産総研など、安価な材料で様々な条件に対応可能なセシウム吸着材を開発

　

　産業技術総合研究所(産総研)などの研究グループは、安価な顔料であるプルシアンブルーを利用し、さまざまな用途に使用できる各種セシウム吸着材を開発したことを発表した。

　産総研ナノシステム研究部門 グリーンテクノロジー研究グループ 川本徹 研究グループ長、田中寿 主任研究員、北島明子 産総研特別研究員、および大日精化工業、関東化学によるもので、その成果の一部は、2011年8月24日に、農業・食品産業技術総合研究機構の「福島県飯舘村現地水田ほ場における農地土壌等における放射性物質除去技術開発のための一連の試験」で使用された。2011年3月11日の東北地方太平洋沖地震に伴い発生した東京電力福島第一原子力発電所の放射性物質漏洩事故により、環境中に多くの放射性物質が放出され、現在(2011年8月24日時点)大きな社会問題となっている。放出された放射性物質は主としてヨウ素131、セシウム134、セシウム137で、ヨウ素131は半減期が8日と短いため、長期的に問題となるのは半減期が約2年のセシウム134と、半減期が約30年のセシウム137の2種類であると考えられており、これらを人為的に無害化することは困難なため、対策としては、放射性セシウムを生活環境中から除去し、管理された区域に封じ込めるなどの方法が必要となるが、その際には放射性セシウムを選択的に取り込める吸着材が重要となってくる。

　ただし、放射性セシウムは環境中の多様な場所に飛散しているため、その対象によって除染の方法が異なることが問題となる。例えば、放射性セシウムを含んだ汚染水の浄化では、放射性セシウムを吸着する吸着材を充填したカラムに通水し、放射性セシウムを水から除去することなどが考えられる。放射性セシウム濃度が高い場合は、放射線に弱い有機高分子材料などを含有しない吸着材が望ましいが、放射性セシウム濃度が低い場合は、吸着後に体積を減らすことのできる吸着材が望ましい。一方、農作物が放射性セシウムを吸収することを防止するためには、セシウム吸着材を農地に散布し、放射性セシウムを吸着させる手法が考えられる。この場合は、土壌とセシウム吸着材の接触面積を増やすため、より微細な粒子を水に分散させて散布することが望ましいなど、放射性セシウムの対策に必要とされる吸着材の形態は多様である。

　セシウム吸着材としてはゼオライトなどの天然鉱物と並び、高いセシウム吸着能力と共に、安価であること、金属置換により吸着能力をさらに改善できることなどの特徴を持つプルシアンブルーという顔料が知られている。今回、2種類のプルシアンブルー材料を適切に使い分けることでさまざまな形態のセシウム吸着材を研究グループでは開発した。材料の1つは産総研で開発を進めてきたプルシアンブルーのナノ粒子で、通常のプルシアンブルー材料は水に溶けないが、このナノ粒子は水に分散するため、分散液として利用できるほか、布の着色など、多様な用途に利用できる。さらに、粒径が約10nmと小さく、大きな比表面積を持つため高い吸着効率も期待できるとのことで、すでに関東化学により、量産化の検討も進んでいるという。

　もう1つは、大日精化製が開発した「紺青」で、これも基本的な結晶構造はプルシアンブルーと同様であり、セシウム吸着機能を持つ。紺青は、年間約2500tがすでに生産されているため、即時の大量使用が可能なほか、芝生用着色剤として既に土壌散布に利用されている。

　プルシアンブルーを利用して作製した各種セシウム吸着材

　各種セシウム吸着材の特徴と用途

　一般に、セシウム水溶液からセシウムを吸着する能力の判断基準として、分配係数(Kd)がある。着色綿布や不織布のようにほかの材料との複合体に加工するとKdは低くなるが、今回開発したセシウム吸着材はどれも概ね1万ml/g以上のKdを示した。これは、加工を加えていないゼオライトの性能に匹敵するもので、特に、ナノ粒子分散液は、複合体への加工をしていないため、170万ml/gを超えるKdを示すケースもあったという。

　また、着色綿布については、カラムに充填し、非放射性セシウムイオンが溶解した疑似河川水を通水することにより、カラム形式での吸着能力を評価した。1.81gの着色綿布を使用し、5.8ppmのセシウムイオン濃度の疑似河川水(通常の河川の1000倍以上の濃度)を通水した場合の結果を見ると、この着色綿布は、通水量が1100mlを超えるまでセシウムイオンを吸着し、通水前の約1000分の1の濃度にすることができたとのことで、1.81gの着色綿布が吸着したセシウムイオンは6.4mgであり、セシウムイオンが全てセシウム137であった場合には、20ギガベクレルの放射性物質を河川水から除去できたことになるという。

　着色綿布を充填したカラムに、セシウム含有疑似河川水を通水させた際の、通水前のセシウム濃度に対する、通水後のセシウム濃度比率(透過率)

　なお、今回開発した吸着材の一部は、既に各種実証試験において使用中、あるいは使用予定であり、紺青分散液は、福島県天栄村において、農作物の放射性セシウム吸収を阻害する目的で、水田および畑に散布済であり、農作物の収穫を待ち、その効果を評価する予定であるという。

　また、研究グループでは、開発した各種吸着材の実証試験を進めると共に、大規模面積に展開できる体制を整えるべく、関連企業などとの連携を進める予定であるとしている。