JP2021096186A - 有機よう素除去剤および有機よう素除去装置 - Google Patents

有機よう素除去剤および有機よう素除去装置 Download PDF

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Abstract

【課題】流体中の有機よう素を効率的に除去することができる有機よう素除去剤、および、これを用いた有機よう素除去装置を提供する。【解決手段】有機よう素除去剤１２０は、有機よう素を除去する除去剤であって、カチオンとアニオンから構成される物質であり、カチオン（例；ホスホニウムカチオン、アンモニウムカチオン、スルホニウムカチオン等）は、リン原子、窒素原子または硫黄原子に電子供与基（例；ホスフィノ基、アミノ基、スルファニル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基等）が結合した分子構造を有する。有機よう素除去装置１００は、有機よう素を除去する有機よう素除去剤１２０を入れる容器１と、有機よう素を含む流体を有機よう素除去剤１２０に導入するための導入配管（３，４，７）とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉から放出される放射性有機よう素をはじめ、蒸気等の流体中に含まれる有機よう素を除去する有機よう素除去剤、および、これを用いた有機よう素除去装置に関する。
原子炉施設には、原子炉から放出された放射性物質が環境中に漏洩するのを防止するために、フィルタベント装置が設置されている。原子炉の事故で炉心が損傷したり、格納容器内の圧力が異常上昇したりすると、格納容器が破損して大規模漏洩に至る。そのため、格納容器内の蒸気が未然にベントされて過圧破損が防止される。高温・高圧の蒸気は、原子炉から格納容器内に放出されると、フィルタベント装置に通され、大気中に放出される前に主要な放射性物質が除去される。
原子炉の事故時に発生する放射性物質としては、希ガス、エアロゾル、無機よう素、有機よう素等がある。フィルタベント装置では、希ガスを除くこれらの放射性物質が容器内に捕集され、環境への放出が防止される。一般に、フィルタベント装置は、特許文献１に記載されるように、容器内に、湿式フィルタとして働くスクラビング水を保持し、乾式フィルタである金属フィルタを内蔵している。
スクラビング水は、水にチオ硫酸ナトリウムや水酸化ナトリウム等が添加される場合があり、ベントされた蒸気は、スクラビング水中に放出される。チオ硫酸ナトリウムとの反応でイオン化した無機よう素（元素状よう素）やエアロゾルは、スクラビング水に溶解して除去される。また、スクラビング水から気相に放出されたエアロゾルは、金属フィルタに付着・衝突して除去される。有機よう素は、特許文献２に記載されるように、銀ゼオライトや活性炭等の乾式フィルタで除去される。
特表２０１５−５２２１６１号公報 特開平７−２０９４８８号公報
原子炉から放出される有機よう素は、よう化メチルをはじめとして水に難溶であり、ベント時に圧力抑制室のプール水やスクラビング水に導入されても、十分には除去されない。また、よう化メチル等の有機よう素は、原子炉からの排気過程で、元素状よう素の反応によって新生することもある。そのため、放射性よう素を含む種々の化学種をバウンダリ内に確実に閉じ込める対策が必要であり、ベントガス等の流体中の有機よう素を効率的に除去することができる有機よう素除去剤が求められている。
一般に、有機よう素を除去可能な除去剤としては、銀ゼオライトや活性炭が知られている（特許文献２参照）。しかし、従来の除去剤は、水分が付着した場合に除去効率が低下するため、湿分の影響が懸念される場合は、湿分を除去する機構を必要とし、フィルタベント装置の構造を複雑化させる。また、従来の除去剤は、大量に必要なため、特許文献２のように、特別な装置設計や、複雑な装置構造を要する。
そこで、本発明は、流体中の有機よう素を効率的に除去することができる有機よう素除去剤、および、これを用いた有機よう素除去装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために本発明に係る有機よう素除去剤は、有機よう素を除去する有機よう素除去剤であって、前記有機よう素除去剤は、カチオンとアニオンから構成される物質であり、前記カチオンは、リン原子、窒素原子または硫黄原子に電子供与基が結合した分子構造を有する。
また、本発明に係る有機よう素除去装置は、有機よう素を除去する有機よう素除去装置であって、有機よう素を除去する有機よう素除去剤を入れる容器と、有機よう素を含む流体を前記有機よう素除去剤に導入するための導入配管と、を備え、前記有機よう素除去剤は、カチオンとアニオンから構成される物質であり、前記カチオンは、リン原子、窒素原子または硫黄原子に電子供与基が結合した分子構造を有する。
本発明によると、流体中の有機よう素を効率的に除去することができる有機よう素除去剤、および、これを用いた有機よう素除去装置を提供することができる。
本発明に係る有機よう素除去装置の一例を模式的に示す断面図である。 有機よう素の除去効率および有機よう素除去剤の化学構造の具体例を示す図である。
以下、本発明の一実施形態に係る有機よう素除去剤、および、これを用いた有機よう素除去装置について、図を参照しながら説明する。なお、以下の各図において、共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。
本実施形態に係る有機よう素除去剤は、流体中の有機よう素を除去する作用を示す物質である。この有機よう素除去剤は、有機よう素を含む蒸気等の流体が通されることによって、流体中の有機よう素を溶解し、溶解した有機よう素を分解し、有機よう素の分解物を自身中に保持することができる。
本実施形態に係る有機よう素除去剤は、例えば、原子炉の事故時に実施するフィルタベントに際し、原子炉格納容器外に放出されるベントガスを処理するための湿式フィルタとして用いることができる。有機よう素除去剤に、放射性有機よう素を含むベントガスが通されると、有機よう素の溶解、分解、分解物の保持によって、放射性よう素の拡散を防止することができる。
図１は、本発明に係る有機よう素除去装置の一例を模式的に示す断面図である。
図１には、有機よう素除去剤を、原子炉施設のフィルタベント装置に適用した例を示す。図１に示すフィルタベント装置１００は、原子炉格納容器２から放出されるベントガスを、フィルタベント容器１に注入される有機よう素除去剤１２０に通気させて処理する構成とされている。
