Development of simulating moving bed chromatography system for production of lithium-6 used as blanket material

本研究の目的は，核融合ブランケット材である高濃縮リチウム6の生産に適した模擬流動層クロマトグラフィーシステムの開発である．本研究を構成する主要項目は，①プロセスシミュレーションによる吸着剤開発指針の調査，②粒径の小さいシリカビーズを担体とした新奇吸着剤の開発，③模擬流動層クロマトグラフィーによるリチウム同位体分離実験，④核融合炉ブランケット用リチウム6濃縮設備の基礎設計である．令和4年度は，このうち，項目①と②を中心に行った．項目①について，単一の吸着カラム内のバルク流れ，境膜移動，粒内拡散，吸脱着の全ての物質移動過程を境界条件により接続して直接計算するモデルを開発した．模擬流動層は複数の吸着カラムから構成され，また，それら複数のカラムを4つのゾーンに分ける．模擬流動層で有意に分離が行われるためには，これら4つのゾーンに課せられる条件があり，内径4.6 mm，充填長25 cmのカラムを用いて流量20 ml/minで処理を行う場合には，カラム切り替え周期が3.5×103 sと見積もられ，プロセスとして成立可能であることを確かめた．項目②については，Phenomenex社製Luna HILICシリカビーズを担体とし，この細孔内に，ビスフェノールA，ベンゾ15クラウン5，トリクロロ酢酸を原料として，ベンゾ15クラウン5樹脂を合成することで，吸着剤を調製した．収率約75 %で約2 gを得て，不純物を取り除いて約1.7 gの最終製品を得た．

本研究の目的は，核融合ブランケット材である高濃縮リチウム6の生産に適した模擬流動層クロマトグラフィーシステムの開発である．本研究を構成する主要項目は，①プロセスシミュレーションによる吸着剤開発指針の調査，②粒径の小さいシリカビーズを担体とした新奇吸着剤の開発，③模擬流動層クロマトグラフィーによるリチウム同位体分離実験，④核融合炉ブランケット用リチウム6濃縮設備の基礎設計である．令和4年度は，このうち，項目①と②を中心に行った．項目①について，単一の吸着カラム内のバルク流れ，境膜移動，粒内拡散，吸脱着の全ての物質移動過程を境界条件により接続して直接計算するモデルを開発した．模擬流動層は複数の吸着カラムから構成され，また，それら複数のカラムを4つのゾーンに分ける．模擬流動層で有意に分離が行われるためには，これら4つのゾーンに課せられる条件があり，内径4.6 mm，充填長25 cmのカラムを用いて流量20 ml/minで処理を行う場合には，カラム切り替え周期が3.5×103 sと見積もられ，プロセスとして成立可能であることを確かめた．項目②については，Phenomenex社製Luna HILICシリカビーズを担体とし，この細孔内に，ビスフェノールA，ベンゾ15クラウン5，トリクロロ酢酸を原料として，ベンゾ15クラウン5樹脂を合成することで，吸着剤を調製した．収率約75 %で約2 gを得て，不純物を取り除いて約1.7 gの最終製品を得た．