(57)【要約】  本発明は、アクチニドイオン、ランタニドイオン、核分裂生成物イオン、又はこれらの組み合わせをそれで汚染された多孔質表面から除去するための水性ゲル組成物を提供する。組成物は、ゲル形成架橋ポリマー及び線状ポリマーを含むポリマー混合物を含んでいる。線状ポリマーは、架橋ポリマーの濃度より低い濃度で存在する。ポリマー混合物は、約0.1〜約3質量パーセント(wt%)の多座有機酸キレート化剤、及び約0.02〜約0.6モル(M)の炭酸塩を含む水溶液で少なくとも約95%水和されて、ゲルを形成する。アクチニドイオン、ランタニドイオン、及び/又は他の核分裂生成物イオンで汚染された多孔質表面に適用したときに、水性ゲルが汚染しているイオンを表面から吸収する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチニドイオン、ランタニドイオン、核分裂生成物イオン、又はこれらの組み合わせをそれで汚染された多孔質表面から除去するための水性ゲル組成物であって、前記組成物が、ゲル形成架橋ポリマー及び線状ポリマーを含むポリマー混合物を含み、ここで、前記線状ポリマーが前記架橋ポリマーの濃度より低い濃度で存在し、前記ポリマーがアニオン、非イオン又はこれらの組み合わせであり、前記ポリマー混合物が水溶液で少なくとも約95%水和されてゲルを形成し、前記水溶液が約0.01M〜約0.5Mのモル(M)濃度の多座有機酸キレート化剤及び0.02〜約1Mの炭酸塩を含み、前記ポリマー混合物が、任意に、少なくとも1つの微粒子状金属イオン封鎖剤を含む、前記水性ゲル組成物。
【請求項２】
前記炭酸塩が、約0.25M〜0.5Mの範囲の濃度で存在する、請求項1に記載の水性ゲル組成物。
【請求項３】
前記架橋ポリマー及び前記線状ポリマーが、約99:1のそれぞれの質量比で存在する、請求項1又は2に記載の水性ゲル組成物。
【請求項４】
前記ポリマーが、約2〜約6質量パーセント(wt%)の範囲の合わせた濃度でゲル中に存在する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の水性ゲル組成物。
【請求項５】
前記架橋ポリマーが、アクリルアミドとアクリル酸とのコポリマーを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の水性ゲル組成物。
【請求項６】
前記線状ポリマーが、アクリルアミドとアクリル酸とのコポリマーを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の水性ゲル組成物。
【請求項７】
前記架橋ポリマー及び前記線状ポリマーの各々が、アクリルアミドとアクリル酸とのコポリマーを約70:30の相対モノマーモル比で含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の水性ゲル組成物。
【請求項８】
前記多座有機酸キレート化剤が、1-ヒドロキシエタン-1,1-ビスホスホン酸(HEDPA)及びエチレンジアミン四酢酸(EDTA)からなる群より選ばれる少なくとも1つの材料を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の水性ゲル組成物。
【請求項９】
前記HEDPAが、約0.02〜0.03Mの濃度で存在する、請求項8に記載の水性ゲル組成物。
【請求項１０】
前記炭酸塩が、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、又はこれらの2つ以上の組み合わせを含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の水性ゲル組成物。
【請求項１１】
前記ポリマー混合物が、少なくとも1つの微粒子状金属イオン封鎖剤を含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の水性ゲル組成物。
【請求項１２】
前記金属イオン封鎖剤が、粘土、ゼオライト、層状金属硫化物、結晶性シリコチタネート(CST)、チタン酸一ナトリウム(MST)、セルロースアセテート(CA)、及びこれらの2つ以上の組み合わせからなる群より選ばれる、請求項11に記載の水性ゲル組成物。
【請求項１３】
前記少なくとも1つの微粒子状金属イオン封鎖剤が、前記ポリマー及び前記金属イオン封鎖剤の合わせた乾燥質量に基づき約5〜約15wt%の範囲の濃度で前記ポリマー混合物中に存在する、請求項12に記載の水性ゲル組成物。
【請求項１４】
前記組成物が、前記ゲル形成架橋アニオンポリマー塩及び前記線状アニオンポリマー塩を含む約2〜約6質量パーセント(wt%)の前記ポリマー混合物を含み、ここで、前記線状アニオンポリマー塩が前記架橋アニオンポリマー塩の濃度より低い濃度で存在し、前記架橋アニオンポリマー塩及び前記線状アニオンポリマー塩の各々がアクリルアミドとアクリル酸とのコポリマーを約70:30の相対モノマーモル比で含み、前記架橋アニオンポリマー塩が、水溶液で少なくとも約95%水和されてゲルを形成し、前記水溶液が約0.01M〜約0.25Mの多座有機酸キレート化剤、及び約0.25〜約0.5Mの炭酸塩を含み、前記多座有機酸キレート化剤が1-ヒドロキシエタン-1,1-ビスホスホン酸(HEDPA)、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、及びこれらの塩からなる群より選ばれる少なくとも1つの材料を含む、請求項1に記載の水性ゲル組成物。
【請求項１５】
前記ポリマー混合物が、更に、前記ポリマー及び金属イオン封鎖剤の合わせた乾燥質量に基づき約5〜約15wt%の少なくとも1つの微粒子状金属イオン封鎖剤を含む、請求項14に記載の水性ゲル組成物。
【請求項１６】
前記金属イオン封鎖剤が、粘土、ゼオライト、層状金属硫化物、結晶性シリコチタネート(CST)、チタン酸一ナトリウム(MST)、及びセルロースアセテート(CA)、及びこれらの2つ以上の組み合わせからなる群より選ばれる、請求項15に記載の水性ゲル組成物。
【請求項１７】
アクチニドイオン、ランタニドイオン、核分裂生成物イオン、又はこれらの組み合わせで汚染された多孔質表面を除染する方法であって、前記基体の表面を請求項1〜16のいずれか1項に記載の水性ゲル組成物に、前記汚染しているイオンを前記多孔質表面から前記ゲルに吸収させるのに充分な時間接触させる工程、及び引き続き前記表面から前記ゲルを除去する工程を含む、前記方法。
【請求項１８】
前記多孔質表面が、アメリシウムイオン、プルトニウムイオン、ウラニウムイオン、キュリウムイオン、ネプツニウムイオン、ストロンチウムイオン、ラジウムイオン、ランタニドイオン、及び2以上の正電荷を有する他の核分裂生成物イオンからなる群より選ばれる1つ以上の放射性核種イオンで汚染されている、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記多孔質表面が、1の正電荷を有する1つ以上の核分裂生成物イオンで汚染されている、請求項17又は18に記載の方法。
【請求項２０】
前記多孔質表面が、セシウムイオンで汚染されている、請求項17〜19のいずれか1項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2012年3月1日に出願の米国出願番号13/409,835の一部継続出願であり、この開示内容は本願明細書に全体で援用されている。
