[논문]벤토나이트에 첨가한 은 이온에 의한 아이오딘 이동 저지 메커니즘 규명을 위한 X-선 흡수 스펙트라 분석

김승수; 김민규; 백민훈; 최종원

벤토나이트에 첨가한 은 이온에 의한 아이오딘 이동 저지 메커니즘 규명을 위한 X-선 흡수 스펙트라 분석
X-ray Absorption Spectra Analysis for the Investigation of the Retardation Mechanism of Iodine Migration by the Silver Ion Added to Bentonite 원문보기

방사성폐기물학회지 = Journal of the Korean Radioactive Waste Society, v.8 no.3, 2010년, pp.201 - 205

김승수 (한국원자력연구원) , 김민규 (포항가속기연구소) , 백민훈 (한국원자력연구원) , 최종원 (한국원자력연구원)

초록
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고준위방사성폐기물에서 유출되어 나오는 아이오딘의 이동을 저지하기 위하여 은을 흡착시킨 벤토나이트 블록에 NaI 용액을 흘려주었을 때 대부분의 아이오딘이 흡착되었다. 이 은이온에 의한 아이오딘의 저지 메커니즘을 상세히 조사하기 위하여 아이오딘과 접촉하기 전후의 은이 흡착된 벤토나이트의 X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES)와 Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) 스펙트 럼과 표준물질로서 AgO, $Ag_2O$, AgI의 스펙트럼을 비교하였다. 그 결과, 벤토나이트에 흡착되었던 은이 떨어져 나와 AgI 침전 클러스터를 형성함으로서 아이오딘의 이동이 지연되는 것으로 생각된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Most of iodine was captured by the block when NaI solution flowed through a bentonite block sorbed silver to retard the migration of iodine released from high-level radioactive wastes. In order to understand in detail the mechanism for the retardation of the iodine by the silver ion, X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES) and Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) spectra of the silver sorbed bentonite before and after the contact with iodide were compared with those of AgO, $Ag_2O$ and AgI as references. This examination suggests that the silver ion sorbed on the bentonite is desorbed, and then it retards the migration of iodine by forming the cluster of AgI precipitate.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 동적시험(flow test)으로 실제 처분장의 벤토나이트 완충재 블록을 모사하여 은 화합물을 첨가한 완충재와 첨가하지 않은 완충재에 아이오딘 용액을 흘려주어 은에 의한 아이오딘의 이동저지 특성을 확인하였다. 또한, 이들의 저지 메커니즘을 규명하기 위하여 X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES)와 Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS)를 측정하였다.

