JP2003521362A

JP2003521362A - 水素の重い同位体の酸化物を水から分離する装置及び方法

Info

Publication number: JP2003521362A
Application number: JP2000537628A
Authority: JP
Inventors: エー．パターソン，ジェイムズ; エドワードファーロング，ルイス; ヨット．グルバー，マルティン; ビー．コリンズ，ガブリエル
Original assignee: エー．パターソン，ジェイムズ; エドワードファーロング，ルイス; ヨット．グルバー，マルティン; ビー．コリンズ，ガブリエル
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2003-07-15
Also published as: EP1067998A1; EP1067998A4; CA2325987A1; WO1999048586A1; AU3452599A

Abstract

(57)【要約】汚染水の重い水素同位体含有物を処理する方法及び装置。これは、汚染水と、分子分離物質（２８）とを接触させ、それによって水和水の一部を、汚染水からの重い水素同位体水分子で置換することによる。ここで、前記分子分離物質は、結合した水和水を有する複数の水和部位を有する支持媒体を含んでいる。汚染水の水素同位体水分子含有率を、この様にして減少させる。分子分離物質（２８）は好ましくはポリマー、例えばポリスチレン／ジビニルベンゼン架橋ポリマーであって結合した水和水を有する水和部位を持つものである。好ましい水和部位は、スルホン化又はホスホン化されたポリマーを、塩、例えばアルミニウム、ナトリウム、マグネシウム、銅、亜鉛、コバルト、鉄、ニッケル、マンガン、カリウム、及びクロムの塩と、反応させて活性部位を作ることによって得る。分子分離物質（２８）と接触させる前又は接触させている間、水素同位体水分子に対して軽水水分子を選択的に透過させることができる分離膜（１２）に、汚染水を接触させて、この水から軽水分子を取り出し、それによって前記水素同位体分子の濃度を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の背景］本発明は、水素の重い同位体の酸化物の分離に関する。また本発明は特に、酸
化ジュウテリウム（ＨＤＯ、Ｄ₂Ｏ）、酸化トリチウム（ＨＴＯ、Ｔ₂Ｏ）及び
ジュウテリウム及びトリチウムの酸化物（ＤＴＯ）を、水の重い同位体で汚染さ
れた軽水（Ｈ₂Ｏ）から分離する方法及び装置に関する。更に、この方法は、重
水同位体の分離、例えばＤ₂ＯからＤＴＯの分離、及びＤ₂ＯからのＨＴＯの分
離を意図している。水和部位、すなわち結合した水を有する部位を含む分子分離
物質に汚染水を通すことによって、分離を行う。重い水の同位体は、汚染水にお
いて比較的高い濃度で水和水に保持され、従って分離効果をもたらす。重い水の
同位体は、吸着された軽水を置換することもできる。同位体分子の分離は、分離
膜によっても行うことができる。ここでこの分離膜は、他の重い同位体分子より
も優先的に、軽水分離を選択して透過させるものである。これら２つの方法を組
み合わせることもできる。

【０００２】［従来技術の説明］原子力発電所は、炉心反応器から取り出した汚染水の交換及び排出を通常行わ
なくてはならない。この汚染水は、水素の重い同位体、すなわち酸化ジュウテリ
ウム、酸化トリチウム、及び酸化ジュウテリウム−トリチウムを含む。トリチウ
ムは特に非常に放射性で、その半減期は約１２．５年であり、β線を放出してヘ
リウムになる。

【０００３】炉心反応器からの汚染水は定期的に取り替えなくてはならない。産業的には通
常、単純に汚染された古い水を隣接する土地に散布すること又は大気中に蒸発さ
せることによって、この汚染水を廃棄している。酸化ジュウテリウム及び酸化ト
リチウムは、水源を汚染することが知られているので、このことは環境に負担を
かける。１つの代替案は、かなりの費用をかけて汚染水をコンクリート中に保管
することである。

【０００４】［発明の概略］本発明では、酸化ジュウテリウム（ＨＤＯ、Ｄ₂Ｏ）、酸化トリチウム（ＨＴ
Ｏ、Ｔ₂Ｏ）、すなわち重水及び三重水、並びに酸化ジュウテリウム−トリチウ
ム（ＤＴＯ）を、廃棄水から分離する方法及び関連する装置を説明する。ここで
使用する場合、式Ｈ₂Ｏの水分子は軽水分子又は単純に水分子と呼び、１又は両
方の水素がこれらの水素同位体のうちの一方で置換されている水分子を、同位体
水分子又は同位体分子と呼ぶ。

【０００５】本発明の方法では、同位体水分子の一部を、汚染水、すなわち少量の同位体水
分子を含む水から分離する。これは、１又は複数の水和水を保持する水和部位を
有している分子分離物質に、汚染水を接触させることによる選択的な吸着によっ
て行う。この方法では、汚染水中に存在する同位体水分子は、水和部位に結合し
た水和水の一部を選択的に置換する。分子分離物質は、後で水と分離して、この
水の同位体分子の割合を減少させることができる。分離の後で、同位体分子を除
去して分子分離物質を再生し、反復的に再使用して同位体分子を分離することが
でき、同位体分子は長期間貯蔵することができる。

【０００６】選択的な吸着プロセスの効率を改良するために、汚染水中の同位体分子の割合
を高めて、水和部位への同位体分子の露出を増加させることができる。これは、
比較的大きい同位体分子よりも軽水分子に対する透過性が比較的大きい多孔質フ
ィルター又は膜に汚染水を接触させることによって、選択的な吸着の前又はその
間に、軽水分子の一部を除去することによる。目的によっては、膜分離のみによ
って適切な分離を行うことができる。

【０００７】［分子分離物質］一般に、本発明の分子分離物質は、複数の水和部位、すなわち結合した水和水
を有する部位を有する支持媒体を有する。分子分離物質の効果は、汚染水に露出
される水和部位の数、及びそれぞれの部位における水和水の数によって決定され
る。水和部位を保持するために使用する支持媒体は、複数の水和水を有する多数
の部位への汚染水の露出が提供される限り、本発明にとっては重要ではない。一
般に、この目的は、複数の水和結合部位を有する高表面積支持媒体によって好ま
しく達成可能である。

【０００８】支持媒体又は媒体は、例えばポリスチレン／ジビニルベンゼン（ＰＳＤＶＢ）
又はポリアクリル／ジビニルベンゼン（ＰＡＤＶＢ）の様なポリマーでよい。こ
れらのポリマーは一般に、イオン交換樹脂の調製においてイオン交換樹脂の支持
体として使用されている。これらのポリマーは、例えばスルホン化又はホスホン
化によって官能化して、金属又はカチオンと必要とされる結合水和水との結合の
ための部位を提供することができる。強酸及び弱酸の樹脂の両方が効果的である
ことが示されている。

【０００９】このタイプの樹脂を使用して通常行われるようなカチオン又はアニオンの置換
ではなく、水和部位に結合した水和水の優先的な吸着又は置換を、本発明が含む
ことに注目するのは重要である。従って、使用する樹脂は一般にイオン交換のた
めに使用するので、イオン交換樹脂と呼ぶこともあるが、本発明におけるそれら
の機能は、水和部位に結合した結合軽水分子と、同位体水分子との分子交換を促
進することである。

【００１０】また、本発明は上述の樹脂の使用によって例示するが、水和部位及び高表面積
を有する他の物質を使用できることも明らかである。従って、本発明は水和部位
と同位体分子との相互作用を含み、ここでは、初めに水和部位と結合している１
又は複数の軽水分子を、汚染水中の同位体分子によって置換している。従って、
支持媒体は本質的に水和部位の支持体として機能する。よって、水に不溶で多く
の接近可能な水和部位を提供する限り、様々な高表面積物質を使用することがで
きる。例えば、支持媒体は他のタイプの合成ポリマー、又は天然物質、例えばゼ
オライト、アルミナ、シリカ等であってよい。

【００１１】それぞれの水和部位は、少なくとも１つ、好ましくは約７〜約２５の水和水、
更に約５０までの水和水を有する。水分子と結合する様々な分子、すなわち水和
する様々な分子を、本発明で使用することができる。水和部位のカチオン部分は
、アンモニウムカチオン（ＮＨ₄ ⁺）の様な非金属カチオン、又は金属カチオン
であってよい。金属カチオンとしては、アルミニウムが特に適当である。これは
、アルミニウム塩と多くの水和水とが結合するためである。しかしながら他のカ
チオン、例えばナトリウム、マグネシウム、銅、亜鉛、コバルト、鉄、ニッケル
、マンガン、カリウム又はクロムを使用することもできる。支持体の構造及びそ
の製造方法に依存して、水和部位分子のアニオン部分は、ニトレート、スルフェ
ート、クロリド、アクリレート、ヒドロキシド、又はホスフェートを有していて
よい。更に、様々な水和水を有する一連の無機化合物の物理定数は、参考図書、
例えばＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｎ．Ａ．Ｌａｎｇｅ，Ｐ
ｈ．Ｄ．第１０版、又はＣＲＣＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ
ａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ、Ｄ．Ｒ．Ｌｉｄｅ，Ｐｈ．Ｄ、第７７版で見出すこ
とができる。

【００１２】分子分離物質は、水和部位を有する大きい表面積が汚染水に露出されている限
り、様々な物理的な形であってよい。製造及びその後の再生を容易にするために
、及び大きい表面積の利用を可能にするために、分子分離物質は粒状、例えば約
１５メッシュ〜約４００メッシュのビーズ状であることが好ましい。他の物理的
な形、例えばゲルを使用することもできる。

【００１３】［分離膜］同位体の分離は、分離膜の使用によっても行うことができる。又は分離膜は、
選択的な吸着と同時に又は順番に使用することができる。適当な分離膜は、軽水
分子を選択する気孔を有する。すなわちこの膜は、この膜の片方の側に汚染水を
配置すると、同位体水分子と比較して、軽水分子を比較的高い割合で透過させる
ことができる。分離膜は、酢酸セルロースのような様々な材料で作ることができ
る。他の適当な分離膜材料は、そのような分子分離材料使用の当業者に明らかで
ある。

【００１４】使用においては、排出又は汚染された水を膜表面の片側に通して、軽水分子及
び比較的少ない割合の同位体水分子が、膜壁を通過するようにする。結果として
、残っている汚染水における同位体水の割合が増加する。従って、膜を単独で使
用して、後で貯蔵する汚染水の体積を減少させること、上述の分子分離物質での
処理のために同位体を濃縮することができる。

【００１５】汚染水を膜の片方の側に送って、軽水分子を膜の反対側に透過させることがで
きる限り、分離膜は、分離膜を使用する当業者に既知の様々な様式で、汚染水と
接触させることができる。他の条件も同様であり、膜の透過速度は汚染水に露出
される膜の表面積に直接に比例している。

