放射性ヨウ素捕集材およびその捕集方法
【課題】
放射性ガスを有機系ヨウ素と無機系ヨウ素に簡易に分別して捕集する材料および方法を提供する。
【解決手段】
活性炭素繊維シートを用いた放射性ヨウ素捕集材であって、前記活性炭素繊維が少なくとも有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層と、前記薬剤を含まない層とから構成される放射性ヨウ素捕集材。放射性ヨウ素を含有するガスを上記放射性ヨウ素捕集材に一方向から一定風速で通気して放射性ヨウ素を捕集し、有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層を下流側に、前記薬剤を含まない層を上流側に配設して通気する。
放射性ガスを有機系ヨウ素と無機系ヨウ素に簡易に分別して捕集する材料および方法を提供する。
【解決手段】
活性炭素繊維シートを用いた放射性ヨウ素捕集材であって、前記活性炭素繊維が少なくとも有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層と、前記薬剤を含まない層とから構成される放射性ヨウ素捕集材。放射性ヨウ素を含有するガスを上記放射性ヨウ素捕集材に一方向から一定風速で通気して放射性ヨウ素を捕集し、有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層を下流側に、前記薬剤を含まない層を上流側に配設して通気する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療施設や原子力施設などで発生した放射性ガスから放射性ヨウ素を捕集除去する捕集材およびその捕集方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー消費量が増加し、それに伴って原子力発電所が多く建設されている。これらの原子力施設等から排出される排出ガス中の放射性ガスは、完全に除去する必要がある。また、原子力施設の増加により、不慮の原子力災害に効果的に対処するため環境における放射性ガスを捕集し、モニタリングすることが重要となっている。また、ラジオアイソトープが大学、各種の研究機関、医療施設等の多くの場所で使用されるようになり、その排気処理やモニタリングが重要となっている。これらの場所で放出される放射性ガス中の放射性成分は主にヨウ素であるが、その捕集材としては主に活性炭が使用されている（特許文献１参照）。
【０００３】
活性炭はヨウ素単体に対しては捕集性能を有するが、有機系ヨウ素化合物、特にヨウ化アルキルに変化した場合などは十分な捕集性能を有しない。これに対して有機系ヨウ素化合物の捕集のために、ヨウ化カリウム等の有機系ヨウ素化合物と同位体反応が期待される物質を添着した活性炭や特許文献１のように有機系ヨウ素化合物と直接反応する物質を添着した活性炭を使用することが提案されている。しかしながら、このような従来の活性炭は有機系ヨウ素化合物を吸着した後、多量に脱離を生じてしまうという問題を抱えていた。
【０００４】
この問題を克服するために、平均細孔直径３〜３０ｎｍの細孔容積が０．１５ｃｃ／ｇ以下であって平均細孔直径３ｎｍ以下の細孔容積が０．５０ｃｃ／ｇ以上である繊維状活性炭からなるシートにアミンを添着してなる材料で捕集することにより有機系ヨウ素化合物の脱離を低減せしめ、モニタリング材料としての信頼性を向上させることが提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
この方法によって従来に比べて有機系ヨウ素を効率よく捕集できるようになったが、捕集材の寿命は有機系ヨウ素用捕集材が無機系ヨウ素用捕集材に比べて未だ短いのが現状である。また、病院や研究機関などでは発生する放射性ヨウ素がどのような構成成分からなるのかが不明である。このため各施設は排出される放射性ヨウ素が全て有機系ヨウ素であることを前提として排気フィルターの交換目安を設定していることが多い。この場合、各施設において無機系ヨウ素と有機系ヨウ素の含有比率を測定し、無機系ヨウ素の比率が高ければ、排気フィルターやモニタリング材料の使用時間を長くすることが可能である。有機系ヨウ素と無機系ヨウ素を定量的に分離する方法としては、ラジオクラマトグラフを用いる方法（非特許文献１参照）や、無機系ヨウ素をアルカリ水溶液中で捕集し、有機系ヨウ素成分を活性炭フィルターで捕集する方法（非特許文献２参照）が提案されている。しかしながら、これらの方法では設備が複雑なものとなるため、一般の利用施設でモニタリングすることが困難である。
【０００６】
【特許文献１】特公昭６２−４４２３９号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６９６３号公報
【非特許文献１】成富、福田 『空気清浄』 第１０巻第２号Ｐ．７９〜９４（１９７２年） 日本空気清浄協会 刊
【非特許文献２】成富、福田 『日本原子力学会誌』第１４巻第１０号Ｐ．１１〜１９（１９７２） 日本原子力学会 刊
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題を解消するために創案されたものであり、その目的は、放射性ガスを有機系ヨウ素と無機系ヨウ素に簡易に分別して捕集する材料および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑み、鋭意検討した結果得られたものである。
