(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
層状粘土鉱物と、前記層状粘土鉱物の層間にインターカレーションさせた陽イオンと、を有し、
前記層状粘土鉱物がモンモリロナイト又はバイデライトであり、
前記陽イオンがＲｂ＋イオンであり、
繰返し使用可能なことを特徴とする放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤。
【請求項２】
前記層状粘土鉱物がモンモリロナイトであることを特徴とする請求項１に記載の放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤。
【請求項３】
９５％相対湿度におけるＸ線回折ピーク値が３．８５°以上８．４６°以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤。
【請求項４】
１００ｍｍｏｌ／Ｌ以上の濃度で、Ｒｂ＋イオンを分散させた水溶液中にモンモリロナイト又はバイデライトを分散してから、前記モンモリロナイト又はバイデライトと前記Ｒｂ＋イオンとを分散させた水溶液を攪拌することを特徴とする繰返し使用可能な放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、原子力の産業上利用において、排出される放射性Ｃｓ＋イオンをどのように捕獲して処理するかが重要な課題となっている。
【０００３】
放射性Ｃｓ＋イオンの捕獲方法として、例えば、ユーグレナを用いることを特徴とする、放射性核種を溶液から除去する方法がある（特許文献１）。また、脱窒菌を含んでなるセシウム吸着剤もある（特許文献２）。これらの方法及びセシウム吸着剤により、放射性核種を微生物により濃縮することができる。
しかし、微生物を施設内に隔離しなければならず、取り扱いが面倒であり、放射線等により微生物が突然変異を起こす危険性がある。また、飛散のおそれがある。
【０００４】
また、放射性Ｃｓ＋イオンの捕獲方法として、土壌にＣｓ＋イオンを吸着する方法もある（非特許文献１）。
しかし、ｐＨ又はイオン強度とＣｓ＋イオンの吸着の分配係数（Ｋｄ）の関係（Ｆｉｇ．１）に示すように、土壌をそのまま使うと、Ｃｓ＋イオンの吸着量はｐＨやイオン強度に強く依存し、Ｃｓ＋イオンの吸着量が非常に少なくなる。
【０００５】
また、放射性Ｃｓ＋イオンの捕獲方法として、モンモリロナイトを含むスメクタイト類の粘土鉱物をＣｓ＋イオン吸着剤に用いる方法がある（非特許文献２）。
しかし、ベントナイトとモンモリロナイトの吸着等温線（Ｆｉｇ．２）及び結論から分かるように、Ｃｓ＋イオンのようなイオン半径の大きな陽イオンが前記粘土鉱物等の層状化合物の層間にインターカレーションすると、Ｃｓ＋イオンが層間から容易に脱離できず、粘土鉱物自体が低レベル放射性廃棄物となる。
【０００６】
更にまた、ゼオライトをＣｓ＋イオン吸着剤に用いる方法がある（非特許文献３）。この方法は最も一般的に使用されている。
しかし、ゼオライトではＣｓ＋イオンが層間から容易に脱離できず、大量の低レベル放射性廃棄物を発生させることとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３１５７０１号公報
【特許文献２】特開２００７−２７１３０６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｇ．Ｌｕｊａｎｉｅｎｅ，Ｓ．Ｍｏｔｉｅｊｕｎａｓ，Ｊ．Ｓａｐｏｌａｉｔｅ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｒａｄｉｏｎａｌｙｔｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｃｈｅｍｉｔｒｙ，２７４，３４５，（２００６．９．１８）
【非特許文献２】Ｍ．Ｇａｌａｍｂｏｓ，Ｖ．Ｐａｕｃｏｖａ，Ｊ．Ｋｕｆｃａｋｏｖａ，Ｏ．Ｒｏｓｓｋｏｐｆｏｖａ，Ｐ．Ｒａｊｅｃ，Ｒ．Ａｄａｍｃｏｖａ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｒａｄｉｏａｎａｌｙｔｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２８４，５５，（２０１０．２．１９）
【非特許文献３】Ｂ．Ｙｉｄｉｚ，Ｎ．Ｅｒｔｅｎ，Ｍ．Ｋｉｓ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｒａｄｉｏａｎａｌｙｔｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｃｅｈｍｉｓｔｒｙ，２８８，４７５，（２０１１．２．１２）
