JP6028545B2 - How to recover cesium - Google Patents
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Description
本発明は、プルシアンブルーのナノ粒子を用いたセシウムの回収方法に係り、特に水中に溶解した放射性セシウムの回収に好適な方法に関する。 The present invention relates to a method for recovering cesium using Prussian blue nanoparticles, and more particularly to a method suitable for recovering radioactive cesium dissolved in water.
水中に溶解した放射性セシウムを回収する方法として、吸着材で回収する手法が挙げられる。現在、ゼオライトをはじめとする、さまざまな材料が吸着材として検討され、一部は実際の除染現場で使用されている。吸着材は、除染後の廃棄物量が少ないものとなるように、セシウムを大量に吸着することができる高い吸着能を有することが望ましい。また、環境中には、放射性セシウムより他の金属イオンが遥かに多量に存在するため、吸着材には、セシウムだけを吸着する選択性の高い吸着能を有することが求められる。 As a method of recovering radioactive cesium dissolved in water, a method of recovering with an adsorbent can be mentioned. At present, various materials including zeolite are studied as adsorbents, and some are used in actual decontamination sites. It is desirable that the adsorbent has a high adsorbing ability capable of adsorbing a large amount of cesium so that the amount of waste after decontamination is small. In addition, in the environment, a much larger amount of other metal ions than radioactive cesium is present, so the adsorbent is required to have a highly selective adsorption ability for adsorbing only cesium.
都市ごみ焼却飛灰からはセシウムが水に溶出しやすいことが報告されている。純水中の放射性セシウムイオンをよく吸着することで知られているベントナイトの焼却灰洗浄水からのセシウム吸着能力は、純水に対するそれに比べて大幅に低く、100分の1程度である(環境省第5回災害廃棄物安全評価検討会資料)。この理由の1つとして、ベントナイトが、セシウムだけでなく、焼却灰洗浄水中の他のイオンも吸着することが挙げられる。 It has been reported that cesium tends to elute into water from municipal waste incineration fly ash. The ability to adsorb cesium from incinerated ash washing water of bentonite, which is well known to adsorb radioactive cesium ions well in pure water, is significantly lower than that of pure water, about 1/100 (Ministry of the Environment) (Fifth Disaster Waste Safety Evaluation Review Material). One reason for this is that bentonite adsorbs not only cesium but also other ions in the incinerated ash washing water.
セシウムの高効率回収が可能な高選択性セシウム吸着材の候補として、プルシアンブルーが挙げられる。プルシアンブルーはチェルノブイリ原子力発電所事故の際に、牛乳中のセシウム低減のために家畜に投与されたことがある。 Prussian blue is a candidate for a highly selective cesium adsorbent capable of highly efficient recovery of cesium. Prussian blue has been given to livestock during the Chernobyl nuclear power plant accident to reduce cesium in milk.
プルシアンブルーがセシウム選択吸着特性を有する理由は、セシウムイオンの水和半径がプルシアンブルーの内部空孔のサイズに合致するためであると考えられている。 The reason why Prussian blue has cesium selective adsorption properties is considered to be because the hydration radius of cesium ions matches the size of the internal pores of Prussian blue.
特許文献1には、プルシアンブルーのナノ粒子よりなる放射性セシウム吸着材とそれを用いた放射性セシウムの分離方法が記載されている。 Patent Document 1 describes a radioactive cesium adsorbent composed of Prussian blue nanoparticles and a method for separating radioactive cesium using the same.
また、本出願人より、プルシアンブルーナノ粒子を用いた放射性セシウム除染について発表がなされている(平成23年8月24日、平成23年8月31日、産総研プレス発表)。このセシウム吸着材用プルシアンブルーナノ粒子の一次粒径を粉末X線回折の結果から推定したところ5〜10ナノメートル(nm)であった。また、電子顕微鏡像からも一次粒径は10nm程度であることが認められた。一般に、比表面積が大きくなると、吸着能は増すと考えられている。60μm程度に造粒したナノ粒子吸着材のBET法によって求めた比表面積は、390m2/gであり、従来のプルシアンブルーとして報告されている値(100m2/g程度)よりもかなり大きい。 In addition, the present applicant has made a presentation on radioactive cesium decontamination using Prussian blue nanoparticles (August 24, 2011, August 31, 2011, AIST press release). It was 5-10 nanometers (nm) when the primary particle diameter of this Prussian blue nanoparticle for this cesium adsorbent was estimated from the result of the powder X-ray diffraction. Moreover, it was recognized from an electron microscope image that the primary particle size is about 10 nm. In general, it is believed that the adsorption capacity increases as the specific surface area increases. The specific surface area determined by the BET method of the nanoparticle adsorbent granulated to about 60 μm is 390 m 2 / g, which is much larger than the value (about 100 m 2 / g) reported as a conventional Prussian blue.
