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JP7672682B2 - Uranium adsorbent, its manufacturing method, method for extracting uranium from a test aqueous solution using the same, and method for recovering uranium from uranium-containing minerals - Google Patents
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Uranium adsorbent, its manufacturing method, method for extracting uranium from a test aqueous solution using the same, and method for recovering uranium from uranium-containing minerals Download PDF

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Description

本発明は、ポーラスシリカを用いたウラン吸着材、その製造方法、それを用いた被験水溶液からウランを抽出する方法、および、ウラン含有鉱物からウランを回収する方法に関する。 The present invention relates to a uranium adsorbent using porous silica, a method for producing the same, a method for extracting uranium from a test aqueous solution using the same, and a method for recovering uranium from uranium-containing minerals.

原子炉は、地球温暖化の原因となり得る二次ガスを出さずに発電できるクリーンエネルギーの1つであり、多くの国において電力源として原子炉を採用する動きがある。このような原子炉は主にウランに依存している。これに伴い、ウランの需要が増加しており、ウランを効率的に抽出する方法が求められている。 Nuclear reactors are a form of clean energy that can generate electricity without emitting secondary gases that can contribute to global warming, and many countries are moving to adopt nuclear reactors as a source of electricity. These reactors rely primarily on uranium. As a result, demand for uranium is increasing, and there is a need for efficient methods to extract uranium.

ウランは放射能性を有しており、人体に影響を与える得る。そのため、世界保健機関(WHO)では、飲料水に含まれるウランの最大値は2μg/Lと定められている。自然界に存在する原料の多くには、種々のレベルのウランが含まれている。そのため、原料からウランを抽出し、人体への影響を抑制することが望まれる。 Uranium is radioactive and can have an effect on the human body. For this reason, the World Health Organization (WHO) has set the maximum amount of uranium that can be contained in drinking water at 2 μg/L. Many raw materials found in nature contain various levels of uranium. For this reason, it is desirable to extract uranium from raw materials and limit its effects on the human body.

一方、メソポーラスシリカを使ってストロンチウムイオン、セシウムイオンを吸着する技術が開発されている(例えば、特許文献1および2を参照)。しかしながら、これらのメソポーラスシリカは、ウランを選択的に吸着できない。 On the other hand, technology has been developed to adsorb strontium ions and cesium ions using mesoporous silica (see, for example, Patent Documents 1 and 2). However, these mesoporous silicas cannot selectively adsorb uranium.

特開2013-17919号公報JP 2013-17919 A 特開2013-40852号公報JP 2013-40852 A

本発明の課題は、ポーラスシリカを用いたウランを選択的に吸着するウラン吸着材、その製造方法、それを用いた被験水溶液からウランを抽出する方法、および、ウラン含有鉱物からウランを回収する方法を提供することである。 The objective of the present invention is to provide a uranium adsorbent using porous silica that selectively adsorbs uranium, a method for producing the same, a method for extracting uranium from a test aqueous solution using the same, and a method for recovering uranium from uranium-containing minerals.

本発明によるウラン吸着材は、六方晶構造を有するポーラスシリカからなる粒子の凝集体を備え、前記凝集体は、ミクロ細孔、メソ細孔およびマクロ細孔を備えた階層構造を有し、前記凝集体は、250m/g以上300m/g以下の範囲のBET法比表面積を有し、0.3cm/g以上0.5cm/g以下の範囲の細孔容積を有し、前記凝集体の表面は前記粒子間に複数の溝を有し、
ウランを選択的に吸着または遊離し、これにより上記課題を解決する。
前記ポーラスシリカの表面および細孔は、式1または式2で表されるキレート化合物で修飾されていてもよい。

ここで、Lは、2価の基であり、「・」はラジカルを表し、R1は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、1価の複素環基、置換アミノ基、ハロゲン原子、および、シアノ基からなる群から選択され、R2およびR3は、同一または別異の炭素数1~5のアルキル基であり、R4は、炭素数1~5のアルキル基であり、nは1以上3以下の自然数であり、*は前記ポーラスシリカとの結合部位を表す。
前記Lは、炭素数2~4のアルキレン基であり、前記R1~R4は、同一または別異の炭素数1~3のアルキル基であり、前記nは、2または3であってもよい。
前記ポーラスシリカに対する前記キレート化合物の質量比は、0.1以上0.5以下の範囲であってもよい。
前記ポーラスシリカに対する前記キレート化合物の質量比は、0.15以上0.25以下の範囲であってもよい。
前記ポーラスシリカは、少なくとも、ケイ素(Si)、酸素(O)、炭素(C)およびリン(P)を含有し、合計を100質量%としたとき、それぞれの元素の質量パーセント濃度は、
45≦Si≦55
40≦O≦45
3≦C≦7、および、
1≦P≦3
を満たしてもよい。
前記粒子は、0.5μm以上2.5μm以下の範囲のメジアン径(d50)を有してもよい。
本発明による上記ウラン吸着材を製造する方法は、もみ殻から得られた植物由来シリカ源をアルカリ溶液に添加し、植物由来シリカ溶液を調製することと、前記植物由来シリカ溶液に臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTAB)を添加し、原料混合溶液を得ることと、前記原料混合溶液を水熱合成し、前記植物由来シリカ源からのシリカと前記臭化セチルトリメチルアンモニウムとからなる反応物を析出させることと、前記反応物を焼成し、前記臭化セチルトリメチルアンモニウムを除去することとを包含し、これにより上記課題を解決する。
前記植物由来シリカ溶液を調製することは、前記植物由来シリカ源が添加されたアルカリ溶液を65℃以上75℃以下の温度範囲で還流することを包含してもよい。
前記原料混合溶液を得ることは、前記植物由来シリカ溶液中の前記植物由来シリカに対する前記臭化セチルトリメチルアンモニウムの質量比が0.1以上0.4以下の範囲となるよう、前記臭化セチルトリメチルアンモニウムを添加してもよい。
前記水熱合成することは、前記反応物に酸を添加し、洗浄、乾燥させることを包含してもよい。
前記反応物を焼成することは、前記反応物を、200℃以上800℃以下の温度範囲で2時間以上24時間以下の時間、焼成してもよい。
前記反応物を焼成することによって得られた焼成物と、式3または式4で表されるキレート化合物とを混合することをさらに包含してもよい。

ここで、Lは、2価の基であり、R1およびRは、同一または別異の、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、1価の複素環基、置換アミノ基、ハロゲン原子、および、シアノ基からなる群から選択され、R2およびR3は、同一または別異の炭素数1~5のアルキル基であり、R4は、炭素数1~5のアルキル基であり、nは1以上3以下の自然数である。
前記混合することは、前記焼成物に対する前記キレート化合物の質量比が0.1以上0.5以下となるよう、前記キレート化合物を混合してもよい。
前記混合することに続いて、前記混合後の生成物を洗浄し、乾燥することをさらに包含してもよい。
植物由来シリカ溶液を調製することに先立って、前記植物由来シリカ源を調製することをさらに包含し、前記調製することは、前記もみ殻を洗浄し、乾燥することと、前記乾燥したもみ殻を0.5Mより大きく1.5M以下の範囲の濃度の酸で処理し、75℃以上85℃以下の温度範囲で1時間以上10時間以下の時間還流することと、前記酸を洗浄し、5時間以上10時間以下の時間、80℃以上110℃以下の温度範囲で乾燥することと、前記乾燥されたもみ殻を、600℃以上800℃以下の温度範囲で、5時間以上12時間以下の時間焼成し、脱炭酸することとをさらに包含してもよい。
本発明による被験水溶液からウランを抽出する方法は、上記ウラン吸着材と、前記被験水溶液とを接触させ、前記被験水溶液中のウランを吸着させることを包含し、これにより上記課題を解決する。
本発明によるウラン含有鉱石からウランを回収する方法は、前記ウラン含有鉱石を塩酸、硝酸および硫酸からなる群から選択される酸溶液に添加し、前記ウラン含有溶液を調製することと、上記ウラン吸着材と前記ウラン含有溶液とを接触させ、前記ウラン吸着材に前記ウラン含有溶液中のウランを吸着させることと、前記ウラン含有溶液からウランが抽出された処理水を排出することと、前記ウランが吸着したウラン吸着材を硫酸、塩酸および硝酸からなる群から選択される酸と接触させ、吸着したウランを遊離することとを包含し、これにより上記課題を解決する。
前記ウラン含有溶液のpHは、3以上6.5以下の範囲であってもよい。
前記酸溶液に加えて、過酸化水素をさらに添加してもよい。
The uranium adsorbent according to the present invention comprises an aggregate of particles made of porous silica having a hexagonal crystal structure, the aggregate having a hierarchical structure with micropores, mesopores and macropores, the aggregate having a BET specific surface area in the range of 250 m 2 /g to 300 m 2 /g and a pore volume in the range of 0.3 cm 3 /g to 0.5 cm 3 /g, the surface of the aggregate having a plurality of grooves between the particles,
The above problems are solved by selectively adsorbing or liberating uranium.
The surface and pores of the porous silica may be modified with a chelate compound represented by formula 1 or formula 2.

Here, L is a divalent group, "." represents a radical, R1 is selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a monovalent heterocyclic group, a substituted amino group, a halogen atom, and a cyano group, R2 and R3 are the same or different alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, R4 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, n is a natural number of 1 to 3, and * represents a bonding site with the porous silica.
The L may be an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, the R1 to R4 may be the same or different alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms, and the n may be 2 or 3.
The mass ratio of the chelate compound to the porous silica may be in the range of 0.1 or more and 0.5 or less.
The mass ratio of the chelate compound to the porous silica may be in the range of 0.15 or more and 0.25 or less.
The porous silica contains at least silicon (Si), oxygen (O), carbon (C) and phosphorus (P), and when the total is 100 mass%, the mass percent concentration of each element is
45≦Si≦55
40≦O≦45
3≦C≦7, and
1≦P≦3
may be satisfied.
The particles may have a median diameter (d50) in the range of 0.5 μm to 2.5 μm.
The method for producing the above-mentioned uranium adsorbent according to the present invention comprises adding a plant-derived silica source obtained from rice husks to an alkaline solution to prepare a plant-derived silica solution, adding cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) to the plant-derived silica solution to obtain a raw material mixed solution, hydrothermally synthesizing the raw material mixed solution to precipitate a reaction product consisting of silica from the plant-derived silica source and the cetyltrimethylammonium bromide, and calcining the reaction product to remove the cetyltrimethylammonium bromide, thereby solving the above-mentioned problem.
The step of preparing the plant-derived silica solution may include refluxing the alkaline solution to which the plant-derived silica source has been added at a temperature in the range of 65° C. or more and 75° C. or less.
The raw material mixed solution may be obtained by adding cetyltrimethylammonium bromide so that the mass ratio of cetyltrimethylammonium bromide to the plant-derived silica in the plant-derived silica solution is in the range of 0.1 to 0.4.
The hydrothermal synthesis may include adding an acid to the reaction product, washing, and drying.
Firing the reaction product may involve firing the reaction product at a temperature in the range of 200° C. to 800° C. for a period of 2 hours to 24 hours.
The method may further include mixing a calcined product obtained by calcining the reaction product with the chelate compound represented by formula 3 or formula 4.

Here, L is a divalent group, R1 and R are the same or different and are selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a monovalent heterocyclic group, a substituted amino group, a halogen atom, and a cyano group, R2 and R3 are the same or different and are alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, R4 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and n is a natural number of 1 to 3.
The mixing may involve mixing the chelate compound such that a mass ratio of the chelate compound to the baked product is 0.1 or more and 0.5 or less.
Following said mixing, the method may further comprise washing and drying the mixed product.
The method may further include preparing the plant-derived silica source prior to preparing the plant-derived silica solution, and the preparing step may further include washing and drying the rice husk, treating the dried rice husk with an acid having a concentration in the range of more than 0.5 M to 1.5 M and refluxing it at a temperature range of 75° C. to 85° C. for 1 hour to 10 hours, washing the acid and drying it at a temperature range of 80° C. to 110° C. for 5 hours to 10 hours, and calcining the dried rice husk at a temperature range of 600° C. to 800° C. for 5 hours to 12 hours to decarbonate it.
The method for extracting uranium from a test aqueous solution according to the present invention comprises contacting the above-mentioned uranium adsorbent with the test aqueous solution to adsorb the uranium in the test aqueous solution, thereby solving the above-mentioned problem.
The method for recovering uranium from uranium-containing ore according to the present invention includes adding the uranium-containing ore to an acid solution selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, and sulfuric acid to prepare the uranium-containing solution, contacting the uranium adsorbent with the uranium-containing solution to allow the uranium adsorbent to adsorb the uranium in the uranium-containing solution, discharging treated water in which uranium has been extracted from the uranium-containing solution, and contacting the uranium adsorbent with the uranium adsorbent with an acid selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid to liberate the adsorbed uranium, thereby solving the above-mentioned problem.
The pH of the uranium-containing solution may be in the range of 3 to 6.5.
In addition to the acid solution, hydrogen peroxide may be further added.

本発明のウラン吸着材は、六方晶構造を有するポーラスシリカからなる粒子の凝集体を備える。ポーラスシリカは、ミクロ細孔、メソ細孔およびマクロ細孔を備えた階層構造を有し、250m/g以上300m/g以下の範囲のBET法比表面積を有し、0.3cm/g以上0.5cm/g以下の範囲の細孔容積を有する。これにより、本発明のウラン吸着材は、ウランを選択的に吸着または遊離できるので、人体の健康維持や環境の浄化に有利である。本発明のウラン吸着材はカラムの充填材として適用できる。 The uranium adsorbent of the present invention comprises an aggregate of particles made of porous silica having a hexagonal crystal structure. The porous silica has a hierarchical structure with micropores, mesopores and macropores, has a BET specific surface area in the range of 250 m 2 /g to 300 m 2 /g, and has a pore volume in the range of 0.3 cm 3 /g to 0.5 cm 3 /g. As a result, the uranium adsorbent of the present invention can selectively adsorb or release uranium, which is advantageous for maintaining human health and purifying the environment. The uranium adsorbent of the present invention can be used as a column packing material.