【非特許文献４】Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｔ．Ｓａｔｏ．Ｃｌａｙ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，７，１２９，（１９８８，３．７）
【非特許文献５】Ｈ．Ｊ．Ｐｌｏｅｈｎ，Ｃ．Ｌｉｕ．Ｉｎｄｓｔｒｉａｌ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ．  ４５．  ７０２５．（２００６．３．１）
【非特許文献６】日本粘土学会編、粘土ハンドブック、ｐｐ１４７、表３．５．１（２００９．４．３０）
【非特許文献７】日本化学会編、化学便覧ＩＩ，  水和のギブスエネルギー  ｐｐＩＩ−３１６、表１０．１５  （１９９３．９．３０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、放射性Ｃｓ＋イオンを容易に吸着するとともに、脱離可能な放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記事情を鑑みて、本発明者は試行錯誤した結果、通常の層状粘土鉱物に含まれているＮａ＋イオン、Ｌｉ＋イオン、Ｈ＋イオンの一部又は全部をＲｂ＋イオンとイオン交換して、あらかじめＣｓ＋イオンとイオン半径の近いＲｂ＋イオンを層状化合物の層間にインターカレーションしたものを放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤として用いると、Ｃｓ＋イオンの大きさより僅かに小さいだけなので、イオン交換により、Ｃｓ＋イオンを層間や表面に容易に吸着させることができるとともに、水あるいは弱酸性溶液により、吸着させたＣｓ＋イオンの脱離させることができることが分かった。また、脱離後、再び放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤として利用できることも分かり、本発明を完成した。
本発明は、以下の構成を有する。
【００１１】
（１）  層状粘土鉱物と、前記層状粘土鉱物の層間にインターカレーションさせた陽イオンと、を有し、前記層状粘土鉱物がスメクタイト類に属し、前記陽イオンのイオン半径が１．１Å以上であることを特徴とする放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤。
【００１２】
（２）  前記層状粘土鉱物がモンモリロナイト又はバイデライトであることを特徴とする（１）に記載の放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤。
（３）  前記陽イオンがＲｂ＋、Ｋ＋又はＢａ２＋の群から選択されるいずれか一の陽イオンであることを特徴とする（１）又は（２）に記載の放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤。
（４）  ９５％相対湿度におけるＸ線回折ピーク値が３．８５°以上８．４６°以下であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤。
【００１６】
（６）１００ｍｍｏｌ／Ｌ以上の濃度で、イオン半径が１．１Å以上である陽イオンを分散させた水溶液中にスメクタイト類の層状粘土鉱物を分散してから、前記層状粘土鉱物と前記陽イオンとを分散させた水溶液を攪拌することを特徴とする放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤は、層状粘土鉱物と、前記層状粘土鉱物の層間にインターカレーションさせた陽イオンと、を有し、前記層状粘土鉱物がスメクタイト類に属し、前記陽イオンのイオン半径が１．１Å以上である構成なので、水溶液中で十分な底面間隔（ｄ値）を確保することができ、放射性Ｃｓ＋イオンを容易に吸着するとともに、放射性Ｃｓ＋イオンを容易に脱離することができる。これにより、繰り返し使用可能な放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤として用いることができ、大量の低レベル放射性廃棄物を発生させるという課題を解消することができる。
【００１８】
本発明の放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤の製造方法は、１００ｍｍｏｌ／Ｌ以上の濃度で、イオン半径が１．１Å以上である陽イオンを分散させた水溶液中にスメクタイト類の層状粘土鉱物を分散してから、前記層状粘土鉱物と前記陽イオンとを分散させた水溶液を攪拌する構成なので、繰り返し使用可能な放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤の一例を示す断面模式図である。