【００１６】本発明の目的のために好ましい形状では、１又は複数の中空繊維の形で分離膜
を使用して、汚染水をこれらの繊維の内側に通す。それによって、軽水分子が、
繊維の壁を通過して繊維の外側に達し、これを回収する。

【００１７】分離膜を、続く又は同時の水処理のために上述の分子分離物質と組み合わせて
使用することができる。例えば、汚染水を初めに分離膜に接触させて軽水の一部
を除去し、それによって汚染水流れを濃縮することができる。濃縮流れはその後
、分子分離物質に接触させ、それによって分離分離の効率を増加させることがで
きる。これは、比較的高い濃度の同位体がこの排出流れに含まれていることによ
る。

【００１８】あるいは、汚染水に同時に膜分離及び分子分離を行うことができる。例えば、
膜は長い中空繊維のような管状のものでよく、分子分離物質はその繊維又は管の
内側に充填していてよい。汚染水はその後、充填された管又は中空繊維の長さ方
向に流して、実質的に純粋な水を取り出し、同位体水分子、すなわち水素の重い
同位体の酸化物が、管又は中空繊維に捕らわれ若しくは保持されるようにして適
当に若しくは再生できるようにする。

【００１９】従って、本発明の１つの態様では、それぞれが少なくとも部分的に交換樹脂又
は他の分子分離物質のビーズで少なくとも部分的に充填され又は満たされた単一
の長い中空繊維又は中空繊維の束に、汚染水流れを接触させることによって、汚
染水流れの重水又は三重水含有物を減少させることができる。

【００２０】［装置及び方法］本発明の方法を実施するために使用する装置の形状は、使用する分子分離物質
若しくは分子分離膜のいずれか、又はそれら両方に依存している。装置の正確な
性質は、処理する水の容積、水流れの排出の様式、及び使用する場合の分子分離
物質の再生の有無にも依存している。

【００２１】しかしながら一般に、この装置は、少なくとも１つの分離容器、汚染水を供給
源から分離容器に送る供給導管、及び処理された汚染水を分離容器から取り出す
ための第１の導管を具備する。例えば、分子分離物質を単独で使用する場合、装
置は、分子分離物質を保持するための分離容器、供給源から分離容器に汚染水を
供給する導管、及び同位体分子の一部を取り出すための、処理済水を除去する導
管を具備することができる。分子分離物質を定期的に取り替えるための設備も提
供することができる。

【００２２】この装置は、分子分離物質の再生のための手段を具備して、吸着した同位体分
子及び通常の水分子を除去することもできる。例えば、装填されていた分子分離
物質を、加熱容器に入れて、蒸発によって同位体分子及び軽水分子を除去するこ
とができる。この脱着された又は脱水された分子分離物質を、直接に再使用する
こと、又は軽水分子で再び水和させてから再使用することができる。

【００２３】分離膜を単独で使用する場合、またこの装置は分離容器を具備し、ここで汚染
水を膜の片側に通す。この装置は供給管路、膜を通った処理水を輸送する第１の
排出導管、及び残部の濃縮水を輸送する第２の導管も具備している。分離膜が中
空繊維のような管状である場合、第１の排出導管を管又は繊維の外側に導通させ
、第２の排出管路を管又は繊維の内側に導通させる。

【００２４】２つのタイプの装置を結合し、分子分離物質及び分離膜によって、汚染水の組
み合わせ処理を行うことができる。例えば供給管路は、供給源からの水を、分離
膜を保持する第１の処理容器に輸送することができる。その後で、この第１の段
階からの濃縮水を、分子分離物質を保持する第２の分離容器に輸送することがで
きる。

【００２５】従って、１つの態様においては、水の中の同位体水分子の割合を以下の（ａ）
〜（ｃ）の工程によって減少させる：（ａ）ある割合の同位体分子を含有する水
を輸送して、複数の水和部位を有する分子分離物質に接触させる工程、（ｂ）同
位体水分子によって、水和水の一部を置換する又は水和する工程、（ｃ）水和同
位体水と結合した分子分離物質と汚染水とを分離する工程。

【００２６】本発明のもう１つの態様では、水の中の同位体水分子を以下の（ａ）及び（ｂ
）の工程によって減少させる：（ａ）ある割合の同位体分子を含有する水を輸送
して、透過可能膜の片側を伴うエンゲージメント（ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ）に入
れ、それによって軽水分子及び比較的少ない割合の同位体分子がこの膜を通るよ
うにし、ここでこの膜が同位体水分子よりも優先的に軽水分子を選択して透過さ
せることができる工程、（ｂ）膜を透過しなかった濃縮水を回収する工程。

【００２７】組み合わせた方法では、水の中の同位体水分子を以下の（ａ）〜（ｄ）の工程
によって減少させる：（ａ）ある割合の同位体分子を含有する水を輸送して、透
過可能膜の片側を伴うエンゲージメントに入れ、それによって軽水分子及び比較
的少ない割合の同位体分子がこの膜を通るようにし、ここでこの膜が同位体水分
子よりも優先的に軽水分子を選択して透過させることができる工程、（ｂ）膜を
透過しなかった濃縮水を、複数の水和部位を有する分子分離膜に接触させる工程
、（ｃ）同位体水分子によって、水和水の一部を置換する工程、及び（ｄ）水和
同位体水と結合した分子分離物質と汚染水とを分離する工程。

【００２８】上述の方法のそれぞれは、追加の工程を含むことができる。例えば、第１の方
法又は組み合わせた方法は、以下の（ａ）〜（ｃ）の工程を更に含むことができ
る：（ａ）分子分離物質を再生して、少なくともいくらかの水和水を分離する工
程、（ｂ）分子分離物質から分離された同位体水分子を回収する工程、及び（ｃ
）再生した分子分離物質を、再水和させて又は再水和させずに、分離容器に戻す
工程。

【００２９】分子分離物質を使用する本発明は、吸着又は選択的な吸着の分子交換の原理に
基づいて、以下に示す実験的な結果を達成していると考えられる。この作用の正
確な理論については共同発明者間で異なった考えが存在するが、以下に示す結果
は、本発明の様々な態様の効果によって、本発明を明確に示していると考えられ
る。

【００３０】もう１つの態様では、重い水素同位体の酸化物は、管状の分子分離膜を形成す
る長い中空繊維に保持し、ここから軽水分子を選択的に通す。酢酸セルロースは
好ましい。汚染水は静的に保持し又は中空繊維膜の長さ方向に流し、続いて純化
された水を取り出し又は排出し、水素の重い同位体を中空繊維膜に保持し又は結
合させて、適当に廃棄する。

【００３１】［発明の目的］従って本発明の目的は、水素の重い同位体で汚染された水を地表に又は空気中
に分散させるのに代わる、環境的に安全な代替案を提供することである。

【００３２】本発明の更にもう１つの目的は、軽水（Ｈ₂Ｏ）から水素の重い同位体を分離
する手段、及び重水から三重水を分離する手段を提供することである。

【００３３】本発明のまた更にもう１つの目的は、汚染水から、トリチウムを含む水素の重
い同位体を分離するための、ハウジングに充填された長い中空繊維の束を具備す
る商業的に実用的な装置、並びにそのような装置の再生方法を提供することであ
る。

【００３４】本発明のもう１つの目的は、水と、水和水と結合した水和部位を有する分子分
離物質とを接触させることによって、水から同位体分子を分離する方法、並びに
再使用のためのその再生方法を提供することである。

【００３５】本発明のもう１つの目的は、分離膜を使用して同位体分子を濃縮し、そして濃
縮水と、水和水と結合したカチオン部位を有する分子分離物質とを接触させるこ
とによって水から同位体分子を分離する方法、並びにそれらの再生を提供する。

【００３６】これらの目的及び以下で明らかになる他の目的に従って、添付の図を参照して
本発明を説明する。

【００３７】［発明の詳細な説明］以下の説明においては、単に発明を説明するのを簡単にするために、水平、真
っ直ぐ、垂直、上方、下方、下等の用語を使用し、これらの用語を限定的な意味
で理解すべきでない。図は本発明を説明することを意図しており、実際の大きさ
を示すものではない。

【００３８】ここで図を参照すると、装置は図１Ｂにおいて１０としておおよそを示されて
おり、これは中空繊維１２のコイル又は長い部分を具備している。この中空繊維
１２は、酢酸セルロースでできており、そうでなければ産業的に知られるような
ものである。以下で報告される実験で使用されるこの中空繊維１２は、内径が１
．３ｍｍ（１〜３ｍｍの範囲）、壁厚さが０．２ｍｍ（０．０５〜０．２０ｍｍ
）、外径が１．７ｍｍ、及び密度が１．２０ｇ／ｃｍ³である。

【００３９】この長い中空繊維１２の入口端は、プラスチックの供給導管１８に接続し、水
素の重い同位体、すなわち重水で汚染された水を充填でタンク１４を満たす。こ
の汚染された水３６は、ポンプ１６によって矢印の方向に、接続プラスチックチ
ューブ１８を通して、長い中空繊維１２に送る。放射性トリチウムは、通常の規
制されていない用途では入手することはできないが、酸化トリチウム分子は酸化
水素及び酸化ジュウテリウムの両方よりもかなり大きいので、酸化ジュウテリウ
ムの分離に関して以下で報告される結果は、トリチウムの分離に関しても少なく
とも等しく良好に適用される。

【００４０】水を透過させることができる他の膜を使用できることに注目すべきであり、そ
の要求は、水の重い同位体、すなわち酸化したジュウテリウム及びトリチウムの
透過を実質的に防ぎながら、Ｈ₂Ｏの透過を実質的に可能にするのに十分な気孔
サイズ及び分子組成を有することである。

【００４１】図１Ｃで最も良く示されている中空繊維１２は、以下に説明するようなイオン
交換樹脂でできている独立したビーズ２８によって充填され又は満たされている
。長い中空繊維１２の出口端は、プラスチックチューブ２０の長手方向に接続さ
れている。このチューブ２０は、この中空繊維１２からの処理されて純化された
水を独立した容器２２排出する。

【００４２】交換ビーズ２８が、長い中空繊維１２から押し出されないようにするために、
図１Ａに示されているように、フィルター又はトラップをその排出端に取り付け
る。この図１Ａは、図１Ｂの領域２６の拡大図である。それぞれがその中央に長
手方向の小さい孔を持つ２つの間隔をあけて配置されたプラスチックのチューブ
３０及び３２を、長い中空繊維１２の出口端に配置している。これらのプラスチ
ックチューブ３０及び３２は、所定量の充填コットン３４によって間隔をあけら
れており、それによって交換ビーズ２８がブラスチックチューブ状部材３０を超
えないようになっており、長い中空繊維１２から出て矢印の方向でチューブ２０
に入る処理された水の流れを実質的に妨げない。

【００４３】［交換樹脂ビーズ］架橋スチレンジビニルベンゼンポリマーから作られるイオン交換ビーズを製造
する方法及び成分の詳細は、Ｐａｔｔｅｒｓｏｎの米国特許第５，０３６，０３
１号明細書で詳細に説明されており、これはここで参照することによって本発明
の記載に含める。

