってもよい。

【0048】

前記ステップ（Ａ２）は、マグネシウム前駆体及びアンモニウム塩を混合して混合物を製造するステップであり、前記マグネシウム前駆体は、硝酸マグネシウム（Ｍｇ（ＮＯ_３）_２）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ_４）及び塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）からなる群から選択される１種以上であってもよく、前記マグネシウム前駆体は、単一前駆体であってもよいし、混合前駆体であってもよい。前記アンモニウム塩は、塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）、硝酸アンモニウム（ＮＨ_４ＮＯ_３）及び硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）からなる群から選択される１種以上であってもよい。

【0049】

より具体的には、前記ステップ（Ａ２）は、マグネシウム前駆体及びアンモニウム塩を蒸留水に溶解した後、アンモニア水（ＮＨ_４ＯＨ）を添加して混合物を製造することができ、好ましくは、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）及び塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）を蒸留水に溶解した後、２３～３３％のアンモニア水を添加して混合物を製造することができる。

【0050】

前記ステップ（Ａ３）は、前記混合物に前記シリケート前駆体を添加して、マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤を製造するステップであり、より具体的には、前記ステップ（Ａ３）において、前記シリケート前駆体を蒸留水に分散させ、前記分散液を前記マグネシウム前駆体、アンモニウム塩及びアンモニア水を混合した混合物に添加して均質化した後、前記均質物を１２０～１６０℃で１０～１４時間反応させて、シリケート前駆体である球状のシリカ（ＳｉＯ_２）のＳｉイオンを放出させ、放出されたＳｉイオンとマグネシウムイオンとの間の相互作用を引き起こすことができる。次に、前記相互作用を終えた反応物を冷却し、６０～８０℃の温度で乾燥させて、放射性元素吸着能を有するマグネシウムシリケートを製造することができる。

【0051】

以下、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明が実施例により限定されるものではないことは言うまでもない。

【0052】

実施例１．マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤の製造
１－１．シリケート前駆体の製造
エタノール、蒸留水及び水性アンモニア（ＮＨ_３Ｈ_２Ｏ、ａｍｍｏｎｉａ－ｗａｔｅｒ）を均質に混合し、前記エタノール、蒸留水及び水性アンモニア混合物にテトラエチルオルトシリケート（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ、ＴＥＯＳ）を注入し、常温で２５０ｒｐｍの速度で２時間攪拌した。前記攪拌し終わった混合物を、高速遠心分離機を用いて固体層を分離し、これを蒸留水とエタノールで洗浄した後、７０℃で乾燥させて、マイクロサイズの粒子を有するシリケート前駆体であるマイクロシリカ（ＳｉＯ_２）を製造した。

【0053】

１－２．マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤の製造
放射性元素吸着性能を有するマグネシウムシリケートの製造のために、適切な比表面積、気孔容積および気孔径の粒子を有するシリケート前駆体を、ストーバー工程（Ｓｔｏｂｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ）により球状のシリカ（ＳｉＯ２）をシリケート前駆体として製造した。

【0054】

塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２、０．７５ｍｍｏｌ）及び塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ、１０ｍｍｏｌ）を蒸留水３０ｍＬに溶解した後、２８％アンモニア水（ＮＨ_４ＯＨ）１ｍＬを加え混合して混合物を製造した。前記製造されたマイクロサイズの粒子を有するナトリウムシリケート０．１ｇを蒸留水２０ｍＬに分散させ、前記分散液を前記混合物に添加し、均質になるまで混合した。前記均質物をオートクレーブ（ａｕｔｏｃｌａｖｅ）に移し、１４０℃で１２時間反応させて、シリケート前駆体である球状のシリカ（ＳｉＯ_２）のＳｉイオンを放出させ、放出されたＳｉイオンとマグネシウムイオン間の相互作用のための反応を行った。その後、前記反応物を室温まで冷却し、次いで、反応で生成されたマグネシウムシリケートをろ過し、蒸留水で洗浄した後、７０℃の乾燥機内で乾燥させ、放射性元素吸着能を有するマグネシウムシリケートを製造した。

【0055】

比較例１．塩化マグネシウムのモル量を調整したマグネシウムシリケートの製造
塩化マグネシウムのモル量に応じた放射性元素吸着能を確認するために、塩化マグネシウムのモル量を０．７５ｍｍｏｌから０．６２ｍｍｏｌに調整したマグネシウムシリケートを製造した。このマグネシウムシリケートは、塩化マグネシウムのモル量を除いては、前記実施例１のマグネシウムシリケートと同様の方法で製造した。

