平成28年4月27日
国立研究開発法人森林総合研究所

木材成分を原料とした全く新しい高性能なセシウム沈殿剤を発見

概要

国立研究開発法人 森林総合研究所（以下「森林総研」という）は、東京農工大学とともに木材の主要成分の一つであるリグニンから微生物による発酵によって生産されるPDC（2-ピロン-4,6-ジカルボン酸）という物質が、全く新しいセシウム沈殿剤として利用できることを発見しました。

背景

2011年3月に発生した東日本大震災に伴い過酷事故に至った福島第一原子力発電所では、現在でも溶け落ちた燃料の冷却が続けられており、また建屋への地下水流入もあることから、日々汚染水が発生しています。現在も汚染水は浄化した上で貯蔵されていますが、発生した汚染水の浄化や発電所外の除染等のため、セシウムの除去技術の高度化は引き続き重要な課題と考えられます。

経緯

森林総研は、木材の主要成分の一つであるリグニンの新たな利用法を目指して、微生物発酵により2-ピロン-4,6-ジカルボン酸（PDC）という物質の生産システムを開発してきました。PDCは、ペットボトルなどの原料となるテレフタル酸と同様に、環状構造に2つの反応性の高いカルボキシル基を持つため、プラスチックやフィルムなどの原料になることがわかっています。我々は、このPDCを大量に発酵生産するプロセスを開発する過程で、PDCがアルカリ金属の一つであるナトリウムと錯体^1）を形成し沈殿を生じる性質があることを発見しました。そこで、東京農工大学との共同研究において同じアルカリ金属に属し放射能汚染水に含まれる主要放射性核種^2）であるセシウムとの作用を調べたところ、ナトリウムよりもセシウムとの反応性が非常に高いことがわかりました。 

内容・意義

これまで、水の中でアルカリ金属と錯体を形成し沈殿を生じる化合物の報告はほとんどありません。今回我々は、PDCをプラスチック原料として生産するプロセスを検討している過程で、偶然にもPDCが水の存在下でアルカリ金属との錯体を形成するという非常に珍しい性質を持つことを発見しました。また、アルカリ金属の中でも特にセシウムとの反応性が高く、同じアルカリ金属のナトリウムが10倍の濃度で存在していても、優先的にセシウムと錯体を形成し沈殿を生じることがわかりました。PDCとセシウムの錯体構造をX線回折法^3）により分析した結果、ナトリウムとの錯体とは異なる構造であり、セシウムとより相互作用が強く密な錯体を作っていることがわかりました。

今回森林総研が発見した新しいセシウム沈殿剤は、従来法のゼオライトによる非選択的な吸着法やプルシアンブルーによる化学的吸着法と比較して遜色ないものと考えています。また、リグニンという木材成分由来のため環境負荷が少なく大量投与が可能なだけでなく、海水中に含まれるナトリウムが共存していても選択的にセシウムを沈殿させることができます。 

今後の予定・期待

放射性セシウムは、福島第一原子力発電所内で発生している放射能汚染水の主要な放射性核種です。PDCは、海水とセシウムが混ざった場合でも有効に働くと考えられます。

今後は、もう一つの主要放射性核種であるストロンチウムとPDCの反応性を詳細に調べます。また本沈殿剤の実用化に向けて、PDCを高密度に固定したカラムの設計や製造等を産学官での意見交換も行いながら推進し、高効率な除去システムの検討を行っていきたいと考えています。 

用語の解説

¹⁾ 錯体
金属イオンに金属ではない原子（配位子）が結合した化合物のことを錯体といいます。

²⁾ 放射性核種
放射能を持つ原子を指します。原子力発電所で燃料として使用されていたウランが崩壊すると、様々な種類の原子が放出されます。この中で放射能を持つ主要な原子の一つにセシウムがあります。

³⁾ X線回折法
錯体の形成条件によって大きな結晶を作ることが出来ます。この結晶にX線をあてて、そのX線の回折を解析することによって結晶中の分子構造を明らかにすることが出来ます。この方法をX線回折法といいます。

共同研究機関

東京農工大学工学部