JP2012002606A - 放射性ヨウ素の吸着材及び放射性ヨウ素の除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高湿度雰囲気の排気においても安定して放射性ヨウ素の除去率を所定の取替えの目安値以上に維持しつつ、更に長期間使用することができる放射性ヨウ素の吸着材及び放射性ヨウ素の除去装置を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る放射性ヨウ素の吸着材を適用した放射性ヨウ素除去装置１０は、放射性ヨウ素を含有する排気１１Ａが送給されるダクト１２のチャンバ１３内に設けられ、排気１１Ａ中に含まれる放射性ヨウ素を吸着する放射性ヨウ素吸着材１４を含むヨウ素フィルタ１５を有する。放射性ヨウ素吸着材１４は、母体を構成する担体と、この担体に添着される添着物質とを含み、添着物質は少なくともＴＥＤＡを含み、ＴＥＤＡの添着量を３．０質量％を超え１０．０質量％未満とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力施設、放射線施設、病院、研究所等の換気空調系に用いられる高湿度雰囲気の排気に含まれる放射性ヨウ素を除去する放射性ヨウ素の吸着材及び放射性ヨウ素の除去装置に関する。

原子力発電所などの原子力プラントにおいては周辺環境を保全する立場から放射性ガス、特に単体ヨウ素（¹²⁹Ｉ₂、¹³¹Ｉ₂、¹³³Ｉ₂、以下、単にＩ₂と表示する。）やヨウ化メチル（ＣＨ₃ ¹²⁹Ｉ、ＣＨ₃ ¹³¹Ｉ、ＣＨ₃ ¹³³Ｉ、以下、単にＣＨ₃Ｉと表示する。）を主成分とする有機ヨウ素化合物からなる放射性ヨウ素の大気への放出量の抑制を図ることが重要な課題となっている。

従来、原子力発電所など原子力施設から事故時などに放射能が大気へ放出されることを防止するため、原子力施設の換気空調設備には、放射性ヨウ素を吸着するヨウ素吸着材を含むヨウ素フィルタを設け、ガス中に含まれる放射性ヨウ素を除去するようにしていた。

ヨウ素吸着材として、例えば、活性炭にヨウ化カリウム（ＫＩ）を添着したＫＩ添着活性炭や、ゼオライトに銀（Ａｇ）を添着したＡｇゼオライトや、活性炭にトリエチレンジアミン（ＴＥＤＡ；Triethylene Diamine）を添着したＴＥＤＡ炭などが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。ヨウ素吸着材として、ＫＩ添着活性炭を用いることで、放射性ヨウ素がＫＩ添着活性炭の非放射性のヨウ素と同位体交換し、放射性ヨウ素が捕集される。ヨウ素吸着材として、Ａｇゼオライトを用いることで、放射性ヨウ素がＡｇゼオライトのＡｇと反応してヨウ化銀（ＡｇＩ）となり、放射性ヨウ素が捕集される。ヨウ素吸着材として、ＴＥＤＡ炭を用いることで、ＴＥＤＡと放射性ヨウ素とが反応して放射性ヨウ素が除去される。

原子力施設では、事故などが発生する場合に限らず、定常運転時においてもヨウ素フィルタでガス中に含まれる放射性ヨウ素の大気への放出量を可能な限り抑制させるため、原子炉建屋、補助建屋などの換気空調系にも放射性ヨウ素を除去するヨウ素吸着材を備えた放射性ヨウ素除去装置が設けられている。この換気空調系の排気の湿分は、外気の気象条件に依存し、天候が雨天など外気の湿度が高い場合には、換気空調系の排気の相対湿度は、９０％近くにまで達する場合がある。外気が乾燥している場合には、換気空調系の排気の相対湿度は、非常に低い相対湿度にまで低下する。

また、換気空調系に、例えば冷却コイルなどの空気調和機を有する系統では、換気空調系の排気は、空気調和機で冷却されるため、空気調和機の出口において排気の相対湿度は高くなる。また、換気空調系の排気が暖房に用いられる場合には、逆に換気空調系の排気の温度が上昇するため、排気の相対湿度は低下する。また、外気が空気調和されずに直接供給される場合がある。

このように、換気空調系に設けられる放射性ヨウ素除去装置は、相対湿度が０％から１００％までの幅広い湿度条件の排気を取り扱うこととなる。従来から用いられていたヨウ素吸着材は、排気中の湿度の影響を受けやすく、排気中の湿度が高い場合には、ヨウ素吸着材のヨウ素除去性能は低下し、高効率で放射性ヨウ素を安定して除去することはできなかった。

放射性ヨウ素を含有するガス中の湿度が高い場合でも放射性ヨウ素の除去性能の低下を抑止したヨウ素吸着材として、例えば、アルミナなどの担体に硝酸銀あるいは硫酸銀を添着し、その表面に有機物層を設けた吸着材が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−３５０５８８号公報 特公昭５９−８４１９号公報

