(57)【要約】      （修正有）【課題】海水中のウランを低コストで効率よく吸着させる捕集材を提供する。【解決手段】セルロースナノファイバーからなる多孔質材料の担体２に、塩化ナトリウム等のアルカリ塩反応助剤を用いて、天然由来のタンニンとして五倍子を結合させ、五倍子を結合させた捕集材１にウランを吸着させ、海水中のウランを低コストで効率よく捕集する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロースナノファイバーからなる多孔質材料の担体に、反応助剤としてアルカリ塩を用いてタンニンを結合させ、海水中のウランを吸着させる
ことを特徴とする海水中ウランの捕集材。
【請求項２】
請求項１に記載の海水中ウランの捕集材において、
タンニンとして五倍子を用いた
ことを特徴とする海水中ウランの捕集材。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の海水中ウランの捕集材において、
反応助剤として塩化ナトリウムを用い、
セルロースナノファイバーからなる多孔質材料の担体にタンニンを結合させた
ことを特徴とする海水中ウランの捕集材。
【請求項４】
請求項３に記載の海水中ウランの捕集材において、
担体は、
セルロースナノファイバーからなる多孔質材料の重量の１.０倍から３.０倍のタンニンに対し、タンニンの１０倍から１００倍の水を加えて溶解し、タンニンが溶解した水溶液と塩化ナトリウムを混合して溶液とし、加熱された溶液にセルロースナノファイバーからなる多孔質材料が浸漬され、浸漬後のセルロースナノファイバーからなる多孔質材料が洗浄・乾燥されて形成される
ことを特徴とする海水中ウランの捕集材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水中のウランを捕集する海水中ウランの捕集材に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力は主要なエネルギー源であり、原子力発電の燃料としてのウランの需要は高くなることが確実視されているのが実情である。しかし、ウラン資源は特定の国に集中しているため、安定供給に対するリスクが高く、電力の安定供給が妨げられる虞がある。
【０００３】
一方、海水中には極微量であるが多くの希少金属が含まれており、海水中の希少金属としてウランが存在することが知られている。このため、原子力発電の燃料として、海水中のウランを活用することが種々研究されている。海水中からウランを回収することができれば、ウランの安定供給に対するリスクを大幅に低減することが可能になる。
【０００４】
海水からウランを捕集する吸着材として、アミドキシム基を有する吸着材が従来から提案されている（特許文献１参照）。アミドキシム基を有する吸着材を用いることにより、吸着材の量に対するウランの吸着量をある程度の割合で確保することが確認されている。しかし、アミドキシム基を得るための原材料の費用が嵩み、アミドキシム基を有する吸着材を用いて海水からウランを捕集した場合、得られるウランの量に対するコストは、鉱山資源から得られるウランの数倍以上になってしまうのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−６１９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、低コストで効率よく海水中のウランを捕集することができる海水中ウランの捕集材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の海水中ウランの捕集材は、セルロースナノファイバーからなる多孔質材料の担体に、反応助剤としてアルカリ塩を用いてタンニンを結合させ、海水中のウランを吸着させることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に係る本発明では、比表面積が大きいセルロースナノファイバーからなる多孔質材料の担体に、天然由来のタンニンを結合させて海水中のウランを吸着させることができる。この結果、低コストで効率よく海水中のウランを捕集することが可能になる。
【０００９】
そして、請求項２に係る本発明の海水中ウランの捕集材は、請求項１に記載の海水中ウランの捕集材において、タンニンとして五倍子を用いたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に係る本発明の海水中ウランの捕集材は、請求項１もしくは請求項２に記載の海水中ウランの捕集材において、反応助剤として塩化ナトリウムを用い、セルロースナノファイバーからなる多孔質材料の担体にタンニンを結合させたことを特徴とする。
