JP7641760B2 - Manufacturing method of carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption and cesium adsorbent - Google Patents
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Description
本発明は、セシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法及びセシウム吸着材に関する。更に詳しくは、セシウムの吸着性能を有するセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法及びセシウム吸着材に関する。 The present invention relates to a method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption and a cesium adsorbent. More specifically, the present invention relates to a method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption having cesium adsorption performance and a cesium adsorbent.
2011年に発生した東京電力福島第一原子力発電所の事故で、環境中に多くの放射性物質が放出された。そして、放出された放射性物質の中でも、ウランの核反応生物であるセシウム134(Cs-134)、セシウム137(Cs-137)は、放出量が多い上に、その半減期が長く、それぞれ、2.1年、30年である。また、これらのセシウムは、土壌結合性も高いことから、環境中に長く留まることになる。 The accident at Tokyo Electric Power Company's Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant in 2011 released a large amount of radioactive material into the environment. Among the radioactive materials released, cesium-134 (Cs-134) and cesium-137 (Cs-137), which are the products of nuclear reactions of uranium, were released in large quantities and have long half-lives of 2.1 years and 30 years, respectively. Furthermore, these cesium species have a high tendency to bind to soil, so they remain in the environment for a long time.
そして、これらのセシウムは、生物にとって必須であるカリウムと類似の挙動を示し、生態系に影響を与えることが想定されることから、環境中から除去することが必要とされている。 Since this cesium behaves in a similar way to potassium, which is essential for living organisms, and is expected to have an impact on ecosystems, it is necessary to remove it from the environment.
セシウムの除去方法としては、従来、ゼオライトを無機イオン交換体として使用する方法が知られている。具体的には、セシウムを含む水(セシウムを除去する対象;セシウムイオン)にゼオライトを混合した後、セシウムを含む沈殿物を得る方法や、ゼオライトを充填した筒体に通水する方法等が知られている。なお、東京電力福島第一原子力発電所で使用されている汚染水処理装置「SARRY」(東芝エネルギーシステムズ社製)は、ゼオライトを充填した筒体に通水する方法を採用している。 A method of using zeolite as an inorganic ion exchanger has been known for removing cesium. Specifically, there is a method of mixing zeolite with water containing cesium (the target for removing cesium; cesium ions) and then obtaining a precipitate containing cesium, or a method of passing water through a cylinder filled with zeolite. The contaminated water treatment device "SARRY" (manufactured by Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation) used at the Tokyo Electric Power Company's Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant employs a method of passing water through a cylinder filled with zeolite.
また、ゼオライトを用いる方法以外の方法としては、例えば、特許文献1、2に記載の方法などが知られており、具体的には、陽イオン交換樹脂や吸着材を担持したPVA膜を用いる方法、交換基を導入した陽イオン交換膜を用いる方法などがある。さらには、セシウムイオンに特異的に吸着する色素・プルシアンブルーを直接、あるいは繊維等に吸着させた状態で用いる方法も探求されている。
Methods other than those using zeolite are known, such as those described in
しかしながら、ゼオライトを用いた除去方法では、セシウムを含むゼオライトの沈殿(沈殿物を得ること)、沈殿物の脱水及び除去に工数と時間がかかる。更に、使用済みのゼオライトは、大きな体積を有し、廃棄物管理のためのスペースの確保やそのためのコストの発生などの課題が生じる傾向があり、改良の余地がある。 However, in the removal method using zeolite, it takes time and effort to precipitate the cesium-containing zeolite (to obtain a precipitate), and then to dehydrate and remove the precipitate. Furthermore, used zeolite tends to be large in volume, which can lead to issues such as the need to secure space for waste management and the associated costs, leaving room for improvement.
また、ポリビニルアルコール(PVA)膜や陽イオン交換膜を用いる方法では、これらを廃棄焼却処理する際に有害物質を放出する傾向があり、廃棄処理にその処理が簡便であるという点においては未だ改良の余地がある。プルシアンブルーを用いる方法に関しては、吸着後の物質体(セジウム-プルシアンブルー結合物)と遊離体(セシウムイオンやプルシアンブルー)との分離が困難であるなどの課題を有する。 In addition, methods that use polyvinyl alcohol (PVA) membranes or cation exchange membranes tend to release harmful substances when they are incinerated for disposal, and there is still room for improvement in terms of ease of disposal. Methods that use Prussian blue have issues, such as the difficulty of separating the substance (cesium-Prussian blue complex) from the free form (cesium ions and Prussian blue) after adsorption.
本発明は、このような従来技術に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、環境中から放射性セシウムを回収することができ、廃棄処理する際にもその処理が簡便なセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法、及びセシウム吸着材を提供することにある。 The present invention was made in consideration of such conventional techniques, and its objective is to provide a method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption that can recover radioactive cesium from the environment and is easy to dispose of, and a cesium adsorbent.
本発明によれば、以下に示す、セシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法、及びセシウム吸着材が提供される。 The present invention provides a method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption, and a cesium adsorbent, as shown below.
[1] 炭素繊維製の不織布を、界面活性剤を含有する界面活性剤溶液に浸漬させ、その後、乾燥させて得られる、セシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法。 [1] A method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption, which is obtained by immersing a carbon fiber nonwoven fabric in a surfactant solution containing a surfactant and then drying it.
[2] 前記界面活性剤溶液に含有される前記界面活性剤が、ポリオキシアルキレンラウリルエーテルである、前記[1]に記載のセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法。 [2] The method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption described in [1] above, in which the surfactant contained in the surfactant solution is polyoxyalkylene lauryl ether.
[3] 前記界面活性剤溶液に含有される前記界面活性剤の濃度が、0.05~5質量%である、前記[1]または[2]に記載のセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法。 [3] The method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption described in [1] or [2] above, in which the concentration of the surfactant contained in the surfactant solution is 0.05 to 5 mass %.
[4] 前記不織布として、前記炭素繊維が第一の撥水性樹脂によって撥水処理されたものを用いる、前記[1]~[3]のいずれかに記載のセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法。 [4] A method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption according to any one of [1] to [3], in which the nonwoven fabric is made of carbon fibers that have been treated to be water-repellent with a first water-repellent resin.
[5] 前記不織布として、前記炭素繊維が前記第一の撥水性樹脂によって撥水処理された後、第二の撥水性樹脂と導電性材料とを含むコーティング剤によってコーティング処理されたものを用いる、前記[4]に記載のセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法。 [5] The method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption described in [4] above, in which the nonwoven fabric is made by coating the carbon fiber with a coating agent containing a second water-repellent resin and a conductive material after the carbon fiber has been treated to be water-repellent with the first water-repellent resin.
[6] 前記第一の撥水性樹脂及び前記第二の撥水性樹脂が、それぞれ、フッ素樹脂であり、
前記導電性材料が、カーボンブラックである、前記[5]に記載のセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法。
[6] The first water-repellent resin and the second water-repellent resin are each a fluororesin,
The method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption according to [5] above, wherein the conductive material is carbon black.
