JPS59501681A - 錯化剤によるアニオン性物質の固定 - Google Patents
錯化剤によるアニオン性物質の固定Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はノリケートガラスまたはノリカケ゛ル゛または活性炭マトリクスの如き
担体に固定した錯化剤を用いてアニオン性物質、例えば放射性アニオン住棟の固
定に関する。
原子カプラントおよび燃料棒保持タンクの泪−常運転からの冷却、操作および廃
水中に多数の放射性同位元素が存在する。これらの放射性同位元素は水中に極め
て低濃度で存在しているが、人の生命にとって依然として高い放射性で毒性であ
る。汚染水の安全廃棄又は再使用に、許容水準に達するのに充分な量の放射性同
位元素が除去される場合にのみなし得る。
背景技術
汚染核反応水中に存在する放射性同位元素はカチオンおよびアニオンを含む。多
孔性ガラスカチオン交換体を用いて放射性カチオンを除去することがパガラスマ
トリノクス中の毒性物質のイオン交換による固定″という発明の名称のシモンス
、/モンス、マセドとリドビッツ(,5irrrnons 、 Sirm+on
s 、 Macedo an’d Litovitz )による79g2年q月
27日付米国特許出願第3’70.”137号に開示されている。
浴液中に存在するアニオンは主として1131 からなり、これに8日の半減期
を有しているが動物および人聞の代謝プロセスに対する親和性および高い再集中
化(reconcentration )により寿命に相当な脅威を与える。
三ケ月後、殆どの非金楓テ=オンは安定な同位元素に崩壊する。長寿命の金属同
位元素の多くは、クロメート、セラート、およびモリブデートの如きアニオン性
コンプレックスを形成し、これらは長期間放射性のま1残る。
また、放射性同位元素は核燃料サイクル中の種々のグロセスにより放出される蒸
気中に形成される。そこで、これらの蒸気を浄化する技術の要望が存する。
有機アニオン樹脂が核反応器に使用された水の汚染除去に典型的に使用される。
しかしながら、これら樹脂は放射能により容易に分解され、乾燥されず、市場の
新しい型のカチオン交換体を用いる混合床中での1更用に容易に適合せず、長期
化学的安定形態にすることが出来ず、それ故、放射性同位元素の早期放出により
環境に1大な危険を生じる。
「ガラスマトリックス中の毒性物質9アニオン父換による固定」という発明の名
称のトラン、4セド、シモンズ、ンーT=7ズおよびラガコ、z、 (Tran
、 Macedo 。
Sirrmons 、 Sirrmons and Lagakos )の米国
特許第4 、333 、ざグア号は、アニオン交換体としての多孔性ガラス媒体
の使用を開示している。トランらの特許のガラスイオノ交換体は、連続孔を有す
るシリカ全含有する多孔性シリカガラス又にグルであや、この開示を本明細誉に
参考のため含む。ノルコニアまたは鉛の如き非放射性カチオン性多価金桝は孔の
内面で二価の酸素結合によりガラスまたはグルのシリコンに結合出来る。ヒドロ
キシル基の如き非放射性アニオンはカチオン性金視にイオン的に結合され、放射
性アニオンによfjl換可能でガラスまたはグルの孔内で内部で結合される放射
性アニオンの分布を与える。
J、、 Inor’g、Nucl 、 Chem、 4巻、23ろ一2!!;頁
(193g年)のアンフレット(Amphlett ) らの6合成無機イオン
交換材料−■、含水酸化ジルコニウムおよびその他の酸化物″という標題の文献
に於て、含水歌化ジルコニウムの如き含水酸化物が酸惟および中性溶液中のアニ
オン交換体として、またアルカリ性溶液中のカチオン交換体として開示されてい
る。しかしながら、アンフレットらの文献には含水金稿酸化物を多孔性ガラスま
たは多孔性シリカゲルのケイ素原子に二価の酸素結合を介して結合し、生成物を
放射性または毒性のアニオンと反応させることについては何らの教示も示唆もな
い。
゛ヨウ素および、ヨウ素化合物の回収”という発明の名称のウィルヘルム(Wi
lhelm )らの英国特許明細1第1、.3A3.’19/号は、ガスおよび
/または蒸気から分子状ヨウ素および/または6個までの炭素原子をもつイ鍍″
′からなる。丁なゎち、この特許明細il[Fもヨウ素除去のその他の先行技術
を開示している。
本明細曹で参考文献として記載している米国特許出願第、3’9.393号に検
討されているように、従来水ボデーは水銀、カドミウム、タリウム、鉛その他の
重金穐カチオンで汚染されてきた。反流中のカチオン濃度は極めて低く、そのた
め少量の毒性のカチオンを含有する多量の水を処理するという問題がある。これ
らの反流は男性カチオンを多孔性ガラスまたはシリカゲル中へイオン交換するこ
とにより精製し得る。多孔性ガラスまたはシリカゲル(グルくとも75モル%の
シリカ全含有し、連続孔を有している。非放射性アルカリ金属カチオン、1(t
)l族金属カチオンまたはアンモニウムカチオンは孔の内表面の二価の酸素結合
を介してガラスまたはグルのケイ素に結合される。非放射性力チオノは重金属カ
チオ:/で置換できガラスまたはゲルの孔内に内部で結合された重金属の分布を
与える。
英国特許第7..3g9.903号は、(1)ウラン物質を照射してその中に核
分裂を生じ、(2)水性無機酸中に照射されたウラン物質を溶かして浴g全形成
し、(3)生成酸溶液全α−ベンゾインオキシムと接触せしめてモリブデン99
’c沈殿させ、(4)モリブデン沈殿物を回収し水性アルカリ溶液に浴かし、(
5)モリブデン99を含有するアルカリ浴数を不純物の選択的除去用の吸着材の
少くとも一種と接触させ、但し吸着材は(り銀被榎チャーコール、(11)無機
イオン吸着剤、または(iii)活性炭であり、(6)その後放射性モリブデン
−99’ft−回収することからなる放射性モリブデン99の調製方法を記載し
ている。この特許はまた、(1)ウラン酸化物を照射してその中に核分裂を起こ
し、但しウラン酸化物はンールしたステンレス鋼円筒状ターゲットの内壁に付着
されている、(2)硫酸および硝酸の水性混合物に照射されたウラン酸化物全溶
解して溶液をつくり、(3)安定化量の亜硫酸ナトl)ラムと保持担体量の塩化
ルテニウムおよび/またはヨウ化ナトリウムを生成酸浴せ、(5)水性水酸化ナ
トリウム溶液中に溶解して沈殿モリブデンを回収し、(6)生成アルカリ溶液全
銀被榎チャーコールと接触せしめ、(7)生成アルカリ溶液ヲ酸性にし、酸化剤
を添加し工程(4)と451 f < ’)返し、(8)水酸化ナトリウム浴a
+銀被覆チャーコールおよびジルコニウム酸化物と接触せしめ、(9)水酸化ナ
トIJウム浴液ヲ活性チャーコールと接触せしめ、ついで(1[lモリブデン−
99を回収することからなる、高い比放射能をもつ高純度の放射性モリブデン−
99の調製方法を記載している。この方法に於て、吸着剤(ジルコニウム酸化物
の如き、無機イオン交換体、金践状の銀で抜機したチャーコール、活性炭)が水
酸化カリウムで強アルカリ性にされたモリブデン含有浴液からヨウ素およびルテ
ニウムの如き不純物を除去するのに使用される。反応−器冷却液または流出流の
如き中性付近の汚染除去は何ら検討されていない。
発明の開示
本発明は錯形成基が担体への結合により(支)足された組成物に関する。本明細
薔で使用する、°゛錯化剤″または″錯形成基”は、担体の固体表面または多孔
性構造に、あるいdその付近に結合、付着、吸着、もしくに物理的に位置される
