長寿命核分裂生成物の回収を目指した溶融塩中におけるガラス固化体の電解還元

在熔盐中电解还原玻璃化材料以回收长寿命裂变产物

• 批准号: 17J08901
• 负责人: 片所 優宇美
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J08901/
• 关键词: 溶融塩電解; 模擬ガラス固化体; 酸化ホウ素; 原子力発電; 長寿命核分裂生成物; ガラス固化体; 電解還元; 多元素分析; 高温電気化学

模擬ガラス固化体を構成する酸化物のうち2番目に多いB2O3の電解還元挙動に関して検討を行った。B2O3は融点が753 Kと、研究対象としている電解浴1123 Kよりはるかに低い。これまで、塩化物系の溶融塩を使用した例では、Yin et al. [1]が報告している溶融CaCl2-NaCl中における固体CaB2O4からの電解還元が挙げられる。しかし、O2－イオン存在下でB2O3を浴中へ溶解させた場合の電気化学的還元挙動についての研究は行われていない。そこで本研究では、CaOを浴に添加することによりB2O3を浴中に溶解させ、1123 Kの溶融NaCl-CaCl2-CaO中におけるホウ素の電気化学挙動の検討を行った。タングステン線電極を用いて電気化学測定を行った結果、ホウ素を含む化学種の還元を示唆するピークが観測された。また、同電極を用い、定電流電解を行ったところ、黒色の電析物が得られた。電析物をXRD分析した結果、CaB6が生成していることが分かった。電極断面のEDSマッピング分析の結果、電析物は均一で、単体Bは電析されていなかった。上記の結果より、溶融CaCl2-CaO中におけるSiO2の電解還元挙動と同様に、O2－イオン存在下では、酸化物であるB2O3が浴に溶解し、電析により回収できることが分かった。その際、単体ホウ素としてではなく、CaB6として電析されることが分かった。[1] H. Yin, D. Tang, X. Mao, W. Xiao and D. Wang, J. Mater. Chem. A., 3, 15184-15189 (2015).

我们研究了 B2O3 的电解还原行为，B2O3 是模拟玻璃化中第二常见的氧化物。 B2O3 的熔点为 753 K，远低于研究对象的 1123 K 电解槽。迄今为止，使用氯化物熔盐的一个例子包括由 Yin 等人报道的在熔融 CaCl2-NaCl 中电解还原固体 CaB2O4。然而，尚未对 B2O3 在 O2− 离子存在下溶解在浴中时的电化学还原行为进行研究。因此，在本研究中，我们通过添加 CaO 将 B2O3 溶解在镀液中，并研究了硼在 1123 K 熔融 NaCl-CaCl2-CaO 中的电化学行为。使用钨丝电极进行电化学测量的结果是，观察到表明含硼物质减少的峰。此外，当使用同一电极进行恒流电解时，获得黑色沉积物。沉积物的 XRD 分析表明生成了 CaB6。电极截面的EDS图分析的结果是，析出物均匀，没有析出元素B。由以上结果发现，与SiO2在熔融CaCl2-CaO中的电解还原行为类似，在O2-离子存在下，氧化物B2O3溶解在镀液中，并可通过电沉积回收。当时发现CaB6不是以元素硼的形式沉积的。 [1] H. Yin, D. Tang, X. Mao, W. Shaw 和 D. Wang, J. Mater., 3, 15184-15189 (2015).

项目成果

Behaviors of Si, B, Al, and Na during Electrochemical Reduction of Borosilicate Glass in Molten CaCl2

硼硅酸盐玻璃在熔融 CaCl2 中电化学还原过程中 Si、B、Al 和 Na 的行为

• DOI: 10.1149/2.1201707jes
• 发表时间: 2017
• 期刊: Journal of The Electrochemical Society
• 影响因子: 3.9
• 作者: Katasho Yumi;Yasuda Kouji;Nohira Toshiyuki
• 通讯作者: Nohira Toshiyuki

Electrochemical Reduction of Vitrified Nuclear Waste Simulant in Molten CaCl2

熔融氯化钙中玻璃化核废料模拟物的电化学还原

• 发表时间: 2018
• 作者: Yumi Katasho;Kouji Yasuda;Toshiyuki Nohira
• 通讯作者: Toshiyuki Nohira