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助成番号 133023
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

微小気泡を利用した泡抹分離による汚染水からの放射性金属の除去

研究テーマ（欧文） ＡＺRadioactive metal removal from contaminated water by foam separation using microair bubbles

研究氏
代表名
者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）マツオカ名）ケイスケ

研究期間 Ｂ

２０１３ ～ ２０１５年

漢字 ＣＢ

松岡圭介

報告年度 ＹR

２０１３ 年

Keisuke

研究機関名

埼玉大学

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Matsuoka

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

埼玉大学教育学部・准教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)

泡沫分離システムは放射性金属を含む水溶液に界面活性剤を添加し、汚染水中に気泡を導入することで発生する泡沫の気体/液体界面に放射性物質を濃縮する。ガラス管を上昇する破泡液と共に放射性金属を除去することを目的とした。最適な泡沫分離の条件を検討した。
1)標準装置の検討 検討の結果として、泡沫分離装置のガラス管は内径 4cm、高さ 90cm を標準サイズとして研究を行った。泡沫中の放射性物質を界面活性剤に濃縮するためには泡沫中の原液（水）を更に排液しなければならない。排液が進むと、金属イオンの濃縮も進行し、放射性金属イオンの濃縮率が増加した。その泡沫サイズは顕微鏡撮影の結果、気―液界面(0cm)では平均直径 0.2mm であったが、ガラス管 75cm の高さの地点では平均直径 2mm まで単調増加した。これは、破泡液の排液が管の高さと共に進むことを示した。また、ガラス管の高さ 90cm で泡沫を 5 時間集めても、バルク水 1%の採取のみであった。これは、界面活性剤と放射性金属のみが泡沫として充分に濃縮されたことを示した。次に、送気速度が一定の条件下では発生する気泡のサイズが小さい程、５時間後の Cs+の除去率が大きいことが分かった。
泡のサイズが小さくなるほど気体/液体界面の全吸着面積が増えたことに起因する。今回は、研究の結果、除去率が最大であったウッドストーンを気泡発生器とした。また、送気する空気の流量は流量調節装置と流量計を用いて検討し、50mL/min が最適条件であることが分かった。
2) Cs+イオン除去率に及ぼす界面活性剤の種類と濃度の検討
Cs+イオンの除去(初濃度 2.5mM)には陰イオン性活性剤が有効であることが分かった。検討した陰イオン性活性剤では SDS＞C12H25SO3H＞C11H23CO3Na の順であり、胆汁酸 Na は殆ど効果が見られなかった。陽イオン性と非イオン性界面活性剤の場合、効果は殆どなかった。故に、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を以下の検討に用いた。SDS の臨界ミセル濃度(CMC)は 8mM である。
SDS の Cs+イオン除去率に及ぼす初濃度依存性(2, 4, 6, 8, 16mM)を研究した。その結果、4mMの濃度時に 5 時間後の除去率が 74%であり、ミセル形成後の 16mM では 52%であった。故に、ミセルが水溶液に存在しないほうが、Cs+イオン除去率が高いことが分かった。これは、CMC以上の濃度ではバルク中に形成されるミセル表面へ Cs+イオンが特異的に吸着することに起因する。また、SDS の対イオンである Na+はバルク中に存在し、Cs+/ Na+の排出選択比は 2.7 倍であることが分かった。泡沫分離法は放射能汚染水に界面活性剤を加え、バブルを汚染水中に発生させるだけの極めて簡単な操作であり、産業上の利用可能性は極めて高い。
キーワード ＦＡ

泡抹分離

放射性金属

界面活性剤

（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -セシウム

発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ
Foam separation system is composed from aqueous surfactant solution including the radioactive metal.
The radioactive metals concentrate into the gas/liquid interface by introducing air bubbles in thecontaminated water. The aim of study is to remove radioactive metals with rising foam in the glass tube.
The most suitable condition for the system was examined in this study.
1) Investigation of the standard equipment on the foam separation system.
The glass tube of foam separation apparatus was set to 4 cm inside diameter and 90 cm in height as standard
condition. The excess water needs drain from rising surfactant foam for concentration radioactive
metals. The reduction ratio of radioactive metal ions increased with increasing drainage. The average
size of foam was 0.2 mm at the gas - liquid interface (0 cm) and then increased to 2 mm at the spotof glass tube 75 cm as the result of microscope observation. This showed that drainage in foam was advancedwith the height of the grass tube. In addition, the drainage of waster (%) is only 1% recorded in comparing
with weight of bulk water after five hours. Then, the removal rate of Cs+ was inversely proportional
to the size of the air bubbles. As a result of study, air bubbles generator made by wood-stone showed
greatest removal rate.
2) Effect of kinds and concentration of surfactants on removal rate of Cs+ ion.
The anionic surfactant was effective for the removal of Cs+ ion (initial concentration 2.5 mM). The
removal ratio of order in the category of anionic surfactant was as follows; SDS＞C12H25SO3H＞C11H23COONa＞ bile salt. Thus, we used the sodium dodecyl sulfate (SDS) for the following experiment (CMC is 8mM).
The SDS initial concentration dependence (2, 4, 6, 8, and 16 mM) in relation to Cs+ ion removal rate
was studied. As a result, a removal rate was 74% (4 mM) and was 52% (16 mM) after 5 hours separation.
This was caused by Cs+ ion specifically adsorbs to the micellar surface formed in bulk above the CMC.
In addition, selective ratio of Cs+/ Na+ was 2.7 times in this study. The foam separation method isextremely easy that only produces a bubble in contaminated water, and the availability in the industry
is high.

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