上記の通り、プルシアンブルーのナノ粒子は、セシウムの吸着量が多く、またセシウムの選択的吸着性にも優れており、このプルシアンブルーナノ粒子をセシウム含有水中に供給すると、セシウムイオンが選択的に且つ急速にプルシアンブルーナノ粒子に吸着される。従って、放射性セシウムイオンを吸着したプルシアンブルーナノ粒子を水から分離すれば、放射性セシウムで汚染された水を除染することができる。ところが、このプルシアンブルーナノ粒子は、ナノサイズであるため、固液分離処理が容易ではない。 As described above, Prussian blue nanoparticles have a large amount of cesium adsorption and are excellent in selective adsorption of cesium. When these Prussian blue nanoparticles are supplied into cesium-containing water, cesium ions are selectively absorbed. And it is rapidly adsorbed on Prussian blue nanoparticles. Therefore, if the Prussian blue nanoparticles having adsorbed radioactive cesium ions are separated from water, the water contaminated with radioactive cesium can be decontaminated. However, since the Prussian blue nanoparticles are nano-sized, solid-liquid separation processing is not easy.
また、放射性セシウムイオンを吸着したプルシアンブルーナノ粒子を減容する技術が求められている。 There is also a need for a technique for reducing the volume of Prussian blue nanoparticles that have adsorbed radioactive cesium ions.
本発明は、放射性セシウムの除染を容易かつ効率的に行い、しかも廃棄物量が著しく少量となるセシウムの回収方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for recovering cesium that easily and efficiently decontaminates radioactive cesium, and further reduces the amount of waste.
本発明のセシウムの回収方法は、セシウムイオンを含有する被処理液にプルシアンブルーのナノ粒子を添加し、セシウムイオンを該プルシアンブルーナノ粒子に吸着させる吸着工程と、その後、このプルシアンブルーナノ粒子含有液を、濾材上にプルシアンブルーナノ粒子の付着堆積物層を有する濾過手段によって濾過する濾過工程とを有する。 The method for recovering cesium of the present invention includes an adsorption step in which Prussian blue nanoparticles are added to a liquid to be treated containing cesium ions, and cesium ions are adsorbed on the Prussian blue nanoparticles, and then the Prussian blue nanoparticles are contained. Filtering the liquid by a filtering means having a deposited layer of Prussian blue nanoparticles on the filter medium.
本発明では、前記プルシアンブルーナノ粒子含有液を前記濾材に循環通液して該濾材上に前記付着堆積物層を形成することが好ましい。 In the present invention, it is preferable to circulate the Prussian blue nanoparticle-containing liquid through the filter medium to form the attached deposit layer on the filter medium.
前記吸着工程の後、前記プルシアンブルーナノ粒子含有液を遠心分離して沈降分と上澄分とに分離し、この上澄分を前記濾材に循環通液して該濾材上に前記付着堆積物層を形成してもよい。この場合、該沈降分を前記吸着工程に返送することが好ましい。 After the adsorption step, the Prussian blue nanoparticle-containing liquid is centrifuged to separate a sediment and a supernatant, and the supernatant is circulated through the filter medium to deposit the deposited deposit on the filter medium. A layer may be formed. In this case, it is preferable to return the sediment to the adsorption step.
プルシアンブルーナノ粒子の1次粒子の粒径は50nm以下であることが好ましい。 The primary particle size of the Prussian blue nanoparticles is preferably 50 nm or less.
前記濾材としては合成樹脂繊維の織布が好ましい。この場合、該織布の通気度は0.1〜5cm3/cm2・secであることが好ましい。 The filter medium is preferably a synthetic resin fiber woven fabric. In this case, the air permeability of the woven fabric is preferably 0.1 to 5 cm 3 / cm 2 · sec.
セシウムイオンを含有する被処理液にプルシアンブルーナノ粒子を添加すると、セシウムイオンが速やかにプルシアンブルーナノ粒子に吸着される。このセシウムイオンを吸着したプルシアンブルーナノ粒子を含む液をプルシアンブルーナノ粒子の付着堆積物層を有する濾材で濾過する。プルシアンブルーナノ粒子は、粒径が極めて小さく、濾材単独では殆ど濾別されないが、プルシアンブルーナノ粒子の付着堆積物層には十分に捕捉される。 When Prussian blue nanoparticles are added to the liquid to be treated containing cesium ions, the cesium ions are quickly adsorbed on the Prussian blue nanoparticles. The liquid containing Prussian blue nanoparticles having adsorbed cesium ions is filtered with a filter medium having an attached deposit layer of Prussian blue nanoparticles. Prussian blue nanoparticles have a very small particle size and are hardly separated by the filter medium alone, but are sufficiently trapped in the deposited layer of Prussian blue nanoparticles.
