바카라 커뮤니티 (Nomaguchi Ari 회장) (이하 "AIST")Nanosystems Research Division[연구 부서 이사 Yase Kiyoshi] Kawamoto Toru, Tanaka Toru의 연구 그룹 책임자, 최고 연구원,Durga ParajuliAIST 특별 연구원들은 바카라 꽁 머니의 세슘을 저농도의 산성 수용액으로 추출하는 기술을 개발했습니다 추출 된 세슘Prussian Blue나노 입자 흡착제로 제품을 수집하면 총 방사성 폐기물의 총량이 줄어들 것으로 예상됩니다
2011 년 3 월 11 일에 도호쿠 태평양 해양 지진에 대한 응답으로 발생한 도쿄 전력 회사의 사고로 인한 다양한 지역에서Radior Cesium감지되었으며, 다량의 오염 된 바카라 꽁 머니의 처리는 도전 중 하나입니다 고농도의 산을 사용하여 바카라 꽁 머니에서 방사성 세슘을 추출 할 수있는 것으로 이미 알려져 있지만, 흡수성, 흡착제가있는 추출 된 방사성 세소의 비효율적 인 회복, 산 재사 및 고가의 비효율적 인 회복과 같은 많은 문제가 있습니다
이번에는 바카라 꽁 머니의 중량에 사용되는 수성 산 용액의 중량비 (고체-액체 비율)를 증가시켜 200 ℃의 고온에서 처리하여 대부분의 세슘 이온을 저농도의 수성 산 용액으로 추출 하였다 또한, 추출 된 세슘 이온은 바카라 꽁 머니의 1/150 무게의 프러시아 블루 나노 입자 흡착제를 사용하여 성공적으로 회복되었다 또한 바카라 꽁 머니의 추출을 흡착제를 사용한 회복과 결합함으로써 추출이보다 효율적으로 달성 될 수 있음을 발견했다 앞으로 우리는 파트너 회사를 모집하고 데모 테스트를 진행할 계획입니다
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그림 : 바카라 꽁 머니으로부터의 세슘 이온 추출 및 프러시아 블루 나노 입자 흡착제 (왼쪽)를 사용한 세슘 이온의 회복의 개략도 바카라 꽁 머니으로부터의 세슘 이온 추출 속도의 온도 의존성 (오른쪽)
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2011 년 3 월 11 일 태평양의 도호쿠 지역에서 발생한 도쿄 전력 회사의 후쿠시마 다이 이치 (Fukushima Daiichi) 원자력 발전소의 방사성 재료 누출로 인해 많은 방사성 재료가 환경에 방출되어 주요 사회적 문제가 발생했습니다 방사 된 방사성 물질은 주로 요오드 131, 세슘 134 및 세슘 137입니다 그러나 요오드 131은 ISHalf Life8 일에 짧으므로 약 2 년의 반감기를 가진 두 가지 유형의 세슘 134와 약 30 년의 반감기를 가진 세슘 137은 장기적으로 문제가 될 두 가지 유형이라고 생각됩니다 이를 인위적으로 중화하기가 어렵고 반대 측정으로 생활 환경에서 방사성 세소를 제거하고 제어 된 지역에 포함해야합니다
현재, 그것은 방사성 세슘으로 오염 된 바카라 꽁 머니입니다오염 제거방법으로서, 그것은 높은 농도의 방사성 세슘으로 지표 바카라 꽁 머니을 제거하는 것으로 간주되지만, 처리 해야하는 바카라 꽁 머니의 양은 매우 큽니다 독립 행정 기관인 농업 및 식품 산업 기술 연구소 (Agriculture and Food Industry Technology Research Institute)가 2011 년 6 월에 실시한 농업 토지 표면 바카라 꽁 머니 제거 테스트는 7 rs의 농업 토지 처리가 50 톤의 폐기물 바카라 꽁 머니을 생산 한 것으로 나타났습니다 경보 지역, 계획된 대피 구역 및 Fukushima Daiichi 원자력 발전소 주변의 비상 대피 준비 구역은 