と、溶解されたイオン性又は中性の種がこの表面に接着するか、あるいは多孔性
固体の内部に付着もしくは吸蔵されるようになるという傾向を有意に増大せしめ
得る原子、分子、イオンまたは化学基を意味する。
この効果が得られる機構は配位共有コンプレックス種、不溶性もしくは難溶性化
合物、または非解離もしくは弱解離の共有もしくはイオン種の形成からなり得る
。
本発明の錯形成基は重金属、すなわち水銀、タリウム、銀、白金、・ソラノウム
、鉛または銅から形成される。水銀様は第一水銀状態(Hg12)または第二水
銀状態(Hg+2)のいずれであってもよい。タリウムは錯形成基として用いら
れる場合三価の状態であることが好ましい。
本発明の一局面に従って一1担体は主成分として二酸化ケイ素(5in2) 、
に含有し、大きな表面積を有し、表面に多量のケイ素結合したヒドロキシル基を
有する多孔性シリカガラスまたはシリカゲルであることが好ましい。
多孔性ガラスまたはシリカゲルの5in2@有量は少くとも約70モル襲の5i
n2 であることが望ましい。本発明の別局面に従って、担体は堅果の殻(例え
ば、ココやしルであることが好ましい。上記担体は錯形成基(例えば水銀)で変
性され、その結果放射性ヨウ素の如きアニオンが錯形成基により錯化されること
により表面に結合される。
本発明は先行技術のアニオン交換体に改良を与えるものである。現在使用されて
いる有機アニオン交換体に関して、本発明は有機物質よシもむしろ1アニオン父
換坏として多孔性のガラスまたはチャーコール物質の使用に関連する全ての利点
を有している。ガラスまたはチャーコールアニオン交換体は短寿命の同位元素を
含む放射線に対して非感受性゛であり、汚染水から除去されるよう設計され、乾
燥出来、かくして使用後の放射性同位元素の散布を減少する。
本発明はまた廃水にホウ酸塩が含捷れる場合の或種の有機アニオン交換体の改良
も提供する。ホウ酸塩はアニオン交換樹脂により迅速に取り込まれ、樹脂を限ら
れた容量をもつようにする。これに対して、大過剰のホウ酸塩を含むその他のア
ニオンの存在下でヨウ化物(またはその他の選ばれたアニオン〕が優先的に吸着
出来るアニオン交換体を提供する。
本発明はまた反流が放射性ヨウ化物の存在下で比較的多量の非放射性塩化物を含
有する場合に先゛行技術のアニオン交換体の改良を提供−する。更に詳細には、
本発明は塩化物よりもヨウ化物を非常に高い効率で選択的に吸着する装置を提供
する。
また、本発明は、特に増大した容量に関して、その他の型のアニオン交換体に改
良を与える。水銀はヨウ化物と錯形成するた−めの多孔性シリケートガラスまた
はシリ度良好である。含水多価金属種の二つである鉛、ジルコニウムは米国特許
第グ、、333.’g’17号に開示されている。特にアンモニア存在下で水銀
はヨウ化物用の惨めて有効な吸着剤であり、しかも好ましい。
本発明はまた、交換体の有効容量が1131 の如き短かい半減期をもつ放射性
同位元素に対して著しく大きいアニオン交換体を提供する。すなわち、本発明の
アニオンれは交換体の有効性が所望の長寿命のイオンの吸着に有用な未占有の匣
の数により制限される通常のアニオン交換体とは明らかに対称的である。
本発明は予め定められたアニオン(例えば)・ログ/化物)と安定な錯体を形成
し得る、結合されたカチオン性錯形成基(すなわち、水銀またはタリウム)全含
有する多孔性ガラスまたにその他の交換体に関するのみならず、かかるガ゛ラス
またはその他又換体により廃水からアニオンを除去する方法にも関し、また、生
成錯坏にも関する。
本発明は、従来熱処理してガラス中の孔をこわしひき絖いて固定された廃棄物と
して廃棄されるのにのみ適すものと考えら扛ていたカチオン含有多孔性物質の使
用も可能にする。
本発明はまた核燃料サイクルの種々の方法からのオフガスからヨウ素の如き放射
性蒸気を除去する方法にも関足された、水銀、タリウム、銀、白金、ノクラノウ
ム、鉛または銅錯形放基により安定な錯体を形成することによりアニオンを吸着
するのに役立つ。少くともミラ化物イオンに対しては第二水銀イオン(Hg+2
) が最も好ましい錯形成カチオンである。第二水銀イオンは高度に安定なヨウ
化物錯体を形成する二価のカチオンである( G。
5illenの5tability Con5tants に従えばlog K
、 =−/3.11)。第二水銀イオンは酸化性媒体および温和な還元性媒体中
の未錯化形態では高い安定性を示し、1だ第一水銀カチオン(H,+2 )また
はタリウム力チオーンはど高価ではない。
本発明の一局面に従って、担体は多孔性のシリケートガラスまたはンリカケ゛ル
であることが好ましい。利用できる好適なガラス組成物は一般に主成分石して二
酸化ケイ素(5in2) を含有しており、大きな表面積を有1し、しかもその
表面に多量のケイ集結合したヒドロキシル基金有している。多孔性ガラスまたは
シリカゲルの:)102含有量は乾燥基準で望ましくは少くとも約70モル係5
102 であシ、好ましくは少くとも約g、2モル%Sin;ある。かかるガラ
スは文献に記載されている。例えば、米国特許第2,10乙、744号、第、2
..2/3.93乙号、第2.202/ 、709号、第2 、.27 J、3
’l1号、第2,324,05ワ号、第J、33.I)、127号、第2.3’
IO,073号、第グ、/10.093号、および第4 、 / / 0 、’
096号参照のこと。最後の二つの特許の開示を本明細書で参考として含む。
多孔性シリケートガラス組成物は、シリケートガラスフリット粒子を形成し、輻
射加熱領域中を落下させ、この領域中で粒子が自由に落下する間に流動状になり
表面張力により一般に球形になり、その後冷却してガラスの性質及び球形を保持
することによる米国特許第3、/l17.22!r号に記載の方法により調製し
得る。
一般に、多孔性シリケートガラスはアルカリ金攬ホウケイ酸塩力゛ラスを浴融し
、二つの連伏ガラス相に相分離させ、相の一つ、すなわち酸化ホウ素およびアル
カリ金属酸化物相を浸出して主として残存の高シリケートガラス相からなる多孔
性の骨組みf後に残すことによりつくることができる。多孔性ガラスの主な性質
は、それが形成される時ケイ素結合したヒドロキシル基により被覆された大きな
内表面を含有することである。相分離し浸出することによりつくられた多孔性ガ
ラス全使用することが好ましいことが判った。単位容積光りに高表面積をもつも
のがつくることができ、小さい孔径をもち面濃度のまた浸出して礼金形成する方
法は存在する表面基に加水分解したシリカ基の残基を残すからである。多孔性の
シリケートガラスはシリンダーの如き好適な幾何学的もしくは非幾何学的容器の
形状であってもよいし、また粉体、ビーズ、球体等の如き粒状であってもよく、
望ましくはカラム、ナイロン袋、立方体、板状膜、シリンダー、球等の如き好適
な容器に含有されているが、あるいは容器の形状と同じ形にしてもよく、そして
その後(あるいはその前に)イオン交換され、その結果ケイ素結合したヒドロキ
シル基のプロトンをアルカリ金属カチオン、Ib族金属カチオンおよび/または
アンモニウムカチオンと置換される。
上記文献はまた本発明に使用し得るシリカゲルの調製につき充分記載しでいる。
これらの物質は例えばE、1. ’デュポン・デ・ネモアス社から販売されるル
ドノクス(LUDOX )シリカゲルとして入手でき、これはケイ素結合したN
aO基として存在していると思われる滴定可能なアルカリとして0.0g〜0.
