원자력 에너지의 이용 과정에서 필연적으로 발생하는 방사성폐기물의 처리 문제와 방사선 피폭 문제는 인간의 생명과 생태계 파괴, 심각한 환경문제 등 생태계에 유출 시 치명적인 피해를 주지만, 산업화와 경제성장에 필요한 에너지를 공급받기 위하여 원자력발전소 계발의 의존할 수 밖에없는 실정이다. 특히 원자력 에너지의 의존할 수 밖에 없는 우리나라의 경우 대내외적으로 원자력 사고로 인한 피해가 발생할 가능성이 높다. 현재 방사능 핵종의 위험성에 대한 불안감이 커지면서 ...
원자력 에너지의 이용 과정에서 필연적으로 발생하는 방사성폐기물의 처리 문제와 방사선 피폭 문제는 인간의 생명과 생태계 파괴, 심각한 환경문제 등 생태계에 유출 시 치명적인 피해를 주지만, 산업화와 경제성장에 필요한 에너지를 공급받기 위하여 원자력발전소 계발의 의존할 수 밖에없는 실정이다. 특히 원자력 에너지의 의존할 수 밖에 없는 우리나라의 경우 대내외적으로 원자력 사고로 인한 피해가 발생할 가능성이 높다. 현재 방사능 핵종의 위험성에 대한 불안감이 커지면서 방사성 핵종을 제거하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 그 중 흡착제를 이용한 제거방법이 가장 경제적이고, 널리 사용되고 있다. 하지만 여러 공동이온이 존재하는 해수 속에서의 흡착제거 연구는 아직 미미한 실정이다. 본 실험에서는 해수 및 담수 내에 생물흡착제인 알긴산(Alginic acid (ALG))을 사용하였으며, ALG 비드의 단점인 강도, 팽윤성을 보완시킴과 더불어 제거효율을 더욱 강화시키고자 ALG 용액에 MnO2 Powder를 혼합하여 개질된 ALG/MnO2 비드를 제조한 후 방사성 핵종인 스트론튬과 코발트를 제거하고자 하였다. 실험은 우선 SEM, FT-IR, XRD, TGA, Micro-Fatigue Tester, 팽윤성 실험을 이용한 ALG 비드 및 ALG/MnO2 비드의 특성분석을 통하여 흡착제가 가지고 있는 고유의 성질들과 흡착원리들을 파악하고자 하였으며, 최적의 흡착제를 제조하기 위한 실험을 진행한 결과 ALG/MnO2 비드 제조 시 ALG에 대한 MnO2의 적정 혼합비율(ALG: MnO2, W/W)은 5 : 1.5이고, 0.2 M의 가교용액에서 높은 흡착용량을 나타났으며, 앞서 특성분석결과들을 고려하여 최적의 조건으로 선정하였다. 최적의 흡착제를 제조한 후 두 흡착제를 이용하여 pH, 투입량에 따른 스트론튬, 코발트 제거실험을 통해 두 흡착제의 흡착양상을 평가하였으며, 실제 해수와 증류수로 제조한 표준용액을 이용하여 간섭이온, 방사성 핵종 이성분 공존 실험, 온도, 초기농도, 흡착시간 따른 스트론튬, 코발트 제거실험을 통해 원수의 물리·화학적 특성이 흡착제에 미치는 영향을 평가하였다. ALG 비드 및 ALG/MnO2 비드의 경우 흡착제와 방사성핵종은 pH에 따른 화학적 성질의 영향을 받아 pH 3-8에서 흡착성능이 상승하였으며, 흡착제의 등전점이 6-7이고, 해수의 pH가 7-8인 점을 고려해 해수에서의 적용이 적절한 것을 확인하였다. 두 흡착제 모두 간섭이온보다 난분해성 유기물로 인한 방해를 많이 받았으나, ALG/MnO2 비드가 ALG 비드보다 간섭인자의 방해를 크게 받지 않았다. 이성분 방사성 핵종이 공존하여 존재할 시, ALG 비드의 경우 Sr2+, ALG/MnO2 비드의 경우 Co2+ 에서 선택적 흡착이 크게 나타났다. ALG 비드, ALG/MnO2 비드의 등온흡착모델, 반응속도모델 결과 Sr2+, Co2+에서의 흡착 모두 Langmuir에 더 높은 상관성이 나타났고, Sr2+흡착에서 두 흡착제 모두 유사 2차 속도식, Co2+흡착에서 ALG 비드는 유사1차속도식, ALG/MnO2 비드는 유사 2차속도식에 더 높은 상관성을 나타냈다. 