(57)【要約】水に溶解した放射性セシウムを効率的に吸着、回収することのできる、放射性セシウム吸着繊維及びその製造方法を提供する。高分子材料を溶解しゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とによって放射性セシウム吸着繊維を得た。或いは、高分子材料とプルシアンブルーを溶解しゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とによって放射性セシウム吸着繊維を得た。
2013187505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子材料を溶解しゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、前記溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とによって得られたことを特徴とする放射性セシウム吸着繊維。
【請求項２】
高分子材料とプルシアンブルーを溶解しゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、前記溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とによって得られたことを特徴とする放射性セシウム吸着繊維。
【請求項３】
高分子材料を溶解しゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、前記溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とを備えたことを特徴とする放射性セシウム吸着繊維の製造方法。
【請求項４】
高分子材料とプルシアンブルーを溶解しゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、前記溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とを備えたことを特徴とする放射性セシウム吸着繊維の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は２記載の放射性セシウム吸着繊維を収容したカラムと、このカラムを通過した積算水量を計測する積算水量計測手段とを備えたことを特徴とする放射性セシウム吸着繊維を用いた水中の放射性セシウム濃度の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性セシウム吸着繊維及びその製造方法並びに放射性セシウム吸着繊維を用いた水中の放射性セシウム濃度の検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
東日本大震災における原子力発電所の事故の影響で、大量の放射性セシウムが拡散した。しかし、水に溶解した放射性セシウムを水から除去するための放射性セシウム吸着繊維は、ほとんど知られていなかった。【０００３】
なお、特許文献１には、金属イオン吸着性の変性アクリロニトリルポリマーが開示されているが、セシウムは対象となっていない。また、特許文献２には、セシウムを吸着することができるとの記載があるが、実際にセシウムを吸着したデータはない。【０００４】
また、ゼオライト粉末は放射性セシウムを吸着することが知られているが、ゼオライト粉末の回収は極めて困難であり、また、ゼオライトは一旦吸着した放射性セシウムを放出する性質があるため、放射性セシウムの回収には向いていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−７０２３１号公報
【特許文献２】特開２００６−２６５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、水に溶解した放射性セシウムを効率的に吸着、回収することのできる、放射性セシウム吸着繊維及びその製造方法を提供することを目的とする。また、水に溶解した極めて低濃度の放射性セシウムの濃度を測定することのできる、放射性セシウム吸着繊維を用いた水中の放射性セシウム濃度の検出装置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】
本発明者らは鋭意検討した結果、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）にポリスルホンを溶解するとともにゼオライトを分散させ、これを水中にシリンジを用いて押し出すことにより、ゼオライトを担持した繊維状のポリスルホンが得られること、そして、この繊維状のポリスルホンが極めて高い放射性セシウム吸着性能を有することを見出し、本発明に想到した。【０００８】
すなわち、本発明の放射性セシウム吸着繊維は、高分子材料を溶解しゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、前記溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とによって得られたことを特徴とする。【０００９】