発明の契約の起源
米国政府は、米国政府とアルゴンヌ国立研究所の代理をするUChicago Argonne, LLCとの間の契約番号DE-AC02-06CH11357に基づき本発明の権利を有する。
発明の分野
本発明は、多孔質表面から放射性核種を除染するための組成物及び方法に関する。より詳しくは、本発明は、多孔質表面からアクチニド、ランタニド及び/又は核分裂生成物を除染するための組成物及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
コンクリート及び他の多孔質建築材料からセシウムを除染する超吸収ヒドロゲルベースのプロセスをアルゴンヌ国立研究所が開発した(例えば、米国特許第7,737,320号明細書を参照のこと、この開示内容は本願明細書に全体で援用されている)。このプロセスは、市販の噴霧技術、市販の生体適合性ポリマー、一般の化学試薬、及び市販のウェットバキューム技術を用いている。このプロセスは、コンクリート表面上に水性化学薬品を噴霧するのに続いて、表面を超吸収ゲルで噴霧することによって適用する。ゲルは、比較的高い温度と湿度で長時間にわたってその一貫性を保持する。ゲルはウェットバキューム技術によって除去され、回収されたゲル材料は脱水されて、処分を必要とする廃棄物容積を著しく減少させることができる。ゲル製剤はセシウム除染に適しているが、多孔質表面、特にコンクリート、レンガ、タイル、大理石、御影石、及びアスファルトからのアクチニド(例えば、アメリシウム)、ランタニド、又は核分裂生成物の除染には最適でない。
多孔質表面(例えば、コンクリート、レンガ、タイル、大理石、御影石、アスファルト等)からの放射性核種イオン(例えば、アクチニド、ランタニド、核分裂生成物)の除染は、表面の多孔性が材料の表面より下に放射性核種イオンの浸透を可能にするので一般に非常に困難である。実際に、コンクリート、レンガ、タイル、大理石、御影石、アスファルト、及び他の多孔質表面からアクチニド及び他の核分裂生成物イオン汚染物質の除去のための非分解の選択はほとんどない。アクチニド及び他の核分裂生成物イオンのための既知のほとんどの除染プロトコールは、非多孔質表面、例えば金属の除染のために設計されている。これらのプロトコールは、一般に、放射性核種イオンのホストである酸化物スケールを除去するための苛酷な酸の使用を伴う。酸性材料は、多くの多孔質構成材料、例えばコンクリート、レンガ、大理石、レンガに対して破壊的である。更に、強酸性材料は毒性であり、閉環境又は収容環境内でのみの配置を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
多孔質表面からアクチニドイオン及びランタニドイオンを除去するための新規でより効率的で非分解の除染組成物及び方法が継続して求められている。本発明は、この継続して求められていることを解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明の概要
本発明は、アクチニドイオン、ランタニドイオン、及び/又は核分裂生成物イオンで汚染された多孔質表面を除染するための水性ゲル組成物及び方法を提供する。本明細書に記載されている水性ゲル組成物には、ゲル形成架橋アニオンポリマー又は非イオンポリマー及び線状アニオンポリマー又は非イオンポリマーを含むポリマー混合物が含まれる。線状ポリマーは、架橋ポリマーの濃度より低い濃度で存在させる。ポリマーは、水溶液で少なくとも約95%水和されて(好ましくは完全に水和させる)、ゲルを形成する。水溶液は、約0.01〜約0.5Mのモル(M)濃度の多座有機酸キレート化剤(本明細書においてキレート剤とも言われる)、及び少なくとも約0.02Mの炭酸塩、約1Mまでの炭酸塩(好ましくは約0.25M〜約0.5Mの炭酸塩)を含んでいる。必要により、水性ゲル組成物は、更に、水性ゲルに分散した少なくとも1つの微粒子状金属イオン封鎖剤を含んでいてもよい。金属イオン封鎖剤は、好ましくは、粘土、ゼオライト、チタン酸一ナトリウム(MST)、結晶性シリコチタネート(CST)、及びセルロースアセテート(CA)からなる群より選ばれる少なくとも1つの材料である。
アクチニドイオン、ランタニドイオン、及び/又は核分裂生成物イオンで汚染された多孔質表面に適用されるときに、水性ゲルは表面から汚染イオンを吸収する。微粒子状金属イオン封鎖剤が存在するときは、表面から吸収された汚染物質イオンのためのシンク又はトラップとして作用し得る。
【０００５】
いくつかの実施態様において、架橋ポリマー及び線状ポリマーは、それぞれ約99:1の質量比で存在する。架橋ポリマー及び/又は線状ポリマーは、アニオンポリマー又は非イオンポリマーであり得る。いくつかの好ましい実施態様において、ポリマーは、アクリルアミドとアクリル酸のコポリマー(例えば、アクリルアミドとアクリル酸の相対モノマーモル比が約70:30のコポリマー)を含んでいる。
本明細書に記載されている組成物及び方法に用いられるキレート剤は、アクチニドイオン、ランタニドイオン、核分裂生成物イオン(例えば、アメリシウムイオン、プルトニウムイオン、ウラニウムイオン、キュリウムイオン、ネプツニウムイオン、ストロンチウムイオン、ラジウムイオン、ランタニドイオン、及び2以上の正電荷を有する他の核分裂生成物イオン)、又はこれらの組み合わせをキレート化することができる任意の材料であり得る。好ましい実施態様において、キレート剤は、1-ヒドロキシエタン-1,1-ビスホスホン酸(HEDPA)又は他の関連したジホスホン酸又はこれらの塩、及びエチレンジアミン四酢酸(EDTA)又は他の関連したポリアミノカルボン酸化合物又はこれらの塩からなる群より選ばれる少なくとも1つの材料を含んでいる。好ましくは、水性ゲル組成物は、約0.01M〜約0.5MのHEDPA、EDTA、又はこれらの塩(例えば、ナトリウム塩)を含んでいる。いくつかの実施態様において、組成物は、約0.02〜0.03MのHEDPAを含んでいる。
【０００６】
1つの好ましい水性ゲル組成物は、約0.01〜0.5Mの濃度の多座有機酸キレート化剤、及び約0.1〜約1Mの炭酸塩(例えば、いくつかの実施態様においては約0.4又は0.5M又は0.6Mまでの炭酸塩)を含む水溶液で少なくとも約95%水和された、約2〜約6wt%のポリマー混合物を含み; ここで、多座有機酸キレート化剤は、1-ヒドロキシエタン-1,1-ビスホスホン酸(HEDPA)、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、及びこれらの塩からなる群より選ばれる少なくとも1つの材料を含み; 架橋ポリマー及び線状ポリマーの各々は、アクリルアミドとアクリル酸のコポリマーを約70:30の相対モノマーモル比で含んでいる。好ましくは、ポリマー混合物は、更に、ポリマー及び金属イオン封鎖剤の合わせた乾燥質量に基づき約5〜約15wt%(より好ましくは約10wt%)の少なくとも1つの微粒子状金属イオン封鎖剤を含み、金属イオン封鎖剤は、好ましくは、粘土、ゼオライト、MST、CST、及びCAからなる群より選ばれる少なくとも1つの材料である。
