자연수에 존재할 가능성이 있는 $Pu^{3+}$, $Pu^{4+}$, $PuO_2{^+}$, $PuO_2{^{2+}}$ 상태의 플루토늄을 이온크로마토그래피로 분리하는 방법을 연구하였다. 각각 $SiO^-$, SiO-$SO_3{^-}$작용기를 가진 이온교환체를 충전한 두 컬럼을 이용하는 방법과, Dionex사 AG11컬럼에 oxalate/$HNO_3$ 용리액을 사용하여 IC로 분리하는 두 가지 방법을 시도하였다. 예비실험으로서 플루토늄과 화학적 성질이 유사하며 산화수가 안정한 $Eu^{3+}$, $Th^{4+}$, $NpO_2{^+}$, $UO_2{^{2+}}$을 사용하여 분리조건을 얻었다. 이 분리조건을 플루토늄에 적용시켰을 때, $SiO^-$, SiO-$SO_3{^-}$ 이온교환체를 이용한 방법은 산화수별 플루토늄을 성공적으로 분리할 수 있었다. 그러나 IC를 사용한 방법은 oxalate 용액에서 $Pu^{3+}$가 쉽게 $Pu^{4+}$로 산화되며, $PuO_2{^{2+}}$도 $PuO_2{^+}$로 환원되어 분리가 곤란하였다.
자연수에 존재할 가능성이 있는 $Pu^{3+}$, $Pu^{4+}$, $PuO_2{^+}$, $PuO_2{^{2+}}$ 상태의 플루토늄을 이온크로마토그래피로 분리하는 방법을 연구하였다. 각각 $SiO^-$, SiO-$SO_3{^-}$작용기를 가진 이온교환체를 충전한 두 컬럼을 이용하는 방법과, Dionex사 AG11컬럼에 oxalate/$HNO_3$ 용리액을 사용하여 IC로 분리하는 두 가지 방법을 시도하였다. 예비실험으로서 플루토늄과 화학적 성질이 유사하며 산화수가 안정한 $Eu^{3+}$, $Th^{4+}$, $NpO_2{^+}$, $UO_2{^{2+}}$을 사용하여 분리조건을 얻었다. 이 분리조건을 플루토늄에 적용시켰을 때, $SiO^-$, SiO-$SO_3{^-}$ 이온교환체를 이용한 방법은 산화수별 플루토늄을 성공적으로 분리할 수 있었다. 그러나 IC를 사용한 방법은 oxalate 용액에서 $Pu^{3+}$가 쉽게 $Pu^{4+}$로 산화되며, $PuO_2{^{2+}}$도 $PuO_2{^+}$로 환원되어 분리가 곤란하였다.
The ion chromatography for the separation of plutonium species which are suggested to be $Pu^{3+}$, $Pu^{4+}$, $PuO_2{^+}$ and $PuO_2{^{2+}}$ in natural water was studied. Two separation methods were performed; 1) two-column method containing each of ...
The ion chromatography for the separation of plutonium species which are suggested to be $Pu^{3+}$, $Pu^{4+}$, $PuO_2{^+}$ and $PuO_2{^{2+}}$ in natural water was studied. Two separation methods were performed; 1) two-column method containing each of $SiO^-$ and SiO-$SO_3{^-}$ cation exchanger, 2) IC with AG11 column and the eluent of oxalate/nitric acid. Separation conditions for $Eu^{3+}$, $Th^{4+}$, $NpO_2{^+}$, $UO_2{^{2+}}$ in place of plutonium species were acquired from preliminary tests. When these conditions were applied to separate the plutonium species, two-column method was separated them successfully. However, the IC method with oxalate eluent was difficult in the separation of plutonium species due to the change of $Pu^{3+}$ and $PuO_2{^{2+}}$ to $Pu^{4+}$ and $PuO_2{^+}$ respectively.
The ion chromatography for the separation of plutonium species which are suggested to be $Pu^{3+}$, $Pu^{4+}$, $PuO_2{^+}$ and $PuO_2{^{2+}}$ in natural water was studied. Two separation methods were performed; 1) two-column method containing each of $SiO^-$ and SiO-$SO_3{^-}$ cation exchanger, 2) IC with AG11 column and the eluent of oxalate/nitric acid. Separation conditions for $Eu^{3+}$, $Th^{4+}$, $NpO_2{^+}$, $UO_2{^{2+}}$ in place of plutonium species were acquired from preliminary tests. When these conditions were applied to separate the plutonium species, two-column method was separated them successfully. However, the IC method with oxalate eluent was difficult in the separation of plutonium species due to the change of $Pu^{3+}$ and $PuO_2{^{2+}}$ to $Pu^{4+}$ and $PuO_2{^+}$ respectively.
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문제 정의
3-5그러나 이 방법은 절차가 복잡하며 냉각시키거나 산(acid)을 가하는 중간과정에서 산화수가 변할 수도 있다. 따라서 본 연구에서는 Gehmecker 둥**이사용 한 양이온교환수지 방법으로 산화수별 플루토늄을 분리하는 방법을 검토하였으며, 보다 간편한 방법으로 oxalate를 용리액으로 사용하여 상용화된 음이온컬럼으로 분리 하는 크로마토그래피 법을 개 발하고자 하였다.
제안 방법
Eu3+, Th4+, NpO2+, UO22+을 이용한 예비실험에서 얻어진 두 종류의 분리조건을 이용하여 산화수가 각각 다른 플루토늄 시료에 적용하였다. 이때 Pu3+, Pu4 +, PuO2+, PuO2"의 완전한 분리를 위하여 탈착액의 농도 및 부피를 조절하였다.