図１に示すように、フィルタベント装置（有機よう素除去装置）１００は、フィルタベント容器（容器）１と、ドライウェルベント配管（導入配管）３と、ウェットウェルベント配管（導入配管）４と、隔離弁５，６と、入口配管（導入配管）７と、金属フィルタ８と、出口配管９と、排気筒１０と、保管容器１２と、注入配管１３と、注入弁１４と、を備えている。フィルタベント装置１００は、ベントガスを通流させる配管を介して、原子炉格納容器２と接続されている。原子炉格納容器２は、原子炉圧力容器２０を格納している。
原子炉格納容器２では、原子炉の過酷事故時に、圧力や温度の異常上昇を防ぐためにベントが実施される。フィルタベントに際しては、原子炉格納容器２内の雰囲気ガスが、フィルタベント装置１００を通じて大気中に放出される。フィルタベント装置１００は、原子炉格納容器２から放出されるベントガス中の放射性物質を極力除去するために用いられる。
原子炉格納容器２は、原子炉圧力容器２０が収納されたドライウェル２１と、圧力抑制プールが形成されたウェットウェル２２と、を有している。ドライウェル２１に放出された蒸気や、主蒸気系から過圧で逃された蒸気は、不図示のベント管を介してウェットウェル２２に流入することができる。高温・高圧の蒸気がウェットウェル２２内のプール水で凝縮されることにより、原子炉格納容器２内の圧力が抑制される。
ドライウェル２１には、ドライウェル２１のベントに使用するドライウェルベント配管３の一端が接続している。ドライウェルベント配管３には、常閉型の隔離弁５が設けられている。ドライウェルベント配管３の他端は、入口配管７に接続している。
また、ウェットウェル２２には、ウェットウェル２２のベントに使用するウェットウェルベント配管４の一端が接続している。ウェットウェルベント配管４には、常閉型の隔離弁６が設けられている。ウェットウェルベント配管４の他端は、入口配管７に接続している。
入口配管７は、一端が、ドライウェルベント配管３とウェットウェル配管４に接続しており、他端が、フィルタベント容器１の内部の底部付近まで延びている。入口配管７の他端には、例えば、多連のベンチュリノズル等で形成される不図示のスクラバノズルが取り付けられる。原子炉格納容器２から放出されたベントガスは、スクラバノズルによって、フィルタベント容器１内の液相中に噴射される。
図１において、フィルタベント容器１の内部には、スクラビング水１１０が保持されている。スクラビング水１１０は、入口配管７の先端が冠水する高さ、且つ、容器内の上部に気相が残る高さまでフィルタベント容器１の内部に注入されている。入口配管７の他端は、フィルタベント容器１の内部の液相内に導入されている。
また、フィルタベント容器１には、保管容器１２が注入配管１３を介して接続されている。フィルタベント容器１の内部と、保管容器１２の内部とは、注入配管１３によって互いに連通している。注入配管１３には、手動または自動で開閉することができる注入弁１４が設けられている。保管容器１２には、有機よう素除去剤１２０が貯留されている。
有機よう素除去剤１２０は、フィルタベントの実施時に注入弁１４が開放されると、保管容器１２からフィルタベント容器１に注入されるようになっている。有機よう素除去剤１２０の注入は、水頭圧による注入、窒素ガス等を利用したガス加圧による注入等の各種の方法で行うことができる。なお、保管容器１２は、フィルタベント容器１の外部に設けてもよいが、フィルタベント容器１の内部に設けてもよい。
スクラビング水１１０は、主として、ベントガス中の無機よう素やエアロゾルを捕集するために用いられる。スクラビング水１１０には、チオ硫酸ナトリウムや水酸化ナトリウム等が添加される場合がある。スクラビング水１１０は、ベントガスが導入されると、無機よう素やエアロゾルを溶解させて捕集する。
有機よう素除去剤１２０は、主として、ベントガス中の有機よう素を除去するために用いられる。有機よう素除去剤１２０は、後記するように、カチオンとアニオンで構成されるイオン性の物質である。有機よう素除去剤１２０は、保管容器１２に個別に保管することによって、水分、酸素等による劣化が防止される。
フィルタベント装置１００において、有機よう素除去剤１２０が保管容器１２からフィルタベント容器１に注入されたとき、スクラビング水１１０と有機よう素除去剤１２０とは、互いに混じらずに相分離して、多層液体を形成することが好ましい。多層液体は、スクラビング水１１０と相溶し難い疎水性の有機よう素除去剤１２０を用いて形成することができる。
スクラビング水１１０と有機よう素除去剤１２０とは、互いの比重の関係が、特に限定されるものではない。但し、放射性よう素を含む化学種が容器内の気相に揮散するのを抑制する観点からは、スクラビング水１１０よりも比重が大きい有機よう素除去剤１２０を使用することが好ましい。このような有機よう素除去剤１２０を使用すると、スクラビング水１１０に上層、有機よう素除去剤１２０に下層を形成させることができる。
図１に示すように、フィルタベント容器１には、容器内の上部に金属フィルタ８が備えられている。金属フィルタ８は、金属繊維、金属メッシュ等が積層されて形成される。金属フィルタ８によると、容器内の気相に放出されたエアロゾルが、金属への付着、衝突等によって捕集される。
フィルタベント容器１には、出口配管９が接続されている。出口配管９は、一端が、金属フィルタ８の二次側に接続しており、他端が、排気筒１０に接続している。排気筒１０は、放射性物質が除去されたベントガスを環境中に放出するために、原子炉格納容器２外に設置されている。
フィルタベント容器１は、容器内に流入したベントガスに対して抵抗を及ぼす不図示のバッフルを備えることもできる。バッフルとしては、例えば、オリフィス状の邪魔板や、螺旋板や、金属メッシュ、パンチングメタル等の多孔板や、セラミック等の多孔質体等を用いることができる。バッフルは、フィルタベント容器１の内部の液相部の高さに設けることができる。
フィルタベント容器１に流入する有機よう素は、ガス状であると推定される。ガス状の有機よう素の溶解や、有機よう素の分解は、気泡内での拡散泳動、熱泳動、ブラウン拡散、対流等で進行すると考えられる。フィルタベント容器１の内部にバッフルを設けると、容器内に噴出させた気泡の滞留時間が長くなり、有機よう素と有機よう素除去剤１２０との接触時間が長くなるため、有機よう素の除去効率を向上させることができる。
原子炉において、圧力容器の破損を伴うような重大事故が発生すると、格納容器内には、冷却水等の蒸発による高温・高圧の蒸気と共に、種々の放射性物質が放出される。原子炉の出力や事故のシナリオにもよるが、圧力容器が破損するような燃料破損を伴うシビアアクシデント時には、１ｋｇ程度の放射性有機よう素が放出されると評価されている。有機よう素としては、主に、よう化メチル（ＣＨ３Ｉ）が発生すると評価されている。
