JP2000254446A - 銀を担持したヨウ素除去フィルタ及びヨウ素除去装置 - Google Patents
銀を担持したヨウ素除去フィルタ及びヨウ素除去装置Info
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Abstract
で発生する放射性ヨウ素(129I,131I)を、確実に捕
集することのできるヨウ素除去フィルタを提供する。 【解決手段】 本発明に係るヨウ素除去フィルタ材料
は、高分子基材の主鎖上に、銀を担持させることのでき
る官能基を有する重合体側鎖を有し、該官能基に銀が担
持されていることを特徴とする。
Description
は液中のヨウ素を除去するヨウ素除去フィルタ及びヨウ
素除去装置に関し、特に、原子力発電所及び使用済み核
燃料再処理設備等の原子力施設から放出される129Iや
131Iを効果的に除去するのに好適なヨウ素除去フィル
タ及びヨウ素除去装置に関するものである。
いて、核燃料棒にピンホール等の破損があると、129I
や131Iの核分裂生成物が排出される。このうち、129I
は半減期が107年と極めて長いが、排出量が少量で且
つエネルギーも低いという特徴がある。一方、131Iは
半減期が8日と短いが、排出量が多く、エネルギーが高
いという特徴を有している。したがって、原子炉の排気
系において最も危険な核分裂生成物核種は、131Iで、
原子力施設における測定評価の対象となっている。
は、原子炉施設から使用済みの核燃料が運び込まれるま
でには長い日時が経過しており、半減期の短い131Iは
減衰して殆ど存在しないが、半減期の長い129Iは多量
に存在する。
除去するためには、ヨウ化カリウム(KI)を添着した
添着活性炭を大量に使用して、放射性ヨウ素である131
Iを非放射性のヨウ素と同位体交換することによって捕
集している。また、核燃料再処理設備においては、多量
に発生する放射性ヨウ素である129Iを捕集するため
に、銀ゼオライト(AgX,AgZ)を使用している。
示すヨウ化カリウムを添着した添着活性炭を使用する方
法は、大量の活性炭を必要とするためにコストが高くな
ると同時に、使用した後の活性炭の処理が問題となる。
また、銀ゼオライトを使用する方法は、銀ゼオライトが
高価であると同時に、脱水や150℃での加熱が必要な
ことなど、プロセスが複雑で、且つ放射性ヨウ素の除去
率が満足できるものではなかった。
れたもので、原子力発電所や使用済み核燃料再処理設備
等において発生する放射性ヨウ素(129I、131I)を、
確実に捕集することができるヨウ素除去フィルタ及び該
ヨウ素除去フィルタを用いたヨウ素除去装置を提供する
ものである。
除去する高分子素材を具備するヨウ素除去フィルタであ
って、前記高分子素材は、高分子基材の主鎖上に、銀を
担持させることのできる官能基を有する重合体側鎖を有
し、該官能基に銀が担持されていることを特徴とする、
ヨウ素除去フィルタに関する。
術において周知であり、上記のように、銀ゼオライトを
ヨウ素吸着剤として用いる手法などに応用されている。
しかしながら、銀を高分子基材に担持させて、ヨウ素吸
着材料を提供するという考えは、本発明者らの知る限り
においてこれまで存在しなかった。
分子主鎖に吸着機能を有する官能基を導入して吸着機能
を持たせると共に、この官能基の導入によって生じる物
理的強度の劣化を補うために主鎖同士を架橋している。
この代表的なものはイオン交換樹脂である。イオン交換
樹脂においては、一般にスチレンモノマーを重合したポ
リスチレン主鎖に、スルホン基や4級アンモニウム基な
どのイオン交換基が導入されている。しかしながら、こ
れらのイオン交換基は親水基であり、周辺に水分子を数
個配位して嵩張っているために、このままでは樹脂の物
理的強度が十分でなく、水にも溶解してしまう。イオン
交換樹脂においては、この問題を解決するために、ジビ
ニルベンゼンなどの架橋剤を加えてポリスチレン主鎖同
士を架橋させている。これによって、樹脂の物理的強度
が増し、水への溶解もなくなるが、その反面、架橋構造
が形成されることによって、吸着速度や拡散速度等の吸
着分離機能が低下するという問題が生じる。
鎖上に、銀を担持させることのできる官能基を有する重
合体鎖の形態の側鎖を有しており、該官能基に銀が担持
されているので、高分子主鎖の物理的強度をそのまま保
持しながら、高いヨウ素吸着性能を基材に付与すること
が可能なことを見出した。また、本発明に係るフィルタ
材料は、高分子主鎖において架橋構造を有していないの
