超臨界二酸化炭素を用いて作製した
水素同位体交換反応用の
白金担持撥水性触媒
超臨界流体技術
1 mm
放射性廃棄物処理
リサイクル
超臨界二酸化炭素中に形成した逆ミセルを用いた研究
Ave. 4.1±1.7 nm
(i) 金属微粒子の作製
Pt
界面活性剤
水溶液
Super hydrophobic layer
還元
金属イオン
金属
< 100nm
10 nm
白金微粒子が超臨界二酸化
炭素中に分散した様子
超臨界二酸化炭素中に界面活性剤を用いて金属イオンを含む水溶液を分散させ,
その金属イオンを還元することで,金属微粒子を作製する.
白金微粒子が担体に担持した様子
応用分野として・・・
形成した逆ミセルのサイズ以下の金属微粒子を作製することができる.
水素同位体分離
用の白金触媒
(ii) 放射性腐食生成物の除染
集積回路の配線
金属薄膜
M(Fe(III)O2)2
(M : Fe, Co, Ni, Mn)
配管
原子炉の配管内部には,放射性腐食製生物であるフェライト(M(Fe(III)O2)2が堆積する.
このような配管を一括廃棄すると・・・
< 100nm
微小なサイズの有機酸水溶液を
超臨界二酸化炭素中に分散
配管
超音波
放射性廃棄物量が増大する.
放射性腐食生成物を配管から分離し,分別廃棄することで放射性廃棄物量を低減できる.
超臨界二酸化炭素中の逆ミセルの利用→放射性2次廃液の発生量の低減
複雑な形状を有する機器に対する効率的な除染
除染前
配管表面に堆積したフェライトを
母材を損傷せずに除去することができた.
応用分野として・・・
汚染物質(衣類,手袋等)の除染
除染後
超臨界CO2ミセルを利用した有機物の超音波分解
これまでにない有機物分解法を提案・検証
●超臨界CO2ミセルを利用することにより,単に
界面活性剤を使用してミセルを形成させた場合に
比べ,より多くの有機物を水中に保持できた.
より多くの有機物が分解
できる可能性がある!
●液体中に超音波を印加すると水相より
油相のほうが高温になり油相中の有機
物が分解される.
界面活性剤
1. 有機物と混ざった超臨界CO2の
ミセルを界面活性剤水溶液中に
形成させる.
超音波により
生じる高温の
気泡
2. これに超音波を印加することで
高温の気泡を生じさせ,ミセル中
の有機物を分解させる.
有機物
+
超臨界CO2
超音波
この分解法の特徴・長所
CO2と毒性の低い界面活性剤を使用するので環境負荷が小さい.
界面活性剤のみを使う場合に比べより多くの有機物を水中に保持できる.
水中で分解させるため火災・爆発等の事故のリスクが小さい.
減圧時に生じる気体は低温なので排ガス処理が容易である.
超臨界CO2抽出への膜分離の適用
一般的な超臨界CO2抽出
問題点
抽出物を含む
超臨界CO2
減圧
CO2
抽出物
・CO2再利用のための付加
装置が必要
・特定の溶質を選択的に取
り出すことが困難
超臨界CO2抽出に膜分離を適用
抽出物を含む
超臨界CO2
膜分離
超臨界CO2 高圧下のまま,超臨界
CO2と抽出物の分離が
抽出物
可能
・CO2の循環利用が可能
・特定の溶質を選択的に取り出す
ことが可能
液体金属を用いた白金族の回収
ガ
ラ
ス
固
化
体
ガラス成分
・・・・・・75%
廃棄物
・・・・・・25%
Ru, Rh, Pd
・・・・1~2%
白金族(Ru,Rh,Pd)は・・・
• 希少貴金属
• 触媒等による利用増加
• 溶融炉壁損傷の原因
ガラスに含まれる白金族の回収
加熱
ガラスビーズ
金属塊として
回収
白金族
回収用金属
(Cuなど)
ガラスへのCu微粒子の分散
0.80
573 nm
Absorbance [-]
0.78
Si,SiC
による
加熱還元
CuOを含有させた
ガラス
還元後のガラスの
吸光スペクトル
0.76
0.74
ガラスに含まれる
Pd, Ru, RuO2につ
いて,90%程度を
回収できた.
Cuを微小化することで
• 硝酸への溶解を抑制
• 白金族との接触面積
の増加
0.72
0.70
0.68
400 500 600 700 800
Wavelength [nm]
白金族回収率の向上
が期待できる.
ガラス固化体からの金属回収
高レベル放射性廃棄物の再取り出し可能性
• 資源(例えば廃棄物の構成要素)を処分施設から回収する
• 将来開発されるかもしれない他の処理処分技術を利用する
ガラス固化体に含まれる金属を現存の技術を用いて取り出すこ
とができることを示す必要がある.
分相を利用したガラスからの金属の取り出し技術
SiO2
B2O3
B2O3-金属酸化物
SiO2
分相
酸処理
熱処理
ガラス
固化体
1 µm
模擬ガラス固化体
分相
金属取り出し
原子力の熱を利用した熱化学水素製造プロセスの開発
複数の化学反応を組み合わせることにより,
低温の熱のみで水を水素と酸素に分解する化学プロセス
現在,主流として研究されているのは
ヨウ素(I)と硫黄(S)を循環させるプロセス
Water
Oxygen
O2
H2
2H2O
SO2
H2SO4 →
H2O+SO2+1/2O2
900℃
Hydrogen
2HI → H2+I2
I2+SO2+2H2O
→ 2HI+H2SO4
塩素と鉄を循環物質としたプロセスに着目
2FeCl3→Cl2+2FeCl2
:420℃
3FeCl2+4H2O→Fe3O4+6HCl+H2
:650℃
Cl2+H2O→2HCl+1/2O2
:650℃
H2O→H2+1/2O2
HI
450℃
高温ガス炉
問題点
既存の原子炉の活用
高温溶液による悪影響の低減
Fe3O4+8HCl→FeCl2+2FeCl3+4H2O :250℃
I2
H2SO4
低温なプロセスを提案することで,
・熱効率40%の未達
・高温ガス炉の実用化
・高温溶液による材料腐食
I-Sプロセスより以前に検討され,熱効率の悪
さや試料の焼結による劣化が問題視された.
これらの問題点は,現代の
膜分離技術,超微粒子作製技術を
もって解決することが可能
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超臨界CO2ミセルを利用した有機物の超音波分解