プルシアンブルーナノ粒子含有液を付着堆積物層を有した濾過手段に循環通液することにより、プルシアンブルー濃度が著しく低い、濾過処理水が得られる。プルシアンブルーナノ粒子は、セシウムの選択的吸着特性に著しく優れるので、この濾過処理水中の放射性セシウム濃度は著しく低いものとなる。 By circulating the Prussian blue nanoparticle-containing liquid through a filtration means having an attached deposit layer, filtered water having a significantly low Prussian blue concentration can be obtained. Since Prussian blue nanoparticles are remarkably excellent in the selective adsorption property of cesium, the concentration of radioactive cesium in the filtered water is remarkably low.
付着堆積物層は、プルシアンブルーナノ粒子含有液を濾材に通液することにより、比較的粒径の大きい二次粒子が濾材上に付着堆積して形成される。即ち、プルシアンブルーナノ粒子は、粒径が極めて小さく、濾材をほぼ素通り状に通過するが、一部の粒径の大きい二次粒子は濾材に捕捉される。そして、通液を継続すると、それよりも粒径の小さい粒子も徐々に捕捉されるようになり、プルシアンブルーナノ粒子の捕捉量が徐々に増加して遂には濾材上にプルシアンブルーナノ粒子の付着堆積物層が形成される。この付着堆積物層によれば、粒径の小さいプルシアンブルーナノ粒子が効率よく捕捉される。 The adhesion deposit layer is formed by passing and depositing the Prussian blue nanoparticle-containing liquid through the filter medium, so that secondary particles having a relatively large particle diameter adhere and deposit on the filter medium. That is, the Prussian blue nanoparticles have a very small particle size and pass through the filter medium almost through, but some of the secondary particles having a large particle size are trapped by the filter medium. When the liquid flow is continued, particles with a smaller particle diameter gradually become trapped, and the amount of Prussian blue nanoparticles trapped gradually increases. Finally, Prussian blue nanoparticles adhere to the filter medium. A deposit layer is formed. According to this deposit layer, Prussian blue nanoparticles having a small particle diameter are efficiently captured.
本発明では、プルシアンブルーナノ粒子含有液をまず遠心分離し、上澄分のみを付着堆積物層を有した濾過手段に通液することにより、濾過を効率よく行うことができる。遠心分離の沈降分については、プルシアンブルーにセシウム吸着容量が残っている場合、吸着工程に返送し、放射性セシウムの吸着に用いることができる。このようにすれば、放射性セシウムを高濃度に含んだプルシアンブルーナノ粒子が回収される。ただし、セシウム吸着容量が残っていても、再利用することなく、系外に取り出して保管してもよい。 In the present invention, the Prussian blue nanoparticle-containing liquid is first centrifuged, and only the supernatant is passed through a filtration means having an attached deposit layer, whereby filtration can be performed efficiently. About the sediment of centrifugation, when the cesium adsorption capacity remains in Prussian blue, it can return to an adsorption process and can be used for adsorption of radioactive cesium. In this way, Prussian blue nanoparticles containing a high concentration of radioactive cesium are recovered. However, even if the cesium adsorption capacity remains, it may be taken out of the system and stored without being reused.
本発明では、付着堆積物層を全く又は殆ど有しない濾材にこの上澄分を通液し、該濾材上に付着堆積物層を形成することが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the supernatant is passed through a filter medium having no or almost no deposit deposit layer to form the deposit deposit layer on the filter medium.
プルシアンブルーナノ粒子の付着堆積物層が厚く堆積した場合には、濾材を逆洗する。この逆洗排水を吸着工程に返送することにより、プルシアンブルーナノ粒子に多量の放射性セシウムを吸着させることができる。ただし、逆洗排水を遠心分離して放射性セシウム含有脱水ケーキとしてもよい。 If the deposited layer of Prussian blue nanoparticles deposits thickly, the filter medium is backwashed. A large amount of radioactive cesium can be adsorbed on Prussian blue nanoparticles by returning the backwash waste water to the adsorption step. However, the backwash waste water may be centrifuged to form a dehydrated cake containing radioactive cesium.