[7] 炭素繊維製の不織布を用意し、前記不織布の前記炭素繊維を第一の撥水性樹脂によって撥水処理して、セシウム吸着用の炭素系不織布を得る、セシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法。 [7] A method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption, comprising: preparing a carbon fiber nonwoven fabric; and subjecting the carbon fibers of the nonwoven fabric to a water-repellent treatment using a first water-repellent resin to obtain a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption.
[8] 前記不織布として、前記撥水処理し、その後、前記炭素繊維を第二の撥水性樹脂と導電性材料とを含むコーティング剤によってコーティング処理されたものを用いる、前記[7]に記載のセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法。 [8] The method for producing the carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption described in [7] above, in which the nonwoven fabric is made by subjecting the carbon fibers to the water-repellent treatment and then coating the carbon fibers with a coating agent containing a second water-repellent resin and a conductive material.
[9] 炭素繊維製の不織布と、
前記不織布の表面に付着した界面活性剤と、を有する、セシウム吸着材。
[9] A nonwoven fabric made of carbon fiber;
A cesium adsorbent comprising: a surfactant attached to the surface of the nonwoven fabric.
[10] 前記界面活性剤が、ポリオキシアルキレンラウリルエーテルである、前記[9]に記載のセシウム吸着材。 [10] The cesium adsorbent according to [9], wherein the surfactant is polyoxyalkylene lauryl ether.
本発明のセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法によれば、原子炉あるいは環境中などから放射性セシウムを回収することができ、廃棄処理する際にもその処理が簡便なセシウム吸着用の炭素系不織布(セシウム吸着材)を製造することができるという効果を奏する。 The method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption of the present invention has the effect of producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption (cesium adsorbent) that can recover radioactive cesium from a nuclear reactor or the environment and is easy to dispose of when disposed of.
本発明のセシウム吸着材は、原子炉あるいは環境中などから放射性セシウムを回収することができ、廃棄処理する際にもその処理が簡便であるという効果を奏する。 The cesium adsorbent of the present invention has the advantage that it can recover radioactive cesium from a nuclear reactor or the environment, and can be easily disposed of.
以下、本発明を実施するための形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。即ち、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に属することが理解されるべきである。 The following describes the mode for carrying out the present invention, but the present invention is not limited to the following embodiment. In other words, it should be understood that modifications and improvements to the following embodiment, based on the ordinary knowledge of a person skilled in the art, as long as they do not deviate from the spirit of the present invention, also fall within the scope of the present invention.
(1)セシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法(第1の実施形態):
本発明のセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法の一実施形態としては、炭素繊維製の不織布を、界面活性剤を含有する界面活性剤溶液に浸漬させ、その後、乾燥させて、セシウム吸着用の炭素系不織布(セシウム吸着材)を得る、製造方法である。
(1) Manufacturing method of carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption (first embodiment):
One embodiment of the method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption of the present invention is a production method in which a nonwoven fabric made of carbon fibers is immersed in a surfactant solution containing a surfactant, and then dried to obtain a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption (cesium adsorbent).
本発明のセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法によれば、環境中から放射性セシウムを回収することができ、廃棄処理する際にもその処理が簡便な(具体的には、埋設処理する必要がなく、廃棄焼却処理する際にもダイオキシンなどの有害物質の放出などが無くその処理が簡便な)セシウム吸着用の炭素系不織布を製造することができる。 The method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption of the present invention makes it possible to recover radioactive cesium from the environment, and to produce a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption that is easy to dispose of (specifically, does not require burial, and does not emit harmful substances such as dioxins when incinerated, making disposal easy).
(1-1)炭素繊維製の不織布:
本発明で用いる炭素繊維製の不織布は、炭素繊維のみにより構成されるか、或いは、撥水処理や、当該撥水処理後に更にコーティング処理がされた炭素繊維により構成される、ウエブまたはシートのことである。このような不織布は、上記炭素繊維(即ち、複数の単繊維であるフィラメント)が集まって集束体であるストランドを形成している。そのため、不織布は、三次元の立体的な網目状をなしており、複数の細孔が形成された状態となっている。このような構造であることから、この不織布を、所望の微粒子などを除去するためのフィルタとして用いることができる。
(1-1) Carbon fiber nonwoven fabric:
The carbon fiber nonwoven fabric used in the present invention is a web or sheet composed of only carbon fibers, or carbon fibers that have been subjected to a water-repellent treatment or a coating treatment after the water-repellent treatment. In such a nonwoven fabric, the carbon fibers (i.e., filaments, which are a plurality of single fibers) are gathered together to form a strand, which is a bundle. Therefore, the nonwoven fabric has a three-dimensional net shape, and a plurality of pores are formed. Because of this structure, the nonwoven fabric can be used as a filter for removing desired fine particles, etc.
炭素繊維の長さは、特に制限はないが、例えば、30~100mm程度とすることができる。なお、炭素繊維の長さは、炭素繊維製の不織布から無作為に選択した100本の炭素繊維の長さの平均値とする。 The length of the carbon fibers is not particularly limited, but can be, for example, about 30 to 100 mm. The length of the carbon fibers is the average length of 100 carbon fibers randomly selected from a carbon fiber nonwoven fabric.
炭素繊維の太さは、特に制限はないが、例えば、5~30μm程度とすることができる。なお、炭素繊維の太さは、炭素繊維製の不織布から無作為に選択した100本の炭素繊維の平均値であり、単繊維(フィラメント)の太さ(一本の単繊維の太さが一定でない場合は、最も細い部分の太さ)の平均値とする。 There are no particular limitations on the thickness of the carbon fibers, but it can be, for example, about 5 to 30 μm. The thickness of the carbon fibers is the average value of 100 carbon fibers randomly selected from a carbon fiber nonwoven fabric, and is the average value of the thickness of a single fiber (filament) (if the thickness of a single fiber is not constant, it is the thickness of the thinnest part).
不織布の厚さは、特に制限はなく用途等に応じて設定することができる。例えば、100~500μm程度であることが好ましい。なお、炭素繊維製の不織布を2枚以上積層させる場合、その厚さとは、2枚以上の炭素繊維製の不織布を積層させた積層体の厚さのことである。つまり、フィルタである不織布全体としての厚さが上記範囲に収まることがよい。 The thickness of the nonwoven fabric is not particularly limited and can be set according to the application. For example, it is preferably about 100 to 500 μm. When two or more sheets of carbon fiber nonwoven fabric are laminated, the thickness refers to the thickness of the laminate in which two or more sheets of carbon fiber nonwoven fabric are laminated. In other words, it is preferable that the overall thickness of the nonwoven fabric that is the filter falls within the above range.
不織布の目付は、特に制限はなく、例えば、40~400g/m2程度とすることができる。 The basis weight of the nonwoven fabric is not particularly limited and can be, for example, about 40 to 400 g/ m2 .
不織布の平均細孔径は、0.01~500μm程度であることがよく、0.02~300μm程度であることが好ましく、0.03~100μm程度であることが更に好ましい。平均細孔径が上記範囲であると、より良好なセシウム吸着能を有する不織布を得ることができる。なお、上記不織布の平均細孔径は、水銀圧入法により測定される値である。 The average pore diameter of the nonwoven fabric is preferably about 0.01 to 500 μm, more preferably about 0.02 to 300 μm, and even more preferably about 0.03 to 100 μm. If the average pore diameter is within the above range, a nonwoven fabric with better cesium adsorption capacity can be obtained. The average pore diameter of the nonwoven fabric is a value measured by mercury intrusion porosimetry.
