IRN-150 혼상수지의 이온 흡착특성 및 폐수지로부터 탈착용액을 이용한 $^{14}C$ 핵종의 제거 특성 Ion Adsorption Characteristics of IRN-150 Mixed Resin and Removal Behavior of $^{14}C$ Radionuclide from Spent Resin by Stripping Solutions원문보기
중수로 원전내 여러 계통으로 부터 발생된 폐수지내에는 $^{14}C$ 핵종이 다량 함유되어 있으며, Class A 및 C 폐기물로 분류되는 폐수지의 적정 처리 기술 개발을 위한 기초연구를 수행하였다. IRN-150 혼상 이온교환수지를 이용하여 비방사성 $HCO_3$ 이온과 양이온의 흡착 특성 및 탈차용액을 이용한 $HCO_3$ 이온의 제거 특성을 고찰하였다. IRN-150 수지의 $HCO_3$ 이온의 흡착능은 이론값에 근접한 11 mg-C/g-IRN-150을 나타내었고, $CS^+,\;CO_2^+,\;Na^+,\;NH_4^+$ 양이온의 흡착 친화도를 단일성분 및 복합성분 시스템을 이용하여 분석하였다. 여러 가지 탈착용액을 이용한 폐수지로부터 $HCO_3$ 이온의 제거 특성을 평가한 결과, $^{14}C$ 핵종을 전량 효과적으로 제거하기 위해서는 $NaNO_3,\;Na_3PO_3$ 보다도 $NH_4H_2PO_4$ 용액이 유리한 것으로 나타났다.
중수로 원전내 여러 계통으로 부터 발생된 폐수지내에는 $^{14}C$ 핵종이 다량 함유되어 있으며, Class A 및 C 폐기물로 분류되는 폐수지의 적정 처리 기술 개발을 위한 기초연구를 수행하였다. IRN-150 혼상 이온교환수지를 이용하여 비방사성 $HCO_3$ 이온과 양이온의 흡착 특성 및 탈차용액을 이용한 $HCO_3$ 이온의 제거 특성을 고찰하였다. IRN-150 수지의 $HCO_3$ 이온의 흡착능은 이론값에 근접한 11 mg-C/g-IRN-150을 나타내었고, $CS^+,\;CO_2^+,\;Na^+,\;NH_4^+$ 양이온의 흡착 친화도를 단일성분 및 복합성분 시스템을 이용하여 분석하였다. 여러 가지 탈착용액을 이용한 폐수지로부터 $HCO_3$ 이온의 제거 특성을 평가한 결과, $^{14}C$ 핵종을 전량 효과적으로 제거하기 위해서는 $NaNO_3,\;Na_3PO_3$ 보다도 $NH_4H_2PO_4$ 용액이 유리한 것으로 나타났다.
Spent ion-exchanged resin generated from various purification systems in CANDU reactor was contaminated with high activity of $^{14}C$ radionuclide. This paper describes the results of fundamental study to develop the applicable technology for the treatment of this spent resin. Based on t...
Spent ion-exchanged resin generated from various purification systems in CANDU reactor was contaminated with high activity of $^{14}C$ radionuclide. This paper describes the results of fundamental study to develop the applicable technology for the treatment of this spent resin. Based on the adsorption capacity of inactive $HCO_3$ ion and other anions on IRN-150 mixed resin, the removal characteristics of $HCO_3$ ion adsorbed on to IRN-150 by various stripping solutions were evaluated. Maximum adsorption amount of the $HCO_3$ ion onto IRN-150 raw resin was about 11 mg-C/g-resin which agrees with the theoretical adsorption amount of this resin. Adsorption affinity of various anions such as $CS,\;CO,\;Na\;NH_4$ was analyzed in single and multi-component systems. From the results of removal characteristics of the $HCO_3$ ion adsorbed on IRN-150 by various stripping solutions, $NH_4H_2PO_4$ stripping solution is more effective than $NaNO_3,\;Na_3PO_3$ solutions for the complete removal of $^{14}C$ radionuclide from the IRN-150 spent resin.