原子炉に重大事故が発生して、格納容器内の圧力や温度が過度に高くなると、格納容器が破損して、放射性物質の大規模漏洩が生じる。そのため、格納容器内の圧力や温度の異常上昇を防ぐために、ベントが実施される。図１に示す原子炉格納容器２において、ベントが必要であると判断されると、隔離弁５，６が開放される。
隔離弁５が開放されると、ドライウェル２１の高温・高圧の蒸気は、ドライウェルベント配管３を通じて、フィルタベント容器１に流入する。また、隔離弁６が開放されると、ウェットウェル２２の高温・高圧の蒸気は、ウェットウェルベント配管４を通じて、フィルタベント容器１に流入する。放射性物質を含むベントガスは、スクラビング水１１０や有機よう素除去剤１２０に通される。
フィルタベント容器１では、ベントガスに含まれる放射性物質のうち、無機よう素やエアロゾルが、スクラビング水１１０によって容器内に捕集される。また、有機よう素が、有機よう素除去剤１２０によって容器内に捕集される。容器内の気相に放出されたエアロゾルは、金属フィルタ８に捕集される。その後、放射性物質が除去されたガスは、出口配管９を通り、排気筒１０によって環境中に放出される。
次に、ベントガス中の有機よう素を除去する本実施形態に係る有機よう素除去剤について具体的に説明する。
＜有機よう素除去剤＞
有機よう素除去剤としては、カチオンとアニオンから構成される物質が用いられる。有機よう素除去剤は、「有機よう素の溶解」、「有機よう素の分解」、「有機よう素の分解物の保持」を行う。これらの３段階によって、ベントガス中の有機よう素が効率的に除去される。
有機よう素除去剤は、１６０℃程度よりも低温で実質的に揮発しない不揮発性を示すことが好ましい。原子炉の事故時には、１００〜１６０℃程度の高温の蒸気のベントが想定されている。湿式フィルタとして働く有機よう素除去剤が不揮発性であれば、高温・高圧のベントガスが導入されたとしても、除去剤自体の揮散を避けることができる。有機よう素除去剤の揮発温度は、好ましくは１６０℃以上、より好ましくは２００℃以上である。
有機よう素除去剤は、ベントガスの温度において液体であることが好ましく、少なくとも大気圧下の１６０℃において液体であることが好ましい。有機よう素除去剤が液体であると、有機よう素の溶解や、有機よう素の分解や、その分解物の溶解を、効率的に進めることができる。有機よう素除去剤は、ベントガスの温度未満においては、液体および固体のいずれであってもよい。
有機よう素除去剤としては、例えば、イオン液体、４級塩、界面活性剤、相間移動触媒等と称される物質を用いることができる。有機よう素除去剤のカチオンとしては、一種を用いてもよいし、複数種を用いてもよい。また、有機よう素除去剤のアニオンとしては、一種を用いてもよいし、複数種を用いてもよい。
有機よう素除去剤としては、例えば、カチオンとアニオンとが互いに化学結合してなく解離した構造であり、カチオンを分子内に有するカチオン分子と、アニオンを分子内に有するアニオン分子と、からなる物質を用いることができる。カチオン分子とアニオン分子とからなるイオン性の物質を用いると、有機よう素除去剤の性質を分子の組み合わせによって比較的容易に制御することができる。
また、有機よう素除去剤としては、カチオンとアニオンとが互いに化学結合しており解離していない１分子で構成された構造であり、カチオンおよびアニオンを分子内に有する双性分子からなる物質を用いることもできる。双性分子を用いると、常温で固体の有機よう素除去剤を比較的容易に得ることができる。常温で固体の有機よう素除去剤は、保管上や取扱上で有利な場合がある。
カチオン（Ｘ＋）とアニオン（Ｙ−）から構成される有機よう素除去剤（Ｘ＋−Ｙ−）において、有機よう素の溶解は、主にカチオン（Ｘ＋）に支配される。また、有機よう素の分解は、主にアニオン（Ｙ−）に支配される。また、有機よう素の分解物の保持は、主にカチオン（Ｘ＋）に支配される。
下記式（１）で表されるように、有機よう素除去剤（Ｘ＋−Ｙ−）によると、有機よう素（ＲＩ）を、よう素イオン（Ｉ−）に分解させることができる。よう素イオン（Ｉ−）は、有機よう素（ＲＩ）と比較して、液相中でより安定であり、カチオン（Ｘ＋）によって安定に保持される。そのため、放射性有機よう素の環境への漏洩を確実に防止することができる。
Ｘ＋−Ｙ− ＋ ＲＩ → Ｘ＋−Ｉ− ＋ Ｒ＋−Ｙ−・・・（１）
また、有機よう素除去剤（Ｘ＋−Ｙ−）によると、カチオン（Ｘ＋）とアニオン（Ｙ−）の適切な選択により、１６０℃以下で実質的に揮発しない不揮発性、１６０〜２００℃前後の高温に耐える耐熱性、高い耐放射線性、高い化学的安定性等が得られる。また、分子同士の相溶性の制御や、液体同士の比重の制御を、多種多様なイオンの組み合わせに基づいて容易に行うことができる。
＜カチオン＞
有機よう素除去剤を構成するカチオンとしては、正電荷を帯びるリン原子（Ｐ）、窒素原子（Ｎ）または硫黄原子（Ｓ）に電子供与基が結合した分子構造を有する有機カチオンが用いられる。なお、このような分子構造は、カチオンのうちの少なくとも一部が有していればよい。
一般的なイオン液体等に用いられている従来のカチオンは、正電荷を帯びる中心原子の全結合手にアルキル基が結合していることが多い。これに対し、正電荷を帯びる中心原子に電子供与基が結合していると、カチオンの求電子性が弱められる。カチオンとアニオンとの相互作用を緩和させることができるため、有機よう素除去剤のアニオンによる有機よう素の分解を促進させることができる。
有機よう素除去剤を構成するカチオンは、正電荷を帯びるカチオンの中心原子に対し、電子供与基に加え、水素原子、または、電子供与基以外の任意の置換基が結合していてよい。カチオンの中心原子には、一つの電子供与基が結合してもよいし、複数の電子供与基が結合してもよい。電子供与基の結合数によって、有機よう素の分解能力、有機よう素の溶解能力、有機よう素除去剤の不揮発性等を調整することができる。
カチオンの中心原子に結合する電子供与基以外の置換基は、炭素原子、水素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびハロゲン原子のうちの一以上で構成される有機基であることが好ましい。電子供与基以外の置換基が有機基であると、有機よう素の分解能力等を比較的容易に確保することができる。
なお、カチオンの中心原子に結合する電子供与基以外の置換基は、単結合のみを有していてもよいし、二重結合や三重結合を有していてもよい。また、電子供与基以外の置換基は、直鎖状であってもよいし、分枝状であってもよい。また、置換基同士で互いに結合して環構造を形成していてもよい。電子供与基以外の置換基には、置換基が更に結合していてもよい。