【0056】

比較例２．イライトの製造
イライトの場合、通常、まず鉱山から採掘され、その後、別の粉砕及び乾燥工程を経て製造される。

【0057】

実験例１．マグネシウムシリケートの比表面積分析
前記実施例１、比較例１及び比較例２で製造したマグネシウムシリケート及びイライトの比表面積分析（ＢＥＴ）を行うために実験例１を行った。前記実験例１の結果を表１に示した。

【0058】

この実験例１の結果、前記実施例１で製造したマグネシウムシリケートの気孔径は３５．２７９Åであり、前記比較例１で製造したマグネシウムシリケートの気孔径は７８．９３２Åであり、前記比較例２で製造したイライトの気孔径は１１５．３０Åであることが確認された。

【0059】

前記実施例１で製造したマグネシウムシリケートの比表面積（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａ）は４６．０５３０ｍ^２／ｇであり、前記比較例１で製造したマグネシウムシリケートの比表面積は２０６．１１２６ｍ^２／ｇであり、前記比較例２で製造したイライトの比表面積は１０．１５０２ｍ^２／ｇであることが確認された。

【0060】

前記実施例１で製造したマグネシウムシリケートの気孔容積（ｐｏｒｅ ｖｏｌｕｍｅ）は０．０４０６ｃｍ^３／ｇであり、前記比較例１で製造したマグネシウムシリケートの気孔容積は０．４０５７ｃｍ^３／ｇであり、前記比較例２で製造したイライトの気孔容積は０．０２９２ｃｍ^３／ｇであることが確認された。

【0061】

【表1】

【0062】

実験例２．マグネシウムシリケートのセシウム除去効率
前記実施例１、比較例１及び比較例２で製造したマグネシウムシリケート及びイライトのセシウム（Ｃｅｓｉｕｍ、Ｃｓ）除去効率を調べるために実験例２を行った。

【0063】

塩化セシウム１２６ｍｇを蒸留水１Ｌに溶解した後、超音波振動を用いて１０分間分散させた。前記分散液１００ｍＬを３００ｒｐｍで攪拌しながら、前記実施例１、比較例１または比較例２で製造したマグネシウムシリケートまたはイライト吸着剤を各１ｇずつ投入した。前記分散液と吸着剤を混合した溶液を８０００ｒｐｍで５分間遠心分離し、上清を分離した。前記上清を誘導結合プラズマ質量分析法（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ－Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＩＣＰ－ＭＳ）で残留セシウム濃度を確認し、前記実験例２の結果を下記表２に示した。

【0064】

この実験例２の結果、前記実施例１のセシウム除去効率は９８．８４％、前記比較例１のセシウム除去効率は８０．６０％、前記比較例２のセシウム除去効率は７９．０％であった。前記セシウム除去効率は、下記式１により計算し、下記式１においてＣ_ｉは初期金属イオン濃度であり、Ｃ_ｆは吸着後の金属イオン濃度を意味する。

【0065】

【数2】

【0066】

【表2】

【0067】

実験例３．マグネシウムシリケートのセシウム吸着後の色の変化
前記実施例１、比較例１及び比較例２で製造したマグネシウムシリケート及びイライトのセシウム吸着後の色の変化を観察するために実験例３を行った。前記マグネシウムシリケートまたはイライトを用いたセシウム吸着方法は、前記実験例２と同様に行った。セシウム吸着後のマグネシウムシリケート及びイライトの色の変化をそれぞれ観察した結果を図１に示した。

【0068】

この実験例３の結果、前記実施例１、比較例１及び比較例２の全てのマグネシウムシリケート及びイライトには、セシウム吸着後の色の変化が観察されなかった（図１）。

【0069】

実験例４．マグネシウムシリケートのコバルト除去効率の比較
前記実施例１、比較例１及び比較例２で製造したマグネシウムシリケート及びイライトのコバルト除去効率を確認するために実験例４を行った。