Spent ion-exchanged resin generated from various purification systems in CANDU reactor was contaminated with high activity of $^{14}C$ radionuclide. This paper describes the results of fundamental study to develop the applicable technology for the treatment of this spent resin. Based on the adsorption capacity of inactive $HCO_3$ ion and other anions on IRN-150 mixed resin, the removal characteristics of $HCO_3$ ion adsorbed on to IRN-150 by various stripping solutions were evaluated. Maximum adsorption amount of the $HCO_3$ ion onto IRN-150 raw resin was about 11 mg-C/g-resin which agrees with the theoretical adsorption amount of this resin. Adsorption affinity of various anions such as $CS,\;CO,\;Na\;NH_4$ was analyzed in single and multi-component systems. From the results of removal characteristics of the $HCO_3$ ion adsorbed on IRN-150 by various stripping solutions, $NH_4H_2PO_4$ stripping solution is more effective than $NaNO_3,\;Na_3PO_3$ solutions for the complete removal of $^{14}C$ radionuclide from the IRN-150 spent resin.
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문제 정의
월성 원자력발전소내 폐수지 저장탱크의 용량확보와 폐기물 부피감용을 위하여 "C 핵종이 함유된 폐수 지의 적절 처리방안을 제시하기 위한 기초 연구를 수행하였다. 월성 원자력발전소에서 사용중인 IRN-150 이온교환수지의 HCO3 이온의 최대 흡착량은 약 11 mg-C/g이었으며, HCO3 이온의 탈착을 위한 후보 용액내 단일이온 종류별 흡착 평형량을 분석한 결과 각 이온별 수지에의 흡착 친화도는 no3 >HCO3>H2PO4^ 나타났다.
005N 농도 Na3PO4 용액을 이용하여 HCO3 이온의 탈착 가능성을 확인한 바 있다. 따라서 탈착용액으로 사용된 용액에 의한 이차폐기물 감소를 목적으로 동일 당량의 PO:이온이 함유되도록 농도 변화(즉 용액부피 감소)에 따른 영향을 평가하였다.
본 논문에서는 14C 핵종이 함유된 폐수지의 적절한 처리방안을 제시하기 위한 기초 연구로서, 월성 원자력발전소에서 사용중인 IRN-150 이온교환수지를 이용하여 탈착의 가역성 분석을 목적으로 HuCO3 이온의 흡착특성을 우선적으로 분석하였다. 아울러 IRN- 150 수지는 양이온교환수지(IRN-77)과 음이온교환수지(IRN-78)이 동일 당량비 (1:1)로 혼합되어 있으므로 Cs\ Co2* 등 금속이온의 흡착평형 및 탈 착용액 내 양이온성분인 Na, , NH/이온에 대한 흡착 특성도 동시 에 평가하였는데 , 이는 음이온교환수지로부터 , 4C 핵종의 탈착시 Cs*, Co2* 이온의 탈착여부를 평가하기 위한 기초자료로 활용된다.
제안 방법
만일 존재하는 NH/의절 대량이 주어진 폐수지의 활성점의 양에 비해 낮을 경우 금속이온의 탈착 가능성은 낮아지며, 그 양이 높거나 양이온의 활성점이 동일한 경우 각 이온들의 선택성에 의해 탈착이 진행될 것이다. 따라서 IRN- 150 혼상 폐수지로부터 "C 핵종의 선택적 탈착 가능성을 평가하기 위하여, 고려 대상 양이온들중 Csl Co!, Na* 및 NH4* 이온들에 대한 흡착 특성 및 이성 분계에서 이온교환수지 의 선택성을 분석하였다.
HCO3 이온이 흡착된 IRN-150 이온교환 수지로부터 NaOH, Na3PO4 용액의 농도 변화에 따른 C(HCO3 ) 이온의 탈착특성을 분석하였다. 용액 농도는 0.