/)重量%Na2Of含有している。
本発明に使用し得る物質の別の群に、ゾル−グル技術に関する方法によって調製
され、単一成分組成(特に、高シリカ)または多奴分組成(例えばNa20−B
z’05−8io2.5iO7−TiO2)からな為重合系もしくは部分重合系
を含Mukheriee、in IVlaterialS Processin
g in the ReducedGravi ty Envirorment
of 5pace、 Elsevier、 / 9g 2 )。
ゼオライトの如き、イオン交換処理を受け得るカチオン含有アルミノシリケート
も本発明に使用し得る。ゼオライトハ゛′アルミノンリケード四面体骨組、イオ
ン交換可能な大きなカチオンおよび可逆的な脱水を可能にするゆるく保持された
水分子により特徴づけられる鉱物および合成化合物のゼオライト7アミリイに属
するもので、一般式力X”+2+、AAンSi i:xO2−nH,、O(X
I’S 大@ l ’j) f オンであり、典型的にはアルカリまたはアルカ
リ土類である)と記載できるもの″と定義される( Me Graw−Hill
Encyclopedia of 5Cience and Technolo
gy、 Mc Graw−Hill、 Inc、、 New York、 N、
Y、/ 977、Vol、/4t。
p、る9ろ)。
担体のケイ素結合したヒドロキシル基のプロトンは、好適な水酸化物、例えば水
酸化ナトリウム、水酸化ルビゾウム、水酸化第二銅、水酸化第一銅、水酸化アン
モニウムおよび/またはケイ素結合したヒドロキシル基のプロトンに和尚するカ
チオンを交換し得るこれら金属のいずれかの塩、例えは硝酸銀、硝酸金等を含む
硝酸塩、硫酸塩、酢鍍塩、臭化物、リンは塩、塩化物等を含有する浴液中でアル
カリ金属、Ib族金属および/またにアンモニウムカチオンにイオン交換される
。前記の如く、ケイ素結合したヒドロキシル基のプロトンと交換するため、−t
′なわち二価の酸素を介してケイ素に結合するために好適な非放射性金属カチオ
ンはナトリウム、カリウム、センラム、ルビゾウム、リチウム、銅(第二銅およ
び/または第一銅)、銀、金、およびアンモニウムを含む。
ケイ素結合したヒドロキシル基含有多孔性担体を非放射性アルカリ金属、Ib族
金属および/またはアンモニウムカチオンと、塩の金属もしくはアンモニウムカ
チオンとケイ素結合したヒドロキシル基のプロトンとの交換を生じさせるのに充
分高いp)Iで担体の実質的な量が溶解もしくは溶解し始める程には高くないp
Hで反応させることが好ましい。過度に高いpHでは多孔性担体のこのような溶
解に伴なう表面積の損失があり、それ故ケイ素結合したヒドロキシル基および/
またはケイ素結合した非放射性金属もしくはアンモニウムカチオンオキ7基の損
失がhる。ケイ素結合したヒドロキシル基のプロトン’を交換する好ましい方法
は水酸化アンモニウムで緩衝した、あるいは約//〜/3のpHで緩衝した、ア
ルカリ金属および/または1b族金属の塩で多孔性担体を処理することである。
このようにしてケイ素結合したヒドロキシ基のプロトンの該非放射性金属の最初
のイオン交換の水酸化アンモニウムによる緩衝は担体または表面積の有意な損失
を避けることが判った。
実質的に無水の担体は約0.1モルチル約15モル係、望ましくは約0.Sモル
チ以上の非放射性金属又にアンモニウムカチオンオキ7基、すなわちアルカリ金
属、1b族金嬉および/またはアンモニウム力チオンオキシ基金含有し得る。該
実質的に無水の担体の表面対重量比は少くとも約0 、 / m2/グから少く
とも数千m2/2、例えば10’ 、 0o 0’m27 y、好ましくは少く
とも/’Om2/グ以上である。該担体の好適な表面対重量比は約5〜約500
m2/2の範囲とすることができる。
ついで上記担体を処理して錯形酸基全形成し固定する。
多孔性の中間カチオン交換担体を、pI′I約S〜7.3’<’有する水性媒体
中に溶解した水銀もしくはタリウム金鶏と接触させる。この接触中に、上記重金
属を担体のケイ素原子に二価の酸素結合を介して結合させ、担体に水銀またはタ
リウムを固定もしくは結合させる。
本発明者らはこの記載に拘束されるつもりばないが、水銀イオンがイオン交換に
より導入された多孔性ガラスは次のような錯形成基で特徴つけられるものと思わ
れる。
=Si−0−Hg−t−1g+の如き類似構成が存在するかもしれない。アンモ
ニアが存在する場合は、水銀(I])イオンがイオン交換により導入された多孔
性ガラスは次の錯形成基で特徴つけられる。
ミSi −0−Hg(NH3)x
水銀基の一部又は全部はシリカガラスのホウ素にオキシ基を介して結合され得る
と理解すべきである。それ故、アニオンと錯形成後、アニオンの一部又は全部は
前記の錯形成基を介してガラスのホウ素の座に結合され得る。
成る場合には、水銀および7寸たはタリウムの多割合のものがガラスまたはケゞ
ルのケイ素へのオキシ結合による、水銀またはタリウムの結合が殆どなくあるい
にあっても極くわずかで、シリカガラスまたはケ゛ルの孔内に単に付着されるこ
とがある。しかしながら、水嫁捷たはタリウム原子の少くとも一部は殆どの場合
上記のようにオキシ結合によりケイ素に結合されているものと思われる。
アニオン吸着に於ける水銀圧の有効性並びに別のアニオンに対し一つのアニオン
を摘出すると−う選択性は座の正確な性質に依存しているようであり、これに順
に吸着物質の性質、吸着物質を水銀形態に変換するのに使用される技術および交
換法中の化学的環境の関数である。
例えば、調製段階および吸着段階中のアンモニアの存在は多種類のアニオンを含
有する溶液からヨウ化物の選択的除去の有効性を高める傾向にある。
担体のケイ素にオキシ基を介して結合された錯形成基の割合はいくつかの技術に
よって調節し得る。勿論、担体中のケイ素結合ヒドロキシル基の割合は、一般に
得られるケイ素結合錯形−酸基の最大量全決定するで′あろう。
担体と重金飄の接触時間を長くするとケイ素結合錯形成基の割合を増加するであ
ろう。また、担体の粒径を少さくすればする程、所定時間内に結合される錯形成
基の割合は大きくなる。濃度を変化させるなどのその他の好適ないずれの技術も
多孔性担体のケイ素に結合される錯形゛酸基の割合を調節するのに使用1−得る
。
本発゛明の別局面に従って、担体はチャーコールであることが好ましい。好適な
錯形成基は水銀およびタリウムのみならず銀−1白金、パラジウム、鉛および銅
も含む。−チャーコールは無定形炭素の形態であシ、木、砂糖、石炭その他の炭
素質物質の分解蒸留により得られる。“チャーコール”という用語は力スまたは
化学処理により惨めで大きな表面積を生じるようにつくられる、いわゆる活性炭
を包含するよう意図される。詳細には、活性炭は大きな比面積を有しており、ガ
スおよび液体状態からの吸着用に設計される。活性炭の比面積は約500〜2、
θ00 m2/ ?、更に典型的には約goo〜15θ0m2/?の範囲であり
得る。グラニユールおよび粉末活性炭は、炭素質原料から成分?追い出し、残渣
を部分的に酸化するという工程によシつくられた多孔性構造を含む。
酸化は典型的には水蒸気、煙道ガス、空気または二酸化炭素によって行なわれる
。本発明に従って使用されるチャーコールはココやしまたはその他の木の実の殻
の如き木材からつくられることが好捷しい。好適なチャーコールはにンシルパニ
ア州ピソノバーグのフィッシャー・サイエンティフィック・カムノぞニイー(F
isher ScientificCompany ) オ、J: Uオノ・イ
オ州コロンブスのツクーンベイーチェニイ(Barnebey −Cheney
)から入手し得る。
チャーコール担体を処理して錯形酸基全形成、固定する 多孔性チャーコール担
体を、水性媒体中に溶解した錯形成基と接触させる。接触中、重金衛全チャーコ
ール担体に結合させて、水銀、タリウム、銀、鉛、銅、日量、/J’ラノウム、
鉛または銅を担体に固定または結合させる。
錯形成原子の少くとも一部はチャーコール担体の炭素に結合されるものと思われ
る。しかしながら、成る場合には、水銀および/またはタリウム等の多割合のも
のが、錯形成原子の担体への化学結合が殆どないか、あっても極〈わずかでチャ
ーコールの孔内に単に付着されることがある。
チャーコール担体に結合された錯形成基の割合は重金属と担体との接触時間によ
!ll調節し得る。接触時間を長くすると結合された錯形成基の割合を増加する
でろろう。
また、担体の粒径を小さくすればする程、所定時間内に結合される錯形成基の割
合は大きくなる。濃度を変化させるなどのその他の好適ないずれの技術もチャー
コール担体に結合される錯形成基の割合を調節するのに使用し得る。
担体上に固定された錯形成基(例えば水銀1次はタリウム)の量は、一般に乾燥
重量で少くとも約0.00/チ、好ましくは少くとも約0.07%、最も好まし