【0070】

硝酸コバルト４９３．８ｍｇを蒸留水１Ｌに溶解した後、超音波振動を用いて１０分間分散させた。前記分散液１００ｍＬを３００ｒｐｍで攪拌しながら、前記実施例１、比較例１または比較例２で製造したマグネシウムシリケートまたはイライト吸着剤を各１ｇずつ投入した。前記分散液と吸着剤を混合した溶液を８０００ｒｐｍで５分間遠心分離し、上清を分離した。前記上清を誘導結合プラズマ質量分析法（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ－Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＩＣＰ－ＭＳ）で残留コバルト濃度を確認し、前記実験例４の結果を下記表３に示した。

【0071】

この実験例４の結果、前記実施例１のコバルト除去効率は９９．９８％、前記比較例１のコバルト除去効率は９９．９７％、前記比較例２のコバルト除去効率は１０．１％であった。前記コバルト除去効率は、前記式１により算出した。

【0072】

【表3】

【0073】

実験例５．マグネシウムシリケートへのコバルト吸着後の色の変化
前記実施例１、比較例１及び比較例２で製造したマグネシウムシリケート及びイライトのコバルト吸着後の色の変化を観察するために実験例５を行った。前記実施例１によるマグネシウムシリケートを用いたコバルト吸着方法は、前記実験例４と同様に行った。コバルト吸着後のマグネシウムシリケートの色変化を図２に示した。

【0074】

この実験例５の結果、前記実施例１のマグネシウムシリケートは、コバルト吸着後に白色から緑色を帯びた薄い灰色に変色し、前記比較例１のマグネシウムシリケート及び前記比較例２のイライトには色の変化が観察されなかった（図２）。

【0075】

実験例６．マグネシウムシリケートのストロンチウム除去効率の比較
前記実施例１、比較例１及び比較例２で製造したマグネシウムシリケート及びイライトのストロンチウム除去効率を確認するために実験例６を行った。

【0076】

塩化ストロンチウム１８０．９ｍｇを蒸留水１Ｌに溶解した後、超音波振動を用いて１０分間分散させた。前記分散液１００ｍＬを３００ｒｐｍで攪拌しながら、前記実施例１、比較例１または比較例２で製造したマグネシウムシリケートまたはイライト吸着剤を各１ｇずつ投入した。前記分散液と吸着剤を混合した溶液を８０００ｒｐｍで５分間遠心分離し、上清を分離した。前記上清を誘導結合プラズマ質量分析法（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ－Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＩＣＰ－ＭＳ）で残留ストロンチウム濃度を確認し、前記実験例６の結果を下記表４に示した。

【0077】

この実験例６の結果、前記実施例１のストロンチウム除去効率は９７．５５％、前記比較例１のストロンチウム除去効率は７１．１０％、前記比較例２のストロンチウム除去効率は１６．０％であった。前記ストロンチウム除去効率は、前記式１により算出した。

【0078】

【表4】

【0079】

実験例７．マグネシウムシリケートへのストロンチウム吸着後の色の変化
前記実施例１、比較例１及び比較例２で製造したマグネシウムシリケート及びイライトのストロンチウム吸着後の色の変化を観察するために実験例７を行った。前記実施例１によるマグネシウムシリケートを用いたストロンチウム吸着方法は、前記実験例６と同様に行った。ストロンチウム吸着後のマグネシウムシリケートの色の変化を図３に示した。

【0080】

この実験例７の結果、前記実施例１、比較例１及び比較例２で製造したマグネシウムシリケート及びイライトには、ストロンチウム吸着後の色の変化が観察されなかった（図３）。

【0081】

実験例８．マグネシウムシリケートの元素含有量
前記実施例１、比較例１及び比較例２で製造したマグネシウムシリケート及びイライトの元素含有量を分析した。

【0082】

当社が保有している、ＥＭＣＲＡＦＴ社のＳＥＭ（ＣＵＢＥ II）とこれに搭載されたＥＤＳ検出器（Ｘｐｌｏｒｅ ｃｏｍｐａｃｔ ３０）及びＡＺｔｅｃＯｎｅプログラムを活用して、マグネシウムシリケートとイライトの成分分析を行った。

【0083】

この実験例８の結果、前記実施例１のマグネシウムシリケートのＭｇ：Ｓｉ比は１：４．１７であり、放射性元素であるセシウム、コバルト及びストロンチウムの吸着能は前記比で最も優れていた（表５）。これは、マグネシウムシリケートの層間に酸素原子の負のチャネル（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｈａｎｎｅｌ）が形成され、セシウム、コバルト及びストロンチウムの吸着能が向上したためと考えられる（図４参照）。前記比較例２で製造したイライトの場合、シリケートの割合は高いが、Ｋ、Ｆｅ及びＡｌイオンが共存しており、これがセシウム、コバルト及びストロンチウムの放射性元素の吸着能を低くしていると考えられる。