ここで、従来の特許文献２のようなアルミナに硝酸銀あるいは硫酸銀を添着し、その表面に有機物層を設けた吸着材では、１００℃程度以上の比較的高い温雰囲気においては高い放射性ヨウ素の除去性能を得ることができるが、常温においては放射性ヨウ素の除去性能は低下し、十分な放射性ヨウ素除去性能を得ることは困難であると共に、高湿度雰囲気下においても安定して高い放射性ヨウ素の除去性能を維持できる吸着材を得ることは困難であり、長期間使用することができない場合もあった、という問題がある。

また、ヨウ素吸着材は放射性ヨウ素を安定して所定の取替えの目安値（例えば９７％）以上除去する必要があり、放射性ヨウ素の除去率が所定の取替えの目安値（例えば９７％）を下回った場合には、新たなヨウ素吸着材と交換し、使用済みのヨウ素吸着材は、低レベル廃棄物として処理されている。

このため、低レベル廃棄物の排出量の抑制を図るべく、今後、高湿度雰囲気の排気においても放射性ヨウ素の除去率を更に高い所定の取替えの目安値（例えば９７％）以上に安定して維持しつつ、更に長期間使用することができるヨウ素吸着材が求められている。

本発明は、前記問題に鑑み、高湿度雰囲気の排気においても安定して放射性ヨウ素の除去率を所定の取替えの目安値以上に維持しつつ、更に長期間使用することができる放射性ヨウ素の吸着材及び放射性ヨウ素の除去装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明者らは放射性ヨウ素の吸着材及び放射性ヨウ素の除去装置について鋭意研究をした。その結果、ＴＥＤＡが放射性ヨウ素、特にＣＨ₃Ｉの吸着性能に優れ、ＴＥＤＡを放射性ヨウ素の吸着材の担体に添着させる添着物質として用い、その添着量を所定の範囲内とすることにより、排気が高湿度雰囲気となるなど湿度変化の激しい雰囲気中でも湿度の影響を受けにくくなり、放射性ヨウ素の除去性能の低下を抑止し、被処理ガスに含まれる放射性ヨウ素の除去率を安定して所定の取替えの目安値以上に維持しつつ、使用初期における放射性ヨウ素の除去率が向上することで更に長期間使用することができることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものである。

本発明の第１の発明は、放射性ヨウ素を含有する被処理ガスに含まれる放射性ヨウ素を吸着するヨウ素吸着材であり、母体を構成する担体と、該担体に添着される添着物質とを含み、前記添着物質が、少なくともトリエチレンジアミンを含み、該トリエチレンジアミンの添着量が、３．０質量％を超え１０．０質量％未満であることを特徴とする放射性ヨウ素の吸着材である。

第２の発明は、第１の発明において、前記添着物質が、更に、ヨウ化カリウム、ヨウ素、銀の少なくとも１つを含む放射性ヨウ素の吸着材である。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記担体が、活性炭、アルミナ、ゼオライト、シリカゲル、活性白土の少なくとも１つから構成される放射性ヨウ素の吸着材である。

第４の発明は、第１乃至３の何れか１つの発明において、前記担体の形状が、粒子状、繊維状、マット状である放射性ヨウ素の吸着材である。

第５の発明は、第１乃至４の何れか１つの発明において、前記被処理ガスが、原子力施設の換気空調系から排出される排気である放射性ヨウ素の吸着材である。

第６の発明は、放射性ヨウ素を含有する被処理ガスが送給されるダクト又はチャンバ内に設けられ、前記被処理ガスに含まれる放射性ヨウ素を吸着する第１乃至５の何れか１つに記載の発明のヨウ素吸着材を含むことを特徴とする放射性ヨウ素の除去装置である。

本発明によれば、ＴＥＤＡを添着物質として用い、ヨウ素吸着材の担体に所定量添着させることにより、高湿度雰囲気の排気においても安定して放射性ヨウ素の除去率を所定の取替えの目安値以上に維持しつつ、更に長期間使用することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る放射性ヨウ素除去装置の構成を示す概略図である。 図２は、ヨウ素フィルタをケーシングから取り外したときの斜視図である。 図３は、ＴＥＤＡの添着量が、３．０質量％の時のヨウ素吸着材の細孔の一部を模式的に示す図である。 図４は、ＴＥＤＡの添着量が、５．０質量％の時のヨウ素吸着材の細孔の一部を模式的に示す図である。 図５は、ＴＥＤＡの添着量が、１０．０質量％の時のヨウ素吸着材の細孔の一部を模式的に示す図である。 図６は、ＴＥＤＡ添着量と水分吸着率との関係を示す図である。 図７は、ＴＥＤＡ添着量と有機ヨウ素化合物の透過率の関係を示す図である。 図８は、ヨウ素フィルタの他の構成の一例を簡略に示す図である。 図９は、ダクトが複数設けられている場合の排気の処理を示す図である。

以下、本発明を好適に実施するための形態（以下、実施形態という。）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