くは少くとも約0.7%である。一般に、担体は乾燥重量でせいぜい約50%、
好ましくは乾燥重量でせいぜい約10−の固定された錯形成基(例えば、水銀ま
たはタリウム)を有する。
ついで固定された錯形成基を有する担体を、ヨウ素まfcは塩化物の如きアニオ
ン性物質を含有する反流と接触させる。反流は米国特許第’1.333’、g’
lZ号に記載された種々の流れのいずれてあってもよい。この接触は充填された
アニオン交換もしくは混合床カラム中、で行ない得る。/ ml当り0.0θ/
マイクロキユーリー以下の放射性を有する希溶液並びに/ al当り/マイクロ
キューリー以上の高い放射性を有する溶液七本発明により処理し得る。
アニオン交換カラムを用いる時、多孔性の7リケートガラスまたはその他の担体
を適当な大きさに微細に粉砕して反流と7リケートガラスまたはその他の担体の
粒子との接触奢最犬にすることが好ましい。反流をカラムに通し、ついで溶液中
のアニオンを多孔性ガラスまたはその他の担体中の錯形成基で錯化してアニオン
f:担体に化学的に錯化する。
本発明者らは次の点に拘束されるつもりはないが、1−は次のようにして多孔性
シリケートガラスまたはシリカゲル上の水銀と錯形成するものと思われる。
=Si −OHg −Hgl (錯体)ミSに〇Hg、l(錯体)
前記の如く、ヨウ素は一!たホウ累の座に結合された水銀と錯形成し得る。
本発明者らは或種の反応器流からのヨウ化物全除去するのに水銀処理した′多孔
性のシリケートガラスまたはシリカケ゛ルの層とチャーコールの層と4組合せを
用いることにより特に良好な結果をしばしば得ることが出来ることを見い出した
。詳細には、惨めて低いヨウ化物水準(例えば”’l /を当り約3×lQ t
から全ヨウ化物/を当りS×70”?)は、おそらくガラスに吸着されにくいヨ
ウ化物に加えてその他のヨウ素の化学種の存在により惨めで処理しにくい、しか
しながら、これらの反応器流でさえもチャーコールと組合せて水銀処理した多孔
性シリケートガラスまたはシリカゲルを用いて驚くべき程効率よく処理し得る。
特別の理論に拘束されるものではないが、水銀処理された多孔性の7リケートガ
ラスまたはシリカケ゛ルから脱着された水銀によるチャーコールの活性化により
良好な結果が得られるものと思われる。
従って、ヨウ化物様の最大吸着および除去のため水銀処理した多孔性のシリケー
トガラスまたはシリカゲルと水銀またはその他の錯形5y、基(すなわち、タリ
ウム、銀、白金、パラゾウム、鉛または銅)の遅・く、連続的な放出を与える、
水銀処理された多孔性シリケートガラスまたはシリカゲルまたはその他の源全使
用することは本発明の範囲内にある。更に、水銀処理した多孔性の7リケートガ
ラスまタハシリカグルとチャーコールとの二つの別別の領域、多重変更層(mu
ltiple alternating 1ayers)あるいは水銀処理した
多孔性のシリケートガラスまたはノリカケ゛ルとチャーコールの混合床の如き、
樺々の形態のガラス/チャーコールの組合せ全使用することば本発明の範囲内に
ちる。
ガラスまたはグルまたはチャーコールまたはその他担体の/単位容量は計算によ
ると廃匠数千単位容量中に含有される放射性アニオン種を濃縮し得る。カラム容
量(CV)という用語は木明細書中しばしば使用され、ガラス=iたはケ゛ルま
たはチャーコール筐たはその他担体/容量当りの7容量の液体(水)を意味する
。
実施例/
この実施例は水銀処理の予めナトIJウム又換した多重し性のガラスイオン又換
俸でのヨウ化物の吸収を示すもの15である。
Na04Zモ)v %、に20タモルチ、’E320,33モルチおよび510
257モル%に一含有し、棒の形状(長さ/、2インチ、直径0.3インチ、)
に成形したポロシ1ノケートガラスをバイコール管中5500で710分間熱処
理した。
ひき続いて棒を粉砕し篩分けして−ttS〜+、25メツ/ユ画分を分能した。
−足容量の粉砕ガ゛ラス葡3NHCAで/臼浸出し脱イオン水で仇浄してHC!
!、 k除去した。上言己処理を受けた制度に多孔性の生成ガラス粉末をガラス
Uと称する。このガラスはガ゛ラスの乾燥重重全基準として0.070%のNa
f含有すること力11つた。
/ ’00 ml容量のガラスulアノモニア3.7MおよびNaN0 、、?
、 2 Mの両者を含有する水性溶液グQQmlで2日間、ついで3 、2
M NaN0.の水性浴Q ’l 00 mlで7日、脱イオン水で6回、つい
で3 、.2 M NaN0′5で攪拌した。
湿れたガラスはゲ3チの水金含有し、分析によるとガラースの乾燥重量基準でN
a、?、るg%およびNH30,0/’1%を含有することが判った。以下、こ
のガラス粉末をガラスCと称する。
ガラスC5、gqmlf光填したカラムを最初脱イオン水2 、S rulで洗
った。ヨウ化物吸収のためカラムを活性イヒしヨウ化物除去に関する性能全測定
するために、次のq段階の処理を行った。
(1) 約S Oppm Na (NaOHとして導入)および500ppmの
B (H,SO2として導入)の弓孜/ g 00rni f通してpl(kg
、、gの初期値からろ、Aに下げる。 。
(11)約SOppmNaX300ppmBおよび2 S OI)I)mHg(
’rag、CL2 として導入)のmW g 00 alで処理してカラムに水
銀を充填する。
(iiil 約73 ppm Na (−m NaOH′として、一部NaNO
3として導入)およびs o o pprn aの浴IK900rulで洗浄し
て過剰の水銀を液相から直換する。
(1■)約73 ppm Na 、 S OθppmBおよび10ppm1 (
Nal として導入)の浴g3θ0罰による処理。
上記試験中のカラムの流量は/3.グ罰/分であり、これは24秒の滞留時間に
相補する。
0 、03S ミ!Jモル/罰に相当するqoカラム容量の水銀が段階(11)
中でカラムに吸収され、3oカラム容量すなわち0.0,1.、Aミリモ/l/
/ rnlが段階(rnlおよび(ivl中で脱着され、これによυカラムに
0.009ミリモル/mτの最終濃度の水銀を残した。
qJSカラム容量すなわちo、oqoミリモル/ m/l’のヨウ化物をカラム
に吸収させた。段階Qvlの最初の1gOカラム容量中の汚染除去因子(すなわ
ち、流入物中のヨウ化物の濃度と流出物中のヨウ化物の濃度の比)は少くとも/
gOであった。375カラム容量後の汚染除去因またN3 濃度およびB濃度を
この実験中有意なリテンションを示さないで検知した。
この実施例はガラスの処理および試験中に使用した溶液がNH4’i含有する時
、ガラスがヨウ化物吸着に関して一層高い能力をもつこと全示すもので、ある。
容量100罰のガラスU(実施例/参照)’e3.7iVlアンモニア’l 0
0 mljと接触させた。湿れたガラスは水99%全含有しており、分析によれ
ばガラスの乾燥重量基準でNH30、,57%およびNaO,0’19%を含有
していることが判った。以下、このガラス粉末をガラスAと称する。
ガラス八を用いて調製したカラムをフグppm NH3て導入)を含有する浴液
/300m1で段階(D生処理してpHt[,7に下ける。、211 ppm
N1−13(一部NH4OHとして一部NH4NO3として導入)、3001)
l)m Bおよび−2501)l)m Hg (HgCl2として導入)全含有
する浴液乙Q Q rut!をカラムに通すことにより段階(1])中力ラムに
水銀を充填した。、i 11.ppm Nb13およびS 001)pm B
k含有するmy全用゛いて段階(iiil中カラムを洗浄した。最後に1.!4
ppmNH3,300pprnF3.10 ppm I−および/ 、 g p
prnNa(後の二つは1Nalとして導入)全含有する浴f10グ00m1
f用いて段階(1v)中でヨウ化物吸着に関するカラムの性能全測定した。流量
は11m17分であり、これは3λ秒の滞留時間に相当する。
この場合、ヨウ化物吸着に関する能力は/乙5θカラム容量であることが判った
。・これはカラムに吸着された0、/llOミ+)モル/ rn/!のヨウ化物
に相当する。この場。
合段階(11)中で吸着された水銀量は5gカラム容量、すなわち0.073モ
リモル/罰であり、これはナトリウム処理ガラスに吸着された量(0、035ミ
’Jモル/罰、実施例/参照〕よりそれ程は大さくないが段階(iiil中およ
び段階(1v)の開始時に極めて少ない程度(すなわちナトl)ラム処理ガラス
の場合の70〜gθ%に較、べて70%)に脱着され、その結果カラムに水銀0
.0ろ乙ミリモル/WLl吸着させたまま残し−た。ヨウ化物の濃度と水銀゛の
濃度の最終比は2.7であった。また、Na+含有溶液が段階Qvl中カシカラ
ム過し始める時、ナトリウム吸着はこの段階の最初の30カラム容量中にだけ起
こり、吸着の程度は0.000g−、+)モル/ meであった。
この試験のヨウ化物に対する汚染除去因子は段階Ovlの最初の10乙0カラム