【0084】

【表5】

【0085】

実験例９．放射性元素のイオンサイズによる吸着能の分析
セシウム（Ｃｓ^＋）、コバルト（Ｃｏ^２＋）及びストロンチウム（Ｓｒ^２＋）の放射性元素のイオンサイズを下記表６に示し、前記イオンサイズによる吸着能を比較した。表６によると、セシウム（Ｃｓ^＋）のイオンサイズは１６９ｐｍ、コバルト（Ｃｏ^２＋）のイオンサイズは７２ｐｍ、ストロンチウム（Ｓｒ^２＋）のイオンサイズは１１３ｐｍであった。イオンサイズが小さい順に、コバルト（Ｃｏ^２＋）＜ストロンチウム（Ｓｒ^２＋）＜セシウム（Ｃｓ^＋）であることから、コバルト（Ｃｏ^２＋）イオンはイオン半径が小さく、マグネシウムシリケートの負チャネル（Ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｈａｎｎｅｌ）の間に挟まりやすく、その結果、除去効率が高くなると結論づけられる。

【0086】

【表6】

【0087】

実験例１０．マグネシウムシリケートのＸＲＦ分析
前記実施例１、比較例１及び比較例２で製造したマグネシウムシリケート及びイライトを用いてＸＲＦ分析を行い、その結果を表７に示した。

【0088】

【表7】

【0089】

この実験例１０の結果、前記実施例１のマグネシウムシリケートはＭｇＯ１４．５ｗｔ％及びＳｉＯ_２７２．５ｗｔ％と確認され、前記比較例１のマグネシウムシリケートはＭｇＯ１５．４ｗｔ％及びＳｉＯ_２７０．６ｗｔ％と確認され、前記比較例２のイライトはＭｇＯ１３．９ｗｔ％及びＳｉＯ_２８０．９ｗｔ％と確認された。

【0090】

以上の説明から、本発明に属する技術分野の当業者は、本発明の技術思想や本質的な特徴を変更することなく、他の具体的な形態で実施できる。これに関連して、以上で技術した実施例は、すべての点において例示的なものであり、限定的なものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-26

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤であり、
気孔径が３３～４０Å、比表面積が４０～６０ｍ ^２ ／ｇ、気孔容積は０．０２～０．１ｃｍ ^３ ／ｇであり、Ｍｇ：Ｓｉの比率が１：３～４であり、
吸着対象の放射性元素が、セシウム及びストロンチウムである
ことを特徴とする放射性元素吸着剤。

【請求項2】

前記マグネシウムシリケートは、
ＵＳＰ／ＮＦ基準のマグネシウムシリケートと比較して、ＭｇＯ含有量が３～４％減少し、ＳｉＯ_２含有量が８～８．５％増加し、
前記ＵＳＰ／ＮＦ基準のマグネシウムシリケートは、ＭｇＯ含有量が１５％であり、ＳｉＯ _２ 含有量が６７％である
請求項１に記載のマグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤。

【請求項3】

前記マグネシウムシリケートは、
前記マグネシウムシリケート１００重量部に対して、ＭｇＯ１４．４～１４．６重量部を含み、ＳｉＯ_２７２．４～７２．６重量部を含む
請求項１に記載のマグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤。

【請求項4】

（Ａ１）アルコール、水及び水性アンモニア（ＮＨ _３ Ｈ _２ Ｏ、ａｍｍｏｎｉａ－ｗａｔｅｒ）を混合した混合物にテトラエチルオルトシリケート（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ、ＴＥＯＳ）を添加し、２００～３００ｒｐｍで１～３時間攪拌し、６０～８０℃で乾燥させて、シリケート前駆体を製造するステップと、
（Ａ２）塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ _２ ）及び塩化アンモニウム（ＮＨ _４ Ｃｌ）を蒸留水に溶解した後、アンモニア水（ＮＨ _４ ＯＨ）を加えて、混合物を製造するステップと、
（Ａ３）前記混合物に前記シリケート前駆体を添加して、１２０～１６０℃で１０～１４時間反応させて、６０～８０℃の温度で乾燥させて、マグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤を製造するステップと、
を含む
ことを特徴とするマグネシウムシリケートを含む放射性元素吸着剤の製造方法。