即ち、本発明は、活性炭素繊維シートを用いた放射性ヨウ素捕集材であって、前記活性炭素繊維が少なくとも有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層と、前記薬剤を含まない層とから構成されることを特徴とする放射性ヨウ素捕集材である。
また、本発明は、放射性ヨウ素を含有するガスを上記放射性ヨウ素捕集材に一方向から一定風速で通気して放射性ヨウ素を捕集する方法であって、有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層を下流側に、前記薬剤を含まない層を上流側に配設して通気することを特徴とする放射性ヨウ素の捕集方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、吸着特性の異なる有機系ヨウ素と無機系ヨウ素を同時に捕集でき、かつ分離して捕集できるため、放射性ヨウ素の分離モニタリングが可能となる。これにより、今まで煩雑な方法によって分析されていた有機系ヨウ素と無機系ヨウ素の定量化を簡単に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の放射性ヨウ素捕集材およびその捕集方法を以下に詳細に説明する。
本発明の放射性ヨウ素捕集材は活性炭素繊維シートを用いた放射性ヨウ素捕集材であり、活性炭素繊維シートが少なくとも有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層と、前記薬剤を含まない層とから構成されるものである。ガス状の放射性ヨウ素は無機系と有機系に分類される。無機系ヨウ素としてはＩ２、ＨＩＯ３、ＨＩＯ４などが知られ、代表的なものはＩ２である。有機系ヨウ素としてはＣＨ３Ｉ、Ｃ２Ｈ５Ｉが知られ、代表的なものはＣＨ３Ｉである。無機系ヨウ素は活性炭素繊維による吸着特性が非常に高く、吸着速度も高い。また、脱着による再飛散はほとんどないことが知られている。反面、有機系ヨウ素における活性炭素繊維単体での吸着特性は無機系ヨウ素に対する特性に比べてかなり悪く、脱着による再飛散が起こりやすい。そこで、有機系ヨウ素の捕集性能に優れた既知の薬剤を活性炭素繊維に添着することによって有機系ヨウ素の捕集性能が保持される。本発明はこうした活性炭素繊維の捕集特性の差を利用して混在状態にある放射性ヨウ素ガスを分離捕集するものである。具体的には、無機系ヨウ素吸着特性のみに優れる活性炭素繊維シートと、有機系ヨウ素の吸着特性に優れる薬剤が添着された活性炭素繊維を層状に構成することによって捕集材とし、該捕集材シートの一方から捕集ガスを一定時間流通させる。この場合、無機系ヨウ素のみを吸着する活性炭素繊維シート層を上流側に配設し、有機系ヨウ素の吸着特性に優れる薬剤が添着された活性炭素繊維シートを下流側に配設することによって、上流側から入った混合ガスのうち無機系ヨウ素成分が選択的に上流側の活性炭素繊維シートに吸着され、残った有機系ヨウ素が下流側の活性炭素繊維シートに捕集される。一定時間通気することによって有機系ヨウ素と無機系ヨウ素が完全に分離されて捕集される。
【００１１】
本発明の捕集材で用いられる活性炭素繊維は、有機系ヨウ素捕集薬剤が添着されない層の場合は公知のいずれのものも利用できる。即ち、活性炭素繊維の原料としては綿、麻などの天然セルロース繊維の他、レーヨン、ポリノジック、溶融紡糸法等による再生セルロース繊維、さらにはポリビニルアルコール繊維、アクリル系繊維、芳香族ポリアミド繊維、架橋ホルムアルデヒド繊維、リグニン繊維、フェノール系繊維、石油ピッチ繊維等の合成繊維が挙げられるが、得られる繊維状活性炭の物性（強度等）や吸着性能の高さの点で再生セルロース繊維、フェノール系繊維、アクリル系繊維を用いて製造することが好ましい。具体的には、これら原料繊維の短繊維あるいは長繊維を用いて製織、製編、不織布化した布帛に必要に応じて適当な耐炎化剤を含有させた後、４５０℃以下の温度で耐炎化処理を施し、次いで５００℃以上１０００℃以下の温度で炭化賦活する方法によって得られたものであって、ＪＩＳ Ｋ １４７７−１９９５にて示されるトルエン吸着量が２５〜６０％でかつ窒素吸着等温線より産出されるＢＥＴ法による比表面積が６００〜２０００ｍ２／ｇである活性炭素繊維を用いることが好ましい。活性炭素繊維の形態としては原料布帛の形態を残した状態、即ち織布、不織布、編地が好ましいが、特に限定されない。繊維状活性炭と他の繊維材料とを混抄した紙状のものも使用可能である。また、これらを複数層積層して接合したものでもよい。
【００１２】
一方、有機系ヨウ素捕集薬剤が添着される層の場合は公知の活性炭素繊維の中でも特に有機系ヨウ素の再飛散量を少なくできる細孔径の小さいものが好適に使用される。特に平均細孔直径が２ｎｍ以下のものは放射性ガスの吸着速度が増大し、また平均細孔直径３〜３０ｎｍの細孔容積が０．１５ｃｃ／ｇ以下であって平均細孔直径３ｎｍ以下の細孔容積が０．５０ｃｃ／ｇ以上であるものは脱離および加熱による脱着が生じにくくなるため好ましく使用される。ここでいう平均細孔直径及び細孔容積は、例えば高速比表面積・細孔分布測定装置（島津製作所製Ｊｅｍｉｎｉ２３７５）を用いて液体窒素温度における窒素吸着等温線を測定し、所定の式に従って計算することにより求められる。有機系ヨウ素捕集薬剤は公知のものを使用できる。