0 V를 걸어줌으로서 PuO22+을 조제하였다J 이렇게 얻은 PuO2#+ 용액의 일부를 취하여 NaOH로 pH를 3으로 조절한 후 두 전극사이에 -978 mV를 걸어주어 PuO2-를 조제하였는데, 이 반응은 5분 이내에 진행되었다. 각 과정에서 얻은 산화수별 플루토늄의 생성물은 Cohen8 이 얻은 UV-Visible 스펙트럼과 비교하여 확인하였다.
용리된 이온들중 Ei3+과 UO22+가 흡착력이 강한 2차 SCX컬럼에서 흡착되며, NpO2+은두 컬럼 모두에 흡착되지 않고 곧바로 용리되었다. 그 후 흡착된 이온들을 적절한 산으로 탈착시킨 다음 탈착액을 분석하여 이온들의 분리를 확인하였다. 실제 처분장 지하수에서 플루토늄의 농도가 ICP-MS 검출한계 이하로 존재할 가능성도 있는데, 이 방법을 이용하면 교환체에 의하여 플루토늄을 측정가능한 농도로 농축시키는 효과도 얻을 수 있다.
둘째 방법으로는 기존의 상품화된 음이온컬럼 (AG11, Dionex Co.)을 이용하여 분리된 원소를 바로 ICP-MS로 검출하는 방법으로서 그 구성도를 Fig. 3에 나타내었다. 이 방법을 사용하면 10-8M 정도의 플루토늄도 측정할 수 있는데, 기존의 UV-Visible spec- troscopy를 이용한 방법보다 검출한계가 약 1/1, 000 이하로 낮다.
산화제 혹은 환원제를 플루토늄 용액에 가하거나 전기화학적 방법으로 산화수가 다른 플루토늄 용액을 조제하였다. 아르곤 분위기에서 1.
2에 나타내었다. 세척한 Si60, SCX를 약 0.2g씩 충전한 컬럼을 각각 1차, 2차 컬럼으로하여 서로 연결한 후, 0.01 M HC1O4 용액에 EiP+, Th4+, NpO2+, UO22+ 을 각각 100ng/ml 씩 혼합한 용액 OS ml를 1차 컬럼에 주입하였다. 그 후 두 컬럼을 분리하여 1차 컬럼을 5.
이 방법을 사용하면 10-8M 정도의 플루토늄도 측정할 수 있는데, 기존의 UV-Visible spec- troscopy를 이용한 방법보다 검출한계가 약 1/1, 000 이하로 낮다. 용리액으로는 0.25 M oxalic acid에 질산의 농도를 변화시키면서 가하여 각 원소의 최적 분리조건을 구하였다.
위 원소들의 분리를 위하여 두 가지 방법을 시도하였는데, 첫째 방법은 양이온교환체를 충전한 두 개의컬럼을 이용하}는 방법으로 전체적인 흐름도를 Fig. 2에 나타내었다. 세척한 Si60, SCX를 약 0.
시도하였다. 즉, 플루토늄의 3, 4, 5, 6가를 각각 Eu3+, Th4+, NpO2+, UCk+로 대치하여 실험하였다.9
이때 Pu3+, Pu4 +, PuO2+, PuO2"의 완전한 분리를 위하여 탈착액의 농도 및 부피를 조절하였다. 특히, AGI1 컬럼을이용한 분리방법의 문제점을 확인하고자 용리액 oxalic acid에서 플루토늄 거동을 조사하였다.
플루토늄은 독성이 강하며 산화수가 쉽게 변하여 실험하기가 어려우므로, 화학적 성질이 비슷하고 산화수가 안정한 원소로 대치하여 예비실험을 시도하였다. 즉, 플루토늄의 3, 4, 5, 6가를 각각 Eu3+, Th4+, NpO2+, UCk+로 대치하여 실험하였다.
대상 데이터
실험에 사용한 각종 시약은 Merck사 proanalysis 혹은 ultrapure 급을 사용하였으며, 중류수는 Milli-Q 초순수를 사용하였다. 양이온교환체 Si60(SiO- 작용기, LiChrosphere Si60, 15-25 pm, Merck)과 SCX(SiO- SO3 작용기, ISOLute™ SCX, 40-70 1ST)는 이들 중에 포함된 불순물을 제거하기 위해서 0.
정제한 Si60과 SCX 양이온교환체를 각각 충전한컬럼을 1차, 2차 컬럼으로 사용하여 플루토늄을 산화수별로 분리할 수 있었다. 0.
성능/효과
75 M HClO4를 사용하였을 때 두 이온이 같이 탈착되었다. 따라서 두 원소의 분리를 위하여 HCK%의 농도를 변화시키면서 실험한 결과 0.2-0.5M 영역에서 좋은 분리능을 얻을 수 있었으며, 1.0M의 H3PO.(로는 EiF+가 모두 탈착되지 않아 5.
17M HNCh으로 변환하여 나머지 Th4+ 과 UO22+을 분리하였다. 또한, 회수율을 측정하기 위하여 컬럼을 제거한 상태에서 얻어진 피크의 면적과 크로마토그램의 얻어진 면적을 비교한 결과 90% 이상의 회수율을 나타내었다.
3에 나타내었다. 이 방법을 사용하면 10-8M 정도의 플루토늄도 측정할 수 있는데, 기존의 UV-Visible spec- troscopy를 이용한 방법보다 검출한계가 약 1/1, 000 이하로 낮다. 용리액으로는 0.
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