【００４４】［イオン交換樹脂ビーズ処理方法］以下で説明する方法を使用して、架橋イオン交換ビーズにアルミニウムを加え
る。同じ反応を使用して、アルミニウムの代わりに他の金属部位を加えることが
理解され、これは基本的にスルホン化又はホスホン化樹脂と塩、例えば硫酸塩又
は硝酸塩との反応を必要とし、ここではこの部位のために使用する金属はカチオ
ンである。この方法は、２％、３％、３．２５％、４％、８％、１０％及び１２
％の架橋を有し、６０メッシュ、１００〜２００メッシュ、及び２００〜４００
メッシュのふるいサイズのＲＳＯ₃Ｈに適用した。

【００４５】ビーズの予備処理ビーズは初めに、塩酸（２％ＨＣｌ）で清浄化して、全ての残留カチオンを除
去した。ＨＣｌでのイオン交換は、以下の式で示されるようにしてビーズのＡｌ
及び他の金属のイオンを取り去る：

【化１】Ｘ：任意のカチオンその後ビーズは脱イオン水ですすいで、ｐＨを５〜６に戻す。これはＸＣｌを除
去する。

【００４６】ビーズへのＡｌの添加Ａｌ₂（ＳＯ₄）₃及び好ましくは暖めた脱イオン水の溶液を調製する。この
溶液をビーズに適用して、以下の反応をもたらす：

【化２】このＡｌを加えたビーズを脱イオン水ですすいで、ｐＨを５〜６に戻す。ビーズ
初めに処理して、その後で中空繊維に装填する。上述のようにイオン交換ビーズ
２８を予備調製した後で、長い中空繊維１２にこのビーズを充填する。充填され
た中空繊維１２は、約１００℃の温度で３日間にわたって炉で乾燥して、全ての
残留水を除去する。中空繊維１２の３つの試料を、約６１ｖｏｌ％酸化ジュウテ
リウム（Ｄ₂Ｏ）の、軽水（Ｈ₂Ｏ）及び酸化ジュウテリウムの混合物で満たし
た。この混合物は、全ての実験において同じ試料容器から取って、一貫性を確実
にした。酸化ジュウテリウムで汚染された水の送出速度は、定流量高圧ポンプ１
６を使用して、２ｍｌ／ｈに設定した。

【００４７】容器２２に排出される流出物をその後解析した。この流出物は、それぞれの実
験の開始から特定の期間で取った別々の試料に分けた。これらの時間で分けた試
料を得て、時間の経過に対する装置１０の分離能力の変化を示した。得られた試
験データは以下の表１に示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】データの図示この試験データは、図２において図示している。この図２は、得られた全ての
性能データをまとめており、この実験において使用したそれぞれのイオン交換樹
脂の分離性能を示している。再び汚染試験水は全て、共通の調製された供給源か
ら取った。

【００５０】酸化ジュウテリウムの濃度は、全流れ試料体積の体積分率として示しており、
これはそれぞれの試料の凝固点を注意深く測定することによって決定した。純粋
な軽水の凝固点は０．０℃であり、純粋な酸化ジュウテリウム（Ｄ₂Ｏ）の凝固
点は３．８２℃である。凝固点の測定は、ＡｄｖａｎｃｅｄＩｎｓｔｒｕｍｅ
ｎｔｓＯｓｍｏｍｅｔｅｒ、モデル５６００を使用して行った。酸化ジュウテ
リウムの割合に対する凝固点の変化は、直線の関係にあることが示されている。

【００５１】図２で示されるこれらの図示された性能を再び見ると、アルミニウムを有する
２％架橋した試料は酸化ジュウテリウムレベルを最も大きく変化又は減少させ、
系の操作を開始してから２時間後に取った第１の試料での酸化ジュウテリウムレ
ベルを６１％から４％未満にまで減少させている。アルミニウムと組み合わされ
た２％及び４％の架橋した交換樹脂の両方で、操作を開始してから３〜５時間た
った後の第２及びそれに続く試料は、実質的に比較的高い酸化ジュウテリウム濃
度を示すことが注目される。このことは、第１の操作期間内で汚染水から酸化ジ
ュウテリウム（及び好ましくは酸化トリチウム）を除去するときに、この装置が
最も効果的であることを示している。

【００５２】［組み合わされた交換−膜分離］上述のような同位体及び分子の分離は、樹脂への選択的な吸着処理及び中空繊
維膜の壁を通る選択的な透過の組み合わせによって行う。上述のような樹脂の粒
子又はビーズを中空繊維に保持させて、中空繊維から樹脂を取り出さずに再生す
ることができる。このことが特に重要である。

【００５３】ここで図３を参照すると、中空繊維１２の一部の絵的な図が説明のために示さ
れている。丸４０として示されている水分子ＨＯＨは、三角形３８として示され
ている酸化トリチウム分子（ＴＯＨ）と比較して迅速に中空繊維壁を透過する。
比較的大きい酸化トリチウム分子３８と比較すると、実質的に多くの数の水分子
４０が、中空繊維壁を通って外側に透過する。

【００５４】図４においては、本発明の吸着に関する面が、第２の分離機構として示されて
いる。図４Ａにおいて示される上述の樹脂ビーズ又は粒子２８のそれぞれが、水
和する能力を持つカチオン部位Ｍを有する。それぞれの樹脂粒子は、これらのポ
リマー樹脂の本質的な面として、水素Ｈも有する。樹脂には３つの典型的な初期
状態が存在する。図４Ａでは、樹脂は初めに乾燥している。水同位体の混合物と
接触すると、酸化トリチウム（ＨＴＯ）が水和水として優先的に吸着され、従っ
て供給溶液のＨＴＯが減少する。図４Ｂでは、樹脂を予め水で湿らせて、三重水
が既存の水和水のいくらかを置換するようにする。図４Ｃでは、供給濃度に対し
て部分的に、樹脂が初めに飽和している。ここでは、更なる三重水が既に存在す
る水和水を置換する。上述の全ての場合において、おそらく分子構造の水素がい
くらかのトリチウムによって置換されている。これは、最終的な樹脂粒子上の１
つのＴ原子として示されている。いくらかの支持体はカチオン部位及び交換する
ことができない水素原子を有する。これは例えば、追加のカチオンを伴う又は伴
わないアルミナ又はシリカのようなものである。これらの場合には、支持体との
トリチウム原子の交換はない。吸着が可逆的であることも注目され、従ってＨＴ
Ｏ濃度が高い飽和樹脂は、ＨＴＯ濃度が比較的低い水と接触すると、ＨＴＯを脱
着する。

【００５５】試験性能の結果は、図５に示すように一般化することができる。樹脂が充填さ
れた中空繊維部分１２は、この図の挿入部分に参照のために示されている。図示
されているように、供給流れは、１つの端部に流入し、排出流れは中空繊維１２
の他の端部から流出する。中空繊維壁を透過する透過物も示されている。供給流
れは、記号Ｆで示されるような、初期及び定常酸化トリチウム濃度を有する。透
過物中における典型的な酸化トリチウムレベルは、時間の経過に対して記号Ｐで
示されており、時間の経過に対する出口流れの酸化トリチウム濃度は記号Ｅで示
されている。透過物Ｐにおける酸化トリチウム濃度は供給物Ｆの濃度までは増加
又は上昇していないが、時間がたつと出口流れの酸化トリチウム濃度Ｅは供給流
れの酸化トリチウム濃度Ｆを超えることが注目される。このことはおそらく、樹
脂ビーズ２８は初めに高濃度の酸化トリチウムを吸収して保持するが、最終的に
は飽和してしまうことによる。

【００５６】本発明の商業的に利用可能な態様は、図６において番号５０によって大まかに
示す。この商業的なモジュール５０は、長い管状ハウジング５２を具備しており
、これはヘッダー５８を有する。このヘッダー５８は、それぞれの端部をシール
して接続しており、入口チューブ５４及び出口チューブ５６をそれぞれ支持して
いる。ハウジング５２内に配置されているものは、長い中空繊維６０の束であり
、これらの中空繊維のそれぞれは上述のようなイオン交換樹脂ビーズで満たされ
ている。この中空繊維６０の束は、それぞれの端部をヘッダー６２によって共に
保持されて、ハウジング５２内に配置されている。供給流れは、矢印Ｅの方向で
、入口５４において装置５０に入り、出口流れは、矢印Ｆの方向に流れて出口５
６から出る。ヘッダー６２は、全ての供給流れ液体が中空繊維部材６０に全て流
れるようにして外側に流れないようにすることを確実にする。これとは別に、透
過物出口６４からの透過流れは、矢印Ｇの方向で、凝縮器６６に流す。

【００５７】以下に報告する実験による試験結果はこの実験モジュールを使用して、図１１
〜１４で示されるデータをもたらしている。この試験モジュール５０は、そのよ
うな中空繊維６０を３２本有しており、これらの中空繊維６０はイオン交換樹脂
粒子６１で満たされている。それぞれの繊維の長さは８フィート（２０．３２ｃ
ｍ）であった。供給流れの水の中のＤ₂Ｏ濃度は、４．８５ｗｔ％であった。以
下では実験結果をより詳細に説明する。

【００５８】図６を更に参照すると、図９で先に説明されるように、それぞれの中空繊維部
材６０に充填されたイオン交換樹脂ビーズ６１が飽和したときに、この装置５０
は再生することができる。飽和は、出口流れ中のＤ₂Ｏ及び／又はＴＯＨ濃度を
検知することによって決定することができる。樹脂を再生するために、供給流れ
を停止し、好ましくは装置５０の流体を空にする。その後で、高温空気の流れを
、矢印Ｈの方向で、入口６８に送る。加熱空気は入口５４を通して導入し、出口
５６及び／又は出口６４を通して取り出すことができる。この熱は、水和ＴＯＨ
及びＨ₂Ｏ水を放出させる。出口６４においてハウジング５２を出る加熱空気の
湿分が所定の湿度レベルに達したときに、出口ガスを別個の高容量凝縮器（図１
０では示さず）に流して、この出口空気流れから最大量の水を凝縮させる。

【００５９】ここで図７及び８では、４．８５ｗｔ％のＤ₂Ｏで汚染された軽水の供給流れ
を使用して、上述のモジュール５０を試験した。ここでこのモジュール５０は、
縦に並べてこのモジュール内に配置された３２本の中空繊維部材６０を有する。
この出口流れのＤ₂Ｏ濃度を監視し、時間の経過に対して重量（ｇ）によって示
される出口流れ流量に関して、図１１で示している。

【００６０】図８では、同じ実験の間の、全透過物流れの重量（ｇ）の関数としての透過物
濃度を示している。出口流れ及び透過物の両方に関して、Ｄ₂Ｏ濃度は初めは非
常に低く、水からのＤ₂Ｏの分離が非常に高い効率で行われていることを示す。
この効率は時間の経過と共に低下する。