本発明は、また、アクチニドイオン、ランタニドイオン、核分裂生成物イオン、又はこれらの組み合わせ(例えば、アメリシウム、プルトニウム、ウラニウム、キュリウム、ネプツニウム、ストロンチウム、ラジウム、ランタニド、セシウム、及び他の核分裂生成物のカチオン、例えば、電荷、例えば、1、2又はそれ以上の電荷を有するカチオン)で汚染された多孔質表面を除染する方法を提供する。方法は、基体の表面と本発明の水性ゲル組成物とを汚染しているアクチニドイオン、ランタニドイオン、及び/又は核分裂生成物イオンを多孔質表面からゲルに吸収するのに充分な時間接触させる工程、及び引き続きゲル及び吸収したイオンを表面から除去する工程を含む。
【０００７】
限定されない下記の実施態様は、本明細書に記載されている組成物及び方法を包含している。
実施態様1は、アクチニドイオン、ランタニドイオン、核分裂生成物イオン、又はこれらの組み合わせをそれで汚染された多孔質表面から除去するための水性ゲル組成物を含む。組成物は、ゲル形成架橋ポリマー及び線状ポリマーを含むポリマー混合物を含み; ここで、線状ポリマーは架橋ポリマーの濃度より低い濃度で存在し; ポリマーはアニオン、非イオン又はこれらの組み合わせであり、ポリマー混合物は水溶液で少なくとも約95%水和されて、ゲルを形成し; 水溶液は約0.01M〜約0.5Mの多座有機酸キレート化剤、及び約0.02〜約1Mの炭酸塩を含み; ポリマー混合物は、必要により、少なくとも1つの微粒子状金属イオン封鎖剤を含んでいてもよい。金属イオン封鎖剤は、ポリマー混合物が水和されたときに水性ゲルの中に分散される。
実施態様2は、炭酸塩が約0.25M〜0.5Mの範囲の濃度で存在する、実施態様1の水性ゲル組成物を含む。
実施態様3は、架橋ポリマー及び線状ポリマーが約99:1のそれぞれの質量比で存在する、実施態様1又は2の水性ゲル組成物を含む。
実施態様4は、ポリマーが約2〜約6wt%の範囲の合わせた濃度でゲル中に存在する、実施態様1〜3のいずれか1つの水性ゲル組成物を含む。
実施態様5は、架橋ポリマーがアクリルアミドとアクリル酸とのコポリマーを含む、実施態様1〜4のいずれか1つの水性ゲル組成物を含む。
【０００８】
実施態様6は、線状ポリマーがアクリルアミドとアクリル酸とのコポリマーを含む、実施態様1〜5のいずれか1つの水性ゲル組成物を含む。
実施態様7は、架橋ポリマー及び線状ポリマーの各々がアクリルアミドとアクリル酸とのコポリマーを約70:30の相対モノマーモル比で含む、実施態様1〜6のいずれか1つの水性ゲル組成物を含む。
実施態様8は、多座有機酸キレート化剤が1-ヒドロキシエタン-1,1-ビスホスホン酸(HEDPA)及びエチレンジアミン四酢酸(EDTA)からなる群より選ばれる少なくとも1つの材料を含む、実施態様1〜7のいずれか1つの水性ゲル組成物を含む。
実施態様9は、HEDPAが約0.02〜0.03Mの濃度で存在する、実施態様8の水性ゲル組成物を含む。
実施態様10は、炭酸塩がアルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、又はこれらの2つ以上の組み合わせを含む、実施態様1〜9のいずれか1つの水性ゲル組成物を含む。
実施態様11は、ポリマー混合物が更に少なくとも1つの微粒子状金属イオン封鎖剤を含む、実施態様1〜10のいずれか1つの水性ゲル組成物を含む。
実施態様12は、金属イオン封鎖剤が粘土、ゼオライト、層状金属硫化物、結晶性シリコチタネート(CST)、チタン酸一ナトリウム(MST)、セルロースアセテート(CA)、及びこれらの2つ以上の組み合わせからなる群より選ばれる、実施態様11の水性ゲル組成物を含む。
【０００９】
実施態様13は、少なくとも1つの微粒子状金属イオン封鎖剤がポリマー及び金属イオン封鎖剤の合わせた乾燥質量に基づき約5〜約15wt%の範囲の濃度でポリマー混合物中に存在している、実施態様12の水性ゲル組成物を含む。
実施態様14は、組成物がゲル形成架橋アニオンポリマー塩及び線状アニオンポリマー塩を含む約2〜約6質量パーセント(wt%)のポリマー混合物を含む実施態様1の水性ゲル組成物を含み; ここで、線状アニオンポリマー塩が架橋アニオンポリマー塩の濃度より低い濃度で存在し; 架橋アニオンポリマー塩及び線状アニオンポリマー塩の各々がアクリルアミドとアクリル酸とのコポリマーを約70:30の相対モノマーモル比で含み; 架橋アニオンポリマー塩が水溶液で少なくとも約95%水和されて、ゲルを形成し; 水溶液が約0.01M〜約0.25Mの多座有機酸キレート化剤、及び約0.25〜約0.5Mの炭酸塩を含み; 多座有機酸キレート化剤が1-ヒドロキシエタン-1,1-ビスホスホン酸(HEDPA)、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、及びこれらの塩からなる群より選ばれる少なくとも1つの材料を含む。
実施態様15は、ポリマー混合物が更にポリマー及び金属イオン封鎖剤の合わせた乾燥質量に基づき約5〜約15wt%の少なくとも1つの微粒子状金属イオン封鎖剤を含む、実施態様14の水性ゲル組成物を含む。
【００１０】
実施態様16は、金属イオン封鎖剤が粘土、ゼオライト、層状金属硫化物、結晶性シリコチタネート(CST)、チタン酸一ナトリウム(MST)、セルロースアセテート(CA)、及びこれらの2つ以上の組み合わせからなる群より選ばれる、実施態様15の水性ゲル組成物を含む。
実施態様17は、アクチニドイオン、ランタニドイオン、核分裂生成物イオン、又はこれらの組み合わせで汚染された多孔質表面を除染する方法を含み; 方法が基体の表面を実施態様1〜16のいずれか1つの水性ゲル組成物に、多孔質表面からゲルに汚染しているイオンを吸収するのに充分な時間接触させる工程、及び引き続き表面からゲルを除去する工程を含む。
実施態様18は、多孔質表面がアメリシウムイオン、プルトニウムイオン、ウラニウムイオン、キュリウムイオン、ネプツニウムイオン、ストロンチウムイオン、ラジウムイオン、ランタニドイオン、及び2以上の正電荷を有する他の核分裂生成物イオンからなる群より選ばれる1つ以上の放射性核種イオンで汚染されている、実施態様17の方法を含む。
実施態様19は、多孔質表面が1の正電荷を有する1つ以上の核分裂生成物イオンで汚染されている、実施態様17又は18の方法を含む。
実施態様20は、多孔質表面がセシウムイオンで汚染されている、実施態様17〜19のいずれか1つの方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図1は、HEDPA、炭酸ナトリウム、PAM/30% PAAコポリマー(99:1の架橋:線状)、及び金属イオン封鎖剤として10wt%の微粒子状チタン酸一ナトリウム(MST)又はセルロースアセテート(CA)を含有するゲル組成物によるコンクリートからAm-241除去の棒グラフを示す図であり、金属イオン封鎖剤のwt%はポリマーと金属イオン封鎖剤の合わせた乾燥質量に基づく。
【図２】図2は、HEDPA、炭酸ナトリウム、PAM/30% PAAコポリマー(99:1の架橋:線状)、及び10質量%の結晶性シリコチタネート(CST)を含有するゲル組成物によるタイルからAm-241の逐次除去の棒グラフを示す図であり、CSTの質量%はポリマーとCSTの合わせた乾燥質量に基づく。
【図３】図3は、脱イオン水、PAM/30% PAAコポリマー(99:1の架橋:線状)、及び10質量%のCSTを含有するゲル組成物によるタイルからAm-241の逐次除去の棒グラフを示す図であり、CSTのwt%はポリマーとCSTの合わせた乾燥質量に基づく。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
好ましい実施例の詳細な説明