제안 방법

벤토나이트에 흡착된 은에 의한 아이오딘의 저지 메커니즘을 규명하기 위하여 Aldrich 사에서 구입한 벤토나이트와 동적시험에서 사용한 감포 벤토나이트를 사용하여 서로 비교하였다. EXAFS 측정에 방해가 될 수 있는 AgCl 침전을 방지하기 위하여 벤토나이트를 증류수로 세척하여 벤토나이트 내용해되기 쉬운 염소를 제거하였다. 벤토나이트 분말 5 g을 증류수 500 mL로 2회 세척한 다음, 다시 30 mL로 세척하여 이 세척액 중 염소 농도를 측정한 결과, 0.
XANES와 EXAFS를 위하여 포항광가속기 7C 빔라인을 이용하였다. X-선 광자 에너지분리를 위하여 Si(111) double crystal monochromator를 사용하였으며, 입사 X-선의 세기는 질소충전 이온화챔버로 조정하였다. 스펙트럼 데이터는 PIPS 검출기를 가진 형광모드로 얻었으며, 은 박막으로 에너지 검량을 하였다.
본 연구에서는 동적시험(flow test)으로 실제 처분장의 벤토나이트 완충재 블록을 모사하여 은 화합물을 첨가한 완충재와 첨가하지 않은 완충재에 아이오딘 용액을 흘려주어 은에 의한 아이오딘의 이동저지 특성을 확인하였다. 또한, 이들의 저지 메커니즘을 규명하기 위하여 X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES)와 Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS)를 측정하였다.
벤토나이트에 흡착된 은에 의한 아이오딘의 저지 메커니즘을 규명하기 위하여 Aldrich 사에서 구입한 벤토나이트와 동적시험에서 사용한 감포 벤토나이트를 사용하여 서로 비교하였다. EXAFS 측정에 방해가 될 수 있는 AgCl 침전을 방지하기 위하여 벤토나이트를 증류수로 세척하여 벤토나이트 내용해되기 쉬운 염소를 제거하였다.
심부지하수의 환원환경에서는 아이오딘 이온이 I^-로 존재하므로[10], IO₃^-로 산화되는 것을 막기 위하여 아이오딘 용액을 담고 있는 용기를 알루미늄 호일로 감쌌으며, 용액에 질소를 불어넣어 주었다. 셀을 통과하여 나온 용액을 7, 8, 25일 동안 각각 포집하여 용액 중 아이오딘의 농도를 이온크로마토그래피로 분석하였다. 첨가한 은의 영향을 알기 위하여 다른 하나의 스테인리스 셀에는 질산은과 반응시키지 않은 벤토나이트를 넣고 동일한 조건으로 실험하였다.
X-선 광자 에너지분리를 위하여 Si(111) double crystal monochromator를 사용하였으며, 입사 X-선의 세기는 질소충전 이온화챔버로 조정하였다. 스펙트럼 데이터는 PIPS 검출기를 가진 형광모드로 얻었으며, 은 박막으로 에너지 검량을 하였다. 실험에서 얻은 스펙트럼으로부터 EXAFS 데이터는 문헌에 보고된 표준절차에 따라 추출하였다[11, 12].
스펙트럼 데이터는 PIPS 검출기를 가진 형광모드로 얻었으며, 은 박막으로 에너지 검량을 하였다. 실험에서 얻은 스펙트럼으로부터 EXAFS 데이터는 문헌에 보고된 표준절차에 따라 추출하였다[11, 12].
0 mL/day 유량으로 흘려주었다. 심부지하수의 환원환경에서는 아이오딘 이온이 I^-로 존재하므로[10], IO₃^-로 산화되는 것을 막기 위하여 아이오딘 용액을 담고 있는 용기를 알루미늄 호일로 감쌌으며, 용액에 질소를 불어넣어 주었다. 셀을 통과하여 나온 용액을 7, 8, 25일 동안 각각 포집하여 용액 중 아이오딘의 농도를 이온크로마토그래피로 분석하였다.
05 mol/L NaI 용액 20 mL에 넣고 다시 7일 동안 교반한 다음 벤토나이트를 세척하였다. 아이오딘 용액까지 반응시킨 벤토나이트를 수분이 있는 상태와 80℃에서 7일간 건조시킨 상태에서 XANES와 EXAFS를 측정하였다. 또한, 이들 스펙트라와 비교하기 위한 표준물로서 AgNO₃ 용액에 아이오딘 용액을 혼합하여 AgI 침전을 새로 제조하였으며, AgO와 Ag₂O는 Merck사의 시약을 그대로 사용하였다.
처분환경에서 ¹²⁹I의 이동을 저지하기 위하여 처분용기 재질 및 그들의 부식생성물(Fe, Fe₂O₃, Fe₃O₄, Fe(OH)₃, Cu, CuO, CuS, CuCl, Cu(OH)₂, Cu₂O, Cu₂S), 그리고 몇 가지 광물 및 화합물(kaolinite, chalcopyrite, pyrite, copper ore, galena[7], Ag₂O, MoO₃, WO₃, 활성탄, 은 금속) 등을 완충재에 첨가하여 정적 실험으로 이들의 아이오딘 흡착력을 조사하였다[8]. 완충재 첨가제로서의 조건은 적어도 수만년동안 열과 방사선에 안정하여야 하므로 유기화합물을 배제하였고, 지하수에 포함되어 있는 상당량의 염소이온과 같은 음이온보다 아이오딘을 선택적으로 흡착하여야 한다[9].
셀을 통과하여 나온 용액을 7, 8, 25일 동안 각각 포집하여 용액 중 아이오딘의 농도를 이온크로마토그래피로 분석하였다. 첨가한 은의 영향을 알기 위하여 다른 하나의 스테인리스 셀에는 질산은과 반응시키지 않은 벤토나이트를 넣고 동일한 조건으로 실험하였다.

대상 데이터

XANES와 EXAFS를 위하여 포항광가속기 7C 빔라인을 이용하였다. X-선 광자 에너지분리를 위하여 Si(111) double crystal monochromator를 사용하였으며, 입사 X-선의 세기는 질소충전 이온화챔버로 조정하였다.
아이오딘 용액까지 반응시킨 벤토나이트를 수분이 있는 상태와 80℃에서 7일간 건조시킨 상태에서 XANES와 EXAFS를 측정하였다. 또한, 이들 스펙트라와 비교하기 위한 표준물로서 AgNO₃ 용액에 아이오딘 용액을 혼합하여 AgI 침전을 새로 제조하였으며, AgO와 Ag₂O는 Merck사의 시약을 그대로 사용하였다.

성능/효과

산성 용액과 낮은 이온강도 (수 mM 이하) 조건에서 구리, 납, 코발트는 몬모릴로나이트의 간층에 outer-sphere로 흡착이 이루어지는 반면, 높은 이온강도를 갖는 pH가 중성이상의 용액에서는 점토의 가장자리에 inner-sphere로 흡착하거나, 수산화 작용기와 반응하여 중합체를 형성하거나 침전을 이루는 것으로 보고되고 있다[13 - 15]. 본 실험에서는 벤토나이트로부터 용해될 수 있는 염소이온을 제거하기 위하여 벤토나이트를 증류수로 세척하였기 때문에 용액중 소듐 및 칼슘의 농도가 매우 낮을 것이므로, 이런 조건에서는 대부분의 은이온이 간층에 흡착할 것으로 판단된다[13, 16]. 벤토나이트의 주성분 중 몬모릴로나이트의 간층에 은이 outer-sphere 화합물로서 흡착되었을 경우, 이 은은 소듐 및 칼슘에 의해 쉽게 치환될 수도 있다[13, 17].
동적 시험으로부터 얻은 결과를 Table 1에 나타내었다. 이 결과에서 보는 바와 같이 질산은과 접하지 않은 벤토나이트 블록을 통과한 아이오딘 농도는 초기농도 10 mg/L 보다 오히려 약간 높았는데, 이는 포집시간동안 물의 증발에 기인된 것으로 생각된다. 그러나 질산은과 반응시켰던 벤토나이트 분말을 사용하여 제작한 블록을 통과한 용액의 아이오딘 농도는 0.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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