で、吸着速度及び拡散速度がともに大きく保持される。
本発明に係るフィルタを構成する高分子材料において
は、主鎖が物理的強度の維持や形状の保持の役割を担
う。
料において、高分子主鎖上に、銀を担持させることので
きる官能基を有する重合体鎖の形態の側鎖を導入する手
段としては、グラフト重合法を用いることができる。中
でも、放射線グラフト重合法は、ポリマー基材に放射線
を照射してラジカルを生成させ、それにグラフトモノマ
ーを反応させることによって、所望のグラフト重合体側
鎖を基材に導入することのできる方法であり、グラフト
鎖の数や長さを比較的自由にコントロールすることがで
き、また、各種形状の既存の高分子材料に重合体側鎖を
導入することができるので、本発明の目的のために用い
るのに最適である。
きる官能基を有する重合体鎖の形態の側鎖を導入する基
材として用いることができる材料としては、高分子素材
繊維やその集合体である織布や不織布を用いることがで
きる。織布/不織布基材は、放射線グラフト重合用の基
材として好適に用いることができ、既存のヨウ素除去装
置において使用されている粒状の充填剤と比べて表面積
が大きく、除去性能に優れている。また、軽量でフィル
タ状に加工することが容易であり、有害なガス成分ばか
りでなく、微粒子を除去することもできるので、フィル
タの材料として好適である。また、織布/不織布から製
造したフィルタは、従来用いられている活性炭や架橋構
造を有するイオン交換樹脂が、焼却処理が容易でないの
に比較して、使用済みのフィルタの取り扱いも簡単で、
容易に焼却処理することができる。
できる放射線グラフト重合法において、用いることので
きる放射線としては、α線、β線、γ線、電子線、紫外
線などを挙げることができるが、本発明において用いる
のにはγ線や電子線が適している。放射線グラフト重合
法には、グラフト用基材に予め放射線を照射した後、重
合性単量体(グラフトモノマー)と接触させて反応させ
る前照射グラフト重合法と、基材とモノマーの共存下に
放射線を照射する同時照射グラフト重合法とがあるが、
いずれの方法も本発明において用いることができる。ま
た、モノマーと基材との接触方法により、モノマー溶液
に基材を浸漬させたまま重合を行う液相グラフト重合
法、モノマーの蒸気に基材を接触させて重合を行う気相
グラフト重合法、基材をモノマー溶液に浸漬した後、モ
ノマー溶液から取り出して気相中で反応を行わせる含浸
気相グラフト重合法などが挙げられるが、いずれの方法
も本発明において用いることができる。
本発明のフィルタ基材として用いるのに最も適した素材
であるが、これはモノマー溶液を保持し易いので、含浸
気相グラフト重合法において用いるのに適している。
きる官能基の例としては、まず、スルホン基、カルボキ
シル基、リン酸基などのカチオン交換基を挙げることが
できる。これらのイオン交換基は、カチオン交換基とし
て代表的なものであり、銀イオンに対するイオン交換反
応速度が大きく、銀担持型への調製が容易である。ま
た、アミドキシム基、イミノジ酢酸基のようなキレート
基も、銀を担持させることのできる官能基に含まれる。
或いは、例えばメタクリル酸グリシジル(GMA)を高
分子基材にグラフト重合したものにエチレンジアミンを
反応させることによっても、銀を担持させることのでき
る官能基を形成することができる。
銀を担持させることのできる官能基を有する重合体側鎖
を導入する方法としては、かかる官能基を有する重合性
単量体をグラフト重合によって高分子基材の主鎖上に導
入するか、或いは、それ自体は銀を担持させることので
きる官能基を有しないが、かかる官能基に変換させるこ
とのできる基を有する重合性単量体をグラフト重合によ
って高分子基材の主鎖上に導入した後、更に反応させ
て、銀を担持させることのできる官能基に変換すること
によって、重合体側鎖上に銀を担持させることのできる
官能基を導入することができる。
せることのできる官能基を有する重合性単量体として
は、カチオン交換基であるスルホン基を有する重合性単
量体として、スチレンスルホン酸ナトリウム、ビニルス
ルホン酸ナトリウム、メタリルスルホン酸ナトリウムな
どが挙げられ、また、カルボキシル基を有する重合性単
量体として、アクリル酸、メタクリル酸などを挙げるこ
とができる。
る、それ自体は銀を担持させることのできる官能基を有
しないが、かかる官能基に変換させることのできる基を
有する重合性単量体としては、メタクリル酸グリシジ
ル、スチレン、アクリロニトリル、アクロレイン、クロ