このようにして、本発明によると、プルシアンブルーナノ粒子に対し多量のセシウムを吸着させることができる。このプルシアンブルーナノ粒子はセシウム吸着量が多いので、原液(放射性廃液)に比べて量(体積)が著しく少ない。そのため、放射性セシウム吸着プルシアンブルーナノ粒子の保管が容易である。 Thus, according to the present invention, a large amount of cesium can be adsorbed to Prussian blue nanoparticles. Since this Prussian blue nanoparticle has a large amount of cesium adsorption, the amount (volume) is remarkably small compared to the stock solution (radioactive waste liquid). Therefore, storage of radioactive cesium adsorption Prussian blue nanoparticles is easy.
また、プルシアンブルーナノ粒子はセシウムの選択的吸着性に優れると共に、セシウム飽和吸着量も多いので、セシウムを選択的に高度に濃縮して回収することができると共に、処理水中のセシウム濃度は著しく低いものとなる。 In addition, Prussian blue nanoparticles are excellent in selective adsorption of cesium and have a large amount of saturated adsorption of cesium, so that cesium can be selectively concentrated and recovered at a high level, and the concentration of cesium in treated water is extremely low. It will be a thing.
以下、本発明について詳細に説明する。なお、以下の説明において、プルシアンブルーのナノ粒子を単にナノ粒子ということがある。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the following description, Prussian blue nanoparticles may be simply referred to as nanoparticles.
本発明方法で対象とする被処理液は、セシウム特に放射性セシウムを含有するものである。この被処理液としては、放射性物質で汚染された原子力発電所設備水、汚染地域の湖沼水、河川水、地下水、プール等の槽状体の貯留水のほか、除染排水、放射性物質汚染土壌の酸抽出水、廃棄物焼却灰の洗浄排水などが例示される。これらの被処理液は、セシウムのほかに各種の金属イオンや固形分を含んでいる。被処理液のセシウム濃度については特に制限はなく、100Bq/L程度の低濃度汚染水から10万Bq/L程度の高濃度汚染水まで処理可能である。 The liquid to be treated by the method of the present invention contains cesium, particularly radioactive cesium. The liquid to be treated includes nuclear power plant facilities contaminated with radioactive materials, lake water in contaminated areas, river water, ground water, pooled water such as pools, decontamination wastewater, and radioactive material contaminated soil. Examples include acid extraction water, waste incineration ash washing waste water, and the like. These liquids to be treated contain various metal ions and solids in addition to cesium. The cesium concentration of the liquid to be treated is not particularly limited, and it can be processed from a low concentration contaminated water of about 100 Bq / L to a high concentration contaminated water of about 100,000 Bq / L.
プルシアンブルーナノ粒子の添加によるセシウム吸着処理に先立って、被処理液から濾過処理、遠心分離処理等によって固形物を除去しておくことが望ましい。放射性セシウムはイオン化して溶解しており、除去された固形物の付着放射性セシウム量は極く微量である。 Prior to the cesium adsorption treatment by adding Prussian blue nanoparticles, it is desirable to remove solids from the liquid to be treated by filtration, centrifugation, or the like. The radioactive cesium is ionized and dissolved, and the amount of attached radioactive cesium of the removed solid matter is very small.
このように必要に応じ固形物除去処理した被処理液に対しプルシアンブルーナノ粒子を添加し、セシウムを吸着させる。プルシアンブルーナノ粒子としては一次粒子径(平均粒径)が50nm以下であって、二次粒子径(凝集径)(平均粒径)が5nm〜1mm程度のものがセシウム吸着性能、付着堆積物層形成能から好ましいが、一次粒径が大きく二次粒径が10〜100μm程度の、顔料、所謂「紺青」等も使用可能である。(測定法(一次粒径):X線回折装置で測定、回折ピークから結晶格子径を算出して求めた値。測定法(二次粒径):レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置により測定した値。)
ナノ粒子のN2ガスを用いたBET法で測定した比表面積は150〜2500m2/g程度が吸着能力、取り扱い上望ましい。このプルシアンブルーナノ粒子の好適な組成については後述する。プルシアンブルーナノ粒子の添加量は、0.2〜10kg/m3特に1〜5kg/m3程度が好ましい。被処理液中のセシウム濃度が高いほど、上記の範囲内でプルシアンブルーナノ粒子の添加量を多くすることが好ましい。
As described above, Prussian blue nanoparticles are added to the liquid to be treated after the solid removal treatment as necessary, and cesium is adsorbed. Prussian blue nanoparticles having a primary particle diameter (average particle diameter) of 50 nm or less and a secondary particle diameter (aggregation diameter) (average particle diameter) of about 5 nm to 1 mm are cesium adsorption performance, and an attached sediment layer. Although preferable from the viewpoint of forming ability, pigments having a large primary particle size and a secondary particle size of about 10 to 100 μm, so-called “bitumen” or the like can also be used. (Measurement method (primary particle size): measured with an X-ray diffractometer, and a value obtained by calculating a crystal lattice diameter from a diffraction peak. Measurement method (secondary particle size): measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer Value.)