＜放射性ヨウ素除去装置＞
本発明による実施形態に係る放射性ヨウ素の吸着材（以下、放射性ヨウ素吸着材という。）を適用した放射性ヨウ素の除去装置（以下、放射性ヨウ素除去装置という。）について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る放射性ヨウ素除去装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態に係る放射性ヨウ素吸着材を適用した放射性ヨウ素除去装置１０は、放射性ヨウ素を含有する排気（被処理ガス）１１Ａが送給されるダクト１２のチャンバ（容器）１３内に設けられ、排気１１Ａ中に含まれる放射性ヨウ素を吸着する放射性ヨウ素吸着材１４を含むヨウ素フィルタ１５を有するものである。

なお、放射性ヨウ素とは、¹²⁹Ｉ、¹³¹Ｉ、¹³³Ｉをいい、¹²⁹Ｉは、主に再処理設備から発生し、¹³¹Ｉ、¹³³Ｉは、主に原子炉設備から発生する。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。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。従って、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、¹³³Ｉで、原子力施設における測定評価の対象となるものである。本実施形態においては、放射性ヨウ素である、¹²⁹Ｉ、¹³¹Ｉ、¹³³Ｉを、以下、単にＩと表示する。本実施形態においては、放射性ヨウ素の性状は、元素状の単体ヨウ素（Ｉ₂）とヨウ素化合物とを含むものである。Ｉ₂には、Ｉ₂がエアロゾル粒子に吸着して粒子として挙動する粒子状Ｉ₂なども含まれる。ヨウ素化合物とは、ヨウ化水素酸（ＨＩ）や次亜ヨウ素酸（ＨＯＩ）や有機ヨウ素化合物などをいう。有機ヨウ素化合物の代表的な物質としては、ヨウ化メチル（ＣＨ₃Ｉ）が挙げられる。

ヨウ素フィルタ１５は、チャンバ１３内に設けられたガスケット２１の内部に設けられている。ケーシング２１内には、３つのヨウ素フィルタ１５が設けられている。ヨウ素フィルタ１５は、放射性ヨウ素吸着材１４と、ガス導入孔２２を有するガス導入部２３と、排気１１Ａ中に含まれる放射性ヨウ素を吸着する放射性ヨウ素吸着材１４を収容する一対のフィルタ本体２５とからなる。フィルタ本体２５の上下両面には複数の孔２６（図２参照）が設けられ、一対のフィルタ本体２５のガス導入部２３の他端側には後板２７が設けられている。ガス導入孔２２からフィルタ本体２５同士の間に入った排気１１Ａは、フィルタ本体２５の内部を通過してフィルタ本体２５の外部に抜けていく。ヨウ素フィルタ１５は、ガス導入部２３とケーシング２１とを例えばボルトにより締結して固定する。

放射性ヨウ素吸着材１４は新しい放射性ヨウ素吸着材１４と交換できるように、ヨウ素フィルタ１５はケーシング２１から着脱可能である。図２は、ヨウ素フィルタ１５をケーシング２１から取り外したときの斜視図である。図２に示すように、ヨウ素フィルタ１５は、ヨウ素フィルタ１５に取り付けてある取っ手２８を引っ張り、ガスケット２１から取り外して、ガス導入部２３とフィルタ本体２５とを分離し、フィルタ本体２５内の放射性ヨウ素吸着材１４を交換する。これにより、放射性ヨウ素吸着材１４は新しい放射性ヨウ素吸着材１４と交換される。

排気１１Ａは、原子力施設の換気空調系から排出される空気、蒸気、あるいはガスである。排気１１Ａには、ダクト１２内で外気を一部混合させる場合があるため、排気１１Ａは空気成分に加えて水分を含み、湿分を有する。排気１１Ａはダクト１２を介してチャンバ１３内に送給され、ガス導入孔２２を通過してヨウ素フィルタ１５の内部に侵入する。フィルタ本体２５内には放射性ヨウ素吸着材１４が充填されており、ガス導入孔２２からヨウ素フィルタ１５の内部に侵入した排気１１Ａは、フィルタ本体２５の一方の面側の孔２６を通過して放射性ヨウ素吸着材１４と接触し、排気１１Ａ中の放射性ヨウ素が放射性ヨウ素吸着材１４に吸着される。排気１１Ａは放射性ヨウ素吸着材１４と接触しながら放射性ヨウ素吸着材１４同士の隙間を通って、フィルタ本体２５の他方の面側の孔２６を通過してヨウ素フィルタ１５の後流側に流れる。排気１１Ａ中の放射性ヨウ素が放射性ヨウ素吸着材１４に吸着された後の排気を排気１１Ｂとする。ヨウ素フィルタ１５を通過した排気１１Ｂは、排気１１Ｂ中の放射性ヨウ素の濃度を被曝評価上問題のない放射能濃度以下を満たした状態で系外に排出される。

（放射性ヨウ素吸着材）
放射性ヨウ素吸着材１４は、母体を構成する担体と、この担体に添着される添着物質とを含む。担体に用いられる材料としては、特に限定されるものではなく、表面に複数の細孔を有するものであればよく、例えば、活性炭、アルミナ、ゼオライト、シリカゲル、活性白土などが挙げられる。ゼオライトとしては、天然ゼオライト又は合成ゼオライトのどちらでもよい。ゼオライトとして、モルデナイト系ゼオライトなどが挙げられる。担体は、それぞれ単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。