本発明のウラン吸着材を示す模式図Schematic diagram showing the uranium adsorbent of the present invention. 本発明の別のウラン吸着材を示す模式図FIG. 1 is a schematic diagram showing another uranium adsorbent of the present invention. キレート化合物が修飾した本発明のウラン吸着材を用いた吸着メカニズムを示す模式図Schematic diagram showing the adsorption mechanism using the uranium adsorbent of the present invention modified with a chelating compound. キレート化合物が修飾した本発明のウラン吸着材を用いた吸着メカニズムを示す模式図Schematic diagram showing the adsorption mechanism using the uranium adsorbent of the present invention modified with a chelating compound. 本発明の別のウラン吸着材を製造する工程を示すフローチャートA flow chart showing the process for producing another uranium adsorbent of the present invention. 本発明のウラン吸着材を用いたウラン吸着カラムを示す模式図FIG. 1 is a schematic diagram showing a uranium adsorption column using the uranium adsorbent of the present invention. 本発明のウラン吸着材を用い被験水溶液からウランを吸着する工程を示すフローチャートA flow chart showing the process of adsorbing uranium from a test aqueous solution using the uranium adsorbent of the present invention. 本発明のウラン吸着材を用い、ウラン含有鉱石からウランを抽出し、回収する工程を示すフローチャートA flow chart showing the process of extracting and recovering uranium from uranium-containing ore using the uranium adsorbent of the present invention. AGRからのウラン浸出の各種条件依存性を示す図A diagram showing the dependence of uranium leaching from AGR on various conditions. 例1および例2の試料のSEM像を示す図FIG. 1 shows SEM images of samples of Examples 1 and 2. 例2の試料のHRTEM像を示す図FIG. 1 shows a HRTEM image of a sample of Example 2. 例1および例2の試料のXRDパターンおよび窒素吸脱着等温線を示す図FIG. 1 shows XRD patterns and nitrogen adsorption/desorption isotherms of samples of Examples 1 and 2. 例1および例2の試料のTG-DTA曲線を示す図FIG. 2 shows TG-DTA curves of samples of Examples 1 and 2. 例1および例2の試料のFTIRスペクトルを示す図FIG. 1 shows FTIR spectra of samples from Examples 1 and 2. ウラン標準溶液を用いたバッチ方式ウラン吸着試験後の例2の試料のXRDパターン(A)および窒素吸脱着等温線(B)を示す図FIG. 1 shows the XRD pattern (A) and nitrogen adsorption/desorption isotherm (B) of the sample of Example 2 after a batch-type uranium adsorption test using a uranium standard solution. ウラン標準溶液を用いたバッチ方式ウラン吸着試験後の例2の試料のFTIRスペクトルを示す図FIG. 1 shows the FTIR spectrum of the sample of Example 2 after a batch uranium adsorption test using a uranium standard solution. 例1および例2の試料についてウラン標準溶液を用いたバッチ方式ウラン吸着試験の結果を示す図FIG. 1 shows the results of a batch-type uranium adsorption test using a uranium standard solution for the samples of Examples 1 and 2. 例1および例2の試料についてウラン標準溶液を用いたバッチ方式ウラン吸着試験の結果を示す図FIG. 1 shows the results of a batch-type uranium adsorption test using a uranium standard solution for the samples of Examples 1 and 2. バッチ方式によってウランが吸着した例1および例2の試料を用いた遊離(脱離)試験の結果を示す図FIG. 1 shows the results of a release (desorption) test using samples of Example 1 and Example 2 in which uranium was adsorbed by the batch method. 例1および例2の試料についてAGR含有鉱石によるウラン含有溶液を用いたバッチ方式ウラン吸着試験の結果を示す図FIG. 1 shows the results of a batch-type uranium adsorption test using a uranium-containing solution by AGR-containing ore for the samples of Example 1 and Example 2. 例1および例2の試料についてウラン標準溶液を用いたバッチ方式ウラン吸着脱着繰り返し試験の結果を示す図FIG. 1 shows the results of a batch-type uranium adsorption/desorption repeat test using a uranium standard solution for the samples of Examples 1 and 2. 例1および例2の試料についてウラン標準溶液を用いたカラム方式ウラン吸着試験の結果を示す図FIG. 1 shows the results of a column-type uranium adsorption test using a uranium standard solution for the samples of Examples 1 and 2. カラム方式によってウランが吸着した例1および例2の試料を用いた遊離(脱離)試験の結果を示す図FIG. 1 shows the results of a release (desorption) test using the samples of Example 1 and Example 2 in which uranium was adsorbed by the column method. 例1および例2の試料についてウラン標準溶液を用いたカラム方式ウラン吸着脱着繰り返し試験の結果を示す図FIG. 1 shows the results of a column-type uranium adsorption/desorption cycle test using a uranium standard solution for the samples of Examples 1 and 2. 例2の試料についてAGR含有鉱石によるウラン含有溶液を用いたバッチ方式ウラン吸着試験の結果を示す図FIG. 1 shows the results of a batch-type uranium adsorption test using a uranium-containing solution by AGR-containing ore for the sample of Example 2. 例1および例2の試料についてAGR含有鉱石によるウラン含有溶液を用いたバッチ方式およびカラム方式のウラン吸着脱着試験の結果を示す図FIG. 1 shows the results of batch and column uranium adsorption/desorption tests using uranium-containing solutions with AGR-containing ores for the samples of Examples 1 and 2. 例1~例6の試料についてAGR含有鉱石によるウラン含有溶液を用いたバッチ方式のウラン吸着試験の結果を示す図FIG. 1 shows the results of a batch-type uranium adsorption test using a uranium-containing solution on AGR-containing ore for the samples of Examples 1 to 6.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の符号を付し、その説明を省略する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that similar elements are given similar reference numerals and their description will be omitted.

図1は、本発明のウラン吸着材を示す模式図である。 Figure 1 is a schematic diagram showing the uranium adsorbent of the present invention.

本発明のウラン吸着材は、六方晶構造を有するポーラスシリカ110からなる粒子の凝集体100を備える。凝集体100は、ミクロ細孔(細孔径:0.5nm以上2nm未満)、メソ細孔(細孔径:2nm以上50nm未満)およびマクロ細孔(細孔径:50nm以上10μm以下)を備えた階層構造を有する。このような種々のサイズの細孔を有することにより、階層的な構造となり、ウランの取り込み、拡散、吸着を促進できる。本願発明者らは、特に、凝集体100が、250m/g以上300m/g以下の範囲のBET法比表面積を有し、0.3cm/g以上0.5cm/g以下の範囲の細孔容積を有しており、メソ細孔やチャネルにウランを選択的に吸着または遊離し、ウラン吸着材として機能することを見出した。さらに、本発明のウラン吸着材を構成する凝集体100の表面は、粒子間に複数の溝120を有しており、溝を介してメソ細孔やチャネルにウランを選択的に吸着・遊離できる。 The uranium adsorbent of the present invention comprises an aggregate 100 of particles made of porous silica 110 having a hexagonal crystal structure. The aggregate 100 has a hierarchical structure with micropores (pore diameter: 0.5 nm or more and less than 2 nm), mesopores (pore diameter: 2 nm or more and less than 50 nm), and macropores (pore diameter: 50 nm or more and 10 μm or less). By having such pores of various sizes, a hierarchical structure is formed, which can promote the uptake, diffusion, and adsorption of uranium. The present inventors have found that the aggregate 100 has a BET specific surface area in the range of 250 m 2 /g to 300 m 2 /g and a pore volume in the range of 0.3 cm 3 /g to 0.5 cm 3 /g, and selectively adsorbs or releases uranium in the mesopores and channels, thereby functioning as a uranium adsorbent. Furthermore, the surface of the aggregate 100 constituting the uranium adsorbent of the present invention has a plurality of grooves 120 between particles, and uranium can be selectively adsorbed and released into the mesopores and channels via the grooves.

本発明において対象とするウラン(U)は、天然に存在するものの他に、炉内で核反応により生成するものいずれであってもよい。天然に存在するウランは、3つの主要な同位体からなる。238U(99.28%天然存在比)、235U(0.71%)、234U(0.0054%)である。同位体はいずれも放射性であり、娘核種もまた放射性同位体である。ウランは、核燃料および重大事故で発生する溶融デブリの中では最も重要で支配的な核種である。すなわち、その半減期が長く、α線放出核種で放射能毒性も高く、さらに長期的な廃棄物処分の安全性評価では、放射能とともに発熱も問題視される核種である。 The uranium (U) of interest in this invention may be either naturally occurring or produced by nuclear reactions in a reactor. Naturally occurring uranium consists of three main isotopes: 238U (99.28% natural abundance), 235U (0.71%), and 234U (0.0054%). All of the isotopes are radioactive, and their daughter isotopes are also radioactive isotopes. Uranium is the most important and dominant nuclide in nuclear fuel and molten debris generated in major accidents. In other words, it has a long half-life, is an alpha-ray emitter with high radiotoxicity, and is a nuclide whose heat generation as well as radioactivity are problematic in the safety assessment of long-term waste disposal.

また、被処理対象(例えば被験液とも呼ぶ)中で、ウラン種は、U(III)、U(IV)、U(V)、U(VI)の4種類の酸化状態をとる。それぞれU3+、U4+、UO 、UO 2+として通常は水和物の形で存在し、これらのいずれであってもよい。以降では、同位体および各種酸化状態のイオンを含めて、簡単のため、単にウランと称する。 In addition, in the object to be treated (also referred to as the test liquid, for example), uranium species take four oxidation states: U(III), U(IV), U(V), and U(VI). They usually exist in the form of hydrates as U3 + , U4 + , UO2 + , and UO22 +, respectively, and any of these may be used. Hereinafter, for simplicity, the term "uranium" will be used to refer to all isotopes and ions in various oxidation states.

ポーラスシリカの粒子が六方晶構造を有することは、粉末X線回折測定による回折パターンから分かる。 The diffraction pattern obtained by powder X-ray diffraction measurement shows that porous silica particles have a hexagonal crystal structure.

凝集体100が、ミクロ細孔(0.5nm以上2nm未満の径)、メソ細孔(2nm以上50nm未満の径)およびマクロ細孔(50nm以上10μm以下の径)を有することは、窒素吸脱着等温線に基づくNLDFT法(Non-Local Density Functional Theory ;非局在密度汎関数法)によって判定できる。簡易的には、吸脱着等温線がIUPACのI型と、II型またはIII型と、IV型またはV型との混合状態であればよい。本願明細書では、凝集体がミクロ細孔、メソ細孔およびマクロ細孔を有することを、階層構造を有するという。 The presence of micropores (diameters of 0.5 nm or more and less than 2 nm), mesopores (diameters of 2 nm or more and less than 50 nm), and macropores (diameters of 50 nm or more and less than 10 μm) in the aggregate 100 can be determined by the NLDFT method (Non-Local Density Functional Theory) based on the nitrogen adsorption and desorption isotherms. In simple terms, the adsorption and desorption isotherms may be in a mixed state of IUPAC type I, type II or III, and type IV or V. In this specification, an aggregate having micropores, mesopores, and macropores is said to have a hierarchical structure.

凝集体100において、2nm以上50nm未満のメソ細孔は、主にウランを吸着し、保持する空間として機能するが、好ましくは、メソ細孔の細孔容積が、0.4383cm/g以上0.358cm/g以下の範囲を有する。メソ細孔は、ウランに対する活性サイトとなり、ウランの補足を促進し得、ウランを効率的に吸着できる。 In the aggregate 100, the mesopores having a size of 2 nm or more and less than 50 nm mainly function as spaces for adsorbing and retaining uranium, and preferably have a pore volume in the range of 0.4383 cm3 /g or more and 0.358 cm3 /g or less. The mesopores become active sites for uranium, can promote the capture of uranium, and can efficiently adsorb uranium.

粒子は好ましくは風船状の球体であり、内部が空洞であり得る。粒子は、好ましくは、0.5μm以上2.5μm以下の範囲のメジアン径(d50)を有し、集合体100は、1μm以上200μm以下の直径を有し得る。粒子は、さらに好ましくは、粒子は、1.5μm以上2.5μm以下の範囲の大きさを有する。 The particles are preferably balloon-like spheres and may be hollow. The particles preferably have a median diameter (d50) in the range of 0.5 μm to 2.5 μm, and the aggregates 100 may have a diameter of 1 μm to 200 μm. More preferably, the particles have a size in the range of 1.5 μm to 2.5 μm.

図2は、本発明の別のウラン吸着材を示す模式図である。
図3は、キレート化合物が修飾した本発明のウラン吸着材を用いた吸着メカニズムを示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing another uranium adsorbent of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the adsorption mechanism using the uranium adsorbent of the present invention modified with a chelate compound.

本発明のウラン吸着材は、好ましくは、ポーラスシリカの表面および細孔が1式または2式で表されるキレート化合物210で修飾された粒子の凝集体200を備えてよい。 The uranium adsorbent of the present invention may preferably comprise an aggregate 200 of particles in which the surface and pores of porous silica are modified with a chelating compound 210 represented by formula 1 or formula 2.

ここで、Lは、2価の基であり、「・」はラジカルを表し、R1は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、1価の複素環基、置換アミノ基、ハロゲン原子、および、シアノ基からなる群から選択され、R2およびR3は、同一または別異の炭素数1~5のアルキル基であり、R4は、炭素数1~5のアルキル基であり、nは1以上3以下の自然数であり、*はポーラスシリカとの結合部位を表す。 Here, L is a divalent group, "." represents a radical, R1 is selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a monovalent heterocyclic group, a substituted amino group, a halogen atom, and a cyano group, R2 and R3 are the same or different alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, R4 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, n is a natural number between 1 and 3, and * represents a bonding site with the porous silica.

図3に示すように、このようなキレート化合物210におけるホスホリル基の有するR2およびR3、あるいは、カルボキシル基が有するR4が、ウランを選択的に吸着・遊離できる。詳細には、R2~R4が、ウランを取り囲むようにして保持する。この結果、図2に示すウラン吸着材は、図1に示すウラン吸着材に比べてより多くウランを吸着できる。 As shown in FIG. 3, R2 and R3 of the phosphoryl group or R4 of the carboxyl group in such a chelate compound 210 can selectively adsorb and release uranium. In detail, R2 to R4 surround and hold uranium. As a result, the uranium adsorbent shown in FIG. 2 can adsorb more uranium than the uranium adsorbent shown in FIG. 1.

なお、図3(A)は、本発明のウラン吸着材をバッチ方式に採用した際のウランの吸着の模式的な様子を示し、図3(B)は、本発明のウラン吸着材をカラム方式に採用した際のウランの吸着の模式的な様子を示す。 Figure 3(A) shows a schematic diagram of uranium adsorption when the uranium adsorbent of the present invention is used in a batch system, and Figure 3(B) shows a schematic diagram of uranium adsorption when the uranium adsorbent of the present invention is used in a column system.

Lは、2価の基としては特に制限されないが、ヘテロ原子を有していてもよい2価の炭化水素基が挙げられる。ヘテロ原子を有していてもよい2価の炭化水素基としては、例えば、アルキレン基(炭素数1~10個が好ましい)、シクロアルキレン基(炭素数3~10個が好ましい)、アルケニレン基(炭素数2~10個が好ましい)、アルキニレン基(炭素数2~10個が好ましい)、及び、これらの組み合わせ、並びに、上記と-C(O)-、-C(O)O-、-OC(O)-、-O-、-S-、および、-NR-(Rは水素原子又は1価の有機基を表す)との組み合わせ等が挙げられる。 L is not particularly limited as a divalent group, but examples of the divalent hydrocarbon group that may have a heteroatom include: an alkylene group (preferably having 1 to 10 carbon atoms), a cycloalkylene group (preferably having 3 to 10 carbon atoms), an alkenylene group (preferably having 2 to 10 carbon atoms), an alkynylene group (preferably having 2 to 10 carbon atoms), and combinations of these, as well as combinations of the above with -C(O)-, -C(O)O-, -OC(O)-, -O-, -S-, and -NR- (wherein R represents a hydrogen atom or a monovalent organic group), and the like.

中でも、Lは、好ましくは、炭素数1~10のアルキレン基である。これにより、ポーラスシリカへのキレート化合物210の修飾が促進する。さらに好ましくは、炭素数1~5のアルキレン基である。これにより、ポーラスシリカにより多くのキレート化合物210を修飾させることができるので、より多くのウランを吸着できる。なおさらに好ましくは、炭素数2~4のアルキレン基である。 Among these, L is preferably an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. This promotes the modification of the porous silica with the chelate compound 210. Even more preferably, L is an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms. This allows more chelate compound 210 to be modified on the porous silica, allowing more uranium to be adsorbed. Even more preferably, L is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms.

nは、1~3の自然数であれば特に制限はないが、好ましくは、nは2または3である。これにより、ポーラスシリカに化合物210を強固に修飾させることができる。 There is no particular limit to n, so long as it is a natural number between 1 and 3, but preferably n is 2 or 3. This allows the compound 210 to be firmly modified on the porous silica.

R1は、好ましくは、炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましくはメチル基である。これにより、ポーラスシリカへの化合物210の修飾が促進する。 R1 is preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and more preferably a methyl group. This promotes the modification of the porous silica with compound 210.

R2およびR3は、同一であっても異なっていてもよいが、製造効率の観点からは同一が好ましい。R2およびR3は、好ましくは、炭素数1~3のアルキル基である。アルキル鎖を短くすることにより、ウランを選択的に取り込みやすくなる。R2およびR3は、実験的には、メチル基またはエチル基の場合に特にウランを選択的に吸着することが確認されている。 R2 and R3 may be the same or different, but are preferably the same from the viewpoint of production efficiency. R2 and R3 are preferably alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms. By shortening the alkyl chain, it becomes easier to selectively take up uranium. Experiments have confirmed that R2 and R3, especially when they are methyl or ethyl groups, selectively adsorb uranium.

R4は、好ましくは、炭素数1~3のアルキル基である。アルキル鎖を短くすることにより、ウランを選択的に取り込みやすくなる。R4は、実験的には、メチル基またはエチル基の場合に特にウランを選択的に吸着することが確認されている。 R4 is preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. By shortening the alkyl chain, it becomes easier to selectively take up uranium. Experiments have confirmed that R4, especially when it is a methyl or ethyl group, selectively adsorbs uranium.

