본 연구에서는 제올라이트를 PVA에 고정화시켜 새로운 흡착제인 PVA-Zeolite 비드를 제조하고, XRD 및 SEM 분석을 통해 제조한 PVA-Zeolite 비드는 내부에 제올라이트가 잘 고정화된 다공성 구조를 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다. 제조한 흡착제에 의한 Cs 이온과 Sr 이온에 대한 흡착특성을 살펴보기 위하여 pH의 영향, 흡착속도, 흡착등온을 검토하였다. Sr 및 Cs 이온에 대한 평형흡착시간은 약 540 min으로 나타났으며, 흡착속도는 유사 1차 속도식 보다는 유사 2차 속도식에 더 잘 부합하였다. 흡착평형 실험결과는 Langmuir 등온식에 잘 적용되었으며, Langmuir 등온식으로부터 구한 Sr 이온과 Cs 이온의 최대 흡착량은 각각 52.08 mg/g와 58.14 mg/g이었다. PVA-Zeolite 비드에 의한 Sr 이온과 Cs 이온의 흡착공정은 외부물질전달단계는 매우 빠르게 이루어지며, 내부입자확산에 의한 흡착반응은 느리게 진행되어 내부입자확산 단계가 흡착속도 결정단계인 것으로 판단된다.
본 연구에서는 제올라이트를 PVA에 고정화시켜 새로운 흡착제인 PVA-Zeolite 비드를 제조하고, XRD 및 SEM 분석을 통해 제조한 PVA-Zeolite 비드는 내부에 제올라이트가 잘 고정화된 다공성 구조를 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다. 제조한 흡착제에 의한 Cs 이온과 Sr 이온에 대한 흡착특성을 살펴보기 위하여 pH의 영향, 흡착속도, 흡착등온을 검토하였다. Sr 및 Cs 이온에 대한 평형흡착시간은 약 540 min으로 나타났으며, 흡착속도는 유사 1차 속도식 보다는 유사 2차 속도식에 더 잘 부합하였다. 흡착평형 실험결과는 Langmuir 등온식에 잘 적용되었으며, Langmuir 등온식으로부터 구한 Sr 이온과 Cs 이온의 최대 흡착량은 각각 52.08 mg/g와 58.14 mg/g이었다. PVA-Zeolite 비드에 의한 Sr 이온과 Cs 이온의 흡착공정은 외부물질전달단계는 매우 빠르게 이루어지며, 내부입자확산에 의한 흡착반응은 느리게 진행되어 내부입자확산 단계가 흡착속도 결정단계인 것으로 판단된다.
In this research a adsorbent, PVA-Zeolite bead, was prepared by immobilizing zeolite with PVA. The results of XRD and SEM analysis showed that the prepared PVA-Zeolite beads had porous structure and the zeolite particles were in mobilized within the internal matrix of the beads. The adsorption prope...
In this research a adsorbent, PVA-Zeolite bead, was prepared by immobilizing zeolite with PVA. The results of XRD and SEM analysis showed that the prepared PVA-Zeolite beads had porous structure and the zeolite particles were in mobilized within the internal matrix of the beads. The adsorption properties of Sr ion and Cs ion with the adsorbent were studied by different parameters such as effect of pH, adsorption rate, and adsorption isotherm. The adsorption of Sr ion and Cs ion reached equilibrium after 540 minutes. The adsorption kinetics of both ions by the PVA-Zeolite beads were fitted well by the pseudo-second-order model more than pseudo-first-order model. The equilibrium data fitted well with Langmuir isotherm model. The maximum adsorption capacities of Sr ion and Cs ion calculated from Langmuir isotherm model were 52.08 mg/g and 58.14 mg/g, respectively. The external mass transfer step was very fast compared to the intra-particle diffusion step in the adsorption process of Cs ion and Sr ion by the PVA-Zeolite beads. This result implied that the rate controlling step was the intra-particle diffusion step.
