超臨界マイクロ流体化学分離システムの構築
【研究キーワード】
超臨界二酸化炭素 / 核燃料サイクル / マイクロ流体 / 抽出分離 / マイクロ化学 / 溶媒抽出 / 分離 / 超臨界抽出 / マイクロ化学システム / 超臨界 / レアメタル / 抽出
【研究成果の概要】
数10 nm-数100umのマイクロ・ナノ流路内で、超臨界二酸化炭素(scCO2)を反応媒体として放射性核種を分離回収する超臨界マイクロ流体化学システムの技術と方法論を創成した。流路の形状・性状が異なるマイクロ・ナノ流路を作製すると共に、その中でscCO2/水セグメント流による標的金属元素の抽出を実現した。また、流路出口に設置したセパレータによりscCO2相と水相とを連続的に分離回収し、水相中の濃度を質量分析等で計測した結果、接触時間30秒ほどで、ウラン等をほぼ100%抽出できることを見出した。バルク抽出に比して、二次廃棄物を出すことなく3桁以上高速に分離を完了することができる。
【研究の社会的意義】
本研究は、高速・高効率な反応場であるマイクロ・ナノ空間と気体の拡散性と液体の溶解性を併せ持つscCO2を組み合わせることで、既存の核種分離法に付随する課題を解消し、精緻・迅速・無廃棄物な革新的な分離システムの基盤技術を構築することに成功している。従来のバルク的発想から、極限環境（微小空間と超臨界）でのみ発現するユニークな機能を十二分に利用して効率を劇的に向上させて処理量を稼ぐ、という発想を転換した技術であり、極めて独創的である。作業環境の安全性向上や作業員の負担軽減に繋がるため、廃棄物処理処分全体の安全性が大きく向上し、原子力科学に係る学術と工学に新しい展開をもたらすことができる。
【研究代表者】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31
【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)