原子力システム　研究開発事業　成果報告会資料集

天然物を有効活用した難分離性長寿命核種の分離技術の研究開発

１．研究開発の背景とねらい

　本事業では、高レベル廃棄物の中の最も有害な長寿命核種であるアメリシウム(Am)などの超ウラン元素を高度に分離、除去することにより、その処理の問題のブレークスルーを図る。受託者らは以前の研究で、ジチオカーバメート（以下、DTCという）官能基を有し、しかもケロシンなどの有機溶媒に可溶な化学修飾キトサンを開発した。この抽出剤はAm／Eu（ユーロピウム）に対して非常に高い分離係数を有していたが、高レベル放射性廃棄物は少量の超ウラン元素がランタノイドなどの他元素中に混在する系であり、超ウラン元素に対しての選択性の高い固体の吸着剤を用いる処理が最適である。そこで、本研究ではDTCの官能基を多数有する固体の吸着剤と共に上記の抽出剤を多孔質の樹脂に含浸させた吸着剤の開発を行うことを目的とする。

２．研究開発成果

２．１ DTC型キトサンゲルの調製

　様々なDTC型キトサンゲルを調製し、調製したゲルについて、IR分析、イオンクロマトグラフィーを検出器とした自動燃焼装置により硫黄含有量を分析した結果、DTC官能基が導入されたことを確認した。キトサンを原料としたDTC型キトサンゲル調製法の典型例を図１に示す。

２．２ DTC型キトサンゲルによる金属吸着・分離機能の評価

　Am/Euの模擬吸着実験として、調製したDTC型キトサンゲルのバッチ試験によるCd/Znの吸着実験を行った。その結果、ソフトなCdに対して選択性を示し、両者の分離能を見出した。バッチ実験におけるCd/Znの分離係数はpH3で541と533であった。（官能基導入量：0.980 および1.27 mol-S/kg-gel）また、架橋DTC型キトサンゲルのバッチ試験によるAm/Euのホット吸着実験を行った結果、Am選択性が観察された。バッチ実験におけるCd/Znの分離係数はpH3で3.2と2.8であった。（官能基導入量：0.850 および1.27 mol-S/kg-gel）

２．３ DTC型含浸樹脂の調製

　DTC型油溶化キトサンを調製し、これを多孔性樹脂に含浸した吸着剤の調製方法の検討を行った。これまでの研究で、高分子重合中に抽出剤を含浸させる方法が含浸法として優れ、また含浸用溶媒のスクリーニングにはジクロロメタンが最も適していることを明らかにした。
　調製した含浸樹脂はCd/Znの吸着実験では、Cd選択性を、Am/Euのホット吸着実験ではAm選択性を示すことが明らかとなった。樹脂調製の最適化により、より高性能の含浸樹脂が調製可能である。また、抽出クロマトへの適用によって、高効率な分離が達成可能である。

２．４ DTC官能基の導入率と金属選択性との関連の評価

　２．１で調製したDTC型キトサンゲルの硫黄含有量とCd/Zn吸着実験における分離係数の関係を図２に示す。硫黄含有量が多いと必ずしも分離がよくなるわけではなく、最適な硫黄含有量がある。また、分離は平衡ｐＨに大きく影響されることが分かった。
　DTC型含浸樹脂によるAmとEuの抽出クロマト結果を図３に示す。ホットのバッチ試験で得られたようにAmがEuに対して選択的に吸着されるため、Euは初期段階で溶出し、結果として赤丸で示したフラクションでAmの選択的回収が可能である。

２．５ DTC型キトサン吸着体の耐久性試験

　非架橋型DTC型キトサンゲルの空気中に長期間保存した場合の酸化劣化およびpH３の酸による酸化劣化に及ぼす経時変化結果（短時間）を図４に示す。空気酸化ではほぼ劣化が起こらず、１年後でも安定にゲルは吸着するが、硝酸溶液では４００時間程度からCdの吸着量が減少し、劣化速度としては硝酸よりも、２００時間程度から劣化の始まる塩酸の方が顕著であることが分かった。よってゲルの劣化は酸化劣化よりも酸による劣化が大きいことが分かった。また、放射線劣化試験では分離性能に劣化が見られるものの吸着が維持されているゲルもあり、耐放射線の性能が確認された。キチン質は耐放射性が報告されており、^１）同様な性能が現れたと考えられる。

３．今後の展望

　より高性能な吸着剤の開発、抽出クロマトシステムの適用、吸着時間の最適化などによって、Am/Euの高効率分離が達成できる。

４．参考文献

1) R.A.A.Muzzarelli, O.Tubertini; J.Radioanal. Chem., 12(2), 431-440 (1972)