[논문]방사성 액체 폐기물 내 우라늄 흡착에 대한 활성탄의 표면 처리 영향

장재덕; 이근우; 송기찬; 강호; 오원진

문제 정의

강염기로 표면 처리하여 화학적 특성을 변화시키고자 하였다. 표면 처리 방법에 따라 할성탄 표면의 산도.
따라서 본 연구는 우라늄에 대한 활성탄의 흡착능을 향상시키기 위한 표면 처리 방법에 따론 활성탄의 화학적 특성 변화와 수용액 상의 PH 변화에 따른 우라늄의 흡착 특성에 대하여 실험적으로 고찰하였다.
공정의 유지보수 비용 측면에서도 1/10 정도로 저렴하다. 따라서 활성탄을 이용하여 방사성 액체 폐기믈 내에 잔존하는 우라늠을 제거하고자 하였다. 그러나 이온 교환 수지에 비해 많은 장점이 있음에도 불구하고 하성탄은수용액 상의 중금속2,3)이나 방사성 핵종4,5)의 흡착제거에 많이 이용되지 못하였다.

가설 설정

- 흡착된 이은들 사이에는 상호 작용이 없다.
우라늄 이온에 대한 낮은 흡착눙으로 인하여 활성탄이 방사성 액체 페기물 처리공정에 효과적으로 적용되지 못하고 있다. 7)활성탄을 이용하여 우라늄을 포함한 금속 이온을 흡착 제거하고자 할 때에는 활성탄의 기공구조. 비표면적.

제안 방법

표면 처리 활성탄의 우라늄 흡착에 대한 pH 영향을 살펴보기 위하여 0.1 N HW6와 0.1 N NaOH 용액을 이용하여 우라늄 농도 50 mg/" 부피 40 mL인 수용액을 초기 pH 2~9로 조정하고 표면 처리 활성탄 0.05 g을 이용하여 30X: 상에서 48시간 교반하면서 실험을 실시하였다. 흡착 후 우라늄 용액의 pH롤 기록하고.
강산, 강염기를 이용하여 표면 처리한 활성탄의 물리 화학적 특성과 우라늄 흡착량 변화를 조사하였다. 강산.
첫번쪠 방법은. 산처리 방법 (OAC)으로 7 N HNO₃올 이용하여 6 mL HNO₃ : 1 g AC 비율로 혼합하여 11시간 동안 안정화시킨 후 후드 내에 설치된 항온조에서 80~90℃로 가열하면서 10시간 동안 교반하였다. 산처리된 활성탄은 초순수를 이용하여 15회 이상 충분히 세척 후 10SC에서 24시간 건조하여 데시게이터에 보관하였다.
우라늄의 농도는 Arsenazo(m)발색 시약을 이용히여 분광 광도기 (Spectronic 1201, Milton Roy) 로 측정하였다: 또한 용액내 우라늄 농도를 25~600 mg/e. 용액의 초기 pH 3, 4로 고정하고 둥온 평형 흡착 실험을 진행하여 평형 흡착량을 측정하였다.
흡착 후 우라늄 용액의 pH롤 기록하고. 우라늄 용액을 membrane filter(0.45 μm)로 여과 후 잔류 우라늄 농도를 분석하였다. 우라늄의 농도는 Arsenazo(m)발색 시약을 이용히여 분광 광도기 (Spectronic 1201, Milton Roy) 로 측정하였다: 또한 용액내 우라늄 농도를 25~600 mg/e.
활성탄의 물리적 특성을 알기 위해 BET-N₂ 분석 올 하였고. 활성탄 표면의 화학적 특성을 분석하기 위해 Boehm14)이 제시한 중화 적정법과 SEM- EDAX 분석을 실시하였다.
흡착 실험은 희분식 교반 실험 장치룔 이용하여 실시하였다. 표면 처리 활성탄의 우라늄 흡착에 대한 pH 영향을 살펴보기 위하여 0.

대상 데이터

NaaCOa 0.1 N 표준 염기 용액을 사용하였다. 150P에서 충분히 건조된 활성탄 1 g을 각각의 표준 염기 용액 100 mISO 넣고 질소 분위기하에서 30P로 온도룔 고정 한 후 48시간 동안 교반 하였다.
본 실험에서는 국내의 H(주)에서 제조한 할 성탄을 325-500 mesh 크기로 체 분리하여 사응하였다. 체 분리한 할성탄 내의 불순물을 제거하기 위해 초순수를 이용하여 충분히 세척한 후 105P에서 24 시간 이상 건조하여 실은에서 데시게이터에 보관하였다.
1 N H0로 역적 정하여 측정하였다. 용액내의 우라늄 농도는 시약용 우라늄인 UO₂(NO₃)6H₂O (Merck Co.)을 일정량 초순수에 희석하여 사용하였다.

이론/모형

세번째 방법은. 산처리후 염기처리 방법(Na-OAC) 으로 산처리한 활성탄을 이용하여 염기처리 과정을 다시 실시하였다.
하였고. 활성탄 표면의 화학적 특성을 분석하기 위해 Boehm14)이 제시한 중화 적정법과 SEM- EDAX 분석을 실시하였다.