경고 지역에 포함 된 12 개 도시와 도시의 농업 토지 면적은 26,000 헥타르이며, 단순히 계산하면 1,800 만 톤 이상의 폐기물 바카라 꽁 머니이 생길 것입니다 통제 된 지역에 그러한 많은 양의 폐기물 바카라 꽁 머니을 포함하는 것은 실용적이지 않습니다 이러한 폐기물 바카라 꽁 머니을 줄이기 위해, 바카라 꽁 머니에서 흡착 된 방사성 세소가 큰 것으로 생각되는 작은 입자 크기를 가진 점토 미네랄 만 제거하고 제거하는 방법이 제안되었다 그러나 점토 함량이 높은 바카라 꽁 머니은 낮은 감소 효과와 같은 문제를 나타냅니다
흡착제 및 농축으로 흡착 된 제거 된 바카라 꽁 머니 또는 추출 된 점토 입자에서 방사성 세슘을 탈링함으로써, 방사성 폐기물을보다 효율적으로 감소시킬 수있다 또한, 세슘 이온을 폐기물 바카라 꽁 머니으로부터 탈퇴 할 수 있고 방사성 세슘 농도가 다양한 처리 표준에서 낮아질 수 있다면 간단한 처리 방법이 이용 가능하고 처리 비용의 현저한 감소가 예상됩니다 바카라 꽁 머니에서 방사성 세슘을 제거하는 방법으로서, 6 mol/L 농축 질산 또는 농축 염산을 사용하여 약 90 ℃로 가열함으로써 약 90%의 방사성 세슘이 바카라 꽁 머니에서 추출 될 수있다 그러나, 용기 선택을 포함하여 농축 질산과 염산은 다루기가 어렵고, 바카라 꽁 머니이 산으로 용리되고 산성 수용액을 재사용 할 수없는 비용 효율적인 도전도있다 세슘 흡착제는 종종 고농도 수성 산 용액에서 추출 된 세소 이온을 흡착하는 능력이 낮은 것으로 알려져있다 따라서, 낮은 농도의 산성 수용액으로 바카라 꽁 머니으로부터 방사성 세소를 쉽게 추출 할 수있는 방법에 대한 요구가있다
2011 년 3 월 도쿄 전력 회사 인 후쿠시마 다이히치 원자력 발전소에서 방사성 재료가 유출 된 후 AIST는 즉시이 문제를 해결하기위한 연구 및 개발을 시작했습니다 바카라 꽁 머니 오염과 관련하여, 우리는 바카라 꽁 머니에서 방사성 세슘 추출 기술을 개발하고 세슘 흡착제를 개발하는 것과 병렬로 노력해 왔습니다
세륨 흡착제의 개발과 관련하여, 우리는 Prussian Blue (2011 년 8 월 24 일에 AIST 언론의 애니메이션) 이번에는 낮은 농도의 산성 수용액을 사용하여 바카라 꽁 머니에서 세슘을 추출하는 기술을 개발했으며,이를 세슘 흡착제와 결합하여 추출 회복 시스템이 구성되었다고 결론을 내 렸습니다
이 연구 개발의 일부는 2011 년 과학 기술 전략 촉진 기금에서 수행되었습니다
낮은 농도의 산성 수성 용액을 사용하여 바카라 꽁 머니으로부터의 방사성 세슘 추출-복구 시스템의 개략도는도 1에 도시되어있다 바카라 꽁 머니은 낮은 농도의 수성 산 용액으로 세척하여 세륨 이온을 수성 산 용액으로 제거한다 수성 산 용액으로 추출 된 세슘 이온은 세슘 흡착제 인 프 러시안 블루 나노 입자를 사용하여 회수된다 산성 수용액은 농도가 낮으므로 바카라 꽁 머니 세정을 위해 재사용 할 수 있습니다 (그림 1 왼쪽) 또한,이 두 단계를 연결함으로써 연속 처리도 가능합니다 (그림 1의 오른쪽)
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그림 1 : 바카라 꽁 머니 회복 시스템에서 방사성 세소 추출의 개략도 (왼쪽) 배치 유형, (오른쪽) 연속 유형
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이 시스템을 실현하기 위해, 우리는 먼저 바카라 꽁 머니으로부터의 세륨 이온의 효율적인 추출을 조사했으며, 바카라 꽁 머니의 중량에 사용되는 수성 산 용액의 중량 비율을 증가시킴으로써 ( "고체-액체 비율"이라고 함), 시륨 이온이 효율적으로 추출 될 수 있고, 애케 산성을 증가시킬 수있다 고체-액체 비율이 증가함에 따라 산성 수용액의 양은 증가하지만, 산이 농도가 낮기 때문에 산성 수용액을 재사용 할 수 있고, 총 사용량은 제한적이다