本発明は、アクチニドイオン、ランタニドイオン、核分裂生成物イオン及び/又はこれらの組み合わせをそれで汚染された多孔質表面から除去するための水性ゲル組成物を提供する。組成物は、ゲル形成架橋ポリマー及び線状ポリマーを含むポリマー混合物を含むか、本質的にそのポリマー混合物からなるか、又はそのポリマー混合物からなり; ここで、線状ポリマーは架橋ポリマーの濃度より低い濃度で存在し; ポリマー混合物が水溶液で少なくとも約95%水和されて、ゲルを形成する。水溶液は、約0.01〜約0.5Mの多座有機酸キレート化剤、及び約0.02M〜約1Mの炭酸塩を含んでいる。必要により、水性ゲル組成物は、更に、水性ゲル中に分散された少なくとも1つの微粒子状金属イオン封鎖剤を含んでいてもよい。
炭酸塩は、好ましくは、アルカリ金属炭酸塩及び/又は重炭酸塩(例えば、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム及び/又は重炭酸カリウム)、炭酸アンモニウム及び/又は重炭酸アンモニウム、又はこれらの組み合わせを含んでいる。用語「炭酸塩」は、完全に電離された炭酸イオン(すなわち、CO3-2)、重炭酸イオン(すなわち、HCO3-1)、及びこれらの組み合わせを意味し、炭酸塩及び重炭酸塩が水溶液中で平衡状態であり、2つの化学種の相対量が少なくとも部分的には水溶液のpHに依存することが周知であるので、便宜上本明細書に用いられる。好ましくは、炭酸塩は約0.2〜約1M(例えば、約0.25M、0.3M、0.4M又は0.5M)のモル濃度で存在する。好ましくは、水和されたゲル組成物は、架橋ポリマーと化学的に適合し(すなわち、水和されたポリマーが除染プロセスの間にゲルの形のままであるように)且つ溶液中で炭酸イオンを維持するのに適切であるpHを有する。典型的には、pHは7以上である。
【００１３】
+2、+3以上の電荷(すなわち、ほとんどのアクチニド、ランタニド及び他の核分裂生成物の場合のように)を有する金属イオンと配位し得る多座キレート化剤は、当該技術において周知である。従って、本明細書に記載されているゲル組成物の多座有機酸キレート化剤成分は、キレート化剤についての複数の酸性基が水性環境においてアクチニドイオン(例えば、アメリシウムイオン)、ランタニドイオン、及び/又は核分裂生成物イオン(例えば、+2以上の酸化状態を有する)と配位し得るように配列された、2つ以上の酸性基(好ましくはカルボン酸基、ホスホン酸基、又はこれらの組み合わせ)を含む任意の有機物質であり得る。多座有機酸キレート化剤は、当該技術において周知であり、例えば、1-ヒドロキシエタン-1,1-ビスホスホン酸(HEDPA)、メタンジホスホン酸(MDPA)、エタン-1,1-ジホスホン酸(EDPA)、ビニリデン-1,1-ジホスホン酸(VDPA)、1,2-ジヒドロキシエタン-1,1-ジホスホン酸(DHEDPA)、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、プロピレンジアミン四酢酸(PDTA)、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)、1,4,7,10-テトラアザシクロドデカン-1,4,7,10-四酢酸(DOTA)、エチレンジアミンジコハク酸(EDDS)、イミノジコハク酸(IDS)、及びイミノ二酢酸(IDA)、及び上記のいずれかの塩(例えば、ナトリウム塩)が挙げられるが、これらに限定されない。本発明の組成物及び方法に用いるための好ましいキレート化剤としては、HEDPA及びEDTAが挙げられる。HEDPAが特に好ましい。
キレート化剤は、約0.01〜約0.5Mの範囲にあるレベルでポリマーを水和させるために用いられる水溶液中に含まれる。いくつかの実施態様において、キレート化剤は、約0.01〜約0.25Mの濃度で存在する。他の実施態様において、キレート化剤は、約0.02M〜0.03Mの範囲にある濃度で存在する。
【００１４】
本明細書に記載されている組成物及び方法に用いるための架橋ポリマーとしては、その中に溶解した炭酸塩とキレート剤を含む水(例えば、脱イオン水)でゲルを形成することができる任意の架橋アニオン及び/又は非イオンポリマーが挙げられる。水性ゲル形成アニオン及び非イオンポリマーは、ポリマー技術において周知である。架橋アニオンポリマーの限定されない例としては、架橋ホモポリマー、例えばポリ(アクリル酸)又はポリ(2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸)、並びにアクリルアミド及び/又はN-イソプロピルアクリルアミドと酸性モノマー、例えばアクリル酸、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸の架橋コポリマーが挙げられる。架橋非イオンポリマーの限定されない例としては、架橋ポリアクリルアミド又はアクリルアミドと1つ以上の他の非イオンモノマー基(例えば、アクリレートエステル、置換アクリルアミド等)の架橋コポリマーが挙げられる。ゲル形成ポリマーの主な目的は、キレート化された汚染物質イオンが過剰に流れずに多孔質表面から及びゲルへ拡散することができるのに充分な時間多孔質表面上の適当な位置に残存する粘性媒質を与えることであると考えられる。従って、ゲル組成物は、垂直表面だけでなく、水平表面に使用し得る。好ましくは、ゲルは、過剰な流量を防止するのに充分であるが、表面からゲルの除去(例えば、表面からゲルをバキューム処理することによって)を妨げるか、又は除染すべき表面上へゲルを噴霧することを妨げるほど高くない粘度を有する。
線状イオンポリマー成分は、上記の架橋ポリマーのいずれもの非架橋変形例であり得る。2つ以上の架橋ポリマー、2つ以上の線状ポリマー、又これらの双方の組み合わせが所望により用い得る。
【００１５】
ポリマーとキレート剤は便宜上本明細書において「酸」と言われることになるが、化学技術における当業者は、ゲル中のポリマー及びキレート剤の実際のイオン形が、例えば、材料中に存在し得るイオン化基の数及びタイプ、材料の濃度、水性ゲルのpH、及びゲル組成物中のその他の成分の濃度に依存するものと理解する。その結果として、用語「酸」は便宜上用いられるだけであり、ポリマーとキレート剤の双方の酸性形、及びこの種々のイオン化(塩)形(例えば、完全にイオン化された及び部分的にイオン化された塩の形)を包含することを意味する。好ましくは、ポリマーとキレート剤は、完全に中和された塩である。ポリマーとキレート剤の好ましい塩形態は、アルカリ金属(例えば、ナトリウム、カリウム)塩及びアンモニウム塩である。
架橋アニオンポリマー及び線状アニオンポリマーの好ましい種類は、アクリルアミドとアクリル酸のコポリマーを含んでいる。好ましくは、アクリルアミドはポリマーにおける主要モノマー単位である。好ましい一実施態様において、架橋イオンポリマー及び/又は線状イオンポリマーは、アシルアミドとアクリル酸のコポリマーをそれぞれ約70:30のモノマーモル比(すなわち、モル基準で、約70%のアクリルアミドモノマーと30%のアクリル酸モノマー)で含んでいる。架橋ポリマーとしては、典型的には、当該技術において周知であるように、重合プロセスの間にポリマーに組み込まれたわずかな比率(典型的には＜1%)の架橋モノマー(例えば、N,N'-メチレン-ビスアクリルアミド)が挙げられる。ゲル形成架橋アニオンポリマー及びその非架橋変形例は、ポリマー技術において周知である。
【００１６】