HCO3 이온이 흡착된 IRN-150 이온교환 수지로부터 탈착특성 평가를 위한 기초 자료 생산을 위하여 우선 hco3- 이온의 등온흡착 평형실험을 수행하였으며, 향후 단순 열적처리에 의한 탈착특성 평가를 목적으로 IRN-150의 건조온도에 따른 등온 흡착량을 구하였고 이를 Fig. 2에 나타내었다. 아울러 탈착 이온 후보로 고려되는 no3- 이온, H2PO4 이온의 HCOj 이온과의 경쟁흡착 특성을 분석하기 위하여 우선 각 이온의 등온 흡착평형 실험을 수행하였으며 이를 Fig.
IRN-150수지에 의한 양이온 금속이온 흡착 특성평가는 처리되는 액체 폐기물내에 Cs\ Co2* 및 Na*, NH/ 이온의 농도는 상대적으로 낮다는 점 에서 평형 실험은 완전한 등온선을 얻기보다 실제 폐액내에 존재할 수 있는 저 농도 수준과 고농도수준에서의 이온교환용량을 확인하기위해 IRN-150 혼상수지에 의한 상기 양이온들의 흡착실험을 수행하였다. 초기 각 양이온 농도는 1 〜IO'm로 하여 용액 100ml에 lg 의 IRN수지를 넣은 후, 1주일간 30"C 에서 교반 하여 완전히 평형에 도달시켰다.
2에 도식하였다. 그림에 나타난 바와 같이 흡착평형은 5시간이면 충분한 것으로 나타났으나 본 실험에서는 24시간동안 흡착평형 실험을 수행하였다.
분석하였다. 단위 g 당 약 4 ~ 12 mg-C가 흡착된 IRN-150수지 0.2 g를 사용하였으며, 각 용액의 농도 변화는 0.005 〜 0.1 N이 었으며 용액 부피 변화에 따른 영향도 동시에 평가하였다. 탈착 실험 후수 지와 용액을 분리하고 용액내 C의 농도는 TOC를 이용하여 측정하였으며 , HCO3 이온의 탈착 율은 탈착 전 수지내 C 총량과 탈착후 용액내 C의 총량을 비교하여 구하였다.
따라서 이온교환탑의 운전 조건인 pH 5〜6의 범위 에서 HCO3 이온형 태로 주로 존재하므로 NaHCO3 표준시약을 이용하여 HCO3 이온의 농도변화에 따른 IRN-150의 이온교환(흡착 시스템으로 가정) 평형 실험을 30P 의 일정 온도로 유지된 항온조에서 용액을 교반하면서 수행하였다. 사용된 수지 양과 용액 부피 비는 0.
먼저 IRN-150 수지에 HCO3- 이온의 흡착평형 특성을 분석하기 위하여 시간에 따른 hco3 이온의 흡착량 변화를 구하였다. 초기 농도 60ppm-C의 0.
교반하면서 수행하였다. 사용된 수지 양과 용액 부피 비는 0.5 ~ 2 잉'로 하였으며, 70110P로 건조한 IRN-150 수지를 사용하여 흡착평형 특성에 미치는 열화의 영향을 평가하였다. 아울러 수지내 HCO3 이온의 탈착 후보 이온인 NO3이온(NaNO)과 H2PO4(NH4H2PO4) 이온의 상호 경쟁 흡착특성을 평가하였다.
아울러 각 이온별 경쟁 흡착에 의한 친화도를 평가하기 위하여 탈착용액의 음이온 성분으로서 고려되는 NO3 + HCO3 및 NO3 + H2PO4 이성분 경쟁 흡착평형 실험을 수행하였으며, 실험결과는 Fig. 5와 6 에 나타낸 바와 같다. 이성분 경쟁 흡착의 경우에도 NO3 이온이 HCO3 이온 및 h2po4- 이온보다 흡착 친화도보다 더 큰 것으로 나타났다.