【００６１】図９及び１０では、同じモジュール５０を使用して同じ実験を再び行った。こ
こでこのモジュール５０は、同じイオン交換樹脂で満たされた３２本の中空繊維
部材カラム６０を有する。この再試験の前に、上述の空気流れ再生処理を行った
。

【００６２】１回目の試験結果と、再生の後の２回目の試験結果を比較すると、図７及び９
で示される出口流れ濃度に関しては、１回目の試験ではＤ₂Ｏの最大の減少が９
０％であるのに対し、再生の後の２回目の試験ではこの減少がほぼ１００％まで
増加している。同様に図１２及び１４を比較すると、１回目の試験における透過
物濃度の減少は試験の開始付近において最大で５５％であるのに対して、再生の
後の２回目の最初の採取ではＤ₂Ｏの減少が６０％を超えている。

【００６３】［商業的な系］本発明を商業化するために、図１１で示されるように、出口流れ及び透過物の
両方に関する分離性能曲線を区画分け又は区分化することが有益である。出口流
れに関しては、重水濃度の減少が最も大きい第１の出口生成物は、時間Ｓまでで
終わっている。第２の出口生成物及び第３の出口生成物の段階はそれぞれ、時間
Ｔ及びＵで終わっている。時間Ｕの後では、それぞれのモジュールの使用を止め
て、上述のように再生することが推薦される。

【００６４】透過物に関しては、効率が高い期間は時間Ｒで終わっており、この間の汚染物
質の減少が最大である。時間ＲとＵの間の第２の透過段階では、汚染物質を除去
する程度の減少は、一般に定常的であり非常に有益な性質を示す。明らかに、透
過物の汚染物質レベルは供給流れの汚染物質レベルよりも低いが、出口流れの汚
染物質濃度が供給流れの汚染物質濃度よりも高くなるので、モジュールは再生す
べきである。

【００６５】ここでは、図１２を参照する。これらの段階の考えを実施すると、商業的な系
の１つの例は、一般的に番号７０で示されるようなものになる。供給流れは段階
１の吸収器７２に入れ、そこからの出口流れはセンサー／弁７４で汚染物質濃度
を監視する。第１の出口生成物は、清浄水生成物タンク７６に送る。汚染物質除
去レベルが、図１５の時間Ｓの後で低下したことを、センサー／弁７４が示した
ときに、出口流れを第２の出口生成物として、段階３の吸収器７８に送る。汚染
物質濃度レベルが図１５の時間Ｔの汚染物質レベルに達したことを、センサー７
４が検知したときに、出口流れを段階２の吸収器８０に送る。

【００６６】段階１の吸収器７２からの透過物は、段階１の凝縮器８２に送る。凝縮した液
体は、センサー８４に通す。これは、図１５で示される時間Ｒまでの汚染物質レ
ベルが比較的低い第１の透過物を、例えば段階８の吸収器８６に送る。汚染物質
濃度が増加し始める時間Ｒでは、第２の透過物を段階４の吸収器８８に送る。

【００６７】この様な性質の典型的なプラント又は商業的な施設は、所望とされる全体の分
離に依存して５〜１５の吸収段階を具備することができ、それぞれの吸収段階は
、異なる特定の汚染濃度を受け取り、所望に応じて更に処理し又は使用する。

【００６８】［再生］図１３に示される典型的な再生処理では、図１２に示されるのと同様な典型的
な系のそれぞれの段階又はモジュールは、番号９２で示されている。再生の間に
、高温空気発生装置９４からの高温空気を、矢印で示す方向でモジュール９２に
送る。モジュール９２を通って流れる高温空気は、水和したＨ₂Ｏ、ＨＴＯ、Ｄ
₂Ｏ、ＤＴＯ、及びＨＤＯを遊離させることによって、それぞれの中空繊維部材
の交換樹脂内の液体を除去する。この除去した水和水は、モジュール９２から再
生凝縮器９６に送る。再生サイクルの初期に凝縮して再生凝縮器９６を出る液体
である第１の再生流れは、汚染物質の量が比較的少なく、図１２の系７０に戻し
て再び処理することができる。比較的多くの汚染物質を含有している第２の再生
流れは９８で集める。第３又は最後の再生凝縮物流れは最も多くの汚染物質、例
えば三重水を含有している傾向があり、貯蔵タンク１００に送って適当に廃棄す
る。

【００６９】これらの透過凝縮物再生流れのそれぞれの汚染物質レベルを更に区別するため
に、この工程において高温空気発生装置９４を出る空気の温度を徐々に増加させ
及び／又は圧力を徐々に低下させて、汚染物質除去のために徐々に大きい推進力
を提供することができる。再生樹脂及び繊維系は、吸着カスケードに戻して、供
給流れによって再び水和させる。吸着及び再生サイクルは所望のように繰り返す
。

【００７０】図１４は、ジュウテリウム及びトリチウムで汚染された水からこれら両方を除
去する系全体を示している。この系１００は、商業的な逆浸透ユニット又は脱イ
オンユニットのいずれかの形の予備フィルター１０２及び１０４を具備して、段
階１の汚染物質分離モジュール１０６に入る供給流れを予備処理することができ
る。このモジュール１０６の出口流れは、段階２のモジュール１１０等に入り、
上向きカスケード様式で最終的な供給流れが容器１１２に出るようにする。この
容器は、最も純粋な処理済み汚染水を収集する。それぞれのモジュールからの透
過物は、典型的に凝縮器１０８に集め、そして凝縮透過物タンク１１２に収集し
又は上述の汚染透過物の他の段階のように１１４若しくは１１６から出す。

【００７１】出口流れ汚染レベルが供給流れの汚染レベルに達したときに、それぞれのモジ
ュールを選択的に迂回させて再生することができる。系１００から分離して、典
型的な高温乾燥空気供給器１１８で、上述の再生サイクルの間に、それぞれの分
個のモジュールに高温空気を送る。それぞれの透過物タンク１１２で収集される
凝縮透過物の汚染物質を更に減少させるために、透過凝縮物の汚染レベルに従っ
て、隣接するモジュール１１０の間の供給物流れに、１２０において凝縮透過物
を再導入することができる。

【００７２】図１５Ａ及び１５Ｂは、分子分離物質を保持する３つのモジュール又は容器を
使用することによって、同位体分子を分離する商業的な系を説明している。汚染
水は、分子分離物質が飽和するまで第１のモジュールに通す。その後、流れは第
２のモジュールに切り替えて、この第２のモジュールの分子分離物質が飽和する
まで流す。その後、流れは第３のモジュールに切り替える。あるいは、流れは直
列の複数のモジュールに通すことができる。

【００７３】汚染水流れは所定のモジュールから切り替えたときに、非結合水、すなわち水
和水として保持されていないモジュール内の水は、空気をモジュールに通すこと
によって除去する。分離された非結合水は、更なる分離のために再循環させるこ
と又は系から取り出すことができる。

【００７４】非結合水の除去の後で、水和水の少なくとも一部は分子分離物質を加熱するこ
とによって除去する。分離された水和水は、更なる濃縮を行って又は行わずに、
回収して廃棄する。軽水で再水和させた又は再水和させてない脱水樹脂は、次の
分離のためにその後使用する。非結合水を除去する前又は除去した後の飽和樹脂
は、図１５Ｂに示すように、別の場所での再生のためにモジュールから取り出し
て、その後モジュールに戻すことも理解される。

【００７５】特に図１５Ａを参照すると、、汚染水は、「クライアントＨＴＯ供給源」とし
て示される汚染水源、及び系の様々な再循環供給源から、供給タンク１５０に供
給されていることが理解される。その後汚染水は、供給物ポンプ１５２によって
、モジュール１５４、１５６又は１５８のうちの１つに供給する。３よりも多い
モジュールを使用することもできる。それぞれのモジュールは、複数の水和部位
を有する樹脂によって満たされている。この樹脂は例えば、ジビニルベンゼンで
架橋させたポリスチレンのビーズであり、ナトリウム及びアルミニウムの部位の
組み合わせを有するものである。系には様々な弁１６０が存在して、水又は空気
導管を通る流れを制御している。この例では、塗りつぶされている弁１６０は閉
じており、塗りつぶされていない弁１６０は開いている。

【００７６】この系の操作では、それぞれのモジュールに、飽和段階、脱水段階、及び再生
段階がある。供給タンク１５０からの汚染水は、例えばモジュール１５４である
モジュールを通して、同位体分子の一部を除去し、タンクから排出された水は１
又は複数の処理済み水タンク１６２に送り、このタンク１６２から、ポンプ１６
４によってクライアントに送る。ＨＴＯ監視装置１６６を、モジュールと処理済
水タンクの間の導管に配置して、排出水の同位体含有率を監視する。使用されて
いるモジュールの樹脂が飽和レベルに達したことを示すレベルに同位体含有率が
達したときに、弁１６０設定し直して、汚染水流れを一連の次のモジュール、例
えばモジュール１５６に送るようにする。

【００７７】モジュールが脱水様式又は段階であるときに、モジュール１５６によって示さ
れているように、空気をモジュールに通して、非結合水を除去し、この除去した
非結合水を脱水ポンプ１６８を通して供給タンク１５０に戻す。脱水段階の後で
、モジュール１５８で示されているように、モジュールを切り替えて再生段階に
する。ここでは、外部加熱ジャケット１７０によってモジュールを加熱する。ヒ
ーター１７２からの加熱空気は、ブロワー１７４によってモジュール１５８に通
して凝縮器１７８に送る。凝縮した分子を空気から分離して、凝縮物タンク１８
２に貯蔵する。

【００７８】空気はヒーター１７２に再循環させる。第２の比較的高温の乾燥段階では、凝
縮器１７８を出る同位体水を、モレキュラーシーブ１８０又は他の系で捕らえて
、貯蔵又は廃棄する。湿分／湿度監視プローブ１８４は、凝縮器１７８に入る水
の量を監視して、流れを回収するか潤滑させるかを決定する。

【００７９】図１５Ｂは、典型的な配置を説明しており、ここでは樹脂を吸着モジュール１
５４、１５６及び１５８の外部で再生する。この場合、飽和した後の樹脂は、供
給水を使用してスラリーにして使用済樹脂タンク１８６に送り、この供給水は脱
水ポンプ１６８によって供給物タンク１５０に戻す。樹脂はその後、樹脂乾燥器
１８８に送り、上述のように、ここで１７２からの加熱空気を使用して、樹脂を
乾燥する。この乾燥器は、流動層、回転ドラム、又は他の適当な装置でよい。１
９０からのマイクロ波をこの乾燥器に送り、乾燥プロセスを促進することもでき
る。乾燥樹脂はその後、タンク１９２に輸送し、ここで処理済水と混合し、仕切
ポンプ１９４を使用して吸着モジュールに再導入することができる。乾燥樹脂は
、吸着モジュールに空気輸送することもできる（図示せず）。系及び操作の大部
分は、図１５Ａ及び１５Ｂで示される２つの乾燥の選択肢と同様である。