放射性ヨウ素吸着材１４は、添着物質として、少なくとも下記式（１）で表されるトリエチレンジアミン（ＴＥＤＡ；Triethylene Diamine）を含む。

ＴＥＤＡは、２つの３級アミノ基を有するポリアミン化合物である。３級アミノ基は４級アンモニウム化してＣＨ₃Ｉと結合するため、ＣＨ₃Ｉは３級アミノ基に吸着される。即ち、３級アミノ基のアニオン交換基を有するイオン交換体としてＴＥＤＡを用いることで、放射性ヨウ素、特にＣＨ₃ＩはＴＥＤＡに吸着されることになる。よって、放射性ヨウ素吸着材１４は、添着物質として少なくともＴＥＤＡを含むことで、ＴＥＤＡの３級アミノ基とＣＨ₃Ｉとを反応させることができるため、ＣＨ₃ＩをＴＥＤＡに吸着させることができる。

ＴＥＤＡの添着量としては、３．０質量％を超え１０．０質量％未満であることが好ましく、より好ましくは、３．０質量％を超え７．０質量％以下である。ＴＥＤＡの添着量が、３．０質量％以下であると、排気１１Ａ中の水分がＴＥＤＡや担体の表面に付着し、担体の表面を覆い、ＴＥＤＡがＣＨ₃Ｉを吸着しにくくなるからである。ＴＥＤＡの添着量が、１０．０質量％以上であると、担体の細孔をＴＥＤＡが閉塞してしまうからである。このため、放射性ヨウ素吸着材１４は、担体上に水分及びＣＨ₃Ｉを吸着、除去するための有効な表面積を確保することはできず、ＣＨ₃Ｉの除去性能を低下させる。

（ＴＥＤＡの添着量とＣＨ₃Ｉの吸着量との関係）
ＴＥＤＡを添着させた担体の細孔を模式的に示した状態を図３から図５に示す。図３は、ＴＥＤＡの添着量が、３．０質量％の時のヨウ素吸着材の細孔の一部を模式的に示す図であり、図４は、ＴＥＤＡの添着量が、５．０質量％の時のヨウ素吸着材の細孔の一部を模式的に示す図であり、図５は、ＴＥＤＡの添着量が、１０．０質量％の時のヨウ素吸着材の細孔の一部を模式的に示す図である。

図３に示すように、ＴＥＤＡ３１の添着量が、３．０質量％の場合、担体３２の細孔３３内や細孔３３の表面に添着させたＴＥＤＡ３１に空気中の水分３４が付着し、担体３２の表面を覆っている。ＣＨ₃Ｉの水への溶解度は常温では小さいため、ＴＥＤＡ３１や担体３２の表面に付着した水分３４が抵抗となり、Ｉ₂やＣＨ₃Ｉなどの放射性ヨウ素３５とＴＥＤＡ３１との吸着速度は、水分３４のない場合に比して著しく低下する。このため、担体３２の細孔３３内などに添着させたＴＥＤＡ３１にＩ₂やＣＨ₃Ｉなどの放射性ヨウ素３５を吸着させることができなくなる。よって、ＴＥＤＡの添着量が、３．０質量％よりも大きいことが好ましいといえる。

図４に示すように、ＴＥＤＡ３１の添着量が５．０質量％の場合、ＴＥＤＡ３１の添着量が３．０質量％の場合に比べ、担体３２の表面にＴＥＤＡ３１をより緻密に添着させることができる。また、ＴＥＤＡ３１は、後述するように疎水性を有するため、ＴＥＤＡ３１が担体３２の表面や細孔３３内により緻密に添着することで、水分３４が担体３２の表面に付着するのを防止することができる。よって、排気１１Ａ中の水分３４が抵抗となることはないため、ＴＥＤＡ３１の表面には、Ｉ₂やＣＨ₃Ｉなどの放射性ヨウ素３５をＴＥＤＡ３１の添着量が３．０質量％の場合に比べて更に安定して添着させることができる。

図５に示すように、ＴＥＤＡ３１の添着量が、１０．０質量％の場合、ＴＥＤＡ３１の添着量が多すぎ、ＴＥＤＡ３１が担体３２の細孔３３を覆ってしまう。このため、Ｉ₂やＣＨ₃Ｉなどの放射性ヨウ素３５を放射性ヨウ素吸着材１４に吸着、除去するための有効な担体３２上の表面積を確保することはできなくなる。この結果、水分３４は吸着しにくくなるが、Ｉ₂やＣＨ₃Ｉなどの放射性ヨウ素３５の吸着性能を低下する。そのため、ＴＥＤＡ３１の添着量は、１０．０質量％未満であることが好ましい。