ロメチルスチレンなどを挙げることができる。例えば、
メタクリル酸グリシジルをグラフト重合によって高分子
基材上に重合体側鎖として導入した後、亜硫酸ナトリウ
ムを反応させてスルホン化することによってカチオン交
換基に転換させることができる。また、例えば、アクリ
トニトリルをグラフトモノマーとしてグラフト重合を行
い、次に、ヒドロキシルアミンを反応させてニトリル基
をアミドキシム基に変換させることによって、キレート
基であるアミドキシム基を重合体側鎖上に導入すること
ができる。また、メタクリル酸グリシジルをグラフト重
合によって高分子基材上に重合体側鎖として導入した
後、イミノジ酢酸ナトリウムを反応させることによっ
て、キレート基であるイミノジ酢酸基を重合体側鎖上に
導入することができる。更に、例えばメタクリル酸グリ
シジルをグラフト重合によって高分子基材上に重合体側
鎖として導入した後、エチレンジアミンを反応させるこ
とによって、銀を担持させることのできる官能基を重合
体側鎖上に導入することができる。但し、本発明におい
て用いることのできる重合性単量体は、上記の例に限定
される訳ではない。
に説明した高分子基材の主鎖上に配置された重合体側鎖
上に存在する官能基によって銀が担持される。この担持
された銀によってヨウ素が吸着される。
オンをイオン交換的に又はキレート結合によって担持す
るので、銀イオンの担持量を容易に制御することができ
る。また、銀イオンはイオン結合又はキレート結合によ
って安定に結合しており、脱離しにくいので、銀イオン
の流出等の環境汚染を少なくすることもできる。
せることのできる官能基への銀の担持は、かかる官能基
を重合体側鎖上に有する高分子素材に、硝酸銀、硫酸銀
等の銀化合物の溶液を接触させて、イオン交換するか或
いはキレート結合させることによって極めて容易に行う
ことができる。この目的で用いることのできる銀化合物
は、可溶性のものであれば、任意の種類の化合物を用い
ることができる。
に、銀の担持を行うこともできる。例えばカチオン交換
基によって銀を担持させる場合、まずカチオン交換基を
重合体側鎖上に有する高分子素材を水酸化ナトリウムな
どのようなアルカリと反応させて、カチオン交換基をア
ルカリ金属で変換した後に、これを上記に示すような銀
化合物と接触させてイオン交換することによって、銀を
担持させることもできる。例えば、カチオン交換基がカ
ルボキシル基などの場合には直接銀を担持させることが
できないが、この手法を採用することにより、銀を担持
させることが可能になる。また、アルカリ処理を行う
と、カルボキシル基などのように官能基同士が水素結合
で引き合っている場合に、Na型に変換されることによ
り水素結合が切断されると共に、Naがその周囲に複数
の水分子を配位して吸着するために、グラフト鎖が膨潤
して、その結果、銀の担持量が増大し、ヨウ素吸着能力
が高まることも効果として挙げられる。例えば、高分子
素材にアミドキシム基を導入してウラン吸着材として用
いる場合、アルカリ処理によって、ウランの吸着量が増
加することが報告されている。
高分子材料としては、ポリオレフィン系の有機高分子材
料が好ましく用いられる。ポリオレフィン系の有機高分
子材料は、放射線に対して崩壊性ではないので、放射線
グラフト重合法によってグラフト側鎖を導入する目的に
用いるのに適している。更に、フィルタ素材として用い
る高分子材料の形態としては、繊維、又は繊維の集合体
である織布又は不織布、或いはそれらの加工品が好まし
く用いられる。
素除去装置におけるヨウ素除去素材として用いることが
できる。即ち、本発明の更なる態様は、ヨウ素除去素材
として、上記に記載の本発明に係るヨウ素除去フィルタ
を用いたヨウ素除去装置に関する。かかるヨウ素除去装
置は、放射性ヨウ素である129Iや131Iが放出される可
能性のある、原子力発電所又は核燃料再処理設備におけ
る排気ダクトに取り付けることができる。
1に示すように、ヨウ素除去剤として、活性炭、活性炭
素繊維、薬剤添着活性炭、薬剤添着活性炭素繊維、ゼオ
ライト、薬剤添着ゼオライト、シリカゲル、薬剤添着シ
リカゲルなどを用いる従来のヨウ素除去装置11と組み
合わせて用い、従来のヨウ素除去装置11を設置したダ
クト10の下流側に本発明に係るヨウ素除去装置12を
配置することができる。このような複合装置を構成する
と、1段目のヨウ素除去装置(従来のヨウ素除去装置)
から流出するヨウ素を本発明に係るヨウ素除去フィルタ
で完全に除去することができ、従来のヨウ素除去剤の十