【００８０】図１５Ｃは、大規模（高供給速度）の用途に適当な主要な態様を示している。
利用する系は、図１５Ａ及び１５Ｂのそれと同様なものである。しかしながら、
吸着モジュール１９８は背の高いカラムであり、ここでは、矢印Ｓの方向にカラ
ムを上昇させる供給水に対して向流で、矢印Ｒの方向に向流様式で樹脂を下向き
に流す。ホッパー１９６からの乾燥樹脂は、カラム１９８の頂部で導入する。飽
和樹脂は底部で取り出して、湿り樹脂ホッパー２００に送る。樹脂は連続的に脱
水して、樹脂乾燥器２０２、そして第２の乾燥段階の乾燥器２０４に送る。乾燥
したら、これらは乾燥想樹脂ホッパー１９６に送る。供給水は、ポンプ１５２に
よってカラムに上向きに供給して、処理した水を処理済水タンク１６２に流す。
樹脂及び水の供給速度は、三重水の所望の除去を達成するように設定する。

【００８１】図１６〜２４は、本発明の実施において達成される実験結果を更に説明してる
。特に図１６は、アルミニウム、マグネシウム、クロム、及びナトリウムの金属
部位を有するＰＳＤＶＢ樹脂の吸着効率の比較である。吸着曲線から理解される
ように、アルミニウム部位を有する樹脂は比較的多量のジュウテリウムを吸収す
る。つまり、汚染水に露出させた後ほぼ同じ時間で、全ての樹脂が飽和するが、
供給流れと出口流れとの差によって示されるように、飽和の前の測定において、
アルミニウムは比較的多くの量の酸化ジュウテリウムを流れから吸収している。
マグネシウムは次に効果的な金属部位であり、その次にナトリウムが効果的であ
り、クロムは最も効果的ではない。

【００８２】図１７は、アルミニウムを有する様々なＰＳＤＶＢ及びＰＡＤＶＢでの試験で
得られた試験結果を示している。樹脂は、半マクロ多孔質（ｓｅｍｉ−ｍａｃｒ
ｏｐｏｒｏｕｓ）、マクロ多孔質、又はゲルタイプの樹脂であり、異なる供給者
から得たものである。例えば、樹脂Ｒ７は、Ｂｉｏｒａｄから得たＰＳＤＶＢ樹
脂であり、スルホン化してアルミニウムカチオンを有するようにする。図１７に
示されるように、試験したこれらの樹脂の効果は様々である。

【００８３】表２に示されるように、５ｇの乾燥Ａｌ含有樹脂及び２０ｇの汚染水を使用す
る「ビーカー試験」では、同様な結果が達成された。

【表２】

【００８４】他のキャリアーでの試験は、５ｇの乾燥キャリアー及び２ｇの汚染水で同時に
行った。

【００８５】図１８は、それぞれの長さが約８インチ（約２０．３２ｃｍ）の３０本の繊維
の束に充填したＡｌ樹脂を使用して、Ｄ₂ＯとＨＴＯの分離を比較した。これら
２つの曲線の比較から理解されるように、２種類の同位体の除去はほぼ同じレベ
ルで達成される。このことは、ジュウテリウムの除去で達成される結果が、相当
する条件においてトリチウムの分離で達成される結果にほぼ有効であることを確
かめている。

【００８６】水和水結合の強さ及び数は、選択されるカチオン、そのカチオンが結合する選
択されるアニオン、及びキャリアーの物理的及び化学的特性に依存して変化する
。一般に、除去するＨＴＯ又は汚染物質に対して選択的な水和点が最多であるこ
とが好ましい。しかしながら、５ｇの吸着剤及び２０ｇの汚染水を用いる３０℃
での上述のビーカー試験を行う場合、選択的な吸着のしきい値が比較的小さく、
ＨＴＯの減少が少なくとも１％であることが望ましい。この減少は、経済的な実
施及び有益な結果のために十分であると考えられる。

【００８７】図１９は、乾燥Ａｌ含有ＰＳＤＶＢ樹脂２５０ｇで満たされた２ｍのＴｅｆｌ
ｏｎカラムを使用して得られる吸着曲線を説明している。示されているように、
樹脂は、飽和するまで流れ中の同位体分子の一部を選択的に除去している。従っ
て、所望とされる分離のレベルに依存して、曲線の上昇によって示される約７５
％の飽和が達成されたときに、約０％での曲線の平行によって示される１００％
の飽和が達成された後で、又はこれらの間の点で、流れを停止し又は他の樹脂層
に切り替えることができる。

【００８８】図２０は、予め湿らせた樹脂と比較して、初めに乾燥している樹脂を使用した
ときに得られる試験結果を示している。予め湿らせた樹脂では、初めに樹脂上に
存在している軽水の大部分は、三重水を含有する供給物流れによって置換されて
いる。汚染水供給流れと接触する前の樹脂上の水の量は、樹脂を予め湿らせ、樹
脂をスラリー状にしてカラムに導入し、そして三重水を供給する前の吹き出し工
程から回収するのに使用した全ての水を考慮してして予め決定した。水平軸のゼ
ロ点は、出口流れの量が樹脂上の初期水量に等しくなる点を示している。初めに
乾燥している樹脂を使用する場合には、樹脂上に水は存在せず、従って全ての曲
線はゼロ点から始まっている。三重水の正味の選択的な吸着は、これら２つの場
合で同様であることが理解される。例えば水を使用して樹脂を別個の再生容器か
ら吸着カラムに戻す場合、いくらかの商業的な態様では、予め湿らせた樹脂で開
始することを選択することができる。また他の態様において、例えば吸着カラム
内において再生する場合、又は水によるスラリー化ではなく空気によるスラリー
化によって樹脂を輸送する場合、樹脂は初めに乾燥していてもよい。

【００８９】図２１は、直列で操作する場合の、１つの分離モジュール、２つの分離モジュ
ール、及び４つの分離モジュールを使用する分離を比較している。理解されるよ
うに、供給物に基づく割合で、２モジュールの系は１モジュールの系の約２倍の
同位体を除去し、また供給物に基づく割合で、４モジュールの系は２モジュール
の系の約２倍の同位体を除去する。従って、全体の分離性能は、使用する樹脂の
量に本質的に比例することが示されている。

【００９０】図２２は、ナトリウム及びアルミニウム水和部位を有する酸化トリチウム飽和
アクリル樹脂を、マイクロ波炉を使用して再生する場合に達成される結果を示し
ている。

【００９１】図２３は、ナトリウム及びアルミニウム水和部位を有する酸化トリチウム飽和
ＰＳＤＶＢ樹脂を、流動層乾燥器を使用して再生する場合に達成される結果を示
している。

【００９２】図２４は、ナトリウム及びアルミニウム水和部位を有する酸化トリチウム飽和
アクリル樹脂を、流動層乾燥器を使用して再生する場合に達成される結果を示し
ている。

【００９３】図２５〜２８を参照する。ここでは本発明の静的又は流れのない態様を示して
おり、これは一般に図２５の番号２１０で示されている。これは、長い又はコイ
ル状の中空繊維２１２の形の分離膜を具備しており、この分離膜は酢酸セルロー
スでできている。以下で説明する実験で使用するこの中空繊維２１２は、内径が
１．３ｍｍ（１．１〜１．７ｍｍの範囲）、壁厚さが０．２ｍｍ（０．１０〜０
．２５ｍｍ）、外径が１．６〜１．９ｍｍ、及び密度が約１．２０ｇ／ｃｍ³で
ある。試験サンプル長さは約１００”（２５４ｃｍ）である。

【００９４】この中空繊維２１２の入口端は、プラスチック供給導管２１８を経由させて開
放ピペット２１４に接続し、このピペット２１４は重い水素同位体、すなわち酸
化ジュウテリウムで汚染された水で満たす。この汚染水は、矢印の方向で接続プ
ラスチックチューブ２１８を通して、中空繊維２１２に導入する。中空繊維２１
２が満たされたら、汚染水をプラスチックチューブ２２０から第２のピペット２
１６に流して、静的な平衡を達成する。

【００９５】放射性酸化トリチウムは通常の規制されない用途では利用することができない
が、酸化トリチウム分子は酸化水素及び酸化ジュウテリウムの両方よりもかなり
大きいので、以下で軽水（Ｈ₂Ｏ）からの酸化ジュウテリウム（Ｄ₂Ｏ）の分離
に関して報告される結果は、酸化トリチウムの分離に少なくとも等しく適用可能
である。非常に希釈された酸化トリチウムを供給する同様な設備及び方法を使用
してデータを得て、図２８に示して以下で説明するように、有意の分離を観察し
た。

【００９６】中空繊維２１２は、底部２２２及び密封蓋２２４でできた密封容器内に入れる
。空間的な便利さのために、コイル状にした中空繊維２１２を湿分吸収材２２６
の周囲に配置した。この配置は、以下で報告するような得られるデータの精度を
確実にするのに役立つ。酸化トリチウム（ＨＴＯ）での実験は、容器２２２及び
２２４並びに湿分吸収材２２６なしで行った。

【００９７】図２６を参照する。ここでは、本発明の動的な又は流れのある態様が一般的に
番号２３０で示されている。この装置２３０は、環状のコイル状にされた中空繊
維２３２の形の分離膜を具備している。これは、便利さのために、密封筒状容器
２４４内で筒状支持体の周りに配置されている。

【００９８】中空繊維２３２の１つの端部は、ポンプ２３６に接続する。このポンプ２３６
は、以下に示される範囲の割合の酸化ジュウテリウム（Ｄ₂Ｏ）と混合された純
粋な水の形で、受器２３４内の汚染水２３５を輸送する。流れている汚染水又は
媒体２３５は、矢印２４０の方向で中空繊維２３２から受器２３４に出して、受
器２３４内に残っている媒体２３５と再び組み合わせる。受器２３４は、初めに
供給管２３８によって満たし、必要に応じてこの供給管２３８で補給する。媒体
の輸送速度は０．８ｍｌ／分に設定する。熱電対２５４を利用して、空気流れ温
度を監視し、温度を約３０℃に維持した。

【００９９】容器２４４内の軸方向ファン２５６は、ほぼ一定の状態で、加熱要素２５８に
空気を流して中空繊維２３２に流れる空気の温度を上げ、導管２５２を通して循
環空気を密封容器２４４に引き込み、且つ導管２４６を通して出す。循環空気は
凝縮器２４８で脱水し、パーベーパレーション水（透過物）を凝縮させて排水ポ
ンプ２５０で引き出した。この試験装置２３０の中空繊維２３２の長さは、約１
，２００インチ（３０．４８ｍ）であった。