【図２】図１のＡ部の模式図である。
【図３】通常の層状粘土鉱物の一例を示す図であって、Ｒｂ＋をインターカレーションさせる前の層状粘土鉱物の図１のＡ部に対応する部分の模式図である。
【図４】層状粘土鉱物の層間のＮａ＋イオンが水分子に水和された状態を示す模式図である。
【図５】層状粘土鉱物が多数の粘土鉱物層に分離した状態を示す模式図である。
【図６】Ｒｂ＋をインターカレーションさせた層状粘土鉱物の図１のＡ部に対応する部分の模式図である。
【図７】層間にインターカレーションされたＲｂ＋に水分子を水素結合させた層状粘土鉱物の図１のＡ部に対応する部分の模式図である。
【図８】Ｃｓ＋をインターカレーションさせた層状粘土鉱物の図１のＡ部に対応する部分の模式図である。
【図９】本発明の放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤の製造方法の一例を示す工程図である。
【図１１】各相対湿度における実施例１試料の回折ピークの００１面の底面間隔ｄ値（Å）である。
【図１２】実施例１試料の放射性Ｃｓ＋イオン吸着性評価の工程図である。
【図１３】実施例１試料の放射性Ｃｓ＋イオン吸着性評価の工程図である。
【図１４】実施例１試料の放射性Ｃｓ＋イオン吸着性評価の工程図である。
【図１５】実施例１試料の放射性Ｃｓ＋イオン吸着性評価の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（本発明の実施形態）
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤及びその製造方法について説明する。
【００２１】
＜放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤＞
図１は、本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤の一例を示す断面模式図である。
図１に示すように、本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤１０は、層状粘土鉱物１１と、層状粘土鉱物１１の層間にインターカレーション（包接）させた陽イオン１９と、を有する。
【００２２】
層状粘土鉱物１１は、スメクタイト類に属する。
スメクタイト類とは、粘土鉱物であるモンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライトの総称である。層状粘土鉱物１１として、モンモリロナイト、バイデライトを用いることがより好ましい。
図１に示すように、層状粘土鉱物１１は、２層以上の粘土鉱物層１２を有する。
粘土鉱物層１２は、ＳｉＯ−ＯＨ層１３ａと、無機酸化物層１４と、ＳｉＯ−ＯＨ層１３ｂとを有している。無機酸化物層１４は、ＳｉＯ−ＯＨ層１３ａ、１３ｂにより挟持されている。
【００２３】
図２は、図１のＡ部の拡大模式図である。
ＳｉＯ−ＯＨ層１３ａ、１３ｂは、Ｓｉを中心に配し、Ｏを頂点に配する三角錐形状の構造単位が連結されてなる層である。
無機酸化物層１４は、Ａｌ、Ｍｇ又はＦｅのいずれかの金属Ｍｅを中心に配し、Ｏを頂点に配する八面体形状の構造単位が連結されてなる層である。
【００２４】
粘土鉱物層１２は、珪酸（ＳｉＯ２、ＳｉＯ２・ＯＨ）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）又は水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）３）がシート状に積み重なった結晶構造を有する無機物である。
【００２５】
陽イオン１９のイオン半径（６配位）は１．１Å以上である。イオン半径の値は、Ｓｈａｎｎｏｎ、１９７６に基づく（以下、同じ）。これにより、イオン半径（６配位）が１．６７Åである放射性Ｃｓ＋イオンと容易にイオン交換させることができる。イオン交換とは、イオン結合などで結合したイオンが他のイオンと移り変わることである。
１．１Å未満の陽イオンを用いた場合は、イオン交換が困難となる。例えば、イオン半径（６配位）は、Ｎａ＋イオンが１．０２Åであり、Ｌｉ＋イオンが０．７６Åであり、Ｈ＋イオンが−０．２４Åであり、イオン交換させることができない。Ｎａ＋イオン、Ｌｉ＋イオン、Ｈ＋イオンは通常の層状粘土鉱物に含まれている。
【００２６】
陽イオン１９は、Ｒｂ＋イオン、Ｋ＋イオン又はＢａ２＋イオンの群から選択されるいずれか一の陽イオンであることが好ましい。イオン半径（６配位）は、Ｒｂ＋イオンが１．５２Åであり、Ｋ＋イオンが１．５２Åであり、Ｂａ２＋イオンが１．３５Åであり、これらの陽イオンは、イオン半径（６配位）が１．１Å以上である。