不織布としては、炭素繊維が第一の撥水性樹脂によって撥水処理されたものを用いることができる。このように撥水処理された炭素繊維製の不織布を用いると、更にセシウムの吸着能が向上された炭素系不織布を製造することができる。 The nonwoven fabric may be carbon fiber that has been treated to be water-repellent with a first water-repellent resin. By using a nonwoven fabric made of carbon fiber that has been treated to be water-repellent in this way, it is possible to produce a carbon-based nonwoven fabric with improved cesium adsorption capacity.
第一の撥水性樹脂としては、フッ素樹脂などを挙げることができる。フッ素樹脂を用いると、膜全体に化学的安定性を与えると共に、より良好にセシウムの吸着能を向上させることができる。 The first water-repellent resin can be a fluororesin. The use of a fluororesin provides chemical stability to the entire membrane and can improve the cesium adsorption capacity.
不織布としては、炭素繊維が第一の撥水性樹脂によって撥水処理された後、第二の撥水性樹脂と導電性材料とを含むコーティング剤によってコーティング処理(MPL(マイクロポーラス層)コーティング)されたものも用いることができる。このようなコーティング処理の工程を採用すると、コーティング処理により不織布の表面にマイクロポーラス層が形成されることから、更に優れたセシウム吸着能を有する炭素系不織布を製造することができる。 As a nonwoven fabric, carbon fibers may be used that have been treated to be water repellent with a first water repellent resin, and then coated with a coating agent containing a second water repellent resin and a conductive material (MPL (microporous layer) coating). By adopting such a coating process, a microporous layer is formed on the surface of the nonwoven fabric by the coating process, making it possible to produce a carbon-based nonwoven fabric with even better cesium adsorption ability.
第二の撥水性樹脂としては、フッ素樹脂などを挙げることができる。フッ素樹脂を用いると、より優れたセシウム吸着用の炭素系不織布を製造することができる。なお、第二の撥水性樹脂は、第一の撥水性樹脂と同じものを採用することができる。 The second water-repellent resin may be a fluororesin. By using a fluororesin, a carbon-based nonwoven fabric with better cesium adsorption properties can be manufactured. The second water-repellent resin may be the same as the first water-repellent resin.
フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)などを挙げることができる。これらの中でも、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が好ましい。 Examples of fluororesins include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer (PFA). Of these, polytetrafluoroethylene (PTFE) is preferred.
更に、導電性材料としては、例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラックや、鱗片状黒鉛、鱗状黒鉛、土状黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛、薄片グラファイトなどを挙げることができる。これらの中でも、細孔を有するので、カーボンブラックを用いることが好ましい。 Furthermore, examples of conductive materials include carbon black such as furnace black, acetylene black, lamp black, and thermal black, as well as flake graphite, scaly graphite, earthy graphite, artificial graphite, expanded graphite, and flake graphite. Of these, it is preferable to use carbon black because it has pores.
なお、本発明で用いる炭素繊維製の不織布は、1枚のみを用いても良いし、2枚以上を積層したものを用いてもよい。 The carbon fiber nonwoven fabric used in the present invention may be a single sheet or a laminate of two or more sheets.
(1-2a)炭素繊維製の不織布の作製:
炭素繊維製の不織布は、従来公知の方法により作製することができるが、例えば以下のように作製することができる。即ち、炭素繊維前駆体繊維を用いて炭素繊維前駆体繊維不織布を製造するA工程と、このA工程で製造した炭素繊維前駆体繊維不織布を炭化処理するB工程と、を有する方法によって作製することができる。
(1-2a) Preparation of carbon fiber nonwoven fabric:
The carbon fiber nonwoven fabric can be produced by a conventionally known method, for example, as follows: That is, the carbon fiber nonwoven fabric can be produced by a method having a step A of producing a carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric using carbon fiber precursor fibers, and a step B of carbonizing the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric produced in the step A.
ここで、炭素繊維前駆体繊維とは、炭化処理によって炭素繊維化する繊維である。このような繊維としては、特に制限はないが、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)系繊維、ピッチ系繊維、リグニン系繊維、ポリアセチレン系繊維、ポリエチレン系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、セルロース系繊維、ポリベンゾオキサゾール系繊維などを挙げることがでる。なお、炭素繊維前駆体繊維は、1種単独または2種以上を適宜採用することができる。 Here, carbon fiber precursor fibers are fibers that are converted into carbon fibers by carbonization treatment. Such fibers are not particularly limited, but examples include polyacrylonitrile (PAN)-based fibers, pitch-based fibers, lignin-based fibers, polyacetylene-based fibers, polyethylene-based fibers, polyvinyl alcohol-based fibers, cellulose-based fibers, and polybenzoxazole-based fibers. Note that the carbon fiber precursor fibers can be used alone or in combination of two or more types.
上記A工程では、炭素繊維前駆体繊維を用いてウエブを形成し、ウエブを、交絡、加熱融着、バインダー接着等により結合して布帛状とすることで炭素繊維前駆体繊維不織布を製造することができる。 In the above-mentioned step A, a web is formed using the carbon fiber precursor fibers, and the web is bonded into a cloth-like shape by entangling, heat fusion, binder adhesion, etc., to produce a carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric.
上記B工程では、A工程で製造した炭素繊維前駆体繊維不織布を炭化処理するが、その炭化処理条件は特に制限はなく、炭素繊維材料分野において公知の方法を適宜採用することができる。例えば、炭化処理としては、炭素繊維前駆体繊維を不活性ガス雰囲気で焼成する処理である。より具体的には、不活性ガス雰囲気下で、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを供給しながら、例えば800℃以上の加熱を行うことができる。 In the above-mentioned step B, the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric produced in step A is carbonized. The carbonization conditions are not particularly limited, and methods known in the field of carbon fiber materials can be appropriately adopted. For example, the carbonization process is a process in which the carbon fiber precursor fiber is baked in an inert gas atmosphere. More specifically, the carbon fiber precursor fiber can be heated to, for example, 800°C or higher in an inert gas atmosphere while supplying an inert gas such as nitrogen or argon.
なお、撥水処理を行う場合、上記B工程の後、炭化処理された炭素繊維前駆体繊維不織布に第一の撥水性樹脂(即ち、撥水剤)を塗布し、その後、熱処理することができる。 In addition, when performing water-repellent treatment, after the above-mentioned step B, the carbonized carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric can be coated with a first water-repellent resin (i.e., a water-repellent agent) and then heat-treated.
