(57)【要約】【課題】常温において迅速、簡便に除染対象物質から放射性イオンを抽出することができる放射性イオンの抽出方法、及び放射性イオン抽出システムを提供する。【解決手段】放射性イオン抽出方法は、放射性イオンを含む除染対象物質と、放射性イオンと反応して放射性イオンを含む放射性固体を生成する沈殿試薬の水溶液との混合溶液を格納している試料容器３０を、公転軸の周りを公転させながら自転させ、混合溶液を撹拌混合することで放射性イオンを含む放射性固体を生成させる固体生成工程を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性イオンを含む除染対象物質と、前記放射性イオンと反応して前記放射性イオンを含む放射性固体を生成する沈殿試薬の水溶液との混合溶液を格納している試料容器を、公転軸の周りを公転させながら自転させ、前記混合溶液を撹拌混合することで前記放射性イオンを含む前記放射性固体を生成させる固体生成工程
を備える放射性イオンの抽出方法。
【請求項２】
前記放射性イオンが、放射性セシウムイオン、放射性コバルトイオン、放射性ニッケルイオン、及び放射性ストロンチウムイオンからなる群から選択され、
前記沈殿試薬が、テトラフェニルホウ酸ナトリウム、又は塩化バリウムである請求項１に記載の放射性イオンの抽出方法。
【請求項３】
前記固体生成工程が、地表における重力加速度を超える加速度を前記混合溶液に加える請求項１又は２に記載の放射性イオンの抽出方法。
【請求項４】
前記放射性イオンが除去された除染対象物質と前記放射性固体とを分離する分離工程を更に備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射性イオンの抽出方法。
【請求項５】
放射性イオンを含む除染対象物質と、前記放射性イオンと反応して前記放射性イオンを含む放射性固体を生成する沈殿試薬の水溶液との混合溶液を格納する試料格納部と、
前記試料格納部を、公転軸の周りを公転させながら自転させ、前記混合溶液を撹拌混合する撹拌混合部と
を備える放射性イオン抽出システム。
【請求項６】
前記放射性イオンが、放射性セシウムイオン、放射性コバルトイオン、放射性ニッケルイオン、及び放射性ストロンチウムイオンからなる群から選択され、
前記沈殿試薬が、テトラフェニルホウ酸ナトリウム、又は塩化バリウムである請求項５に記載の放射性イオン抽出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性イオンの抽出方法、及び放射性イオン抽出システムに関する。特に、本発明は、土壌等の除染対象物質からの放射性イオンの抽出方法、及び放射性イオン抽出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
２０１１年３月１１日に発生した東日本大震災に起因する福島第一原発事故の後、放射性セシウムイオン等を含む放射性物質の除染が大きな課題となっている。その中で最も困難な課題の１つが、土壌の粘土鉱物に捕捉された放射性セシウムイオンを効率的かつ安全に抽出し、分離する技術の開発である。この技術は膨大な放射性土壌廃棄物を削減する要である。
【０００３】
従来、テトラフェニルホウ酸ナトリムとセシウムイオンを含む土壌とを混合し、数百度で２週間加熱することでセシウムイオンを土壌から抽出する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。また、プルシアンブルーを用い、土壌からセシウムイオンを分離する方法が研究されている（例えば、非特許文献２参照。）。更に、汚染土壌を希硫酸で煮沸し、水洗いして脱水することで土壌からセシウムイオンを分離する方法が研究されている（例えば、非特許文献３参照。）。また、アオイ科トロロアオイ属由来成分と凝集剤成分とを含み、アオイ科トロロアオイ属由来成分がオクラを乾燥及び粉砕したものであるうどん粉、米粉又は小麦粉を含む排水を処理するための凝集剤組成物が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４２２２０２号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｃｌａｙｓ  ａｎｄ  Ｃｌａｙ  ｍｉｎ．  １３ｔｈ  Ｎａｔ．  Ｃｌａｙ  Ｃｏｎｆ．，  ２４７−２６１
【非特許文献２】川本  徹、他２名、”土壌中のセシウムを低濃度の酸で抽出することに成功  プルシアンブルーナノ粒子吸着材で回収し放射性廃棄物の大幅な減量化へ”、［online］、（独）産業技術総合研究所、［平成２５年３月１１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.aist-renkeisensya.jp/innovation-online/pdf/press/110831.pdf＞