分でない除去性能を補って、安全性を更に向上させるこ
とができる。
は、マスク又は防護装置の表面又は内部に組み込んで用
いることもできる。
素除去フィルタは、フィルタ基材を構成する高分子主鎖
上に、銀を担持させることのできる官能基を有し、該官
能基に銀が担持されていることを特徴としており、物理
的強度が高く、空気中のみならず水中においてもヨウ素
及び次亜ヨウ素酸等のヨウ素化合物を同時に除去するこ
とが可能である。また、銀ゼオライト等に比べて安価に
製造することができ、使用後のフィルタの処理も従来の
樹脂形態のものと比べて容易である。したがって、本発
明に係るヨウ素除去フィルタ及びヨウ素除去装置を用い
れば、原子力発電所、核燃料再処理設備等の原子力関連
施設から放出される可能性のある放射性ヨウ素を効率よ
く除去することができ、これらの施設内作業における放
射性ヨウ素に起因する被爆の防止、及び施設外への放射
性ヨウ素の放出を排除することができる。
する。これらの記載は、本発明を限定するものではな
い。
維よりなる目付56g/m2、厚さ0.2mmの不織布
を用いた。この不織布基材に、ガンマ線を窒素雰囲気中
で150kGy照射した後、アクリル酸の25%水溶液
に浸漬し、溶液を加温して反応させて、グラフト率62
%のアクリル酸グラフト不織布を得た。このグラフト不
織布を、水酸化ナトリウムの2%水溶液中に室温で30
分浸漬して、Na型に変換した。更にこの不織布を、硝
酸銀の0.2%水溶液中に1時間浸漬して、銀をイオン
交換させて担持させ、乾燥させることによって、本発明
に係るヨウ素除去フィルタ材料を得た。 次亜ヨウ素酸の除去 次亜ヨウ素酸の水溶液を60℃に加温しながらバブリン
グして、次亜ヨウ素酸の蒸気を1.6ppm発生させ
た。上記で得られたヨウ素除去フィルタ材料を5cm×
20cmの寸法に切断したものをのり巻き状にして、内
径23mmのカラム中に装填した。発生させた次亜ヨウ
素酸の蒸気を、流量200ml/分でカラムに通した。
出口側での次亜ヨウ素酸の濃度は0.1ppm以下であ
った。この結果により、上記のヨウ素除去フィルタ材料
は、空気中の次亜ヨウ素酸を有効に除去できることが分
かった。 ヨウ素の除去 固体のヨウ素を試験官に入れて、50℃に加熱してヨウ
素の気体を発生させた。これを空気で希釈して、ヨウ素
濃度0.4ppmに調整した。このヨウ素含有空気を、
上記で得られたカラムに、200ml/分で通した。出
口側でのヨウ素の濃度は0.1ppm以下であった。こ
れにより、上記のヨウ素除去フィルタ材料は、空気中の
ヨウ素ガスを有効に除去できることが分かった。 実施例2 ヨウ素除去フィルタの製造 実施例1で用いたものと同様のポリエチレン不織布を高
分子基材として用いた。この不織布基材に、ガンマ線を
窒素雰囲気中で150kGy照射した後、メタクリル酸
グリシジル溶液中に浸漬し、溶液を加温して反応させ
て、グラフト率118%のメタクリル酸グリシジルグラ
フト不織布を得た。このグラフト不織布を、亜硫酸ナト
リウムの8%水溶液中に浸漬し、80℃で10時間反応
させた。中性塩分解容量が2.6meq/gのスルホン
酸基を有する強酸性カチオン交換不織布が得られた。こ
の不織布を、硝酸銀の0.2%水溶液中に1時間浸漬し
て、銀をイオン交換させて担持させ、乾燥させることに
よって、本発明に係るヨウ素除去フィルタ材料を得た。 次亜ヨウ素酸及びヨウ素の除去 上記で得られたヨウ素除去フィルタを用いて、実施例1
と同様の次亜ヨウ素酸除去実験及びヨウ素除去実験を行
い、実施例1と同等の除去性能が確認された。 実施例3 ヨウ素除去フィルタの製造 実施例2において得られたグラフト率118%のメタク
リル酸グリシジルグラフト不織布を、リン酸の80%水
溶液中に浸漬し、80℃で10時間反応させた。中性塩
分解容量が0.6meq/gで、弱酸性カチオン交換容
量2.4meq/gの中酸性カチオン交換基であるリン
酸基を有するカチオン交換不織布が得られた。この不織
布を、水酸化ナトリウムの2%水溶液中に1時間浸漬し
て、Na型に変換した。次に、硝酸銀の0.2%水溶液
中に1時間浸漬して、銀をイオン交換させて担持させ、
乾燥させることによって、本発明に係るヨウ素除去フィ
ルタ材料を得た。 次亜ヨウ素酸及びヨウ素の除去 上記で得られたヨウ素除去フィルタを用いて、実施例1
と同様の次亜ヨウ素酸除去実験及びヨウ素除去実験を行
い、実施例1と同等の除去性能が確認された。 実施例4 ヨウ素除去フィルタの製造 実施例2において得られたグラフト率118%のメタク