열역학적 모델 결과 ALG 비드, ALG/MnO2 비드 모두 Sr2+, Co2+의 물리적 흡착이고, 표준 엔탈피 변화 ( ⃤ H )가 양수를 띄며, 온도가 올라갈수록 흡착용량이 커지므로 흡착제 모두 Sr2+, Co2+의 흡착에서 흡열반응임을 확인하였다. 실 공정에서의 적용 가능성을 평가하기 위하여 재사용 흡착실험과 미니컬럼을 이용한 연속식 실험을 진행하였다. 재사용결과 탈착용액 CaCl2 사용이 비드의 화학적 구조를 변화시키지 않고 여러 번의 재생에 있어 HNO3 보다 높은 제거율을 보여주어 더 경제적이고, 효율적인 것으로 나타났다. 증류수를 이용한 표준용액과 재흡착실험결과 두 흡착제 모두 4회차까지 80 % 이상의 제거율을 보이며, 해수를 이용한 표준용액의 경우 탈착용액 CaCl2 사용에서의 ALG/MnO2 비드의 제거율은 50 % 이상으로 ALG 비드보다 ALG/MnO2 비드의 재사용이 더욱 효율적이었다. 해수에서의 연속식 실험결과 높은 간섭이온으로 흡착제의 Sr2+, Co2+에서의 흡착 파과시간은 짧았으며, 파과시간과 종말시간을 통해 스트론튬의 ALG 비드가 ALG/MnO2 비드보다 스트론튬에 흡착선택성이 높고, 코발트는 ALG/MnO2 비드가 ALG 비드보다 코발트에 흡착선택성이 높게 나타냈다. 스트론튬에서의 두 흡착제의 종말점에 도달하는 시간은 동일한 반면 코발트에서 ALG 비드의 종말점에 도달하는 시간은 ALG/MnO2 비드보다 24 hr 가량 짧았으며, 본 실험에서 해수에서의 흡착제로 ALG/MnO2 비드의 사용이 ALG비드보다 적절한 것으로 판단되었다.
원자력 에너지의 이용 과정에서 필연적으로 발생하는 방사성폐기물의 처리 문제와 방사선 피폭 문제는 인간의 생명과 생태계 파괴, 심각한 환경문제 등 생태계에 유출 시 치명적인 피해를 주지만, 산업화와 경제성장에 필요한 에너지를 공급받기 위하여 원자력발전소 계발의 의존할 수 밖에없는 실정이다. 특히 원자력 에너지의 의존할 수 밖에 없는 우리나라의 경우 대내외적으로 원자력 사고로 인한 피해가 발생할 가능성이 높다. 현재 방사능 핵종의 위험성에 대한 불안감이 커지면서 방사성 핵종을 제거하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 그 중 흡착제를 이용한 제거방법이 가장 경제적이고, 널리 사용되고 있다. 하지만 여러 공동이온이 존재하는 해수 속에서의 흡착제거 연구는 아직 미미한 실정이다. 본 실험에서는 해수 및 담수 내에 생물흡착제인 알긴산(Alginic acid (ALG))을 사용하였으며, ALG 비드의 단점인 강도, 팽윤성을 보완시킴과 더불어 제거효율을 더욱 강화시키고자 ALG 용액에 MnO2 Powder를 혼합하여 개질된 ALG/MnO2 비드를 제조한 후 방사성 핵종인 스트론튬과 코발트를 제거하고자 하였다. 실험은 우선 SEM, FT-IR, XRD, TGA, Micro-Fatigue Tester, 팽윤성 실험을 이용한 ALG 비드 및 ALG/MnO2 비드의 특성분석을 통하여 흡착제가 가지고 있는 고유의 성질들과 흡착원리들을 파악하고자 하였으며, 최적의 흡착제를 제조하기 위한 실험을 진행한 결과 ALG/MnO2 비드 제조 시 ALG에 대한 MnO2의 적정 혼합비율(ALG: MnO2, W/W)은 5 : 1.5이고, 0.2 M의 가교용액에서 높은 흡착용량을 나타났으며, 앞서 특성분석결과들을 고려하여 최적의 조건으로 선정하였다. 