JPS626849B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、新規なウラン吸着材、さらに詳しく
いえば、特殊な方法で製造された繊維状結晶性二
酸化チタンから成るウラン吸着材に関するもので
ある。 近年、石油資源の枯褐化とともに原子力エネル
ギーの利用が世界的に問題となつてきている。そ
のため海水中に多量に存在するウランがエネルギ
ー源として注目されるようになつた。 海水中には、安定な炭酸ウラニルとして約
3ppb程度の濃度でウランが含まれているが、こ
れを回収するには吸着能と選択性の優れた吸着材
が必要である。この吸着材は、長期間、多量の海
水と接触するため海水に対して抵抗性を有し、取
扱いや再生が容易で、かつ安価で大量に入手しう
るものでなければならない。 これまで、このような要件を備え、実用的に興
味ある吸着材として、二酸化チタン水和物系ある
いはこれと活性炭とを組み合わせた複合系のもの
が研究されているが、これらの二酸化チタン水和
物系の吸着材は粉末状であるため取扱いにくいと
いう欠点がある。 このような欠点を克服する目的で、二酸化チタ
ン水和物を酸化鉄と共沈させて、磁性を有する吸
着材とし、磁気分離により使用後の吸着材の回収
をはかることや、粒状化して取扱いやすくするこ
とが提案されている。 しかしながら、この吸着材は磁性が増大すると
ともに吸着能力を減じる傾向があり、また磁気分
離に際しては多量のエネルギーを必要とするし、
他方、粒状化した場合、粒径が大きくなるとウラ
ン吸着能力が著しく低下し、また成形圧力を高く
すると機械的強度は増すが、吸着性を減じるとい
う問題点を伴うため、まだ実用上満足しうるもの
は得られていない。 本発明者らは、このような従来の吸着剤の欠点
を克服し、ウランに対する吸着性や選択性が良好
であり、耐久性に富み、かつ取扱いの容易な吸着
材を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、特殊な方
法で得られる繊維状結晶の二酸化チタンによりそ
の目的を達成しうることを見出いだし、この知見
に基づいて本発明をなすに至つた。 すなわち、本発明は、二酸化チタンの繊維状結
晶から成るウラン吸着剤を提供するものである。 この吸着材を構成する二酸化チタンの繊維状結
晶は、チタン酸アルカリ金属塩の繊維状結晶を酸
処理し、アルカリ金属酸化物を溶出したのち、
200℃未満の温度で乾燥することによつて得られ
る二酸化チタン水和物を、次いで200〜700℃の温
度で加熱処理することによつて製造することがで
きる。 この際、原料として用いるチタン酸アルカリ金
属塩は、一般式 M₂O（TiO₂）_o （式中Ｍはアルカリ金属であり、ｎは１〜５の数
を示す） で表わされる化合物であり、例えば二酸化チタン
の粉末と、アルカリ金属酸化物又は焼成によりア
ルカリ金属酸化物に変化するもの、例えばアルカ
リ金属炭酸塩の粉末とを加熱溶融し、これを急冷
して繊維状に結晶化させることにより、製造する
ことができる。このような溶融法のほか、フラツ
クス法、焼成法、水熱法などによつて製造するこ
ともできる。 このようにして得られた繊維状結晶は通常塊状
になつているがこれを水で洗浄し、不純分を除く
ことにより繊維状に分離させることができる。 このチタン酸アルカリ金属塩の例としては、チ
タン酸ナトリウム、チタン酸カリウム、チタン酸
ルビジウム、チタン酸セシウムなどを挙げること
ができるが、繊維化が容易で、酸による抽出処理
がしやすく、かつ安価である点を考慮すればチタ
ン酸カリウムが最も好ましい。また前記の一般式
中のｎは１〜５の範囲であるが、長繊維化可能
で、酸によるアルカリ金属の溶出がよく、吸着能
力の高い吸着材を与えるという点で、特に２〜４
の範囲のものが好ましい。 特に好適なチタン酸アルカリ金属塩は、式K₂O
（TiO₂）₄に相当するチタン酸カリウムである。 本発明方法における前記のチタン酸アルカリ金
属塩の酸処理は、その繊維状結晶を、無機酸例え
ば硫酸、塩酸、硝酸、リン酸など又は有機酸例え
ばトリクロロ酢酸、メタンスルホン酸などに浸せ
きし、その中のアルカリ金属成分を溶出させるこ
とによつて行われる。このようにして、一般式 TiO₂・mH₂O （式中のｍは３以下の数） に相当する二酸化チタン水和物が、繊維状結晶と