リル酸グリシジルグラフト不織布を、イミノジ酢酸ナト
リウム/イソプロピルアルコール/水の20/20/6
0混合溶液中に浸漬し、80℃で8時間反応させた。イ
ミノジ酢酸基3mmol/gのキレート基を有する不織
布が得られた。この不織布を、硝酸銀の0.2%水溶液
中に1時間浸漬して、銀をキレート基に担持させ、乾燥
させることによって、本発明に係るヨウ素除去フィルタ
材料を得た。 次亜ヨウ素酸及びヨウ素の除去 上記で得られたヨウ素除去フィルタを用いて、実施例1
と同様の次亜ヨウ素酸除去実験及びヨウ素除去実験を行
い、実施例1と同等の除去性能が確認された。
置と共にダクトに組み込む使用例を示す概念図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 ヨウ素を吸着除去する高分子素材を具備
するヨウ素除去フィルタであって、前記高分子素材は、
高分子基材の主鎖上に、銀を担持させることのできる官
能基を有する重合体側鎖を有し、該官能基に銀が担持さ
れていることを特徴とする、ヨウ素除去フィルタ。 - 【請求項2】 重合体側鎖が、放射線グラフト重合法を
用いて高分子基材上に導入されている請求項1に記載の
ヨウ素除去フィルタ。 - 【請求項3】 重合体側鎖が、銀を担持させることので
きる官能基を有するか、又は銀を担持させることのでき
る官能基に変換し得る基を有する重合性単量体を、高分
子基材の主鎖上にグラフト重合することによって得られ
るものである請求項1又は2に記載のヨウ素除去フィル
タ。 - 【請求項4】 銀を担持させることのできる官能基が、
スルホン基、カルボキシル基、リン酸基より選択される
カチオン交換基、又はアミドキシム基、イミノジ酢酸基
から選択されるキレート基である請求項1〜3のいずれ
かに記載のヨウ素除去フィルタ。 - 【請求項5】 高分子基材が、繊維、繊維の集合体であ
る織布又は不織布、或いはそれらの加工品から選択され
る請求項1〜4のいずれかに記載のヨウ素除去フィル
タ。 - 【請求項6】 高分子基材が、ポリオレフィン系の有機
高分子よりなる請求項1〜5のいずれかに記載のヨウ素
除去フィルタ。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載のヨウ素
除去フィルタを組み込んだことを特徴とするヨウ素除去
装置。 - 【請求項8】 請求項1〜6のいずれかに記載のヨウ素
除去フィルタを、ヨウ素除去素材として、活性炭、活性
炭素繊維、薬剤添着活性炭、薬剤添着活性炭素繊維、ゼ
オライト、薬剤添着ゼオライト、シリカゲル、薬剤添着
シリカゲルなどを用いる従来のヨウ素除去装置の下流側
のダクトに設置したことを特徴とするヨウ素除去装置。 - 【請求項9】 マスク又は防護装置の表面又は内部に請
求項1〜6のいずれかに記載のヨウ素除去フィルタを組
み込んだことを特徴とするヨウ素除去装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05983099A JP3647667B2 (ja) | 1999-03-08 | 1999-03-08 | 銀を担持したヨウ素除去フィルタ及びヨウ素除去装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05983099A JP3647667B2 (ja) | 1999-03-08 | 1999-03-08 | 銀を担持したヨウ素除去フィルタ及びヨウ素除去装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000254446A true JP2000254446A (ja) | 2000-09-19 |
| JP3647667B2 JP3647667B2 (ja) | 2005-05-18 |
Family
ID=13124546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05983099A Expired - Lifetime JP3647667B2 (ja) | 1999-03-08 | 1999-03-08 | 銀を担持したヨウ素除去フィルタ及びヨウ素除去装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3647667B2 (ja) |
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