また、高分子材料とプルシアンブルーを溶解しゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、前記溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とによって得られたことを特徴とする。【００１０】
本発明の放射性セシウム吸着繊維の製造方法は、高分子材料を溶解しゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、前記溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とを備えたことを特徴とする。【００１１】
また、高分子材料とプルシアンブルーを溶解しゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、前記溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とを備えたことを特徴とする。【００１２】
本発明の放射性セシウム吸着繊維を用いた水中の放射性セシウム濃度の検出装置は、本発明の放射性セシウム吸着繊維を収容したカラムと、このカラムを通過した積算水量を計測する積算水量計測手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、水に溶解した放射性セシウムを効率的に吸着、回収することのできる、放射性セシウム吸着繊維及びその製造方法が提供される。【００１４】
また、水に溶解した極めて低濃度の放射性セシウムの濃度を測定することのできる、放射性セシウム吸着繊維を用いた水中の放射性セシウム濃度の検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】放射性セシウム吸着繊維の製造方法を示す模式図である。
【図２】放射性セシウム吸着繊維の電子顕微鏡写真である。
【図３】放射性セシウム濃度の検出装置の使用例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の放射性セシウム吸着繊維は、高分子材料を溶解しゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、前記溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とによって得られたものである。或いは、本発明の放射性セシウム吸着繊維は、高分子材料とプルシアンブルーを溶解しゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、前記溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とによって得られたものである。
【００１７】
また、本発明の放射性セシウム吸着繊維の製造方法は、高分子材料を溶解しゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、前記溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とを備えたものである。或いは、高分子材料とプルシアンブルーを溶解しゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、前記溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とを備えたものである。
【００１８】
本発明の放射性セシウム吸着繊維は、溶液調製工程と繊維成形工程の２つの工程により簡単に製造することができる。また、本願の放射性セシウム吸着繊維は、繊維に微細孔が形成された構造となっていて通水性が良好であるとともに、繊維中のゼオライトの分散性が良好であることから、水に溶解した放射性セシウムを極めて効率的に吸着することができ、水中の放射性セシウムの濃度が検出限界外のごく薄い濃度であっても、放射性セシウムを効率的に吸着して濃縮することができる。また、繊維状に形成されたものであるため、河川などに設置した際に水を堰き止めるようなことがなく、放射性セシウムの吸着に用いられた後の回収が簡単である。
【００１９】
ここで、本発明において用いられる高分子材料は、ポリスルホン、６，６−ナイロン、６−ナイロン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレンスルホン酸が好ましい。また、高分子材料を溶解する有機溶媒としては、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、蟻酸、ｎ−ブタノール、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフランが好ましい。