The specific surface area measured by the BET method using nano-particle N 2 gas is preferably about 150 to 2500 m 2 / g in terms of adsorption capacity and handling. A suitable composition of the Prussian blue nanoparticles will be described later. The amount of Prussian blue nanoparticles added is preferably about 0.2 to 10 kg / m 3, particularly about 1 to 5 kg / m 3 . As the cesium concentration in the liquid to be treated is higher, it is preferable to increase the amount of Prussian blue nanoparticles added within the above range.
プルシアンブルーナノ粒子のセシウム吸着速度は極めて大きいので、被処理液にプルシアンブルーナノ粒子を添加してから約0.1〜1hr以内に吸着が終了する。そこで、このナノ粒子添加水を好ましくはデカンタ等によって遠心分離し、沈降分と上澄分とに分離する。沈降分中のプルシアンブルーナノ粒子に十分な吸着容量が残っている場合には、吸着工程に戻して再利用(被処理液に添加)するのが好ましい。プルシアンブルーナノ粒子が飽和吸着に近い状態になっている場合には、沈降分を系外に取り出し、保管する。 Since the Prussian blue nanoparticles have a very high cesium adsorption rate, the adsorption is completed within about 0.1 to 1 hr after the Prussian blue nanoparticles are added to the liquid to be treated. Therefore, the nanoparticle-added water is preferably centrifuged by a decanter or the like, and separated into a sediment and a supernatant. When a sufficient adsorption capacity remains in the Prussian blue nanoparticles in the sediment, it is preferable to return to the adsorption step and reuse (add to the liquid to be treated). If Prussian blue nanoparticles are close to saturated adsorption, the sediment is taken out of the system and stored.
この遠心分離による上澄分を濾過工程に供する。この濾過工程では、上澄分を濾材に通液して透過させる。好ましくは、上澄分を循環させて濾過する。なお、遠心分離は必須ではなく、プルシアンブルーナノ粒子の添加液をそのまま濾過工程に供してもよい。 The supernatant from this centrifugation is subjected to a filtration step. In the filtration step, the supernatant is passed through the filter medium. Preferably, the supernatant is circulated and filtered. Centrifugation is not essential, and the additive solution of Prussian blue nanoparticles may be directly used in the filtration step.
この濾過のシステムの一例を図1に示し、処理フローの一例を図2に示す。タンク1内の液(プルシアンブルーを添加した液又はそれを遠心分離した上澄分)は、配管2、ポンプ3によって送液され、流入口4から濾過器5のシェル(外殻)6内に流入する。該シェル6内には、多数の孔8aを有した筒状支持体8と、該筒状支持体8の外周を取り巻く濾材7とが設置されている。筒状支持体8としては、パンチングプレートよりなるもの、ロッドを縦及び周方向に配置した格子状のもの等を用いることができるが、これらに限定されない。
An example of this filtration system is shown in FIG. 1, and an example of the processing flow is shown in FIG. The liquid in the tank 1 (the liquid added with Prussian blue or the supernatant obtained by centrifuging it) is fed by the
濾材7としては、多孔質の布、シート又はフィルムよりなるものが好適であり、中でも、0.5〜1.2mm特に0.9〜1mm程度の厚さの合成樹脂の繊維の織布が好適である。合成樹脂としては、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレンなどを用いることができるが、これに限定されない。織布の織りとしては、平織、朱子織、綾織などが例示されるが、これに限定されない。織布の通気度は0.1〜5cm3/cm2・sec特に0.3〜1.3cm3/cm2・sec程度が好適である。
The
液は、濾材7、孔8aを通って筒状支持体8内に流入し、次いで連通口9を通過してヘッダー室10に流入し、流出口11及び配管12を経てタンク1に返送される。
The liquid flows into the cylindrical support 8 through the
濾過運転の開始当初は、付着堆積物層Mは形成されておらず、液中のプルシアンブルーナノ粒子の大部分は濾材7を素通り状に通過するが、一部の比較的粒径の大きい二次粒子が濾材7に捕捉され、次第にその捕捉量が増大し、これに伴って比較的小粒径の粒子も捕捉されるようになり、遂には付着堆積物層Mが形成される。付着堆積物層Mが形成されると、粒径の小さいプルシアンブルーナノ粒子も付着堆積物層Mに捕捉され、付着堆積物層Mの厚さが大きくなる。なお、濾過工程からの液を遠心分離してから濾過する場合には、遠心分離なしに直に濾過する場合に比べて、濾材7として目開きの小さいものを用いることが好ましい。
At the beginning of the filtration operation, the deposited sediment layer M is not formed, and most of the Prussian blue nanoparticles in the liquid pass through the
濾材7に付着した付着堆積物層Mの厚さが所定以上になった場合には、濾過器5への液の導入を停止し、水又は空気等の気体で濾材7を逆洗する。水又は空気等を図示しない逆洗ラインによってヘッダー9に供給すると、濾材7に付着していた付着堆積物層が剥離し、シェル6内を落下する。底部の排出弁15を開とすると、排出口14から付着堆積物層を含んだスラリーが流出する。このスラリー中のプルシアンブルーナノ粒子の残存吸着容量が多いときには、このスラリーをセシウム吸着工程に返送する。プルシアンブルーナノ粒子のセシウム吸着量が飽和吸着に近い場合や、セシウム吸着量の少ないプルシアンブルーを保管する場合などには、吸着工程のスラリーを遠心分離処理し、脱水ケーキとし、保管容器等に収容して保管する。
When the thickness of the deposit layer M attached to the
セシウムを吸着したプルシアンブルーナノ粒子の保管には、ステンレス等の耐食性材料よりなる密閉容器を用いるのが好ましく、密閉容器への自動充填も可能である。 For storage of Prussian blue nanoparticles adsorbed with cesium, it is preferable to use a sealed container made of a corrosion-resistant material such as stainless steel, and automatic filling into the sealed container is also possible.