【００２７】
図３は、通常の層状粘土鉱物の一例を示す図であって、Ｒｂ＋をインターカレーションさせる前の層状粘土鉱物の図１のＡ部に対応する部分の模式図である。
通常の層状粘土鉱物は、層間Ｎａ＋イオン及びＬｉ＋イオン等のイオン半径の小さい陽イオンを有する。層間距離は各層が同一の電荷を有するため、層同士のクーロン反発力を層間のＮａ＋イオン及びＬｉ＋イオン等の陽イオン引力の釣り合いによって層間距離が決まっている。
図４は、層状粘土鉱物の層間のＮａ＋イオンが水分子に水和された状態を示す模式図である。
図４に示すように、粘土鉱物層間のＮａ＋イオンに水分子が近接すると、Ｎａ＋イオンの水和のギブスネルギーが大きいため、粘土鉱物層の表面に水分子が吸着せず、層間のＮａ＋イオンと吸着し、層間に水分子がインターカレーションされる。水中では、層状粘土鉱物の粒子の周りにたくさんの水分子が引き寄せられるため、Ｎａ＋イオンのまわりに水分子が幾層も重なり、粘土鉱物層同士をＮａ＋イオンで結びつけることができなくなる。これにより、粘土鉱物層１２は、水中で上下の層間間隔を保持できずに、それぞれ一枚の層に分離して、層がバラバラになった状態になる。
図５は、層状粘土鉱物が水中で多数の粘土鉱物層に分離した状態を示す模式図である。  Ｒｂ＋イオンを層間に有した層状粘土鉱物では、Ｒｂ＋イオン水和のギブスエネルギーがＮａ＋イオンに比べて、小さいため、水中に粘土鉱物の粒子があっても、上下の層を引き離すだけの水分子が層間に入らず、Ｃｓ＋イオンとイオン交換できるだけ十分な、層間距離を保つ。
層間距離は（ｄ値）は非特許文献４に基づく。
また、粘土鉱物の層厚は、非特許文献５に基づく。
また、粘土鉱物の層間のイオンの水和数は非特許文献６に基づく。
また、水和のギブスエネルギーは非特許文献７に基づく。
【００２８】
図６は、本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤１０の一例を示した図であり、Ｒｂ＋イオンを層間に有する場合の図である。図４に示すように、Ｒｂ＋イオンのイオン半径は大きいので、クーロン反発力により決定された層間距離をより広げる。
層間距離（ｄ値）は、実施例の表１の相対湿度１０％のピーク値に基づく。
【００２９】
図７は、水溶液中の本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤１０の一例を示した図であり、Ｒｂ＋イオンを層間に有する場合の図である。図５に示すように、水分子（Ｈ２Ｏ）が層間のＲｂ＋イオンとＳｉＯ−ＯＨ層１３ｂとの間に侵入し、水素結合を形成する。これにより、層間距離をより広げる。
層間距離（ｄ値）は、実施例の表１の相対湿度９５％のピーク値に基づく。
【００３０】
図８は、水溶液中の本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤１０で、Ｃｓ＋イオンを吸着した一例を示した図である。
Ｃｓ＋イオンを高濃度で分散させた水溶液中に、本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤１０を浸漬させると、Ｒｂ＋イオンはＣｓ＋イオンよりイオン半径（６配位）がわずかに小さいだけなので、濃度勾配により、図８に示すように、Ｒｂ＋イオンはＣｓ＋イオンに容易にイオン交換される。
一方、通常の層状粘土鉱物の場合には、層間距離が狭く、水分子が侵入することが困難であるため、層間に存在する陽イオンがＣｓ＋イオンでイオン交換されることはほとんどない。
【００３１】
Ｃｓ＋イオンを吸着した放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤１０は、Ｒｂ＋イオン、Ｋ＋イオン又はＢａ２＋イオンを分散させた水溶液に浸漬することにより、Ｃｓ＋イオンがＲｂ＋イオン、Ｋ＋イオン又はＢａ２＋イオンとイオン交換され、層状粘土鉱物から容易に脱離される。これにより、再び放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤として利用できる。
【００３２】
吸着・脱離工程では、水溶液のｐＨを制御して、水溶液を弱酸性とすることが好ましい。例えば、Ｃｓ＋イオンがＨ＋イオンとイオン交換してからＨ＋イオンがＲｂ＋イオン、Ｋ＋イオン又はＢａ２＋イオンとイオン交換して、Ｃｓ＋イオンとＲｂ＋イオン、Ｋ＋イオン又はＢａ２＋イオンとのイオン交換反応を効率的にすることができる。
【００３３】
脱離後の水溶液中には脱離させた放射性Ｃｓ＋イオンが多量に存在する。この水溶液を乾燥することにより、放射性物質のみを濃縮することができる。これにより、低レベル放射性廃棄物の体積を今までよりもはるかに小さくすることができる。
【００３４】