【０１００】静的拡散試験結果試料調製静的拡散装置の性能の評価では、一連のパラメーターを試験するための３つの
試料を調製した。１〜３の番号を付けた試料は、５ｗｔ％の酸化ジュウテリウム
と９５ｗｔ％の純粋な水とを組み合わせて調製し、試料４〜６は純粋な水に対し
て酸化ジュウテリウムが１０％になるように調製した。

【０１０１】それぞれの試験試料又は媒体は、中空繊維２１２の長さ全体が満たされて媒体
が出口ピペット２１６を上昇し始めるまで、図２５の供給ピペット２１４に注い
だ。再び、この実験で使用する中空繊維２１２の長さは１００インチ（２５４ｃ
ｍ）にした。それぞれの試験設備には、６〜８ｍｌの適当な新しい媒体を供給し
た。それぞれの時間で試料を取り、それぞれの中空繊維２１２を完全に空にして
、保有物がないようにし、予め混合した供給物から新しい媒体を再び供給して、
酸化ジュウテリウムの供給濃度を一定にした。

【０１０２】予備試験データ以下の表３〜５は、６対の中空繊維のそれぞれに関する特定のデータを挙げて
いる。表３では、それぞれの経過試験時間（日）に関連するそれぞれの試料の正
味重量を、酸化ジュウテリウムの濃度が５ｗｔ％及び１０ｗｔ％の両方の試料に
関して示している。表４は、表３で示されるのと同じデータを正味体積（ｍｌ）
によって示している。表５は、純粋な酸化ジュウテリウム及び純粋な軽水の体積
（ｍｌ）によって、それぞれの量を示している。ここで、それぞれの媒体試料に
は、試料当たり合計で８ｍｌ（最後の２回を満たすときには６ｍｌ）の酸化ジュ
ウテリウム及び軽水を入れている。

【０１０３】

【表３】

【表４】

【表５】

【０１０４】試験結果全試料体積の体積分率としての酸化ジュウテリウムの濃度は、試験前及び透過
物として試験後に、それぞれの試料の凝固点を注意深く測定することによって決
定した。純粋な軽水の凝固点は０．０℃であり、純粋な酸化ジュウテリウムの凝
固点は３．８２℃である。凝固点の測定は、ＡｄｖａｎｃｅｄＩｎｓｔｒｕｍ
ｅｎｔｓＯｓｍｏｍｅｔｅｒ、モデル５６００を使用して行った。酸化ジュウ
テリウムの割合に対する凝固点の変化は、直線の関係にあるとしている。

【０１０５】図２７を参照する。ここでは、５ｖｏｌ％及び１０ｖｏｌ％の濃度の酸化ジュ
ウテリウムの濃度の公称試験試料を使用して、図２５の静的拡散の態様２１０に
関して得た実際のデータを示している。水平の点線は、試験の前の２つの媒体試
料のそれぞれに関して、上述の凝固点技術によって得た実際の濃度レベルを示し
ている。酸化ジュウテリウムの実際の濃度（６ｖｏｌ％及び１２ｖｏｌ％）は、
調製した試験試料の実際の酸化ジュウテリウム濃度（ｗｔ％）よりもわずかに高
いことに注意すべきである。しかしながら、全てが実際の凝固点試験によって測
定された相対的なデータは、他の点においては非常に正確であると考えられる。

【０１０６】また、それぞれの試験パラメータに関しては、それぞれの経過時間及び２つの
酸化ジュウテリウム濃度のそれぞれについて、３つの試料を調べて平均化した。
例えば、図２５の試験試料２１０の中空繊維２１２内に調製した試験媒体を静的
に配置してから２日後に、酸化ジュウテリウム濃度が公称５％（凝固点測定によ
って測定すると６％）である中空繊維から取り出した保持物（ｒｅｔｅｎｔａｔ
ｅ）の酸化ジュウテリウム濃度の減少は、約４．３％まで低下しており、これは
点２６０で示している。また、１０％であった酸化ジュウテリウム濃度（凝固点
試験によって測定すると１２％）は、約８．８８％まで低下しており、これは点
２６２で示されている。

【０１０７】図２７で示される試験データのグラフに基づくと、軽水からの酸化ジュウテリ
ウムの分離で達成される最も大きな利益は、中空繊維を初めて満たしたときに得
られることが明らかである。この場合には、２日間にわたって中空繊維材料２１
２内で静的に浸漬させて保持している。保持物を除去し、そしてこの中空繊維試
料を再び満たして、２回目に浸漬させるようにすることは、それぞれの試験試料
中の軽水からの酸化ジュウテリウムの分離に最も低い効率をもたらしている。

【０１０８】以下の表６を参照する。ここでは、２つの濃度の試験試料のそれぞれで、酸化
ジュウテリウム及び軽水の計算体積を示している。これらの値は、それぞれの試
験試料について示される経過日数にわたって試験した後で取り出した保持物に関
する。

【０１０９】

【表６】

【表７】

【０１１０】試験を行って取り出した後の保持物の酸化ジュウテリウム濃度の、予備試験濃
度からの変化の割合（ｖｏｌ％）は、表２７で示されるデータに基づいている。
例えば、図２７の参照点２６０は、酸化ジュウテリウム濃度が３０．２５減少し
たことを示している。同様に、図２７のデータ点２６２は、透過物の酸化ジュウ
テリウムが２７．４５減少したことを示している。ここで再び、中空繊維試験試
料を２日間のみにわたって静的に浸漬させた後の本発明の劇的な効果が、明らか
に示されている。表６に示される１６日後に取った最後のデータは図２７には示
していない。

【０１１１】拡散体積の確定ここで出願人の意図は、それぞれの試験試料で起こっている軽水からの酸化ジ
ュウテリウム分離において、２つの様式又は機構の存在が明らかであることを示
す計算データを示すことである。酸化ジュウテリウムはそれぞれの中空繊維試料
に安定的に固定されるので、中空繊維内の水和水との分子交換によって、酸化ジ
ュウテリウムは試験試料中で減少していると考えられる。このことは、試験の後
の保持物の成分を注意深く評価した上述のデータに示されている。しかしながら
、それぞれの保持物試料中に含まれる酸化ジュウテリウム及び軽水の計算体積及
び全体積は、いくらかの試験試料が中空繊維材自体の中に残っていることを示し
ている。この「失われた」透過物試料は、中空繊維を作る酢酸セルロース材料の
壁に拡散し及び／又はこの壁を通ったと考えられる。

【０１１２】酸化ジュウテリウムと軽水の両方の拡散した量を計算するために、表７を参照
する。表７のデータ点は、拡散成分の体積の計算値を示している。これらの計算
は、図２５の試験系２１０に配置された媒体の体積及び全体積及び取り出された
保持物に含まれる成分の測定値に基づいて、中空繊維膜の酢酸セルロース材料に
拡散した又はこれを通った酸化ジュウテリウムの体積を計算している。

【０１１３】表８を参照する。ここでは計算された差をパーセントで示しており、供給物の
含有率をゼロとしている。従って、図２５の例を実施することによって、表８は
、供給物のＤ₂Ｏ濃度（酸化ジュウテリウムが５％）に関して、１〜３の３つの
例で３．０７％の平均減少を示している。供給物のＤ₂Ｏ濃度は５．９４％であ
るので、３．０７％減少すると言うことは、計算された透過物中のＤ₂Ｏ濃度が
２．８７％であるということを意味している。酸化ジュウテリウムが１０％の媒
体試料（試料４〜６）は、供給物と比較すると２日間にわたって静的に浸漬させ
た後の平均減少は５．３８％であった。

【０１１４】表９は、表８で示した情報と同じ情報を示しているが、示されている変化の割
合はＤ₂Ｏ濃度の割合ではなく、供給媒体の濃度に関する割合である。

【０１１５】

【表８】

【表９】

【０１１６】表９は、試料供給媒体中のＤ₂Ｏ濃度に関して、３つの試験試料で５１．６３
％の減少を示している（試料１〜３、供給物中の酸化ジュウテリウムは５％）。
１０％予備試験供給媒体の酸化ジュウテリウム濃度が４５．３８％減少している
ことも明らかである。酸化ジュウテリウム濃度が５％及び１０％のこれら２つの
特定の例は明らかに、たった２日間にわたって静的に媒体を中空繊維２１２に浸
漬させた後の、装置２１０の有効性を強調している。

【０１１７】表１０を参照する。ここでは上述の静的な実験を、酸化ジュウテリウムの濃度
が比較的高い試験媒体を使用して行っている。静的な試験は、酸化ジュウテリウ
ムの濃度が２５％、５０％、及び７５％の媒体を使用して行った。このデータは
、酸化ジュウテリウムの濃度が比較的高い場合、例えば酸化ジュウテリウム濃度
が７５％の場合に、図２５に示される静的な装置は、軽水からの酸化ジュウテリ
ウムの分離を比較的効率的に行えることを示している。

【０１１８】

【表１０】

【０１１９】水（Ｈ₂Ｏ）中の非常に希釈された酸化トリチウム（ＨＴＯ）を使用して、限
られた数の実験を行った。静的な中空繊維に入れる供給濃度は２．７μＣｉ／ｅ
Ｔ（１．７ｐｐｔと等価）であった。トリチウムは、シンチレーション計数によ
って測定した。中空繊維はそれぞれ同一であり、その長さは１００”（２５４ｃ
ｍ）で寸法的には上述のものと同様であった。トリチウムでの実験では、覆いを
使用せず、拡散種のための吸収剤は用いなかった。

【０１２０】それぞれの試験試料又は媒体は、図２５のピペット２１４に注いで、中空繊維
２１２の長さ全体が満たされて、媒体が出口ピペット２１６を上昇し始めるよう
にした。それぞれの試験設備は、８〜１０ｍｌの試験媒体で満たした。供給ピペ
ット２１４が実質的に空になるまで供給物が減少した後で、中空繊維内の汚染水
を取り出して、液体シンチレーション計数によってＨＴＯ濃度を測定した。

【０１２１】これらの実験の結果は、この中空繊維が、軽水Ｈ₂Ｏからの酸化ジュウテリウ
ム及び酸化トリチウムの分離に効果的であることを示している。上述のように、
最大の効果は最初に満たしたときに得られ、この場合にはＨＴＯ濃度は１１．４
２％減少することが観察され、２回目に満たしたときには１１．４０％の減少が
観察された。しかしながら３回目に満たしたときはＨＴＯ濃度は２．２４％減少
しただけであった。

【０１２２】再び図２８を参照する。ここでは、図２６で説明されている本発明の態様での
動的又は流れている媒体に関する結果を示している。これらのデータ点及び関連
する曲線は、２つの異なる媒体試料に関して、経過時間（時）に対する酸化ジュ
ウテリウム濃度の変化を示している。媒体試料は、５．５ｗｔ％のＤ₂Ｏと９４
．５ｗｔ％のＨ₂Ｏで調製した。中空繊維２３２からの出口流れは、プラスチッ
ク導管２４０を通して供給流れ受器２３４に入れて循環させる。