具体的にはアミン系薬剤、特に１，４−ジアザ−２，２，２−ピシクロオクタン（トリエチレンジアミン）、Ｎ，Ｎ'−ビス−（３−アミノプロピル）−ピペラジン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−アミノエチルメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアミン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、１，５−ジアザビシクロウンデセン、ポリ−３級−ブチルアミノエチルメタクリレート、ポリエチレンイミン、１，５−ジアザピシクロ〔４，３，０〕ノン−５−エン、１，５−ジアザピシクロ〔５，４，０〕ウンデ７−５−エン、２−メチル−１，４−ジアザピシクロ〔２，２，２〕オクタン、フェニルヒドラジン、２−シアノピリジン、ジイソプロピルアミン、トリメチルアミノエチルピペラジン、ヘキサメチレンテトラミン、メチルポリエチレンイミン、ポリアルキルポリアミン等が挙げられる。これらのアミン系薬剤の他には無機系ヨウ化物、特にヨウ化カリウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化錫が挙げられる。活性炭素繊維の有機系ヨウ素捕集層はこれらの有機系ヨウ素捕集薬剤を活性炭素繊維の単位重量あたり０．１〜２０重量％添着することによって得られる。添着方法としては有機系ヨウ素捕集薬剤を所定の濃度の水溶液にし、該活性炭素繊維シートを数時間含浸させ、脱水した後に乾燥させる方法が挙げられる。
【００１３】
かくして得られた２種類の活性炭素繊維シートを層状にする。この場合、２種類の活性炭素繊維をどの程度積層するかは使用されるサンプラーによって異なるが、少なくとも有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層と該薬剤を含まない層とから構成される必要がある。有機系ヨウ素を捕集する薬剤を含む層のみでシートが構成された場合、有機系ヨウ素と無機系ヨウ素の分離能が好ましくなく、また該薬剤を含まない層のみで構成された場合もまた有機系ヨウ素と無機系ヨウ素が分離されずに捕集率が低下するため好ましくない。この２種類の活性炭素繊維シートは濃度評価時に別々に評価されるため、接合されずにパッケージングされることが望ましい。具体的には、所定の直径と高さを有する紙、金属またはプラスチック製の円筒ケースを用意し、２種類の活性炭素繊維シートを円筒ケース内に積層充填する方法によって得ることができる。円筒ケースにはシート固定用のつめを有し、セッティングした後の活性炭素繊維シートが動かないようにする。測定時においてはケースからシートを順番に取り外し、測定する。
【００１４】
また、捕集材の最上流側、および２種類の活性炭素繊維の層間には、除塵機能を有するフィルターが配置されていることが望ましい。これらのフィルターは粒子に付着したヨウ素成分の捕集を目的としており、最上流側のフィルターは大気中の粒子状ヨウ素を捕集し、層間に配設されたフィルターは評価のための通気の間に上流側の層の一部の活性炭素繊維が脱落して下流側の有機系ヨウ素捕集層に移動することを防止するためのもので、エアサンプラー用として用いられる石英繊維からなる濾紙（例えば東洋濾紙株式会社製ＱＲ−１００）やダストモニターとして用いられる濾紙（例えば東洋濾紙株式会社製ＨＥ−４０Ｔ）が好適に用いられる。また、それら以外ではＰＴＦＥ系のフィルターや高分子を用いたメルトブロー不織布などを用いてもよい。また、ポリプロピレンを主体としたメルトブロー不織布は粉塵の捕集率向上のためエレクトレット化して用いてもよい。エレクトレット化の方法は通常コロナ放電によるものが一般的であるが、この方法に限定されない。
【００１５】
本発明の捕集方法について説明する。本発明の放射性ヨウ素捕集材は面速度が２５〜５０ｃｍ／ｓの一方向からの通気条件において、有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層を下流側に、該薬剤を含まない層を上流側に配設して使用することが重要である。使用される活性炭素繊維量は、上流側の有機系ヨウ素捕集薬剤を含まない層および下流側の薬剤を含む層の各々の捕集層の嵩密度が０．０５〜０．２５ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．０６〜０．２４ｇ／ｃｍ３で調製され、かつ層厚１．０ｍｍから１５ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍから１０ｍｍに充填されることが望ましい。該捕集材の嵩密度は捕集性能と通気圧損を考慮して決定されるが、嵩密度が上記下限未満の場合、必要な捕集性能を得ることができず、捕集率を保持するために必要以上に層厚を長く設定する必要が出てくるため好ましくなく、嵩密度が上記上限より大きい場合、圧力損失が高くなるため必然的に層厚を低く設定する必要が生じ、有機系ヨウ素と無機系ヨウ素を分離するために必要な層厚を保持できなくなるため好ましくない。層厚が１．０ｍｍ未満である場合、捕集された無機系ヨウ素が下流側に移動して誤差を生じる可能性があり、層厚が１５ｍｍ以上の場合、長時間にわたって通気しないと有機系ヨウ素が上流側に残存して誤差を生じる可能性があり、好ましくない。また、本発明における捕集材の通気時間は１０分から９０分、好ましくは１５分から６０分であることが望ましい。通気時間が上記下限未満の場合、有機系ヨウ素と無機系ヨウ素の充分な分離がなされず、通気時間が上記上限を越える場合、捕集された放射性ヨウ素が脱離して再飛散する場合があり、好ましくない。
【実施例】
【００１６】
以下実施例によって本発明を更に詳述するが、下記実施例は本発明を制限するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明の技術範囲に包含される。なお、物性の測定方法は下記方法に従った。
【００１７】