有機よう素除去剤を構成するカチオンの具体例としては、ホスホニウム、アンモニウム、スルホニウム、ピロリジニウム、ピぺリジニウム、モルホリニウム等の有機カチオンが挙げられる。これらの中心原子に結合する電子供与基以外の置換基は、正電荷を帯びるカチオンの中心原子に、単結合で炭素または酸素が結合していることが好ましい。
有機よう素除去剤を構成するカチオンとしては、ホスホニウムカチオン、アンモニウムカチオン、または、スルホニウムカチオンが好ましい。これらのカチオンによると、置換基の適切な選択によって、有機よう素の溶解能力が高い除去剤を比較的容易に得ることができる。
例えば、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミドは、使用温度において、よう化メチルを溶解せず相分離させる。これに対し、アニオンが同じであり、カチオンが異なるトリヘキシル（テトラデシル）ホスホニウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミドは、よう化メチルを溶解させることができる。
ホスホニウムカチオンとしては、中心原子に１つの電子供与基と３つの有機基が結合した第３級ホスホニウムカチオン、中心原子に２つの電子供与基と２つの有機基が結合した第２級ホスホニウムカチオン、中心原子に３つの電子供与基と１つの有機基が結合した第１級ホスホニウムカチオン等が挙げられる。
アンモニウムカチオンとしては、中心原子に１つの電子供与基と３つの有機基が結合した第３級アンモニウムカチオン、中心原子に２つの電子供与基と２つの有機基が結合した第２級アンモニウムカチオン、中心原子に３つの電子供与基と１つの有機基が結合した第１級アンモニウムカチオン等が挙げられる。
スルホニウムカチオンとしては、中心原子に１つの電子供与基と２つの有機基が結合した第２級スルホニウムカチオン、中心原子に２つの電子供与基と１つの有機基が結合した第１級スルホニウムカチオン等が挙げられる。
有機よう素除去剤を構成するカチオンとしては、有機よう素の除去効率の観点から、中心原子に１つの電子供与基が結合した第３級ホスホニウムカチオン、中心原子に１つの電子供与基が結合した第３級アンモニウムカチオン、中心原子に１つの電子供与基が結合した第２級スルホニウムカチオンが特に好ましい。
カチオンの中心原子に結合する電子供与基以外の置換基は、有機基である場合の炭素数が、好ましくは２以上、より好ましくは４以上、更に好ましくは６以上である。また、炭素数が、好ましくは１４以下、より好ましくは１２以下、更に好ましくは１０以下である。炭素数が２未満であると、１６０℃前後のベントガスの温度において、炭素鎖の熱分解が起こる可能性がある。これに対し、炭素数が２以上であると、比較的高い耐熱性が得られる。
例えば、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヨージドは、１６０℃でカチオンのメチル基が脱離し、自己分解を起こすことが確認されている。しかし、カチオンの中心原子に結合する置換基の炭素数が多くなり、嵩高くなるほど、高い耐熱性や有機よう素の溶解能力が得られるため、有機よう素の除去効率が高くなる。
なお、有機よう素除去剤を構成するカチオンは、置換基同士の分子構造や炭素数が、互いに対称であってもよいし、互いに非対称であってもよい。置換基同士は、有機よう素除去剤に要求される不揮発性や、有機よう素の溶解能力等に応じて、互いに独立に適宜の分子構造や炭素数とすることができる。
電子供与基としては、カチオンの中心原子に結合するその他の置換基、例えば、アルキル基等よりも強い電子供与性を示す限り、適宜の電子供与性の置換基を用いることができる。電子供与基がカチオンの中心原子に結合していると、アルキル基等が結合している従来のカチオンと比較して、カチオンの求電子性が弱められる。有機よう素除去剤を構成するカチオンと、有機よう素除去剤を構成するアニオンとの相互作用を緩和させて、アニオンを有機よう素に対して作用し易くすることができる。
電子供与基としては、例えば、第１級ホスフィノ基、第２級ホスフィノ基、第３級ホスフィノ基等を用いることができる。これらの電子供与基は、リン原子や有機基に任意の置換基を有していてもよい。これらの電子供与基の具体例としては、ホスフィノ基（−ＰＨ２）、アルキルホスフィノ基（−ＰＨＲ）、ジアルキルホスフィノ基（−ＰＲ２）等が挙げられる。
また、電子供与基としては、第１級アミノ基、第２級アミノ基、第３級アミノ基等を用いることができる。これらの電子供与基は、窒素原子や有機基に任意の置換基を有していてもよい。これらの電子供与基の具体例としては、アミノ基（−ＮＨ２）、アルキルアミノ基（−ＮＨＲ）、ジアルキルアミノ基（−ＮＲ２）等が挙げられる。
また、電子供与基としては、スルファニル基（−ＳＨ）、アルキルスルファニル基（−ＳＲ）等を用いることができる。これらの電子供与基は、硫黄原子やアルキル基に置換基を有していてもよい。
また、電子供与基としては、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、アルコキシ基（−ＯＲ）等を用いることができる。これらの電子供与基は、酸素原子やアルキル基に任意の置換基を有していてもよい。
電子供与基に結合する置換基は、炭素原子、水素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびハロゲン原子のうちの一以上で構成される有機基であることが好ましい。電子供与基に結合する置換基が有機基であると、カチオンの中心原子に対する電子供与性を比較的容易に確保することができる。
なお、電子供与基に結合する置換基は、単結合のみを有していてもよいし、二重結合や三重結合を有していてもよい。また、電子供与基に結合する置換基は、直鎖状であってもよいし、分枝状であってもよい。また、置換基同士で互いに結合して環構造を形成していてもよい。電子供与基に結合する置換基には、置換基が更に結合していてもよい。
電子供与基に結合する置換基は、有機基である場合の炭素数が、好ましくは２以上、より好ましくは４以上、更に好ましくは６以上である。また、好ましくは１４以下、より好ましくは１２以下、更に好ましくは１０以下である。炭素数が２未満であると、１６０℃前後のベントガスの温度において、炭素鎖の熱分解が起こる可能性がある。これに対し、炭素数が２以上であると、比較的高い耐熱性が得られる。
