マイクロ波を利用した再生透過性反応性バリア(MW-PRB)。概念実証とCs除去への応用

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Chemosphere.2020 Jul;251:126582. S0045-6535(20)30775-X. doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.126582.Epub 2020-03-24.

マイクロ波を利用した再生透過性反応性バリア(MW-PRB)。概念実証とCs除去への応用

Microwave based regenerating permeable reactive barriers (MW-PRBs): Proof of concept and application for Cs removal.

Pietro P Falciglia
Erica Gagliano
Vincenza Brancato
Graziella Malandrino
Guglielmo Finocchiaro
Alfio Catalfo
Guido De Guidi
Stefano Romano
Paolo Roccaro
Federico G A Vagliasindi

PMID: 32443243 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.126582.

抄録

本研究では、マイクロ波(MW)と結合した透過性反応性バリア(PRB)の概念を、Cs汚染水を対象とした原位置再生技術として評価した。本研究では、マイクロ波を用いた透過性反応性バリア(PRB)の概念を、Cs汚染水の原位置再生技術として、マイクロ波を用いて評価した。主な結果は、MW照射中のGACの温度上昇が約680℃まで急速に上昇することを示した。これは、GACの優れた誘電特性(ε'=13.8)により、MW電力を熱に変換するGACの強力な能力を強調している。物理的特性の解析から、GACの細孔容積と比表面積は再生サイクル数に応じて変化することが明らかになった。GAC再生効率の変化はこの挙動を反映しており、最大値は約112%(5サイクル目)であった。最終的なGACの重量減少は約7%であり、MW照射中にGACの寿命が維持されていることを示している。カラム試験の結果、GACは昇華/気化及びベーパーストリッピングセシウム除去機構により、動的条件下でもMW照射により再生可能であり、再生効果は時間依存的であることが確認された。また、ブレークスルー曲線の形状から、MW照射による大きな効果が確認された。これらの知見は、提案した概念の実現可能性を実証するとともに、そのスケールアップの指針となる重要なデータを提供している。

The present study evaluates the concept of permeable reactive barrier (PRB) coupled with microwaves (MWs) as in situ-regenerating technology with focus on Cs-contaminated water. Experimental and modelling results data from batch and column tests were carried out, evaluating several chemical-physical and environmental parameters. Main results showed a very rapid increase in GAC temperature during MW irradiation up to ∼680 °C. This highlights the GAC strong ability to transform MW power into heat due to GAC excellent dielectric properties (ε' = 13.8). Physical characterization revealed that GAC pore volume and specific surface area change with the number of regeneration cycles. GAC regeneration efficiency variation reflects this behaviour with a maximum value of ∼112% (5th cycle). The final GAC weight loss of ∼7% further demonstrates GAC life span preservation during MW irradiation. Results from column tests confirms that GAC can be regenerated by MW also in dynamic condition, due to sublimation/vaporization and vapour stripping Cs removal mechanisms and that the regeneration effectiveness is time-dependent. The breakthrough curve shape confirms significant benefits from MW irradiation. Overall, obtained finding demonstrated the feasibility of the proposed concept, also providing essential data to guide its scaling-up application.