放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤は、９５％相対湿度におけるＸ線回折ピーク値が３．８５°以上８．４６°以下である材料を用いることが好ましい。
これにより、水溶液中で、層間に水分子を挿入して、陽イオンと水素結合させることにより、放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤の底面間隔（ｄ値）を１５．４６Å以上にでき、イオン交換により、イオン半径が約１．８Åの放射性Ｃｓ＋イオンを層間に容易に挿入できるとともに、層間から容易に取り出すことができる。
【００３８】
これにより、水溶液中で、層間に水分子を挿入して、陽イオンと水素結合させることにより、放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤の底面間隔（ｄ値）を１５．４６Å以上にでき、イオン交換により、イオン半径が約１．８Åの放射性Ｃｓ＋イオンを層間に容易に挿入できるとともに、層間から容易に取り出すことができる。
【００３９】
＜放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤の製造方法＞
本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤の製造方法は、１００ｍｍｏｌ／Ｌ以上の濃度で、イオン半径が１．１Å以上である陽イオンを分散させた水溶液中にスメクタイト類の層状粘土鉱物を分散してから、前記層状粘土鉱物と前記陽イオンとを分散させた水溶液を攪拌する工程を有する。
【００４０】
図９は、本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【００４１】
＜１．分散工程＞
まず、１００ｍｍｏｌ／Ｌ以上の濃度で、イオン半径が１．１Å以上である陽イオンのハロゲン化物の水溶液を調製する。不純物の影響を低減するため、超純水を用いることが好ましい。
次に、前記水溶液にスメクタイト類の層状粘土鉱物を分散させる。１００ｍＭ以上の濃度の水溶液を用いることにより、濃度勾配により、層状粘土鉱物の層間に一部の陽イオンがインターカレーションされる。
【００４２】
＜２．攪拌工程＞
次に、層状粘土鉱物を分散させた前記水溶液を、所定時間攪拌する。１時間以上攪拌することが好ましく、３時間以上攪拌することがより好ましい。これにより、層状粘土鉱物の層間により多くの陽イオンをインターカレーションさせることができる。
【００４３】
＜３．静置工程＞
次に、この水溶液を所定時間静置する。１日以上静置することが好ましく、２日間以上静置することがより好ましい。これにより、層状粘土鉱物の層間により多くの陽イオンをインターカレーションさせることができる。
【００４４】
＜４．容器交換工程＞
次に、静置した前記水溶液を、遠心分離用チューブ内に移す。遠心分離用チューブを用いて、前記１〜３の工程を行った場合には、この工程は実施しない。
【００４５】
＜５．遠心分離工程＞
次に、遠心分離用チューブを遠心分離機にセットし、前記水溶液を遠心分離する。回転数は１００００ｒｐｍ以上とすることが好ましく、３００００ｒｐｍ以上とすることがより好ましい。また、１分間以上遠心分離することが好ましく、３０分間以上遠心分離することがより好ましい。これにより、層間に陽イオンをインターカレーションさせた層状粘土鉱物からなる固相を液相から分離する。
なお、遠心分離工程の代わりに濾過工程を用いて、固相を液相から分離してもよい。
【００４６】
＜６．超音波洗浄工程＞
次に、遠心分離用チューブ中の上澄み液を除去してから、水を加える。
次に、水を入れたビーカー中に前記遠心分離用チューブを入れ、超音波洗浄機により、超音波を印加する。１分間以上超音波印加することが好ましく、６０分間以上超音波印加することがより好ましい。
これにより、層状粘土鉱物の層間又は表面に存在する不純物を層状粘土鉱物から除去することができる。
【００４７】
＜７．遠心分離工程＞
次に、この遠心分離用チューブを遠心分離機にセットし、遠心分離する。回転数は１００００ｒｐｍ以上とすることが好ましく、３００００ｒｐｍ以上とすることがより好ましい。また、１分間以上遠心分離することが好ましく、３０分間以上遠心分離することがより好ましい。これにより、層間に陽イオンをインターカレーションさせた層状粘土鉱物からなる固相を液相から分離する。
なお、遠心分離工程の代わりに濾過工程を用いて、固相を液相から分離してもよい。
【００４８】
＜８．乾燥工程＞
次に、オーブン内に蓋を開けた遠心分離用チューブを配置して、所定の温度で乾燥することにより、液相を完全に除去する。これにより、塊状の固形物を得ることができる。所定の温度は４０℃以上とすることが好ましく、６０℃以上とすることがより好ましい。