カチオンの中心原子に結合する電子供与基以外の置換基や、電子供与基に結合する置換基の具体例としては、エチル基、プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基や、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基等のアルケニル基や、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、ペンチニル基等のアルキニル基や、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基や、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニル基等のアリール基や、ベンジル基、フェネチル基、スチリル基等のアリールアルキル基等が挙げられる。
有機よう素除去剤を構成するカチオンは、カチオンの中心原子に電子供与基が結合した分子構造を有するカチオン分子のみで構成されてもよいし、カチオンの中心原子に電子供与基が結合した分子構造を有するカチオン分子と、カチオンの中心原子に電子供与基が結合していない分子構造を有するカチオン分子と、の組み合わせによって構成されてもよい。
有機よう素除去剤を構成するカチオンを、電子供与基が結合したカチオン分子と電子供与基が結合していないカチオン分子との組み合わせによって構成する場合、電子供与基が結合したカチオン分子の割合は、好ましくは１％以上、より好ましくは３％以上、更に好ましくは５％以上である。但し、電子供与基が結合したカチオン分子の割合は、有機よう素の除去効率や、有機よう素の溶解能力等に応じて任意の割合に調整することができる。
＜アニオン＞
有機よう素除去剤を構成するアニオンとしては、有機よう素に対する求核性を示し、前記のカチオンとの組み合わせにおいて、有機よう素除去剤に要求される不揮発性や、有機よう素の溶解能力が得られる限り、適宜のアニオンを用いることができる。アニオンとしては、有機アニオンおよび無機アニオンのいずれを用いることもできる。
有機よう素除去剤を構成するアニオンとしては、炭素原子（Ｃ）、硫黄原子（Ｓ）、窒素原子（Ｎ）または酸素原子（Ｏ）に負電荷を帯びる有機アニオンや、酸素原子（Ｏ）に負電荷を帯びる無機アニオンや、ハロゲン原子に負電荷を帯びる無機アニオンが好ましい。このようなアニオンであると、中心原子の求核性によって、有機よう素の分解能力が高い有機よう素除去剤を得ることができる。
有機よう素除去剤を構成するアニオンは、負電荷を帯びるアニオンの中心原子に対し、水素原子、または、任意の置換基が結合していてよい。
炭素原子（Ｃ）に負電荷を帯びる有機アニオンの具体例としては、メチルアニオン（Ｈ３Ｃ−）、第１級カルボアニオン（Ｈ２ＲＣ−）、第２級カルボアニオン（ＨＲ２Ｃ−）、第３級カルボアニオン（Ｒ３Ｃ−）、シアン化物イオン（ＮＣ−）、アルキニドアニオン（ＲＣＣ−）等が挙げられる。これらの有機アニオンは、炭素原子や有機基やアルキル基に任意の置換基を有していてもよい。
硫黄原子（Ｓ）に負電荷を帯びる有機アニオンの具体例としては、スルファニドアニオン（ＲＳ−）等が挙げられる。これらの有機アニオンは、硫黄原子に任意の置換基を有していてもよい。
窒素原子（Ｎ）に負電荷を帯びる有機アニオンの具体例としては、アジドアニオン（Ｎ３ −）、第１級アミドアニオン（Ｈ２Ｎ−）、第２級アミドアニオン（ＨＲＮ−）、第３級アミドアニオン（Ｒ２Ｎ−）等が挙げられる。これらの有機アニオンは、窒素原子や有機基に任意の置換基を有していてもよい。
酸素原子（Ｏ）に負電荷を帯びる有機アニオンの具体例としては、アルコキシドアニオン（ＲＯ−）、カルボキシラートアニオン（ＲＣＯ２ −）、亜リン酸アニオン（ＲＰＯ３ −）、亜硫酸アニオン（ＲＳＯ３ −）、リン酸アニオン（ＲＰＯ４ −）、次亜リン酸アニオン（Ｒ２ＰＯ２ −）、メトキシドアニオン（Ｒ３ＣＯ−）等が挙げられる。これらの有機アニオンは、酸素原子やアルキル基に任意の置換基を有していてもよい。
酸素原子（Ｏ）に負電荷を帯びる無機アニオンの具体例としては、水酸化物イオン（ＨＯ−）、亜硝酸アニオン（ＮＯ２ −）、硝酸アニオン（ＮＯ３ −）、フッ化三酸素酸アニオン（ＦＯ３ −）、塩素酸アニオン（ＣｌＯ３ −）、臭素酸アニオン（ＢｒＯ３ −）、よう素酸アニオン（ＩＯ３ −）、フッ化四酸素酸アニオン（ＦＯ４ −）、過塩素酸アニオン（ＣｌＯ４ −）、過臭素酸アニオン（ＢｒＯ４ −）、過よう素酸アニオン（ＩＯ４ −）等が挙げられる。
ハロゲン原子に負電荷を帯びる無機アニオンの具体例としては、フッ化物イオン（Ｆ−）、塩化物イオン（Ｃｌ−）、臭化物イオン（Ｂｒ−）、よう化物イオン（Ｉ−）、三フッ化物イオン（Ｆ３ −）、三塩化物イオン（Ｃｌ３ −）、三臭化物イオン（Ｂｒ３ −）、三よう化物イオン（Ｉ３ −）等が挙げられる。
アニオンに結合する置換基は、単結合のみを有していてもよいし、二重結合や三重結合を有していてもよい。また、アニオンに結合する置換基は、直鎖状であってもよいし、分枝状であってもよい。また、置換基同士で互いに結合して環構造を形成していてもよい。また、アニオンに結合する置換基には、求核性に大きく影響しない限り、置換基が更に結合していてもよい。
アニオンに結合する置換基は、有機基である場合の炭素数が、好ましくは２以上、より好ましくは４以上である。また、炭素数が、好ましくは１２以下、より好ましくは１０以下、更に好ましくは８以下である。炭素数が２未満であると、１６０℃前後のベントガスの温度において、炭素鎖の熱分解が起こる可能性がある。これに対し、炭素数が２以上であると、比較的高い耐熱性が得られる。また、炭素数がある程度少ない方が、立体障害が小さいため、有機よう素の分解能力が高くなる。
アニオンに結合する置換基の具体例としては、カチオンの中心原子に結合する電子供与基以外の置換基や、電子供与基に結合する置換基と同様の置換基が挙げられる。アニオンに結合する置換基は、中心原子の求核性を大きく損なわない限り、フッ素原子、臭素原子等のハロゲン原子や、ホスフィノ基、アミノ基、スルファニル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、ニトロ基、シアノ基等で更に置換されていてもよい。例えば、有機基である場合の炭素に結合する水素原子の一部または全部が、フッ素原子等に置換されていてもよい。
有機よう素除去剤を構成するアニオンとしては、有機よう素の分解能力の観点から、求核性が高いアニオンが好ましく、負電荷を帯びる中心原子が水素原子を除いた分子鎖の末端に位置するアニオンが好ましい。アニオンの分子鎖の末端に位置する中心原子には、電子求引性の置換基や、炭素数が多い置換基や、嵩高い置換基が、結合していないことが好ましい。アニオンの中心原子には、アルキル基等の電子供与性の置換基が置換されていてもよい。