L、R1~R4の組み合わせ、および、nについては、上記から任意に設定できるが、好ましくは、Lは炭素数2~4のアルキレン基であり、R1~R4は、同一または別異の炭素数1~3のアルキル基であり、nは2または3である。 The combination of L, R1 to R4, and n can be set arbitrarily from the above, but preferably L is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, R1 to R4 are the same or different alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms, and n is 2 or 3.

このようなキレート化合物210としては例示的には以下のものが挙げられる。これらはポーラスシリカへの修飾が容易であり、ウランを選択的に吸着できる。 Examples of such chelating compounds 210 include the following. These are easy to modify into porous silica and can selectively adsorb uranium.

キレート化合物210が修飾されている場合、凝集体200は、好ましくは、250m/g以上270m/g以下の範囲のBET法比表面積を有し、0.3cm/g以上0.4cm/g以下の範囲の細孔容積を有する。キレート化合物210が修飾されることによって、比表面積および細孔容積はわずかながら減少するが、キレート化合物210それ自身によるウランの吸着能により、ウランの吸着効率は向上し得る。 When the chelating compound 210 is modified, the aggregate 200 preferably has a BET specific surface area in the range of 250 m2 /g to 270 m2 /g and a pore volume in the range of 0.3 cm3 /g to 0.4 cm3 /g. Although the specific surface area and pore volume are slightly decreased by modifying the chelating compound 210, the uranium adsorption efficiency can be improved due to the uranium adsorption ability of the chelating compound 210 itself.

本発明のウラン吸着材は、好ましくは、ポーラスシリカに対するキレート化合物の質量比が0.1以上0.5以下の範囲を満たす。これにより、上記比表面積および細孔容積を維持しつつ、ウランを効率的に吸着できる。 The uranium adsorbent of the present invention preferably has a mass ratio of the chelate compound to the porous silica in the range of 0.1 to 0.5. This allows uranium to be efficiently adsorbed while maintaining the specific surface area and pore volume.

本発明のウラン吸着材は、より好ましくは、ポーラスシリカに対するキレート化合物の質量比が0.15以上0.25以下の範囲を満たす。これにより、上記比表面積および細孔容積を維持しつつ、ウランをより効率的に吸着できる。 More preferably, the uranium adsorbent of the present invention has a mass ratio of the chelate compound to the porous silica in the range of 0.15 to 0.25. This allows uranium to be more efficiently adsorbed while maintaining the specific surface area and pore volume.

キレート化合物210で修飾された本発明のウラン吸着材において、好ましくは、ポーラスシリカは、少なくとも、ケイ素(Si)、酸素(O)、炭素(C)およびリン(P)を含有し、合計を100質量%としたとき、それぞれの元素の質量パーセント濃度は、
45≦Si≦55
40≦O≦45
3≦C≦7、および、
1≦P≦3
を満たす。これにより、ウランをより効率的に吸着できる。
In the uranium adsorbent of the present invention modified with the chelate compound 210, the porous silica preferably contains at least silicon (Si), oxygen (O), carbon (C) and phosphorus (P), and when the total is taken as 100 mass %, the mass percent concentration of each element is
45≦Si≦55
40≦O≦45
3≦C≦7, and
1≦P≦3
This allows uranium to be adsorbed more efficiently.

キレート化合物210で修飾された本発明のウラン吸着材において、より好ましくは、それぞれの元素の質量パーセント濃度が、
47≦Si≦50
42≦O≦45
3≦C≦5、および、
1≦P≦2
を満たす。これにより、ウランをより効率的に吸着できる。
In the uranium adsorbent of the present invention modified with the chelating compound 210, the mass percent concentration of each element is more preferably:
47≦Si≦50
42≦O≦45
3≦C≦5, and
1≦P≦2
This allows uranium to be adsorbed more efficiently.

キレート化合物210で修飾された本発明のウラン吸着材において、ポーラスシリカは、上記元素に加えて第1族元素または第2族元素をさらに含有してもよい。この場合も、合計を100質量%としたときの含有量は、2.5質量%以上5質量%以下を満たせばよい。第1族元素または第2族元素の中でも、ナトリウムおよびカリウムが好ましい。これらの元素であれば、ウランの吸着効率を低減させない。 In the uranium adsorbent of the present invention modified with the chelate compound 210, the porous silica may further contain a Group 1 element or Group 2 element in addition to the above elements. In this case, the content when the total is 100 mass % needs only to be 2.5 mass % or more and 5 mass % or less. Among the Group 1 elements or Group 2 elements, sodium and potassium are preferred. These elements do not reduce the adsorption efficiency of uranium.

次に図1に示す本発明のウラン吸着材を製造する方法について説明する。
図4は、本発明のウラン吸着材を製造する工程を示すフローチャートである。
Next, a method for producing the uranium adsorbent of the present invention shown in FIG. 1 will be described.
FIG. 4 is a flow chart showing the steps of producing the uranium adsorbent of the present invention.

本発明の製造方法はゾルゲル法を用いる。各工程について説明する。
ステップS410:もみ殻から得られた植物由来シリカ源をアルカリ溶液に添加し、植物由来シリカ溶液を調製する。植物由来シリカ溶液はゾルゲル溶液と呼んでもよい。これにより植物由来シリカ源は、加水分解され、シラノールが形成される。本発明ではもみ殻から得られた植物由来シリカ源を使用することにより、特異な構造、性状および特性を有するウラン吸着材を製造できるため、低コストであり、環境にやさしい。
The manufacturing method of the present invention uses a sol-gel method. Each step will be described below.
Step S410: Add the plant-derived silica source obtained from rice husk to an alkaline solution to prepare a plant-derived silica solution. The plant-derived silica solution may be called a sol-gel solution. This causes the plant-derived silica source to be hydrolyzed and silanol to be formed. In the present invention, by using the plant-derived silica source obtained from rice husk, a uranium adsorbent having a unique structure, properties and characteristics can be produced, which is low-cost and environmentally friendly.

アルカリ溶液は、例えば、アルカリ金属(リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等)の水酸化物やテトラアルキルアンモニウムの水酸化物、あるいは、アルカリ土類金属(カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ユーロピウム等)の水酸化物の強アルカリであってよい。溶媒には、水、エタノール、メタノール等のアルコールを用いてよい。 The alkaline solution may be a strong alkali, such as a hydroxide of an alkali metal (lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, etc.), a hydroxide of tetraalkylammonium, or a hydroxide of an alkaline earth metal (calcium, strontium, barium, europium, etc.). The solvent may be water or an alcohol such as ethanol or methanol.

ステップS410の植物由来シリカ溶液を調製するステップに先立って、植物由来シリカ源をもみ殻から調製してもよい。詳細には、もみ殻を洗浄し、乾燥(例えば、100℃)する。乾燥したもみ殻を酸(例えば、0.5Mより大きく1.5M以下の塩酸)で処理し、75℃以上85℃以下の温度範囲で1時間以上10時間以下の時間還流する。冷却後、酸を洗浄し、5時間以上10時間以下の時間、乾燥(例えば、80℃以上110℃以下)する。その後、焼成(例えば、600℃以上800℃以下の時間、5時間以上12時間以下)によって、脱炭酸され、植物由来シリカ源が得られる。 Prior to the step of preparing the plant-derived silica solution in step S410, a plant-derived silica source may be prepared from rice husks. In particular, the rice husks are washed and dried (e.g., at 100°C). The dried rice husks are treated with acid (e.g., hydrochloric acid greater than 0.5 M and less than 1.5 M) and refluxed at a temperature range of 75°C to 85°C for 1 hour to 10 hours. After cooling, the rice husks are washed with acid and dried (e.g., at 80°C to 110°C) for 5 hours to 10 hours. Thereafter, the rice husks are decarbonated by calcination (e.g., at 600°C to 800°C for 5 hours to 12 hours) to obtain a plant-derived silica source.

ステップS410において、植物由来シリカ溶液を調製することは、植物由来シリカ源が添加されたアルカリ溶液を65℃以上75℃以下の温度範囲で還流してよい。これにより、加水分解が促進する。 In step S410, preparing the plant-derived silica solution may involve refluxing the alkaline solution to which the plant-derived silica source has been added at a temperature range of 65°C or more and 75°C or less. This promotes hydrolysis.

ステップS420:植物由来シリカ溶液に臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTAB)を添加し、原料混合溶液を得る。原料混合溶液は、植物由来シリカ溶液と比較して十分粘度が高く、湿潤ゾルと呼んでもよい。これにより、形成されたシラノールが縮重合によってシロキサン結合が形成される。さらに、シロキサン結合は、CTABの界面活性剤によって秩序的な階層構造を有した球形に再構築される。CTABを用いることにより、最終的に得られるポーラスシリカは六方晶構造を有する。 Step S420: Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is added to the plant-derived silica solution to obtain a raw material mixture solution. The raw material mixture solution has a sufficiently high viscosity compared to the plant-derived silica solution and may be called a wet sol. As a result, the formed silanols are polymerized to form siloxane bonds. Furthermore, the siloxane bonds are reconstructed into spheres with an ordered hierarchical structure by the surfactant of CTAB. By using CTAB, the finally obtained porous silica has a hexagonal crystal structure.

ステップS420において、好ましくは、植物由来シリカ溶液中の植物由来シリカに対するCTABの質量比が0.1以上0.4以下の範囲を満たす。これにより、階層構造を有する球形への再構築が促進する。 In step S420, the mass ratio of CTAB to plant-derived silica in the plant-derived silica solution is preferably in the range of 0.1 to 0.4. This promotes reconstruction into spheres having a hierarchical structure.

ステップS430:原料混合溶液を水熱合成する。これにより植物由来シリカ源からのシリカとCTABとからなる反応物が析出する。水熱合成は、オートクレーブ等の密閉容器中で原料混合溶液を高温高圧の熱水の存在下で行われる反応である。例示的には、水熱合成は、100℃以上150℃以下の温度範囲で1時間以上24時間以下の範囲で行われる。 Step S430: The raw material mixed solution is subjected to hydrothermal synthesis. This causes the precipitation of a reaction product consisting of silica from the plant-derived silica source and CTAB. Hydrothermal synthesis is a reaction in which the raw material mixed solution is reacted in a sealed container such as an autoclave in the presence of hot water at high temperature and pressure. For example, hydrothermal synthesis is performed at a temperature range of 100°C to 150°C for a period of 1 hour to 24 hours.

ステップS430の水熱合成は、好ましくは、水熱合成後の反応溶液に酸を添加し、中性にしてよい。酸には、塩酸、硫酸、硝酸等を用いてよい。また、得られた反応物を洗浄し、乾燥させてよい。 In the hydrothermal synthesis of step S430, preferably, an acid may be added to the reaction solution after the hydrothermal synthesis to make it neutral. The acid may be hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, or the like. The resulting reaction product may be washed and dried.

ステップS440:ステップS430で得られた反応物を焼成し、CTABを除去する。これにより、CTABが除去され、秩序的な階層構造を維持した球状のシリカが得られる。焼成は、CTABが除去される条件であれば、特に制限はないが、好ましくは、200℃以上800℃以下の温度範囲で2時間以上24時間以下の時間、焼成する。これにより、CTABが除去される。さらに好ましくは、焼成は、450℃以上650℃以下の温度範囲で6時間以上10時間以下の時間、焼成する。このようにして、図1に示すポーラスシリカからなる粒子が凝集した、ミクロ細孔、メソ細孔およびマクロ細孔を備えた階層構造を有する凝集体からなるウラン吸着材が得られる。 Step S440: The reaction product obtained in step S430 is calcined to remove the CTAB. As a result, the CTAB is removed, and spherical silica that maintains an orderly hierarchical structure is obtained. There are no particular restrictions on the calcination conditions as long as the CTAB is removed, but it is preferably calcined at a temperature range of 200°C to 800°C for 2 hours to 24 hours. This removes the CTAB. More preferably, the calcination is performed at a temperature range of 450°C to 650°C for 6 hours to 10 hours. In this way, a uranium adsorbent is obtained that is composed of an aggregate having a hierarchical structure with micropores, mesopores, and macropores, which is an aggregate of particles made of porous silica as shown in FIG. 1.

次に図2に示す本発明の別のウラン吸着材を製造する方法について説明する。
図5は、本発明の別のウラン吸着材を製造する工程を示すフローチャートである。
Next, a method for producing another uranium adsorbent of the present invention shown in FIG. 2 will be described.
FIG. 5 is a flow chart showing a process for producing another uranium adsorbent of the present invention.

別のウラン吸着材は、図4のステップS440に続いて行われる。
ステップS510:ステップS440で得られた焼成物と、式3または式4で表されるキレート化合物とを混合する。これによりポーラスシリカの表面や細孔にシラノール基を形成し、キレート化合物が修飾される。
The procedure for the separate uranium sorbent continues with step S440 of FIG.
Step S510: The fired product obtained in step S440 is mixed with a chelate compound represented by formula 3 or formula 4. This forms silanol groups on the surface and in the pores of the porous silica, modifying the chelate compound.

Lは、2価の基であり、R1およびRは、同一または別異の、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、1価の複素環基、置換アミノ基、ハロゲン原子、および、シアノ基からなる群から選択され、R2およびR3は、同一または別異の炭素数1~5のアルキル基であり、R4は、炭素数1~5のアルキル基であり、nは1以上3以下の自然数である。Rは、好ましくは、炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましくはメチル基である。これにより、ポーラスシリカへの化合物210の修飾が促進する。L、R1~R4、nについては上述した通りであるため説明を省略する。 L is a divalent group, R1 and R are the same or different and are selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a monovalent heterocyclic group, a substituted amino group, a halogen atom, and a cyano group, R2 and R3 are the same or different alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, R4 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and n is a natural number of 1 to 3. R is preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and more preferably a methyl group. This promotes the modification of the porous silica with the compound 210. Since L, R1 to R4, and n are as described above, a description thereof will be omitted.

L、RおよびR1~R4の組み合わせ、および、nについては、上記から任意に設定できるが、好ましくは、Lは炭素数2~4のアルキレン基であり、RおよびR1~R4は、同一または別異の炭素数1~3のアルキル基であり、nは2または3である。 The combination of L, R, and R1 to R4, and n can be set arbitrarily from the above, but preferably L is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, R and R1 to R4 are the same or different alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms, and n is 2 or 3.

このようなキレート化合物としては例示的には以下のものが挙げられる。これらはポーラスシリカへの修飾が容易であり、ウランを選択的に吸着できる。 Examples of such chelating compounds include the following. These are easy to modify into porous silica and can selectively adsorb uranium.

ステップS510において、焼成物(すなわち、図1で示すポーラスシリカ)に対するキレート化合物の質量比は、好ましくは、0.1以上0.5以下満たす。これにより、キレート化合物は、焼成物の比表面積および細孔容積を維持しつつ、表面や細孔へ修飾し得る。 In step S510, the mass ratio of the chelate compound to the fired product (i.e., the porous silica shown in FIG. 1) is preferably 0.1 or more and 0.5 or less. This allows the chelate compound to modify the surface and pores of the fired product while maintaining the specific surface area and pore volume of the fired product.

ステップS510において、キレート化合物を直接添加してもよいが、例えば、トルエンやヘキサン等の非プロトン性提供性溶媒と混合し、溶解させてもよい。また、混合は、室温(20~30℃)以上50℃以下の温度範囲で1時間以上24時間の間攪拌すればよい。 In step S510, the chelating compound may be added directly, or may be mixed with an aprotic donor solvent such as toluene or hexane, and dissolved. The mixture may be stirred at a temperature range of room temperature (20-30°C) to 50°C for 1 hour to 24 hours.

ステップS520:混合後の生成物を洗浄、乾燥する。洗浄は、エタノール等のアルコールと水とを用いて複数回行ってよい。これにより、未反応のキレート化合物を除去できる。乾燥は、50℃以上100℃以下の温度範囲で1時間以上24時間以下の間行えばよい。このようにして、図2に示す表面や細孔が修飾されたポーラスシリカからなるウラン吸着材が得られる。 Step S520: The product after mixing is washed and dried. Washing may be performed multiple times using an alcohol such as ethanol and water. This allows the unreacted chelate compound to be removed. Drying may be performed at a temperature range of 50°C to 100°C for 1 hour to 24 hours. In this way, a uranium adsorbent made of porous silica with modified surfaces and pores as shown in Figure 2 is obtained.