【非特許文献３】冨安  博、”放射性セシウムで汚染された土壌の洗浄と環境改善”、［online］、農林水産省、［平成２５年３月１１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.maff.go.jp/mobile/kinkyu/tohoku_saigai/jyosen/kenkyu06.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、非特許文献１に記載されている抽出方法においては、高温での熱処理を要するだけでなく２週間の加熱処理が必要であり、実用には適さない。また、非特許文献２に記載されているプルシアンブルーナノ粒子吸着材を用いる方法においては、シアン化合物を用いているので環境中にシアン化合物を排出する危険性があると共に、土壌に酸処理を施すことで放射性セシウムイオンを溶出させているので、粘土鉱物の構造を破壊する可能性がある。
【０００７】
また、非特許文献２及び非特許文献３に記載の方法では、酸を用いることを要するので、酸を取り扱うことができる容器の材質や場所が限定されてしまうだけでなく、粘土鉱物の構造が破壊される場合もある。更に、特許文献１に記載の凝集剤組成物を用いて放射性セシウムイオンを土壌から抽出する場合、土壌自体を凝集固化させて廃棄することを要するので廃棄物が多くなると共に、土壌を凝集固化させるまでの工程が非常に多く、実用に供するには難点がある。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、常温において迅速、簡便に除染対象物質から放射性イオンを抽出することができる放射性イオンの抽出方法、及び放射性イオン抽出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するため、放射性イオンを含む除染対象物質と、放射性イオンと反応して放射性イオンを含む放射性固体を生成する沈殿試薬の水溶液との混合溶液を格納している試料容器を、公転軸の周りを公転させながら自転させ、混合溶液を撹拌混合することで放射性イオンを含む放射性固体を生成させる固体生成工程を備える放射性イオンの抽出方法が提供される。
【００１０】
また、本発明は、上記目的を達成するため、放射性イオンを含む除染対象物質と、放射性イオンと反応して放射性イオンを含む放射性固体を生成する沈殿試薬の水溶液との混合溶液を格納する試料格納部と、試料格納部を公転軸の周りを公転させながら自転させ、混合溶液を撹拌混合する撹拌混合部とを備える放射性イオン抽出システムが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る放射性イオンの抽出方法、及び放射性イオン抽出システムによれば、常温において迅速、簡便に除染対象物質から放射性イオンを抽出することができる放射性イオンの抽出方法、及び放射性イオン抽出システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る放射性イオンの抽出のフロー図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る放射性イオンの抽出に用いる自転・公転式ミキサーの概要図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る放射性イオン抽出システムの機能構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る放射性イオンの抽出の流れを示す。また、図２は、本発明の第１の実施の形態に係る放射性イオンの抽出に用いる自転・公転式ミキサーの概要を示す。
【００１４】
本実施の形態に係る放射性イオンの抽出方法は、放射性イオンを捕捉している土壌等の除染対象物質の放射性イオンを、常温下、短時間で放射性を有さないイオンに置換して除染対象物質から放射性イオンを抽出する方法である。
【００１５】
具体的に、放射性イオンの抽出方法は以下の工程を備える。まず、放射性イオンを表面若しくは層間に捕捉している除染対象物質と、放射性イオンとイオン交換反応して放射性イオンを含む放射性固体（すなわち、固体塩）を生成する沈殿試薬の水溶液との混合溶液を試料容器に格納する（格納工程：ステップ１０。以下、ステップを「Ｓ」と表す。）。次に、試料容器を、公転軸の周りを公転させながら自転させて混合溶液を撹拌混合することで放射性イオンを含む放射性固体を生成させる（固体生成工程：Ｓ２０）。続いて、放射性イオンが除去された除染対象物質と放射性固体とを分離する（分離工程：Ｓ３０）。
【００１６】