濾材7の逆洗が終了した後、濾過器5に液を循環通液する。この場合も、通液を開始するとまず粒径の大きい二次粒子が濾材7に捕捉されて付着堆積物層Mが形成され、その後、粒径の小さいプルシアンブルーナノ粒子も捕捉され、付着堆積物層Mの層厚が大きくなる。
After the backwashing of the
なお、実際のタンク1の容積は濾過器5の容積よりも大きいので、タンク1に対し複数、例えば2個の濾過器5を並列に接続し、一部の濾過器5で濾過を行っているときに他の濾過器で逆洗を行うようにするのが好ましい。
In addition, since the actual volume of the tank 1 is larger than the volume of the
タンク1から配管2、濾過器5、配管12を経て循環している液中のプルシアンブルーナノ粒子濃度が所定濃度以下となったときには、濾過処理水を流出口16を通して系外に取り出す。
When the Prussian blue nanoparticle concentration in the liquid circulating from the tank 1 through the
なお、本発明では濾過助剤を用いてもよい。 In the present invention, a filter aid may be used.
図3は、プルシアンブルーの結晶構造を示すものである。プルシアンブルーは立方格子状であり、格子定数は約0.5nmである。水和したセシウムイオンは、この格子にほぼすっぽりと入り込む大きさであるため、プルシアンブルーはセシウムを選択的に吸着する。 FIG. 3 shows the crystal structure of Prussian blue. Prussian blue has a cubic lattice shape and a lattice constant of about 0.5 nm. Since the hydrated cesium ion has a size that almost completely enters this lattice, Prussian blue selectively adsorbs cesium.
プルシアンブルーをナノ粒子とすることにより、セシウムの吸着速度が大きくなる。また、プルシアンブルーナノ粒子の格子間隙に入り込んだセシウムイオンが粒子の芯部にまで拡散移動する距離が短いので、プルシアンブルーナノ粒子のほぼ全体がセシウムの吸着に利用され、速やかにほぼ飽和吸着状態となるまでセシウムを吸着させることができる。 By using Prussian blue as nanoparticles, the adsorption rate of cesium is increased. In addition, since the distance that cesium ions entering the lattice gap of Prussian blue nanoparticles diffuse and move to the core of the particles is short, almost all of the Prussian blue nanoparticles are used for adsorption of cesium, and quickly become almost saturated. Cesium can be adsorbed until
プルシアンブルーの化学式は、Fe(III)4[Fe(II)(CN)6]3で表わされるが、本発明で用いるプルシアンブルーは、結晶水を含んでいたり、一部の鉄イオンが他の金属、例えばバナジウム、クロム、マンガン、ルテニウム、コバルト、ロジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、亜鉛、ランタン、ユーロピウム、ガドリニウム、ルテチウム、バリウム、ストロンチウム、及びカルシウムからなる群より選ばれる一種または二種以上の金属で置換された、次式で表わされるプルシアンブルー型金属錯体であってもよい。
AxMA[MB(CN)6]y・zH2O
Aは陽イオンに由来する原子である。xは0〜2、yは1〜0.3、zは0〜20である。MA,MBは金属原子である。
The chemical formula of Prussian blue is represented by Fe (III) 4 [Fe (II) (CN) 6 ] 3 , but Prussian blue used in the present invention contains water of crystallization, or some iron ions may be One or two metals selected from the group consisting of metals such as vanadium, chromium, manganese, ruthenium, cobalt, rhodium, nickel, palladium, platinum, copper, silver, zinc, lanthanum, europium, gadolinium, lutetium, barium, strontium, and calcium It may be a Prussian blue-type metal complex represented by the following formula, which is substituted with a metal of more than one species.