して得られる。 このようにして得られた二酸化チタン水和物
を、反応液中から分離し、さらにこれを200〜700
℃の温度で加熱処理し、アナターゼ型の二酸化チ
タンに変える。この加熱処理は200〜700℃の範囲
の範度で行うことが必要であり、この温度よりも
低いと脱水が十分に行われないし、また700℃よ
りも高い温度ではアナターゼの結晶化が著しく進
行し、900℃以上ではルチルへ相転移して活性が
低下する。 このように加熱処理を施すことにより、ウラン
の吸着能力は著しく向上する。これは、分子内の
水成分が除かれる際に層状構造が破壊され活性が
発現するためであると考えられる。この際の加熱
温度は高くなるほどウラン吸着能力は増加する
が、700℃を超えると急激に活性が低下する。 このようにして得た本発明の吸着材を用いて海
水又は希薄溶液中のウランを吸着するには、この
吸着材と海水又は希薄溶液とを十分に接触させれ
ばよい。この接触は、固定床方式、流動床方式、
沈降分離方式などの任意の方式で行うことができ
る。 本発明のウラン吸着材は、従来のチタン系吸着
材に匹敵する若しくはそれよりも大きいウラン吸
着容量を有し、また繊維状で特に粒状に加工する
必要がないため造粒による吸着能力の低下がない
という利点を有している。さらに、本発明のウラ
ン吸着材は、結晶体から成るため、化学的に安定
で、耐久性を有し、脱着、再生を簡単に行うこと
ができ、循環再使用が可能である。そして、その
吸着能力はウランに対して特異的に作用し、マグ
ネシウムやカルシウムに対しては著しく低いとい
う特徴も有している。 したがつて、本発明のウラン吸着剤は、海水、
ウラン製錬排水のようなウラン含有希薄溶液から
ウランを回収するための吸着材として好適であ
る。 次に実施例により本発明をさらに詳細に説明す
る。 実施例 １ 二酸化チタンと炭酸カリウムとの粉末をモル比
で２：１の割合に混合したもの約45ｇを100ml容
白金るつぼに入れ、1100℃で30分間、加熱溶融し
たのち、底部を水冷している金属製の別容器に注
いで急冷し、結晶性繊維状のチタン酸カリウムの
塊状物を調製した。次いでこれを水中に約１時間
浸せきし、未反応K₂O成分を溶出させ、塊状物を
解繊して直径0.1〜0.5mm、長さ約５mm（平均値）
の繊維を得た。このものは偏光顕微鏡及びＸ線回
折の観察から結晶度の低い結晶体であることがわ
かつた。次いでこの繊維を1N−鉱酸水溶液100ml
中に10ｇの割合で約１〜２時間浸せきし、この溶
液をかきまぜながらK₂O成分を抽出したのち、水
洗し、風乾して二酸化チタン水和物の繊維を得
た。このものは、偏光顕微鏡で観察すると干渉色
を示し、銅対陰極とするそのＸ線回折図は２θが
10゜、11゜、25.6゜、28゜及び48.5゜付近に比較
的ブロードであるがピークを示した。これらのこ
とから、得られた二酸化チタン水和物の繊維は結
晶体であることが分る。 次に、このようにして得た繊維状二酸化チタン
水和物を120℃(1)、250℃(2)又は300℃(3)の温度で
加熱脱水し、結晶性繊維状二酸化チタンを製造し
た。 この繊維状二酸化チタン約50mgを海水２を入
れたビーカに約５日入れウランを吸着させた。こ
の際、海水は一日に２回（朝と夜）取り替えた。
所定時間経過後、繊維状二酸化チタンを別し、
洗浄したのち乾燥し、1N−NaHCO₃・Na₂CO₃の
沸騰溶液中に１時間おいてウランを脱離させ、該
溶液中のウランをけい光法で測定した。この結果
を次表に示す。 なお比較のために、チタン−活性炭複合吸着材
をポリビニルアルコールをバインダーとして造粒
したもの(4)について同様の方法でウランの吸着、
測定を行つた結果も同様に次表に示す。 【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 二酸化チタンの繊維状結晶から成るウラン吸
   着材。 ２ チタン酸アルカリ金属の繊維状結晶を酸処理
   して、二酸化チタン水和物の繊維状結晶を生成さ
   せ、次いでこれを分離し200〜700℃の温度におい
   て加熱処理して二酸化チタンとすることを特徴と
   する二酸化チタンの繊維状結晶から成るウラン吸
   着材の製造方法。