5 ~ 2 잉'로 하였으며, 70110P로 건조한 IRN-150 수지를 사용하여 흡착평형 특성에 미치는 열화의 영향을 평가하였다. 아울러 수지내 HCO3 이온의 탈착 후보 이온인 NO3이온(NaNO)과 H2PO4(NH4H2PO4) 이온의 상호 경쟁 흡착특성을 평가하였다.
2에 나타내었다. 아울러 탈착 이온 후보로 고려되는 no3- 이온, H2PO4 이온의 HCOj 이온과의 경쟁흡착 특성을 분석하기 위하여 우선 각 이온의 등온 흡착평형 실험을 수행하였으며 이를 Fig.3에 도식하였다. IRN-150 이온교환수지의 이론 최대 흡착량은 약 12mg-C/g-IRN150수지 (61mg-HCO3/g- IRN150수지)로세 15] Fig.
앞서 언급한 이온교환수지에 대한 양이온과 음이온의 친화도를 기준으로 탈착용액 후보 중 하나인 nh4h2po4 용액을 이용하여 hco3 이온만이 흡착된 IRN-150 폐수지로부터 탈착용액 농도 변화에 따른 HCO3 이온의 탈착특성 실험을 수행하였다. 수지 사용량은 0.
특히C 핵종이 다량 함유되어 폐수지의 경우, 폐수 지에 huco3 형태로 흡착되어 있는 C 핵종을 h14co3 이온보다 이온교환 선택도가 더 큰 탈착용액 (NaNO3, Na3PO4, NH4H2PO4)< 이용하여 폐수 지로부터 선택적으로 분리하면 잔류 폐수지는 저준위 폐기물로 분류할 수 있으므로 추가 공정 선택이 쉬워진다[3-1L 아울러 수지로부터 선택적으로 분리된 "C 핵종은 이차폐기물 발생량을 최소로 하고 안정한 고정화 생성물에 농축시킬 수 있는 기술이 개발되어야 한다. 앞서 언급한 이온교환수지에 대한 양이온과 음이온의 친화도를 기준으로 탈착용액내 양이온 후보로는 Na* 및 NH/ 이온, 음이온으로는 no3-, cr, H2PO4 등이 좋으므로 탈착용액으로 알칼리용액으로 NaNO3, Na3PO4, NaOH, 약산성용액으로 NH4H2PO4, 산성용액으로 HNO3, HC1 을 선정하였으며, HCO3- 이온만이 흡착된 IRN-150 폐수 지로부터 탈착용액 농도 변화에 따른 HCO3 이온의 탈착 특성을 분석하였다.
용액내 c 농도는 TOC(Total Organic Carbon) 분석기를 이용하여 구하였으며, Neg이온과 H2PO4 이온 농도는 IC(Ion Chromatography) 및 TN(Total Nitrogen)분석을 통하여 구하였고, 양이온 금속이온 농도는 ICP-Mass분석을 이용하여 측정하였다.
변화를 구하였다. 초기 농도 60ppm-C의 0.005N NaHCO3 용액을 사용하여 용액부피 (V)/수 지양(m)비를 2 L/30g, 2 L/40g으로 하고 항온조에서 흡착 시간에 따른 용액내 C 농도를 측정하였으며 , 이를 Fig. 2에 도식하였다. 그림에 나타난 바와 같이 흡착평형은 5시간이면 충분한 것으로 나타났으나 본 실험에서는 24시간동안 흡착평형 실험을 수행하였다.
1 N이 었으며 용액 부피 변화에 따른 영향도 동시에 평가하였다. 탈착 실험 후수 지와 용액을 분리하고 용액내 C의 농도는 TOC를 이용하여 측정하였으며 , HCO3 이온의 탈착 율은 탈착 전 수지내 C 총량과 탈착후 용액내 C의 총량을 비교하여 구하였다.