【００１１】
アルカリ塩としては、塩化ナトリウムの他に、硫酸水素ナトリウム、塩化カリウム等を個別に用いたり、塩化ナトリウムと組み合わせて用いたりすることが可能である。
【００１２】
また、請求項４に係る本発明の海水中ウランの捕集材は、請求項３に記載の海水中ウランの捕集材において、担体は、セルロースナノファイバーからなる多孔質材料の重量の１.０倍から３.０倍のタンニンに対し、タンニンの１０倍から１００倍の水を加えて溶解し、タンニンが溶解した水溶液と塩化ナトリウムを混合して溶液とし、加熱された溶液にセルロースナノファイバーからなる多孔質材料が浸漬され、浸漬後のセルロースナノファイバーからなる多孔質材料が洗浄・乾燥されて形成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る本発明では、担体の量に対するタンニンの量を適格に規定して最適な量の海水中ウランを吸着させることができる。タンニンの量（多孔質材料の重量の１.０倍から３.０倍）は、多孔質材料の重量の１.５倍程度が好ましい。また、タンニンを溶解する水の量（タンニンの１０倍から１００倍）は、タンニンの量の１０倍程度が好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の海水中ウランの捕集材は、低コストで効率よく海水中のウランを捕集することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例に係る海水中ウランの捕集材の概念図である。
【図２】捕集材の作成手順の状況説明図である。
【図３】捕集材の作成手順の状況説明図である。
【図４】タンニンの重量とウランの吸着量との関係を表すグラフである。
【図５】担体の比表面積とウラン吸着率との関係を表すグラフである。
【図６】海水からウランを捕集している状態の概念図である。
【図７】ウランの捕集量を検証する状態の概念図である。
【図８】ウランの捕集状況の経時変化を表すグラフである。
【図９】ウランの吸着等温線を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本実施例の海水中ウランの捕集材は、担体として、平均繊維径が８０ｎｍから１５０ｎｍのセルロースナノファイバーからなる多孔質材料（シート材）の担体が用いられ、担体の比表面積が、２５ｍ２/ｇから６０ｍ２/ｇとなっている。そして、捕集材は、反応助剤として塩化ナトリウムを用いて天然由来のタンニン（五倍子）を担体に結合したものであり、海水中のウランを捕集する。
【００１７】
反応助剤としては、塩化ナトリウム及び硫酸水素ナトリウムのナトリウム塩を用いたり、塩化カリウム等あらゆるアルカリ塩を用いたりすることが可能である。タンニンとしては、五倍子の他に、渋柿、チェストナット、ミモザ、ケブラチョ等から抽出したものを適用することが可能である。
【００１８】
図に基づいて本発明の捕集材の実施例を説明する。
【００１９】
図１には本発明の一実施例に係る海水中ウランの捕集材の概念、図２、図３には捕集材の作成手順の状況、図４にはタンニンの重量とウランの吸着量との関係、図５には担体の比表面積とウラン吸着率との関係、図６には海水からウランを捕集している状態の概念、図７にはウランの捕集量を検証する状態の概念、図８にはウランの捕集状況の経時変化、図９には残存ウラン濃度とウランの吸着量との関係により性能を評価する吸着等温線を示してある。
【００２０】
図１に示すように、本実施例の捕集材１は、反応助剤として塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を用い、セルロースナノファイバーからなる多孔質材料（シート材）２にタンニン（五倍子）を結合させたものである。反応助剤としては、塩化ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、塩化カリウムを適用することが可能である。また、タンニンとしては、渋柿、チェストナット、ミモザ、ケブラチョ等から抽出したものを適用することが可能である。
【００２１】
図２から図５に基づいて捕集材１の作成手順を説明する。
【００２２】
シート材２を水で洗浄し、約６０℃で乾燥・秤量し、図２（ａ）に示すように、水にシート材２を入れて一昼夜浸漬する。シート材２の重量の１.５倍（１.０倍から３.０倍）の五倍子を秤量する。尚、水の温度は室温から１００℃までの範囲で適宜設定することができる。
【００２３】