排気１１Ａ中の水分３４が、担体３２の細孔３３内や細孔３３の表面に添着させたＴＥＤＡ３１に付着している場合、排気１１Ａ中に含まれるＩ₂やＣＨ₃Ｉなどの放射性ヨウ素３５がＴＥＤＡ３１と反応するためには、Ｉ₂やＣＨ₃Ｉなどの放射性ヨウ素３５が水分３４中に溶解していることが必要となる。しかし、上述の通り、Ｉ₂やＣＨ₃Ｉなどの放射性ヨウ素３５の水への溶解度は常温では小さいため、ＴＥＤＡ３１や担体３２の表面に水分３４が付着していると、水分３４が抵抗となって、Ｉ₂やＣＨ₃ＩとＴＥＤＡ３１との反応を阻害し、Ｉ₂やＣＨ₃Ｉなどの放射性ヨウ素３５とＴＥＤＡ３１との吸着速度は、水分３４のない場合に比して著しく低下する。

このため、排気１１Ａのように、水分が存在する雰囲気下で放射性ヨウ素吸着材１４を使用する場合、多量の放射性ヨウ素吸着材１４が必要となり、ヨウ素フィルタ１５が大型化する。また、排気１１Ａ中の水分３４を確実に除去するためには、ヨウ素フィルタ１５の前段側に予熱器など水分を蒸発させるための加熱器を設置し、相対湿度を下げる必要がある。しかし、ヨウ素フィルタ１５の前段側に予熱器を設ける場合、排気１１Ａを加熱するためのエネルギーが必要となると共に、排気１１Ａ中に含まれる放射性ヨウ素を除去するために要する工程が複雑化する。

このように、放射性ヨウ素吸着材１４のＣＨ₃Ｉの除去性能の低下は、放射性ヨウ素吸着材１４の表面に形成される水分３４に起因することから、排気１１Ａ中に水分３４が存在する雰囲気下において、ＣＨ₃Ｉの除去性能の低下を防止するためには、放射性ヨウ素吸着材１４の表面に水分３４が形成されないようにする必要がある。

（ＴＥＤＡの添着量と疎水化との関係）
ＴＥＤＡが疎水化を示す効果について示す。図６は、ＴＥＤＡ添着量と水分吸着率との関係を示す図である。尚、この試験は、温度３０℃、相対湿度９５％の空気中において、担体にＴＥＤＡを１０．０質量％まで添着して行った。図６に示すように、ＴＥＤＡの添着量を増大させていくに従って水分の吸着率が低下する。よって、ヨウ素吸着材はＴＥＤＡの添着量が増大することに従って疎水化されていくことが確認された。

添着物質であるＴＥＤＡが疎水性を有することから、ＴＥＤＡの添着量を多くすることで、Ｉ₂やＣＨ₃Ｉなどの放射性ヨウ素の除去性能の低下を防止することができる。このとき、担体の表面へのＴＥＤＡの添着量が、３．０質量％以下の場合には、上述の通り、排気１１Ａ中の水分がＴＥＤＡや担体に付着し、ＴＥＤＡの表面にＩ₂やＣＨ₃Ｉなどの放射性ヨウ素を添着させるのを抑制してしまう。また、担体の表面へのＴＥＤＡの添着量が、１０．０質量％以上の場合には、上述の通り、担体の細孔内へのＴＥＤＡの添着量が多すぎ、ＴＥＤＡが担体の細孔を覆い、放射性ヨウ素吸着材１４が、Ｉ₂やＣＨ₃Ｉなどの放射性ヨウ素を担体で吸着、除去するための有効な表面積を確保することはできなくなり、Ｉ₂やＣＨ₃Ｉなどの放射性ヨウ素の除去性能を低下させてしまう。

そこで、本実施形態に係る放射性ヨウ素吸着材１４は、担体にＴＥＤＡを３．０質量％を超え１０．０質量％未満の範囲で添着させている。ＴＥＤＡの担体への添着量を上記範囲内とすることにより、担体とその細孔内の表面はＴＥＤＡで覆われるため、水分が疎水性を有するＴＥＤＡに付着するのを抑制することができる上、担体への水分の吸着量を低下させることができる。この結果、Ｉ₂やＣＨ₃Ｉなどの放射性ヨウ素は排気１１Ａ中の水分の妨害を受けることなく、Ｉ₂やＣＨ₃Ｉなどの放射性ヨウ素を放射性ヨウ素吸着材１４に吸着させ、排気１１Ａから除去することができる。

（ＴＥＤＡ添着量と有機ヨウ素化合物の透過率との関係）
ＴＥＤＡの添着量が有機ヨウ素化合物の透過率に与える効果について示す。図７は、ＴＥＤＡ添着量と有機ヨウ素化合物の透過率の関係を示す図である。なお、この試験は、担体にＴＥＤＡを１０．０質量％まで添着して行い、有機ヨウ素化合物の透過率は、排ガス中の有機ヨウ素化合物の含有量を１．０とした時の有機ヨウ素化合物の透過率を示す。また、ここでは、有機ヨウ素化合物としては、主にＣＨ₃Ｉである。図７に示すように、ＴＥＤＡの添着量が０．１質量％程度の時の有機ヨウ素化合物の透過率は、３．０×１０^-2程度である。このときの有機ヨウ素化合物の除去率は、９７％程度となる。また、ＴＥＤＡの添着量が３．０質量％程度の時の有機ヨウ素化合物の透過率は、３．０×１０^-3程度である。このときの有機ヨウ素化合物の除去率は、９９．７％程度となる。また、ＴＥＤＡの添着量が７．０質量％程度の時の有機ヨウ素化合物の透過率は、１．５×１０^-3程度である。このときの有機ヨウ素化合物の除去率は、９９．９％程度となる。