폐수지 탈착공정에서는 고농도에서도 공기 중 CO2 흡수성이 없는 NaNC>3용액이 더 유리할 것으로 생각되며, HCO3' 이온 흡착량이 약 12 mg-C/g인 IRN-150 수지를 사용하여 NaNO3 농도 변화에 따른 HCO3 이온의 탈착 특성 실험을 수행하였다. Fig, 11 에 나타낸 바와 같이 용액몰농도/HCOj 흡착 몰농도 비가 3.
흡착 실험과 동일하게 IRN-150 이온교환수지를 사용하였으며 , HCO3 이온이 흡착된 IRN-150 이온교환수지로부터 NaOH, Na3PO4(PO/), NaNO3(NO3), NH4H2PO4(H2PO4) 용액을 이용한 HCO3 이온의 탈착 특성을 분석하였다. 단위 g 당 약 4 ~ 12 mg-C가 흡착된 IRN-150수지 0.
대상 데이터
아울러 IRN- 150 수지는 양이온교환수지(IRN-77)과 음이온교환수지(IRN-78)이 동일 당량비 (1:1)로 혼합되어 있으므로 Cs\ Co2* 등 금속이온의 흡착평형 및 탈 착용액 내 양이온성분인 Na, , NH/이온에 대한 흡착 특성도 동시 에 평가하였는데 , 이는 음이온교환수지로부터 , 4C 핵종의 탈착시 Cs*, Co2* 이온의 탈착여부를 평가하기 위한 기초자료로 활용된다. 아울러 HCO3 이온이 흡착되 어 있는 IRN-150 혼합수지로부터 HCO3- 이온의 탈착용액으로 분리특성을 용액의 농도 변화에 따라 평가하였으며, 탈착용액으로는 NaNO3, Na3PO4, NH4H2PO4을 선정하였고 비교 평가를 위하여 NaOH 용액을 사용하였다.
월성 원자력발전소에서 실제 이용되고 있는 이온교환수지인 IRN-150 혼합수지를 사용하였고, 모든 실험은 비방사성 이온을 이용하여 수행하였다. Rohm & Hass사에서 제조한 Amberlite IRN-150 수지는 공업용 둥급으로 겔 형태의 균일 크기 폴리스틸렌 양이온교환수지 (irn-77)과 음이온교환수지 (IRN- 78) 이 동일 당량비 (1:1)로 혼합되어 있으며, IRN-77 과 78의 물리화학적 특성은 Table 1 에 나타낸 바와 같다 U5).
성능/효과
HCO3 이 함유된 IRN-150수지로부터 탈 착용액을 이용한 특성을 분석한 결과, NPO4 용액의 경우 저농도에서 효과적인 탈착특성을 보이지만 농도 증가 시 공기중 co2 흡수능이 증가하여 현장에서 탈 착용액 처리시 적용의 어려운 점이 있으며, NaNO3 용액은 수지로부터 HCO3 이온의 탈착율을 90% 이상 얻기 위해서는 탈착용액내에 NO3' 이온 몰수는 수지 내 함유되어 있는 C 몰수의 3배 이상이 되어야 함을 알 수 있었다. 아울러 NH4H2PO4 용액은 HCO3 이온의 수지로부터 탈착율은 NaNO3 보다 낮으나 탈착과 동시에 CO2로의 기체화가 일어나, 실제 폐수지 처리시 14C 핵종의 수지로부터 제거 및 14co2 기체화에 의한 핵종 농축에 유리할 것으로 판단된다.
