国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学大学院工学研究科の尾上 順 教授は、国立大学法人東京工業大学科学技術創成研究院ゼロカーボンエネルギー研究所の竹下 健二 教授（研究当時）らとの共同研究で、絵の具の材料として古くから知られているプルシアンブルー（PB：紺青）ナノ粒子が、希少金属と知られているルテニウム・ロジウム・パラジウムイオンと、PB骨格を構成する鉄イオンとを置換することにより、高い収着性能を有することを見出しました。
ルテニウム・ロジウム・パラジウムの白金族元素（PGMs）は、高レベル放射性廃液中に多く含まれ、ガラス固化プロセスにおいてガラス溶融炉側壁に沈積することで、様々な問題（安定運転への弊害、ガラス固化体の品質低下・発生量の増大）を引き起こす厄介者として知られています。本研究では、古くから知られているプルシアンブルー（PB）のジャングルジム型ナノ空間に着目し、PBナノ粒子を用いて、PGMsの収着実験を行ったところ、既往の収着材（活性炭やゼオライトなどの粘土層）に比べて高い収着性能を有することを見出し、その要因が、PB骨格の鉄イオンとの置換であることを解明しました。これまでPBのナノ空間に電荷中性の役割で存在する1価のカリウムイオンとイオン交換により、1価のセシウムイオンが挿入されることは知られていましたが、多価イオンであるPGMsが、PB内に取り込まれる機構は明らかにされていませんでした。
この成果は、高レベル放射性廃棄物のガラス固化プロセスの問題を解決するだけでなく、希少金属リサイクルに採用されている多段階かつ複雑な現行プロセスの改善に期待されます。
本研究成果は、2022年3月24日付国際科学雑誌「Scientific Reports」オンライン版に掲載されました。
本研究は、文部科学省原子力共同研究プログラム及び中部電力一般公募の支援のもとで行われたものです。
・サブナノ空間を有するジャングルジム型構造を有するプルシアンブルー（PB）が、骨格を構成する鉄イオンと置換することで、白金族元素を高効率に収着する。
・高レベル放射性廃棄ガラス固化プロセスおよび希少金属のリサイクルプロセスへの応用が期待できる。
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雑誌名：Scientific Reports
論文タイトル：The uptake characteristics of Prussian-blue nanoparticles for rare metal ions for recycling of precious metals from nuclear and electronic wastes
著者：Shinta Watanabe, Yusuke Inaba, Miki Harigai, Kenji Takeshita, and Jun Onoe
DOI: 10.1038/s41598-022-08838-1
URL: https://www.nature.com/articles/s41598-022-08838-1