성능/효과

용액의 pH가 3. 4 일 때 표면 처리 활성탄을 이용한 우라늄의 등은 평형 흅착실험 결과는 Freundlich isotherm을 이용하여 모사한 결과에 잘 부합되었으며. Fig.
'* 용액의 pH 변화에 따론 우라늄 흡착량의 변화는 표면 관능기의 해리도와 우라늄 이온의 분포 형태의 변화로 나타난 결과라고 할 수 있다. pH가증가할수륵 표면 관능기의 해리도가 증가하여 이온교환 비을이 중가되고 횹착되는 우라늄의 형태가 단량체에서 중량체, 삼량체 형태로 변화되어 분자량이 커진 우라늄의 비율이 증가하면서 우라늄 홉착량이향상되는 결과를 가져왔다. 용액의 pH가 중가하여 pH 7 이상이 되면 우라늄 흡착 제거을이 감소하는 경향을 나타내는데.
관능기량을 증가시킬 수 있었고. 또한 우라늄 흅착 과정에서 용액의 pH가 초기 pH 보다 증가됨으로써 우라늄 흅착량을 크게 증가시킬 수 있었다.
활성탄 표면에 형성된 표면 관능기량은 우라늄흡착량에 직접적인 영향을 미친다. 산처리 활성탄과산처리 후 염기처리 활성탄이 처리 전 활성탄이나 염기처리 활성탄에 비하여 표면 관능기량이 크게 중가됨으로써 우라늄 이온의 흡착 제거을이 크게 중가하는 결과가 나타났다.
등온 평형 흡착 실험에서 전체적으로 산처리후 염기처리 활성탄이 산처리 활성탄 비하여 높은 pH를 형성하고 있다. 용액의 pH 변화에 따른 우라늄 흡착 제거을 변화예 미치는 영향에 관한 위의 실험 결과에서 알 수 있듯이 용액의 pH 증가에 따라 우라늄 흡착량울 증가시키는데 산처리 후 염기처리 활성탄의 경우 산처리 활성탄에 비하여 높은 평형 pH을 형성함으로써 우라늄 흡착량을 크게 중가시키고 있음을 관찰할 수 있었다.
표면 처리 활성탄을 이용한 우라늄 흡착예서 표면 관능기 량이 크게 중가된 산처리 활성탄은 처리전 활성탄에 비하여 우라늄 최대 흡착량이 3~5배 중가하였고, 산처리 후 염기처리 활성탄은 표면 관능기량의 증가뿐만 아니라 용액의 pH 증가에 따른 영향으로 처리 전 활성탄에 비하여 7~11배 증가하였다. 이러한 결과를 통해 활성탄을 이용한 우라늄 흡착은 활성탄 표면에 형성된 관능기 량과 용액의 pH 변화에 크게 지배를 받는다는 것을 알 수 있다.
처리 전 할 성탄에 비해 산처리 활성탄과 산처리 후 염기처리 활성탄의 미세기공(micropore)의 부피가 감소하고 중 기공 meso pore)의 부피가 증가함을 알 수 있다. 이와 같은 분석 결과로 볼 때 활성탄의 표면 처리 과정에서 미세기공(micropore)의 기공셀이 파괴되어 중 기공(mesopore)으로 발달되면서 비표면적이 감소하는 것을 알 수 있다.
1은 활성탄의 표면 처리 방법에 따른 기공 크기의 분포 변화룔 나타내고 있다. 처리 전 할 성탄에 비해 산처리 활성탄과 산처리 후 염기처리 활성탄의 미세기공(micropore)의 부피가 감소하고 중 기공 meso pore)의 부피가 증가함을 알 수 있다. 이와 같은 분석 결과로 볼 때 활성탄의 표면 처리 과정에서 미세기공(micropore)의 기공셀이 파괴되어 중 기공(mesopore)으로 발달되면서 비표면적이 감소하는 것을 알 수 있다.
그러나 산처리 활성탄이나 산처리후 염기처리 활성탄처럼 산처리 과정을 거친 활성탄에서는 표면 관능기량이 크게 증가되었다. 표면 처리 활성탄을 이용한 우라늄 흡착예서 표면 관능기 량이 크게 중가된 산처리 활성탄은 처리전 활성탄에 비하여 우라늄 최대 흡착량이 3~5배 중가하였고, 산처리 후 염기처리 활성탄은 표면 관능기량의 증가뿐만 아니라 용액의 pH 증가에 따른 영향으로 처리 전 활성탄에 비하여 7~11배 증가하였다. 이러한 결과를 통해 활성탄을 이용한 우라늄 흡착은 활성탄 표면에 형성된 관능기 량과 용액의 pH 변화에 크게 지배를 받는다는 것을 알 수 있다.
활성탄을 강산을 이용한 산처리 과정 이후 강염기를 이용한 염기처리 방법으로 표면 처리함으로써 표면 관능기량을 증가시킬 수 있었고. 또한 우라늄 흅착 과정에서 용액의 pH가 초기 pH 보다 증가됨으로써 우라늄 흅착량을 크게 증가시킬 수 있었다.

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