NIMS、放射能汚染水からヨウ素とストロンチウムを除去できる捕獲材を開発

物質・材料研究機構(NIMS)は、元素戦略材料センター資源循環設計グループのSherif El-Safty主幹研究員が、メゾポーラス材料と呼ばれる多孔質材料を用いて水溶液中に存在するごく微量のヨウ素(I)およびストロンチウム(Sr)を選択的に吸着・除去できる捕獲材を開発したことを発表した。

従来の吸着材では周期表で上下に並んだ同じ族になる物質をも同等に吸着するものが多く、ヨウ素では塩素(Cl)、ストロンチウムではマグネシウム(Mg)やカルシウム(Ca)という海水などに大量に含まれる成分との区別がつかなくなる場合も多かった。今回開発した捕獲材は、目的の元素と他の物質とを厳密に識別して捕獲することができ、ミネラル分や海水の混じった水溶液中からもヨウ素やストロンチウムの除去が可能である。という

同捕獲材は高秩序メソポーラス材料(HOM:highly ordered meso-porous monolith)と呼ばれるシリカの多孔質体で、表面には高秩序で整列した微細な孔が無数に存在しており、これによりHOM-捕獲体(HOM-capter)を形成、適切な表面活性状態をつくることで多様な吸着化学物質を担持できるため、特定のイオンに選択性のよい吸着化学物質を用いることができる。そのため、研究では、ナノサイズの孔の内壁に、ヨウ素イオンもしくはストロンチウムイオンを選択的に捕獲する吸着性化合物を敷きつめ、汚染水に混ぜることでヨウ素イオンまたはストロンチウムイオンを選択的に捕獲することに成功した。

捕獲材の孔の内壁に敷いた吸着性化合物は、高密度かつ強固に担持されているため、微量のイオンを高速で捕獲することが可能。ヨウ素では0.001ppm、ストロンチウムでは0.5ppmの捕獲が可能であるほか、担持が強固であるため、イオンを逆抽出で離脱させて濃縮し、HOM-capterを繰り返し使用することもできる。また、イオン捕獲時に呈色反応を示す官能基を用いれば色彩が変化し、目視によるイオン検出も可能になるという。

このイオン捕獲メカニズムは化学的作用であるため、原理的には化学的性質が同等のI¹³¹やSr⁹⁰のような放射性同位元素も同じように吸着、捕獲することができ、ヨウ素用捕獲材1gあたり0.02gのヨウ素が吸着除去でき、これがすべてI¹³¹だとすると90Tベクレルに相当するほか、ストロンチウム用捕獲材1gで吸着除去できるストロンチウム量は13mgであり、放射性Sr⁹⁰ならば65Gベクレルに相当するという。

また、捕獲材に捕獲されたヨウ素やストロンチウムは「逆抽出」という処理を行うことで捕獲材から分離することができることから、集めた放射性元素を濃縮し容積を減らして、より効果的に管理することも可能となるほか、捕獲材をくり返し再利用することも可能だ。

さらに、ヨウ素捕獲材ではヨウ素を吸着すると捕獲材の色が変化するため捕獲が有効に行われていることを目視で確認できるだけでなく、放射性ヨウ素の検出にも使用することができる。一方のストロンチウムについては、呈色反応のスペクトル変化が可視領域では乏しいためヨウ素と比べて検出・確認が容易ではないことから、同氏は今後、より広いスペクトル域での検討を進め、極微量域からの捕獲や離脱の状態を検出・確認しながら捕獲除去が進められるようなHOM-捕獲体のさらなる開発を進めていきたいとするほか、今後は他機関と連携して放射線環境での劣化試験などを行ない、早期の実用化を目指したいとしている。