吸着等温線の測定：島津製作所製Ｊｅｍｉｎｉ２３７５を使用し、液体窒素温度（７７Ｋ）にて相対圧０．０２から０．９５までの吸着容量を求めた。
比表面積（Ａｓ）： ＢＥＴ法に基づいて算出した。（相対圧０．０２〜０．１５）
平均細孔直径：吸着等温線を外挿し、相対圧１．００の窒素吸着容量（ｃｍ３／ｇ）を求め、これと密度補正係数（０．００１５４６８）の積を全細孔容積（Ｖｐ）とした。平均細孔直径（Ｄｐ）は数式１によって求められる。
【００１８】
【数１】
【００１９】
細孔容積：吸着等温線より求めた。３〜３０ｎｍの細孔容積についてはＢＪＨ（Ｂａｒｒｅｔｔ−Ｊｏｙｎｅｒ−Ｈａｌｅｎｄａ）法により、３ｎｍ以下の細孔容積についてはＭＰ法により求められた細孔分布から算出した。
アミン添着量：アミン水溶液に添着する前の活性炭重量と、添着後１００℃で１時間乾燥した後の活性炭重量の差より計算して求めた。
【００２０】
捕集率：上流側から試料、バックアップフィルターＣＨＣ−５０（アドバンテック東洋製）の順に捕集用ホルダーに装着した。化学反応により発生させたＣＨ３１３１Ｉを含む調湿された空気を風量５０Ｌ／ｍｉｎで上流側より０〜６０分間流通させた。放射性物質１３１Ｉの放射能は、フィルターの全量またはＣＨＣ−５０の場合は粒状活性炭の一部をガンマカウンター（パーキンエルマージャパンパッカード５００３型）で測定した。試料の捕集率は、最上流側、及び上流側と下流側の間に設けられた濾紙を除いた試料とバックアップフィルターの捕集放射能に関して計算し、試料の各層の捕集放射能を試料の全層とバックアップフィルターの合計の捕集放射能で除して求めた。
【００２１】
（実施例１）
目付２１０ｇ／ｍ２、厚み２．８ｍｍ、比表面積１３５０ｍ２／ｇ、嵩密度０．０７５ｇ／ｃｍ３、平均繊維直径２０μｍの活性炭素繊維不織布シートを３層積層し、上流側無機系ヨウ素捕集層とした。さらに目付２００ｇ／ｍ２、厚み２．９ｍｍ、比表面積１４５０／ｇ、平均細孔直径が１．８ｎｍ、平均細孔直径３〜３０ｎｍの細孔容積が０．０３ｃｃ／ｇ、平均細孔直径３ｎｍ以下の細孔容積が０．６０ｃｃ／ｇ以上の活性炭素繊維不織布シートに１，４−ジアザ−２，２，２−ピシクロオクタン（トリエチレンジアミン）を１０重量％添着し、これを３層積層して下流側有機系ヨウ素捕集層とした。最上流側、及び上流側捕集層と下流側捕集層の間に、石英繊維からなる濾紙（東洋濾紙株式会社製ＱＲ−１００）を配設し、これを４８ｍｍφに打ち抜き、内径４８ｍｍφの円筒ケースに設置して捕集剤とした（図１、図２参照）。各シートの１３１Ｉ２、およびＣＨ３１３１Ｉ捕集率（％）を表１に示す。
【００２２】
（実施例２）
目付６０ｇ／ｍ２、厚み０．５０ｍｍ、比表面積１３５０ｍ２／ｇ、嵩密度０．１２ｇ／ｃｍ３、繊維径１２μｍの繊維状活性炭からなる編物状シート２枚を目付１５ｇ／ｍ２の熱溶融性接着シート（鞘ＰＶＡ／芯ＰＰ）により８２℃で積層接着してシート化した。このシートを３層積層して上流側無機系ヨウ素捕集層とした。さらに目付６０ｇ／ｍ２、厚み０．５０ｍｍ、比表面積１３５０ｍ２／ｇ、平均細孔直径３〜３０ｎｍの細孔容積が０．０２ｃｃ／ｇ、平均細孔直径３ｎｍ以下の細孔容積が０．５８ｃｃ／ｇ、さらに平均細孔直径が１．７２ｎｍ，繊維径１２μｍの繊維状活性炭からなる編物状シート２枚を目付１５ｇ／ｍ２の熱溶融性接着シート（鞘ＰＶＡ／芯ＰＰ）により８２℃で積層接着してシート化した。このシートに１，４−ジアザ−２，２，２−ピシクロオクタン（トリエチレンジアミン）を１４重量％添着し、これを３層積層して下流側有機系ヨウ素捕集層とした。最上流側、及び上流側捕集層と下流側捕集層の間に、石英繊維からなる濾紙（東洋濾紙株式会社製ＱＲ−１００）を配設し、これを４８ｍｍφに打ち抜き、内径４８ｍｍφの円筒ケースに設置して捕集剤とした（図１、図２参照）。各シートの１３１Ｉ２、およびＣＨ３１３１Ｉ捕集率（％）を表２に示す。
【００２３】
（比較例１）
粒状活性炭シートＣＰ−２０（東洋濾紙株式会社）４７ｍｍφ３枚を積層して上流側無機系ヨウ素捕集層とした。またＣＰ−２０の１，４−ジアザ−２，２，２−ピシクロオクタン（トリエチレンジアミン）１０重量％添着品を３枚積層して下流側有機系ヨウ素捕集層とした。最上流側、及び上流側捕集層と下流側捕集層の間に、石英繊維からなる濾紙（東洋濾紙株式会社製ＱＲ−１００）４７ｍｍφを配設し、これを内径４７ｍｍφの円筒ケースに設置して捕集剤とした（図１、図２参照）。各シートの１３１Ｉ２、およびＣＨ３１３１Ｉ捕集率（％）を表３に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によれば、有機系ヨウ素と無機系ヨウ素を同時に分離して捕集できるため、放射性ヨウ素の分離モニタリングが可能であり、有機系ヨウ素と無機系ヨウ素の定量化を簡単に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の捕集剤で使用する捕集材シート単体を示す。
【図２】本発明の捕集剤の構造を示す。
【符号の説明】
【００２９】
１ ： 捕集材シート単体
２ ： 捕集材シート積層体（上流側：薬剤未添着）
３ ： 捕集材シート積層体（下流側：薬剤添着）
４ ： 粒子捕集用濾紙