次に、本発明のウラン吸着剤を用いた用途について説明する。本発明のウラン吸着材は、バッチ方式、カラム方式のいずれにも採用できる。ここでは、カラム方式に採用した場合を説明する。 Next, we will explain the applications of the uranium adsorbent of the present invention. The uranium adsorbent of the present invention can be used in either the batch method or the column method. Here, we will explain the case where it is used in the column method.

図6は、本発明のウラン吸着材を用いたウラン吸着カラムを示す模式図である。 Figure 6 is a schematic diagram showing a uranium adsorption column using the uranium adsorbent of the present invention.

本発明のウラン吸着カラム600は、吸着材610を有する。吸着材610は、図1および図2を参照して説明した本発明のウラン吸着材100、200である。吸着材610は、容器(図示せず)に充填されている。 The uranium adsorption column 600 of the present invention has an adsorbent 610. The adsorbent 610 is the uranium adsorbent 100, 200 of the present invention described with reference to Figures 1 and 2. The adsorbent 610 is packed in a container (not shown).

また、ウラン吸着カラム600は、図6に示すように、トップフィルター620、ボトムフィルター630、および、カラム接続部640、650をさらに有していてもよい。ウラン吸着カラム600は、トップフィルター620側とボトムフィルター630側にそれぞれ開口を有しており、一方の開口から他方の開口へとウランを含有する溶液(ウラン含有溶液)を通液することで、ウラン含有溶液がウラン吸着材610に接触する。これにより、ウラン含有溶液中のウランが吸着される。なお、吸着カラムを吸着塔と呼んでもよい。 As shown in FIG. 6, the uranium adsorption column 600 may further include a top filter 620, a bottom filter 630, and column connections 640, 650. The uranium adsorption column 600 has an opening on the top filter 620 side and a bottom filter 630 side, and a solution containing uranium (uranium-containing solution) is passed from one opening to the other opening, whereby the uranium-containing solution comes into contact with the uranium adsorbent 610. This causes the uranium in the uranium-containing solution to be adsorbed. The adsorption column may also be called an adsorption tower.

トップフィルター620は、ウラン吸着材610が通液の際に液中で飛散することを防ぐ。また、ボトムフィルター630は、ウラン吸着材610が容器(図示せず)から流出することを防ぐ。カラム接続部640、650は、浄化システムの配管など、ウラン吸着カラム600に通液する液体を供給または排出するための配管と接続する機能をもつ。 The top filter 620 prevents the uranium adsorbent 610 from scattering in the liquid as it passes through. The bottom filter 630 prevents the uranium adsorbent 610 from leaking out of the container (not shown). The column connectors 640 and 650 function to connect to piping for supplying or discharging the liquid passed through the uranium adsorption column 600, such as piping for a purification system.

次に、図6のウラン吸着カラム600を用い、被験水溶液からウランを抽出する方法を説明する。
図7は、本発明のウラン吸着材を用い被験水溶液からウランを吸着する工程を示すフローチャートである。
Next, a method for extracting uranium from a test aqueous solution using the uranium adsorption column 600 of FIG. 6 will be described.
FIG. 7 is a flow chart showing the process for adsorbing uranium from a test aqueous solution using the uranium adsorbent of the present invention.

ステップS710:ウラン吸着材と被験水溶液とを接触させる。例えば、図6のウラン吸着カラム600において、被験水溶液を、カラム接続部640、650およびトップフィルター620を介して通液する。被験水溶液がウランを含有していれば、被験水溶液中のウランがウラン吸着材に選択的に吸着される。 Step S710: The uranium adsorbent is brought into contact with the test aqueous solution. For example, in the uranium adsorption column 600 of FIG. 6, the test aqueous solution is passed through the column connectors 640, 650 and the top filter 620. If the test aqueous solution contains uranium, the uranium in the test aqueous solution is selectively adsorbed by the uranium adsorbent.

好ましくは、被験水溶液のpHを3以上6.5以下となるように調整するとよい。pHの調整には、公知の酸や塩基を使用してよい。pHの調整により、ウランの吸着が促進する。より好ましくは、被験水溶液のpHを3以上5以下となるように調整するとよい。これにより、[(UO(OH)+2や[(UO(OH)+2等の不溶で安定な水酸化物の生成が抑制され、ウラン吸着材の活性サイトの減少が低減する。 Preferably, the pH of the test aqueous solution is adjusted to 3 or more and 6.5 or less. A known acid or base may be used to adjust the pH. The adsorption of uranium is promoted by adjusting the pH. More preferably, the pH of the test aqueous solution is adjusted to 3 or more and 5 or less. This suppresses the generation of insoluble and stable hydroxides such as [(UO 2 ) 2 (OH) 2 ] +2 and [(UO 2 ) 3 (OH) 5 ] +2 , and reduces the decrease in the active sites of the uranium adsorbent.

好ましくは、ステップS710における接触時間は、30分以上である。これにより、ウランの吸着が促進する。上限は特にないが、60分であってよい。これ以上接触させても、吸着量に変化は見られない。また、攪拌しながら接触させるとよい。 Preferably, the contact time in step S710 is 30 minutes or more. This promotes the adsorption of uranium. There is no upper limit, but 60 minutes may be sufficient. If the contact time is longer than this, no change in the amount of adsorption is observed. It is also advisable to contact the mixture while stirring.

図示しないが、ステップS710に続いて、被験水溶液からウランが抽出された処理水を排出する。例えば、図6のウラン吸着カラム600において、処理水を、ボトムフィルター630を介して排出すればよい。 Although not shown, following step S710, the treated water from which uranium has been extracted is discharged from the test aqueous solution. For example, in the uranium adsorption column 600 of FIG. 6, the treated water may be discharged through the bottom filter 630.

ウランが吸着したウラン吸着材は、硫酸、塩酸、硝酸等の酸と接触させることにより、吸着したウランを遊離させることができる。これにより、ウラン吸着材は再利用可能となる。遊離効率の観点から硫酸が好ましい。 The uranium adsorbent with adsorbed uranium can be released by contacting it with an acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, or nitric acid. This makes the uranium adsorbent reusable. From the standpoint of release efficiency, sulfuric acid is preferred.

好ましくは、ウランが吸着したウラン吸着材に濃度0.005M以上0.5M以下の硫酸等の酸を20分以上120分以下接触させればよい。これにより、吸着したウランを遊離させることができる。さらに好ましくは、ウランが吸着したウラン吸着材に濃度0.1M以上0.3M以下の硫酸等の酸を45分以上60分以下接触させればよい。これにより、吸着したウランを効率的に遊離させることができる。 Preferably, the uranium adsorbent having uranium adsorbed thereon is brought into contact with an acid such as sulfuric acid having a concentration of 0.005M to 0.5M for 20 minutes to 120 minutes. This allows the adsorbed uranium to be liberated. Even more preferably, the uranium adsorbent having uranium adsorbed thereon is brought into contact with an acid such as sulfuric acid having a concentration of 0.1M to 0.3M for 45 minutes to 60 minutes. This allows the adsorbed uranium to be liberated efficiently.

図8は、本発明のウラン吸着材を用い、ウラン含有鉱石からウランを抽出し、回収する工程を示すフローチャートである。 Figure 8 is a flow chart showing the process of extracting and recovering uranium from uranium-containing ore using the uranium adsorbent of the present invention.

ステップS810:ウラン含有鉱石を塩酸、硝酸および硫酸からなる群から選択される酸溶液に添加し、ウラン含有溶液(ウランを含有する溶液)を調製する。これにより、ウラン含有量が低い鉱石であっても、ウラン含有鉱石中のウランを水和物の形で存在させることができる(ウランの浸出とも呼ぶ)。酸溶液中の酸の濃度(M)は、好ましくは、0.25M以上0.75M以下の範囲を満たす。この範囲であれば、ウランを効果的に浸出させることができる。 Step S810: Add the uranium-containing ore to an acid solution selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, and sulfuric acid to prepare a uranium-containing solution (a solution containing uranium). This allows the uranium in the uranium-containing ore to exist in the form of a hydrate (also called leaching of uranium), even if the ore has a low uranium content. The concentration of acid (M) in the acid solution preferably falls within the range of 0.25 M or more and 0.75 M or less. Within this range, the uranium can be effectively leached.

好ましくは、選択された酸溶液に加えて過酸化水素を添加する。これにより、ウラン含有鉱石中の、特に内部に存在するウランをより効率的に水和物にできる。過酸化水素は、酸溶液に対して4v/v%以上8v/v%以下添加するとよい。4v/v%以上であれば、ウランの浸出を促進し、8v/v%を超えても効果に大きな変化はない。 Preferably, hydrogen peroxide is added to the selected acid solution. This allows the uranium present in the uranium-containing ore, especially inside, to be more efficiently hydrated. Hydrogen peroxide should be added to the acid solution at 4 to 8 v/v%. At 4 v/v% or more, the leaching of uranium is promoted, and there is no significant change in effectiveness even if the amount exceeds 8 v/v%.

ウラン含有溶液の調製において、ウラン含有鉱石と酸とを混合し、攪拌すればよいが、好ましくは、40分以上120分以下の時間攪拌するとよい。これにより浸出効率が増大する。さらに好ましくは、攪拌において、加熱すると浸出効率が増大し、加熱温度は50℃以上70℃以下の温度範囲が好ましい。 In preparing the uranium-containing solution, the uranium-containing ore and acid are mixed and stirred, preferably for 40 minutes to 120 minutes. This increases the leaching efficiency. More preferably, heating during stirring increases the leaching efficiency, and the heating temperature is preferably in the range of 50°C to 70°C.

ステップS820:ウラン吸着材とウラン含有溶液とを接触させる。例えば、図6のウラン吸着カラム600において、ウラン含有溶液を、カラム接続部640、650およびトップフィルター620を介して通液する。 Step S820: The uranium adsorbent is brought into contact with the uranium-containing solution. For example, in the uranium adsorption column 600 of FIG. 6, the uranium-containing solution is passed through the column connections 640, 650 and the top filter 620.

好ましくは、ウラン含有溶液のpHを3以上6.5以下となるように調整するとよい。pHの調整には、公知の酸や塩基を使用してよい。pHの調整により、ウランの吸着が促進する。より好ましくは、ウラン含有溶液のpHを3以上5以下となるように調整するとよい。これにより、[(UO(OH)+2や[(UO(OH)+2等の不溶で安定な水酸化物の生成が抑制され、ウラン吸着材の活性サイトの減少が低減する。 Preferably, the pH of the uranium-containing solution is adjusted to 3 or more and 6.5 or less. A known acid or base may be used to adjust the pH. The adsorption of uranium is promoted by adjusting the pH. More preferably, the pH of the uranium-containing solution is adjusted to 3 or more and 5 or less. This suppresses the generation of insoluble and stable hydroxides such as [(UO 2 ) 2 (OH) 2 ] +2 and [(UO 2 ) 3 (OH) 5 ] +2 , and reduces the decrease in the active sites of the uranium adsorbent.

好ましくは、ステップS820における接触時間は、30分以上である。これにより、ウランの吸着が促進する。上限は特にないが、60分であってよい。これ以上接触させても、吸着量に変化は見られない。また、攪拌しながら接触させるとよい。このようにして、本発明のウラン吸着材を用いれば、ウラン含有鉱石から抽出したウランを吸着できる。 Preferably, the contact time in step S820 is 30 minutes or more. This promotes the adsorption of uranium. There is no particular upper limit, but 60 minutes may be sufficient. Even if the contact time is longer, there is no change in the amount of adsorption. It is also advisable to contact the material while stirring. In this way, the uranium adsorbent of the present invention can be used to adsorb uranium extracted from uranium-containing ore.

ステップS830:ウラン含有溶液からウランが抽出された処理水を排出する。例えば、図6のウラン吸着カラム600において、処理水を、ボトムフィルター630を介して排出すればよい。 Step S830: Discharge the treated water from which uranium has been extracted from the uranium-containing solution. For example, in the uranium adsorption column 600 of FIG. 6, the treated water may be discharged through the bottom filter 630.

ステップS840:ウランが吸着したウラン吸着材を硫酸、塩酸および硝酸からなる群から選択される酸と接触させ、吸着したウランを遊離する。これにより、ウラン吸着材は再利用可能となる。遊離効率の観点から硫酸が好ましい。 Step S840: The uranium adsorbent with adsorbed uranium is contacted with an acid selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid to release the adsorbed uranium. This makes the uranium adsorbent reusable. From the viewpoint of release efficiency, sulfuric acid is preferred.

好ましくは、ウランが吸着したウラン吸着材に濃度0.005M以上0.5M以下の硫酸等の酸を20分以上120分以下接触させればよい。これにより、吸着したウランを遊離させることができる。さらに好ましくは、ウランが吸着したウラン吸着材に濃度0.1M以上0.3M以下の硫酸等の酸を45分以上60分以下接触させればよい。これにより、吸着したウランを効率的に遊離させることができる。 Preferably, the uranium adsorbent having uranium adsorbed thereon is brought into contact with an acid such as sulfuric acid having a concentration of 0.005M to 0.5M for 20 minutes to 120 minutes. This allows the adsorbed uranium to be liberated. Even more preferably, the uranium adsorbent having uranium adsorbed thereon is brought into contact with an acid such as sulfuric acid having a concentration of 0.1M to 0.3M for 45 minutes to 60 minutes. This allows the adsorbed uranium to be liberated efficiently.

次に、具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。 Next, the present invention will be described in detail using specific examples, but please note that the present invention is not limited to these examples.

[植物由来シリカ源の調製]
もみ殻(エジプトのアルシャルキヤで収集)を水道水で洗浄し、不純物を除去した後、100℃で乾燥させた。次いで、乾燥させたもみ殻を1Mの塩酸(HCl)中、80℃で5時間還流させた。冷却後、塩酸処理したもみ殻をろ過し、残渣をミリQ水で洗浄し、酸を除去した。その後、残渣を100℃で一昼夜乾燥させた。乾燥体を700℃で8時間焼成し、白色の植物由来シリカ源を得た。
[Preparation of plant-derived silica source]
Rice husk (collected in Al-Sharqiya, Egypt) was washed with tap water to remove impurities, and then dried at 100°C. The dried rice husk was then refluxed in 1M hydrochloric acid (HCl) at 80°C for 5 hours. After cooling, the hydrochloric acid-treated rice husk was filtered, and the residue was washed with Milli-Q water to remove the acid. The residue was then dried at 100°C overnight. The dried body was calcined at 700°C for 8 hours to obtain a white plant-derived silica source.

[評価に使用した装置等]
試料のモルフォロジをエネルギー分散型X線分析装置(EDX、日本電子株式会社製、JED-2300)を備えた電界放出形走査電子顕微鏡(FE-SEM、日本電子株式会社製、JSM-6500F)を用いて観察し、元素分析をした。観察時の加速電圧は20kVであった。電子顕微鏡(日本電子株式会社製、2000EX II)を用いて、試料の高解像度透過型電子顕微鏡像(HRTEM)を撮影した。観察時の加速電圧は200kVであった。
[Equipment used in evaluation]
The morphology of the sample was observed and elemental analysis was performed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, JEOL Ltd., JSM-6500F) equipped with an energy dispersive X-ray analyzer (EDX, JED-2300, JEOL Ltd.). The accelerating voltage during observation was 20 kV. High-resolution transmission electron microscope images (HRTEM) of the sample were taken using an electron microscope (2000EX II, JEOL Ltd.). The accelerating voltage during observation was 200 kV.

18-kW回折計を用いて小角および広角X線回折(Bruker製、D8 Advance)を測定し、試料を同定した。全自動ガス吸着装置(マイクロトラック・ベル株式会社製、BELSORP36)を用いて試料の窒素吸脱着等温線(77K)を測定した。等温線から細孔径、細孔容積およびBET法による比表面積を求めた。示差熱・熱重量同時測定装置(株式会社島津製作所製、TG-60)を用いて熱重量示差熱分析(TG-DTA)を行った。フーリエ変換赤外分光高度計(FTIR、株式会社島津製作所製、FTIR Prestage-21)を用いて、赤外領域の吸収スペクトルを調べた。 Small-angle and wide-angle X-ray diffraction (D8 Advance, Bruker) was measured using an 18-kW diffractometer to identify the samples. Nitrogen adsorption/desorption isotherms (77 K) of the samples were measured using a fully automatic gas adsorption apparatus (BELSORP36, Microtrac-Bell). The pore size, pore volume, and specific surface area by the BET method were determined from the isotherms. Thermogravimetric differential thermal analysis (TG-DTA) was performed using a thermogravimetric simultaneous differential thermal analyzer (TG-60, Shimadzu Corporation). Absorption spectra in the infrared region were examined using a Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR, FTIR Prestage-21, Shimadzu Corporation).