例えば、第１級アミドアニオン（Ｈ２Ｎ−）と比較して、第３級アミドアニオン（Ｒ２Ｎ−）等は、負電荷を帯びる窒素原子が分子鎖の末端に位置するため、求核性が弱くなり、有機よう素の分解能力が低くなる。これに対し、中心原子が分子鎖の末端に位置する第１級有機アニオン、無機アニオン等によると、有機よう素を効率的に分解することができる。
有機よう素除去剤を構成するアニオンとしては、イオン液体のアニオンとして一般的に用いられているヘキサフルオロホスフェート、アセテート、スルホナート等と比較して、求核性が高い点、加水分解を生じ難い点、フィルタベント容器に注入された場合にスクラビング水のｐＨを変化させ難い点等から、具体例として挙げる、炭素原子（Ｃ）、硫黄原子（Ｓ）、窒素原子（Ｎ）または酸素原子（Ｏ）に負電荷を帯びる有機アニオンや、酸素原子（Ｏ）に負電荷を帯びる無機アニオンや、ハロゲン原子に負電荷を帯びる無機アニオンが好ましい。
次に、本実施形態に係る有機よう素除去剤を用いた有機よう素の除去の実施例について具体的に説明する。
図２は、有機よう素除去剤による有機よう素の除去効率および有機よう素除去剤の化学構造の具体例を示す図である。
図２には、有機よう素を含むガスを有機よう素除去剤に通気し、通気後に測定された有機よう素の量を、初期量に対する割合（除去効率）として計算した結果を示している。有機よう素除去剤としては、Ａ〜Ｇの７種を用いた。Ｄ〜Ｇの除去効率の結果は、ＣとＤ〜Ｇとを混合した混合剤の結果である。混合剤に入れたＤ〜Ｇの量は９％である。
図２のＡは、トリヘキシル（テトラデシル）ホスホニウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミドである。
図２のＢは、トリヘキシル（テトラデシル）ホスホニウムジシアナミドである。
図２のＣは、トリヘキシル（テトラデシル）ホスホニウムクロリドである。
図２のＤは、ホスファニルジヘキシル（テトラデシル）ホスホニウムクロリドである。
図２のＥは、アミノジヘキシル（テトラデシル）ホスホニウムクロリドである。
図２のＦは、チオールジヘキシル（テトラデシル）ホスホニウムクロリドである。
図２のＧは、ヒドロキシジヘキシル（テトラデシル）ホスホニウムクロリドである。
試験条件は、フィルタベントの実機条件に近い、よう化メチル濃度が５０ｐｐｍ、温度が１６０℃、滞留時間が０．５ｓｅｃである。
図２のＡのように、カチオンがトリヘキシル（テトラデシル）ホスホニウム、アニオンがビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミドイオンでは、よう化メチルの除去効率が１％以下である。
また、図２のＢのように、カチオンがトリヘキシル（テトラデシル）ホスホニウム、アニオンがジシアナミドでは、よう化メチルの除去効率が５０％である。
また、図２のＣのようには、カチオンがトリヘキシル（テトラデシル）ホスホニウム、アニオンが塩化物イオンでは、よう化メチルの除去効率が９９％である。
有機よう素の分解は、アニオンによる求核性に支配される。具体的には、負電荷を帯びる原子の塩基性や、負電荷を帯びる原子周辺の立体構造に支配される。図２のＡやＢのアニオンがＣと比べて求核性が低くなる要因としては、負電荷を帯びる窒素原子に嵩高い置換基が結合しており、立体障害が大きく、分解の反応が阻害されることが挙げられる。
したがって、一般的なアニオンであるＰＦ６ −、ＢＦ４ −、ＦｅＣｌ４ −、ＡｌＣｌ４ −、Ａｌ２Ｃｌ７ −等は、負電荷を帯びる原子（リン原子、ホウ素原子、鉄原子、アルミニウム原子）に置換基（フッ素原子、塩素原子）が結合しており、立体障害が大きいため、よう化メチルの除去性能を期待できない。
これに対し、アニオンが塩化物イオンであり、図２のＤのように、カチオンがホスファニルジヘキシル（テトラデシル）ホスホニウムの場合や、図２のＥのように、カチオンがアミノジヘキシル（テトラデシル）ホスホニウムの場合や、図２のＦのように、カチオンがスルファニルジヘキシル（テトラデシル）ホスホニウムの場合や、図２のＧのように、カチオンがヒドロキシジヘキシル（テトラデシル）ホスホニウムの場合、よう化メチルの除去効率が９９．９％である。
図２のＤ〜Ｇは、カチオンの中心原子に電子供与基が結合しているため、カチオンの求電子性が弱められ、カチオンとアニオンとの相互作用が緩和されて、アニオンによる有機よう素の分解が促進されたと考えられる。有機よう素除去剤のアニオンは、分解によって生じるよう素イオンを安定に保持することから、よう素を含む化学種の揮発が殆どなかったものと考えられる。
また、フィルタベント容器において、有機よう素除去剤とスクラビング水とを併用する場合、スクラビング水がアルカリ性であるため、分解によって生じるよう素イオンを容器内に安定に保持することができるといえる。
一方、アニオンの求核性が高い場合であっても、有機よう素除去剤が有機よう素を溶解しない場合、有機よう素を除去することができない。例えば、求核性が高いアニオンと有機よう素を溶解しないカチオンとを有する１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヨージドでは、有機よう素を殆ど除去できないことが確認されている。
また、有機よう素除去剤が有機よう素を溶解する場合であっても、中性分子の場合、有機よう素を除去することができない。例えば、中性分子であり、よう化メチル等を溶解するトリオクチルアミン（Ｎ（Ｃ８Ｈ１７）３）では、有機よう素を殆ど除去できないことが確認されている。よって、有機よう素除去剤としては、カチオンとアニオンから構成されるイオン性の物質が有効であるといえる。
以上の有機よう素除去剤は、図１に示すようなフィルタベント装置１００に用いることもできるし、有機よう素の除去が要求される他の用途に用いることもできる。例えば、有機よう素除去剤は、原子炉格納容器のウェットウェルの圧力抑制プールや、原子炉施設に備えられるオフガス装置等に用いることができる。また、未使用核燃料や使用済み核燃料等を含む核燃料物質の保管容器や輸送容器、取り替えまたは解体された炉内構造物の保管容器や輸送容器等の遮蔽構造として用いることができる。
以上の有機よう素除去剤によると、有機よう素除去剤を構成するカチオンの中心原子に電子供与基が結合しているため、カチオンの求電子性が弱められ、カチオンとアニオンとの相互作用を緩和させて、アニオンによる有機よう素の分解を促進させることができる。有機よう素が分解されると、有機よう素に含まれていた放射性よう素が、有機よう素除去剤に捕集され易くなる。よって、有機よう素の溶解、有機よう素の分解、および、有機よう素の分解物の保持の３段階によって、流体中の有機よう素を効率的に除去することができる。