아울러 각 이온별 경쟁 흡착에 의한 친화도를 평가한 결과 NO3 이온의 흡착량은 hco3 , h2po4' 이온보다 훨씬 높아 수지로부터 HCO3 이온의 탈착이 매우 용이한 것으로 나타났다. IRN-150 수지의 Cs+, Co2+ 이온의 흡착평형 특성을 용액의 pH와 탈착용액의 양이온 흡착량과 비교하여 분석하였으며, 이온교환용량은 Co2+>Cs+> Na, >NHf 의 순으로 감소하였고 이로부터 C와 Cs+ 이온이 탈착용액의 양이온들에 비해 상대적으로 이온교환수지에 대해 높은 친화성을 가짐을 알 수 있었다. IRN-150 폐수지내 양이온 금속의 탈착율을 최소화하기 위해서는 폐수지내에 존재하는 금속량과 탈착에 사용되는 양이온의 합을 포화 홉착용량에 근접한 정도로 조절하여야 하며, pH는 4.
IRN-150 수지의 Cs+, Co2+ 이온의 흡착평형 특성을 용액의 pH와 탈착용액의 양이온 흡착량과 비교하여 분석하였으며, 이온교환용량은 Co2+>Cs+> Na, >NHf 의 순으로 감소하였고 이로부터 C와 Cs+ 이온이 탈착용액의 양이온들에 비해 상대적으로 이온교환수지에 대해 높은 친화성을 가짐을 알 수 있었다. IRN-150 폐수지내 양이온 금속의 탈착율을 최소화하기 위해서는 폐수지내에 존재하는 금속량과 탈착에 사용되는 양이온의 합을 포화 홉착용량에 근접한 정도로 조절하여야 하며, pH는 4.5이상으로 유지하여야 함을 알 수 있었다.
5수준에서 포화되어 안정한 상태로 유지할 수 있음을 보여준다. 그러나 Na* 및 NH4*는 최종 pH가 3〜4수준으로 나타났으며 포화 흡착용량에 도달되지 않았는 데 , 이온교환 흡착용량은 평형농도 증가에 따라 서서히 증가된다는 점에서 의 이온과 상대적으로 경쟁적 관계가 존재하고 있음을 알 수 있었다.
5에서 약 90%의 탈착율을 나타내었다. 따라서 수지로부터 HCO3' 이온의 탈착율을 90%이상 얻기 위해서는 탈착용액내에 NO3 이온 몰수는 수지내 함유되어 있는 C 몰수의 3배 이상이 되어야 함을 알 수 있었다.
8 mg-C(Table 3)이며, 수지로부터 HCO3 이온이 모두 탈착용액으로 분리될 경우 용액내 C 농도는 16 ppm(Table 2), 16 ~ 80 ppm(Table 3)이다. 본 실험은 공기 분위기에서 수행하였으며 통상적으로 실험실 내 공기 중 CO2 농도는 약 50 ppm이고 탈 착용액은 실내공기와 접촉이 가능하며 NaOH는 CO2 흡수 능이 매우 우수하다. Table 2와 3에 나타난 바와 같이 탈착 초기 C 농도가 "0" 이 아닌 높은 농도의 C 이온을 함유하고 있으며 NaOH 및 Na3PO4 농도가 증가함에 따라 탈착전 용액의 C 농도가 증가하였다.
알 수 있었다. 아울러 NH4H2PO4 용액은 HCO3 이온의 수지로부터 탈착율은 NaNO3 보다 낮으나 탈착과 동시에 CO2로의 기체화가 일어나, 실제 폐수지 처리시 14C 핵종의 수지로부터 제거 및 14co2 기체화에 의한 핵종 농축에 유리할 것으로 판단된다.