よって、ＴＥＤＡの添着量が増大するに従って有機ヨウ素化合物の透過率を減少させることができる。一方、ＴＥＤＡの添着量を１０．０質量％まで増大させても有機ヨウ素化合物の透過率は、ＴＥＤＡの添着量が７．０質量％程度の場合と殆ど変わらず、有機ヨウ素化合物の透過率の低下は見られなかった。このため、ＴＥＤＡの添着量が１０．０質量％以上としても有機ヨウ素化合物の透過率の更なる低下は期待できないといえる。

従って、担体へのＴＥＤＡの添着量を上記範囲内とすることにより、有機ヨウ素化合物の透過率を１．５×１０^-3程度にまで減少させることができる。即ち、ＴＥＤＡの添着量が上記範囲内の場合、ＴＥＤＡの添着量が増大するに従って透過する有機ヨウ素化合物の量が少なくなることから、有機ヨウ素化合物の除去効率は大きくなり、有機ヨウ素化合物の除去性能を向上させることができる。

放射性ヨウ素の除去率の取替えの目安値は、現在９７％程度であるが、放射性ヨウ素吸着材１４の放射性ヨウ素の除去率は、ＴＥＤＡ添着量が上記範囲内の場合、９９．８％以上であるため、放射性ヨウ素の除去率の基準を十分満たす。また、ＴＥＤＡ添着量が上記範囲内であれば、放射性ヨウ素の除去率は初期の段階から高いため、放射性ヨウ素の除去率が放射性ヨウ素の除去率の取替えの目安値（９７％）まで低下するまでに要する時間を長くできる。

よって、本実施形態に係る放射性ヨウ素吸着材１４によれば、ＴＥＤＡをヨウ素吸着材の担体に添着させる添着物質として用い、ＴＥＤＡの添着量を上記範囲内とすることにより、排気１１Ａが高湿度雰囲気となるなど湿度変化の激しい雰囲気中でも湿度の影響を受けにくくなり、放射性ヨウ素の除去性能の低下を抑止し、放射性ヨウ素の除去率を所定の取替えの目安値以上に安定して維持することができると共に、使用初期における放射性ヨウ素の除去率が向上することで更に長期間使用することができる。

本実施形態に係る放射性ヨウ素吸着材１４の使用初期における放射性ヨウ素の除去率が向上することで、従来より長期間の使用が可能となるため、新しい放射性ヨウ素吸着材１４と交換する頻度を低減することができる。この結果、原子力設備を継続して運転できる期間の延長を図ることができる。また、放射性ヨウ素吸着材１４の交換頻度が低減されることで、低レベル廃棄物の排出量の抑制を図ることができる。

添着物質は、ＴＥＤＡの他に、更に、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ素（Ｉ₂）、銀（Ａｇ）の少なくとも１つを含むようにしてもよい。ＴＥＤＡは３級アミノ基を２つ有するが、３級アミノ基は弱塩基性アニオン交換基であり、Ｉ₂、ヨウ化水素酸（ＨＩ）、ＣＨ₃Ｉなどのイオン性物質に対する吸着能は有しているものの、その吸着力が弱く、ＴＥＤＡの３級アミノ基のみでは、ＣＨ₃Ｉの吸着能は維持できても、Ｉ₂、ＨＩの除去速度は遅くなる。

そこで、本実施形態に係る放射性ヨウ素吸着材１４は、添着物質として、ＴＥＤＡの他に、更に、ＫＩ、Ｉ₂、Ａｇの少なくとも１つの成分を含むことが好ましい。ＫＩ、Ｉ₂の何れか一方又は両方を含めることで、放射性ヨウ素がＫＩやＩ₂の非放射性ヨウ素と同位体交換し、放射性ヨウ素を吸着することができる。また、添着物質として、Ａｇを含めることで、放射性ヨウ素がＡｇと反応してＡｇＩとなり、放射性ヨウ素を吸着することができる。

よって、添着物質は、ＴＥＤＡの他に、更に、ＫＩ、Ｉ₂、Ａｇの少なくとも１つの成分を添加することで、ＴＥＤＡで主に排気１１Ａ中に含まれるＣＨ₃Ｉを吸着しつつ、排気１１Ａ中に含まれるＣＨ₃Ｉ以外のＩ₂などの放射性ヨウ素を吸着することができる。このため、放射性ヨウ素吸着材１４の放射性ヨウ素の吸着能を更に高めることができる。