架橋ポリマーは、ゲル中に線状ポリマーより大きいパーセト濃度で、好ましくは80:20より大きい、より好ましくは90:10より大きい、更により好ましくは95:5より大きい架橋ポリマーと線状ポリマーとの質量比で存在する。架橋ポリマーと線状ポリマーとの特に好ましい比は約99:1である。
ポリマー混合物中の架橋ポリマーは水和したときにゲルを形成する。ポリマー混合物のおよその水和パーセントは、超吸収ゲル技術において周知である方法によって容易に決定できる。例えば、所定のポリマー混合物の完全な水和を得るのに要した水溶液の量(すなわち、「吸収能力」)は、周知の「ティーバッグ」方法によって定量することができ、既知の質量の乾燥ポリマーを予め計量し密封された水透過性バッグ又はポーチ(すなわち、「ティーバッグ」)に入れ、架橋ポリマーが完全に膨潤し水和させるのに充分な標準時間水和溶液に浸漬する。水和ゲルを含有するティーバッグを取り出し、過剰な水和流体を排出させる。水和ゲルとバッグの全質量、マイナスポリマーとバッグの既知の質量は、ゲルを完全に水和させるのに要した水和溶液の質量にほぼ等しく、所望により標準ポリマー質量(例えば、ポリマー混合物のグラムを完全に水和させるのに要した溶液の質量)に標準化され得る。次に、適切な量の水和流体を望ましいレベルの水和を達成するのに必要な乾燥ポリマー混合物に添加することによって所定の水和パーセントのゲルが調製され得る。本明細書に記載されている組成物及び方法において、ポリマーは、好ましくは少なくとも約95%水和され、より好ましくは完全に水和される。
【００１７】
本明細書に記載されている水性ゲル組成物及び除染方法に用いられる微粒子状金属イオン封鎖剤は、アクチニドイオン、ランタニドイオン及び/又は核分裂生成物イオン(例えば、+2以上の電荷を有する)を配位し隔離することができる任意の微粒子材料であり得る。好ましくは、金属イオン封鎖剤は、粘土(すなわち、アルミノケイ酸塩、例えばモンモリロナイト、ベントナイト、バーミキュライト、イライト、カオリナイト、アタパルジャイト、ハロサイト)、ゼオライト(天然及び/又は合成)、層状金属硫化物(例えばK2xMnxSn3-xS6、x = 0.5〜0.95、KMSとしても知られる、ストロンチウム選択金属イオン封鎖剤)、チタン酸一ナトリウム(MST)、結晶性シリコチタネート(CST)、及びセルロースアセテート(CA)、並びにプルシアンブルー、クリノプチロライト、モルデナイト、エリオナイト、菱沸石、ニオブ酸塩、柱状粘土、ゼオライトのような材料からなる群より選ばれる少なくとも1つの材料を含んでいる。
コンクリートからアクチニド(例えば、アメリシウム)の除染が非常に困難であることが認められている。我々は、コンクリートのセメント成分が除染を抑制する際の主要因子であることを見出した。セメント内の反応性基によってアメリシウムのようなアクチニドが低溶解性水酸化物を形成させることは明らかであるので、コンクリートからアクチニドイオンの除去を妨害する。理論によって縛られることを望まないが、本明細書に記載されている水性ゲル組成物中に炭酸塩を含むことはより溶解性の炭酸塩の形に該水酸化物材料を変換することによってアクチニド除去を促進すると考えられる。
PAM/30% PAAコポリマー(99:1の架橋ポリマーと線状ポリマー、ナトリウム塩)、炭酸ナトリウム、及びHEDPA又はEDTAを含有する本明細書に記載されているゲル組成物は、アメリシウムで汚染されたタイルやコンクリートのような建築材料からアメリシウムイオンを効果的に除去することを示した。更に、本明細書に記載されている組成物は、また、他の核分裂イオン、例えばCs-137をタイルやコンクリートのような建築材料から高効率で除去し得る。
【実施例】
【００１８】
実施例1. アメリシウム除染.
材料、機器及び試験法.
いくつかの施工建築材料を、本明細書に記載されている組成物及び方法を評価するのに用いた: (1)細骨材、粗骨材、及び折れた粗骨材を受け取ったまま用いた; (2)レンガ、コンクリート、及びタイルモノリスをより小さいクーポンモノリス(約1×1インチ(2.5×2.5cm))に切断した; 及び(3)粗い、コンクリート骨材、タイル及びレンガ試料を破砕し、ホモジナイズし、篩にかけて、微粉を取り出した。イオン洗浄及び/又はゲル水和溶液を調製するために用いた化学薬品は、塩化アンモニウム(NH4Cl、Sigma-Aldrich、A.C.S. 試薬、99.5+%)、塩化カリウム(KCl、Malinkrodt、分析グレード、99.34%)、1-ヒドロキシエチリデンジホスホン酸(HEDPA、Sigma-Aldrich)、炭酸ナトリウム(Na2CO3、Mallinckrodt)、及び第一リン酸アンモニウム(NH4H2PO4、J.T. Baker)であった。イオン洗浄液を、精製された化学薬品又は市販の洗浄剤から調製し、下記の濃度で逆浸透圧脱イオン水(RODI、18MΩ/cm2)によって希釈した: 1.0MのNH4Cl、1.0MのKCl、1.0MのNH4H2PO4、10wt%のBARBASOL(登録商標)シェービングクリーム、10質量%のBON-AMI(登録商標)洗浄剤、10質量%のDAWN(登録商標)食器用洗剤、10wt%のSIMPLE GREEN(登録商標)洗浄剤、及び0.025MのHEDPA(0.5wt%)/0.025MのNa2CO3。望ましい洗浄液に精製されたAm-241原液のスパイクを添加することによってAm-241を含む放射性洗浄液を調製した。Am-241原液を受け取ったまま用いた(AmCl3/1M HCl、Isotope Products、1mCi/mL、キャリヤーフリー)。
試験に用いられるゲル製剤をアニオンポリアクリルアミド/ポリアクリレート(「PAM/30%PAA」と呼ぶ)から調製した。アニオンゲルを約99/1の架橋と線状との比で調製した。アニオン架橋ポリマーは、アニオン電荷を与える約30モル%のアクリレートを含有する顆粒の(＜5mm)ポリ(アクリルアミド)(Hydrosource Green Canteens、Castle International)であった。アニオン線状ポリマーは、アニオン電荷を与える30%アクリレートを含有するポリ(アクリルアミド)(Hydrosource Green Canteens、Castle International)であった。種々の金属イオン封鎖剤をゲル調製の間に乾燥粉末としてゲルに10wt%で添加し、結晶性シリコチタネート(CST、IONSIV、Universal Oil Products)、チタン酸一ナトリウム(MST、10wt%懸濁液、Optima Chemical Group、LLC)及びセルロースアセテート(CA、Aldrich)が含まれた。「ティーバッグ」はAhlstromファブリックから作られた。
【００１９】
ゲル水和容量.
ティーバッグを、バッグ内に密封した望ましいポリマー製剤と金属イオン封鎖剤(すなわち、10wt%のCST又はセルロースアセテート)によって調製した。バッグを、ヒートシーラによって熱融着させ、過剰のイオン洗浄液に添加して、水和容量を定量した。水和させるとすぐにバッグを取り出し、リントフリーワイプで吸い取ることによって乾燥し、次に計量した。ポリマー、金属イオン封鎖剤(存在する場合)、及びバッグの既知の質量に対して調整した得られた質量を100%水和質量であるとみなした。水和容量は、ポリマー(及び存在する場合には金属イオン封鎖剤)の質量に標準化された100%水和質量である。
【００２０】
ガンマ線計数.