월성 원자력발전소에서 사용중인 IRN-150 이온교환수지의 HCO3 이온의 최대 흡착량은 약 11 mg-C/g이었으며, HCO3 이온의 탈착을 위한 후보 용액내 단일이온 종류별 흡착 평형량을 분석한 결과 각 이온별 수지에의 흡착 친화도는 no3 >HCO3>H2PO4^ 나타났다. 아울러 각 이온별 경쟁 흡착에 의한 친화도를 평가한 결과 NO3 이온의 흡착량은 hco3 , h2po4' 이온보다 훨씬 높아 수지로부터 HCO3 이온의 탈착이 매우 용이한 것으로 나타났다. IRN-150 수지의 Cs+, Co2+ 이온의 흡착평형 특성을 용액의 pH와 탈착용액의 양이온 흡착량과 비교하여 분석하였으며, 이온교환용량은 Co2+>Cs+> Na, >NHf 의 순으로 감소하였고 이로부터 C와 Cs+ 이온이 탈착용액의 양이온들에 비해 상대적으로 이온교환수지에 대해 높은 친화성을 가짐을 알 수 있었다.
3의 실험값인 약 11 mg-C/g -IRN150수지와 비교하면 약 10% 차이를 보였다. 아울러 열처리를 할 경우 함유된 수분의 탈착으로 사용량이 증가하므로 흡착량은 증가하였지만 무게 증가에 따른 비례관계를 나타나지 않았는바 이는 열적 열화현상에 기인한 것으로 판단되며, 이러한 결과를 바탕으로 탈착용액과 열적 처리를 병행할 경우 hco3- 이온의 탈착이 가능할 것으로 예상된다.
004 mol/L이하에서는 선택도가 1에 근접하여 나타나며, 그 이상의 농도에서는 NH{와 C가 존재하는 경우, 각각의 이온에 대해 선택도는 1이하로 급격히 낮아지며, N가 존재한 경우는 반대로 서서히 상승하는 것으로 나타났다. 여기서 선택도 값 1의 의미는 다른 금속 양이온에 의한 Cs*의 탈착 가능성이 낮음을 나타내며, 그림에서처럼 탈착용액내 NH/의양이 이온교환수지의 용량보다 높은 상태, 즉 초기농도가 약 0.004 mol/L이상에서는 선택도 값이 1 이하로 급격히 감소하였는바 이는 다른 금속 양이온에 의한 Cs*의 탈착 가능성이 높다는 것을 확인할 수 있었다. 단일성분의 이온교환특성에서처 럼 , 저 농도 영역에서도 Co2* 및 Cs는 이온교환수지의 포화용량에 근접한다는 점에서 폐액내의 양이온의 농도가 극단적으로 낮은 경우를 제외하고 폐수지내에 양이온의 빈 활성점이 존재할 가능성은 상대적으로 낮을 것으로 보인다.
수행하였다. 월성 원자력발전소에서 사용중인 IRN-150 이온교환수지의 HCO3 이온의 최대 흡착량은 약 11 mg-C/g이었으며, HCO3 이온의 탈착을 위한 후보 용액내 단일이온 종류별 흡착 평형량을 분석한 결과 각 이온별 수지에의 흡착 친화도는 no3 >HCO3>H2PO4^ 나타났다. 아울러 각 이온별 경쟁 흡착에 의한 친화도를 평가한 결과 NO3 이온의 흡착량은 hco3 , h2po4' 이온보다 훨씬 높아 수지로부터 HCO3 이온의 탈착이 매우 용이한 것으로 나타났다.
5수준으로 상대적으로 낮게 존재한다. 이러한 결과로부터 , pH의 관점 에서 탈착용액을 이용한 IRN-150 폐수지내 HCO3 이온을 제거하고 동시에 CS의 탈착율을 최소화하기 위해서는 탈착용액의 pH를 4.5이상으로 유지시키는것이 바람직한 것으로 판단된다. 이상의 결과를 종합하면, IRN-150 폐수지내 양이온 금속의 탈착율을 최소화하기 위해서는 폐수지내에 존재하는 금속량과 탈착에 사용되는 양이온의 합을 포화 흡착용량에 근접한 정도로 조절하여야 하며, pH는 4.
