JP6485265B2 - シチナカイト構造を有するシリコチタネートおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
Kd=(C。−C)/C×V/m (1)
Kd : 分配係数(mL/g)
C。 : 吸着処理前の金属イオン含有水溶液中の金属イオン濃度(ppm)
C : 吸着平衡時の金属イオン含有水溶液中の金属イオン濃度(ppm)
V : 金属イオン含有水溶液の体積(mL)
m : 吸着剤の重量(g)
Kd : セシウムの分配係数(mL/g)
C。 : 吸着処理前のセシウム含有水溶液中の金属イオン濃度(ppm)
C : 吸着平衡時のセシウム含有水溶液中の金属イオン濃度(ppm)
V : セシウム含有水溶液の体積(mL)
m : シチナカイト構造を有するシリコチタネートの重量(g)
する粒子もセシウム吸着特性の向上に寄与していると考えられる。
0.5≦Si/Ti≦2.0
20≦H2O/Ti≦150
1.0≦M/Ti≦5.0
(Mは、Li,Na、及びKの群から選ばれる1種のアルカリ金属)
1.0≦Si/Ti≦2.0
20≦H2O/Ti≦150
1.0≦M/Ti≦5.0
(Mは、Li,Na、及びKの群から選ばれる1種のアルカリ金属)
一般的なX線回折装置(商品名:MXP3HF型X線回折計、マックスサイエンス社製)を使用して試料のXRDパターンを測定した。測定条件は以下のとおりとした。
線源 : CuKα線(λ=1.5405Å)
測定モード : ステップスキャン
スキャン条件: 毎秒0.04°
発散スリット: 1.00deg
散乱スリット: 1.00deg
受光スリット: 0.30mm
計測時間 : 3.00秒
測定範囲 : 2θ=5.0°〜60.0°
得られたXRDパターンと、参考文献1、参考文献2、及び参照HPに記載されたXRDピークとを比較することで、シチナカイト構造の同定を行った。
水溶液中のストロンチウムイオン濃度は適宜、希釈してICP法により測定した。測定には、一般的なICP−AES(装置名:OPTIMA3000DV、PERKIN−ELMER社製)を使用した。Ca、Mgも同様の方法で測定した。
吸着処理による各金属の除去率は以下の式(2)より求めた。
除去率 = (C0−C)/C。×100 (2)
C。 : 吸着処理前の金属イオン含有水溶液中の金属イオン濃度(ppm)
C : 吸着平衡時の金属イオン含有水溶液中の金属イオン濃度(ppm)
光散乱式粒度分布測定により、粒子径分布の累積曲線を測定した。測定には、一般的な光散乱式粒子径分布測定装置(日機装株式会社 MICROTRAC HRA MODEL:9320−X1000)を用いた。前処理として、試料を蒸留水に懸濁させ、超音波ホモジナイザーを用いて2分間分散させた。得られた粒子径分布の累積曲線から、平均粒子径、及び粒子径10μmでの累積値を得た。
一般的な走査型電子顕微鏡(装置名:JSM−6390LV、日本電子株式会社製)を用いて試料の粒子を観察した。
ケイ酸ソーダ(SiO2;29.1重量%)20g、硫酸チタン水溶液(TiO2;13.31重量%)46g、水酸化ナトリウム(NaOH;48重量%)50g、及び、純水77gを混合し、以下の組成の原料混合物を得た。
Si/Tiモル比=1.31
Na/Tiモル比=3.3
H2O/Tiモル比=82
得られた原料混合物はゲル状であった。
原料混合物を以下の組成となるようにしたこと以外は実施例1と同様な方法で結晶化物を得た。
Si/Tiモル比 = 1.25
Na/Tiモル比 = 3.6
H2O/Tiモル比 = 82
得られたシリコチタネートについて模擬海水からのストロンチウム選択的吸着特性の評価を行った。ストロンチウムを含有する模擬海水として、NaCl、MgCl2、CaCl2、Na2SO4、KCl及びSr標準液を用い、以下の組成を含む水溶液を調製し、測定溶液とした。
Na :870重量ppm(NaCl由来)
Mg :118重量ppm
Ca : 41重量ppm
Na :126重量ppm(Na2SO4由来)
K : 32重量ppm
Sr : 1重量ppm
(ここでNaの合計の濃度は996重量ppmである)
ストロンチウム : 18,000mL/g
カルシウム : 1,600mL/g
マグネシウム : 1,500mL/g
ストロンチウム : 48%
カルシウム : 7.3%
マグネシウム : 6.8%
得られたシリコチタネートについて模擬海水からのセシウム選択的吸着特性の評価を行った。セシウムを含有する模擬海水として、NaCl、MgCl2、CaCl2、Na2SO4、KCl、及びCs標準液を用い、以下の組成を含む水溶液を調製し、測定溶液とした。
Na :1740重量ppm(NaCl由来)
Mg : 236重量ppm
Ca : 82重量ppm