최적의 흡착제를 제조한 후 두 흡착제를 이용하여 pH, 투입량에 따른 스트론튬, 코발트 제거실험을 통해 두 흡착제의 흡착양상을 평가하였으며, 실제 해수와 증류수로 제조한 표준용액을 이용하여 간섭이온, 방사성 핵종 이성분 공존 실험, 온도, 초기농도, 흡착시간 따른 스트론튬, 코발트 제거실험을 통해 원수의 물리·화학적 특성이 흡착제에 미치는 영향을 평가하였다. ALG 비드 및 ALG/MnO2 비드의 경우 흡착제와 방사성핵종은 pH에 따른 화학적 성질의 영향을 받아 pH 3-8에서 흡착성능이 상승하였으며, 흡착제의 등전점이 6-7이고, 해수의 pH가 7-8인 점을 고려해 해수에서의 적용이 적절한 것을 확인하였다. 두 흡착제 모두 간섭이온보다 난분해성 유기물로 인한 방해를 많이 받았으나, ALG/MnO2 비드가 ALG 비드보다 간섭인자의 방해를 크게 받지 않았다. 이성분 방사성 핵종이 공존하여 존재할 시, ALG 비드의 경우 Sr2+, ALG/MnO2 비드의 경우 Co2+ 에서 선택적 흡착이 크게 나타났다. ALG 비드, ALG/MnO2 비드의 등온흡착모델, 반응속도모델 결과 Sr2+, Co2+에서의 흡착 모두 Langmuir에 더 높은 상관성이 나타났고, Sr2+흡착에서 두 흡착제 모두 유사 2차 속도식, Co2+흡착에서 ALG 비드는 유사1차속도식, ALG/MnO2 비드는 유사 2차속도식에 더 높은 상관성을 나타냈다. 열역학적 모델 결과 ALG 비드, ALG/MnO2 비드 모두 Sr2+, Co2+의 물리적 흡착이고, 표준 엔탈피 변화 ( ⃤ H )가 양수를 띄며, 온도가 올라갈수록 흡착용량이 커지므로 흡착제 모두 Sr2+, Co2+의 흡착에서 흡열반응임을 확인하였다. 실 공정에서의 적용 가능성을 평가하기 위하여 재사용 흡착실험과 미니컬럼을 이용한 연속식 실험을 진행하였다. 재사용결과 탈착용액 CaCl2 사용이 비드의 화학적 구조를 변화시키지 않고 여러 번의 재생에 있어 HNO3 보다 높은 제거율을 보여주어 더 경제적이고, 효율적인 것으로 나타났다. 증류수를 이용한 표준용액과 재흡착실험결과 두 흡착제 모두 4회차까지 80 % 이상의 제거율을 보이며, 해수를 이용한 표준용액의 경우 탈착용액 CaCl2 사용에서의 ALG/MnO2 비드의 제거율은 50 % 이상으로 ALG 비드보다 ALG/MnO2 비드의 재사용이 더욱 효율적이었다. 해수에서의 연속식 실험결과 높은 간섭이온으로 흡착제의 Sr2+, Co2+에서의 흡착 파과시간은 짧았으며, 파과시간과 종말시간을 통해 스트론튬의 ALG 비드가 ALG/MnO2 비드보다 스트론튬에 흡착선택성이 높고, 코발트는 ALG/MnO2 비드가 ALG 비드보다 코발트에 흡착선택성이 높게 나타냈다. 스트론튬에서의 두 흡착제의 종말점에 도달하는 시간은 동일한 반면 코발트에서 ALG 비드의 종말점에 도달하는 시간은 ALG/MnO2 비드보다 24 hr 가량 짧았으며, 본 실험에서 해수에서의 흡착제로 ALG/MnO2 비드의 사용이 ALG비드보다 적절한 것으로 판단되었다.
Radioactive waste disposal and radiation exposure, which inevitably occur in the process of using nuclear energy, cause a fatal damage to the ecosystem, such as destruction of human life and the ecosystem and serious environmental problems, in the event of their leakage into the ecosystem, but there...