ガンマ分析のために、すべてのモノリシック試料を動作前にプラスチックで包み、ORTEC高純度ゲルマニウム検出器(HPGe)により分析した。Am-241試料を計数のために検出器面に対して配置した。各クーポンについて、少なくとも180秒のライブタイムを分析した。Am-241の59.5keVの光電ピークを包含する対象の領域を分析し、正味のカウントをデータ分析のために用いた。
上述したのと同じ対象の領域を用いて、NaIガンマ検出器(MINAXIガンマカウンタ5000シリーズ、Perkin Elmer、モデルA5550、4π結晶)において試料溶液を分析し、少なくとも5分間計数した。
【００２１】
ゲル-洗浄液適合性.
小さいコンクリート試料を600グリット(P1200)に研磨し、試料の1/2を100μLの2wt%のHEDPA/0.25M Na2CO3で処理し、乾燥しておいた。脱イオン水を用いて、処理した面から沈殿した塩を少し取り出した。塩の表面を清浄するが表面からコンクリートを物理的に除去しないように1μmのペースト剤で簡単に塩被覆表面を研磨した後に追加のコンクリート試料をSEMによって調べた。
【００２２】
アメリシウム金属イオン封鎖剤の吸着動力学.
2.8mLのAm-241原液を25.2mLのRODI水にピペットで加えることによってAm-241原液を調製した。測定したpHは、3.74であった。このAm-241原液の5mLのアリコートを50mgのMST又はCA粉末に添加した(各試料の4回の反復により行った)。このスラリーを回転振盪機により10分(min)〜23時間(h)穏やかに混合した。ガンマ分析のために様々な時間混合した後100μLのアリコートを取り出した。
【００２３】
破砕コンクリートの除染.
破砕コンクリートの除染試験を以下の通り行った。Am-241原液の500μLのアリコートを添加して、約0.5gの破砕したホモジナイズドコンクリートを汚染した。試料を周期的な撹拌によって約60分間平衡にした。次に、試料を数分間遠心分離し、アリコート(20μL)を計数のために取り出した。残りの溶液を除去し、捨てた。500μLの水のアリコートを試料に添加して、任意の混入Am-241を試料からすすぎ、前のように上澄み液を取り出し、ガンマ計数した。除染洗浄液の500μLのアリコートを試料に添加し、60分間平衡にした後、遠心分離し、ガンマ計数のために20μLのアリコートを取り出した。残りの上澄み液を処分した。洗浄液の第2の適用を行い、上記のように試料採取した。
【００２４】
二工程プロセス - コンクリートのモノリス除染.
コンクリートクーポンを環境制御室(40℃及び65% RH又は90% RH)に入れ、一晩平衡にした。Am-241原液の100μLのアリコートをコンクリートクーポンの「面」に添加した。コンクリートをプラスチックで包み、HPGeガンマ検出器により計数した。翌日(24時間)、除染プロセスの第1の工程は、コンクリートの汚染面に100μLの洗浄液を適用することである。洗浄液を乾燥する前に(それでも約3分後に湿潤)、プロセスの第2の工程はゲル組成物の一部をクーポンの面に適用することである。クーポンを環境制御室に戻した。ゲルを60分間接触したままにした。次に、ゲルを研究室真空供給ラインでバキューム処理した。リントフリーワイプを用いて、我々はコンクリートからゲルの残りを除去した。コンクリートを再びガンマ検出器に計数した。
【００２５】
一工程プロセス - コンクリートモノリスの除染.
クーポンを40℃及び90%相対湿度(RH)に設定した環境制御室に入れ、1時間平衡にした。Am-241原液の100μLのアリコートをコンクリートとタイルのクーポンの「面」に添加した。クーポンをプラスチックで包み、HPGeガンマ検出器により計数した。一工程除染プロセスでは、望ましいイオン洗浄液で再構成されたゲルのみが除染のためのクーポンに適用される。試験のために調製したゲルは、10wt%のMST又はCAを含み、洗浄液で完全に水和させたPAM/30%PAAゲル製剤(約99:1の架橋:線状比)であった。ゲルの一部を汚染された面に適用した。クーポンを40℃及び90% RHに設定された環境制御室に戻し、1時間平衡にした。次に、ゲルを研究室真空供給ラインでクーポン表面をバキューム処理し、ゲルの残りをリントフリーワイプでクーポンから除去した。クーポンを再びガンマ検出器により計数した。
【００２６】
タイル除染 - 二工程プロセス.
タイルモノリスについて、コンクリートモノリスに対して記載されている同じ二工程法を用いてAm-241除染を評価した。汚染物質を2時間熟成した。次に、二工程法を1wt%のHEDPA/0.25M Na2CO3洗浄液で行った。試験に用いられるゲル製剤は、10wt%のCSTを有するアニオンPAM/30%PAA(99:1の架橋:線状比)であった。ゲルを、1wt%のHEDPA/0.25M Na2CO3のイオン洗浄液で100%容量に水和した。
【００２７】
長時間のタイル除染.
Am-241と共に7日間熟成したタイルの除染を、一工程除染プロセスを用いて評価した。試験において用いられるゲル製剤は、100%水和容量が1wt%のHEDPA/0.25M Na2CO3又はRODI水のイオン洗浄液による10wt%のCST又は10wt%のセルロースアセテートを有するPAM/30%PAA(99:1の架橋:線状比)であった。タイルを環境制御室(40℃及び90% RH)に入れ、少なくとも1時間平衡にした。Am-241原液の100μLのアリコートをタイルの面に添加した。Am-241を乾燥したときに(約1時間)、クーポンをラップで包み、Am-241をガンマ分析によって計数した。クーポンを環境制御室に7日間戻した。7日後、ゲルを汚染された面に適用し、クーポンを環境制御室に戻した。ゲルを60分間接触させておいた。次に、ゲルを真空ポンプでバキューム処理し、リントフリーワイプを用いて、コンクリートからいかなる残存する残留物も除去した。コンクリートを再びガンマ検出器により計数した。続いての除染(除染#2及び除染#3)に対しては、ゲルを60分間接触させておき、次に前のようにバキューム処理及びワイプし、ガンマ分析によって計数した。
ガンマ分析に対しては、試料をラップで包み、HPGeガンマ検出器により分析した。検出器面上に直接配置したタイルの汚染された面で試料を計数した。各タイル試料について180秒のライブタイムを分析した。59.5keVのAm-241ピークを包含する対象の領域を分析し、正味のカウントをデータ分析のために用いた。
【００２８】
結果.
ポリマー及びコンクリートとの洗浄液の適合性.
99:1の架橋:線状のPAM/30% PAAコポリマーの吸収能力をHEDPA含有溶液中で評価した(表1)。ポリマー吸収能力の有意差は、0.5wt%のHEDPA(0.025M)と0.1wt%のHEDPA(0.005M)製剤(それぞれ、22.1±0.1及び22.9±0.1g/g)の間では見つからなかった。10質量%のセルロースアセテートを添加した又は添加していないポリマーの追加の水和試験を、水和溶液として0.5wt%のHEDPA/0.025M Na2CO3を用いて行った。より低い塩濃度の作用が容量結果において明らかであった。平均容量は、10wt%のセルロースアセテートを添加すると43.8±0.3g/gであり、セルロースアセテート添加しないと47.3±0.4g/gであった。
【００２９】
表1.