５ ： 捕集材固定用円筒ケース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療施設や原子力施設などで発生した放射性ガスから放射性ヨウ素を捕集除去する捕集材およびその捕集方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー消費量が増加し、それに伴って原子力発電所が多く建設されている。これらの原子力施設等から排出される排出ガス中の放射性ガスは、完全に除去する必要がある。また、原子力施設の増加により、不慮の原子力災害に効果的に対処するため環境における放射性ガスを捕集し、モニタリングすることが重要となっている。また、ラジオアイソトープが大学、各種の研究機関、医療施設等の多くの場所で使用されるようになり、その排気処理やモニタリングが重要となっている。これらの場所で放出される放射性ガス中の放射性成分は主にヨウ素であるが、その捕集材としては主に活性炭が使用されている（特許文献１参照）。
【０００３】
活性炭はヨウ素単体に対しては捕集性能を有するが、有機系ヨウ素化合物、特にヨウ化アルキルに変化した場合などは十分な捕集性能を有しない。これに対して有機系ヨウ素化合物の捕集のために、ヨウ化カリウム等の有機系ヨウ素化合物と同位体反応が期待される物質を添着した活性炭や特許文献１のように有機系ヨウ素化合物と直接反応する物質を添着した活性炭を使用することが提案されている。しかしながら、このような従来の活性炭は有機系ヨウ素化合物を吸着した後、多量に脱離を生じてしまうという問題を抱えていた。
【０００４】
この問題を克服するために、平均細孔直径３〜３０ｎｍの細孔容積が０．１５ｃｃ／ｇ以下であって平均細孔直径３ｎｍ以下の細孔容積が０．５０ｃｃ／ｇ以上である繊維状活性炭からなるシートにアミンを添着してなる材料で捕集することにより有機系ヨウ素化合物の脱離を低減せしめ、モニタリング材料としての信頼性を向上させることが提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
この方法によって従来に比べて有機系ヨウ素を効率よく捕集できるようになったが、捕集材の寿命は有機系ヨウ素用捕集材が無機系ヨウ素用捕集材に比べて未だ短いのが現状である。また、病院や研究機関などでは発生する放射性ヨウ素がどのような構成成分からなるのかが不明である。このため各施設は排出される放射性ヨウ素が全て有機系ヨウ素であることを前提として排気フィルターの交換目安を設定していることが多い。この場合、各施設において無機系ヨウ素と有機系ヨウ素の含有比率を測定し、無機系ヨウ素の比率が高ければ、排気フィルターやモニタリング材料の使用時間を長くすることが可能である。有機系ヨウ素と無機系ヨウ素を定量的に分離する方法としては、ラジオクラマトグラフを用いる方法（非特許文献１参照）や、無機系ヨウ素をアルカリ水溶液中で捕集し、有機系ヨウ素成分を活性炭フィルターで捕集する方法（非特許文献２参照）が提案されている。しかしながら、これらの方法では設備が複雑なものとなるため、一般の利用施設でモニタリングすることが困難である。
【０００６】
【特許文献１】特公昭６２−４４２３９号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６９６３号公報
【非特許文献１】成富、福田 『空気清浄』 第１０巻第２号Ｐ．７９〜９４（１９７２年） 日本空気清浄協会 刊
【非特許文献２】成富、福田 『日本原子力学会誌』第１４巻第１０号Ｐ．１１〜１９（１９７２） 日本原子力学会 刊
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題を解消するために創案されたものであり、その目的は、放射性ガスを有機系ヨウ素と無機系ヨウ素に簡易に分別して捕集する材料および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑み、鋭意検討した結果得られたものである。
即ち、本発明は、活性炭素繊維シートを用いた放射性ヨウ素捕集材であって、前記活性炭素繊維が少なくとも有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層と、前記薬剤を含まない層とから構成されることを特徴とする放射性ヨウ素捕集材である。
また、本発明は、放射性ヨウ素を含有するガスを上記放射性ヨウ素捕集材に一方向から一定風速で通気して放射性ヨウ素を捕集する方法であって、有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層を下流側に、前記薬剤を含まない層を上流側に配設して通気することを特徴とする放射性ヨウ素の捕集方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、吸着特性の異なる有機系ヨウ素と無機系ヨウ素を同時に捕集でき、かつ分離して捕集できるため、放射性ヨウ素の分離モニタリングが可能となる。これにより、今まで煩雑な方法によって分析されていた有機系ヨウ素と無機系ヨウ素の定量化を簡単に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の放射性ヨウ素捕集材およびその捕集方法を以下に詳細に説明する。