容量中760より大であり、最初の全7300カラム容量中370より大であっ
た。
実施例3
この実施例はホウ酸塩の濃度がヨウ化物吸着法に有意な影響を及ぼさないことを
示す。
ガラスCに似ておりガラスの乾燥重量を基準としてNa、3.70%およびNH
30、−OS 9%?有しているガラスを用いて調製したカラムを、実施例/の
段階(1)、(11)および(iiilと同じ容量、同じ組成の浴液で処理した
。段階Gvl中、試験溶液はNa 約S o ppmおよびヨウ化物10ppm
ffi含有していたが、実施例/および2ではB5θθppm’に含有していた
のに較べBをわずかに3 Q ppm含有していた。この溶液2g00rul容
量をこの場合の段階(1v)中で使用した。流量は9ml/分であり、これは3
7秒の滞留時間に相当した。
この場合ヨウ化物吸着に関する能力はグgθカラム容量であることが判ったが、
これは実施例/よりもわずかに大きかった。ヨウ化物に対する汚染除去因子は段
階(1v)の最初の2’lOカラム容量中少くとも//S0であり、破過の開始
は実施例/で観察された容量と極めて近似する容量で匙っていた。
実施例q
この実施例は水銀(またはその他のカチオン性錯形成基)全添加しないとガラス
は有意なヨウ化物吸着能を持実施例/と同じ容量(/g00ml)、同じ溶液(
約50ppm Na および500 ppm B )で処理してpHkる1gに
下けた。ついでこのカラムを実施例/に使用したのと同様ノi i、−t l
bちNa 73 ppm、 ’B S 00 ppm、 ヨウ化物/ Q pp
m含有溶液、400 m/!を用いて試験した。流量は9m11分であり、これ
は39秒の滞留時間に相当した。
カラムの見掛は容量はわずかにSカラム容量であり、これは0.000’lミl
)モル/ meに相当する。また最初のアンモニウムを添加したガラスの最初の
処理(段階(1))中にNaO,/2/ミリモル/ rdがカラムに吸着された
。
実施例S
この実施例は分子状ヨウ素全水銀処理多孔性ガラスに有効に吸着し得ることを示
すものである。
断面0.9’12cm2 fもつ短かいボロンリケートガ゛ラスパレットにガラ
スC(実施例/ 参照) 3.30ru1.fr:充填した。カラムの乾燥を防
止するため水浴液含有トラップに純粋な窒素流を通すことにより、この窒素流を
水蒸気で飽和させた。次にとの琶素流を、4tg℃に加熱さnたヨウ累結晶21
を底部に含有するトラップに遡した。
ついで窒素流はガラスカラムを通すか、あるいにパイノぐス管全通して導くこと
が出来た。ついでいずれかのルートからの窒素流を、水にp ’+ 、、4/
、 <、!7/−メチリゾ/トリスー (N 、 N’−ツメチルアニリン〕/
1を浴かし、濃HCtO4/ 2m/l”e添加し、飽和HgCl2溶Q 20
ml! f添加し、脱イオン水で1000dに希釈することにより調製した水
性溶液30m1!fi:含有するトラソゲ中全通した。この溶@、はヨウ素の有
効な吸収媒体でありヨウ素の存在で青緑色になる。青緑発色(乙2gnm)の強
度はヨウ素の濃度に比例する。
実験中、カラムを通過するガス流の流量は/33rra/分であり、これは/、
3秒の滞留時間に相当する。
カラム中を湿れたヨウ素含有窒素が通過すると、カラムは黒紫色に変わり、つい
でパラ色になる。流出物中のヨウ素の濃度は最初は極めて低いが、全カラムが着
色されてぐる時増加する濃度のヨウ素がドラッグ甲にたまり始まった。カラムが
見金に飽和になった後(3るllOカラム容量の通過後)の流出物中のヨウ素暉
度(これはガス流中の、/、1101)I)の濃度に相当する)と、・シイパス
ラインを用いて流入力゛゛ス流中測定された濃度との間に優れた一致が得られた
。後者の濃度は/ 、 / 211)pmであった。
ガラスのヨウ素吸着能は:170’0カラム容量であり、これはカラムに吸着さ
れたヨウ素(12,)0.0/2ミリモル/廐に相当する。I、?、子ヨウ素(
1)換算で、上記た実施例で観測されたヨウ(ヒ物吸着能と同様である。このこ
とは大部分のヨウ素がおそら″くヨウ化物の形態でガラスカラムに吸着されるこ
とを示す。
ヨウ素の汚染除去因子ニ最初の/210カラム容量中少くとも/、!りであり、
最初の7g20カラム容量中少との実施例は、水銀処理され、予めナトリウム変
換された多孔性ガラス交撲体の塩化物の吸着を示す。
ガラスC(実施例/参照)を用いて調製されにカラム全実施i1 /のようにし
て充填した。塩化物吸着のためカラム全活性化し、塩化物除去に関する性能を測
定するため以下のqつの処理段階を行なった。
(1) 約!j Oppm Na (Na0)(として1人)および500I)
I)m B (H2SO4として導入)の溶成ワooml+通してptl ’F
r、初期値の7.0から7.7に下ける。
(11)約、2 gppm Na (一部1NaNo3として一部NaOHとし
て導入)、500 ppm’Bおよび、! s Oppm Hg(Hg(Ni:
)、)2として導入)の浴g、A に) Omgで処理′してカラムに水銀を添
加する。
で洗浄して過剰の水銀全液相から置換する。
(1v) 約35 ppm Na’、 5.00.ppm B 1および10p
pmCA (NaC7として導入〕の浴′g、n 00 N13 f用いて試験
する。
試験中のカラムの流量は9d/分であった。これね39秒の滞留時間に相当する
。
この場合の塩化物吸着に関する能力は、ヨウ化物吸着能を同様の条件下で測定し
た実施例/および3の約qo。
カラム容量に較べgθカラム容量であることが判った。
しかし、生成カラム能にモルで表わしてcr 、ox、xミリモルフmlであり
、実施例/、3およびSで得られたヨウ〔こ几はハロケ゛ン化物に対するガラス
の全容量は水銀添加にのみ依存し、一方墳化物の場合の破過曲線の一層ゆるやか
゛な形状(20カラム容量が通過した直後に汚染除去因子は70以下に低下する
)はヨウ化物の場合よりも塩化物の場合の方がより弱い水域−塩化物結合である
ことを示すものであることを示す。〕
射注性オンがカラムラ通過するのに心安とさnる時間がイオン交侯体が破過を示
さない半減期と較べて長いことを示す。多量のカラム容量の汚染水がカラムラ通
過した時でさえも汚染除去因子は未変化のままであるか、あるいは改良し続ける
。
連続して配置さnた二つの多孔性イオン交換体カラムからなる系?設定した。こ
nらは二つのパイレックス面を有しており、こnらは流入溜めと流出溜めとの間
にいて連続して連結した。ポノチブ排気ステンレス鋼ボンf′lr1更用してカ
ラムから溶液を抜き取った。各カラム中の流量の方向は頂部から底部に向かって
いた。
二つの型のガラスを調製した。すなわちガラスC(実施例/と同様のNa 交換
ガラスとこのガラスを実施例/の段階(1)、(11)および011)と同様の
方法にかけることにより得ら几たHg 交換ガラスとを調製した。[、かじなが
ら、この場合段階(ii)中に使用した溶液はガラスの最大水銀添加を確保する
為一層高濃度の水銀を含有していた。詳細には、この場合の段階(1)中で使用
した溶液は/ 30 ppmNa (NaOHとして導入)および300 pp
m B (83803として導入)を含有し、段階(11)中で使用した溶液は
73001)I)m Hg (HgCl2として導入)、乙Q ppm Na
および600 ppm Bを含有しており、段階(Ill)中に使用した溶液は
/ 50 ppm Na および330 ppm Bを含有員でいた。
二つのガラス粉末の夫々を脱イオン水を用いて容器に仕cm)のNa 交換ガラ
ス(Cs およびイオン性コバルト吸着用カチオン交換本)を装填し、その上に
0.グmg容量(高さi、5ryn)のHg 交換ガラス(1吸着用アニオン交
換本)を装填した。従って、”谷カラムの全容量ば/、Omgであった。たわみ
ステンレス鋼環で固定したフリット付ステンレス鋼円板の間にガラス粉末を置い
た。
カラムを脱イオン水300 mlで逆洗した。次に、試験溶液をカラムに通した
。第一試験溶液はパーツニア州ダラペルネノクのV、irginja Elec
tric & Power Co、のサリ7 (5urry l原子力発電所で
採取した廃水3000mlからなるものであった。この水の分析成分は3グm9
/詔Na 、 300119 / 、e、 8、およびA −5’JKI/ A
Ca を含んでおり、pHはgであった。放射性種の全含有量は、S、グOX
/ 0−3μC+ / mlのH3と9.75×/θ−’ tt Ci /
mlのその他の放射性同位元素を含む、A、375×10−’μCi/ml で
あった。最も重要な放射性同位元素の二つ(3、!;2.2×IO’ttCi
/1nl) であった。ソノ他の同定された存在する放射性種’aco60 (
!、2/9x10’μC1/mll、Cs”’ (,2,32gX/Q ’μC