【０１２３】受器２３４における平均Ｄ₂Ｏ濃度は、上述のように凝固点解析によって測定
すると５．３４ｗｔ％であり、透過物の平均Ｄ₂Ｏ濃度は４．８％であった。こ
れは９．９％の減少を表しており、受器に関する分離係数が１．１２であること
に対応している。

【０１２４】本発明を、最も実用的で好ましい態様に関して説明してきたが、本発明の範囲
内でこれらの態様と異なっていることも可能であることが認識される。従って、
本発明はここで詳細に説明されたものに限定されず、特許請求の範囲で示されて
、任意の及び全ての等価な装置及び物品を包含する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１のＢは装置２１０の概略図であり、図１のＡ及びＣは、この図１のＢの一
部の拡大図である。

【図２】図２は、アルミニウムを含む架橋（Ｘ−Ｌ）イオン交換樹脂を使用して、汚染
水の酸化ジュウテリウム濃度を減少させるときの、本発明の効率の概略のグラフ
及び性質である。

【図３】図３は、本発明の酸化トリチウム及び酸化ジュウテリウム分離方法の１つの面
を示す透視概略図であり、これらは中空繊維の壁を透過している。

【図４（Ａ），４（Ｂ），４（Ｃ）】（図４Ａ）図４Ａは、この例ではＨＴＯである重い水の同位体を選択的に吸着する本発明
の樹脂粒子を示す概略図であり、乾燥した条件から開始する場合を示している。（図４Ｂ）図４Ｂは、この例ではＨＴＯである重い水の同位体を選択的に吸着する本発明
の樹脂粒子を示す概略図であり、純粋な水で予め濡らした条件から開始する場合
を示している。（図４Ｃ）図４Ｃは、この例ではＨＴＯである重い水の同位体を選択的に吸着する本発明
の樹脂粒子を示す概略図であり、樹脂が飽和する前であり更に吸着する容量を持
つ中間的な条件を示している。

【図５】図５は、本発明の機構又は汚染物質分離の両方の面に関する一連の典型的な水
汚染物質吸着曲線の単純な例である。

【図６】図６は、分離膜を使用する本発明の１つの商業的な態様の単純化された透視図
である。

【図７】図７は、図１０で示される本発明の態様と同様な、試作装置の試験性能を示す
グラフであり、Ｄ₂Ｏで汚染された水の供給流れ及び出口流れの濃度を比較して
いる。

【図８】図８は、図１０で示される本発明の態様と同様な、試作装置の試験性能を示す
グラフであり、Ｄ₂Ｏで汚染された水の供給流れ及び透過流れの濃度を比較して
いる。

【図９】図９は、図１０で示される本発明の態様と同様な、試作装置の試験性能を示す
グラフであり、再生の後の２回目の試験の間の、Ｄ₂Ｏで汚染された水の供給流
れ及び出口流れの濃度を比較している。

【図１０】図１０は、図６で示される本発明の態様と同様な、試作装置の試験性能を示す
グラフであり、再生の後の２回目の試験の間の、Ｄ₂Ｏで汚染された水の供給流
れ及び透過流れの濃度を比較している。

【図１１】図１１は、出口流れと透過物の両方の様々な段階における性能効率を示す、本
発明の一連の典型的な性能曲線のグラフである。

【図１２】図１２は、本発明を実施する典型的な商業的システムの１つの例である。

【図１３】図１３は、本発明の汚染物質分離装置の再生のための商業的な系の例である。

【図１４】図１４は、汚染物質吸着及び続く再生の両方のための、商業的な系の概略図で
ある。

【図１５Ａ】図１５Ａは、分子分離物質を保持する複数のモジュール又は容器を使用するこ
とによって、同位体分子を分離するもう１つの商業的な系の概略図であり、内部
再生を行う。

【図１５Ｂ】図１５Ｂは、分子分離物質を保持する複数のモジュール又は容器を使用するこ
とによって、同位体分子を分離するもう１つの商業的な系の概略図であり、外部
再生を行う。

【図１５Ｃ】図１５Ｃは、大規模で供給量が多い用途に適当な商業的な向流系の概略図であ
る。

【図１６】図１６は、アルミニウム、マグネシウム、クロム、及びナトリウムの金属部位
を有するＰＳＤＶＢ樹脂の吸着効率を比較するグラフである。

【図１７】図１７は、アルミニウムを有する様々なＰＳＤＶＢ樹脂及びＰＡＤＶＢ樹脂を
比較するグラフである。

【図１８】図１８は、Ｄ₂Ｏ及びＴＨＯの分離を比較するグラフであり、同様な結果を示
している。

【図１９】図１９は、乾燥したＡｌ含有ＰＳＤＶＢ樹脂２５０ｇを充填した２ｍのＴＥＦ
ＬＯＮカラムを使用して観察された吸着曲線のグラフである。

【図２０】図２０は、予め湿らせた樹脂と初めに乾燥している樹脂との分離性質を比較す
るグラフである。

【図２１】図２１は、１つの分離モジュール、２つの分離モジュール、及び４つの分離モ
ジュールを使用し、直列にして操作したときの同位体分離を示すグラフである。

【図２２】図２２は、酸化トリチウムで飽和したナトリウム及びアルミニウム水和部位を
有するアクリル樹脂を、マイクロ波炉を使用して再生したときに達成される結果
のグラフである。

【図２３】図２３は、酸化トリチウムで飽和したナトリウム及びアルミニウム水和部位を
有するＰＳＤＶＢ樹脂を、流動層乾燥器を使用して再生したときに達成される結
果のグラフである。

【図２４】図２４は、酸化トリチウムで飽和したナトリウム及びアルミニウム水和部位を
有するアクリル樹脂を、流動相乾燥器を使用して再生したときに達成される結果
のグラフである。

【図２５】図２５は、本発明の静的な態様の概略図である。

【図２６】図２６は、本発明の動的又は流動的な態様の概略図である。

【図２７】図２７は、５％及び１０％のＤ₂Ｏで汚染された純粋な試験水の酸化ジュウテ
リウム（Ｄ₂Ｏ）含有率を低下させる場合の、図２５の静的又は流れがない本発
明の態様の効果を示すグラフである。

【図２８】図２８は、５．５ｗｔ％のＤ₂Ｏで汚染された純粋な試験水の酸化ジュウテリ
ウム（Ｄ₂Ｏ）含有率を減少させる場合の、図２６の動的又は流動的な本発明の
態様の効果を示すグラフである。

