九州シンクロトロン光研究センター
県有ビームライン利用報告書
課 題 番 号 ： 1807063T

Ｂ Ｌ 番 号 ： BL11

（様式第 5 号）

XAFS に よ る マ イ ナ ー ア ク チ ニ ド 回 収 用 抽 出 剤 の 希 土 類 錯 体 構 造
解析
XAFS analysis on lanthanide complexes with extractant for MA reovery
1 筒井菜緒、2 中瀬 正彦、1 中原 将海、1 渡部 創

Nao TSUTSUI, Masahiko NAKASE, Masaumi NAKAHARA,and Sou WATANABE
1

日本原子力研究開発機構、2 東京工業大学

Japan Atomic Energy Agency, Tokyo Institute of Technology
※１
※２

※３
※４

先 端 創 生 利 用（ 長 期 タ イ プ ）課 題 は 、 実 施 課 題 名 の 末 尾 に 期 を 表 す（ Ⅰ ）、（ Ⅱ ）、（ Ⅲ ）を 追 記してください。
利 用 情 報 の 公 開 が 必 要 な 課 題 は 、本 利 用 報 告 書 と は 別 に 利 用 年 度 終 了 後 2 年 以 内 に 研 究 成 果 公
開｛ 論 文（ 査 読 付 ）の 発 表 又 は 研 究 セ ン タ ー の 研 究 成 果 公 報 で 公 表 ｝が 必 要 で す (ト ラ イ ア ル
利 用 を 除 く )。
実験に参加された機関を全てご記載ください。
共 著 者 に は 実 験 参 加 者 を ご 記 載 く だ さ い （ 各 実 験 参 加 機 関 よ り 1 人 以 上 ）。

１．概要（注：結論を含めて下さい）
MA/RE 分 離 用 の 抽 出 剤 と し て 開 発 し て い る 1,10- フ ェ ナ ン ト ロ リ ン -2,9- ジ ア ミ ド(PTDA)の 溶 液 中 に お け る 配 位 子 ‐ ラ ン タ ノ イ ド 錯 体 構 造 を EXAFS 法 に よ り 調 査 し た 。
試 料 の 量 論 比 を Nd:PTDA=1:1～ 1:4 と 変 化 さ せ た 際 の PTDA-Nd 錯 体 の 動 径 構 造 関 数 を 比較 し た と こ ろ 、溶 液 中 で お そ ら く 1:1 錯 体 を 主 と し た 状 態 で 存 在 す る こ と が 示 唆 さ れ た 。
（ English ）Complex structures of 1,10-Phenanthroline-2,9-dicarboxyamide (PTDA) with somelanthanide(Ln) were surveyed by EXAFS measurements. The radial structural function ofPTDA-Nd complexes were surveyed with varying the ratio of stoichiometric ratio of Ln :PTDA from 1:1 to 1:4. The result indicated that the main compl ex specie is 1 : 1 complex(possibly a small portion of 1 : 2 complex is coexisted). Further theoretical fitting will bedone.

２．背景と目的
再処理工程で発生する高レベル放射性廃棄物(HAW)の有害度低減、減容化は、放射性廃棄物処理・処分の負荷軽減の観点より必要不可欠な技術である。HAWに含まれるマイナーアクチノイド（MA;Am及びCm）は長寿命かつ発熱性であるため、MAの分離・核変換の実用化が急がれる。日本原子力
研究開発機構では、MAの分離技術として溶媒抽出法や抽出クロマトグラフィを用いたプロセスの開発を実施してきたが[1, 2]、経済性等に優れた実用的なプロセスを構築するためには、両技術で使用する抽出剤開発にブレークスルーが必要である。近年、比較的安価で、MA回収プロセスの構築に適用可能と期待される抽出剤の開発に成功し、上記技術への適用性を検討している。MA回収プロセスのうちMA/RE分離用の抽出剤として1,10-フェナントロリン-2,9-ジアミド(PTDA)の性能評価が行われている。本研究では、EXAFS測定による溶液中の配位子‐ランタノイド錯体構造解明を目的としている。
３．実験内容（試料、実験方法、解析方法の説明）
Nd(NO3)3・6H2O、Eu(NO3)3・6H2O、Lu(NO3)3・6H2O並びにPTDA：ランタノイド量論比が1:0～1:4となるようにメタノール中で調製した。また、ランタノイドとPTDAの等量比を1:4で固定して硝酸濃度を0.01mMから5Mまで変化させたメタノール溶液を用意した。これらの溶液を1 ml分取し、70×50×0.08 mmのチャック付きポリ袋にいれ、光軸上に設置した。Nd-L3、Eu-L3及びLu-L3吸収端でBL11にて透過法及び蛍光法を用いてEXAFS計測を行った。一例として、Nd試料について量論比を変化させたときの試料の組成をTable1に示す。
Table.1 各量論比におけるPTDA、Nd、及び硝酸濃度
量論比 PTDA濃度[mM] Nd濃度[mM] 硝酸濃度[mM]
0:1
05001:1252525
1:2502525
1:3752525
1:410025250.018
Nd(NO3)3 in MeOH0.016

Nd:Ligand=1:10.014

Nd:Ligand=1:20.012|FT|

４．実験結果と考察
結果の一例として、Nd-PTDA 量論比を変化させたときの動径構造関数を
Figure.1 に示す。Nd 試料の動径構造関数が 1:0 の時、即ち硝酸 Nd の時から 1:1にすることで動径構造関数が変化し、Nd:PTDA 錯体(おそらく 1:1 錯体と硝酸ユウロピウムの混合物)が形成されたことが分かる。そこから更に量論比が 1:2までは変化がみられ、それ以上量論比を増やしても動径構造関数は変化しなかった。即ち、1:2 以上では存在する錯体種が定まったことを意味する。単結晶 X
線構造解析の結果から、おそらく 1:1 錯体が主であると考えられる(少量の 1:2錯体が共存する可能性はある)。今後単結晶構造をモデルとした理論フィッティング(1:1 錯体ならびに 1:2 錯体)によって、更なる錯体構造の解析を進める。

Nd:Ligand=1:30.01

Nd:Ligand=1:40.0080.0060.0040.00200123456R [Å]Figure.1 各量論比における動径構造関数５．今後の課題
他のランタノイド元素錯体についても各量論比での動径構造関数を求め、詳細な錯体構造の解明及び元素による構造の違いの有無の考察を進める予定である。さらに、ランタノイドと PTDA の等量比を1:4 で固定し硝酸濃度を 0.01mM から 5M まで変化させた系においても同様の考察を行う予定である。
６．参考文献1．S. Watanabe, et al., J. Radioanal. Nucl. Chem. (2018) 1113-1117.
2．S. Watanabe, et al., Procedia Chemistry 21 (2016) 101-108.
７．論文発表・特許（注：本課題に関連するこれまでの代表的な成果）
3. M. Nakase et al., Solvent Ext Ion Exch, (2019), published online. DOI: 10.1080/07366299.2018.1532137
８．キーワード（注：試料及び実験方法を特定する用語を２～３）
フェナントロリンジアミド、ネオジム、メタノール溶液
９．研究成果公開について（注：※２に記載した研究成果の公開について①と②のうち該当しない方を消してください。また、論文（査読付）発表と研究センターへの報告、または研究成果公報への原稿提出時期を記入してください（2019 年度実施課題は 2021 年度末が期限となります）。
長期タイプ課題は、ご利用の最終期の利用報告書にご記入ください。

① 論文（査読付）発表の報告（報告時期：2020 年 3 月）