i/me l、Co58(/、り/ g X / 0−’μCi / ml )
、およびMn54(/ −753X / 0 ” p Ci / me lを含
んでいた。
非放射性ヨウ素の濃度は分裂反応生成物収率に基いて■131 の濃度の約9倍
である。(その他の源から水に入った非放射性ヨウ素の痕跡量の可能性に関する
データは入手出来ない)。この反応器廃水の3000 mlのみが試fi時t/
(入手できたので、/ 、? 00m9/−e Na、300m9/:# 8%
/ !lll9//? Ca % 乙orwyrc、e−およびS、乙×10
−4μCi /ml+”を含有する合成溶液を別に調製した。もとの反応器廃水
を全てカラムに通した後にカラムを通したこの督液はpH9、3を有していた。
試験中の流量は210±90m17日であった。
第一カラムの放射性水精製の性能評価のために、このカラムに蓄積さまた放射能
を9時間毎にlS分間カウントした。別の/3分の間隔後に、第二力?、ムの放
射性をlS分胆カウントした。検出器はマルチチャンネルアナライデーに連結し
た3×3″のヨウ化ナトリウムシンチ13ル
−ジョンカウンターであった。I (,2g ’I K、eV )およびC51
37(6乙、2KeV )に相当するピーク面積を測定した。第一カラムの汚染
除去因子を、試験中の各時間間隔中の第一カラムのカウント数の増加と第二カラ
ムの相当する増加との比をめることにより評価した。試験終了時、カラムを乾燥
し最終時間(系中を流れている間のカラムの最終読みと一致する読みを4える時
間)を計9除去した。試験の全3000カラム容量を積分することにより得られ
た)161 の汚染除去因子は約7であった。
しかしながら、この因子は試験中劣化を示さなかった。
最初の/S00カラム容量の積分汚染除去因子は約6であり、次の/S00カラ
ム答量の相当する因子は約gであった。サリー廃水に代えて合成溶液を用いた場
合、汚染除去因子は少くとも7300以上のカラム容量につき90以上に顕著に
上昇した。(こnはおそらく合成溶液のより高いpHによる)。第一カラムの全
有効容量、すなわち放射性崩壊による1131 損失について補正さnていない
■131 保持容量は少くとも3.左μC1であり試験終了に向って枯渇に近づ
く徴候を示さなかった。一方、第一カラムの長寿命(30□、2年)のC513
7の保持は典型的な吸着挙動に従かうものであシ、高い汚染除去因子(最初の/
700カラム溶量の通過巾約1l−001で始まりついで3000カラム容量が
通過する時まで3の値に達する減少する汚染除去因子によシ特徴づけらnる。
こnらの結果は短寿命(g、7日)の1151 に関してカラムの有効容量が極
めて大きいことを示す。この放射性同位元素の寿命はカラムの通過に要する時間
に較べて短かいからである。従って1131 の如き短寿命の放射性同位元素の
場合には放射性同位元素が流出体に達するのを防止するといつカラムの有効性は
長寿命放射性イオンの通常のイオン交換の場合のように相当するイオンの吸着に
有用な未占有座の数に制限さt″L碌い。クロマトグラフィカラムに一般に用い
らnる遅延の原理と同じである、カラムの活性層に吸着される不活性ヨウ素イ:
A〜ンによる同位元素交換によりカラム通過時の遅延は、この遅延力;カラムに
ある間の放射性崩壊による大部分の1131 の枯渇を許すのに充分長いもので
あるという条件で1151 漏出に対する更に有効な防御を与える。従って、最
終全有効容量はカラムの溶解のみに制限さする。この試験に於て、第一カラムの
全長は4000カラム容量75;通〕尚したカラムの底部(Na+父換〃ラス)
に殆ど限らnl一方第一カラムの頂部(Hグ・2+又換ガラス)と全ての第二カ
ラムとはそのままであった。
この実施例は短寿命の放射性同位元素のイオンに関する上記カラムの有効容量は
相当する長寿命種に関する容量(実施例/参照)よりも極めて大きいことを示す
。この原理は”Na(15時間)又1ri ”0Ba (、−/ 3日)の如き
、その他の短寿命の放射性水精製のイオンにも適用し得る。
次の操作を用いて短かい半減期の放射性同位元素の吸着媒体の容量を大巾に拡大
する方法を確立し得る。
(1) 非放射性試験または実施例9のようなその他の方法による媒体の容量n
v の確立
(21流人体!1度と流出体の要求との知見か呟汚染除去因子(D F ’)を
測定できる。
(3) 要求される保持時間(Th) をDFと半減期τ(町とからめることが
できる。
Th−τx 7ogDF / J3og 2(4)時間当りのカラム容量(CV
/時間)で表わす流量(FR)を計算できる。
すなわち流量= CV、/ Th = FRを用いてカラムの容量(vo)を計
算できる。
例示すると、1151τ−g日、nv−= ’l 000 CV (11ぼ実施
例7の容量)。必要とさnるoF=4゜浄イヒすべ×τ=/6日。
と几らの条件下で2.ヨウ化物イオンがカラムに7日で入ると、多くの座に吸着
さn1容量(’1000cv)後にそ几が崩壊されなかったならば、ヨウ化物イ
オンは74日後にカラムを出、乙であろう(11000c v / BOCV/
日)。しかし、/6日で1151 のグ分の3はXe に崩壊する。かくしてカ
ラムの有効汚染除去因子1−j:4である。汚染除去因子はカラムの保持時間の
みに依存するから、カラムをその容量を越えて操作し得る。事実、使用の制限は
媒体の詰才り、溶解または劣化の如きその他の因子に依存するであろう。
前記実施例は■131(並びにその他の放射性イオン種)含有流についての大き
な汚染除去因子が多量のカラム溶量の通過に相当する期間にわたって操作さ几る
H1処理多孔性ガラス〃ラムを用いて得ることが出来ることを示した。この結論
は連続して操作した二つの多孔性ガラスにつき測定した放射性の蓄積割合の比較
に基づいたものである。この実施例は、こnらの知見が、最−カラムに入る流入
物および第二カラムを流る流出物を直接比較し、かくして有意な画分の放射性種
が溶液から成層、除去さ几ずに両力ラムを通過すると論う可能性を排除すること
により実証さnることを示す゛ものである。
連続して配置さnだ二つの多孔性ガラスイオン交換体カラムからなる系を実施例
7に記載のようにして一般定した。カラムの寸法およびイオン交換体の組成(各
カラムの底部で0.乙rnlのNa 交換ガラス、頂部で0.’1miのHl
又換ガラス)は実施例7に示したものと同じ“であった。本実施例の唯一の異な
る特徴は、第二カラムの流出物を、前記実施例のようにして排出する代わりに、
測定のため溶液を回収することを可能とする試料採取口として働くバルブに供給
したことである。
カラムを脱イオン水kOo罰で逆洗した。次に試験溶液をカラムに通した。試験
溶液はg OrI9/ 13 Na(一部^aOHとして一部Na(J として
導入)、Ω3oη//3B(H2BO3トして導入)、7 m9 /−eCa
(CaC4(!:して導入)、乙Om9 CJ ’ (NaC−e およびCa
CJ3′2)導入から生シる)、左、乙×IQ’ μci /m/!l”s 3
・3 X/r’μCi / m1Cs’ ”および0.乙X / Q ’ t
i Ci 7m1Co60を含有していた。この溶液はpH7,,7,を十〇1
.2汐であった。試験中の流量は230士グOml 7日であった。
性の増加割合と第二カラムで計測さnる増加割合との比較に基づく第一の方法は
実施例7に詳細に記載している。
二〇カラムを出る流出物中の相応する量との直接比較からなっていた。同じ計:
@I+用装置の形状寸法を二つの溶液について使用した。計測技術および期間は
実施例7に記載した。
試験中の種々の間隔の流入および流出溶液の放射能計数の結果が、λカラム間の
比較の結果とともに表■に示さnる。
表 I
試験除染ファクター
カラム容積数 カラム//カラムス 流入物/流出物0−グア左 4tO−/2
0 乙0−/70 .30 左タグ7ター/232 3 30 // >/左0
/232−/グ9グ /、3 20 ヶ > 15流入物と流出物との比較によ
り得られる一般に大きい比(初期段1騎中を除く)は、第1カラムおよび第Ωカ
ラムともに除染効率の組合せを表わすので、期待に一致する。
実施例7およびgにおいて結合比媒質が使用さ几、カラム容積はHl およびN
a ガラスの両方を示す。従ってH1父換ガラスを参照するとき全■131 デ
ータは上記数より/、010.’l=2.3のファクターによる太き(ハ容積数
に適用され、Na 交換ガラスを参照するとき全Cs j 57データハ/、θ
10.A=θ、7のファクターによる大放射住棟の収着に対する実施例gのカラ
ムの容量は実施例7に示した容量より若干低い。こnは°類似するが完全には同
一でない条件で製造した両側に用いた多孔性ガラスイオン交換物質間の差異のた
めであろう(例えば、実施例ざに用いた物質は長時間貯蔵さ几た)。しかしより