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 1/42 Ｃ０２Ｆ 1/42 ＥＧ２１Ｆ 9/06 ５９１Ｇ２１Ｆ 9/06 ５９１ (31)優先権主張番号０９／０９３，４５９ (32)優先日平成10年６月８日(1998．6．8) (33)優先権主張国米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号０９／２７５，３３５ (32)優先日平成11年３月24日(1999．3．24) (33)優先権主張国米国（ＵＳ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (71)出願人コリンズ，ガブリエルビー．アメリカ合衆国，サウスカロライナ 29621，アンダーソン，スプリングブルックドライブ 809 (72)発明者パターソン，ジェイムズエー．アメリカ合衆国，フロリダ 34239，サラソタ，タングルウッドドライブ 2612 (72)発明者ファーロング，ルイスエドワードアメリカ合衆国，フロリダ 34242，サラソタ，ミッドナイトパスロード 5770 ＃603シー (72)発明者グルバー，マルティンヨット．アメリカ合衆国，サウスカロライナ 29621，アンダーソン，スプリングブルックドライブ 901 (72)発明者コリンズ，ガブリエルビー．アメリカ合衆国，サウスカロライナ 29621，アンダーソン，スプリングブルックドライブ 809 Ｆターム(参考） 4D006 GA28 HA02 HA24 KA31 KA53 KB11 KB12 MB04 PB20 PB70 PC33 PC36 4D017 AA01 BA01 BA11 CA11 CA17 CB01 DA01 DB01 EA01 4D025 AA09 AB39 BA02 BA07 BA22 BA24 BB09 DA02 DA10 【要約の続き】とができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａ．水素同位体水分子を含有する汚染水の供給源を提供する
こと、Ｂ．分子分離物質を提供すること、ここでこの分子分離物質は、水和水と結合
することができる複数の水和部位を有する支持媒体を含む、Ｃ．前記汚染水を前記分子分離物質と接触させて、前記汚染水の水素同位体水
分子の一部を、前記水和部位の一部に結合させ、それによって前記汚染水の水素
同位体水分子含有率を低下させること、を含む、水素の重い同位体の酸化物によって汚染された水を処理して、この汚染
水の水素同位体含有率を低下させる方法。
【請求項２】前記分子分離物質が粒状である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】Ｄ．前記分子分離物質から前記水素同位体水分子を除去する
こと、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】前記汚染水を濃縮して、水素同位体水分子含有率を増加させ
、その後で前記分子分離物質と接触させること、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】前記支持媒体が、結合したカチオンを有するポリマーである
、請求項１に記載の方法。
【請求項６】前記水和部位が、アルミニウム、ナトリウム、マグネシウム
、鉄、ニッケル、マンガン、銅、亜鉛、アンモニウム、コバルト、カリウム、及
びクロムのカチオン、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択されるカチ
オンを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】前記水和部位が、スルフェート、アセテート、ホスフェート
、ニトレート、及びハロゲン化物、並びにそれらの組み合わせからなる群より選
択されるアニオンを更に有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】Ａ．汚染水供給源を提供すること、Ｂ．水素同位体水分子と比較して、軽水分子を選択的に透過させることができ
る分子分離膜を提供すること、Ｃ．分子分離物質を提供すること、ここでこの分子分離物質は、水和水と結合
することができる複数の水和部位を有する支持媒体を含む、Ｄ．前記汚染水を前記分子分離膜と接触させて、前記汚染水から軽水分子を除
去し、それによって前記汚染水の水素同位体水分子濃度を増加させること、Ｅ．前記汚染水を前記分子分離物質と接触させて、前記汚染水の水素同位体水
分子の一部を、前記水和部位の一部に結合させ、それによって前記汚染水の水素
同位体水分子含有率を低下させること、を含む、水素の重い同位体の酸化物によって汚染された水を処理して、この汚染
水の水素同位体含有率を低下させる方法。
【請求項９】前記分子分離膜が管状である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】前記分子分離物質が、前記管状の分子分離膜に保持されて
いる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】前記支持媒体が、結合したカチオンを有するポリマーであ
る、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】前記水和部位が、アルミニウム、ナトリウム、マグネシウ
ム、鉄、ニッケル、マンガン、銅、亜鉛、コバルト、カリウム、アンモニウム、
及びクロムのカチオン、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択されるカ
チオンを有し、前記水和部位が、スルフェート、アセテート、ホスフェート、ニトレート、及
びハロゲン化物、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択されるアニオン
を更に有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】分子分離物質を保持している処理容器、ここでこの分子分
離物質は、水和水と結合することができる複数の水和部位を有する支持媒体を含
む、前記処理容器及び汚染水の供給源に導通している供給導管、及び排出導管であって、前記処理容器に導通してこの容器から水を運び、それによ
って前記供給管路を通してこの容器に入る汚染水を、前記分子分離物質と接触さ
せ、前記汚染水からの水素同位体水分子の一部を、前記水和部位の一部に結合さ
せて、この排出導管を通して排出される前記汚染水の前記水素同位体水分子含有
率を減少させる排出導管、を具備している、水素の重い同位体で汚染された水を処理して、この汚染水の水
素同位体含有率を低下させる汚染水処理装置。
【請求項１４】水素同位体水分子と比較して、軽水分子を選択的に透過さ
せることができる分離膜であって、前記装置に供給される汚染水と導通している
分離膜、を更に含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】前記分子分離物質から水分子を除去する再生容器を更に具
備している、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】直列に結合した複数の分離容器を更に具備しており、それ
によって順番の最後の容器を除く全ての容器から排出された水を、直列にされた
次の分離容器に送る、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】前記分子分離物質が粒状である、請求項１３に記載の装置
。
【請求項１８】前記支持媒体が、結合した前記水和部位を有するポリマー
を含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１９】前記水和部位が、実質的な量の水和水と結合することがで
きる、請求項１３に記載の装置。
【請求項２０】結合した水和水を有する前記水和部位が、汚染水の水素同
位体含有率を実質的に減少させるのに十分な量で存在する、請求項１３に記載の
装置。
【請求項２１】水素同位体水分子と比較して、軽水分子を選択的に透過さ
せることができる分離膜、分子分離物質を保持している少なくとも１つの処理容器、ここでこの分子分離
物質は、水和水と結合することができる複数の水和部位を有する支持媒体を含む
、前記膜、前記処理容器、及び前記汚染水の供給源と導通している供給導管であ
って、前記分離膜と接触して配置されている前記汚染水の水素同位体水分子濃度
を増加させ、前記分子分離物質と接触して配置されている前記汚染水が、この汚
染水の水素同位体水分子の一部を、前記水和部位の一部に結合させるようにする
、供給導管、並びに水素同位体水分子含有率が低下した汚染水を、この装置から送り出す排出導管
、を具備している、水素の重い同位体で汚染された水を処理して、この汚染水の水
素同位体含有率を低下させる汚染水処理装置。
【請求項２２】前記分離膜が、少なくとも１つの管の形であり、第１及び
第２の端部、並びに実質的に連続の内側及び外側壁を有する、請求項２１に記載
の装置。
【請求項２３】前記分離膜を囲っている膜容器を更に具備している、請求
項２２に記載の装置。
【請求項２４】前記分子分離物質に起因する水和水を蒸発によって除去す
る加熱容器、及び前記分子分離物質から蒸発した水の回収器、を更に具備してい
る、請求項２１に記載の装置。
【請求項２５】前記支持媒体が、結合した前記水和部位を有するポリマー
を含む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２６】前記水和部位が、実質的な量の水和水と結合することがで
き、それによって前記汚染水の水素同位体含有率が実質的に減少する、請求項２
１に記載の装置。
【請求項２７】Ａ．少なくとも２つの処理容器を提供すること、ここでこ
の処理容器のそれぞれは、分子分離物質を保持しており、この分子分離物質は、
水和水と結合することができる複数の水和部位を有する支持媒体を含む、Ｂ．汚染水を選択的に第１の前記処理容器に入れて前記分子分離物質と接触さ
せ、この汚染水の水素同位体水分子の一部を、前記水和部位の一部に結合させる
こと、Ｃ．前記第１の処理容器に入る汚染水の水素同位体含有率と、この第１の処理
容器から出る汚染水の水素同位体含有率とを比較することによって、この第１の
処理容器の分子分離物質の飽和レベルを定期的に測定すること、Ｄ．所定の飽和レベルが測定されたときに、前記第１の処理容器への汚染水の
供給を停止し、第２の前記処理容器に汚染水を供給すること、を含む、水素の重い同位体で汚染された水を処理して、この汚染水の水素同位体
含有率を減少させる方法。
【請求項２８】Ｅ．工程Ｄにおいて前記処理容器への汚染水の供給を停止
した後で、前記容器のそれぞれから非水和水を除去すること、を更に含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】Ｆ．工程Ｄの後で、前記処理容器のそれぞれの飽和分子分
離物質を加熱して、水和水を除去すること、を更に含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】Ａ．一連の流れが通るように接続された複数の処理容器を
提供すること、ここでこれらの処理容器のそれぞれは分子分離物質を保持し、こ
の分子分離物質は、水和水と結合することができる複数の水和部位を有する支持
媒体を含み、これら複数の容器は、入口及び出口を有する、Ｂ．水素の重い同位体を含有する汚染水の供給源を提供すること、Ｃ．前記汚染水を前記入口に送り、前記分子分離物質と接触させて、前記汚染
水の水素同位体水分子の一部を、前記水和部位の一部に結合させること、Ｄ．前記入口に入る汚染水の水素同位体含有率と、それぞれの前記容器の出口
から出る汚染水の水素同位体含有率とを比較することによって、それぞれの前記
容器の分子分離物質の飽和レベルを測定すること、Ｅ．前記分子分離物質の所定の飽和レベルが、対応する前記容器において測定
されたときに、それぞれの前記容器への汚染水の供給を停止すること、を含む、水素の重い同位体で汚染された水を処理して、この汚染水の水素同位体
含有率を減少させる方法。
【請求項３１】Ｆ．それぞれの対応する前記処理容器の飽和した前記分子
分離物質を加熱し、蒸発によって水和水を除去すること、を更に含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】それぞれが分子分離物質を保持する少なくとも２つの処理
容器、ここでここ分子分離物質は、吸着によって水和水と結合することができる
複数の水和部位を有する支持媒体を含む、前記処理容器を汚染水の供給源に接続する供給導管、前記処理容器のいずれか又は両方に選択的に汚染水を送る制御手段、ここでこ
の制御手段は監視手段を含み、それぞれの前記処理容器に入る汚染水の水素同位
体含有率と、それぞれの対応する前記処理容器から出る汚染水の水素同位体含有
率とを比較することによって、それぞれの前記処理容器の分子分離物質の飽和レ
ベルを計算する、対応する前記処理容器を出る汚染水において、所定の値の水素同位体含有率が
、前記監視手段によって得られたときに、それぞれの対応する前記処理容器への
前記汚染水の流入を停止する切り替え手段、を具備している、水素の重い同位体で汚染された水を処理して、汚染水における
水素の重い同位体の含有率を減少させる汚染水処理装置。
【請求項３３】１つの前記処理容器への汚染水の供給を停止し、そしてこ
の汚染水をこの１つの処理容器から他の前記処理容器に向けた後で、この１つの
処理容器から非水和水を除去する水除去手段、を前記処理容器のそれぞれが更に具備している、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】それぞれの前記処理容器において飽和分子分離物質を加熱
し、この飽和分子分離物質から飽和水を除去するヒーター、を前記処理容器のそれぞれが更に具備している、請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】蒸発によって前記分子分離物質から水和水を除去するヒー
ター、を前記処理容器が更に具備する、請求項１３に記載の装置。
【請求項３６】前記汚染水でスラリー状にされた前記分子分離物質を、前
記処理容器から直接に受け取り、蒸発によって前記分子分離物質から水和水を除
去する外部の加熱乾燥タンク、を更に具備している、請求項１３に記載の装置。
【請求項３７】Ａ．第１及び第２の入口並びに第１及び第２の出口を有す
る向流処理容器を提供すること、Ｂ．水素同位体水分子を含む汚染水の供給源を提供し、前記処理容器の下側端
の近くに配置された前記第１の入口を通して、前記汚染水を前記処理容器に流入
させること、Ｃ．分子分離物質を提供すること、ここでこの分子分離物質は、吸着によって
水和水と結合することができる複数の水和部位を有する支持媒体を含む、Ｄ．前記分子分離物質を、前記処理容器の上側端に配置された前記第２の入口
を通して前記処理容器に流入させることによって、前記汚染水を前記分子分離物
質と向流で接触させて、前記汚染水の水素同位体水分子の一部を結合させ、それ
によって前記汚染水の水素同位体水分子含有率を低下させること、並びにＥ．前記処理容器内を上昇している前記汚染水を、前記処理容器の上側端に配
置された前記第１の出口から流すこと、及び前記タンクを下降している前記分子
分離物質を、前記処理容器の下側端に配置された前記第２の出口から取り出すこ
とによって、前記分子分離物質から前記汚染水を分離すること、を含む、水素の重い同位体の酸化物で汚染された水を処理して、汚染水の水素同
位体含有率を減少させる方法。
【請求項３８】処理容器、前記処理容器の上側部分及び分子分離物質の供給源と導通している第１の供給
導管、ここでこの分子分離物質は、水和水と結合することができる複数の水和部
位を有する支持媒体を含む、前記処理容器の下側部分及び前記汚染水の供給源と導通している第２の供給導
管、前記処理容器の上側端と導通している第１の排出導管、ここでこの第１の排出
導管は、上昇している汚染水を前記処理容器から輸送し、それによって前記第２
の供給導管を通して前記処理容器に入る汚染水を、前記処理容器内を下降する前
記分子分離物質と向流接触させ、前記汚染水からの水素同位体水分子の一部を、
前記水和部位の一部と結合させて、この第１の排出導管を通して前記処理容器か
ら取り出される前記汚染水の水素同位体水分子含有率を低下させる、前記処理容器の下側端と導通して、下降している分子分離物質を前記処理容器
から輸送する第２の排出導管、を具備している、水素の重い同位体で汚染された水を処理して、この汚染水の水
素同位体含有率を低下させる汚染水処理装置。
【請求項３９】Ａ．管状分子分離膜の長さ方向の１つの端部を、汚染水の
供給源に接続すること、ここでこの分離膜は、実質的に親水性の材料でできてお
り、この材料は、水素同位体分子と比較して軽水分子を選択的に透過させること
ができる、Ｂ．前記汚染水から、水の実質的な部分及び水素同位体分子の量を実質的に減
少させるのに十分な期間にわたって、前記分離膜内に前記汚染水を配置し、その
後で、残部を前記分離膜の他の端部から排出すること、ここで、水の実質的な部
分は、前記分離膜の側壁を通る透過によって前記汚染水から除去し、前記水素同
位体分子は、汚染水の残部を取り出すときに、前記分離膜内に保持し又は前記分
子分離膜に付着させることによって前記汚染水から除去する、を含む、水素の重い同位体を含有する汚染水の、液体の水素の重い同位体の含有
率を低下させる方法。