Perkin Elmer lambda 3bダブルビームUV可視プログラム可能分光光度計を備えた誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP-MS、Perkin Elmer製、Elan-6000)を用いて、ウラン吸着前後のウラン量を測定した。高純度ゲルマニウム(HPGe) EG&G オルテックモデル装置(GMX60P4)を用いて放射能危険値を評価した。 The amount of uranium was measured before and after uranium adsorption using an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS, Perkin Elmer, Elan-6000) equipped with a Perkin Elmer lambda 3b double beam UV-visible programmable spectrophotometer. The radioactivity hazard value was evaluated using a high purity germanium (HPGe) EG&G Alltec model instrument (GMX60P4).

[ウラン吸着脱離試験]
ウラン吸脱着試験は、カラム式およびバッチ式で行った。
使用するガラスを5%硝酸およびミリQ水で洗浄した。すべての試験は3回行った。
[Uranium adsorption/desorption test]
Uranium adsorption and desorption tests were carried out in both column and batch modes.
The glasses used were cleaned with 5% nitric acid and Milli-Q water. All tests were performed in triplicate.

カラム式は次のように行った。固定垂直ガラスカラム(長さ12.5cm、直径1.0cm)にプラスチックネットとポリエチレンウールとを置き、その上にウラン吸着材を配置させた。カラムを用いて、被験液の流量の影響、ウラン吸着材の用量、ウラン濃度について調べた。吸着前後のウラン量をICP-MSにより測定した。 The column method was performed as follows: A plastic net and polyethylene wool were placed in a fixed vertical glass column (length 12.5 cm, diameter 1.0 cm), and a uranium adsorbent was placed on top of the plastic net. Using the column, the effects of the flow rate of the test liquid, the dosage of the uranium adsorbent, and the uranium concentration were investigated. The amount of uranium before and after adsorption was measured by ICP-MS.

吸着量(q、mg/g)と吸着効率(Ads.%)とは以下の式から算出した。
=(C-C)(V/w) (1)
Ads.%={(C-C)/C}×100 (2)
ここで、CおよびCは初期および平衡時の濃度[U(VI)、mg/L]であり、Vは被験液の体積(L)であり、wはウラン吸着材の質量(g)でありる。
The adsorption amount (q e , mg/g) and the adsorption efficiency (Ads.%) were calculated from the following formulas.
q e = (C 0 - C e ) (V/w) (1)
Ads. %={(C 0 - C e )/C 0 }×100 (2)
where C 0 and C e are the initial and equilibrium concentrations [U(VI), mg/L], V is the volume of the test solution (L), and w is the mass of the uranium sorbent (g).

次いで、ウランが吸着したウラン吸着材が充填されたカラムに硫酸を流し、ウランの脱離(遊離)を行った。遊離効率(E.%)は、E.%=(C/C)×100の式を用いて算出した。ここで、CおよびCは、遊離したウラン濃度および吸着したウラン濃度である。 Next, sulfuric acid was passed through a column packed with the uranium adsorbent to desorb (release) the uranium. The release efficiency (E.%) was calculated using the formula E.% = ( C.sub.D /C.sub.A) x 100, where C.sub.D and C.sub.A are the released uranium concentration and the adsorbed uranium concentration.

バッチ式は次のように行った。被験液(後述するウラン標準溶液)20mLとウラン吸着材20mgとを攪拌しながら混合した。ウラン標準溶液中のウラン濃度およびpH、混合時間、ならびに、混合温度を変化させ、ウラン吸着量および吸着効率を調べた。カラム式と同様に、ウランが吸着したウラン吸着材に硫酸を流し、ウランの脱離を行った。ウラン吸着量、吸着効率および遊離効率の算出は、上述したとおりであるため説明を省略する。 The batch method was carried out as follows. 20 mL of the test liquid (uranium standard solution described below) was mixed with 20 mg of uranium adsorbent while stirring. The uranium concentration and pH in the uranium standard solution, the mixing time, and the mixing temperature were changed to investigate the amount of uranium adsorbed and the adsorption efficiency. As with the column method, sulfuric acid was passed through the uranium adsorbent to which uranium had been adsorbed, and the uranium was desorbed. The calculations of the amount of uranium adsorbed, adsorption efficiency, and release efficiency were as described above, so a description will be omitted.

[被験液]
ウラン吸脱着試験に用いる被験液として種々の濃度のウラン標準溶液を用いた。
[Test solution]
Uranium standard solutions of various concentrations were used as test solutions for the uranium adsorption/desorption test.

さらに、ウラン吸脱着試験に用いる被験液としてウラン含有鉱石からウランが浸出したウラン含有溶液を次のようにして調製した。
花崗岩(AGR)をエジプトの南東砂漠に位置するGabal El-Selaから採取し、200メッシュ(約0.075mm)まで粉砕した。AGRの元素分析および酸化物量を測定した。結果を表1に示す。表1中の“REE”は希土類元素を示す。さらに、HPGe分光計を用いた測定によれば、AGRは、3445.5Bq/Kgの238U同位体を含有することが分かった。
Furthermore, a uranium-containing solution in which uranium had been leached from a uranium-containing ore was prepared as a test liquid for use in a uranium adsorption/desorption test in the following manner.
Granite (AGR) was collected from Gabal El-Sela, located in the southeastern desert of Egypt, and crushed to 200 mesh (approximately 0.075 mm). Elemental analysis and oxide content of the AGR were measured. The results are shown in Table 1. "REE" in Table 1 indicates rare earth elements. Furthermore, measurements using a HPGe spectrometer showed that the AGR contained 3445.5 Bq/Kg of 238 U isotope.

粉砕したAGR1gを、種々の温度、種々の時間、硫酸、塩酸および硝酸それぞれの酸溶液(0.1M~2M)に添加・攪拌し、ウランを浸出させた。酸溶液には、必要に応じて、酸化剤として0~15v/v%過酸化水素も添加した。酸溶液の違いによる浸出効率(L%)を次の式から算出した。これらの結果を図9に示す。
L%=(C/C)×100 (3)
ここで、C(Bq/Kg)およびC(Bq/Kg)は、平衡状態と初期状態とにおける酸溶液中のウラン濃度である。
One gram of crushed AGR was added to and stirred in sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid solutions (0.1M to 2M) at various temperatures for various times to allow uranium to leach out. 0 to 15 v/v% hydrogen peroxide was also added to the acid solutions as an oxidizing agent, as necessary. The leaching efficiency (L%) for different acid solutions was calculated using the following formula. These results are shown in Figure 9.
L%=(C e /C s )×100 (3)
where C e (Bq/Kg) and C s (Bq/Kg) are the uranium concentrations in the acid solution at equilibrium and initial conditions.

図9は、AGRからのウラン浸出の各種条件依存性を示す図である。 Figure 9 shows the dependence of uranium leaching from AGR on various conditions.

図9(A)は、浸出効率の酸の種類依存性を示す。いずれも、AGR1gを各種酸(0.5M)に添加し、室温(25℃±2)で30分間攪拌させた結果である。図9(A)によれば、いずれの酸を用いてもウランの浸出を確認できたが、塩酸、硝酸、硫酸の順で浸出効率は増大した。このことからウラン含有鉱石からウランを浸出させる際に用いる酸として、硫酸の使用が有効であることが示された。 Figure 9 (A) shows the dependence of leaching efficiency on the type of acid. In each case, 1 g of AGR was added to various acids (0.5 M) and stirred for 30 minutes at room temperature (25°C ± 2). As shown in Figure 9 (A), uranium leaching was confirmed using all acids, but the leaching efficiency increased in the order of hydrochloric acid, nitric acid, and sulfuric acid. This shows that sulfuric acid is effective as an acid for leaching uranium from uranium-containing ore.

図9(B)は、浸出効率の酸濃度依存性を示す。いずれも、AGR1gを種々の濃度の硫酸(0.1M~2.0M)に添加し、室温(25℃±2)で30分間攪拌させた結果である。図9(B)によれば、酸濃度に関わらず、60%以上の高い浸出効率を示したが、特に、0.25M以上0.75M以下の範囲であれば65%以上の高い浸出効率となることが分かった。 Figure 9 (B) shows the dependence of leaching efficiency on acid concentration. In each case, 1 g of AGR was added to sulfuric acid of various concentrations (0.1 M to 2.0 M) and stirred for 30 minutes at room temperature (25°C ± 2). Figure 9 (B) shows that a high leaching efficiency of over 60% was observed regardless of the acid concentration, and that a leaching efficiency of over 65% was achieved in the range of 0.25 M to 0.75 M in particular.

図9(B)の挿入図は、浸出効率の過酸化水素量依存性を示す図である。いずれも、AGR1gを硫酸(0.5M)に添加し、これに種々の体積の過酸化水素をさらに添加し、室温(25℃±2)で30分間攪拌させた結果である。 The inset in Figure 9(B) shows the dependence of leaching efficiency on the amount of hydrogen peroxide. All results are from adding 1 g of AGR to sulfuric acid (0.5 M), adding various volumes of hydrogen peroxide, and stirring for 30 minutes at room temperature (25°C ± 2).

挿入図によれば、4v/v%以上過酸化水素を添加することによって、浸出効率が増大することが示された。上限は特にないと言えるが、8v/v%以下であれば、十分であった。 The inset shows that the leaching efficiency increases by adding hydrogen peroxide at 4 v/v% or more. There is no particular upper limit, but 8 v/v% or less was sufficient.

図9(C)は、浸出効率の時間依存性を示す。いずれも、AGR1gを硫酸(0.5M)に添加し、室温(25℃±2)で30分間攪拌させた結果である。図9(C)によれば、時間に関わらず、50%以上の浸出効率を示したが、特に、40分以上120分以下の範囲であれば、75%以上の高い浸出効率となることが分かった。 Figure 9 (C) shows the time dependence of leaching efficiency. In both cases, 1 g of AGR was added to sulfuric acid (0.5 M) and stirred at room temperature (25°C ± 2) for 30 minutes. Figure 9 (C) shows that leaching efficiency of 50% or more was observed regardless of the time, but it was found that leaching efficiency of 75% or more was achieved in the range of 40 to 120 minutes.

図9(C)の挿入図は、酸溶液(mL)に対するウラン含有鉱石(g)の比依存性を示す。挿入図によれば、比(g/mL)が1/6以上1/3以下の範囲において、75%を超える高い侵出効率となることが分かった。 The inset in Figure 9(C) shows the dependence of the ratio of uranium-bearing ore (g) to acid solution (mL). The inset shows that a high leaching efficiency of over 75% is achieved when the ratio (g/mL) is in the range of 1/6 to 1/3.

図9(D)は、浸出効率の温度依存性を示す。いずれも、AGR1gを硫酸(0.5M)に添加し、種々の温度(25℃~70℃)で30分間攪拌させた結果である。図9(D)によれば、温度に関わらず、80%以上の高い浸出効率を示したが、特に、50℃以上70℃以下の範囲であれば、95%以上の高い浸出効率となることが分かった。 Figure 9 (D) shows the temperature dependence of leaching efficiency. In each case, 1 g of AGR was added to sulfuric acid (0.5 M) and stirred for 30 minutes at various temperatures (25°C to 70°C). Figure 9 (D) shows that a high leaching efficiency of over 80% was observed regardless of the temperature, but it was found that a leaching efficiency of over 95% was achieved in the range of 50°C to 70°C in particular.

以上の結果を踏まえて、例1および例2で使用するAGR含有鉱石を用いたウラン含有溶液は、AGR1gを4mLの硫酸(0.5M)および過酸化水素(5v/v%)に添加し、70℃±2に加熱し、120分攪拌させることによって調製した。このとき、ウラン含有鉱石から99.5%のウラン(3428Bq/Kg)が抽出された。 Based on the above results, the uranium-containing solution using the AGR-containing ore used in Examples 1 and 2 was prepared by adding 1 g of AGR to 4 mL of sulfuric acid (0.5 M) and hydrogen peroxide (5 v/v%), heating to 70°C ± 2, and stirring for 120 minutes. At this time, 99.5% of the uranium (3428 Bq/Kg) was extracted from the uranium-containing ore.

[例1]
例1では、植物由来シリカ源と界面活性剤として臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTAB、シグマアルドリッチ製)とを用い、ポーラスシリカからなるウラン吸着材を表2に示す条件で製造した。
[Example 1]
In Example 1, a uranium adsorbent made of porous silica was produced under the conditions shown in Table 2 using a plant-derived silica source and cetyltrimethylammonium bromide (CTAB, manufactured by Sigma-Aldrich) as a surfactant.

植物由来シリカ源(5g)をアルカリ溶液として2.5Mの水酸化ナトリウム(50mL)に添加し、70℃で還流させ、溶解させ、植物由来シリカ溶液を調製した(図4のステップS410)。植物由来シリカ溶液をろ過し、沸騰させたミリQ水(10mL)で洗浄し、冷却した。これに臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTAB、1g、10mL)を添加し、原料混合溶液を得た(図4のステップS420)。原料混合溶液は、植物由来シリカ溶液と比べて粘度が高いゾルであった。 The plant-derived silica source (5 g) was added as an alkaline solution to 2.5 M sodium hydroxide (50 mL), and the solution was refluxed at 70° C. to dissolve the solution, preparing a plant-derived silica solution (step S410 in FIG. 4). The plant-derived silica solution was filtered, washed with boiled Milli-Q water (10 mL), and cooled. Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB, 1 g, 10 mL) was added to the solution, obtaining a raw material mixture solution (step S420 in FIG. 4). The raw material mixture solution was a sol with a higher viscosity than the plant-derived silica solution.

原料混合溶液を2時間攪拌し、テフロン(登録商標)製のオートクレーブに移し、水熱合成し、シリカとCTABとからなる反応物を析出させた(図4のステップS430)。水熱合成の条件は、昇温速度10℃/分で130℃まで昇温し、10時間保持であった。得られた反応溶液に50%硫酸を攪拌しながら滴下し、反応溶液のpHを8にした。得られた反応物を沸騰させたミリQ水で洗浄し、アルカリを除去し、70℃で12時間乾燥させた。 The raw material mixture solution was stirred for 2 hours, transferred to a Teflon (registered trademark) autoclave, and hydrothermally synthesized to precipitate a reaction product consisting of silica and CTAB (step S430 in Figure 4). The conditions for hydrothermal synthesis were to raise the temperature to 130°C at a rate of 10°C/min and hold the temperature for 10 hours. 50% sulfuric acid was added dropwise to the resulting reaction solution while stirring, and the pH of the reaction solution was adjusted to 8. The resulting reaction product was washed with boiled Milli-Q water to remove the alkali, and dried at 70°C for 12 hours.

乾燥させた反応物を550℃で8時間焼成し、CTABを除去した(図4のステップS440)。このようにしてポーラスシリカを得た。このようにして得られた試料を例1の試料またはHOMと呼ぶ。 The dried reactant was calcined at 550°C for 8 hours to remove the CTAB (step S440 in Figure 4). In this way, porous silica was obtained. The sample thus obtained is called the sample of Example 1 or HOM.

得られた例1の試料のSEM像、HRTEM像、元素分析、XRD回折、TG-DTA曲線、FTIRスペクトル、BET法比表面積および細孔容積の結果を、図10~図14および表4~表5に示す。 The results of the SEM image, HRTEM image, elemental analysis, XRD diffraction, TG-DTA curve, FTIR spectrum, BET specific surface area, and pore volume of the obtained sample of Example 1 are shown in Figures 10 to 14 and Tables 4 and 5.