【００４９】
＜９．粉砕工程＞
次に、前記固形物を粉砕して、本発明の実施形態である放射性陽イオン吸着脱離剤の粉末を得る。例えば、メノウの乳鉢により軽く粉砕する。
粉砕処理により、最大径が２μｍ以下の粒子とすることが好ましい。これにより、表面積を高めることができ、より多くの放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤を吸着させることができる。
【００５０】
以上の製造工程により、これにより、層状粘土鉱物の層間に陽イオンをインターカレーションさせて、本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤を製造できる。また、放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤を製造効率高く製造することができる。更にまた、放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤の純度を向上させ、吸着特性をより均一化することができる。
【００５１】
本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤１０は、層状粘土鉱物１１と、層状粘土鉱物１１の層間にインターカレーションさせた陽イオン１９と、を有し、層状粘土鉱物１１がスメクタイト類に属し、陽イオン１９のイオン半径が１．１Å以上である構成なので、水溶液中で十分な底面間隔（ｄ値）を確保することができ、放射性Ｃｓ＋イオンを容易に吸着するとともに、放射性Ｃｓ＋イオンを容易に脱離することができる。これにより、繰り返し使用可能な放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤として用いることができ、大量の低レベル放射性廃棄物を発生させるという課題を解消することができる。
【００５２】
本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤１０は、層状粘土鉱物１１がモンモリロナイト又はバイデライトである構成なので、水溶液中で十分な底面間隔（ｄ値）を確保することができ、放射性Ｃｓ＋イオンを容易に吸着するとともに、放射性Ｃｓ＋イオンを容易に脱離することができる。
【００５３】
本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤１０は、陽イオン１９がＲｂ＋、Ｋ＋又はＢａ２＋の群から選択されるいずれか一の陽イオンである構成なので、水溶液中で十分な底面間隔（ｄ値）を確保することができ、放射性Ｃｓ＋イオンを容易に吸着するとともに、放射性Ｃｓ＋イオンを容易に脱離することができる。
【００５４】
本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤１０は、９５％相対湿度におけるＸ線回折ピーク値が３．８５°以上８．４６°以下である構成なので、水溶液中で十分な底面間隔（ｄ値）を確保することができ、放射性Ｃｓ＋イオンを容易に吸着するとともに、放射性Ｃｓ＋イオンを容易に脱離することができる。
【００５６】
本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤１０の製造方法は、１００ｍｍｏｌ／Ｌ以上の濃度で、イオン半径が１．１Å以上である陽イオン１９を分散させた水溶液中にスメクタイト類の層状粘土鉱物１１を分散してから、層状粘土鉱物１１と陽イオン１９とを分散させた水溶液を攪拌する構成なので、繰り返し使用可能な放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤を容易に製造することができる。
【００５７】
本発明の実施形態である放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤及びその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変更して実施することができる。本実施形態の具体例を以下の実施例で示す。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００５８】
（実施例１）
＜１．分散工程＞
図１０（ａ）に示すように、まず、塩化ルビジウム１００ｍｍｏｌ／Ｌを超純水１００ｍＬに溶解して、Ｒｂ＋イオンが分散された溶液を調製した。
次に、前記溶液に天然産のモンモリロナイトからなる粘土鉱物を分散した。
【００５９】
＜２．攪拌工程＞
次に、粘土鉱物を浸漬させた前記溶液を、スターラを用いて数時間攪拌した。ローターはＰ７０ＡＴを用いた。
【００６０】