放射性ヨウ素吸着材１４の形状は、所定の粒径に粉砕した粉体や、その粉体を加圧成形した成形体などにして使用することができる。成形体の形状は、ペレット、ブリケット、顆粒状球体などの粒子状、円柱、アーモンド型、繊維状、マッチ状、ブランケット状あるいはハニカム状としたものなどが挙げられる。このように、放射性ヨウ素吸着材１４は、任意の形状に成形できるため、フィルタ本体２５内の大きさ等に応じて任意の形状として配置して用いることが可能であると共に、放射性ヨウ素吸着材１４の表面積を大きくすることで、放射性ヨウ素吸着材１４の放射性ヨウ素の吸着能を更に高めることができる。

本実施形態では、ヨウ素フィルタ１５は、チャンバ１３内に３つ設けるようにしているが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、チャンバ１３内に１、２つ又は４つ以上設けるようにしてもよく、チャンバ１３の内径やヨウ素フィルタ１５の設置面積やガス導入部２３の外径の大きさ等に応じてヨウ素フィルタ１５を設ける数は適宜変更するようにしてもよい。

このように、本実施形態に係る放射性ヨウ素吸着材を適用した放射性ヨウ素除去装置１０によれば、ＴＥＤＡを放射性ヨウ素吸着材１４の担体に添着させる添着物質として用い、ＴＥＤＡの添着量を所定の範囲内とすることにより、排気が高湿度雰囲気である場合や湿度変化の激しい雰囲気中においても放射性ヨウ素の吸着性能を所定の取替えの目安値以上で安定して維持し、放射性ヨウ素の大気への放出を抑えることができる。また、放射性ヨウ素吸着材１４の使用初期における放射性ヨウ素の除去率が向上して放射性ヨウ素吸着材１４の耐久性が向上し、更に長期間使用することができることで、放射性ヨウ素吸着材１４の交換頻度を低減でき、原子力施設を継続して運転できる期間の延長にも寄与することができる。更に、放射性ヨウ素吸着材１４の交換頻度が低減することで、低レベル廃棄物の排出量の低減を図ることができる。

なお、本実施形態においては、チャンバ１３内に放射性ヨウ素除去装置１０を１つ設けるようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、チャンバ１３の入口から出口までの距離、放射性ヨウ素除去装置１０の設置面積等に応じて放射性ヨウ素除去装置１０を複数設けるようにしてもよい。

本実施形態に係る放射性ヨウ素除去装置１０においては、ヨウ素フィルタ１５としてケーシング２１にトレイ型のフィルタ本体２５を用い、フィルタ本体２５内に放射性ヨウ素吸着材１４を充填するようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。図８は、ヨウ素フィルタの他の構成の一例を簡略に示す図である。図８に示すように、ヨウ素フィルタ４０は、波型形状の多孔板４１−１、４１−２と、多孔板４１−１、４１−２内に充填される放射性ヨウ素吸着材１４とを有するものである。多孔板４１−１、４１−２は、両面に排気１１Ａが通過可能な複数の孔を有する。また、多孔板４１−１と多孔板４１−２、又は隣接する多孔板４１−２同士は、連結部材４２で連結される。ガスケット２１内に波型形状の多孔板４１−１、４１−２を設け、多孔板４１−１、４１−２内に放射性ヨウ素吸着材１４を充填する。

排気１１Ａは、多孔板４１−１、４１−２の一方の面側の孔を通過して放射性ヨウ素吸着材１４と接触し、排気１１Ａ中の放射性ヨウ素が放射性ヨウ素吸着材１４に吸着される。排気１１Ａは放射性ヨウ素吸着材１４と接触しながら放射性ヨウ素吸着材１４同士の隙間を通って、多孔板４１−１、４１−２の他方の面側の孔を通過し、放射性ヨウ素が除去された排気１１Ｂは、ヨウ素フィルタ４０の後流側に抜ける。排気１１Ｂ中の放射性ヨウ素の濃度を被曝評価上問題のない放射能濃度以下を満たした状態で系外に排出される。

本実施形態に係る放射性ヨウ素除去装置１０は、ダクト１２が一つの場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。チャンバ１３を備えたダクト１２が複数設けられている場合には、複数のダクト１２に交互に排気１１Ａを送給し、原子力設備を稼動させながら各々のチャンバ１３内の放射性ヨウ素除去装置１０を用いるようにしてもよい。

図９は、ダクト１２が複数設けられている場合の排気１１Ａの処理を示す図である。図９に示すように、２つのダクト１２−１、１２−２が並列に設けられている場合、各々のダクト１２−１、１２−２ごとに放射性ヨウ素除去装置１０−１、１０−２を備えたチャンバ１３−１、１３−２を設ける。ダクト１２−１には、チャンバ１３−１の前流側と後流側に排気１１Ａの流量を調整するための調節弁Ｖ１１、Ｖ１２を設け、ダクト１２−２には、チャンバ１３−２の前流側と後流側に排気１１Ａの流量を調整するための調節弁Ｖ１３、Ｖ１４を設ける。