得られた例1の試料について、バッチ方式およびカラム方式を適宜採用し、ウランの吸着効率および遊離効率を測定した。また、ウラン吸着後の例1の試料のXRDパターンおよびFTIRスペクトルを測定した。これらの結果を図15~図27に示す。 The uranium adsorption and release efficiencies were measured for the obtained sample of Example 1 using the batch method and column method as appropriate. In addition, the XRD pattern and FTIR spectrum of the sample of Example 1 after uranium adsorption were measured. These results are shown in Figures 15 to 27.

[例2]
例2では、例1で得たポーラスシリカの表面および細孔に、表3で示すキレート化合物(2-ジエチルフォスフェートエチルトリエトキシシラン(DEPETS、Gelest Inc.製))を修飾した。
[Example 2]
In Example 2, the surface and pores of the porous silica obtained in Example 1 were modified with a chelate compound shown in Table 3 (2-diethylphosphate ethyltriethoxysilane (DEPETS, manufactured by Gelest Inc.)).

具体的には、ドライトルエンにDEPETS2gを溶解させ、これに例1のHOM1gを添加し、室温(25℃)で5時間攪拌した(図5のステップS510)。次いで、混合物をろ過し、無水エタノールおよびミリQ水で3回洗浄し、未反応のDETPETSを除去した。生成物をオーブンで70℃、12時間乾燥し、脱水させた(図5のステップS520)。このようにして得られた試料を例2の試料またはHOM-Mと呼ぶ。 Specifically, 2 g of DEPETS was dissolved in dry toluene, to which 1 g of HOM from Example 1 was added, followed by stirring for 5 hours at room temperature (25°C) (step S510 in Figure 5). The mixture was then filtered and washed three times with absolute ethanol and Milli-Q water to remove unreacted DEPETS. The product was dried in an oven at 70°C for 12 hours and dehydrated (step S520 in Figure 5). The sample thus obtained is referred to as the sample from Example 2 or HOM-M.

例1の試料と同様に、例2の試料のSEM像、HRTEM像、元素分析、XRD回折、TG-DTA曲線、FTIRスペクトル、BET法比表面積および細孔容積の結果を、図10~図14および表4~表5に示す。 As with the sample of Example 1, the results of SEM images, HRTEM images, elemental analysis, XRD diffraction, TG-DTA curves, FTIR spectra, BET specific surface area, and pore volume of the sample of Example 2 are shown in Figures 10 to 14 and Tables 4 and 5.

例1の試料と同様に、例2の試料について、バッチ方式およびカラム方式を適宜採用しウランの吸着効率および遊離効率を測定した。また、ウラン吸着後の例2の試料のXRDパターンおよびFTIRスペクトルを測定した。これらの結果を図15~図27に示す。 As with the sample of Example 1, the uranium adsorption efficiency and release efficiency of the sample of Example 2 were measured using the batch method and column method as appropriate. In addition, the XRD pattern and FTIR spectrum of the sample of Example 2 after uranium adsorption were measured. These results are shown in Figures 15 to 27.

[例3~例6]
例3~例6では、例2と同様にして、例1で得たポーラスシリカの表面および細孔に、表3で示すキレート化合物を修飾し、ウランの吸着および遊離を確認した。このようにして得られた試料を例3~例6の試料またはHOM-M-3~HOM-M-6と呼ぶ。
[Examples 3 to 6]
In Examples 3 to 6, the surface and pores of the porous silica obtained in Example 1 were modified with the chelate compounds shown in Table 3 in the same manner as in Example 2, and the adsorption and release of uranium was confirmed. The samples obtained in this manner are referred to as the samples of Examples 3 to 6 or HOM-M-3 to HOM-M-6.

以上の例1~例6の試料の合成条件を、簡単のため、表2および表3にまとめて示す。結果をまとめて説明する。 For simplicity, the synthesis conditions for the samples in Examples 1 to 6 are summarized in Tables 2 and 3. The results are summarized below.

図10は、例1および例2の試料のSEM像を示す図である。 Figure 10 shows SEM images of samples from Examples 1 and 2.

図10(A)のa、bおよびcは、それぞれ、もみ殻、例1および例2の試料のSEM像である。図10(B)のaは、例1の試料の別のSEM像であり、cおよびdは、例2の試料の別のSEM像である。 Figure 10(A) a, b, and c are SEM images of the rice husk, the samples of Example 1, and the samples of Example 2, respectively. Figure 10(B) a is another SEM image of the sample of Example 1, and c and d are another SEM images of the sample of Example 2.

図10(A)のbおよびcによれば、例1および例2の試料は、マイクロメートルサイズの粒子の凝集体からなることが分かった。凝集体は、1μm以上200μm以下の大きさを有した。図10(B)によれば、粒子は、1.5μm以上2.5μm以下の範囲の大きさを有した。また、凝集体は、粒子間に複数の溝(グルーブ)を有した。例3~例6の試料も同様の様態を示した。 Figure 10(A) b and c show that the samples of Examples 1 and 2 consisted of aggregates of micrometer-sized particles. The aggregates had sizes ranging from 1 μm to 200 μm. Figure 10(B) shows that the particles had sizes ranging from 1.5 μm to 2.5 μm. The aggregates also had multiple grooves between the particles. The samples of Examples 3 to 6 showed a similar appearance.

表4は、例1および例2の試料の元素分析の結果を示す。 Table 4 shows the results of elemental analysis of the samples of Examples 1 and 2.

表4によれば、キレート化合物で修飾した例2の試料は、ケイ素(Si)、酸素(O)、炭素(C)およびリン(P)を含有し、質量パーセント濃度で、
45≦Si≦55
40≦O≦45
3≦C≦7、および、
1≦P≦3
を満たすことが分かった。例3~例6の試料も同様の組成を有した。
According to Table 4, the sample of Example 2 modified with a chelate compound contains silicon (Si), oxygen (O), carbon (C) and phosphorus (P), and has the following mass percent concentrations:
45≦Si≦55
40≦O≦45
3≦C≦7, and
1≦P≦3
The samples of Examples 3 to 6 also had the same composition.

図11は、例2の試料のHRTEM像を示す図である。 Figure 11 shows an HRTEM image of the sample in Example 2.

図11によれば、例2の試料は、風船のような球体からなる凝集体であり、球体間には溝を有した。例1、例3~例6の試料も同様の様態であった。 As shown in Figure 11, the sample in Example 2 was an aggregate of balloon-like spheres with grooves between them. The samples in Examples 1 and 3 to 6 were similar.

図12は、例1および例2の試料のXRDパターンおよび窒素吸脱着等温線を示す図である。 Figure 12 shows the XRD patterns and nitrogen adsorption/desorption isotherms of the samples of Examples 1 and 2.

図12(A)によれば、例1および例2の試料は、1.8<2θ<3.0の範囲にブロードなピークを有し、それぞれ、4.02nmおよび3.94nmの面間隔d100を有した。図示しないが、広角XRDパターンによれば、2θ=30°に明瞭なピークを有し、六方晶構造を示した。図示しないが、例3~例6の試料も同様のXRDパターンを有した。 12A, the samples of Examples 1 and 2 had broad peaks in the range of 1.8<2θ<3.0, and had lattice spacings d 100 of 4.02 nm and 3.94 nm, respectively. Although not shown, the wide-angle XRD patterns had a clear peak at 2θ=30°, indicating a hexagonal crystal structure. Although not shown, the samples of Examples 3 to 6 also had similar XRD patterns.

図12(B)によれば、窒素吸脱着等温線は、IUPACのI型、II型およびIV型の混合を示し、ミクロ細孔、メソ細孔およびマクロ細孔を有することがわかった。メソ細孔の細孔容積がもっとも大きかった。これらの特徴は、例1および例2の試料がミクロ細孔、メソ細孔およびマクロ細孔を備えた秩序的な階層構造を有していることを示唆する。図示しないが、例3~例6の試料も同様の窒素吸脱着等温線を示した。 According to FIG. 12(B), the nitrogen adsorption/desorption isotherm shows a mixture of IUPAC types I, II, and IV, and is found to have micropores, mesopores, and macropores. The pore volume of mesopores is the largest. These characteristics suggest that the samples of Examples 1 and 2 have an ordered hierarchical structure with micropores, mesopores, and macropores. Although not shown, the samples of Examples 3 to 6 also showed similar nitrogen adsorption/desorption isotherms.

表5は、例1および例2の試料のBET法比表面積および細孔容積を示す。 Table 5 shows the BET specific surface area and pore volume of the samples of Examples 1 and 2.

表5に示すように、表面にキレート化合物を修飾することによって、BET法比表面積および細孔容積のいずれも小さくなった。例2~例6の試料も、250m/g以上270m/g以下の範囲のBET法比表面積を有し、0.3cm/g以上0.4cm/g以下の範囲の細孔容積を有することを確認した。 As shown in Table 5, both the BET specific surface area and the pore volume were reduced by modifying the surface with a chelating compound. It was confirmed that the samples of Examples 2 to 6 also had a BET specific surface area in the range of 250 m 2 /g or more and 270 m 2 /g or less and a pore volume in the range of 0.3 cm 3 /g or more and 0.4 cm 3 /g or less.

図13は、例1および例2の試料のTG-DTA曲線を示す図である。 Figure 13 shows the TG-DTA curves of the samples of Examples 1 and 2.

図13によれば、例1の試料は、90℃~320℃の間で1.03質量%の質量損失を示した。これは、残留する溶媒、水分子の蒸発、ならびに、CTAB界面活性剤に基づく。一方、例2の試料は、27℃~600℃の間で2段階にわたり合計5.54質量%の質量損失を示した。27℃~200℃の間の2.11質量%の第1の質量損失は、物理的に吸着した水やエタノール等の蒸発に基づく。200℃~600℃の間の3.43質量%の第2の質量損失は、CTAB、キレート化合物、シラノール等の有機基の分解に基づく。 According to Figure 13, the sample of Example 1 showed a mass loss of 1.03% by mass between 90°C and 320°C. This is due to the evaporation of residual solvent, water molecules, and CTAB surfactant. On the other hand, the sample of Example 2 showed a total mass loss of 5.54% by mass over two stages between 27°C and 600°C. The first mass loss of 2.11% by mass between 27°C and 200°C is due to the evaporation of physically adsorbed water, ethanol, etc. The second mass loss of 3.43% by mass between 200°C and 600°C is due to the decomposition of organic groups such as CTAB, chelating compounds, and silanols.

例1および例2の試料の質量損失が小さいことから、例1および例2の試料は、高温の厳しい環境下における耐久性に優れていることが分かった。 The small mass loss of the samples in Examples 1 and 2 indicates that the samples in Examples 1 and 2 have excellent durability in harsh high-temperature environments.

図14は、例1および例2の試料のFTIRスペクトルを示す図である。 Figure 14 shows the FTIR spectra of the samples of Examples 1 and 2.

いずれのスペクトルにおいても、次に述べる特徴を示した。3470cm-1および1640cm-1におけるブロードなバンドは、シラノール基(Si-OH)および表面に物理的に吸着した水分子(H-O-H)による伸縮、逆対称伸縮、変角するOH基に基づく。2960cm-1近傍のバンドは、脂肪族C-Hに基づく。1096cm-1および799cm-1は、O-Si-Oの伸縮運動に基づき、1101cm-1のバンドは、Si-O-Siの対称および逆対称伸縮振動に基づく。 Both spectra showed the following characteristics: The broad bands at 3470 cm -1 and 1640 cm -1 are due to OH groups stretching, antisymmetric stretching, and bending due to silanol groups (Si-OH) and water molecules (H-O-H) physically adsorbed on the surface. The band near 2960 cm -1 is due to aliphatic C-H. The bands at 1096 cm -1 and 799 cm -1 are due to O-Si-O stretching motion, and the band at 1101 cm -1 is due to symmetric and antisymmetric stretching vibrations of Si-O-Si.

一方、例2の試料のFTIRスペクトルは、例1の試料のそれと異なり、1600cm-1および960cm-1に小さなバンドを有した。これらは、それぞれ、表面および細孔に修飾させたキレート化合物による変角HO-P=Oおよび伸縮P-Oに基づく。図示しないが、例3~例6の試料も同様のFTIRスペクトルを示した。 On the other hand, the FTIR spectrum of the sample of Example 2 had small bands at 1600 cm -1 and 960 cm -1 , unlike that of the sample of Example 1. These are due to the bending angle HO-P=O and the stretching P-O due to the chelate compound modified on the surface and in the pores, respectively. Although not shown, the samples of Examples 3 to 6 also showed similar FTIR spectra.

以上の結果から、例1~例6の試料は、六方晶構造を有するポーラスシリカからなる粒子の凝集体を備え、250m/g以上300m/g以下の範囲のBET法比表面積を有し、0.3cm/g以上0.5cm/g以下の範囲の細孔容積を有し、表面には粒子間に複数の溝を有することが示された。さらに、凝集体は、ミクロ細孔、メソ細孔およびマクロ細孔を備えた階層構造を有することが示された。例2~例6の試料の表面および細孔は、特定のキレート化合物で修飾されていることが示された。 From the above results, it was shown that the samples of Examples 1 to 6 comprise aggregates of particles made of porous silica having a hexagonal crystal structure, have a BET specific surface area in the range of 250 m 2 /g to 300 m 2 /g, have a pore volume in the range of 0.3 cm 3 /g to 0.5 cm 3 /g, and have a plurality of grooves between particles on the surface. Furthermore, it was shown that the aggregates have a hierarchical structure with micropores, mesopores, and macropores. It was shown that the surfaces and pores of the samples of Examples 2 to 6 were modified with a specific chelating compound.

図15は、ウラン標準溶液を用いたバッチ方式ウラン吸着試験後の例2の試料のXRDパターン(A)および窒素吸脱着等温線(B)を示す図である。 Figure 15 shows the XRD pattern (A) and nitrogen adsorption/desorption isotherm (B) of the sample of Example 2 after a batch-type uranium adsorption test using a uranium standard solution.

図15には、吸着試験前の例1および例2の試料のXRDパターンおよび窒素吸脱着等温線を併せて示す。図15(A)によれば、吸着試験後の例2の試料も、吸着試験前の試料と同様のXRDパターンを示し、1.8<2θ<3.0の範囲にブロードなピークを有し、3.85nmの面間隔d100を有した。 Fig. 15 also shows the XRD patterns and nitrogen adsorption/desorption isotherms of the samples of Examples 1 and 2 before the adsorption test. According to Fig. 15(A), the sample of Example 2 after the adsorption test also showed an XRD pattern similar to that of the sample before the adsorption test, with a broad peak in the range of 1.8<2θ<3.0 and a lattice spacing d 100 of 3.85 nm.

図15(B)によれば、吸着試験後の例2の試料も、吸着試験前の試料と同様の窒素吸脱着等温線を示し、ウランを吸着後も構造上の特徴は壊れることなく安定であることが分かった。 As shown in Figure 15 (B), the sample of Example 2 after the adsorption test also showed a nitrogen adsorption/desorption isotherm similar to that of the sample before the adsorption test, indicating that the structural characteristics remained stable even after uranium was adsorbed.

吸着試験後の例2の試料のBET法比表面積および細孔容積は、それぞれ、264.1m/gおよび0.352cm/gであり、吸着試験前のそれに比べると、いずれもわずかに小さくなった。吸着試験前後の例2の試料の細孔径は、2.35nmおよび2.34nmであり、ウラン吸着によりわずかに減少した。 The BET specific surface area and pore volume of the sample of Example 2 after the adsorption test were 264.1 m2 /g and 0.352 cm3 /g, respectively, both of which were slightly smaller than those before the adsorption test. The pore diameters of the sample of Example 2 before and after the adsorption test were 2.35 nm and 2.34 nm, respectively, and were slightly reduced due to uranium adsorption.

図16は、ウラン標準溶液を用いたバッチ方式ウラン吸着試験後の例2の試料のFTIRスペクトルを示す。 Figure 16 shows the FTIR spectrum of the sample from Example 2 after a batch uranium adsorption test using a uranium standard solution.

図16には、吸着試験前の例1および例2の試料のXFTIRスペクトルを併せて示す。図16によれば、吸着試験後の例2の試料のFTIRスペクトルは、図14を参照して説明したバンドに加えて、920cm-1にU=O伸縮結合および455cm-1にU-O結合のバンドを示した。 Figure 16 also shows the XFTIR spectra of the samples of Examples 1 and 2 before the adsorption test. According to Figure 16, the FTIR spectrum of the sample of Example 2 after the adsorption test showed a band of a U=O stretching bond at 920 cm -1 and a band of a U-O bond at 455 cm -1 in addition to the bands described with reference to Figure 14.