確かな原因は両側に用いた流入物組成間の差異一実施例gに用いた流入物がより
少ないNa、より多くのCaを含有し、実施例gに用いた流入物に比し低いpH
を有した−である。ともかく、実施例gに与えられたデータは、連続的に設着さ
nた第Ωカラムとの比較により単−除染力ラムの性能に対して得らnた結果が普
通の流入物/流出物比較を基にした結果により立証さルること、および、−両組
のデータはHl 交換多孔性ガラスが流量からの放射性ヨウ化物の除去に対し非
常に高い容量を有し、ナ) IJウム又換多孔性ガラスが放射性セシウムの除去
に非常に有効であることを示す。
実施例ワ
この例は水銀交換多孔性ガラスが、その組成を基にして有効Z+除去に使用する
有望な候補と考えることができる他の若干のイオン交換物質と比較して水性媒質
からの1131 の除去に非常に高“い多量を表わすことを示す。
実施例7に記載した手順により製造したHl 又換多孔性ガラスに加えて、AI
交換多孔性ガラスを、アンモニア又換ガラスの処理の段階(11)で、負荷溶液
中のHP(HPCA2として導入した)濃度を同じ濃度(7左。Oppm1のA
P (ApN03 として導入した)に代えたことを除き同じ手順を用いて製造
した。
同様の二つの処理、すなわち、実施例70段階(1)、(II〕および(iii
)によるHgL 交換および前節に説明した手順によるA1 交換、を実施例コ
の初めに記載した手順によりアンモニアで前処理した市販ゼオライト(ユニオン
、カーバイド、コーポレーション、リンダ、ディピノヨン、l0NsIVイオy
9換型IE−95147)二つの異なる試料で行なった。同じ二つの処理、すな
わちHg−交換およびA1 交換、もまたアンモニアで前処理した1ONsIV
IE−95の二つの異なる試料で行なった。
1ONsIV IE−9,S−の他の試料を前処理のない初めの形態で試験した
。
全固体を酸溶解後のDCプラズマス被クりロスコ♂−によりドー・セント(HP
またはAg−)含量ア・ら分析した。
金側に用いた試験手順は、/2りmlポリエチレン容器NaOHO’ 、 09
/ ’I P、ca(No312− II H2O0、OIl、2 Pおよび
Na(J O−0335’を脱イオン水/影中に溶解することにより調製した溶
W 30 mlとともに入n1 よく混合し、りμC1または++31’ (ヨ
ウ化物溶、液として導入)を加えることを包含した。容器をロックタンブラ−上
でll左rpmの速度で76.3時間その側面で連続して転回させ、有効混合を
保証するためにこの時間後各転回s分、転回なく3分を含む10サイクルを行な
った。液相2左mlを、実施例7に記載したシンデレー/3−フカウンターを用
いる70分間の放射能の計数用に移した。ブランクの読みを、粉末の存在しない
原試験溶液5 Or+lを同時問答nた同じ容器からとった液体λkmlで行な
った。等力における各粉末の容量nv を次式を用いて決定した。
式中、C8はある計数期間ブランクについて得ら几たカウント数であり、CS
は固体試料とともに振り°ませた等容積の溶液について等期間の量測定したカウ
ント数であり、vS は湿潤固体粉の容積であり、vL は混合した液体全容積
である。
種々の試験物質で測定した結果は次のとおシであった。
非前処理
ゼオライト : ムグ乙、:ag−: oニーA5’又換
非前処理
ゼオライト(70,0%Ag−1ignllg 27 i 、93 : 29H
1父換
非前処理
ゼオラ() (CL39%W)’、210/311 − : 、02 ’、 −
A1交換
NH3前処理 。
ゼオライト(g、7%Aグ:) ’、/95賛q λ0 : ・g/ : λ5
H5I’交換
NH,前処理 。
(L、l1%APl :/乙q、m tt/ : 、Il/ : 10゜H%父
換
NH前処理 I
多孔性ガラス “
(o、66%艙) ’、2g5g3 723 ”、033 :22,000上記
結果はH9−交換多孔性ガラスが、多孔性ガラスの代りにゼオライトを基にし、
および(捷たは) HP の代りにAI を負荷した類似物質の容量の少くとも
7gのファクターを超える溶液からの1151 の収着および除去に対する非常
に高い能力を表わすことを示す。しかしぜオライドの場合でも、ヨウ化物収着の
容量は収着媒質中に存在する重金属毎原子当り計算して十分な水銀が存在すると
きに銀の場合よりも水銀の場合に70倍以上大きい。
上記試験の結果は以下を示すと思われる。
(a) ヨウ化物は水銀の存在によシ提供さnた位置に収着さnる。
(b)他のハロケ゛ン1ヒ物・イメンが存在しなけ几ば収着プロセスは平衡条件
によるよりはむしろ位置数により制御さnる。
(C) 収着プロセスは非常に選択的であり、ヨウ素よりり0倍過剰のホウ酸塩
の存在により影響さnない。
(d) 各水銀位置は、他のノ・ロケ゛ン化物イオンが存在しなけ几ば約コヨウ
化物イオンを吸着できる。
(e) アンモニウム基溶液で前処理および負荷を行なったときに最大量の水銀
をガラス上に負荷することができ;ナトリウムの存在で水銀に対する初期容量は
そnはど小さくないが水銀の大部分がその後洗い去らnる。しかし、水銀位置上
あヨウ化物の収着は水銀を安定化し、カラムからのその溶出を中止させる。
(イ)急速に流れるガス流中に存在するときでも、分子ヨウ素を水銀負荷ガラス
カラム上に有効に収着できる。
射能汚染水は水銀負荷ガラスにより精製できる。
(h)1131 のような短命放射性同位元素のイオンに対するカラムの容量は
、放射性イオンが通過するのに必要ムを設計す几ば、比較的長命−の(非放射件
を含む)イオンに対するその容量に関して著しく大きくすることができる。
(+) NH4OHの存在下のゼオライト上の+y の有効性は過剰の塩化物を
有するヨウ化物の収着に対し毎原子基準でA1 より70倍高い。
(」) ヨウ素収着に関するより高い容量は媒質をアンモニアと水銀の両方で処
理したときに得られる。
実施例/〜りおよび乙の流n試1験中に溶解した水銀はヨウ化物に対する作字分
析で妨害さr、たかもしn IIい。
この影響は実施例7〜9の放射性試験には存在しなかった。
実施例10
この実施例は選択した金属錯化基と組合せた、アミンによる前処埋金した、およ
び前処理をしない木炭担体の使用を示す。
木炭の型
ユ種の市販木炭を使用した。第1のrFJで示す型は(F’i’5her 5c
ientific Company )、ビンノパ−ダ、インシルベニア、によ
り活性炭カタログ第θに一690A号として販売される。第氾のrBJで示す型
はバーネベイーンエネイ(Barnebey−Cheney l、コ4ンパス、
オハイオにより/ / 00 m2/ Pより大きい表面積を有するりU−型水
蒸気活性イヒココナノ殻炭素として販売さnる。
前処理
選んだ木炭試料を脱イオン水中にトリエチルアミン200P/Aを有する溶液で
前処理した。木炭109−を溶液100m1中で、2q時間/ rpmで回転し
た。溶液をデカンテーンヨンし、試料を脱イオン水200 mlで洗浄した。
金属錯化基処理
脱イオン水700 ml中にH380621g乙2を溶解し、錯化基金属0.ト
4の当量を溶液中に溶解し、水を加えて容積を7石に調整し、pHをNaOHで
調整することにより溶液を調製した。木炭10m1を溶液中でダg時間/jpm
で回転し、水!; O’ml (各回)で3回洗浄した。
試験
イオン又換体/収着媒質をニステンレス鋼フリット間のガラスカラム中へ装てん
した。ヨウ化物除去の工業的基準であるので、ダウ、ケミカル社(Dow Ch
emical Co、)形のダウニューフレアグレードSBRアニオン交換体を
対照試料として用いた。
カラムに通す溶液を、
/、6f/−/A H,803
0、0? 2 P/A Na2a4o、・/θ@ 2 (JO−0375’ /
、t3 CaCJ、−2H200、032y−/ −e NaCJ
および脱イオン水に溶解したI” lr 00 nCi / Lを、有するよう
に調合した。用いた試料の大きさは溶液/ mlであった。
溶液を2.20 mtE 7時の速さでカラムに通し、/6秒の滞流時間を有し
た。溶液は加圧水型リアクター[PVVRlの典型的廃水組成を表わす。次表に
所与カラム容量(CVI に対する典型的除染ファクター(DF)を示す。
未処理木炭(試験/)および金属錯化基なく前処理した木炭(試験2)は対照と
比較して放射性ヨウ化物の除去に余り効果がなかった。最良の結果はH7で得ら
几た(試験3〜S参照)。試験グとSを比較すると前処理のない木炭は前処理し
た木炭より少し艮い。試験3と乙を比較するとA1はH7はど良好ではないけれ
ども対照に比較でき、対照より非常に優れていることが認めら几る。
試験7ととは高い初期DFでしかし限足さまた容量を有する金属(pbおよびC
u )を示す。こnはおそらく金属が試験の進行とともに木炭担体から流される
ためである。
金属が流さするのを防ぐためにさらに試験7を行なった、実施例3の水銀[H!