調節弁Ｖ１１、Ｖ１２を閉鎖して、一方のダクト１２−１への排気１１Ａの送給を停止し、チャンバ１３−１内のヨウ素フィルタ１５−１の放射性ヨウ素吸着材１４−１の交換を行う。この間、調節弁Ｖ１３、Ｖ１４を開放し、他方のダクト１２−２に排気１１Ａを送給し、一方のチャンバ１３−１内の放射性ヨウ素吸着材１４−１を交換しながら、他方のヨウ素フィルタ１５−２を用いて排気１１Ａ中の放射性ヨウ素を除去する。放射性ヨウ素吸着材１４−１の交換が終了し、ヨウ素フィルタ１５−１の放射性ヨウ素吸着材１４−２が交換可能時期になったら、調節弁Ｖ１３、Ｖ１４を閉鎖して、調節弁Ｖ１１、Ｖ１２を開放し、チャンバ１３−２内の放射性ヨウ素吸着材１４−２を交換しながら、ヨウ素フィルタ１５−１を用いて排気１１Ａ中の放射性ヨウ素を除去する。

これにより、排出される排気１１Ａ中の放射性ヨウ素を連続して安定してヨウ素フィルタ１５−１又はヨウ素フィルタ１５−２で除去できるため、原子力設備を停止させることなく、連続して運転を行ないながら放射性ヨウ素吸着材１４−１又は放射性ヨウ素吸着材１４−２の交換を行うことが可能となる。

ダクト１２−１、１２−２の各々の入口側と出口側に調節弁Ｖ１１からＶ１４を設けて排気１１Ａの流れを制御するようにしているが、ダクト１２の分岐点に切替弁を設けるようにしてもよい。また、ダクト１２が２つ設けられている場合について説明したが、更に複数設けるようにしてもよい。

本実施形態に係る放射性ヨウ素除去装置１０においては、ヨウ素フィルタ１５をチャンバ１３に設けるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ヨウ素フィルタ１５をチャンバ１３以外のダクト１２などに設けるようにしてもよい。

本実施形態に係る放射性ヨウ素除去装置１０においては、原子力発電所など原子力施設の換気空調系の高湿度雰囲気の放射性ヨウ素を含有する排気を対象として説明したが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、原子力施設から排出される高湿度雰囲気でない放射性ヨウ素を含有する排ガスにおいても同様に適用することができる。また、再処理工場、放射性同位元素取扱施設など原子力施設以外の工場、研究所等で核燃料を使用することで排出される放射性ヨウ素を含有する排ガス、病院施設などで核燃料を使用することで排出される放射性ヨウ素を含有する被処理ガス等においても同様に適用することができる。

以上のように、本発明に係る放射性ヨウ素の吸着材及び放射性ヨウ素の除去装置は、高湿度雰囲気の排気に含まれる放射性ヨウ素、特にＣＨ₃Ｉを安定して除去することができるので、原子力施設等の換気空調系用の放射性ヨウ素の除去装置に用いるのに適している。

１０ 放射性ヨウ素の除去装置
１１Ａ、１１Ｂ 排気（被処理ガス）
１２ ダクト
１３ チャンバ（容器）
１４ 放射性ヨウ素吸着材
１５、４０ ヨウ素フィルタ
２１ ケーシング
２２ ガス導入孔
２３ ガス導入部
２５ フィルタ本体
２６ 孔
２７ 後板
２８ 取っ手
３１ ＴＥＤＡ
３２ 担体
３３ 細孔
３４ 水分
３５ 放射性ヨウ素
４１−１、４１−２ 多孔板
４２ 連結部材

Claims (6)

1. 放射性ヨウ素を含有する被処理ガスに含まれる放射性ヨウ素を吸着するヨウ素吸着材であり、
   母体を構成する担体と、該担体に添着される添着物質とを含み、
   前記添着物質が、少なくともトリエチレンジアミンを含み、該トリエチレンジアミンの添着量が、３．０質量％を超え１０．０質量％未満であることを特徴とする放射性ヨウ素の吸着材。
2. 請求項１において、
   前記添着物質が、更に、ヨウ化カリウム、ヨウ素、銀の少なくとも１つを含む放射性ヨウ素の吸着材。
3. 請求項１又は２において、
   前記担体が、活性炭、アルミナ、ゼオライト、シリカゲル、活性白土の少なくとも１つから構成される放射性ヨウ素の吸着材。
4. 請求項１乃至３の何れか１つにおいて、
   前記担体の形状が、粒子状、繊維状、マット状である放射性ヨウ素の吸着材。
5. 請求項１乃至４の何れか１つにおいて、
   前記被処理ガスが、原子力施設の換気空調系から排出される排気である放射性ヨウ素の吸着材。
6. 放射性ヨウ素を含有する被処理ガスが送給されるダクト又はチャンバ内に設けられ、前記被処理ガスに含まれる放射性ヨウ素を吸着する請求項１乃至５の何れか１つに記載のヨウ素吸着材を含むことを特徴とする放射性ヨウ素の除去装置。

Images