A x M A [M B ( CN) 6] y · zH 2 O
A is an atom derived from a cation. x is 0 to 2, y is 1 to 0.3, and z is 0 to 20. M A, M B is a metal atom.
プルシアンブルーナノ粒子を製造するには、例えばフェロシアン化ナトリウム水溶液に硝酸鉄水溶液を等モルにて添加し、撹拌して反応させ、生成したプルシアンブルーを遠心分離によって沈降させ、次いで必要に応じ水、メタノール等で洗浄すればよい。ただし、プルシアンブルーの製造方法はこれに限定されない。沈殿物の1次粒子は、粒径50nm以下、例えば平均粒径が10〜20nmのナノ粒子である。なお、ナノ粒子の粒径は透過型電子顕微鏡の撮像から計測した値である。 In order to produce Prussian blue nanoparticles, for example, an aqueous solution of iron nitrate is added in an equimolar amount to an aqueous solution of sodium ferrocyanide, stirred and reacted, and the produced Prussian blue is precipitated by centrifugation, and then water is added as necessary. Wash with methanol or the like. However, the manufacturing method of Prussian blue is not limited to this. The primary particles of the precipitate are nanoparticles having a particle size of 50 nm or less, for example, an average particle size of 10 to 20 nm. The particle size of the nanoparticles is a value measured from an image taken with a transmission electron microscope.
吸着工程において被処理液に添加する場合、プルシアンブルーの飛散防止のために、分散液、スラリー、含水固形物などの形態で添加することが好ましいが、プルシアンブルーナノ粒子の乾燥物として添加してもよい。いずれの形態でプルシアンブルーを被処理液に添加しても、プルシアンブルーは直ちに液中に分散し、セシウムを吸着する。 When added to the liquid to be treated in the adsorption step, it is preferably added in the form of a dispersion, a slurry, a water-containing solid, etc., in order to prevent Prussian blue from scattering, but it is added as a dried product of Prussian blue nanoparticles. Also good. Even if Prussian blue is added to the liquid to be treated in any form, Prussian blue immediately disperses in the liquid and adsorbs cesium.
[実施例1]
<プルシアンブルーナノ粒子の調製>
フェロシアン化ナトリウム・10水和物14.5gを水60mLに溶解した水溶液に硝酸鉄・9水和物16.2gを水に溶解した水溶液30mLを混合し、5分間攪拌した。析出した青色のプルシアンブルー沈殿物を遠心分離し、これを水で3回、続いてメタノールで1回洗浄し、減圧下で乾燥した。このときの収量は11.0gであり、収率はFe4[Fe(CN)6]3・15H2Oとして97.4%であった。
[Example 1]
<Preparation of Prussian blue nanoparticles>
An aqueous solution in which 14.5 g of sodium ferrocyanide decahydrate was dissolved in 60 mL of water was mixed with 30 mL of an aqueous solution in which 16.2 g of iron nitrate nonahydrate was dissolved in water and stirred for 5 minutes. The precipitated blue Prussian blue precipitate was centrifuged, washed 3 times with water and then once with methanol and dried under reduced pressure. The yield of this time was 11.0 g, the yield was Fe 4 [Fe (CN) 6 ] 3 · 15H 97.4% as 2 O.
作製したプルシアンブルーを粉末X線回折装置で解析した結果、標準試料データベースから検索されるプルシアンブルー(Fe4[Fe(CN)6]3)と一致した。また、FT−IR測定においても、2080cm−1付近にFe−CN伸縮振動に起因するピークが現れており、この固形物がプルシアンブルーであることを示した。このプルシアンブルーのBET比表面積は300m2/g、一次粒子の平均粒径は16nm、二次粒子の平均粒径は55μmであった。 As a result of analyzing the produced Prussian blue with a powder X-ray diffractometer, it was consistent with Prussian blue (Fe 4 [Fe (CN) 6 ] 3 ) retrieved from the standard sample database. Also in the FT-IR measurement, a peak due to Fe-CN stretching vibration appeared in the vicinity of 2080 cm -1 , indicating that this solid was Prussian blue. This Prussian blue had a BET specific surface area of 300 m 2 / g, an average primary particle size of 16 nm, and an average secondary particle size of 55 μm.