ここで放射性イオンは、放射性セシウムイオンである。また、除染対象物質は、例えば、表面若しくは層間に放射性イオンを含む金雲母（化学式：ＫＭｇ３ＡｌＳｉ３Ｏ１０（ＯＨ，Ｆ）２）や黒雲母（化学式：Ｋ（Ｍｇ，Ｆｅ）３ＡｌＳｉ３Ｏ１０（ＯＨ，Ｆ）２）等の層状ケイ酸塩鉱物を含む土壌である。
【００１７】
沈殿試薬としては、イオンと反応すると水に難溶性の固体塩を生成する化合物を用いる。具体的に本実施の形態において沈殿試薬としては、テトラフェニルホウ酸ナトリウム、又は塩化バリウムを用いることができる。沈殿試薬の使用量は、少なくとも除染対象物質中に含まれる放射性イオンの全てを置換できる以上の量を用いることが好ましい。例えば、除染対象物質に含まれる放射性イオン１モルに対し、沈殿試薬を１モル以上用いることが好ましい。また、沈殿試薬の使用量が多いほど、除染対象物質中の放射性イオンと沈殿試薬のイオンとのイオン交換に要する時間が短くなる。更に、除染対象物質に放射性セシウムイオンが含まれている場合、テトラフェニルホウ酸ナトリウムを用いることが最も好ましい。
【００１８】
固体生成工程は、試料容器３０を自公転させることで混合溶液に複雑な上下対流を与えて撹拌混合させ、イオン交換反応を促進する。ここで、固体生成工程は、撹拌混合を常温、常圧で実行する。具体的に、固体生成工程は、図２に示すように、試料容器３０を公転軸１０の周りを公転させながら、自転軸２０を軸にして試料容器３０を自転させることができる自転・公転式ミキサーを用いる。固体生成工程は、自転・公転式ミキサーを用い、試料容器３０を公転軸の周りを予め定められた公転速度で公転させながら予め定められた自転速度で自転させる。公転速度に対して自転速度は予め定められた速度に設定される。一例として、公転速度は２０００ｒｐｍに設定され、自転速度は８００ｒｐｍに設定される。なお、公転速度及び自転速度はこれらの速度に限定されず、適宜変更することもできる。
【００１９】
また、固体生成工程は、試料容器３０を自公転させることで、地表における重力加速度以上の加速度を混合溶液に加えて混合溶液を撹拌混合することができる。本実施の形態において、固体生成工程は、混合溶液に４００Ｇ程度の重力加速度を加えることができる。そして、本実施の形態において固体生成工程は、例えば、３０分以上３０時間以下程度の時間、継続される。なお、試料容器３０の公転軸１０に対する傾斜角度は、公転速度に応じて変化可能に設けることができる。
【００２０】
分離工程は、ろ過、遠心分離、又は水簸（エルトリエーション）等の手法を用い、放射性イオンが除去された除染対象物質と当該放射性イオンを含む放射性固体とを分離する。
【００２１】
（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る放射性イオンの抽出方法は、公転軸の周りを公転しながら自転する試料容器３０内で沈殿試薬と除染対象物質とを撹拌混合させるので、除染対象物質と沈殿試薬とを高効率で衝突させて除染対象物質から放射性イオンを高効率で除去できる。これにより、本実施の形態に係る放射性イオンの抽出方法によれば、従来の数百度の高温での加熱を要する手法、高濃度の酸を用いる手法、及び極めて有害な試薬を用いる手法に比べ、常温という条件下で、安全かつ容易に素早く粘土鉱物と放射性セシウムイオン等の放射性イオンを含む塩とを分離することができる。
【００２２】
また、本実施の形態に係る放射性イオンの抽出方法は、イオンと反応すると水に難溶性の固体塩を生成する沈殿試薬を用いるので、除染対象物質から放射性イオンを固体塩として容易に分離できる。これにより、本実施の形態に係る放射性イオンの抽出方法によれば、除染対象物質から全て若しくは大部分の放射性イオンを除染できるので、厳重な管理を要する廃棄物の量を大幅に削減できる。
【００２３】
例えば、除染対象物質が放射性セシウムイオンを含む土壌であって、沈殿試薬がテトラフェニルホウ酸ナトリムである場合、本実施の形態に係る放射性イオンの抽出方法によれば、当該土壌中の放射性セシウムイオンがテトラフェニルホウ酸ナトリウムのナトリウムイオンに置換される。これにより、当該土壌の構造（すなわち、粘土鉱物の構造）を破壊せずに当該土壌から放射性セシウムイオンを除去できるので、除染後の土壌を、通常の土壌として再利用することもできる。
【００２４】
［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る放射性イオン抽出システムの機能構成の一例を示す。
【００２５】
第２の実施の形態に係る放射性イオン抽出システム１は、第１の実施に形態に係る放射性イオンの抽出方法の工程及び機能の一部又は全部をシステムとして実現することができる。
【００２６】
放射性イオン抽出システム１は、放射性イオンを含む除染対象物質と、放射性イオンと反応して放射性イオンを含む放射性固体を生成する沈殿試薬の水溶液との混合溶液を格納する試料格納部としての試料容器３０と、試料容器３０を、公転軸の周りを公転させながら自転させ、混合溶液を撹拌混合する撹拌混合部４０と、放射性イオンが除去された除染対象物質と放射性固体とを分離する分離部５０とを備える。