Na : 252重量ppm(Na2SO4由来)
K : 64重量ppm
Cs : 1重量ppm
(ここでNaの合計の濃度は1992重量ppmである)
原料混合物を以下の組成となるようにしたこと以外は実施例1と同様な方法で結晶化物を得た。
Si/Tiモル比 = 1.14
Na/Tiモル比 = 4.0
H2O/Tiモル比 = 82
ケイ酸ソーダ(SiO2;29.1重量%)20g、硫酸チタン水溶液(TiO2;13.31重量%)46g、水酸化ナトリウム(NaOH;48重量%)50g、及び、純水77gを混合し、以下の組成からなる無定形シリコチタネートゲルを得た。
Si/Tiモル比 = 1.31
Na/Tiモル比 = 3.3
H2O/Tiモル比 = 82
Si/Tiモル比 = 1.31
Na/Tiモル比 = 3.3
H2O/Tiモル比 = 82
Nb/Tiモル比 = 0.2
実施例2と同様な方法で、ストロンチウムの選択的吸着特性の評価を行った。吸着特性の評価後の測定溶液のストロンチウム濃度は0.50重量ppm、また、海水成分であるカルシウム濃度は39.5重量ppm、マグネシウム濃度は115重量ppmであった。
ストロンチウム : 20,000mL/g
カルシウム : 7,600mL/g
マグネシウム : 5,200mL/g
ストロンチウム : 50%
カルシウム : 3.6%
マグネシウム : 2.5%
得られたシリコチタネートについて、実施例2と同様な方法で、模擬海水からのセシウム選択的吸着特性の評価を行った。
ケイ酸ソーダ(SiO2;29.1重量%)20g、オキシ硫酸チタン(TiO2;16.3重量%)72g、水酸化ナトリウム(NaOH;48重量%)50g、及び、純水77gを混合し、以下の組成からなる無定形シリコチタネートゲルを得た。
Si/Tiモル比 = 1.34
Na/Tiモル比 = 3.3
H2O/Tiモル比 = 82
Si/Tiモル比 = 1.34
Na/Tiモル比 = 3.3
H2O/Tiモル比 = 82
Nb/Tiモル比 = 0.35
得られたシリコチタネートについて模擬海水からのストロンチウムおよびセシウム選択的吸着特性の評価を行った。NaCl、MgCl2、CaCl2及びSr標準液とCs標準液を用い、以下の組成を有する模擬海水を調製した。
Na :996重量ppm
Mg :118重量ppm
Ca : 41重量ppm
Sr : 1重量ppm
Cs : 1重量ppm
ストロンチウム : 12,000mL/g
セシウム : 2,400,000mL/g
カルシウム : 5,000mL/g
マグネシウム : 5,200mL/g
ストロンチウム : 37%
セシウム : 99.2%
カルシウム : 3.7%
マグネシウム : 2.5%
ムおよびセシウムの除去率が大きく、海水成分共存下でストロンチウムおよびセシウム吸
着選択性に優れていることが確認できた。
原料混合物を以下の組成となるようにしたこと以外は実施例5と同様な方法で結晶化物を得た。
Si/Tiモル比 = 1.07
Na/Tiモル比 = 3.3
H2O/Tiモル比 = 82
Si/Tiモル比 = 1.07
Na/Tiモル比 = 3.3
H2O/Tiモル比 = 82
Nb/Tiモル比 = 0.2
得られたシリコチタネートについて模擬海水からのストロンチウムおよびセシウム選択的吸着特性の評価は実施例5と同様な方法で行った。
ストロンチウム : 11,000mL/g
セシウム : 1,500,000mL/g
カルシウム : 2,300mL/g
マグネシウム : 1,000mL/g
ストロンチウム : 35%
セシウム : 98.7%
カルシウム : 12.0%
マグネシウム : 5.1%
ムおよびセシウムの除去率が大きく、海水成分共存下でストロンチウムおよびセシウム吸
着選択性に優れていることが確認できた。
オルトケイ酸テトラエチル9g、オルトチタン酸テトライソプロピル10gを混合した
後、これを水酸化ナトリム(NaOH;48重量%)溶液9gと水49gの混合溶液に添
加混合し、以下の組成を有する原料混合物を得た。
Si/Tiモル比 = 1.30
Na/Tiモル比 = 3.3
H2O/Tiモル比 = 82
エチルアルコールが6.6重量%、及び、イソプロピルアルコールが7.5重量%を副生
物として含んでいた。多量のアルコールを含むため、実施例と同様なオートクレーブを用
いた180℃加熱による結晶化はできなかった。
硫酸チタン水溶液の代わりに酸化チタン(アナターゼ型TiO2粉末)を用いたこと以
外は、実施例1と同様に原料混合物、及び結晶化物を得た。得られた結晶化物を、冷却、
ろ過、洗浄、及び乾燥して粉末状の生成物を得た。
チナカイト構造は確認されなかった。本比較例の生成物のXRD図を図10に示す。
のXRDピーク及び結晶性のチタン酸化物のXRDピークが確認された。これより、本比