Radioactive waste disposal and radiation exposure, which inevitably occur in the process of using nuclear energy, cause a fatal damage to the ecosystem, such as destruction of human life and the ecosystem and serious environmental problems, in the event of their leakage into the ecosystem, but there is no choice but to rely on the development of nuclear power plants in order to be supplied with energy necessary for industrialization and economic growth. In particular, Korea has a high possibility of damage from nuclear power accidents internally and externally because it has no choice but to rely on nuclear energy. Active studies are currently underway to remove radionuclides as anxiety about their danger increases, and among methods to remove them, a method using an adsorbent is the most economical and widely used. However, there are still few studies on removal of several common ions existing in seawater through adsorption. Alginic acid (ALG), a bioabsorbent, was used in seawater and freshwater for this experiment, and the author attempted to remove radionuclides of strontium and cobalt after making modified ALG/MnO2 beads by mixing MnO2 powder into ALG solution not only to supplement strength and swellability of ALG beads, which are their disadvantages, but also to further enhance removal efficiency. First, an experiment was conducted through a characteristic analysis of ALG beads and ALG/MnO2 beads using SEM, FT-IR, XRD, TGA, micro-fatigue tester, and a swelling test to figure out the unique properties and adsorption principles of the adsorbent, and as a result of conducting an experiment to make an optimal adsorbent, the proper mixing ratio of MnO2 to ALG (ALG:MnO2, W/W) was 5:1.5 when the ALG/MnO2 beads were made and high adsorption capacity was shown in 0.2 M cross-linking solution, which were selected as the optimal conditions in consideration of the previous characteristic analysis result. After making optimal adsorbent s, the author evaluated the adsorption patterns of the two adsorbents through a removal experiment of strontium and cobalt according to their pH values and input amounts and then evaluated an effect of the physical and chemical properties of raw water on the adsorbents through a removal experiment of strontium and cobalt according to interfering ions, experiment on the coexisting binary radionuclides, temperature, initial concentration, and adsorption time by using a standard solution prepared from real seawater and distilled water. For ALG beads and ALG/MnO2 beads, it was confirmed that an adsorption performance of the adsorbents and radionuclides increased at pH 3-8 due to an influence by the chemical properties according to pH, and given the isoelectric points of the adsorbents with 6-7 and the pH of the seawater with 7-8, it was appropriate to apply them in the seawater. The two adsorbents were more disturbed by non-biodegradable organics than by the interfering ions, but the ALG/MnO2 beads were not significantly disturbed by an interference factor than the ALG beads. In case of the coexistence of the binary radionuclides, selective adsorption in Sr2+ for the ALG beads and Co2+ for the ALG/MnO2 beads was significantly shown. As a result of an isothermal adsorption model and a reaction rate model of ALG beads and ALG/MnO2 beads, it was shown that both of Sr2+ and Co2+ had a higher correlation with Langmuir, and Sr2+ adsorption of both of the two adsorbents, Co2+ adsorption of the ALG beads, and Co2+ adsorption of the ALG/MnO2 beads had a higher correlation with the pseudo-second-order, the pseudo-first-order, and the pseudo-second-order rate equations, respectively. As a result of a thermodynamic model, it was confirmed that both the ALG beads and the ALG/MnO2 beads physically adsorbed Sr2+ and Co2+, the standard enthalpy change (⃤ H) was positive, and Sr2+ and Co2+ adsorption of both adsorbents was an endothermic reaction because their adsorption capacity got larger as the temperature increased. A continuous experiment was conducted by using an adsorption test on a reused adsorbent and a mini column in order to evaluate its applicability in the actual process. As a result of reuse, it was shown that using a desorption solution with CaCl2, was more economical and efficient because it did not change the chemical structures of the beads and had a higher removal rate than HNO3 in their several regenerations. As a result of conducting an experiment on a standard solution using distilled water with CaCl2 and re-adsorption, both adsorbents showed a removal rate of 80% or more until the fourth experiment, and for a standard solution using seawater, the removal rate of the ALG/MnO2 beads was 50% or more in the use of a desorption solution with CaCl2, which were more efficient than the ALG beads. As a result of conducting a continuous experiment in seawater, it was shown that the breakthrough time in adsorption for Sr2+ and Co2+ of the adsorbents was short because of the ions with high interference, and through the breakthrough and end times, the ALG beads had higher adsorption selectivity to strontium than the ALG/MnO2 beads, and the adsorption selectivity to cobalt was higher on the ALG/MnO2 beads than on the ALG beads. For strontium, the time it took to reach the endpoints of the two adsorbents was the same, whereas the time it took to reach the endpoints of the ALG beads for cobalt was about 24 hours shorter than the ALG/MnO2 beads, and in this experiment, it was judged that using the ALG/MnO2 beads as adsorbents in seawater was more appropriate rather than using the ALG beads.