以上の結果より、例2の試料は、ウラン吸着材として機能することが分かり、吸着によっても化学的にも物理的にも安定していることが分かった。 The above results show that the sample in Example 2 functions as a uranium adsorbent and is chemically and physically stable even after adsorption.

図17は、例1および例2の試料についてウラン標準溶液を用いたバッチ方式ウラン吸着試験の結果を示す図である。
図18は、例1および例2の試料についてウラン標準溶液を用いたバッチ方式ウラン吸着試験の結果を示す図である。
FIG. 17 shows the results of a batch-type uranium adsorption test using a uranium standard solution for the samples of Example 1 and Example 2.
FIG. 18 shows the results of a batch-type uranium adsorption test using a uranium standard solution for the samples of Examples 1 and 2.

図17(A)は、100ppmのウラン標準溶液20mLと例1および例2の試料20mgとを、25±2℃で30分間混合した際のウラン吸着量(吸着効率)のpH依存性を示す。pHの調整には、HClおよびNaOHを用いた。 Figure 17 (A) shows the pH dependence of the amount of uranium adsorbed (adsorption efficiency) when 20 mL of a 100 ppm uranium standard solution was mixed with 20 mg of the samples of Examples 1 and 2 at 25 ± 2°C for 30 minutes. HCl and NaOH were used to adjust the pH.

図17(A)によれば、例1および例2の試料は、pH1以上でウランを吸着することが分かった。特に、いずれの試料も、pH3以上5以下の範囲で80%を超える高い吸着量を示した。ウランイオンは、UO 2+の形態で吸着されている。 17(A), it was found that the samples of Examples 1 and 2 adsorbed uranium at a pH of 1 or higher. In particular, all of the samples showed a high adsorption amount exceeding 80% in the pH range of 3 to 5. The uranium ions were adsorbed in the form of UO22+ .

図17(B)は、100ppm、pH3のウラン標準溶液20mLと例1および例2の試料20mgとを、25±2℃で混合した際のウラン吸着量の混合時間依存性を示す。図17(B)によれば、接触時間が30分以上において、いずれの試料も80%を超える高い吸着量を示した。 Figure 17(B) shows the mixing time dependence of the amount of uranium adsorbed when 20 mL of a 100 ppm, pH 3 uranium standard solution was mixed with 20 mg of samples from Examples 1 and 2 at 25±2°C. According to Figure 17(B), when the contact time was 30 minutes or more, all samples showed a high amount of adsorption exceeding 80%.

図17(C)は、100ppm、pH3のウラン標準溶液20mLと例1および例2の試料5mg~100mgとを、25±2℃で、30分間混合した際のウラン吸着量のドーズ量依存性を示す。 Figure 17 (C) shows the dose dependence of the amount of uranium adsorbed when 20 mL of a 100 ppm, pH 3 uranium standard solution was mixed with 5 mg to 100 mg of samples from Examples 1 and 2 at 25 ± 2°C for 30 minutes.

図17(C)によれば、試料の質量増加に伴いウラン吸着量の増加を示したが、20mgを超える試料を用いても、ウラン吸着量はそれ以上変化しなかった。これは、試料中の活性サイトが、[(UO(OH)+2や[(UO(OH)+2等の不溶で安定な水酸化物によって干渉されるためと考える。 17(C), the amount of uranium adsorbed increased with increasing mass of the sample, but even when more than 20 mg of sample was used, the amount of uranium adsorbed did not change any more. This is believed to be because the active sites in the sample were interfered with by insoluble and stable hydroxides such as [( UO2 ) 2 (OH) 2 ] +2 and [( UO2 ) 3 (OH) 5 ] +2 .

図18(A)は、100ppm、pH3のウラン標準溶液20mLと例1および例2の試料20mgとを、種々の温度で30分間混合した際のウラン吸着量の温度依存性を示す。図18(A)によれば、例1の試料は、温度の上昇に伴いウラン吸着量の増大を示すが、いずれの試料も室温において85%を超える高いウラン吸着量を示した。 Figure 18 (A) shows the temperature dependence of the amount of uranium adsorbed when 20 mL of a 100 ppm, pH 3 uranium standard solution was mixed with 20 mg of samples from Examples 1 and 2 at various temperatures for 30 minutes. According to Figure 18 (A), the sample from Example 1 showed an increase in the amount of uranium adsorbed with increasing temperature, but all samples showed a high uranium adsorption amount of over 85% at room temperature.

図18(B)は、吸着量qとウラン含有溶液中のウラン濃度Cとの関係を示す図である。図18(B)によれば、ウラン含有溶液中のウラン濃度が所定濃度を超えると、吸着量が飽和することが分かった。 Fig. 18(B) is a diagram showing the relationship between the amount of adsorption qe and the uranium concentration C0 in the uranium-containing solution. According to Fig. 18(B), it was found that when the uranium concentration in the uranium-containing solution exceeds a certain concentration, the amount of adsorption is saturated.

さらに、図17および図18によれば、表面および細孔にキレート化合物を修飾させた例2の試料は、表面修飾のない例1の試料に比べて、高い吸着量および高い吸着効率を示し、優れたウラン吸着材料であることが分かった。 Furthermore, according to Figures 17 and 18, the sample of Example 2, whose surface and pores were modified with a chelating compound, showed a higher adsorption amount and higher adsorption efficiency than the sample of Example 1, whose surface was not modified, and was found to be an excellent uranium adsorption material.

図19は、バッチ方式によってウランが吸着した例1および例2の試料を用いた遊離(脱離)試験の結果を示す図である。 Figure 19 shows the results of a release (desorption) test using samples from Examples 1 and 2 in which uranium was adsorbed by the batch method.

図19(A)および図19(A-a)は、ウラン吸着試験後の例1および例2の試料0.1gを種々の濃度の硫酸20mLに添加し、25±2℃で30分間の間で接触させた結果である。 Figures 19 (A) and 19 (A-a) show the results when 0.1 g of the samples from Examples 1 and 2 after the uranium adsorption test was added to 20 mL of sulfuric acid of various concentrations and allowed to come into contact for 30 minutes at 25 ± 2°C.

図19(A-a)によれば、0.005M以上の濃度を有する硫酸を用いれば、ウランを遊離させることができるが、図19(A)によれば、0.1M以上0.3M以下の濃度を有する硫酸を用いれば、効率的にウランを遊離させることができることが分かった。 According to Figure 19 (A-a), uranium can be liberated by using sulfuric acid with a concentration of 0.005M or more, but according to Figure 19 (A), it was found that uranium can be liberated efficiently by using sulfuric acid with a concentration of 0.1M or more and 0.3M or less.

図19(B)および図19(B-a)は、ウラン吸着試験後の例1および例2の試料0.1gを0.1Mの硫酸20mLに添加し、25±2℃で5分~150分間の間で接触させた結果である。 Figures 19(B) and 19(B-a) show the results when 0.1 g of the samples from Examples 1 and 2 after the uranium adsorption test was added to 20 mL of 0.1 M sulfuric acid and allowed to come into contact for 5 to 150 minutes at 25±2°C.

図19(B-a)によれば、20分以上の時間接触させれば、75%を超えるウランを遊離させることができるが、図19(B)によれば、45分以上60分以下の時間を用いれば、より効率的にウランを遊離させることができることが分かった。 According to Figure 19 (B-a), more than 75% of the uranium can be liberated by contacting for 20 minutes or more, but according to Figure 19 (B), it was found that the uranium can be liberated more efficiently by using a contact time of 45 minutes to 60 minutes.

この結果から、例1および例2の試料は、再利用可能なウラン吸着材であることが示された。 These results demonstrate that the samples of Examples 1 and 2 are reusable uranium adsorbents.

図20は、例1および例2の試料についてAGR含有鉱石によるウラン含有溶液を用いたバッチ方式ウラン吸着試験の結果を示す図である。 Figure 20 shows the results of a batch uranium adsorption test using AGR-containing ore and a uranium-containing solution for the samples of Examples 1 and 2.

図20によれば、例1および例2の試料は、Baイオン(Ba2+)やPbイオン(Pb2+)もわずかながら吸着するものの、ウランイオン(U4+)を選択的に吸着することが分かった。 According to FIG. 20, it was found that the samples of Examples 1 and 2 selectively adsorbed uranium ions (U 4+ ) although they also adsorbed small amounts of Ba ions (Ba 2+ ) and Pb ions (Pb 2+ ).

図21は、例1および例2の試料についてウラン標準溶液を用いたバッチ方式ウラン吸着脱着繰り返し試験の結果を示す図である。 Figure 21 shows the results of a batch-type uranium adsorption/desorption repeat test using a uranium standard solution for the samples of Examples 1 and 2.

吸着条件は、100ppm、pH3のウラン標準溶液20mLと例1および例2の試料20mgとを、25±2℃で30分間混合させた。脱着条件は、0.1Mの硫酸20mLと例1および例2の試料0.1gとを、25±2℃で45分間混合させた。 The adsorption conditions were: 20 mL of 100 ppm, pH 3 uranium standard solution was mixed with 20 mg of samples from Examples 1 and 2 at 25±2°C for 30 minutes. The desorption conditions were: 20 mL of 0.1 M sulfuric acid was mixed with 0.1 g of samples from Examples 1 and 2 at 25±2°C for 45 minutes.

図21によれば、例1および例2の試料のウラン吸着効率およびウラン遊離効率は、繰り返し回数の増大に伴い、わずかながら低下するものの、10回を超えてもなお高い効率を示した。 According to Figure 21, the uranium adsorption efficiency and uranium release efficiency of the samples of Examples 1 and 2 decreased slightly as the number of repetitions increased, but still showed high efficiency even after more than 10 repetitions.

図22は、例1および例2の試料についてウラン標準溶液を用いたカラム方式ウラン吸着試験の結果を示す図である。 Figure 22 shows the results of a column-type uranium adsorption test using a uranium standard solution for the samples of Examples 1 and 2.

図22(A)および(B)は、それぞれ、例1および例2の試料(1g)に100ppm、pH3のウラン標準溶液を種々の速度で通液した際のCeff/Cの通液量依存性を示す。Cは、ウラン標準溶液中の初期ウラン濃度であり、Ceffは、ウラン標準溶液から除去されたウラン濃度である。 22A and 22B show the dependence of C eff /C 0 on the amount of solution passed when a 100 ppm, pH 3 uranium standard solution was passed through the samples (1 g) of Examples 1 and 2, respectively, at various rates. C 0 is the initial uranium concentration in the uranium standard solution, and C eff is the uranium concentration removed from the uranium standard solution.

図22(C)および(D)は、それぞれ、種々の用量の例1および例2の試料に100ppm、pH3のウラン標準溶液を2.5mL/分で通液した際のCeff/Cの通液量依存性を示す。図22(E)および(D)は、それぞれ、例1および例2の試料(1g)に、種々の濃度、pH3のウラン標準溶液を2.5mL/分で通液した際のCeff/Cの通液量依存性を示す。 Figures 22(C) and (D) show the flow rate dependence of C eff /C 0 when 100 ppm, pH 3 uranium standard solution is passed through the samples of Examples 1 and 2 at various doses at 2.5 mL/min. Figures 22(E) and (D) show the flow rate dependence of C eff /C 0 when uranium standard solutions of various concentrations and pH 3 are passed through the samples (1 g) of Examples 1 and 2 at 2.5 mL/min.

図22によれば、例1および例2の試料をウラン吸着材のカラムに用いれば、被験液の通液量、被験液の通液速度、被験液中のウラン濃度、および、カラムに充填するドーズ量の調整によって、被験液中のウランをすべて吸着させることができることが示された。 Figure 22 shows that if the samples of Examples 1 and 2 are used in a column of uranium adsorbent, all of the uranium in the test liquid can be adsorbed by adjusting the amount of test liquid passed through, the flow rate of the test liquid, the uranium concentration in the test liquid, and the dose amount filled into the column.

図23は、カラム方式によってウランが吸着した例1および例2の試料を用いた遊離(脱離)試験の結果を示す図である。 Figure 23 shows the results of a release (desorption) test using samples from Examples 1 and 2 in which uranium was adsorbed using the column method.

図23は、ウラン吸着試験後の例1および例2の試料1gに種々の濃度の硫酸を0.5mL/分の通液速度で通液した際のウラン遊離濃度の通液量依存性を示す。図23によれば、0.1M以上0.3M以下の濃度を有する硫酸を用いれば、効率的にウランを遊離させることができることが分かった。 Figure 23 shows the dependence of the uranium release concentration on the amount of sulfuric acid passed through 1 g of samples from Examples 1 and 2 after the uranium adsorption test when sulfuric acid of various concentrations was passed through the samples at a rate of 0.5 mL/min. Figure 23 shows that uranium can be released efficiently by using sulfuric acid with a concentration of 0.1 M or more and 0.3 M or less.

図24は、例1および例2の試料についてウラン標準溶液を用いたカラム方式ウラン吸着脱着繰り返し試験の結果を示す図である。 Figure 24 shows the results of repeated column-type uranium adsorption/desorption tests using a uranium standard solution for the samples of Examples 1 and 2.

吸着条件は、例1および例2の試料(1g)に100ppm、pH3のウラン標準溶液1500mLを2.5mL/分の通液速度で通液させた。脱着条件は、例1および例2の試料(1g)に0.1Mの硫酸40mLを2.5mL/分の通液速度で通液させた。 The adsorption conditions were as follows: 1500 mL of a 100 ppm, pH 3 uranium standard solution was passed through the samples (1 g) of Examples 1 and 2 at a flow rate of 2.5 mL/min. The desorption conditions were as follows: 40 mL of 0.1 M sulfuric acid was passed through the samples (1 g) of Examples 1 and 2 at a flow rate of 2.5 mL/min.

図24によれば、例1および例2の試料のウラン吸着効率およびウラン遊離効率は、繰り返し回数の増大に伴い、わずかながら低下するものの、10回を超えてもなお高い効率を示した。 According to Figure 24, the uranium adsorption efficiency and uranium release efficiency of the samples of Examples 1 and 2 decreased slightly as the number of repetitions increased, but still showed high efficiency even after more than 10 repetitions.

以上より、例1および例2の試料は、繰り返し利用可能なウランを選択的に吸着するウラン吸着材として機能することが示された。特に、キレート化合物で修飾することによって、より優れたウラン吸着材となることが示された。本発明によるウラン吸着材は、バッチ方式およびカラム方式のいずれにも適用できることが示された。 From the above, it was shown that the samples of Examples 1 and 2 function as uranium adsorbents that selectively adsorb uranium and can be used repeatedly. In particular, it was shown that modification with a chelating compound results in a superior uranium adsorbent. It was shown that the uranium adsorbent of the present invention can be applied to both the batch method and the column method.

図25は、例2の試料についてAGR含有鉱石によるウラン含有溶液を用いたバッチ方式ウラン吸着試験の結果を示す図である。 Figure 25 shows the results of a batch uranium adsorption test using AGR-containing ore and a uranium-containing solution for the sample of Example 2.

図25には、吸着試験後の例2の試料のγ線スペクトルが示される。図25によれば、例2の試料は、AGR含有鉱石から浸出した238Uの同位体種や他の放射性物質を吸着したことが分かる。また、カウント数は、ウラン吸着・除去の分野で使用するに匹敵する値であった。 Figure 25 shows the gamma ray spectrum of the sample of Example 2 after the adsorption test. From Figure 25, it can be seen that the sample of Example 2 adsorbed the 238U isotope species and other radioactive substances leached from the AGR-containing ore. Furthermore, the count number was a value comparable to that used in the field of uranium adsorption and removal.

図26は、例1および例2の試料についてAGR含有鉱石によるウラン含有溶液を用いたバッチ方式およびカラム方式のウラン吸着脱着試験の結果を示す図である。 Figure 26 shows the results of batch and column uranium adsorption/desorption tests using uranium-containing solutions with AGR-containing ore for the samples of Examples 1 and 2.