2015518136.tif 000002
【００３０】
HEDPA/炭酸塩溶液とコンクリート表面との化学的適合性を、コンクリートの完全さに対する溶液の作用を評価するために調べた。2wt%のHEDPA/0.25M Na2CO3溶液を研磨したコンクリートの表面に適用した。脱イオン水を用いて、処理した面から沈殿した塩を少し取り出し、表面をSEMによって調べた。顕微鏡写真から、コンクリートの表面上にいかなる化学エッチングもみられなかった。
HEDPA/炭酸塩溶液とゲル形成ポリマーとの適合性の追加の試験を、ゲルの水和容量及び適用のためのその粘稠度を定量するために行った。強酸、HClによる以前の試験は、おそらくポリマー鎖の急速な加水分解のため、ゲル形成ポリマーが水のような質量に分解することを示した。HEDPA/炭酸塩溶液で水和したゲル製剤は化学的に分解するように見えず、吸収能力はCs-137の除染のために開発されたKCl含有製剤と同様であった。
HEDPA/炭酸塩溶液と接触させたコンクリートのSEM分析から表面の脆化(例えば、くぼみ、エッチング、剥離)の証拠は見られなかったが、表面上への重い炭酸塩沈殿であることから結果はいくぶん不明瞭であった。塩被覆表面を1μmのペーストで簡単に研磨して、塩表面を清浄した後に、コンクリートを表面から物理的に除去せずに、コンクリート試料の表面をまた調べた。この第2の検査もまた、HEDPA/炭酸塩溶液のため、表面分解のいかなる証拠も見つけることができなかった。
0.5wt%のHEDPA/0.25M Na2CO3で試験した後にコンクリート表面上に粘液性の付着ゲル層が観察された。この作用は高分子網目の酸加水分解によるものであり且つHEDPA濃度の低下によって軽減され得ると思われた。この仮定を調べるために、HEDPA濃度を0.5wt%から0.1wt%に下げ、コンクリート除染に対する試験を繰り返した。この試験では粘液性の付着層は観察されなかった。HEDPA及びゲルの既知の特性に基づいて、HEDPAのナトリウム又はカリウム塩の形の使用が粘液性層の発生を軽減する場合があるので、粘液性層を形成せずにより高い濃度のHEDPA(例えば、0.1〜0.5質量%より高い)が使用し得ると考えられる。
【００３１】
破砕コンクリートの除染.
洗浄液により破砕コンクリートの試料からアメリシウムを除染する以前の試みは、コンクリートの構成成分からアメリシウムを脱着させる洗浄液組成物を見出すことに失敗した。いくつかの非常に強力なキレート化剤及び攻撃的な酸は、コンクリートからアメリシウムの測定可能な脱着を得ることができなかった。アメリシウムが不溶性水酸化物としてコンクリートに沈殿していること、及びアメリシウムの炭酸塩形への変換が移動性化学種を生成し、次に錯体形成して、アメリシウムをコンクリートから除去すると仮定した。実際に、そうであった。下記の洗浄製剤をこの仮定に基づいて試験した: (1)炭酸塩溶液及び一般のキレート剤、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、(2)炭酸塩とEDTAのより高濃度の炭酸塩の溶液、(3)炭酸塩とHEDPA、多価化学種の強力なキレート剤(HEDPAは単独で以前の不成功の試験に用いられた)の溶液、及び(4)炭酸塩対照溶液。炭酸塩溶液とHEDPAとの組み合わせは、Am-241の80%を除去することが可能であった。しかしながら、個々の化学成分又は炭酸塩とEDTAとの組み合わせの溶液は、コンクリートからAmを除去するのに効果がなかった(最初の除染の対して＜1%): すなわち、炭酸塩単独、HEDPA単独、及びEDTA単独。
【００３２】
アメリシウムに対する金属イオン封鎖剤.
MST及びセルロースアセテート上へのアメリシウムの収着のための速度論を24時間かけて実験した。MSTはアメリシウムの好ましい金属イオン封鎖剤であり、これは過去に米国及び海外で放射性廃棄物の専門家によって広範囲に研究されてきており、この技術に理想的に適している。セルロースアセテートは、時間全体で比較的不充分な分配係数(Kd＜25mL/g)を生じた。MSTは、短い接触時間(＜1時間)でさえ良好なKd値(＞600mL/g)を示し、約1日間の長い接触時間では＞1000mL/gまでKdの増大を示した。MST試験に対する4回の反復についての相対標準偏差は約2〜7%であり、セルロースアセテートに対しては11〜23%であった。
【００３３】
二工程プロセス - コンクリートモノリスの除染.
破砕コンクリートからアメリシウムの除染における以前の成功に基づき、HEDPA/Na2CO3洗浄液についてコンクリートモノリスの除染を評価した。二工程除染プロセスはコンクリートのAm-241汚染の数時間以内に開始し、試験を40℃及び65% RHで行った。最初に、1wt%のHEDPA/0.25M Na2CO3の洗浄液をコンクリートに適用し、次にゲルを適用した。ゲル製剤は、10wt%のCSTを有するアニオンPAM/30%PAA(99:1の架橋:洗浄比)であり; ゲルを同じ洗浄液、1wt%のHEDPA/0.25M Na2CO3により95%容量に水和した。
アメリシウム除染結果は、破砕コンクリートによる試験に基づいて予想されたものより非常に少なかった。モノリスの最初の除染により、破砕コンクリート試験の55%に比較してアメリシウムの除去がわずか34%であった。しかしながら、破砕コンクリートの除染のための洗浄液はより高濃度のHEDPA(2wt%のHEDPA/0.25M Na2CO3)で行った。
この試験の後に、他の試験をゲルの100%水和容量で続けた。アメリシウムと共に約2時間だけ熟成したコンクリートモノリスについて1wt%のHEDPA/Na2CO3洗浄水溶液による二工程プロセスを用いて除染を評価した。コンクリート試料からアメリシウムの最初の除染は、35±14%であった。新たな水和ゲルを用いた同じクーポンから追加の除染によって、合計52.4±22.0%のアメリシウム除染が得られた。
【００３４】
一工程法 - コンクリートモノリス除染.
一工程除染法を追加のモノリス試験のために用いた。高レベルのHEDPAがゲル中のポリマーを分解していると思われたので、ゲル製剤中のHEDPA濃度を減少し、コンクリートからアメリシウムの除染を変更した製剤で評価した。最初の除染の前に72時間熟成したアメリシウムに対して一工程法を使った。試験結果は、5回の反復の平均である。これらの試験において、ゲル製剤中のHEDPA濃度は0.5又は0.1wt%であったが、アメリシウムの回収は、それぞれ、0.5及び0.1wt%のHEDPAゲル製剤に対して69及び31%であった。これらの結果は、HEDPA濃度の減少と組み合わせた一工程プロセスがアメリシウムの除去を2倍に(最初の除染に対して1wt%のHEDPAの35%と比較して0.5wt%のHEDPAの69%)改善したことを示している。1wt%のHEDPA二工程除染プロセス(35%)と比較した場合、コンクリートからアメリシウムの匹敵する除染は0.1wt%のHEDPA製剤(31%)に対して得られた。
【００３５】
アメリシウムに対するゲル金属イオン封鎖剤.
2つの金属イオン封鎖剤、MST及びセルロースアセテートを、72時間熟成したコンクリートモノリス試料の除染のためのゲル製剤に組み入れた。10wt%のMST又は10wt%のセルロースアセテートを有するアニオンPAM/30%PAA(99:1の架橋:線状比)による一工程法を用いた。ゲルを0.5wt%のHEDPA/0.25M Na2CO3又はRODI水のイオン洗浄液で100%容量に水和した。除染のときに、ヒドロゲルによって粘液性フィルムが残り、乾燥して淡い色になった。結果は、MST及びCA物質の両方について、脱イオン水よりもHEDPA/炭酸塩を用いて調製したゲルで得られたアメリシウム除染の劇的な改善を強調している(図1)。更に、MST又はCAを含めることによって、固体金属イオン封鎖剤を含めないHEDPA/炭酸塩に対して報告されたものと同様の除去結果が得られた。従って、固体金属イオン封鎖剤の利点は、ポリマー及び/又はゲルの脱水及びゲル構造の中断の結果として生じると考えられ、キレート化された放射性核種は、それと共にキレート化又は錯体形成するための金属イオン封鎖剤に対して得られるようになる。この作用によって、金属イオン封鎖剤は、処分のために送られる最終のゲル化された材料(すなわち、放射性核種を含有する)の安定性を改善する。
【００３６】
タイル除染 - 二工程法.