Radioactive waste disposal and radiation exposure, which inevitably occur in the process of using nuclear energy, cause a fatal damage to the ecosystem, such as destruction of human life and the ecosystem and serious environmental problems, in the event of their leakage into the ecosystem, but there is no choice but to rely on the development of nuclear power plants in order to be supplied with energy necessary for industrialization and economic growth. In particular, Korea has a high possibility of damage from nuclear power accidents internally and externally because it has no choice but to rely on nuclear energy. Active studies are currently underway to remove radionuclides as anxiety about their danger increases, and among methods to remove them, a method using an adsorbent is the most economical and widely used. However, there are still few studies on removal of several common ions existing in seawater through adsorption. Alginic acid (ALG), a bioabsorbent, was used in seawater and freshwater for this experiment, and the author attempted to remove radionuclides of strontium and cobalt after making modified ALG/MnO2 beads by mixing MnO2 powder into ALG solution not only to supplement strength and swellability of ALG beads, which are their disadvantages, but also to further enhance removal efficiency. First, an experiment was conducted through a characteristic analysis of ALG beads and ALG/MnO2 beads using SEM, FT-IR, XRD, TGA, micro-fatigue tester, and a swelling test to figure out the unique properties and adsorption principles of the adsorbent, and as a result of conducting an experiment to make an optimal adsorbent, the proper mixing ratio of MnO2 to ALG (ALG:MnO2, W/W) was 5:1.5 when the ALG/MnO2 beads were made and high adsorption capacity was shown in 0.2 M cross-linking solution, which were selected as the optimal conditions in consideration of the previous characteristic analysis result. After making optimal adsorbent s, the author evaluated the adsorption patterns of the two adsorbents through a removal experiment of strontium and cobalt according to their pH values and input amounts and then evaluated an effect of the physical and chemical properties of raw water on the adsorbents through a removal experiment of strontium and cobalt according to interfering ions, experiment on the coexisting binary radionuclides, temperature, initial concentration, and adsorption time by using a standard solution prepared from real seawater and distilled water. For ALG beads and ALG/MnO2 beads, it was confirmed that an adsorption performance of the adsorbents and radionuclides increased at pH 3-8 due to an influence by the chemical properties according to pH, and given the isoelectric points of the adsorbents with 6-7 and the pH of the seawater with 7-8, it was appropriate to apply them in the seawater. The two adsorbents were more disturbed by non-biodegradable organics than by the interfering ions, but the ALG/MnO2 beads were not significantly disturbed by an interference factor than the ALG beads. In case of the coexistence of the binary radionuclides, selective adsorption in Sr2+ for the ALG beads and Co2+ for the ALG/MnO2 beads was significantly shown. As a result of an isothermal adsorption model and a reaction rate model of ALG beads and ALG/MnO2 beads, it was shown that both of Sr2+ and Co2+ had a higher correlation with Langmuir, and Sr2+ adsorption of both of the two adsorbents, Co2+ adsorption of the ALG beads, and Co2+ adsorption of the ALG/MnO2 beads had a higher correlation with the pseudo-second-order, the pseudo-first-order, and the pseudo-second-order rate equations, respectively. As a result of a thermodynamic model, it was confirmed that both the ALG beads and the ALG/MnO2 beads physically adsorbed Sr2+ and Co2+, the standard enthalpy change (⃤ H) was positive, and Sr2+ and Co2+ adsorption of both adsorbents was an endothermic reaction because their adsorption capacity got larger as the temperature increased. A continuous experiment was conducted by using an adsorption test on a reused adsorbent and a mini column in order to evaluate its applicability in the actual process. As a result of reuse, it was shown that using a desorption solution with CaCl2, was more economical and efficient because it did not change the chemical structures of the beads and had a higher removal rate than HNO3 in their several regenerations. As a result of conducting an experiment on a standard solution using distilled water with CaCl2 and re-adsorption, both adsorbents showed a removal rate of 80% or more until the fourth experiment, and for a standard solution using seawater, the removal rate of the ALG/MnO2 beads was 50% or more in the use of a desorption solution with CaCl2, which were more efficient than the ALG beads. As a result of conducting a continuous experiment in seawater, it was shown that the breakthrough time in adsorption for Sr2+ and Co2+ of the adsorbents was short because of the ions with high interference, and through the breakthrough and end times, the ALG beads had higher adsorption selectivity to strontium than the ALG/MnO2 beads, and the adsorption selectivity to cobalt was higher on the ALG/MnO2 beads than on the ALG beads. For strontium, the time it took to reach the endpoints of the two adsorbents was the same, whereas the time it took to reach the endpoints of the ALG beads for cobalt was about 24 hours shorter than the ALG/MnO2 beads, and in this experiment, it was judged that using the ALG/MnO2 beads as adsorbents in seawater was more appropriate rather than using the ALG beads.
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