In this research a adsorbent, PVA-Zeolite bead, was prepared by immobilizing zeolite with PVA. The results of XRD and SEM analysis showed that the prepared PVA-Zeolite beads had porous structure and the zeolite particles were in mobilized within the internal matrix of the beads. The adsorption properties of Sr ion and Cs ion with the adsorbent were studied by different parameters such as effect of pH, adsorption rate, and adsorption isotherm. The adsorption of Sr ion and Cs ion reached equilibrium after 540 minutes. The adsorption kinetics of both ions by the PVA-Zeolite beads were fitted well by the pseudo-second-order model more than pseudo-first-order model. The equilibrium data fitted well with Langmuir isotherm model. The maximum adsorption capacities of Sr ion and Cs ion calculated from Langmuir isotherm model were 52.08 mg/g and 58.14 mg/g, respectively. The external mass transfer step was very fast compared to the intra-particle diffusion step in the adsorption process of Cs ion and Sr ion by the PVA-Zeolite beads. This result implied that the rate controlling step was the intra-particle diffusion step.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 흡착제인 제올라이트를 PVA로 고정화하면 효과적일 것으로 기대되어 제올라이트를 PVA로 고정화시킨 새로운 흡착제인 PVA-Zeolite 비드를 합성하고, XRD, XRF, 및 SEM을 통해 그 특성을 분석하였다. 또한 제조한 PVA-Zeolite 비드를 사용하여 Cs 이온과 Sr 이온에 대한 흡착특성을 살펴보기 위하여 pH의 영향, 흡착속도, 흡착등온을 검토하였다.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 흡착제인 제올라이트를 PVA로 고정화하면 효과적일 것으로 기대되어 제올라이트를 PVA로 고정화시킨 새로운 흡착제인 PVA-Zeolite 비드를 합성하고, XRD, XRF, 및 SEM을 통해 그 특성을 분석하였다. 또한 제조한 PVA-Zeolite 비드를 사용하여 Cs 이온과 Sr 이온에 대한 흡착특성을 살펴보기 위하여 pH의 영향, 흡착속도, 흡착등온을 검토하였다.
본 연구에서는 고분자물질인 PVA를 이용하여 제올라이트를 고정화하여 PVA-Zeolite 비드를 제조하였으며, 이를 사용하여 수중의 Sr 이온과 Cs 이온을 제거하는 실험을 수행하였다. PVA-Zeolite의 XRD 피크로부터 PVA에 제올라이트가 잘 고정화된 것을 확인할 수 있었다.
실험은 회분식으로 수행하였으며, 500 mL 삼각플라스크에 각각 일정 농도의 Cs 이온 용액과 Sr 이온 용액 200 mL와 합성한 비드 2 g를 함께 넣은 후 수평진탕기(Johnsam, JS-FS-2500)를 사용하여 180 rpm으로 교반하면서 일정시간 간격마다 1 mL의 시료를 채취하였다. Cs 이온과 Sr 이온의 농도는 원자흡광광도계(Shimadzu.
대상 데이터
Cs 이온과 Sr 이온 용액은 각각 염화세슘(CsCl, Samchun, EP)과 질산스트론튬(Sr(NO3)2, Samchun, EP)을 초순수(Milli-Q Millipore 18.2 Mcm-1 conductivity)에 녹여 1,000 mg/L의 stock solution을 제조하여 사용하였다.
본 연구에서 사용한 흡착제인 PVA-Zeolite 비드는 다음과 같은 방법으로 합성하였다. 50 mL 초순수에 PVA 4 g과 알긴산나트륨 0.
실험에 사용한 제올라이트의 화학적 조성은 Table 1과 같으며, SiO2 41.80%, Al2O3 28.87%, Na2O 21.02%, K2O 0.71%, CaO 0.12%, Fe2O3 0.03, LOI 7.45%이고, Si/Al 비는 1.44이었다. Yong 등15)이 제시한 바와 같이 Si/Al 비가 낮아질수록 친수성이 커지며, 본 연구에 사용된 제올라이트는 Si/Al비가 1.