<模擬被処理液の調製>
純水に炭酸セシウムを溶解させると共に、塩酸を添加してpH6、セシウム濃度100ppbのセシウム溶液を調製し、これを被処理液とした。
<Preparation of simulated treatment liquid>
Cesium carbonate was dissolved in pure water and hydrochloric acid was added to prepare a cesium solution having a pH of 6 and a cesium concentration of 100 ppb.
<濾材>
濾材として、ポリプロピレン織布(平織、通気度0.4cm3/cm2・sec、厚さ1mm)の円筒形バッグ(直径80mm、長さ240mm)を用いた。
<Filter media>
A cylindrical bag (diameter 80 mm, length 240 mm) of polypropylene woven fabric (plain weave, air permeability 0.4 cm 3 / cm 2 · sec, thickness 1 mm) was used as the filter medium.
<吸着処理>
上記被処理液50Lに上記プルシアンブルーを40g添加し、10min間撹拌し、セシウムを吸着させた。
<Adsorption treatment>
40 g of the Prussian blue was added to 50 L of the liquid to be treated and stirred for 10 minutes to adsorb cesium.
<濾過処理>
このプルシアンブルー添加液をポンプを用いて上記織布に0.3MPaゲージの圧力で0.52L/minにてワンパス通水した。通水開始当初は、プルシアンブルーは素通り状であったが、5min経過頃から付着堆積物層の形成が認められ、これと共に濾液の色が淡くなり始め、50min後には濾液は無色透明となった。50min後の通水量は0.295L/minまで低下したが、その後100min後では0.255L/minと通水量の低下は減少した。
<Filtration treatment>
This Prussian blue additive solution was passed through the woven fabric with a pump at a pressure of 0.3 MPa gauge at 0.52 L / min for one pass. At the beginning of water flow, Prussian blue was transparent, but the formation of an adhering sediment layer was recognized from about 5 minutes, and the color of the filtrate began to fade with this, and after 50 minutes, the filtrate became colorless and transparent. . The water flow rate after 50 minutes decreased to 0.295 L / min, but after 100 minutes, the decrease in water flow rate decreased to 0.255 L / min.
濾液中のプルシアンブルー含有量を測定したところ、
0min後: プルシアンブルー含有量 800ppm
15min後: プルシアンブルー含有量 50ppm
30min後: プルシアンブルー含有量 10ppm
50min後: プルシアンブルー含有量 0ppm
70min後: プルシアンブルー含有量 0ppm
100min後:プルシアンブルー含有量 0ppm
であった。
When the Prussian blue content in the filtrate was measured,
After 0 min: Prussian blue content 800ppm
After 15 min: Prussian blue content 50ppm
After 30 min: Prussian
After 50 min: Prussian blue content 0 ppm
After 70 min: Prussian blue content 0 ppm
After 100 min: Prussian blue content 0 ppm
Met.
この実験より、セシウム水溶液中のセシウムをほぼ完全に除去できることが確認された。なお、この濾材に合計30L通水し、50min経過時から100min経過時までの50min間に13Lの無色透明水を得た。被処理液30L通水を処理し形成された付着堆積物の容積は19cm3であった。これは、当初の水溶液30Lの1/1573であり、セシウムが1573倍に濃縮されたことを意味する。 From this experiment, it was confirmed that cesium in the cesium aqueous solution can be almost completely removed. A total of 30 L of water was passed through this filter medium, and 13 L of colorless and transparent water was obtained during 50 min from the time of 50 min to the time of 100 min. The volume of the deposited deposit formed by treating 30L of the liquid to be treated was 19 cm 3 . This is 1/1573 of the original aqueous solution 30L, meaning that cesium is concentrated 1573 times.
また、プルシアンブルーナノ粒子5000ppmスラリーを遠心分離機にて脱水し、50ppmスラリー上澄液と含水率90重量%以下の脱水ケーキを得た。 In addition, the 5000 ppm slurry of Prussian blue nanoparticles was dehydrated with a centrifugal separator to obtain a 50 ppm slurry supernatant and a dehydrated cake having a water content of 90% by weight or less.
1 タンク
5 濾過器
7 濾材
8 筒状支持体
1
Claims (11)
その後、このプルシアンブルーナノ粒子含有液を、濾材上にプルシアンブルーナノ粒子の付着堆積物層を有する濾過手段によって濾過する濾過工程と、
を有するセシウムの回収方法。 An adsorption step of adding Prussian blue nanoparticles to the liquid to be treated containing cesium ions, and adsorbing the cesium ions to the Prussian blue nanoparticles;
Thereafter, the Prussian blue nanoparticle-containing liquid is filtered by a filtering means having a deposited deposit layer of Prussian blue nanoparticles on the filter medium;
A method for recovering cesium having
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