更に、コーティング処理によりマイクロポーラス層を炭素繊維の表面に形成する場合、第二の撥水性樹脂と導電性材料とを含むコーティング剤を、撥水処理を行った炭素繊維前駆体繊維不織布に塗工して塗工膜を形成し、その後、例えば、80~150℃の温度で塗工膜を乾燥させ、その後、熱処理することができる。なお、コーティング剤の塗工は、例えば、スクリーン印刷、スロットダイコーティング、ドクターブレードコーティング等の公知の方法を採用することができる。 Furthermore, when forming a microporous layer on the surface of carbon fibers by coating treatment, a coating agent containing a second water-repellent resin and a conductive material can be applied to a carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric that has been subjected to a water-repellent treatment to form a coating film, and then the coating film can be dried at a temperature of, for example, 80 to 150°C, and then heat-treated. The coating agent can be applied by a known method such as screen printing, slot die coating, doctor blade coating, etc.
(1-2)界面活性剤溶液:
本発明(第1の実施形態)で用いる界面活性剤溶液としては、界面活性剤を含有するものである。このような界面活性剤溶液を用いると、セシウム吸着能が良好な不織布(フィルタ)を製造することができる。即ち、セシウム吸着用の炭素系不織布を製造することができる。本発明(第1の実施形態)においては、このようにその製造の際に界面活性剤を使用し、これを炭素繊維製の不織布の表面に付着させるという手法を採用することによって、セシウム吸着能が向上された不織布を得ることができる。
(1-2) Surfactant solution:
The surfactant solution used in the present invention (first embodiment) contains a surfactant. By using such a surfactant solution, a nonwoven fabric (filter) with good cesium adsorption capacity can be manufactured. That is, a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption can be manufactured. In the present invention (first embodiment), a surfactant is used in the manufacturing process and the surfactant is attached to the surface of the carbon fiber nonwoven fabric, thereby making it possible to obtain a nonwoven fabric with improved cesium adsorption capacity.
界面活性剤溶液に含有される界面活性剤としては、例えば、ポリオキシアルキレンラウリルエーテル、ソルビタントリステアレート、n-オクタノイル-Nメチル-D-グルカミン(MEGA-8)などを挙げることができる。これらの中でも、ポリオキシアルキレンラウリルエーテルであることが好ましい。ポリオキシアルキレンラウリルエーテルであると、より確実にセシウム吸着能が向上された不織布を得ることができる。 Examples of surfactants contained in the surfactant solution include polyoxyalkylene lauryl ether, sorbitan tristearate, and n-octanoyl-N-methyl-D-glucamine (MEGA-8). Among these, polyoxyalkylene lauryl ether is preferable. If polyoxyalkylene lauryl ether is used, a nonwoven fabric with improved cesium adsorption capacity can be obtained more reliably.
なお、界面活性剤溶液には、1種類の界面活性剤が含有されてもよいし、2種以上の界面活性剤が含有されていてもよい。 The surfactant solution may contain one type of surfactant, or two or more types of surfactants.
界面活性剤溶液に含有される界面活性剤の濃度は、特に制限はないが、0.05~10質量%であることが好ましく、0.1~2質量%であることが特に好ましい。界面活性剤の濃度を上記範囲とすると、セシウム吸着能がより向上された不織布を得ることができる。上記下限値未満であると、セシウム吸着能の十分な向上が得られなくなる傾向がある。上記上限値超であると、不織布(フィルタ)による界面活性剤の吸着量の限界となり、当該吸着量が十分に増えない傾向がある。 There are no particular limitations on the concentration of the surfactant contained in the surfactant solution, but it is preferably 0.05 to 10% by mass, and particularly preferably 0.1 to 2% by mass. If the surfactant concentration is within the above range, a nonwoven fabric with improved cesium adsorption capacity can be obtained. If the concentration is below the above lower limit, there is a tendency that sufficient improvement in cesium adsorption capacity cannot be obtained. If the concentration is above the above upper limit, there is a limit to the amount of surfactant adsorbed by the nonwoven fabric (filter), and the amount of adsorption tends not to increase sufficiently.
(1-3)浸漬:
不織布の界面活性剤溶液への浸漬時間は、特に制限はないが、例えば、1~10分間とすることができる。
(1-3) Immersion:
The time for which the nonwoven fabric is immersed in the surfactant solution is not particularly limited, but may be, for example, 1 to 10 minutes.
(1-4)乾燥:
界面活性剤溶液に浸漬後の不織布の乾燥条件は、特に制限はないが、例えば、50~80℃で0.5~2時間とすることができる。
(1-4) Drying:
The drying conditions for the nonwoven fabric after immersion in the surfactant solution are not particularly limited, but may be, for example, at 50 to 80° C. for 0.5 to 2 hours.
(2)セシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法(第2の実施形態):
セシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法の第2の実施形態としては、炭素繊維製の不織布を用意し、この不織布の炭素繊維を第一の撥水性樹脂によって撥水処理して、セシウム吸着用の炭素系不織布を得る製造方法である。
(2) Manufacturing method of carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption (second embodiment):
A second embodiment of the method for manufacturing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption is a manufacturing method in which a nonwoven fabric made of carbon fiber is prepared, and the carbon fibers of this nonwoven fabric are treated to make them water-repellent with a first water-repellent resin, thereby obtaining a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption.
炭素繊維製の不織布としては、上述した第1の実施形態で示した炭素繊維製の不織布と同様のものを採用することができる。 The carbon fiber nonwoven fabric may be the same as the carbon fiber nonwoven fabric shown in the first embodiment described above.
第一の撥水性樹脂としては、上述した第1の実施形態における第一の撥水性樹脂、第二の撥水性樹脂と同様のものを用いることができ、上記不織布は、上述した第1の実施形態と同様に、撥水処理及びコーティング処理の両方の処理を更にすることができる。 As the first water-repellent resin, the same resin as the first water-repellent resin and the second water-repellent resin in the first embodiment described above can be used, and the nonwoven fabric can be further treated with both water repellency and coating, as in the first embodiment described above.
(3)セシウム吸着材(第1の実施形態):
本発明のセシウム吸着材は、炭素繊維製の不織布と、この不織布の表面に付着した界面活性剤と、を有するものである。
(3) Cesium adsorbent (first embodiment):
The cesium adsorbent of the present invention comprises a nonwoven fabric made of carbon fibers and a surfactant attached to the surface of the nonwoven fabric.
このようなセシウム吸着材は、環境中から放射性セシウムを回収することができる。また、廃棄処理する際にもその処理が簡便である。即ち、本発明の炭素系不織布は、廃棄焼却処理する際における、SOx、NOx、ダイオキシン等の発生を防ぐことができるので、使用後に廃棄処理する際にも簡便に処理を行うことができる。 Such cesium adsorbents can recover radioactive cesium from the environment. They are also easy to dispose of when disposed of. That is, the carbon-based nonwoven fabric of the present invention can prevent the generation of SOx, NOx, dioxins, etc. during incineration, so it can be easily disposed of after use.
(3-1)炭素繊維製の不織布:
炭素繊維製の不織布は、上述した本発明のセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法で説明した炭素繊維製の不織布と同様のものを適宜採用することができる。
(3-1) Carbon fiber nonwoven fabric:
The carbon fiber nonwoven fabric may be appropriately made of the same carbon fiber nonwoven fabric as that explained in the above-mentioned method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption of the present invention.