이러한 연구 결과는 탈착된 C-14 이온의 기체화 특성 논문에서 별도로 언급하였다. 이상과 같이 NH4H2PO4 탈착용액은 수지로부터 C 이온이 탈착됨과 동시에 CO2 기체로 휘발되어 NaNO3 용액이 비하여 C 이온 탈착율은 다소 낮겠지만 탈착후 용액 내 함유된 C-14 핵종의 CC>2로의 기체화 단계가 필요 없을 것으로 판단되어 폐수지로부터 C-14 제거후이를 처리하는 후단계 공정이 보다 단순해질 수 있을 것으로 판단된다.
이상의 결과로부터 NaOH와 Na3PO4 탈 착용액을 사용할 경우 농도가 증가할수록 상기 용액내 공기 중 CO2 흡수량이 상당량 증가하여 탈착된 H14CO3 이온뿐만 아니라 H12CO3 이온의 농도가 크게 높아지고 아울러 탈착율도 떨어져 탈착용액의 이차처리시 매우 불리할 것으로 판단되었다. 따라서 NaOH와 Na3PO4 탈착용액을 사용하기 위해서는 불 활성 기체 혹은 질소기체 분위기를 유지하는 글로브 박스 내에 처리하여야 하며 이는 처리공정상의 불리한 점으로 작용한다.
5이상으로 유지시키는것이 바람직한 것으로 판단된다. 이상의 결과를 종합하면, IRN-150 폐수지내 양이온 금속의 탈착율을 최소화하기 위해서는 폐수지내에 존재하는 금속량과 탈착에 사용되는 양이온의 합을 포화 흡착용량에 근접한 정도로 조절하여야 하며, pH는 4.5이상으로 유지하여야 함을 알 수 있었다.
이를 위하여 폐수지내에 흡착(이온교환)되어 있는 C 핵종을 선택적으로 분리하여 폐수지 부피를 감용 하기 위하여 개발되고 있는 기술로는 주로 산용액 이용 (Acid stripping), 10], 습식산화(Wet oxidation) 공정[11], 소각처리(Incineration) 공정[12], 용융염 산화 (Molten salt oxidation) 공정[13], 유리화(Vitrification) 공정[14] 등이 있다. 이상의 기술들은 공정 특성으로 인한 이차 폐기물의 발생량 및 부피감용을 목표로 효과적인 처리 관점에서 보면 각각의 기술들은 상호장 . 단점을 가지고 있기 때문에 여러 나라에서 연구개발을 수행 중에 있다.
5와 6 에 나타낸 바와 같다. 이성분 경쟁 흡착의 경우에도 NO3 이온이 HCO3 이온 및 h2po4- 이온보다 흡착 친화도보다 더 큰 것으로 나타났다.
후속연구
특히C 핵종이 다량 함유되어 폐수지의 경우, 폐수 지에 huco3 형태로 흡착되어 있는 C 핵종을 h14co3 이온보다 이온교환 선택도가 더 큰 탈착용액 (NaNO3, Na3PO4, NH4H2PO4)< 이용하여 폐수 지로부터 선택적으로 분리하면 잔류 폐수지는 저준위 폐기물로 분류할 수 있으므로 추가 공정 선택이 쉬워진다[3-1L 아울러 수지로부터 선택적으로 분리된 "C 핵종은 이차폐기물 발생량을 최소로 하고 안정한 고정화 생성물에 농축시킬 수 있는 기술이 개발되어야 한다. 앞서 언급한 이온교환수지에 대한 양이온과 음이온의 친화도를 기준으로 탈착용액내 양이온 후보로는 Na* 및 NH/ 이온, 음이온으로는 no3-, cr, H2PO4 등이 좋으므로 탈착용액으로 알칼리용액으로 NaNO3, Na3PO4, NaOH, 약산성용액으로 NH4H2PO4, 산성용액으로 HNO3, HC1 을 선정하였으며, HCO3- 이온만이 흡착된 IRN-150 폐수 지로부터 탈착용액 농도 변화에 따른 HCO3 이온의 탈착 특성을 분석하였다.
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