【００２０】
また、ゼオライトは、１５０メッシュ以下のものが好ましい。
【００２１】
溶液調製工程において、高分子材料を溶かす際には、３０〜１００℃に有機溶媒を加温することにより高分子材料の溶解が早くなる。また、ポリマー溶液中の高分子材料含有量は、１０〜３０質量％が好ましい。
【００２２】
また、ポリマー溶液中のゼオライトの含有量は２０〜３０質量％、プルシアンブルーは５〜１５質量％が好ましい。
【００２３】
繊維成形工程において、射出に用いられる水の温度を５０℃程度とすることにより、有機溶媒の溶けだしが早く、繊維が形成されやすい。
【００２４】
以下、本発明の放射性セシウム吸着繊維及びその製造方法について具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。
【実施例１】
【００２５】
ポリスルホン（BASF社製、分子量不明、グレードE2010）、ゼオライト（日東粉化商事株式会社製、粒径１５０メッシュ）、プルシアンブルー（Alfa Aesar社製）、ＮＭＰ（米山科学工業社製）を用いて以下の実験を行った。なお、放射線量はベクレル分析装置（Caqintec社製CAPTUS-3000A；測定誤差１０Ｂｑ以下）を使用して測定した。【００２６】
図１に示すように、室温にて、ポリスルホン（ＰＳＦ）２０質量％、ゼオライト３０質量％、ＮＭＰ５０質量％となるように原料を混合し、ゼオライトが分散したポリスルホンのポリマー溶液を作製した。このポリマー溶液をシリンジに入れ、シリンジの先を水中に入れた状態でシリンジの先からポリマー溶液を水中に押し出すと、水中に繊維が成形された。この繊維を乾燥し、図１の写真に示すような繊維を得た。【００２７】
得られた繊維の電子顕微鏡写真を図２に示す。多孔質のポリスルホン中にゼオライトが取り込まれている構造を有していた。
【実施例２】
【００２８】
ポリスルホン２０質量％、ゼオライト４０質量％、ＮＭＰ４０質量％となるように原料を混合したほかは、実施例１と同様に操作を行なって繊維を作製した。そして、作製した繊維１３．５をカラムに充填し、このカラムに放射性セシウム約１，０００Ｂｑ／ｋｇを含む水約１０リットルを継ぎ足しながら２０時間循環通水した後に繊維を取り出し、繊維に吸着された放射線量を測定した。繊維の放射線量は１１２，４９３Ｂｑ／ｋｇに達していた。【００２９】
また、これとは別に、ポリスルホン２０質量％、ゼオライト４０質量％、プルシアンブルー５質量％、ＮＭＰ３５質量％となるように原料を混合したほかは、実施例１と同様に操作を行なって繊維を作製した。そして、作製した繊維１５．０ｇをカラムに充填し、このカラムに放射性セシウム約１，０００Ｂｑ／ｋｇを含む水約１０リットルを継ぎ足しながら２０時間循環通水した後に繊維を取り出し、繊維に吸着された放射線量を測定した。繊維の放射線量は２００，９４５Ｂｑ／ｋｇに達していた。なお、通水終了時にタンク内の放射性セシウム含有水溶液を測定したところ５００Ｂｑ／ｋｇであったことにより、吸着繊維が吸着飽和に達していると判断した。また、この吸着繊維を７００℃で２時間焼却すると、質量が３０％程度減少した。したがって、吸着後の繊維を焼却することにより、放射性セシウムを３０万Ｂｑ／ｋｇに濃縮できたことになる。
【実施例３】
【００３０】
ポリスルホン３０質量％、ゼオライト３０質量％、ＮＭＰ４０質量％となるように原料を混合したほかは、実施例１と同様に操作を行なって繊維を作製した。そして、作製した繊維１２９ｇをネットに入れ、検出限界値以下の放射性セシウムを含む水が流れる住宅地周辺の用水路に３０日間浸した。その後、引き上げた繊維からは７０１Ｂｑの放射線量が観測され、繊維に放射性セシウムが５４３４Ｂｑ／ｋｇ吸着されたことが確認された。【００３１】
また、作製した繊維２００ｇをネットに入れ、検出限界値以下の放射性セシウムを含む水が流れる沼へ流れ込む水路に３０日間浸した。その後、引き上げた繊維からは４４９．１Ｂｑの放射線量が観測され、繊維に放射性セシウムが２２４５Ｂｑ／ｋｇ吸着されたことが確認された。
【実施例４】
【００３２】
本発明の放射性セシウム吸着繊維を用いた水中の放射性セシウム濃度の検出装置の一実施例について説明する。【００３３】
放射性セシウム濃度の検出装置の使用例を示す図３において、１は本実施例の検出装置である。検出装置１は、放射性セシウム吸着繊維を収容したカラム２と、カラム２を通過した積算水量を計測する積算水量計測手段３を備えている。カラム１と積算水量計測手段２は配管を介して直列に接続されている。そして、被検出水は、積算水量計測手段３を上流側、カラム２を下流側として、積算水量計測手段３からカラム２へ送られるようになっている。なお、積算水量計測手段２としては、例えば、一般の水道メータを用いることができる。【００３４】
また、積算水量計測手段３の上流側と、カラム２の下流側には、それぞれ弁４，５が設けられている。そして、弁４の上流側、弁５の下流側には、それぞれ外部の配管と接続するための接続部６，７が設けられている。さらに、弁４、積算水量計測手段３、カラム２、弁５からなる第１のラインとは並列に、弁８、バイパス管９からなる第２のラインが並列に接続されている。【００３５】