ここで、炭素繊維製の不織布は、上述したように、炭素繊維のみにより構成されるか、或いは、撥水性樹脂を用いた撥水処理が施された炭素繊維により構成されていてもよいし、当該撥水処理後に更にコーティング処理がされた炭素繊維により構成されていてもよい。即ち、炭素繊維製の不織布は、(a)炭素繊維からなる不織布であるか、或いは、(b)炭素繊維の表面が撥水処理された不織布(即ち、その表面に撥水性樹脂が付着した炭素繊維(撥水性炭素繊維)からなる不織布)や、(c)炭素繊維の表面が撥水処理され、更に撥水処理された表面上にマイクロポーラス層を有するものからなる不織布(即ち、撥水性炭素繊維の表面上にマイクロポーラス層を有するものからなる不織布)であってもよい。 Here, the carbon fiber nonwoven fabric may be composed of only carbon fibers, as described above, or may be composed of carbon fibers that have been subjected to a water-repellent treatment using a water-repellent resin, or may be composed of carbon fibers that have been further coated after the water-repellent treatment. That is, the carbon fiber nonwoven fabric may be (a) a nonwoven fabric made of carbon fibers, or (b) a nonwoven fabric made of carbon fibers whose surfaces have been treated to be water-repellent (i.e., a nonwoven fabric made of carbon fibers (water-repellent carbon fibers) whose surfaces have been treated to be water-repellent), or (c) a nonwoven fabric made of carbon fibers whose surfaces have been treated to be water-repellent and further having a microporous layer on the water-repellent surface (i.e., a nonwoven fabric made of water-repellent carbon fibers having a microporous layer on the surface).
(3-2)界面活性剤:
界面活性剤は、上述した本発明のセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法で説明した界面活性剤と同様のものを適宜採用することができる。
(3-2) Surfactant:
The surfactant may be the same as that explained in the above-mentioned method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption of the present invention.
界面活性剤としては、上述した通り、例えば、ポリオキシアルキレンラウリルエーテル、ソルビタントリステアレート、n-オクタノイル-Nメチル-D-グルカミン(MEGA-8)などを挙げることができる。これらの中でも、ポリオキシアルキレンラウリルエーテルであることが好ましい。ポリオキシアルキレンラウリルエーテルであると、より確実にセシウム吸着能が向上された不織布を得ることができる。 As mentioned above, examples of surfactants include polyoxyalkylene lauryl ether, sorbitan tristearate, and n-octanoyl-N-methyl-D-glucamine (MEGA-8). Among these, polyoxyalkylene lauryl ether is preferable. If polyoxyalkylene lauryl ether is used, a nonwoven fabric with improved cesium adsorption capacity can be obtained more reliably.
(3-3)物性:
本発明のセシウム吸着材は、その通気量が、50~800L/(m2・sec)であることが好ましく、100~500L/(m2・sec)であることが更に好ましい。または、ガーレー秒数(ISO5636-5)で1~100secであることが好ましく、5~80secであることが更に好ましい。通気量が前記範囲内であると、濾過時間と濾過効率のバランスが良好になる。なお、通気量は、DIE EN ISO 9237にて測定される値である。
(3-3) Physical properties:
The cesium adsorbent of the present invention preferably has an air permeability of 50 to 800 L/( m2 ·sec), more preferably 100 to 500 L/( m2 ·sec). Alternatively, the air permeability is preferably 1 to 100 sec, more preferably 5 to 80 sec in Gurley seconds (ISO 5636-5). When the air permeability is within the above range, a good balance between filtration time and filtration efficiency is achieved. The air permeability is a value measured according to DIE EN ISO 9237.
(4)セシウム吸着材(第2の実施形態):
本発明(第2の実施形態)のセシウム吸着材は、その表面に撥水性樹脂が配置された炭素繊維製の不織布を有するものであってもよい。即ち、上述したセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法の第2の実施形態によって製造されたものとすることができる。このセシウム吸着材は、界面活性剤を有さない態様のものである。
(4) Cesium adsorbent (second embodiment):
The cesium adsorbent of the present invention (second embodiment) may have a carbon fiber nonwoven fabric on the surface of which a water-repellent resin is disposed. That is, it may be manufactured by the second embodiment of the manufacturing method of the carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption described above. This cesium adsorbent is an embodiment that does not have a surfactant.
撥水性樹脂は、上述した撥水性樹脂と同様のものを挙げることができる。 The water-repellent resin may be the same as the water-repellent resin described above.
(5)本発明のセシウム吸着材の使用方法:
本発明のセシウム吸着材は、セシウムを除去するためのフィルタとして使用することができる。より具体的には、東京電力福島第一原子力発電所で生じている汚染水や、環境放出による土壌、水域、農作物などの汚染されたものから、放射性セシウムを除去するための除染用濾材などとして使用することができる。
(5) Method for using the cesium adsorbent of the present invention:
The cesium adsorbent of the present invention can be used as a filter for removing cesium. More specifically, it can be used as a decontamination filter for removing radioactive cesium from contaminated water generated at the Tokyo Electric Power Company's Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, and from soil, water areas, agricultural products, and other contaminated materials due to environmental release.
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1~7、比較例1、2)
まず、表1に示すフロイデンベルク パフォーマンス マテリアル(Freudenberg Performance Materials)社製の「炭素繊維製の不織布」を用意した。その後、この炭素繊維製の不織布を、界面活性剤を含む界面活性剤溶液に浸透させたもの(実施例1、3、5、7)と、この溶液に浸透させないもの(比較例1、実施例2、4、6)に分けた。
(Examples 1 to 7, Comparative Examples 1 and 2)
First, a "carbon fiber nonwoven fabric" manufactured by Freudenberg Performance Materials was prepared as shown in Table 1. Then, the carbon fiber nonwoven fabric was divided into two groups: one that was impregnated with a surfactant solution containing a surfactant (Examples 1, 3, 5, and 7), and one that was not impregnated with the solution (Comparative Example 1, Examples 2, 4, and 6).
なお、界面活性剤溶液は、界面活性剤を純水で溶解させたものであり、界面活性剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテル(CAS No.9002-29-0、ナカライテスク社製)を用いた。その濃度は、0.2質量%であった。浸漬時間は、1分間とした。界面活性剤溶液の液温は、40℃であった。 The surfactant solution was prepared by dissolving a surfactant in pure water. Polyoxyethylene lauryl ether (CAS No. 9002-29-0, manufactured by Nacalai Tesque, Inc.) was used as the surfactant. The concentration was 0.2% by mass. The immersion time was 1 minute. The liquid temperature of the surfactant solution was 40°C.
その後、界面活性剤溶液に浸透させたもの(実施例1、3、5、7)については、60℃で1時間乾燥させた。 Then, the samples that had been soaked in the surfactant solution (Examples 1, 3, 5, and 7) were dried at 60°C for 1 hour.
なお、実施例2、4、6は、不織布の炭素繊維を撥水性樹脂によって撥水処理したものである。即ち、炭素繊維製の不織布を用意し、この不織布の炭素繊維を撥水性樹脂によって撥水処理して得られたセシウム吸着用の炭素系不織布(セシウム吸着材)である。 In Examples 2, 4, and 6, the carbon fibers of the nonwoven fabric were treated with a water-repellent resin to make them water-repellent. In other words, a carbon fiber nonwoven fabric was prepared, and the carbon fibers of this nonwoven fabric were treated with a water-repellent resin to make them water-repellent, resulting in a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption (cesium adsorbent).