【００２７】
撹拌混合部４０は、例えば、自転・公転式ミキサーであり、試料容器３０内の混合溶液に、地表における重力加速度を超える加速度を加えることができる。また、分離部５０は、ろ過装置、遠心分離器、又は水簸（エルトリエーション）装置である。
【実施例１】
【００２８】
本発明の実施の形態に係る放射性イオンの抽出方法を用い、以下の工程により、放射性セシウムイオンを吸着している粘土鉱物から当該放射性セシウムイオンを抽出した。
【００２９】
まず、テトラフェニルホウ酸ナトリウム（関東化学株式会社製）２．０ｇを秤量し、これをイオン交換水５０ｍｌに溶解させることでテトラフェニルホウ酸ナトリウム水溶液を調製した。次に、放射性セシウムイオンを吸着している粘土鉱物２．０ｇと調整したテトラフェニルホウ酸ナトリウム水溶液３０ｍｌとを混合して混合溶液を調製した。本実施例において用いた粘土鉱物は、放射性セシウムイオンが１４８０ｐｐｍ吸着されている金雲母を用いた。続いて、常温常圧下において、自転・公転式ミキサーを用いて調製した混合溶液を撹拌混合した。
【００３０】
本実施例では、自転・公転式ミキサーとして、株式会社シンキー製のＴＨＩＮＫＹ  ＡＲ−１００を用いた。公転速度は２０００ｒｐｍに設定し、自転速度は８００ｒｐｍに設定した。また、撹拌時間は３０時間に設定した。
【００３１】
撹拌混合が終了した後、混合溶液は懸濁液になっていた。この懸濁液を静置し、粘土鉱物を沈殿させ、上澄みからテトラフェニルホウ酸セシウム塩を回収した。そして、沈殿した粘土鉱物及び上澄みから回収したテトラフェニルホウ酸セシウム塩を原子吸光分光光度計（島津製作所製：ＡＡ−６２００、及びＡＡ−７０００）により分析し、粘土鉱物からどの程度の放射性セシウムを抽出することができたか算出した。
【００３２】
その結果、本実施例に係る放射性イオンの抽出方法を用いた場合、７７％以上の放射性セシウムイオンをテトラフェニルホウ酸セシウム塩として回収できたことが示された。本実施例において用いた粘土鉱物の放射性セシウムイオンの濃度は、福島第一原発に起因して汚染された土壌における放射性セシウムイオンの濃度の約１０００倍であるので、福島第一原発に起因して汚染された実際の土壌に対して本実施の形態に係る放射性イオンの抽出方法を適用することで、実際の土壌から略１００％の放射性セシウムイオンを抽出できると考えられる。なお、福島第一原発に起因して汚染された土壌における放射性セシウムイオンの濃度は、文部科学省による放射線モニタリング情報の土壌モニタリング結果（URL：http://radioactivity.mext.go.jp/ja/contents/6000/5622/24/116_0313.pdf）に示されている値の平均値（ただし、１３７ＣｓのＢｑ値をｇ換算した値）によるものである。
【００３３】
（比較例）
テトラフェニルホウ酸ナトリウムをアルキルアンモニウム塩に代え、実施例１と同様にして混合溶液を調整し、自転・公転式ミキサーを用いずに混合溶液を２４時間加熱した。その結果、粘土鉱物から抽出することができた放射性セシウムイオンは５％程度であった。
【実施例２】
【００３４】
まず、塩化バリウム３５．８ｇを秤量し、これをイオン交換水１００ｍｌに溶解させることで飽和塩化バリウム水溶液を調製した。次に、放射性セシウムイオンを吸着しているフロゴパイト１．０ｇと調整した飽和塩化バリウム水溶液２０ｍｌとを混合して混合溶液を調製した。そして、この混合溶液を実施例１と同様に自転・公転式ミキサーで９０分間撹拌した。なお、公転速度は２０００ｒｐｍに設定し、自転速度は８００ｒｐｍに設定した。
【００３５】
撹拌混合が終了した後、混合溶液は懸濁液になっていた。この懸濁液を濾過・洗浄し、得られた固体（塩化セシウム）を乾燥させた。これにより、フロゴパイトからセシウムイオンを抽出することができた。
【００３６】
このように、本実施例に係る放射性イオンの抽出方法によれば、土壌中の粘土鉱物に強く捕捉されていることにより抽出することが困難な放射性イオン（例えば、放射性セシウムイオン）を、強酸や危険な試薬を用いずに、室温で高効率かつ高速に抽出分離することができることが示された。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。
【符号の説明】
【００３８】
１  放射性イオン抽出システム
１０  公転軸
２０  自転軸
３０  試料容器
４０  撹拌混合部
５０  分離部
【図１】
2014181985.tif 000003
【図２】
2014181985.tif 000004
【図３】
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