i’1gラスを非処理木炭IFIの層の上部に置いた。得らnたDFは実施例り
(水銀処理ガラス)または試験/(非処理木炭)よりずっと高く、容量は対照よ
りもずっと高かった。従って木炭への金属の緩父付がカラム寿命を延ばすことが
できる。
46
本発明の上記説明は特許法の要件ンζ従い、説明および例示のために特定詳細に
行なった。しかし、多くの変形および変更を発明の範囲2よび精神から逸脱しな
いでなしうろことは当業者に明らかであろう。さらにこの開示5に基いて、当業
者が本発明の広範なプロセス条件で実施できることが明らかである。本発明の真
の範囲および精神に属するような等価の変形、変動をすべて包含することが請求
の範囲の意図である。
国際調査報告
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 / 内部表面にハロケ゛ン陰イオンと安定な錯体を形成できる水銀およびタリウ ムからなる群から選ばれる重金属陽イオン錯1ヒ基を含有し、前記陽イオンがハ ロケ゛ン陰イオンを錯fヒするのに有効な量で存在する、連通細孔を有する多孔 性担体を含む組成物。 コ 前記重金属陽イオンが水銀陽イオンである、請求の範囲第1項記載の組成物 。 3 @記多孔性担体がケイ酸塩ガラスまたはノリカケ゛ルである、請求の範囲第 1項記載の組成物。 ダ ケイ酸塩ガラスを含む、請求の範囲第1項記載の組成物。 S4 ホウケイ畝ガラスを含む、請求の範囲第7項記載の組成物。 6 ゼオライトを含む、請求の範囲第1項記載の組成物。 7 さらにその内部表面がアンモニウム陽イオンを特徴する請求の範囲第1項記 載の組成物。 と 重金属陽イオンが水銀陽イオンである、請求の範囲第7項記載の組成物。 9 重金属陽イオンが乾燥重量で少くとも約0.07%・、の量で存在する、請 求の範囲第1項記載の組成物。 70重金属陽イオンが乾燥重量で少くとも約0.7%の量で存在する、請求の範 囲@/項記載の組成物。 // 重金@陽イオンが乾燥重量で0.07〜10%の量/2前記多孔性担体が 木炭である、請求の範囲第1項記載の組成物。 /3前記木炭の比面積がSOO〜2000m”/Pの範囲である、請求の範囲第 72項記載の組成物°。−/44 前記木炭が木材の分解蒸留により製造される 、請求の範囲第72項記載の組成物。 /左前記ハロ゛グンがヨウ素である、請求の範囲第1項記載の組成物。 /乙、−・ロゲンが放射性ヨウ素である、請求の範囲第1項記載の組成物。 /7 前記・・ロケ゛ンを含有する流体を請求の範囲第1〜/乙項のいずれか一 項に記載の組成物上に通し、前記組成物の重金属陽イオンと前記・・ロケ゛ンと の間に錯体を形成させることを含む・・ロケ゛ンを含有する流体から・・ロケ゛ ンを除去する方法。 /g前記流体がガスである、請求のNli囲第77項記載の方法。 /9 前記・・ログンが放射性ヨウ素である、請求の範囲第1g項記載の方法。 20 前記流体が水浴液である、請求の範囲第77項記載の方法。 21 前記・・ログンが放射性ヨウ素である、請求の範囲第77項記載の方法。 22、前記組成物が、その塩化物イオンに対する容量が実質上消尽された後も放 射性ヨウ素の除去を継続する、請求の範囲第27項記載の方法。 ユ3前記組成物の下流にあるドラッグ組成物上を前記流体が通り、前記トラップ 組成物が前記流体中に存在する前記重金属陽イオンを実質的に除去する、請求の 範囲第77項記載の方法。 J 前記水溶液がさらに塩rヒ物イオンを含有し、さらに重金属陽イオンと前記 塩化物イオンとの間で錯体を形成することを含む、請求の範囲第、27項記載の 方法。 2左腹体流から放射性ハロケ゛ン化物を除去するためのアニオン交換媒質を製造 する方法であって、アニオン交換基が水銀およびタリウムからなる群から選んだ 重金属陽イオン基であり、重金属陽イオン基が多孔性ケイ酸塩ガラスまたはンリ カケゞルの末端ヒドロキシル基ヲアルカリ金属まfcnアンモニウムオキシ基に 転[ヒし、重金属陽イオン基を収着さぜることにより二価酸素結合により結合さ れるアニオン交換基を、連通細孔を有する多孔ケイ酸塩ガラスまたは多孔性シリ カケ゛ルの酸素に結合させることを含む方法。 24 連通ずる細孔を有し、内部表面が放射性種と安定な錯体を形成できる重金 属陽イオンを含有し、前記陽イオンが前記放射性種を錯化する有効量で存在する 多孔性担体を有する組成物を容れたイオン交換カラムに廃物流を通し、前記放射 性種が前記カラムを通過するのに必要な時間をその半減期に比較して長くするこ とを含む、比較的短半減期を有する陰イオン性放射住棟を含有する廃物流を除染 する方法。 27 前記放射性種が1131 である、請求の範囲第!4項記載の方法。 2g 連通細孔を有し、内部表面がヨウ素とデボな錯体を形成できる水銀、タリ ウム、銀、白金、パラジウム、鉛または銅からなる群から選ばれる重金属陽イオ ン錯flZ基を含有し、前記陽イオンがヨウ素と錯イヒするのに有効な量で存在 する多孔性木炭を含む組成物上にヨウ素を含有する液体を通し、前記組成物の重 金属陽イオンと前記ヨウ素との間に錯体を形成することを含む前記ヨウ素を含有 する溶液からヨウ素を除去する方法。 範囲第2g項記載の方法。 30 前記重金属陽イオンが銀陽イオンである、請求の範囲第、、2g項記載の 方法。 3/前記木炭が約s0o 〜、2ooorr?/*の範囲の比面積を有する、請 求の範囲第、2g項記載の方法。 32 前記木炭が木材の分解蒸留により製造される、請求の範囲第2g項記載の 方法。 33 重金属陽イオンが乾燥重量で少くとも約0.0/%の量で存在する、請求 の範囲第2g項記載の方法。 3q 重金属陽イオンが乾燥重量で少くとも約o、/%の量で存在する、請求の 範囲%、2g項記載の方法。 35 重金属陽イオンが乾燥重量で約0.q/〜70%の量で存在する、請求の 範囲第2g項記載の方法。 36 前記ヨウ素が放射性ヨウ素である、請求の範囲第、2g項記載の方法。 37 前記組成物が、その塩化物イオンに対する容量が実質上消尽された後も放 射性ヨウ素の除去を特徴する請求の範囲第3乙項記載の方法。 3g 前記液体がさらに塩fヒ物イオンを含有し、さらに重金属陽イオンと前記 塩fヒ物イオンとの間に錯体を特徴する請求の範囲第2g項記載の方法。 3ワ 前記液体が前記多孔性木炭の上流にある原組成物上を通り、前記原組成物 が徐々に前記重金属陽イオン錯\ 1ヒ基を特徴する請求の範囲第2g項記載の方法。 q0@記液体が前記多孔性木炭の下流にあるトラップ組成物上を通り、前記トラ ップ組成物が前記液体中に存在する前記重金属陽イオンを実質的に除去する、請 求の範囲第39項記載の方法。 グ/ ヨウ素を含有する液体を、連通細孔を有し、内部表面がヨウ素と安定な錯 体を形成できる重金属陽イオン錯fヒ基を含有し、前記陽イオンがヨウ素を錯f ヒするのに有効な量で存在する多孔性木炭を含む組成物上に通し、前記組成物の 重金属陽イオンと前記ヨウ素との間に錯体を形成し、前記液体を前記多孔性木炭 の上流にある原組成饗上に通し、前記原組成物が前記重金属陽イオン錯fヒ基を 徐々に放出することを含む、前記ヨウ素を含有する液体からヨウ素を除去する方 法。
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