図２（ｂ）に示すように、五倍子の量に対して３０倍（１０倍から１００倍）の水を加えて溶解する。温浴により五倍子を溶解することも可能である。五倍子が溶解した水溶液と塩化ナトリウムを混合して溶液５とし、シート材２が溶液５に浸漬される。塩化ナトリウムを混合することにより、シート材２がイオン化され五倍子の結合が促進される。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、溶液５を攪拌しながら約８０℃の温浴中でシート材２を１時間から４時間の間反応させる。図３（ｂ）に示すように、溶液５で反応させたシート材２を常温の水で洗浄し（５〜６回）、図３（ｃ）に示すように、約６０℃で乾燥させ、セルロースナノファイバーからなる多孔質材料のシート材に五倍子が結合された捕集材１とする。
【００２５】
図４に示すように、シート材２の重量に対するタンニンの重量が増加するとウランの吸着量が増加する。タンニンの重量が２倍を超えて３倍以上になると、タンニンの重量が増加してもウランの吸着量はほとんど増加しない。
【００２６】
タンニンの重量が多くなり割合が高くなると、タンニンが重なって結合されてウランの吸着量の増加が期待できないため、シート材２の重量の１.５倍から３.０倍の重量のタンニンを水に溶解している。
【００２７】
捕集材１の担体となるシート材２は、比表面積が、２５ｍ２/ｇから６０ｍ２/ｇであり値が大きいため、五倍子を十分に担持させることができる。つまり、比表面積が大きくなるほど五倍子の担持量が増加することが確認されている。そして、五倍子の重量が増加するとウランの吸着量が増加することが確認されているので（図４参照）、比表面積が大きくなるほどウランの吸着量が増加することがいえる。
【００２８】
図５に示すように、比表面積（ｍ２/ｇ）が異なる複数の材料のウランの吸着率を検出してプロットすると、比表面積（ｍ２/ｇ）が大きくなるほどウランの吸着率が高くなることが確認されている。
【００２９】
上述した手順で作製された捕集材１を係留等により海水中に所定期間の間保持し、海水中のウランを捕集する。
【００３０】
図６、図７に基づいて捕集材１から海水中のウランを捕集する際の実験状況を説明する。
【００３１】
図６に示すように、２５℃、１０００ｃｃ（１Ｌ）の海水（［Ｕ］＝３．３ｐｐｂ）６中に２０ｍｇの捕集材１を入れ、スターラー７により４８時間撹拌する。
【００３２】
４８時間経過した後、海水６から捕集材１を取り出し、図７（ａ）に示すように、０．１ｍｏｌ／ＬのＨＣｌを用いて捕集材１の溶離を行い、定容によりウランの量を分析した。また、図７（ｂ）に示すように、捕集材１を取り出した後の海水６をイオン交換樹脂８に流通させて脱塩すると共に希釈し、定容によりウランの残量を分析した。
【００３３】
定容の結果、捕集材１に所定量のウランが吸着していたことが確認された。また、海水６中にウランが検出されなかったことが確認された。これにより、１Ｌ中の海水６に含まれるウランが４８時間で２０ｍｇの捕集材１に捕集されたことが判る。
【００３４】
図８に基づいてウランの捕集量の経時変化を説明する。
【００３５】
図に示すように、１Ｌの海水６に２０ｍｇの捕集材１を入れてから２４時間から４８時間にかけてウランが徐々に捕集され、１Ｌ中の海水６から４８時間で全てのウランを捕集材１で捕集できることが判る。
【００３６】
図９に基づいて捕集材１のウランの捕集性能を説明する。
【００３７】
図に示すように、海水中のウラン濃度である３．３ｐｐｂまで海水を外挿した際の（残存ウラン濃度が３．３ｐｐｂ）、ウランの吸着量（μｇ−Ｕ／ｇ−捕集材１）は、１−３（μｇ−Ｕ／ｇ−捕集材１）と見積もられることになると推定される。このため、海水中からウランを有効に回収することが認められた。
【００３８】
上述した捕集材１は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）からなる反応助剤を用い、平均繊維径が８０ｎｍから１５０ｎｍで比表面積が大きなセルロースナノファイバーからなる多孔質材料（シート材２）に天然由来のタンニン（五倍子）を結合させて捕集材１としたので、多くの五倍子を結合させて海水６中のウランを吸着させることができ、低コストで効率よく海水６中のウランを捕集することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、海水中のウランを捕集する海水中ウランの捕集材の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  捕集材
２  セルロースナノファイバーからなる多孔質材料（シート材）
５  溶液
６  海水
７  スターラー
８  イオン交換樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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