高塩濃度溶液からSrを除去する
高性能マンガン酸化物系吸着剤

香川大学 創造工学 先端材料科学領域
教授 馮旗

2021年8月17日

本技術開発の背景および用途
福島原発事故（2011年3月11日）

福島第一原子力発電所事故（左から4号機、3号機、2号機、1号機）

構内に並ぶ無数の汚染水タンク（２０１５年１１月）

・冷却水や地下水の流入： 100 t/day汚染水（現在）・事故処理終了まで40年間莫大なお金がかかるため、低コスト化が不可欠福島第一原発電事故汚染水処理のシステムの概要
放射能汚染水の主な放射性核種濃度（ベクレル）と半減期

放射線汚染水処理の流れ

多核種除去装置（ALPS）（ALPS）トリチウム以外
62放射性核種（SARRY）Cs, Sr除去

放射線汚染廃棄物は高性能容器（HIC）で一時保管施設に輸送・保管

高濃度海水成分が含有するため、高性能吸着剤が必要

従来技術の問題点と本技術の特徴
高性能吸着剤の必要性：
海水成分を含有する汚染水からSr2+とCs+ の選択除去

海水条件におけるSr2+とCs+吸着剤の選択性（Kd）の比較

Cs+吸着剤： 高選択性吸着剤（CST, フェロシアンなど） Kd=104が開発された。
Sr2+吸着剤： 選択性不十分（CST, チタン酸塩、A-Zeolite）Kd=103
高選択吸着剤の開発が必要

イオンふるい効果を利用した高選択性Sr2+吸着剤

Sr2+と同じ大きさの細孔があれば、高選択性を実現開発した層状構造とトンネル構造マンガン酸化物系吸着剤( 1.5 x  ) layer
Na0.7MnO2.05

One-dimensional tunnel
Na0.44MnO2( 2 x 2 ) tunnel
Hollanditeイオンふるいの細孔径と吸着選択性（Kd）との関係

分配係数（Kd）

イオンふるい効果：
細孔と同じ大きさのイオンを強く吸着

実測値
予測値
有効イオン半径
イオンふるい効果なし： イオンの大きさ順でイオン吸着選択性が増加（１価） Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+ （２価） Mg2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+

吸着剤の作製と評価
本技術の概要・従来技術との比較
Na+, K+（テンプレート）

マンガン成分

トンネル構造Na0.44MnO2
層状構造
Na0.7MnO2.05

Sr2+ の吸着特性評価
バッチ試験
カラム試験

Na-T-Mn-O（NMO, NLMO, NTMO）系吸着剤のSr2+吸着率
測定条件：

Na0.7TxMn1-xO2溶液：10ppm Sr2+含有海水（１L）
吸着剤： 1 g
吸着時間： 2日撹拌

最適な原料組成： Na-Li-Mn-O

海水中のSrバッチ吸着性比較
90.0

Sr 吸着率（％）

80.0
70.0

60.0
50.0
40.0
30.0

20.0
10.00.0-10.0

分配係数 Kd （ml/g）

10000010000
1000
100101

Sr吸着率（％）
測定条件
溶液： 10ppm Sr2+ 含有天然海水（１L）
吸着剤： 1 g
吸着時間： 2日撹拌Sr吸着分配係数
測定条件
溶液： 10ppm Sr2+ 含有天然海水（１L）
吸着剤： 10 g
吸着時間： 2日撹拌海水条件におけるSr2+とCs+吸着剤の選択性（Kd）の比較
核燃料リサイクル放射性汚染
水処理条件での比較（溶液濃度）
Sr: 10mg/L
Ca: 100mg/L
Mg: 50mg/L
NaNO3: 400g/L（飽和溶液）

海水条件におけるSr2+吸着選択性の順
NLMO吸着剤のSr選択性は、CSTのSr及びCs選択性を超えた。

吸着剤のSr2+吸着速度の比較
NLMO

測定条件
固液比：0.4 g / 40 mL
溶液：100 ppm Sr2+
蒸留水（中性）A-Zeolite

NLMO
1分で97％Sr吸着
A-Zeolie
1分で50％Sr吸着

Sr2+の吸着速度は、吸着剤の細孔径と構造に依存するNLMO

A-Zeolite

CST造粒体の作製とカラム吸着性能の比較
吸着剤の造粒体（NLMO）
SrSieve粒径： 0.3~0.6 mm

実験室カラム吸着実験

SrSieve(NLMO)とK2Ti2O5とのカラムSr吸着性能比較
1.0

K2Ti2O5

0.8

SrSieve

Ct/C00.60.4

SrSieveはK2Ti2O5よりSr
吸着性能がかなり高い

0.20.0
05000

10000

15000

BV
カラム： Φ1.6cm×H1.6cm BV: 3.2m
溶液： 1 ppm Sr, 1 ppm Cs, 1 ppm Mg, 10 ppm Ca,
10,000 ppm Na
流速： 線速度（LV）＝2 m/h 、空間速度＝20 BV/h