つぎに、検出装置１の使用例について図３に基づき説明する。なお、本使用例は、既存の水道配管中に本実施例の検出装置１を挿入して、井戸水中の放射性セシウム濃度を検出する例を示すものである。【００３６】
20は地面、21は井戸である。井戸21の水はポンプ22により汲み上げられ、検出装置１の接続部６に送られるようになっている。また、検出装置１を経由して、接続部７から吐出された水は、蛇口23から外部に放出されるようになっている。また、ポンプ22の吐出側には、別の蛇口24が設けられている。【００３７】
井戸水中の放射性セシウム濃度は、積算水量計測手段３により計測された井戸水の積算流量と、カラム２に収容された放射性セシウム吸着繊維への放射性セシウムの吸着量から求めることができる。なお、正確に井戸水中の放射性セシウム濃度を求めるためには、井戸水の積算流量と放射性セシウムの吸着量との間に比例関係があることが必要である。したがって、あらかじめ、想定される放射性セシウム濃度の範囲内で、井戸水の積算流量と放射性セシウムの吸着量との間に比例関係があることを確認しておくこと望ましい。【００３８】
カラム２に収容された放射性セシウム吸着繊維に捕捉された放射性セシウムの量を測定する場合は、カラム２を検出装置１から取り外し、カラム２から放射性セシウム吸着繊維を取り出し、繊維の放射線量を測定する。なお、カラム２を取り外す場合には、弁４，５を閉める。さらに弁８を開ければ、カラム２を取り外した場合においても、バイパス管９を経由して井戸水を流すことができ、蛇口23から井戸水を使用可能である。【００３９】
実際に、既存の水道配管中に本実施例の検出装置１を挿入して、井戸水中の放射性セシウム濃度を検出する実験を行った。内径５０ｍｍ、長さ５８５ｍｍのカラム２に、９５ｍｍの円柱形状に成形した放射性セシウム吸着繊維を直列に３個入れ、２８，６４１リットルの井戸水を通水した。その結果、３個の放射性セシウム吸着繊維のうち、上流側の１個のみ３９．３Ｂｑ／ｋｇの放射性セシウムが検出され、下流側の２個からは放射性セシウムが検出されなかった。したがって、井戸水中の放射性セシウムは、上流側の１個の放射性セシウム吸着繊維により、全量が吸着されたことが確認された。上流側の１個の放射性セシウム吸着繊維の質量は４１．９ｇであることから、井戸水中の放射性セシウム濃度は、０．０５７ｍＢｑ／リットルであることが分かった。【００４０】
以上のように、本実施例の放射性セシウム吸着繊維を用いた水中の放射性セシウム濃度の検出装置は、本発明の放射性セシウム吸着繊維を収容したカラム２と、このカラム２を通過した積算水量を計測する積算水量計測手段３とを備えたものであり、水に溶解した極めて低濃度の放射性セシウムの濃度を測定することができる。
【符号の説明】
【００４１】
２  カラム
３  積算水量計測手段
【図３】
2013187505.tif 000003
【図１】
2013187505.tif 000004
【図２】
2013187505.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月16日(2014.1.16)
【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】
Ｎ−メチルピロリドンに２０〜３０質量％のポリスルホンを溶解し３０〜４０質量％の粒径１５０メッシュ以下のゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、前記溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とによって得られたことを特徴とする放射性セシウム吸着繊維。
【請求項２】
前記ポリマー溶液はさらにプルシアンブルーを含むことを特徴とする請求項１記載の放射性セシウム吸着繊維。
【請求項３】
Ｎ−メチルピロリドンに２０〜３０質量％のポリスルホンを溶解し３０〜４０質量％の粒径１５０メッシュ以下のゼオライトを分散させたポリマー溶液を調製する溶液調製工程と、前記溶液調製工程で調製されたポリマー溶液を水中に押し出して繊維状に成形する繊維成形工程とを備えたことを特徴とする放射性セシウム吸着繊維の製造方法。
【請求項４】
前記ポリマー溶液はさらにプルシアンブルーを含むことを特徴とする請求項３記載の放射性セシウム吸着繊維の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は２記載の放射性セシウム吸着繊維を収容したカラムと、このカラムを通過した積算水量を計測する積算水量計測手段とを備えたことを特徴とする放射性セシウム吸着繊維を用いた水中の放射性セシウム濃度の検出装置。
【国際調査報告】
2013187505.tif 000006
2013187505.tif 000007
2013187505.tif 000008
2013187505.tif 000009