일반적으로, 방사성 세슘 및 비 방사성 세슘의 화학적 거동은 유사한 것으로 생각되므로 바카라 꽁 머니에서 추출 된 비 방사성 세슘의 양을 수성 산 용액으로 평가하기로 결정했습니다 바카라 꽁 머니 샘플은 오염되지 않은 바카라 꽁 머니 (낮은 바카라 꽁 머니, 갈색 숲 바카라 꽁 머니)으로, 후쿠시마 현의 Iite Village의 들판에서 계획된 대피 지역으로 지정되었습니다 바카라 꽁 머니에 함유 된 비 방사성 세슘의 총량은 바카라 꽁 머니의 총 분해에 의해 결정되었고, 용액의 세슘 이온 농도를 측정하였고, 바카라 꽁 머니에 함유 된 비 방사성 세부의 총량은 23 ± 03 ppm으로 평가되었다 아래에 도시 된 바와 같이 추출 된 세슘 이온의 양은 추출 된 세슘 이온 양의 23 ppm의 세슘 이온 농도에 대한 비율로 계산되었다
도 2는 고체-액체 비율을 증가시킴으로써 추출 된 세슘 이온의 양의 증가를 보여준다 이것은 05 mol/L의 희석 질산이 사용될 때 추출 된 세소 이온의 양의 고체-액체 비율 의존성을 보여준다 산 농도가 일정하더라도 고체 액체 비율이 증가하면 세슘 이온의 추출 속도가 크게 향상된다는 것을 알 수 있습니다 이 과정은 예를 들어 12000Becquerel (BQ)/kg의 바카라 꽁 머니은 5000 bq/kg 미만으로 설정할 수 있으며, 이는 심기 제한의 현재 표준입니다 또한, 황산을 사용함으로써, 더 많은 양의 세슘 이온을 추출 할 수있다 05 mol/L의 희석 황산을 사용했을 때, 대략 88% 시륨 이온을 고체-액체 비율로 추출 할 수 있고 45 분 동안 액체 수준 95 ℃에서 추출 될 수있다 그러나, 질산 또는 황산이 용기의 내구성과 같은 시스템 요구 사항을 고려하여 실질적인 용어로 사용되는지 여부를 결정하는 것이 바람직하다
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그림 2 : IITE 마을 바카라 꽁 머니 및 05 mol/L의 희석 질산과 혼합 될 때 세슘 이온 추출량의 고체 비율 의존성 의존성의 의존성의 의존성 및 45 분 동안 95 ° C에서 맡겼습니다
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처리 온도를 더욱 증가시킴으로써, 거의 100% 세슘 이온을 추출 할 수있다 물의 끓는점은 100 ° C이지만 압력 용기에서 가열하면 더 높은 온도에서 처리 할 수 있습니다 무화과 도 3은 동일한 바카라 꽁 머니 및 05 mol/L 희석 질산을 고체-액체 비율로 200의 고체 비율로 혼합하고 추출 할 때 추출 된 세슘 이온의 양의 온도 의존성을 보여준다 200 ° C에서, 세슘 이온은 거의 완전히 추출 될 수있다 100%를 초과하는 추출 속도는 바카라 꽁 머니의 세소 이온의 양의 변화로 인한 오류로 생각됩니다
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그림 3 : Iite 마을의 바카라 꽁 머니 및 05 mol/L의 희석 질산이 200의 고체 액체 비율로 혼합되어 45 분 동안 남겨질 때 세슘 이온 추출량의 온도 의존성