실험에서 사용한 시약인 폴리비닐알코올(Poly vinyl alcohl, PVA) 및 제올라이트는 Sigma-Aldrich로부터 구입하여 사용하였다. 그 외의 시약은 알긴산나트륨(Sodium alginat, Samchun, EP), 염화칼슘(CaCl2, Shinyo pure chemicals Co, EP), 붕산(Boric acid, Shinyo pure chemicals Co, GR)을 사용하였다.
이론/모형
PVA-Zeolite 비드에 의한 Sr 이온과 Cs 이온의 등온 평형실험 결과를 Langmuir 등온식과 Freundlich 등온식에 적용하여 검토하였다.
PVA-Zeolite 비드에 의한 Sr 이온과 Cs 이온의 흡착속도를 알아보기 위하여 유사 1차 속도식과 유사 2차 속도식을 적용하여 비교하였다.
제올라이트의 화학적 조성은 X-Ray Fluorescence Spectrometer (XRF, Shimadzu. XRF-1700)을 이용하여 분석하였으며, PVA-Zeolite 의 결정구조는 X-ray diffractometer (XRD, Rigaku, D/MAX2100H)를 사용하여 분석하였다. 또한 비드의 표면은 SEM(Scanning Election Microscope, Philips, XL20)을 이용하여 관찰하였다.
일반적으로 본 연구에서 사용한 PVA-Zeolite와 같은 다공성 흡착제에 의한 흡착은 (1) 용질이 액체 경계층를 통해 벌크 용액에서 흡착제의 외부 표면으로의 외부물질전달단계, (2) 흡착제 표면으로부터 흡착제 입자 내의 활성부위로 용질의 입자내부 확산 단계, 그리고 (3) 흡착제의 활성점에서 반응단계의 3단계로 이루어지며,21) 반응단계는 물질전달단계와 확산 단계에 비해 빠르므로 보통은 무시 가능하다. 따라서 PVA-Zeolite에 의한 Sr 및 Cs 이온의 흡착이 외부물질전달단계와 내부입자 확산 단계 중에서 어느 것이 흡착속도 결정단계인지를 아는데 도움이 되는 Weber와 Morris22)가 제안한 다음의 intraparticle 모델식을 적용하여 검토하였다.
XRF-1700)을 이용하여 분석하였으며, PVA-Zeolite 의 결정구조는 X-ray diffractometer (XRD, Rigaku, D/MAX2100H)를 사용하여 분석하였다. 또한 비드의 표면은 SEM(Scanning Election Microscope, Philips, XL20)을 이용하여 관찰하였다.
성능/효과
14 mg/g이었다. PVA-Zeolite 비드에 의한 Sr 이온과 Cs 이온의 흡착 시에 외부물질전달단계는 매우 빠르게 이루어지며, 내부입자확산에 의한 흡착반응은 느리게 진행되어 내부입자확산 단계가 흡착속도 결정단계인 것으로 판단된다.
PVA-Zeolite의 XRD 피크로부터 PVA에 제올라이트가 잘 고정화된 것을 확인할 수 있었다. PVA-Zeolite비드는 SEM 이미지 상에서 PVA 비드 내부에 제올라이트가 고정화되어 다공성 구조를 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다. Sr 이온과 Cs 이온의 제거효율은 pH 5~10 범위에서 수화물을 형성하지 않고 흡착에 의해 진행되었다.
본 연구에서는 고분자물질인 PVA를 이용하여 제올라이트를 고정화하여 PVA-Zeolite 비드를 제조하였으며, 이를 사용하여 수중의 Sr 이온과 Cs 이온을 제거하는 실험을 수행하였다. PVA-Zeolite의 XRD 피크로부터 PVA에 제올라이트가 잘 고정화된 것을 확인할 수 있었다. PVA-Zeolite비드는 SEM 이미지 상에서 PVA 비드 내부에 제올라이트가 고정화되어 다공성 구조를 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다.