また、以上の有機よう素除去剤を用いたフィルタベント装置（有機よう素除去装置）１００によると、有機よう素を除去する有機よう素除去剤１２０を入れるフィルタベント容器１（容器）と、有機よう素を含むベントガス（流体）を有機よう素除去剤１２０に導入するためのドライウェルベント配管（導入配管）３、ウェットウェルベント配管（導入配管）４、および、入口配管（導入配管）７と、を備えているため、有機よう素を高い除去率で除去することが可能である。
そのため、フィルタベント装置（有機よう素除去装置）１００では、有機よう素除去剤を単独で用いて、ベントガスを処理することもできる。この有機よう素除去剤によると、原子炉格納容器から放出されるベントガスについて、有機よう素の想定量の９９．９％以上を除去することができる。有機よう素の捕集の効率化によって、ベントガスの湿式フィルタに対する滞留時間を短くすることができるため、有機よう素除去剤やスクラビング水の使用量を削減したり、フィルタベント容器を小型化したりすることができる。
また、以上の有機よう素除去剤によると、湿分の影響を大きく受けることがなく、大気中への放射性よう素の放出を効率的に阻止することができるため、複雑な構造のフィルタベント装置が不要になる。特許文献２に記載された技術のように、有機よう素の除去系統を複雑化させることなく、有機よう素除去剤を単独で用いる簡易的な設計にすることができる。よって、処理コストの増大も抑制することができる。また、大掛かりな装置を導入する必要がないため、現存するフィルタベント装置に適用することも可能であり、フィルタベント装置の静的システムを維持することができる。
また、以上の有機よう素除去剤としては、イオン液体、４級塩、界面活性剤、相間移動触媒等に分類される物質を用いることができる。特に、イオン液体は、不揮発性が高い性質を有しており、原子炉の事故時にフィルタベント装置に流入するとされる約２００℃のベントガスに対して、十分な耐熱性を有している。また、イオン液体は、耐放射性にも優れており、放射性物質等の基質を高濃度に溶解させる性質を有している。有機よう素は、水に難溶であり、高揮発性の物質である。イオン液体を用いると、イオンの相互作用等によって、放射性物質の除去効率を効率化させることができる。また、界面活性剤、４級塩、相間移動触媒等を用いた場合にも、同様に高い除去効率を得ることができる。
また、以上の有機よう素除去剤によると、約２００℃のベントガスに対して、液体の状態で使用することができる。そのため、原子炉の事故時においても、有機よう素の溶解性能や分解性能、分解物の保持性能を、安定的に維持することができる。よって、原子炉の事故が収束するまでの長期間にわたって、ベントガス中の有機よう素の除去を継続することができる。
以上、本発明に係る有機よう素除去剤、および、これを用いた有機よう素除去装置の実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、技術的範囲を逸脱しない限り、様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、或る実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えたり、或る実施形態の構成に他の構成を加えたりすることが可能である。また、或る実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、構成の削除、構成の置換をすることも可能である。
例えば、前記のフィルタベント装置１００は、ドライウェル２１とウェットウェル２２に接続されている。しかしながら、有機よう素除去剤を用いるフィルタベント装置は、ドライウェルおよびウェットウェルのいずれか一方に接続されてもよい。また、フィルタベント装置は、ドライウェルおよびウェットウェルのそれぞれに個別に設置されてもよい。フィルタベント装置に接続されるベント配管等の配管系統は、原子炉格納容器内の適宜の箇所に接続することができる。
また、前記のフィルタベント装置１００は、有機よう素除去剤１２０が保管容器１２からフィルタベント容器１に注入される構成になっている。しかしながら、有機よう素除去剤１２０は、原子炉の事故前に、フィルタベント容器１に予め貯留させておいてもよい。
また、前記のフィルタベント容器１においては、スクラビング水１１０と有機よう素除去剤１２０とが併用されている。しかしながら、フィルタベント容器１において、有機よう素除去剤１２０のみを使用し、スクラビング水１１０を使用しないこともできる。或いは、フィルタベント容器１において、スクラビング水１１０のみを使用し、有機よう素除去剤１２０を別容器で使用することもできる。別容器は、フィルタベント容器１に対して上流側および下流側のいずれに配置することもできる。
また、前記のフィルタベント装置１００に関して、原子炉の形式は、特に制限されるものではない。原子炉としては、沸騰水型原子炉（Boiling Water Reactor：ＢＷＲ）、改良型沸騰水型原子炉（Advanced Boiling Water Reactor：ＡＢＷＲ）、加圧水型原子炉（Pressurized Water Reactor：ＰＷＲ）等の各種の形式に適用することができる。有機よう素除去剤として使用可能なイオン液体等は、一般産業向けに実用化されている。放射性物質で汚染されたイオン液体等は、例えば、特表２００３−５０７１８５号に記載された方法等で処理・再生することができる。
１ フィルタベント容器（容器）
２ 原子炉格納容器
３ ドライウェルベント配管（導入配管）
４ ウェットウェルベント配管（導入配管）
５ 隔離弁
６ 隔離弁
７ 入口配管（導入配管）
８ 金属フィルタ
９ 出口配管
１０ 排気筒
１２ 保管容器
１３ 注入配管
１４ 注入弁
２０ 原子炉圧力容器
２１ ドライウェル
２２ ウェットウェル
１００ フィルタベント装置（有機よう素除去装置）
１１０ スクラビング水
１２０ 有機よう素除去剤

Claims (14)

  1. 有機よう素を除去する有機よう素除去剤であって、前記有機よう素除去剤は、カチオンとアニオンから構成される物質であり、前記カチオンは、リン原子、窒素原子または硫黄原子に電子供与基が結合した分子構造を有する有機よう素除去剤。
  2. 請求項１に記載の有機よう素除去剤であって、
    前記有機よう素除去剤は、前記カチオンを有するカチオン分子と、前記アニオンを有するアニオン分子と、からなる有機よう素除去剤。
  3. 請求項１に記載の有機よう素除去剤であって、