20000

SrSieve（NLMO）とCSTとのカラムSr吸着性能比較
1.0

CST0.8

SrSieve

Ct/C00.60.4

SrSieveはCSTよりSr吸着性能が高い

0.20.005000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

BV
カラム： Φ1.6cm×H1.6cm BV: 3.2m
溶液： 1/22人工海水（0.4 ppm Sr）
流速： SrSieve: 線速度（LV）＝4 m/h 、空間速度＝40 BV/h
CST: 線速度（LV）＝2 m/h 、空間速度＝20 BV/h
55日（42,000BV）通水、カラム詰まりなし。造粒体の強度が高い

核燃料リサイクル放射性汚染水処理条件での比較
K2Ti2O5
CSTSrSieve

5%破過BV体積
SrSieve: 46 BV
CST: 30 BV
K2Ti2O5: 14 BV

核燃料リサイクル放射性汚染水処理条件
カラム： Φ16mm×H100mm、体積：20mL
溶液： 50 ppm Sr, 200 ppm Cs, 100 ppm Ca, 50 ppm Mg,400g/L NaNO3（飽和溶液）
流速： 線速度（LV）＝1.5m/h 、空間速度＝15 BV/h

その他金属イオンの吸着特性
放射能汚染水の主な放射性核種濃度（ベクレル）と半減期

NLMOとA-Zeoliteの金属イオン吸着特性の比較（海水条件）
吸着率（％）

分配係数（Kd）

Sr(II)

Co(II)

Ru(III)

Sb(III)

Cd(II)

Ni(II)

Pb(II)

Hg(II)

SrSieve

7799

98

8499

629459A-Zeolite

131071

42.

33

70

95

２

SrSieve

4.3x104

3.3x1055.4x104

5.3x1032.6x105

1.7x1031.6x104

1.4x103

A-Zeolite

4.4x1021.1x1022.5x1037.2x1025.0x1022.4x103

1.9x10417

注：10 ppm重金属含有海水

NLMOの金属イオンの選択性： Co(II) > Ru(III) > Sb(III) > Sr(II)汚染水処理システムへの応用効果
SrSieve吸着剤
Sr(II), Co(II), Ru(III), Sb(III)除去

Cs吸着剤（安価）

増設多核種除去装置の構成（増設ALPS）

使用吸着剤：
SrSieve吸着剤
Cs吸着剤
陰イオン吸着剤必要なし？

実用化に向けた課題および企業への期待
海水条件におけるSr2+吸着選択性の順
本研究

Na0.7MnO2.05

CST

K2Ti2O5

Kd =4×104

Kd =3×103

Kd =103

Na0.44MnO2

A-Zeolite

K2Mn8O16

103 > Kd > 102

１．吸着剤造粒体の量産技術開発。
２．大型カラム（吸着塔）を用いる吸着性能評価。

３．福島第一原発電事故汚染水処理以外への用途開発、各種の金属イオンの吸着。

本技術に関する知的財産権••••

発明の名称 ： ストロンチウムイオン吸着剤とその製造法
出願番号 ： 特願2017-551773 / PCT/JP2016/80081
出願人： 香川大学、K&A環境システム
発明者
： 馮 旗

産学連携の経歴••••••

2013年-2014年 株式会社サムスン横浜研究所と共同研究実施
2015年-2017年 神島化学工業株式会社と共同研究実施
2016年-現在
株式会社Ｋ＆Ａ環境システと共同研究実施
2012年-2013年 JST A-STEP 探索タイプ事業に採択
2013年-2013年 JST A-STEP シーズ顕在化タイプ事業に採択
2020年-2022年 JST A-STEP トライアウト事業に採択

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お問い合わせ先
香川大学
産学連携・知的財産センター

吉本 篤規

ＴＥＬ 087-832-1694
ＦＡＸ 087-832-1673
e-mail yoshimoto@s-tlo.co.jp

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