タイルモノリスについて、1wt%のHEDPA/Na2CO3洗浄液による二工程法を用いて同じ日の汚染物質(2時間熟成した)のAm-241除染を評価した。タイル試料からアメリシウムの最初の除染は、98.7±0.3%であった。新たなゲルを用いた同じクーポンから追加の除染により、タイルに対して合計99.6±0.2%のアメリシウム除染がもたらされた。
【００３７】
長時間のタイル除染
汚染され7日間熟成したタイルモノリスからアメリシウムの除染は、2つのゲル製剤に対して一工程法で完了した。第1の試験は、1wt%のHEDPA/0.25M NaCO3で100%容量に水和させた10wt%のCSTを有するアニオンPAM/30%PAA(99:1の架橋:線状比)を用いた。試験結果は、5回の反復の平均である。結果は、7日後でさえタイルからアメリシウムを除染することの容易さを示した。タイルモノリスからのアメリシウムの最初の除染は、97%であった(図2)。新たなゲルを用いた同じクーポンから逐次除染により、合計99.5%のアメリシウム除染がもたらされた(図2)。この結果は、同じゲル製剤及び数時間だけ汚染熟成を用いた二工程法によるアメリシウムタイル除染に匹敵した。
アメリシウムの除染のために用いられる第2のゲル製剤は、脱イオン水及び金属イオン封鎖剤としてセルロースアセテートで調製された対照とした。このゲル製剤は、10wt%のセルロースアセテートを有するアニオンPAM/30%PAA(99:1の架橋:線状比)であり、脱イオン水で100%容量に水和した。タイルモノリスからのアメリシウムの最初の除染は、75%であった(図3)。新たなゲルを用いて同じクーポンからの逐次除染により、合計95%のアメリシウム除染がもたらされた(図3)。最初のアメリシウム除去は、水で調製されたゲルのために、ゲルがHEDPA/炭酸塩で再構成されたときより非常に悪かった(最初の除染が97%であった図2と比較して)。
【００３８】
実施例2. アメリシウム及びセシウム除染.
本明細書に記載されているゲル組成物の試験をコンクリートクーポンで行い、Cs及びAmの種々の濃度レベルの除染の有効性を評価した。0.5Mの水性炭酸カリウム(比較製剤)か又は0.025MのHEDPA(すなわち、0.5wt%のHEDPA)及び0.5Mの炭酸カリウムを含む水溶液を有するPAM/30% PAAゲル(99:1の架橋:線状比)を含むゲル製剤を100%水和に調製した。ゲルについて汚染されたコンクリートクーポンからセシウム及びアメリシウムイオンの除去の有効性を評価した。シンガポールのコンクリートクーポンを用いて各ゲル製剤により3回の反復で試験を行った。正面以外のクーポンのすべての側面を、除染実験のために5分のエポキシ化合物(DEVCON 5分エポキシ#14270)で密閉した。クーポンの正面を100μLのCs-137スパイクをつけた原液(適切なように非放射性セシウムで低、中間及び高濃度に調製した)又は100μLのAm-241原液(非放射性Amから利用できないので、1つの濃度のみ)で汚染した。クーポンを乾燥し、次に、高純度のゲルマニウム検出器(検出器1、EG&G ORTEC HPGe、位置20cm、600秒のライブタイム)により計数するために密封可能な個々の袋に入れた。試料を室温で1週間熟成し、次に、約3グラムのゲルを汚染されたクーポン面に適用し、約60分間の汚染されたクーポン表面と接触させた。ゲルをクーポンから除去し、クーポンを乾燥した後、袋に入れ、ガンマ分光測定(汚染クーポンと同じ計数条件下)によって分析した。セシウム及びアメリシウム除去の結果を表2(Cs)及び表3(Am)に示す。セシウム除染のための結果は、1回の除染適用において約70%のセシウム除去を示す以前の試験と一致している。重要なことに、アメリシウムの除染結果は、0.25Mの炭酸塩のみによる製剤と相対してこの製剤により非常に改善される(例えば、実施例1のように)。特に、73% Am除染は、実施例1の0.25Mの炭酸ナトリウム/0.025MのHEDPAゲルを有するコンクリートからAmの約50%のみ除染と相対してこの実施例の0.5Mの炭酸カリウム/0.025MのHEDPAゲルに観察された。
【００３９】
表2. コンクリートから低、中間及び高汚染物質濃度のセシウム(Cs)イオンの除去.
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【００４０】
表3. コンクリートからアメリシウムイオンの除去.
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【００４１】
本明細書に引用したすべての出版物、特許出願、及び特許を含む参考文献は、各参考文献が援用されているように個々に及び詳細に表され且つ本明細書に全体で示されているかのように同じ範囲まで本明細書に援用されているものとする。
本発明を記載していることに関連して(特に下記の特許請求の範囲に関連して)用語「a」及び「an」及び「the」及び同様の指示語の使用は、本明細書に特に示されない限り又は文脈によって明らかに否定されない限り、単数及び複数ともに包含するものと解釈すべきである。用語「含む」、「有する」、「包含する」及び「含有する」は、特に明記しない限り制限のない用語として解釈すべきである(すなわち、「含むが、それに限定されない」ことを意味する)。本明細書において値の範囲の説明は、本明細書に特に明記しない限り、範囲内に入る別々の各値を個々に表す簡単な方法として単に役立つことを意味し、別々の各値は、それが本明細書に個々に列挙されているかのように明細書に組み込まれている。測定によって得られたすべての数値(例えば、質量、濃度、物理的寸法、除去率、流量等)は、用語「約」がはっきりと述べられているか否かを問わず、絶対的に正確な数字として解釈すべきでなく、当該技術において一般に用いられる測定技術の既知の限度の範囲内の値を包含するとみなされるべきである。本明細書に記載されているすべての方法は、特に本明細書に明記しない限り又は文脈によって明らかに否定されない限り任意の適切な順序で行われ得る。すべての例の使用、又は本明細書に示された例示的な用語(例えば、「例えば」)は、単に本発明のある種の態様をより良く明らかにすることを意図し、特に主張しない限り本発明の範囲についての限定を示していない。明細書における用語は、本発明の実施に不可欠なものと主張されていない要素を表すものとして解釈すべきでない。
本発明の好ましい実施態様は、本明細書に記載されており、本発明を実施するための本発明者らに知られている最良の形態が含まれている。これらの好ましい実施態様の変更は、前述の説明を読み取る際に当業者に明らかになり得る。本発明者らは当業者が適切なように変更を使うことを予想し、本発明者らは本明細書に詳細に記載されているものと別の方法で本発明が実施されることを意図する。従って、本発明には、適用法によって許可されるように本明細書に加えられる特許請求の範囲に羅列した内容の修正及び等価物すべてが含まれる。更に、そのすべての可能な変更において上記の要素の任意の組み合わせも、本明細書に特に明記しない限り又は特に文脈によって明らかに否定されない限り本発明によって包含される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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