    前記有機よう素除去剤は、前記カチオンと前記アニオンを有する双性分子からなる有機よう素除去剤。
  4. 請求項１に記載の有機よう素除去剤であって、
    前記カチオンは、ホスホニウムカチオン、アンモニウムカチオン、または、スルホニウムカチオンである有機よう素除去剤。
  5. 請求項１に記載の有機よう素除去剤であって、
    前記カチオンは、前記電子供与基が結合した分子構造を有するカチオン分子のみからなる有機よう素除去剤。
  6. 請求項１に記載の有機よう素除去剤であって、
    前記カチオンは、前記電子供与基が結合した分子構造を有するカチオン分子と、前記電子供与基が結合していない分子構造を有するカチオン分子と、からなる有機よう素除去剤。
  7. 請求項１に記載の有機よう素除去剤であって、
    前記電子供与基は、前記リン原子、前記窒素原子または前記硫黄原子に一以上結合している有機よう素除去剤。
  8. 請求項１に記載の有機よう素除去剤であって、
    前記電子供与基は、置換基を有していてもよい第１級ホスフィノ基、置換基を有していてもよい第２級ホスフィノ基、または、置換基を有していてもよい第３級ホスフィノ基である有機よう素除去剤。
  9. 請求項１に記載の有機よう素除去剤であって、
    前記電子供与基は、置換基を有していてもよい第１級アミノ基、置換基を有していてもよい第２級アミノ基、または、置換基を有していてもよい第３級アミノ基である有機よう素除去剤。
  10. 請求項１に記載の有機よう素除去剤であって、
    前記電子供与基は、スルファニル基、または、置換基を有していてもよいアルキルスルファニル基である有機よう素除去剤。
  11. 請求項１に記載の有機よう素除去剤であって、
    前記電子供与基は、ヒドロキシ基、または、置換基を有していてもよいアルコキシ基である有機よう素除去剤。
  12. 請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の有機よう素除去剤であって、
    前記置換基は、炭素原子、水素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびハロゲン原子のうちの一以上で構成された置換基である有機よう素除去剤。
  13. 請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の有機よう素除去剤であって、
    前記置換基は、単結合、二重結合および三重結合のうちの一以上で構成された置換基である有機よう素除去剤。
  14. 有機よう素を除去する有機よう素除去装置であって、
    有機よう素を除去する有機よう素除去剤を入れる容器と、
    有機よう素を含む流体を前記有機よう素除去剤に導入するための導入配管と、を備え、
    前記有機よう素除去剤は、カチオンとアニオンから構成される物質であり、前記カチオンは、リン原子、窒素原子または硫黄原子に電子供与基が結合した分子構造を有する有機よう素除去装置。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4695561A (en) * 1983-06-22 1987-09-22 Deitz Victor R Chemically impregnated in situ regeneration of the efficiency of activated carbon filters for trapping radioactive iodine
JP2002350588A (ja) * 2001-05-25 2002-12-04 Ebara Corp ヨウ素除去フィルタ及びヨウ素除去装置
JP2012250198A (ja) * 2011-06-03 2012-12-20 Kaneka Corp ヨウ素酸イオンの除去・吸着方法
WO2016045980A1 (en) * 2014-09-22 2016-03-31 Westinghouse Electric Sweden Ab A method for cleaning contaminated gas
CN106554272A (zh) * 2015-09-24 2017-04-05 中国石油化工股份有限公司 一种脱除有机酸中碘离子的方法
KR20190105459A (ko) * 2018-03-05 2019-09-17 국방과학연구소 개질된 금속-유기 골격체의 방사성 가스 제거 용도

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3471544A (en) * 1966-12-22 1969-10-07 Dow Chemical Co Phosphonium zwitterion
GB9919606D0 (en) 1999-08-19 1999-10-20 British Nuclear Fuels Plc Process for recycling ionic liquids

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4695561A (en) * 1983-06-22 1987-09-22 Deitz Victor R Chemically impregnated in situ regeneration of the efficiency of activated carbon filters for trapping radioactive iodine
JP2002350588A (ja) * 2001-05-25 2002-12-04 Ebara Corp ヨウ素除去フィルタ及びヨウ素除去装置
JP2012250198A (ja) * 2011-06-03 2012-12-20 Kaneka Corp ヨウ素酸イオンの除去・吸着方法
WO2016045980A1 (en) * 2014-09-22 2016-03-31 Westinghouse Electric Sweden Ab A method for cleaning contaminated gas
CN106554272A (zh) * 2015-09-24 2017-04-05 中国石油化工股份有限公司 一种脱除有机酸中碘离子的方法
KR20190105459A (ko) * 2018-03-05 2019-09-17 국방과학연구소 개질된 금속-유기 골격체의 방사성 가스 제거 용도

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