(比較例2)
セルロースからなる濾紙である市販のセルロース膜(アドバンテック東洋株式会社製)を使用した。このセルロース膜を用いて、実施例1と同様の各試験を行った。なお、セルロース膜は、陽イオン吸着能がなく、膜内の拡散も自由であるため、膜電位はほぼ0となる。
(Comparative Example 2)
A commercially available cellulose membrane (manufactured by Advantec Toyo Co., Ltd.), which is a filter paper made of cellulose, was used. Using this cellulose membrane, the same tests as in Example 1 were carried out. Note that the cellulose membrane has no cation adsorption ability and diffusion within the membrane is free, so the membrane potential is approximately 0.
表1中、「Freudenberg,H23」は炭素繊維のみ(即ち、撥水処理、コーティング処理等なし)の不織布である。「Freudenberg,H23I2」は、炭素繊維にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)で撥水処理した不織布である。「Freudenberg,H24C3」、「Freudenberg,H23C9」は、炭素繊維にPTFEで撥水処理し、更に、カーボンブラックとPTFEを含有するコーティング液でMPLコーティング処理した不織布である。特に、H24C3とH23C9の違いは、主としてMPLコーティング処理におけるカーボンの種類であり、H24C3は、カーボンブラックとグラファイトの両方を使用したもの(type1)であり、H23C9は、カーボンブラックを使用したもの(type2)である。 In Table 1, "Freudenberg, H23" is a nonwoven fabric made of carbon fiber only (i.e., no water-repellent treatment, coating treatment, etc.). "Freudenberg, H23I2" is a nonwoven fabric made of carbon fiber treated with polytetrafluoroethylene (PTFE) to make it water-repellent. "Freudenberg, H24C3" and "Freudenberg, H23C9" are nonwoven fabrics made of carbon fiber treated with PTFE to make it water-repellent, and then MPL-coated with a coating liquid containing carbon black and PTFE. In particular, the difference between H24C3 and H23C9 is mainly the type of carbon used in the MPL coating treatment, with H24C3 using both carbon black and graphite (type 1) and H23C9 using carbon black (type 2).
(1)膜電位の測定:
不織布及びセルロース膜のセシウムイオン吸着性に関して、膜を介して、両水溶液相に同一の電解質を異なった濃度で配置した濃淡系を用いて、電気化学的に膜電位の測定を行った(図2参照)。膜電位の測定は、測定セルを有する測定装置(図1参照)を用いて、CsCl、NaCl、MgCl2の3種類の塩について行った(表2~表4参照)。なお、NaCl、MgCl2については、比較として測定を行ったものである。
(1) Measurement of membrane potential:
Regarding the cesium ion adsorption of the nonwoven fabric and cellulose membrane, the membrane potential was measured electrochemically using a concentration system in which the same electrolyte was placed in both aqueous solution phases at different concentrations through the membrane (see Figure 2). The membrane potential was measured for three types of salts, CsCl, NaCl, and MgCl2 , using a measuring device with a measuring cell (see Figure 1) (see Tables 2 to 4). Note that measurements of NaCl and MgCl2 were performed for comparison.
図1に示す測定装置には、フィルタとしての不織布またはセルロース膜を介して2つの空間があり、それぞれの空間には、異なる濃度の同一の電解質溶液が満たされている。膜電位の測定中、各溶液相は、スターラーを用いて90rpmで撹拌されている。膜電位は、高入力インピーダンス電圧計に接続した基準電極(参照電極)を用いて測定した。図1は、測定装置内を透視して示している。 The measurement device shown in Figure 1 has two spaces separated by a nonwoven fabric or cellulose membrane as a filter, and each space is filled with the same electrolyte solution of a different concentration. During the measurement of the membrane potential, each solution phase is stirred at 90 rpm using a stirrer. The membrane potential was measured using a reference electrode connected to a high input impedance voltmeter. Figure 1 shows a perspective view of the inside of the measurement device.
より具体的には、膜電位の測定は、図2に示すように試験対象の不織布またはセルロース膜(フィルタ)10を介して2つの水溶液相(第1相21、第2相22)を作り、第1相21の塩濃度は0.001Mから0.1Mまでの範囲で変化させ、一方で第2相22の塩濃度は0.1Mに固定した。このとき、第2相22に対する第1相21の電位差を膜電位とした。 More specifically, the membrane potential was measured by creating two aqueous solution phases (first phase 21, second phase 22) via the test subject nonwoven fabric or cellulose membrane (filter) 10 as shown in Figure 2, and varying the salt concentration of the first phase 21 in the range from 0.001 M to 0.1 M, while fixing the salt concentration of the second phase 22 at 0.1 M. At this time, the potential difference of the first phase 21 relative to the second phase 22 was taken as the membrane potential.
また、膜電位の測定は、各水溶液相(第1相21、第2相22)をそれぞれ撹拌した状態で行い、系全体が定常状態に移行した後に、両水溶液相に塩橋を入れ、それを対照電極に接続した。その後、DUAL DISPLAY MULTIMETER(DL-2051;KENWOOD)で膜電位を測定した。 The membrane potential was measured while each aqueous solution phase (first phase 21, second phase 22) was stirred. After the entire system reached a steady state, salt bridges were placed in both aqueous solution phases and connected to a reference electrode. The membrane potential was then measured using a DUAL DISPLAY MULTIMETER (DL-2051; KENWOOD).
なお、全ての膜電位の測定は、25℃の恒温還流装置内で行った。試薬は、和光純薬株式会社のものを再精製することなく使用し、純水は、18MΩ以上の抵抗値のものを使用した。 All membrane potential measurements were performed in a thermostatic reflux device at 25°C. Reagents were from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. and used without further purification, and pure water with a resistance of 18 MΩ or higher was used.
ここで、膜(フィルタ)の陽イオン吸着能が高いと、膜表面に固定電荷を有することになるので、その結果、膜電位は大きくなる性質を利用して陽イオン吸着能を測定できる。セルロース膜は陽イオン吸着能がなく、膜内のイオン拡散が自由であるために、膜電位がほぼ0となることから、測定器のオートゼロ機能を用いてセルロース膜の膜電位を0となるように補正して測定した。 Here, if the membrane (filter) has a high cation adsorption capacity, it will have a fixed charge on the membrane surface, and as a result, the membrane potential will be large, and this property can be used to measure the cation adsorption capacity. Cellulose membranes have no cation adsorption capacity and ions diffuse freely within the membrane, so the membrane potential is nearly zero. Therefore, the auto-zero function of the measuring device was used to correct the membrane potential of the cellulose membrane to zero before measurement.
次に、セシウムイオンに関する吸着性の試験結果を表2に示す。以下に結果を説明する。 Next, the results of the adsorption tests for cesium ions are shown in Table 2. The results are explained below.
比較例1と比較例2を比べると、炭素繊維からなる不織布は、膜電位が1.19であり、セルロース膜(膜電位は0)と比較してCsに対する高い吸着能を有することが分かる。 Comparing Comparative Example 1 and Comparative Example 2, it can be seen that the nonwoven fabric made of carbon fibers has a membrane potential of 1.19 and has a higher adsorption capacity for Cs than the cellulose membrane (membrane potential is 0).
