課題番号：

JPMXP1222NM0066

実施機関：

物質・材料研究機構

要約

福島第一原子力発電所の事故により発生した放射性廃棄物処分の安全評価研究では、処分場で用いられるセメント系材料と放射性核種の相互作用の理解が求められている。セシウム等の陽イオン性の放射性核種は、セメントの主要な水和物であるケイ酸カルシウム水和物(C-S-H)に収着すると考えられる。これまで、C-S-Hへのカチオン収着試験やゼータ電位測定により、C-S-Hの化学組成の指標となるCa/Si比や液相のpHがカチオン収着量に影響することが報告されている。しかしながら、Ca/Si比の違いによるC-S-Hの構造変化とそれに関連した吸着現象は不明な点が多く、詳細な吸着機構の解明が求められている。本研究では、Csの吸着現象の解明を目的に、様々なCa/Si比のC-S-Hを単相合成し29Si MAS NMRによる構造解析を行った。さらに、合成したC-S-HへのCs収着実験を行い133Cs MAS NMRによりCs吸着サイトとその選択性の解明を試みた。

C-S-Hの合成は、酸化カルシウム(CaO)と非晶質シリカ(SiO2)を直接水和させることにより合成した。900℃でCaCO3を脱炭酸して得たCaOおよびSiO2をCa/Si=0.83, 1.00, 1.20, 1.40(モル比)となるようにN2雰囲気下で秤量し、固液比が1:40(重量比)となるように原料粉末および超純水をポリエチレン容器内で混合して密閉し、56日間、室温で水和させることでC-S-Hを合成した。沈殿したC-S-Hを含む平衡液を固液分離し、固相を2日間、真空乾燥させ乳鉢で粉砕することでC-S-H粉末を得た。粉末X線回折および29Si MAS NMR測定によりC-S-Hの生成を確認した。 Cs収着実験は、Cs濃度で1,000, 5,000, 10,000 ppmとなるように超純水でCsI水溶液を調製し、固液比が1:100(重量比)となるようにC-S-H粉末を浸漬させて行った。浸漬期間は7日間とした。Cs収着固相を遠心分離し、真空乾燥させてCsを収着したC-S-H試料を得た。収着したCsの定量および収着前後のC-S-Hの組成分析は、試料を溶解後にICP発光または原子吸光分析により行った。29Siおよび133Cs 固体NMR測定は、9.4 Tおよび18.8 Tの磁石を用いて行った。

ここでは500MHz固体高分解能NMRシステムを用いた実験結果を掲載する。