本発明の放射性ヨウ素捕集材は活性炭素繊維シートを用いた放射性ヨウ素捕集材であり、活性炭素繊維シートが少なくとも有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層と、前記薬剤を含まない層とから構成されるものである。ガス状の放射性ヨウ素は無機系と有機系に分類される。無機系ヨウ素としてはＩ２、ＨＩＯ３、ＨＩＯ４などが知られ、代表的なものはＩ２である。有機系ヨウ素としてはＣＨ３Ｉ、Ｃ２Ｈ５Ｉが知られ、代表的なものはＣＨ３Ｉである。無機系ヨウ素は活性炭素繊維による吸着特性が非常に高く、吸着速度も高い。また、脱着による再飛散はほとんどないことが知られている。反面、有機系ヨウ素における活性炭素繊維単体での吸着特性は無機系ヨウ素に対する特性に比べてかなり悪く、脱着による再飛散が起こりやすい。そこで、有機系ヨウ素の捕集性能に優れた既知の薬剤を活性炭素繊維に添着することによって有機系ヨウ素の捕集性能が保持される。本発明はこうした活性炭素繊維の捕集特性の差を利用して混在状態にある放射性ヨウ素ガスを分離捕集するものである。具体的には、無機系ヨウ素吸着特性のみに優れる活性炭素繊維シートと、有機系ヨウ素の吸着特性に優れる薬剤が添着された活性炭素繊維を層状に構成することによって捕集材とし、該捕集材シートの一方から捕集ガスを一定時間流通させる。この場合、無機系ヨウ素のみを吸着する活性炭素繊維シート層を上流側に配設し、有機系ヨウ素の吸着特性に優れる薬剤が添着された活性炭素繊維シートを下流側に配設することによって、上流側から入った混合ガスのうち無機系ヨウ素成分が選択的に上流側の活性炭素繊維シートに吸着され、残った有機系ヨウ素が下流側の活性炭素繊維シートに捕集される。一定時間通気することによって有機系ヨウ素と無機系ヨウ素が完全に分離されて捕集される。
【００１１】
本発明の捕集材で用いられる活性炭素繊維は、有機系ヨウ素捕集薬剤が添着されない層の場合は公知のいずれのものも利用できる。即ち、活性炭素繊維の原料としては綿、麻などの天然セルロース繊維の他、レーヨン、ポリノジック、溶融紡糸法等による再生セルロース繊維、さらにはポリビニルアルコール繊維、アクリル系繊維、芳香族ポリアミド繊維、架橋ホルムアルデヒド繊維、リグニン繊維、フェノール系繊維、石油ピッチ繊維等の合成繊維が挙げられるが、得られる繊維状活性炭の物性（強度等）や吸着性能の高さの点で再生セルロース繊維、フェノール系繊維、アクリル系繊維を用いて製造することが好ましい。具体的には、これら原料繊維の短繊維あるいは長繊維を用いて製織、製編、不織布化した布帛に必要に応じて適当な耐炎化剤を含有させた後、４５０℃以下の温度で耐炎化処理を施し、次いで５００℃以上１０００℃以下の温度で炭化賦活する方法によって得られたものであって、ＪＩＳ Ｋ １４７７−１９９５にて示されるトルエン吸着量が２５〜６０％でかつ窒素吸着等温線より産出されるＢＥＴ法による比表面積が６００〜２０００ｍ２／ｇである活性炭素繊維を用いることが好ましい。活性炭素繊維の形態としては原料布帛の形態を残した状態、即ち織布、不織布、編地が好ましいが、特に限定されない。繊維状活性炭と他の繊維材料とを混抄した紙状のものも使用可能である。また、これらを複数層積層して接合したものでもよい。
【００１２】
一方、有機系ヨウ素捕集薬剤が添着される層の場合は公知の活性炭素繊維の中でも特に有機系ヨウ素の再飛散量を少なくできる細孔径の小さいものが好適に使用される。特に平均細孔直径が２ｎｍ以下のものは放射性ガスの吸着速度が増大し、また平均細孔直径３〜３０ｎｍの細孔容積が０．１５ｃｃ／ｇ以下であって平均細孔直径３ｎｍ以下の細孔容積が０．５０ｃｃ／ｇ以上であるものは脱離および加熱による脱着が生じにくくなるため好ましく使用される。ここでいう平均細孔直径及び細孔容積は、例えば高速比表面積・細孔分布測定装置（島津製作所製Ｊｅｍｉｎｉ２３７５）を用いて液体窒素温度における窒素吸着等温線を測定し、所定の式に従って計算することにより求められる。有機系ヨウ素捕集薬剤は公知のものを使用できる。具体的にはアミン系薬剤、特に１，４−ジアザ−２，２，２−ピシクロオクタン（トリエチレンジアミン）、Ｎ，Ｎ'−ビス−（３−アミノプロピル）−ピペラジン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−アミノエチルメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアミン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、１，５−ジアザビシクロウンデセン、ポリ−３級−ブチルアミノエチルメタクリレート、ポリエチレンイミン、１，５−ジアザピシクロ〔４，３，０〕ノン−５−エン、１，５−ジアザピシクロ〔５，４，０〕ウンデ７−５−エン、２−メチル−１，４−ジアザピシクロ〔２，２，２〕オクタン、フェニルヒドラジン、２−シアノピリジン、ジイソプロピルアミン、トリメチルアミノエチルピペラジン、ヘキサメチレンテトラミン、メチルポリエチレンイミン、ポリアルキルポリアミン等が挙げられる。これらのアミン系薬剤の他には無機系ヨウ化物、特にヨウ化カリウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化錫が挙げられる。活性炭素繊維の有機系ヨウ素捕集層はこれらの有機系ヨウ素捕集薬剤を活性炭素繊維の単位重量あたり０．１〜２０重量％添着することによって得られる。添着方法としては有機系ヨウ素捕集薬剤を所定の濃度の水溶液にし、該活性炭素繊維シートを数時間含浸させ、脱水した後に乾燥させる方法が挙げられる。
【００１３】
かくして得られた２種類の活性炭素繊維シートを層状にする。この場合、２種類の活性炭素繊維をどの程度積層するかは使用されるサンプラーによって異なるが、少なくとも有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層と該薬剤を含まない層とから構成される必要がある。有機系ヨウ素を捕集する薬剤を含む層のみでシートが構成された場合、有機系ヨウ素と無機系ヨウ素の分離能が好ましくなく、また該薬剤を含まない層のみで構成された場合もまた有機系ヨウ素と無機系ヨウ素が分離されずに捕集率が低下するため好ましくない。この２種類の活性炭素繊維シートは濃度評価時に別々に評価されるため、接合されずにパッケージングされることが望ましい。具体的には、所定の直径と高さを有する紙、金属またはプラスチック製の円筒ケースを用意し、２種類の活性炭素繊維シートを円筒ケース内に積層充填する方法によって得ることができる。円筒ケースにはシート固定用のつめを有し、セッティングした後の活性炭素繊維シートが動かないようにする。測定時においてはケースからシートを順番に取り外し、測定する。