バッチ方式の吸着条件は、pH3のウラン含有溶液20mLと例1および例2の試料20mgとを、25±2℃で30分間混合させた。バッチ方式の脱着条件は、0.1Mの硫酸20mLと例1および例2の試料0.1gとを、25±2℃で45分間混合させた。カラム方式の吸着条件は、例1および例2の試料(1g)にpH3のウラン含有溶液1000mLを2.5mL/分の通液速度で通液させた。カラム方式の脱着条件は、例1および例2の試料(1g)に0.1Mの硫酸40mLを2.5mL/分の通液速度で通液させた。吸着試験後の例1および例2の試料をICP-MS分析した。 The adsorption conditions for the batch method were: 20 mL of uranium-containing solution with pH 3 and 20 mg of the samples of Examples 1 and 2 were mixed at 25±2°C for 30 minutes. The desorption conditions for the batch method were: 20 mL of 0.1 M sulfuric acid and 0.1 g of the samples of Examples 1 and 2 were mixed at 25±2°C for 45 minutes. The adsorption conditions for the column method were: 1000 mL of uranium-containing solution with pH 3 was passed through the samples (1 g) of Examples 1 and 2 at a flow rate of 2.5 mL/min. The desorption conditions for the column method were: 40 mL of 0.1 M sulfuric acid was passed through the samples (1 g) of Examples 1 and 2 at a flow rate of 2.5 mL/min. The samples of Examples 1 and 2 after the adsorption test were analyzed by ICP-MS.

図26に示すように、本発明のウラン吸着材を使用すれば、カラム方式であってもバッチ方式であっても、実際の鉱物から浸出した238U同位体を、70%を超える高い吸着効率で吸着できることが示された。 As shown in Figure 26, it was shown that the uranium adsorbent of the present invention can adsorb 238U isotope leached from actual minerals with a high adsorption efficiency of over 70%, whether using the column method or the batch method.

図27は、例1~例6の試料についてAGR含有鉱石によるウラン含有溶液を用いたバッチ方式のウラン吸着試験の結果を示す図である。 Figure 27 shows the results of a batch-type uranium adsorption test using AGR-containing ore and a uranium-containing solution for the samples of Examples 1 to 6.

バッチ方式の吸着条件は、pH3のウラン含有溶液20mLと例1~例6の試料20mgとを、25±2℃で30分間混合させた。図27には、図26に示した例1および例2の試料の結果も併せて示す。 The adsorption conditions for the batch method were: 20 mL of uranium-containing solution at pH 3 and 20 mg of samples from Examples 1 to 6 were mixed for 30 minutes at 25±2°C. Figure 27 also shows the results for the samples from Examples 1 and 2 shown in Figure 26.

図27によれば、いずれの試料もウランを吸着するウラン吸着材として機能することが分かった。特に、キレート化合物で修飾することによって、より優れたウラン吸着材となることが示された。上述した1式または2式で修飾するキレート化合物が有効であることが示された。 As shown in Figure 27, all samples function as uranium adsorbents that adsorb uranium. In particular, it was shown that modification with a chelate compound results in a better uranium adsorbent. It was shown that chelate compounds modified with the above-mentioned formula 1 or 2 are effective.

本発明のウラン吸着材は、ウランを選択的に吸着し、遊離できるため、ウランを除去・回収する各種装置、方法に適用される。 The uranium adsorbent of the present invention can selectively adsorb and release uranium, making it applicable to various devices and methods for removing and recovering uranium.

100、200 凝集体
110 ポーラスシリカ
120 溝
210 キレート化合物
600 ウラン吸着カラム
610 吸着材
620 トップフィルター
630 ボトムフィルター
640、650 カラム接続部
100, 200 aggregate 110 porous silica 120 groove 210 chelate compound 600 uranium adsorption column 610 adsorbent 620 top filter 630 bottom filter 640, 650 column connection part

Claims (15)

六方晶構造を有するポーラスシリカからなる粒子の凝集体を備え、
前記凝集体は、ミクロ細孔、メソ細孔およびマクロ細孔を備えた階層構造を有し、
前記凝集体は、250m/g以上300m/g以下の範囲のBET法比表面積を有し、0.3cm/g以上0.5cm/g以下の範囲の細孔容積を有し、
前記凝集体の表面は前記粒子間に複数の溝を有し、
ウランを選択的に吸着または遊離する、ウラン吸着材であって、
前記ポーラスシリカの表面および細孔は、ホスホン酸2-トリエトキシシリル)エチルジメチルエステル(Phosphonic acid, [2-(triethoxysilyl) ethyl], dimethyl ester)、2-ジメトキシホスホリルエチルトリエトキシシラン(2-dimethoxy phosphorylethyl(triethoxy) silane)、ジメチル{2-[ジエトキシ(メチル)シリル]ホスホネート(Dimethyl{2-[diethoxy(methyl)silyl]phosphonate) 、および3-ジエトキシホスホリルプロピル(トリメチル)シラン(3-diethoxyphosphorylpropyl(trimethy)silane) からなる群から選ばれるキレート化合物で修飾されている、ウラン吸着材。
The porous silica particles have a hexagonal crystal structure.
The aggregates have a hierarchical structure with micropores, mesopores and macropores;
The aggregates have a BET specific surface area in the range of 250 m 2 /g or more and 300 m 2 /g or less, and a pore volume in the range of 0.3 cm 3 /g or more and 0.5 cm 3 /g or less,
the surface of the agglomerate has a plurality of grooves between the particles;
A uranium adsorbent that selectively adsorbs or liberates uranium, comprising:
The surface and pores of the porous silica are modified with a chelating compound selected from the group consisting of phosphonic acid, [2-(triethoxysilyl) ethyl], dimethyl ester, 2-dimethoxy phosphorylethyl(triethoxy) silane, dimethyl{2-[diethoxy(methyl)silyl]phosphonate, and 3-diethoxyphosphorylpropyl(trimethy)silane .
前記ポーラスシリカに対する前記キレート化合物の質量比は、0.1以上0.5以下の範囲である、請求項に記載のウラン吸着材。 2. The uranium adsorbent according to claim 1 , wherein a mass ratio of the chelate compound to the porous silica is in the range of 0.1 or more and 0.5 or less. 前記ポーラスシリカに対する前記キレート化合物の質量比は、0.15以上0.25以下の範囲である、請求項に記載のウラン吸着材。 The uranium adsorbent according to claim 2 , wherein a mass ratio of the chelate compound to the porous silica is in the range of 0.15 or more and 0.25 or less. 前記ポーラスシリカは、少なくとも、ケイ素(Si)、酸素(O)、炭素(C)およびリン(P)を含有し、合計を100質量%としたとき、それぞれの元素の質量パーセント濃度は、
45≦Si≦55
40≦O≦45
3≦C≦7、および、
1≦P≦3
を満たす、請求項1~のいずれかに記載のウラン吸着材。
The porous silica contains at least silicon (Si), oxygen (O), carbon (C) and phosphorus (P), and when the total is 100 mass%, the mass percent concentration of each element is
45≦Si≦55
40≦O≦45
3≦C≦7, and
1≦P≦3
The uranium adsorbent according to any one of claims 1 to 3 , which satisfies the above.
前記粒子は、0.5μm以上2.5μm以下の範囲のメジアン径(d50)を有する、
請求項1~のいずれかに記載のウラン吸着材。
The particles have a median diameter (d50) in the range of 0.5 μm to 2.5 μm.
The uranium adsorbent according to any one of claims 1 to 4 .
もみ殻から得られた植物由来シリカ源をアルカリ溶液に添加し、植物由来シリカ溶液を調製することと、
前記植物由来シリカ溶液に臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTAB)を添加し、原料混合溶液を得ることと、
前記原料混合溶液を水熱合成し、前記植物由来シリカ源からのシリカと前記臭化セチルトリメチルアンモニウムとからなる反応物を析出させることと、
前記反応物を焼成し、前記臭化セチルトリメチルアンモニウムを除去することによって得られた焼成物と、ホスホン酸2-トリエトキシシリル)エチルジメチルエステル(Phosphonic acid, [2-(triethoxysilyl) ethyl], dimethyl ester)、2-ジメトキシホスホリルエチルトリエトキシシラン(2-dimethoxy phosphorylethyl(triethoxy) silane)、ジメチル{2-[ジエトキシ(メチル)シリル]ホスホネート(Dimethyl{2-[diethoxy(methyl)silyl]phosphonate) 、および3-ジエトキシホスホリルプロピル(トリメチル)シラン(3-diethoxyphosphorylpropyl(trimethy)silane) からなる群から選ばれるキレート化合物とを混合すること、
を包含する、請求項1~のいずれかに記載のウラン吸着材を製造する方法。
Adding a plant-derived silica source obtained from rice husk to an alkaline solution to prepare a plant-derived silica solution;
Adding cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) to the plant-derived silica solution to obtain a raw material mixed solution;
subjecting the raw material mixed solution to hydrothermal synthesis, thereby precipitating a reaction product consisting of silica from the plant-derived silica source and the cetyltrimethylammonium bromide;
calcining the reactant and removing the cetyltrimethylammonium bromide to obtain a calcined product, and mixing the calcined product with a chelating compound selected from the group consisting of phosphonic acid, [2-(triethoxysilyl) ethyl], dimethyl ester, 2-dimethoxy phosphorylethyl(triethoxy) silane, dimethyl{2-[diethoxy(methyl)silyl]phosphonate, and 3-diethoxyphosphorylpropyl(trimethy)silane;
A method for producing the uranium adsorbent according to any one of claims 1 to 5 , comprising:
前記植物由来シリカ溶液を調製することは、前記植物由来シリカ源が添加されたアルカリ溶液を65℃以上75℃以下の温度範囲で還流することを包含する、請求項に記載の方法。 7. The method of claim 6 , wherein preparing the plant-derived silica solution comprises refluxing the alkaline solution to which the plant-derived silica source has been added at a temperature in the range of 65°C to 75°C. 前記原料混合溶液を得ることは、前記植物由来シリカ溶液中の前記植物由来シリカに対する前記臭化セチルトリメチルアンモニウムの質量比が0.1以上0.4以下の範囲となるよう、前記臭化セチルトリメチルアンモニウムを添加する、請求項6または7に記載の方法。 The method according to claim 6 or 7, wherein the raw material mixed solution is obtained by adding cetyltrimethylammonium bromide so that the mass ratio of cetyltrimethylammonium bromide to the plant-derived silica in the plant-derived silica solution is in the range of 0.1 to 0.4 . 前記水熱合成することは、前記反応物に酸を添加し、洗浄、乾燥させることを包含する、請求項6~8のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 6 to 8 , wherein the hydrothermal synthesis comprises adding an acid to the reactant, washing the reactant, and drying the reactant. 前記反応物を焼成することは、前記反応物を、200℃以上800℃以下の温度範囲で2時間以上24時間以下の時間、焼成する、請求項6~9のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 6 to 9 , wherein the calcination of the reactant comprises calcining the reactant at a temperature in the range of 200°C to 800°C for a period of 2 hours to 24 hours. 前記混合することは、前記焼成物に対する前記キレート化合物の質量比が0.1以上0.5以下となるよう、前記キレート化合物を混合する、請求項6~10のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 6 to 10 , wherein the mixing comprises mixing the chelate compound so that a mass ratio of the chelate compound to the baked product is 0.1 or more and 0.5 or less. 前記混合することに続いて、前記混合後の生成物を洗浄し、乾燥することをさらに包含する、請求項6~11のいずれかに記載の方法。 The method of any of claims 6 to 11 , further comprising, following said mixing, washing and drying said mixed product. 植物由来シリカ溶液を調製することに先立って、前記植物由来シリカ源を調製することをさらに包含し、前記調製することは、
前記もみ殻を洗浄し、乾燥することと、
前記乾燥したもみ殻を0.5Mより大きく1.5M以下の範囲の濃度の酸で処理し、75℃以上85℃以下の温度範囲で1時間以上10時間以下の時間還流することと、
前記酸を洗浄し、5時間以上10時間以下の時間、80℃以上110℃以下の温度範囲で乾燥することと、
前記乾燥されたもみ殻を、600℃以上800℃以下の温度範囲で、5時間以上12時間以下の時間焼成し、脱炭酸することと
をさらに包含する、請求項6~12のいずれかに記載の方法。
The method further includes preparing the plant-derived silica source prior to preparing the plant-derived silica solution, the preparing comprising:
washing and drying the rice husks;
Treating the dried rice husk with an acid having a concentration in the range of more than 0.5M to 1.5M and refluxing it at a temperature in the range of 75°C to 85°C for a period of 1 hour to 10 hours;
washing the acid and drying the acid at a temperature in the range of 80° C. to 110° C. for a period of 5 hours to 10 hours;
The method according to any one of claims 6 to 12 , further comprising calcining the dried rice husk at a temperature in the range of 600°C to 800°C for a period of 5 hours to 12 hours to decarbonate the rice husk.
ウラン含有鉱石からウランを回収する方法であって、
前記ウラン含有鉱石を塩酸、硝酸および硫酸からなる群から選択される酸溶液に添加し、前記ウラン含有溶液を調製することと、
請求項1~のいずれかに記載のウラン吸着材と前記ウラン含有溶液とを接触させ、前記ウラン吸着材に前記ウラン含有溶液中のウランを吸着させることと、
前記ウラン含有溶液からウランが抽出された処理水を排出することと、
前記ウランが吸着したウラン吸着材を硫酸、塩酸および硝酸からなる群から選択される酸と接触させ、吸着したウランを遊離すること共に、
前記ウラン含有溶液のpHは、3以上6.5以下の範囲であり、
前記酸溶液に加えて、過酸化水素をさらに添加すると共に、
前記過酸化水素を前記酸溶液に添加した前記ウラン含有溶液の加熱温度は50℃以上70℃以下の温度範囲である、
方法。
1. A method for recovering uranium from uranium-bearing ore, comprising the steps of:
adding the uranium-containing ore to an acid solution selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, and sulfuric acid to prepare the uranium-containing solution;
A method for producing a uranium-containing solution comprising contacting the uranium adsorbent according to any one of claims 1 to 5 with the uranium-containing solution to allow the uranium adsorbent to adsorb uranium in the uranium-containing solution;
Discharging treated water from which uranium has been extracted from the uranium-containing solution;
contacting the uranium adsorbent having uranium adsorbed thereon with an acid selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid to liberate the adsorbed uranium;
The pH of the uranium-containing solution is in the range of 3 to 6.5,
In addition to the acid solution, hydrogen peroxide is further added,
The heating temperature of the uranium-containing solution obtained by adding the hydrogen peroxide to the acid solution is in the range of 50° C. to 70° C.
method.
前記過酸化水素は前記酸溶液に対して4v/v%以上8v/v%以下添加される、
請求項14に記載の方法。
The hydrogen peroxide is added to the acid solution at 4 v/v % or more and 8 v/v % or less.
The method of claim 14 .
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7840552B2 (en) * 2021-12-09 2026-04-06 国立研究開発法人物質・材料研究機構 A visual tracking sensor for uranium-238 isotope, a method for manufacturing the same, and a method for visually tracking and extracting uranium using the same.
CN115722204B (en) * 2022-11-18 2024-07-23 黑龙江省原子能研究院 A method for preparing amino-enhanced phosphorylated cellulose uranium adsorbent
CN116786090A (en) * 2023-06-21 2023-09-22 核工业北京化工冶金研究院 Uranium adsorption materials and preparation methods and uses thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002502800A (en) 1998-02-13 2002-01-29 モービル・オイル・コーポレイション Method for modifying crystalline molecular sieve material
JP2009067614A (en) 2007-09-11 2009-04-02 Kao Corp Composite hollow mesoporous silica particles
JP2014514433A (en) 2011-02-22 2014-06-19 独立行政法人物質・材料研究機構 Extraction and separation method and extraction and separation means for lanthanoid element or actinoid element
JP2017511786A (en) 2014-02-19 2017-04-27 アレヴァ・エヌセーAreva Nc Method for activating U3O8 for its conversion to UO tetrahydrate
JP2019065204A (en) 2017-10-02 2019-04-25 株式会社トロムソ Biomass raw material and manufacturing method therefor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002502800A (en) 1998-02-13 2002-01-29 モービル・オイル・コーポレイション Method for modifying crystalline molecular sieve material
JP2009067614A (en) 2007-09-11 2009-04-02 Kao Corp Composite hollow mesoporous silica particles
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