実施例1と比較例1を比べると、炭素繊維のみからなる不織布(比較例1)は、界面活性剤処理すること(実施例1)で、膜電位が大きくなり、Cs吸着能が向上することが分かる。 Comparing Example 1 and Comparative Example 1, it can be seen that the membrane potential of the nonwoven fabric made only of carbon fibers (Comparative Example 1) increases and the Cs adsorption capacity improves when treated with a surfactant (Example 1).
実施例2,3と比較例1とを比べると、炭素繊維からなる不織布(比較例1)にPTFEによる撥水処理を行う(実施例2,3)ことにより、更にCsの吸着能が向上することが分かる。 Comparing Examples 2 and 3 with Comparative Example 1, it can be seen that the Cs adsorption capacity is further improved by subjecting the nonwoven fabric made of carbon fiber (Comparative Example 1) to a water-repellent treatment using PTFE (Examples 2 and 3).
実施例4~実施例7からすると、炭素繊維製の不織布にPTFEによる撥水処理を行い、更にカーボンブラックとPTFEからなるMPLコーティング処理を行うと、Csの更に高い吸着能が得られることが分かる。 From Examples 4 to 7, it can be seen that if a carbon fiber nonwoven fabric is treated with a water repellent agent using PTFE and then coated with an MPL coating made of carbon black and PTFE, an even higher Cs adsorption capacity can be obtained.
特に、実施例5と実施例7からすると、更に界面活性剤処理すると、より良好な陽イオン吸着能を発揮することが分かる。 In particular, Examples 5 and 7 show that further surfactant treatment results in better cation adsorption capacity.
膜電位の大きさからすると、実施例1~7で製造した炭素繊維製の不織布は、Cs>Na>Mgの順に強い陽イオン吸着能を有していると考えられる(表2~表4参照)。 Based on the magnitude of the membrane potential, it is believed that the carbon fiber nonwoven fabrics produced in Examples 1 to 7 have the strongest cation adsorption capacity in the order of Cs > Na > Mg (see Tables 2 to 4).
表2中、数値は膜電位を示す。膜電位の値がプラスであるほど(大きいほど)、性能が良いことになる。 In Table 2, the numbers indicate the membrane potential. The more positive (larger) the membrane potential value, the better the performance.
表2中、「撥水処理」は、炭素繊維からなる不織布の炭素繊維を、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)で撥水処理していることを示す。「撥水処理+MPLコーティング(type1)」、「撥水処理+MPLコーティング(type2)」は、炭素繊維からなる不織布の炭素繊維を、PTFEで撥水処理し、更に、カーボンブラックとPTFEを含有するコーティング液でMPLコーティング処理していることを示す。「界面活性剤処理」は、実施例1に示すように、界面活性剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテル(CAS No.9002-29-0、ナカライテスク社製)を用いた界面活性剤溶液を用い、この界面活性剤溶液に不織布を浸漬、乾燥させる処理(界面活性剤処理)をしていることを示す。 In Table 2, "water-repellent treatment" indicates that the carbon fibers of the nonwoven fabric made of carbon fibers are treated with polytetrafluoroethylene (PTFE) to make them water-repellent. "Water-repellent treatment + MPL coating (type 1)" and "water-repellent treatment + MPL coating (type 2)" indicate that the carbon fibers of the nonwoven fabric made of carbon fibers are treated with PTFE to make them water-repellent, and then MPL-coated with a coating liquid containing carbon black and PTFE. "Surfactant treatment" indicates that, as shown in Example 1, a surfactant solution using polyoxyethylene lauryl ether (CAS No. 9002-29-0, manufactured by Nacalai Tesque) is used as the surfactant, and the nonwoven fabric is immersed in the surfactant solution and dried (surfactant treatment).
表2~表4中、膜電位が2.0以上、4.3未満である場合、「+」とする。膜電位が4.3以上、6.6未満である場合、「++」とする。膜電位が6.6以上、9.0未満である場合、「+++」とする。 In Tables 2 to 4, if the membrane potential is 2.0 or more and less than 4.3, it is marked as "+". If the membrane potential is 4.3 or more and less than 6.6, it is marked as "++". If the membrane potential is 6.6 or more and less than 9.0, it is marked as "+++".
(2)界面活性剤のイオン特異性:
Na+,Cs+,Ca2+,Mg2+の各種陽イオンが存在しない(control)、あるいは当該各種陽イオンが存在する界面活性剤(ポリオキシエチレンラウリルエーテル)水溶液における臨界ミセル濃度(CMC)を測定した。測定では、NaCl、CsCl、CaCl2、MgCl2の0.1M共存下において、それぞれ界面活性剤(ポリオキシエチレンラウリルエーテル)の臨界ミセル濃度を計測した。なお、表面張力実験には、Wilhelmy法を用いた。これは、表面張力を測定方法として良く普及しており、古くから使われてきた方法である。
(2) Ion specificity of surfactant:
The critical micelle concentration (CMC) was measured in a surfactant (polyoxyethylene lauryl ether) aqueous solution in which Na + , Cs + , Ca 2+ , and Mg 2+ cations were not present (control) or were present. In the measurement, the critical micelle concentration of each surfactant (polyoxyethylene lauryl ether) was measured in the presence of 0.1M NaCl, CsCl, CaCl 2, and MgCl 2. The Wilhelmy method was used for the surface tension experiment. This is a method that is widely used as a method for measuring surface tension and has been used for a long time.
具体的には、白金プレートを各水溶液に浸し、その際に各水溶液が当該白金プレートを引く方向に発生する力を天秤で測定することで表面張力を計算する。実際の測定は、表面張力計「One Attension(Biolin Scientific社製)」と自動滴定器「TITRONIC(Biolin Scientific社製)」を用いた。 Specifically, a platinum plate is immersed in each aqueous solution, and the force generated by each aqueous solution in the direction of pulling the platinum plate is measured with a balance to calculate the surface tension. The actual measurements were performed using a surface tensiometer "One Attension (manufactured by Biolin Scientific)" and an automatic titrator "TITRONIC (manufactured by Biolin Scientific)."
水溶液中にイオンが存在すると、陽イオンが界面活性剤の水和のために水分子が奪われ、界面活性剤の親水性が低下して臨界ミセル濃度(CMC)が小さくなる。この作用は、イオンの価数が大きいほど水分子との電気的相互作用が大きいために影響は大きくなる。 When ions are present in an aqueous solution, the cations are absorbed into the surfactant to hydrate, and the surfactant's hydrophilicity decreases, decreasing the critical micelle concentration (CMC). The effect of this action is greater as the valence of the ion increases, since the electrical interaction with the water molecules is greater.
測定の結果、図3に示すように、Cs+は、1価にもかかわらず2価であるMg2+と同程度の低い臨界ミセル濃度を示し、ポリオキシエチレンラウリルエーテルは、Cs+イオンに対して特異的に高い親和性を示した。 As a result of the measurements, as shown in Figure 3, Cs + , despite being monovalent, showed a low critical micelle concentration comparable to that of divalent Mg2 + , and polyoxyethylene lauryl ether showed a specifically high affinity for Cs + ions.