較例の原料混合物は結晶性のチタン酸化物混合物であり、シリコチタネートゲルではない
ことが確認できた。
オルトケイ酸テトラエチル9g、オルトチタン酸テトライソプロピル10gを混合した後、これを水酸化ナトリム(NaOH;48重量%)溶液9gと水49gの混合溶液に添加混合し、以下の組成を有する原料混合物を得た。
Si/Tiモル比 = 1.18
Na/Tiモル比 = 3.8
H2O/Tiモル比 = 82
Si/Tiモル比 = 1.18
Na/Tiモル比 = 3.8
H2O/Tiモル比 = 82
Nb/Tiモル比 = 0.2
得られたシリコチタネートについて模擬海水からのストロンチウムおよびセシウム選択
的吸着特性の評価を行った。NaCl、MgCl2、CaCl2及びSr標準液とCs標
準液を用い、以下の組成を有する模擬海水を調製した。
Na : 996重量ppm
Mg : 118重量ppm
Ca : 41重量ppm
Sr : 1重量ppm
Cs : 1重量ppm
ストロンチウム : 3,500mL/g
セシウム : 39,000mL/g
カルシウム : 1,600mL/g
マグネシウム : 1,500mL/g
ストロンチウム : 15%
セシウム : 66%
カルシウム : 7.3%
マグネシウム : 6.8%
Claims (10)
- 式(1)で示されるセシウムの分配係数が100,000mL/g以上であるシチナカイト構造を有するシリコチタネート。
Kd=(C。−C)/C×V/m (1)
Kd : セシウムの分配係数(mL/g)
C。 : 吸着処理前のセシウム含有水溶液中の金属イオン濃度(ppm)
C : 吸着平衡時のセシウム含有水溶液中の金属イオン濃度(ppm)
V : セシウム含有水溶液の体積(mL)
m : シチナカイト構造を有するシリコチタネートの重量(g) - 式(1)で示されるストロンチウムの分配係数が10,000mL/g以上である請求項1に記載のシチナカイト構造を有するシリコチタネート。
Kd=(C。−C)/C×V/m (1)
Kd : ストロンチウムの分配係数(mL/g)
C。 : 吸着処理前のストロンチウム含有水溶液中の金属イオン濃度(ppm)
C : 吸着平衡時のストロンチウム含有水溶液中の金属イオン濃度(ppm)
V : ストロンチウム含有水溶液の体積(mL)
m : シチナカイト構造を有するシリコチタネートの重量(g) - 無機系チタン塩、無機系ケイ素化合物、水、並びに、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムの群から選ばれる少なくとも1種を混合してシリコチタネートゲルを得、当該シリコチタネートゲルを結晶化することを特徴とする請求項1又は2いずれかに記載のシチナカイト構造を有するシリコチタネートの製造方法。
- 無機系チタン塩、無機系ケイ素化合物、水、並びに、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムの群から選ばれる少なくとも1種を、以下のモル比となるように混合することを特徴とする請求項3に記載のシチナカイト構造を有するシリコチタネートの製造方法。
0.5≦Si/Ti≦2.0
20≦H2O/Ti≦150
1.0≦M/Ti≦5.0
(Mは、Li,Na、及びKの群から選ばれる1種のアルカリ金属) - 前記結晶化の温度が150℃〜230℃であることを特徴とする請求項3又は4いずれかに記載のシチナカイト構造を有するシリコチタネートの製造方法。
- 前記結晶化の時間が24時間から120時間であることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか一項に記載のシチナカイト構造を有するシリコチタネートの製造方法。
- 前記シリコチタネートゲルがニオブ、タンタル、バナジウム、アンチモン、マンガン、銅、鉄からなる群より1以上を含むことを特徴とする請求項3乃至6のいずれか一項に記載のシチナカイト構造を有するシリコチタネートの製造方法。
- 前記無機系チタン塩が、硫酸チタン、オキシ硫酸チタン、メタチタン酸ソーダ、及び、塩化チタンの群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項3乃至7のいずれか一項に記載のシチナカイト構造を有するシリコチタネートの製造方法。
- 請求項1又は2いずれかに記載のシチナカイト構造を有するシリコチタネートを含むセシウム又はストロンチウムの少なくともいずれかの吸着剤。
- 請求項1又は2いずれかに記載のシチナカイト構造を有するシリコチタネートを用いるセシウム又はストロンチウムの少なくともいずれかの吸着方法。
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