＜３．静置工程＞
次に、図１０（ｂ）に示すように、２日間静置した。
【００６１】
＜４．容器交換工程＞
次に、静置した前記溶液を、遠心分離用チューブに移した。
【００６２】
＜５．遠心分離工程＞
次に、図１０（ｃ）に示すように、前記遠心分離用チューブを遠心分離機にセットし、３２０００ｒｐｍで３０分間遠心分離した。遠心分離機は日立工機製のＣＰ１００αを用いた。
【００６３】
＜６．超音波洗浄工程＞
次に、前記遠心分離用チューブ中の上澄み液を除去してから、水を加えた。
次に、水を入れたビーカー中に前記遠心分離用チューブを入れ、超音波洗浄機により、超音波を１時間印加した。
【００６４】
＜７．遠心分離工程＞
次に、図１０（ｄ）に示すように、前記遠心分離用チューブを遠心分離機にセットし、３２０００ｒｐｍで３０分間遠心分離した。
【００６５】
＜８．乾燥工程＞
次に、オーブンに前記遠心分離用チューブを配置し、６０℃で溶液を乾燥させ、塊状の固形物を得た。
【００６６】
＜９．粉砕工程＞
次に、前記固形物を、メノウの乳鉢により軽く粉砕して、放射性陽イオン吸着脱離剤の粉末（実施例１試料）を得た。
【００６７】
＜Ｘ線回折分析＞
次に、試料室内の相対湿度と温度を制御可能な粉末Ｘ線回折装置により、ＣｕＫ線を用い、試料の粉末のＸ線の回折パターンを測定した。
具体的には、試料室内温度２５℃で、相対湿度を１０％から１０％毎に９０％まで変化させるとともに、さらに９５％に変化させた。それぞれの相対湿度で３０分保持後に試料のＸ線の回折パターンを測定した。
表１に示す結果が得られた。実施例１試料の化学組成はＲｂ０．３（Ａｌ１．６，Ｆｅ０．２，Ｍｇ０．２）Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２・ｎＨ２Ｏであった。
【００６８】
【表１】
0005971790.tif 000002
【００６９】
図１１は、各相対湿度における実施例１試料の回折ピークの００１面の底面間隔ｄ値（Å）である。参考として、モンモリナイト単体の測定結果を合わせて示している。
モンモリナイト単体では、３０％付近及び９０％付近で底面間隔が大きく変化した。一方、実施例１試料では、９０％付近でのみ底面間隔が大きく変化した。底面間隔が大きく変化したことは、層間の距離が長くなったことを示している。
モンモリナイト単体では、９５％で底面間隔が約１８Åであるのに対し、実施例１試料では約１６Åであった。
【００７０】
＜放射性Ｃｓ＋イオン吸着性評価＞
まず、水酸化セシウムを５ｍｍｏｌ／Ｌになるように水に溶かし０．１ｍｏｌ／Ｌの塩酸により、ｐＨが６．５から７にしたセシウム溶液を調製した。
次に、図１２（ａ）に示すように、遠心分離用チューブ中で、実施例１試料１００ｍｇを前記セシウム溶液５ｍＬに分散させ、回転式撹拌機により２時間撹拌した。
次に、図１２（ｂ）に示すように、遠心分離機で固相１と上澄み液に分離した。
【００７１】
上澄み液中のＣｓ＋イオンはキャピラリー電気泳動装置３ＤＣＥ（ＨＰＣＥ：ＨＰ社（現アジレント社）製）及び陽イオン用分析キット（アジレント社製）を用いて分析した。
キャピラリー電気泳動装置（ＨＰＣＥ）とは、金属イオンや有機物を分析する装置である。内径５０μｍのチューブに緩衝液を見たし、高電圧をかけることにより、チューブ内の試料が移動し、ＵＶにより検出する装置である。
【００７２】
次に、図１２（ｃ）に示すように、固相１に１０ｍＬの水を加え、超音波洗浄機を使って分散後、回転式撹拌機により２時間撹拌した。
次に、図１２（ｄ）に示すように、遠心分離機で固相２と上澄み液に分離した。
上澄み液中のＣｓ＋イオンはＨＰＣＥを用いて上述と同様の方法で分析した。
【００７３】
次に、図１３（ａ）に示すように、固相２にｐＨ３．５の塩酸水溶液１０ｍＬを加え、超音波洗浄機を使って分散後、回転式撹拌機により２時間撹拌した。
次に、図１３（ｂ）に示すように、遠心分離機で固相３と上澄み液に分離した。
【００７４】
上澄み液中のＣｓ＋イオンはＨＰＣＥを用いて上述と同様の方法で分析した。
【００７５】
次に、図１３（ｃ）に示すように、固相３に１０ｍＬの水を加え、超音波洗浄機を使って分散後、回転式撹拌機により２時間撹拌した。
次に、図１３（ｄ）に示すように、遠心分離機で固相４と上澄み液に分離した。
上澄み液中のＣｓ＋イオンはＨＰＣＥを用いて上述と同様の方法で分析した。
【００７６】
次に、固相４は６０℃のオーブンで乾燥した。
次に、図１４（ａ）に示すように、固相４にセシウム溶液５ｍＬを加え、超音波洗浄機を使って分散後に、回転式撹拌機により２時間撹拌した。
次に、図１４（ｂ）に示すように、遠心分離機で固相５と上澄み液に分離した。
上澄み液中のＣｓ＋イオンはＨＰＣＥを用いて上述と同様の方法で分析した。
【００７７】
