イオン交換クロマトグラフィーによるN-15濃縮法の研究
【研究分野】エネルギー学一般・原始力学
【研究キーワード】
イオン交換樹脂 / クロマトグラフィー / 同位体 / N-15 / 同位体分離 / 質量分析 / 同位体分離係数 / HETP
【研究成果の概要】
本研究では高速炉燃料として極めて優れた性質を持つチッ化物燃料に不可欠な窒素同位体N-15の濃縮法について、特にイオン交換樹脂を用いたN-15分離濃縮法の検討を行ない、次の結果を得た。
1.多孔質スルフォン酸型強酸性陽イオン交換樹脂(TITEC-H1)を合成した。架橋度:30%、粒径:200〜400メッシュであった。
2.この樹脂を用いてイオン交換樹脂充填塔を作り、アンモニア吸着帯をアルカリ溶液で展開するクロマトグラフィー実験を種々の実験条件の下で行い、溶出液についてアンモニア濃度とN-15の同位体分析を行なった。
3.上記実験の結果を分析し、最も基本的な二相間の平衡(一段)の分離係数と理論分離段高さHETPを決定した。その結果、
(1)温度の上昇と濃度の上昇で共に分離係数がわずかに低下する傾向が観測され、
(2)またHETPは濃度の上昇によって顕著に改善されることが分かった。
この結果から1〜2M濃度の溶離液が最適であると言える。
4.更に、各種弱酸性陽イオン交換樹脂を入手、あるいは合成し、同位体平衡分離係数を実測した。この結果市販のカルボン酸型イオン交換樹脂が高濃度側でも分離係数が低下せずまた高い交換容量があり適当であることが分かった。しかし膨潤収縮があることが今後の課題である。
5.溶離液供給速度の関しては、樹脂塔内液速度が層流から乱流に変わることによって分離効果(HETP)が急激に改善されることが分かった。
【研究代表者】