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표 1에 도시 된 바와 같이, 세슘 이온의 거의 100%가 프러시아 블루 나노 입자를 사용하여 회수 될 수 있으며, 질산염이 산성 수용액에 용해 된 세슘 용액 및 바카라 꽁 머니으로부터 세륨 이온이 추출 된 용액으로부터 고농도의 산이 사용될 때, 수소 이온, 바카라 꽁 머니의 다른 이온 및 유기물이 대량으로 추출되어 세슘 흡착제의 흡착 기능을 감소 시키지만, 낮은 농도의 수성 산 용액을 사용하여 세움 흡착제로의 회복은 아무런 문제없이 만들 수 있습니다 흡착 효율의 지표로 알려진파티션 계수05 mol/L 수성 질산 용액을 갖는 세슘 이온을 추출함으로써 수득하였고, 약 890,000 mL/g의 높은 값이 얻어졌다 이것은 Cesium adsorbent로 알려져 있습니다Zeolite산이없는 수성 세소 용액으로부터 흡착되었다 한편, 5 mol/L의 질산 및 황산 수용액으로 세슘 이온을 추출한 용액에서, 값은 200-3000 mL/g만큼 낮았다 또한,이 실험에 사용 된 프러시아 블루 나노 입자의 양은 세슘 이온 추출로부터 바카라 꽁 머니의 양의 1/150이었으며, 이는 방사능 폐기물의 양이 1/150으로 감소 될 가능성을 나타낸다 이론적으로, 그것은 백만의 10 분의 1 미만일 수 있습니다
또한, 세슘 이온이 회복 된 후 산 용액의 산 농도가 있지만, 새로운 바카라 꽁 머니 세정에 다시 사용될 때 산 농도가 약간 감소되었지만, 어떤 문제도없이 사용할 수있었습니다 따라서, 산 농도 만 조정하여 산성 수용액이 반복적으로 사용될 수있을 것으로 예상된다
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표 1 : 프로이센 블루 나노 입자를 사용한 수성 산 용액으로부터의 세륨 이온 추출 시험 결과
황산 및 질산은 질산염이 수성 05 mol/l 산 용액에 용해 된 시체입니다
"황산 (포화)"및 "질산 (포화)"은 바카라 꽁 머니에서 세슘 이온을 추출하는 용액입니다
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또한, 바카라 꽁 머니에서 세슘 이온을 수성 산 용액으로 추출함으로써 세슘 이온의 회수와 프러시아 블루 나노 입자 흡착제와 함께 추출 된 세슘 이온의 양은 사용 된 수성 산 용액의 총량을 변화시키지 않으면 서 증가 할 수 있음을 발견 하였다 그림 1의 오른쪽에있는 연속 시스템을 사용하여 먼저 57g의 바카라 꽁 머니으로 채웠습니다열(고체-액체 비율 175) 9 시간의 물 흐름 후, 추출 속도는 305%의 고원에 도달했다 이어서, 수성 산 용액을 불용성 프러시아 블루 나노 결정으로 채워진 컬럼을 통과 시켰고, 수성 산 용액에서 거의 100% cesium을 제거한 후, 물을 다시 바카라 꽁 머니으로 채워진 컬럼을 통과 시켰고, 추출 속도는 401%로 향상되었다 이것은 바카라 꽁 머니으로부터의 세슘 추출이 고체-액체 비율 및 고온 처리를 증가시키는 것 외에도 흡착제를 공정에 흡착제로 제거함으로써 더 효과적 일 수 있음을 시사한다
우리는 처리 온도 최적화, 산 농도 등과 같은 기술을 계속 향상시키고 바카라 꽁 머니 부피에 사용되는 프러시아 블루의 양을 더욱 감소시킬 것입니다 또한이 기술을 사용함으로써 우리는 다양한 파트너 회사를 모집하여 후쿠시마 현 및 기타 지역의 오염 된 바카라 꽁 머니 및 기타 지역을 오염시키고 실질적인 사용을 목표로하는 데모 테스트를 수행하고자합니다 또한, 우리는 바카라 꽁 머니 정제에 종종 사용되는 가열 증기를 사용하여 효율적인 세소 이온 탈착을 고려할 것이며, 바카라 꽁 머니뿐만 아니라 다른 오염 물질의 오염 물질화에서 슬러지 및 소각 재와 같은 다른 오염 물질의 사용을 고려할 것입니다