【００１４】
また、捕集材の最上流側、および２種類の活性炭素繊維の層間には、除塵機能を有するフィルターが配置されていることが望ましい。これらのフィルターは粒子に付着したヨウ素成分の捕集を目的としており、最上流側のフィルターは大気中の粒子状ヨウ素を捕集し、層間に配設されたフィルターは評価のための通気の間に上流側の層の一部の活性炭素繊維が脱落して下流側の有機系ヨウ素捕集層に移動することを防止するためのもので、エアサンプラー用として用いられる石英繊維からなる濾紙（例えば東洋濾紙株式会社製ＱＲ−１００）やダストモニターとして用いられる濾紙（例えば東洋濾紙株式会社製ＨＥ−４０Ｔ）が好適に用いられる。また、それら以外ではＰＴＦＥ系のフィルターや高分子を用いたメルトブロー不織布などを用いてもよい。また、ポリプロピレンを主体としたメルトブロー不織布は粉塵の捕集率向上のためエレクトレット化して用いてもよい。エレクトレット化の方法は通常コロナ放電によるものが一般的であるが、この方法に限定されない。
【００１５】
本発明の捕集方法について説明する。本発明の放射性ヨウ素捕集材は面速度が２５〜５０ｃｍ／ｓの一方向からの通気条件において、有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層を下流側に、該薬剤を含まない層を上流側に配設して使用することが重要である。使用される活性炭素繊維量は、上流側の有機系ヨウ素捕集薬剤を含まない層および下流側の薬剤を含む層の各々の捕集層の嵩密度が０．０５〜０．２５ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．０６〜０．２４ｇ／ｃｍ３で調製され、かつ層厚１．０ｍｍから１５ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍから１０ｍｍに充填されることが望ましい。該捕集材の嵩密度は捕集性能と通気圧損を考慮して決定されるが、嵩密度が上記下限未満の場合、必要な捕集性能を得ることができず、捕集率を保持するために必要以上に層厚を長く設定する必要が出てくるため好ましくなく、嵩密度が上記上限より大きい場合、圧力損失が高くなるため必然的に層厚を低く設定する必要が生じ、有機系ヨウ素と無機系ヨウ素を分離するために必要な層厚を保持できなくなるため好ましくない。層厚が１．０ｍｍ未満である場合、捕集された無機系ヨウ素が下流側に移動して誤差を生じる可能性があり、層厚が１５ｍｍ以上の場合、長時間にわたって通気しないと有機系ヨウ素が上流側に残存して誤差を生じる可能性があり、好ましくない。また、本発明における捕集材の通気時間は１０分から９０分、好ましくは１５分から６０分であることが望ましい。通気時間が上記下限未満の場合、有機系ヨウ素と無機系ヨウ素の充分な分離がなされず、通気時間が上記上限を越える場合、捕集された放射性ヨウ素が脱離して再飛散する場合があり、好ましくない。
【実施例】
【００１６】
以下実施例によって本発明を更に詳述するが、下記実施例は本発明を制限するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明の技術範囲に包含される。なお、物性の測定方法は下記方法に従った。
【００１７】
吸着等温線の測定：島津製作所製Ｊｅｍｉｎｉ２３７５を使用し、液体窒素温度（７７Ｋ）にて相対圧０．０２から０．９５までの吸着容量を求めた。
比表面積（Ａｓ）： ＢＥＴ法に基づいて算出した。（相対圧０．０２〜０．１５）
平均細孔直径：吸着等温線を外挿し、相対圧１．００の窒素吸着容量（ｃｍ３／ｇ）を求め、これと密度補正係数（０．００１５４６８）の積を全細孔容積（Ｖｐ）とした。平均細孔直径（Ｄｐ）は数式１によって求められる。
【００１８】
【数１】
【００１９】
細孔容積：吸着等温線より求めた。３〜３０ｎｍの細孔容積についてはＢＪＨ（Ｂａｒｒｅｔｔ−Ｊｏｙｎｅｒ−Ｈａｌｅｎｄａ）法により、３ｎｍ以下の細孔容積についてはＭＰ法により求められた細孔分布から算出した。
アミン添着量：アミン水溶液に添着する前の活性炭重量と、添着後１００℃で１時間乾燥した後の活性炭重量の差より計算して求めた。
【００２０】
捕集率：上流側から試料、バックアップフィルターＣＨＣ−５０（アドバンテック東洋製）の順に捕集用ホルダーに装着した。化学反応により発生させたＣＨ３１３１Ｉを含む調湿された空気を風量５０Ｌ／ｍｉｎで上流側より０〜６０分間流通させた。放射性物質１３１Ｉの放射能は、フィルターの全量またはＣＨＣ−５０の場合は粒状活性炭の一部をガンマカウンター（パーキンエルマージャパンパッカード５００３型）で測定した。試料の捕集率は、最上流側、及び上流側と下流側の間に設けられた濾紙を除いた試料とバックアップフィルターの捕集放射能に関して計算し、試料の各層の捕集放射能を試料の全層とバックアップフィルターの合計の捕集放射能で除して求めた。
【００２１】
（実施例１）