(3)不織布への吸着:
界面活性剤の不織布への吸着を確認するために質量分析を行った。質量分析の結果を図4(a)~(d)に示す。
(3) Adsorption to nonwoven fabric:
Mass spectrometry was performed to confirm the adsorption of the surfactant to the nonwoven fabric, and the results are shown in Figures 4(a) to 4(d).
図4に示す質量分析(TOF-MS)結果の上から2番目の「(b)未処理の炭素系不織布」と比較して、界面活性剤で処理した不織布((a)、(c)、(d))では、一定のm/z間隔のスペクトルが検出された。各スペクトルピークの間隔は、約44Daであった。 Compared to the second from the top in the mass spectrometry (TOF-MS) results shown in Figure 4, "(b) Untreated carbon-based nonwoven fabric," spectra with a consistent m/z interval were detected in the nonwoven fabrics treated with surfactants ((a), (c), (d)). The interval between each spectral peak was approximately 44 Da.
この間隔は、処理した界面活性剤のエチレンオキサイド(EO,-CH2CH2O-)に対応しており、この結果は、界面活性剤は水溶性であるが、水相中に置いても脱落することなく不織布に吸着していることを示している。 This interval corresponds to the ethylene oxide (EO, -CH 2 CH 2 O-) of the treated surfactant, and this result indicates that the surfactant is water-soluble but is adsorbed to the nonwoven fabric even when placed in an aqueous phase without falling off.
図4中、「(a)界面活性剤(ポリオキシエチレンラウリルエーテル)」は、界面活性剤であるポリオキシエチレンラウリルエーテルのみの質量分析の結果である。図4中、「(b)未処理の炭素系不織布」は、炭素繊維製の不織布のみ(界面活性剤処理、撥水処理等の処理無し)の質量分析の結果である。図4中、「(c)界面活性剤濃度2.0wt%で処理した炭素系不織布」は、2.0質量%の界面活性剤(ポリオキシエチレンラウリルエーテル)を含有する界面活性剤溶液で処理(但し、撥水処理等の更なる処理無し)した後の、炭素繊維製の不織布((b)未処理の炭素系不織布)の質量分析の結果である。図4中、「(d)界面活性剤濃度0.20wt%で処理した炭素系不織布」は、0.20質量%の界面活性剤(ポリオキシエチレンラウリルエーテル)を含有する界面活性剤溶液で処理(但し、撥水処理等の更なる処理無し)した後の、炭素繊維製の不織布((b)未処理の炭素系不織布)の質量分析の結果である。 In FIG. 4, "(a) Surfactant (polyoxyethylene lauryl ether)" is the result of mass spectrometry of only the surfactant polyoxyethylene lauryl ether. In FIG. 4, "(b) Untreated carbon-based nonwoven fabric" is the result of mass spectrometry of only the carbon fiber nonwoven fabric (no surfactant treatment, water-repellent treatment, etc.). In FIG. 4, "(c) Carbon-based nonwoven fabric treated with surfactant concentration of 2.0 wt %" is the result of mass spectrometry of the carbon fiber nonwoven fabric ((b) untreated carbon-based nonwoven fabric) after treatment with a surfactant solution containing 2.0 mass % surfactant (polyoxyethylene lauryl ether) (but without further treatment such as water-repellent treatment). In FIG. 4, "(d) Carbon-based nonwoven fabric treated with a surfactant concentration of 0.20 wt %" is the result of mass spectrometry of a carbon fiber nonwoven fabric ((b) untreated carbon-based nonwoven fabric) after treatment with a surfactant solution containing 0.20 mass % of a surfactant (polyoxyethylene lauryl ether) (but without further treatment such as water repellency treatment).
なお、図示しないが、走査電子顕微鏡(SEM)画像から判断すると、界面活性剤で処理した不織布は、その炭素繊維の物理的な構造に変化がないことが確認できた。 Although not shown, scanning electron microscope (SEM) images confirmed that the nonwoven fabric treated with the surfactant did not change the physical structure of the carbon fibers.
以上のことから分かるように、実施例1~7の炭素繊維製の不織布は、比較例1の不織布及び比較例2のセルロース膜に比べて、セシウムを吸着するフィルタとして利用し得ることが分かる。即ち、実施例1~7の炭素繊維製の不織布を用いると、環境中から放射性セシウムを回収することができることが分かる。また、実施例1~7の不織布は、炭素繊維製であるので、廃棄処理する際にもその処理が簡便である。 As can be seen from the above, the carbon fiber nonwoven fabrics of Examples 1 to 7 can be used as filters that adsorb cesium, compared to the nonwoven fabric of Comparative Example 1 and the cellulose membrane of Comparative Example 2. In other words, it can be seen that the use of the carbon fiber nonwoven fabrics of Examples 1 to 7 makes it possible to recover radioactive cesium from the environment. In addition, since the nonwoven fabrics of Examples 1 to 7 are made of carbon fiber, they are easy to dispose of when disposed of.
本発明のセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法によれば、セシウムを吸着するフィルタとして利用することができる炭素系不織布を製造することができる。また、本発明の本発明のセシウム吸着材は、セシウムを吸着するフィルタとして利用することができる。 According to the manufacturing method of the carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption of the present invention, it is possible to manufacture a carbon-based nonwoven fabric that can be used as a filter for adsorbing cesium. In addition, the cesium adsorbent of the present invention can be used as a filter for adsorbing cesium.
10:不織布またはセルロース膜(フィルタ)
21:第1相
22:第2相
10: Nonwoven fabric or cellulose membrane (filter)
21: 1st phase 22: 2nd phase
Claims (5)
前記不織布として、前記炭素繊維が前記第一の撥水性樹脂によって撥水処理された後、第二の撥水性樹脂と導電性材料とを含むコーティング剤によってコーティング処理されたものを用いる、セシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法。 A method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption, comprising the steps of: immersing a carbon fiber nonwoven fabric in a surfactant solution containing a surfactant; and then drying the fabric to obtain a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption,
The method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption uses, as the nonwoven fabric, the carbon fiber that has been subjected to a water-repellent treatment with the first water-repellent resin and then coated with a coating agent containing a second water-repellent resin and a conductive material .
前記導電性材料が、カーボンブラックである、請求項1に記載のセシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法。 the first water-repellent resin and the second water-repellent resin are each a fluororesin,
The method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption according to claim 1 , wherein the conductive material is carbon black.
前記不織布として、前記撥水処理し、その後、前記炭素繊維を第二の撥水性樹脂と導電性材料とを含むコーティング剤によってコーティング処理されたものを用いる、セシウム吸着用の炭素系不織布の製造方法。 A method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption, comprising the steps of: preparing a carbon fiber nonwoven fabric; and subjecting the carbon fibers of the nonwoven fabric to a water-repellent treatment using a first water-repellent resin to obtain a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption,
The method for producing a carbon-based nonwoven fabric for cesium adsorption includes using the nonwoven fabric which has been subjected to the water-repellent treatment and then coated with a coating agent containing a second water-repellent resin and a conductive material .
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