PVA-Zeolite비드는 SEM 이미지 상에서 PVA 비드 내부에 제올라이트가 고정화되어 다공성 구조를 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다. Sr 이온과 Cs 이온의 제거효율은 pH 5~10 범위에서 수화물을 형성하지 않고 흡착에 의해 진행되었다. Sr 이온과 Cs 이온의 평형흡착시간은 두 이온에서 모두 약 540min으로 나타났으며, 흡착속도는 유사 1차 흡착속도식 보다는 유사 2차 흡착속도식에 더 잘 적용되었다.
Sr 이온과 Cs 이온의 제거효율은 pH 5~10 범위에서 수화물을 형성하지 않고 흡착에 의해 진행되었다. Sr 이온과 Cs 이온의 평형흡착시간은 두 이온에서 모두 약 540min으로 나타났으며, 흡착속도는 유사 1차 흡착속도식 보다는 유사 2차 흡착속도식에 더 잘 적용되었다. 흡착평형실험결과는 Langmuir 등온식에 잘 적용되었으며, Langmuir 등온식으로부터 구한 Sr 이온과 Cs 이온의 최대 흡착량은 각각 52.
Sr 이온과 Cs 이온의 평형흡착시간은 두 이온에서 모두 약 540min으로 나타났으며, 흡착속도는 유사 1차 흡착속도식 보다는 유사 2차 흡착속도식에 더 잘 적용되었다. 흡착평형실험결과는 Langmuir 등온식에 잘 적용되었으며, Langmuir 등온식으로부터 구한 Sr 이온과 Cs 이온의 최대 흡착량은 각각 52.08 mg/g와 58.14 mg/g이었다. PVA-Zeolite 비드에 의한 Sr 이온과 Cs 이온의 흡착 시에 외부물질전달단계는 매우 빠르게 이루어지며, 내부입자확산에 의한 흡착반응은 느리게 진행되어 내부입자확산 단계가 흡착속도 결정단계인 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
방사성 핵종의 위험성은?
최근 들어 방사성 핵종의 누출로 인해 야기되는 방사능 오염에 대한 관심이 높아지고 있다. 방사성 핵종은 유전적 변이를 일으킬 수 있으며 반감기가 길어 환경내로 유입되면 심각한 생태계 교란을 일으킬 수 있다.1) 2011년 3월 11일 후쿠시마 원전사고로 인한 방사성핵종의 오염 정도는 137Cs와 90Sr가 각각 3~27 PBq와 0.
방사성 물질의 처리법 중, 액액 추출법의 단점은 무엇인가?
Cs과 Sr과 같은 방사성 물질을 처리하기 위해 액액 추출법5), 침전법6), 흡착법7) 등과 같은 다양한 방법이 연구되어왔다. 액-액 추출은 금속이온에 대한 선택성이 높고 제거능이 우수하지만 많은 양의 유기용매를 필요로 하며, 용해도 때문에 액상으로 유기용매가 손실될 수 있다는 단점을 가지고 있다.8) 침전법은 응집제 또는 침전제를 가하여 금속이온을 침전시키는 방법으로 응집제와 생성물의 회수 및 응집제의 반복사용하고 침전분리에 있어 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.
방사성 물질이 체내에 유입 시, 발병되는 질병은 무엇인가?
9 PBq으로서 해수 및 해양생물 환경에 심각한 영향을 주고 있다.2) 또한 방사성 물질들은 체내에 유입 시 신체의 다양한 조직으로 쉽게 이동하므로 피부병, 골암, 백혈병 등과 같은 질병을 일으킬 수 있다.3) Cs과 Sr은 핵분열물질에서 가장 많은 양을 차지하는 방사성핵종으로서, 30년 정도의 상대적으로 긴 반감기를 가지며, 환경에 위험한 요소로 고려되어진다.
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