目付２１０ｇ／ｍ２、厚み２．８ｍｍ、比表面積１３５０ｍ２／ｇ、嵩密度０．０７５ｇ／ｃｍ３、平均繊維直径２０μｍの活性炭素繊維不織布シートを３層積層し、上流側無機系ヨウ素捕集層とした。さらに目付２００ｇ／ｍ２、厚み２．９ｍｍ、比表面積１４５０／ｇ、平均細孔直径が１．８ｎｍ、平均細孔直径３〜３０ｎｍの細孔容積が０．０３ｃｃ／ｇ、平均細孔直径３ｎｍ以下の細孔容積が０．６０ｃｃ／ｇ以上の活性炭素繊維不織布シートに１，４−ジアザ−２，２，２−ピシクロオクタン（トリエチレンジアミン）を１０重量％添着し、これを３層積層して下流側有機系ヨウ素捕集層とした。最上流側、及び上流側捕集層と下流側捕集層の間に、石英繊維からなる濾紙（東洋濾紙株式会社製ＱＲ−１００）を配設し、これを４８ｍｍφに打ち抜き、内径４８ｍｍφの円筒ケースに設置して捕集剤とした（図１、図２参照）。各シートの１３１Ｉ２、およびＣＨ３１３１Ｉ捕集率（％）を表１に示す。
【００２２】
（実施例２）
目付６０ｇ／ｍ２、厚み０．５０ｍｍ、比表面積１３５０ｍ２／ｇ、嵩密度０．１２ｇ／ｃｍ３、繊維径１２μｍの繊維状活性炭からなる編物状シート２枚を目付１５ｇ／ｍ２の熱溶融性接着シート（鞘ＰＶＡ／芯ＰＰ）により８２℃で積層接着してシート化した。このシートを３層積層して上流側無機系ヨウ素捕集層とした。さらに目付６０ｇ／ｍ２、厚み０．５０ｍｍ、比表面積１３５０ｍ２／ｇ、平均細孔直径３〜３０ｎｍの細孔容積が０．０２ｃｃ／ｇ、平均細孔直径３ｎｍ以下の細孔容積が０．５８ｃｃ／ｇ、さらに平均細孔直径が１．７２ｎｍ，繊維径１２μｍの繊維状活性炭からなる編物状シート２枚を目付１５ｇ／ｍ２の熱溶融性接着シート（鞘ＰＶＡ／芯ＰＰ）により８２℃で積層接着してシート化した。このシートに１，４−ジアザ−２，２，２−ピシクロオクタン（トリエチレンジアミン）を１４重量％添着し、これを３層積層して下流側有機系ヨウ素捕集層とした。最上流側、及び上流側捕集層と下流側捕集層の間に、石英繊維からなる濾紙（東洋濾紙株式会社製ＱＲ−１００）を配設し、これを４８ｍｍφに打ち抜き、内径４８ｍｍφの円筒ケースに設置して捕集剤とした（図１、図２参照）。各シートの１３１Ｉ２、およびＣＨ３１３１Ｉ捕集率（％）を表２に示す。
【００２３】
（比較例１）
粒状活性炭シートＣＰ−２０（東洋濾紙株式会社）４７ｍｍφ３枚を積層して上流側無機系ヨウ素捕集層とした。またＣＰ−２０の１，４−ジアザ−２，２，２−ピシクロオクタン（トリエチレンジアミン）１０重量％添着品を３枚積層して下流側有機系ヨウ素捕集層とした。最上流側、及び上流側捕集層と下流側捕集層の間に、石英繊維からなる濾紙（東洋濾紙株式会社製ＱＲ−１００）４７ｍｍφを配設し、これを内径４７ｍｍφの円筒ケースに設置して捕集剤とした（図１、図２参照）。各シートの１３１Ｉ２、およびＣＨ３１３１Ｉ捕集率（％）を表３に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によれば、有機系ヨウ素と無機系ヨウ素を同時に分離して捕集できるため、放射性ヨウ素の分離モニタリングが可能であり、有機系ヨウ素と無機系ヨウ素の定量化を簡単に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の捕集剤で使用する捕集材シート単体を示す。
【図２】本発明の捕集剤の構造を示す。
【符号の説明】
【００２９】
１ ： 捕集材シート単体
２ ： 捕集材シート積層体（上流側：薬剤未添着）
３ ： 捕集材シート積層体（下流側：薬剤添着）
４ ： 粒子捕集用濾紙
５ ： 捕集材固定用円筒ケース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭素繊維シートを用いた放射性ヨウ素捕集材であって、前記活性炭素繊維が少なくとも有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層と、前記薬剤を含まない層とから構成されることを特徴とする放射性ヨウ素捕集材。
【請求項２】
放射性ヨウ素を含有するガスを請求項１に記載の放射性ヨウ素捕集材に一方向から一定風速で通気して放射性ヨウ素を捕集する方法であって、有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層を下流側に、前記薬剤を含まない層を上流側に配設して通気することを特徴とする放射性ヨウ素の捕集方法。
【請求項１】
活性炭素繊維シートを用いた放射性ヨウ素捕集材であって、前記活性炭素繊維が少なくとも有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層と、前記薬剤を含まない層とから構成されることを特徴とする放射性ヨウ素捕集材。
【請求項２】
放射性ヨウ素を含有するガスを請求項１に記載の放射性ヨウ素捕集材に一方向から一定風速で通気して放射性ヨウ素を捕集する方法であって、有機系ヨウ素捕集薬剤を含む層を下流側に、前記薬剤を含まない層を上流側に配設して通気することを特徴とする放射性ヨウ素の捕集方法。
【図２】
【図１】
【図１】
【公開番号】特開２００８−１１６２８０（Ｐ２００８−１１６２８０Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９８７７４（Ｐ２００６−２９８７７４）
【出願日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡績株式会社 (3,622)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡績株式会社 (3,622)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
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