次に、図１４（ｃ）に示すように、固相４にｐＨ３．５の塩酸水溶液を加え、超音波洗浄機を使って分散後、２時間回転式撹拌機で撹拌した。
次に、図１４（ｄ）に示すように、遠心分離機で固相５と上澄み液に分離した。
上澄み液中のＣｓ＋イオンはＨＰＣＥを用いて上述と同様の方法で分析した。
【００７８】
次に、図１５（ａ）に示すように、固相５に水を加え、超音波洗浄機を使って分散後に、回転式撹拌機により２時間撹拌した。
次に、図１５（ｂ）に示すように、遠心分離機で固相６と上澄み液に分離した。
上澄み液中のＣｓ＋イオンはＨＰＣＥを用いて上述と同様の方法で分析した。
【００７９】
次に、固相６は６０℃のオーブンで乾燥した。
次に、図１５（ｃ）に示すように、固相６にセシウム溶液５ｍＬを加え、超音波洗浄機を使って分散後に、回転式撹拌機により２時間撹拌した。
次に、図１５（ｄ）に示すように、遠心分離機で固相７と上澄み液に分離した。
上澄み液中のＣｓ＋イオンはＨＰＬＥを用いて上述と同様の方法で分析した。
表２はＨＰＣＥを用いて得られた、上澄み液中のＣｓ＋イオンの測定結果である。
【００８０】
【表２】
0005971790.tif 000003
【００８１】
表２において、「吸着残量」はＨＰＣＥで分析した上澄み液のセシウムのピーク面積を吸着前のセシウム溶液を分析した時にピーク面積で割った数値を％で表示したものである。数値が大きいときは上澄み液にセシウムが多いことを意味し、吸着剤にセシウムがあまり吸着されないことを意味する。逆に数値が小さいときは吸着剤にセシウムが多く吸着されたことを意味する。
「溶出量（水）」は水洗後の上澄み液中のセシウムのピーク面積を吸着前のセシウムのピーク面積で割ったものの％表示である。
「溶出量（ｐＨ３．５）」は塩酸でｐＨを３．５にした水溶液を加えて、吸着剤を洗った後の上澄み液中のセシウムのピーク面積を吸着前の初期セシウムのピーク面積を割ったものの％表示である。
「溶出量（水洗）」はｐＨ３．５で処理した吸着剤から塩酸を除くために行なった水洗処理した上澄み液のセシウムのピーク面積を吸着前の初期セシウムのピーク面積で割ったものの％表示である。
【００８２】
「吸着残量（２回目）」は洗浄した吸着剤を使ったセシウム吸着の結果で、数値の意味は吸着残量と同じである。
「再溶出量（ｐＨ３．５）」、「再溶出量（水洗）」は上述の要出量（ＨＣｌ）や要出量（水洗）と同じ意味である。
「吸着残量（３回目）」は洗浄した吸着剤を使ったセシウム吸着の結果で、数値の意味は吸着残量と同じである。
水洗やｐＨ３．５水溶液では、加えた水または水溶液が１０ｍＬであるため、数字が小さくなったりしている。またｎ．ｄ．はＨＰＣＥ分析でピークの存在は確認できるが、面積を求められなかったためである。吸着残量の数字は非常に小さいというわけではないが、吸着除去を３回行い、ほぼ同量の除去が行なわれている。
【００８３】
なお、Ｃｓ溶液により吸着後、水で固相の吸着剤を洗浄せずに、ｐＨ３．５の塩酸水溶液を加える方法の評価も行なった。表１で示した測定結果とほとんど変わらない値が得られた。また、上記工程で使用した水としては超純水を用いた。
【００８４】
（比較例１）
実施例１試料の代わりにモンモリナイト単体（比較例１試料）を用いた他は実施例１と同様にして、放射性Ｃｓ＋イオン吸着性評価を行った。
表３はその測定結果である。
【００８５】
【表３】
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【００８６】
表２と表３を比較して分かるように、実施例１試料では吸着後Ｃｓ＋イオンを溶出させることができ、吸着２回目及び３回目でもＣｓ＋イオンを吸着させることができた。
一方、モンモリナイト単体（比較例１試料）では、吸着後Ｃｓ＋イオンを溶出させることができず、吸着２回目及び３回目ではＣｓ＋イオンを吸着量が徐々に少なくなっている。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤及びその製造方法は、放射性Ｃｓ＋イオンを容易に吸着するとともに、脱離可能な放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤及びその製造方法に関するものであり、原子力の産業上利用において排出される放射性Ｃｓ＋イオンの捕獲処理を容易にでき、原子力産業、放射性廃棄物処理産業等において利用可能性がある。
【符号の説明】
【００８８】
１０…放射性Ｃｓ＋イオン吸着剤、１１…層状粘土鉱物、１２…粘土鉱物層、１３ａ、１３ｂ…ＳｉＯ−ＯＨ層、１９…陽イオン。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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