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자연 토양에서의 방사성 핵종(Co, Sr)의 흡/탈착 거동 특성 평가
Analysis of Sorption and Desorption Behaviors of Radionuclides (Cobalt and Strontium) in Natural Soil 원문보기

한국방사성폐기물학회 2005년도 춘계 학술대회, 2005 June 01, 2005년, pp.485 - 495  

천경호 (경북대학교) ,  신원식 (경북대학교) ,  최정학 (포항산업과학연구원) ,  최상준 (경북대학교)

초록
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본 연구에서는 자연토양에 대한 방사성 핵종(Co, Sr)의 단일 성분의 흡착 및 탈착 거동 특성과 Carboxymethyl-${\beta}$-cyclodextrin(CMCD)를 이용한 탈착저항성에 대한 연구를 수행하였다. 방사성핵종의 흡착 거동을 살펴보기 위하여 흡착속도 실험과 등온 흡착 실험을 수행 하였으며, 흡착 실험 결과를 기존의 흡착 모델식에 적용하여 보았다. 탈착 실험은 일정한 pH와 이온강도 조건에서 CMCD를 주입하였을 때와 주입하지 않았을 때의 탈착경향을 비교분석 하였다. 흡착 실험 결과 자연토양에 대해 스트론튬(Sr)이 코발트(Co) 보다 흡착이 잘 되었고, 코발트, 스트론튬 모두 흡착 속도는 pseudo-second order model을, 그리고 등온 흡착결과는 Sips model을 따르는 것으로 나타났다. 방사성 핵종의 탈착은 비가역적인 형태의 탈착거동을 보였으며, CMCD의 주입량 증가함에 따라 탈착도 증가하는 결과를 나타냈다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study was conducted to investigate sorption and desorption behaviors of radionuclides (Cobalt and Strontium) in natural soil. Sorption kinetics and isotherms were analyzed to predict sorption behaviors of radionuclides in natural soil and the experimental data were fitted to several sorption mo...

AI 본문요약
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제안 방법

  • 24시간 혼합(25ºC 200rpm) 후에 원심분리기로 고액분리(2000rpm, 30분)를 하였다. 고액분리 후 상등액의 pH를 측정하고, 상 등액 제거 후 무게를 측정하였다. 전처리 후 상등액의 pH를 측정한 결과 5.
  • 5g/L-10g/L의 농도로 주입하여 실험을 수행하였다. 그리고 탈착 저항성을 평가하기 위해 연속 흡착시킨 후 저농도(2g/L)와 고농도(10g/L)의 CMCD를 주입하여 연속탈착 실험을 수행하였다.
  • 80의 범위로 나타났다. 따 라서 흡착실험 전후의 pH 변화에 의한 영향을 최소화하기 위하여 buffer를 이용하여 자연토양의 pH를 5.50으로 맞추어 주기 위한 전처리 실험을 수행하였다.
  • 용액을 흡착시킨 후, 탈착실험과 동일한 방법으로 2g/L CMCD를 이용한 탈착 속도 및 등온 탈착 실험을 수행하였다. 또한 CMCD의 주입량과 탈착량과의 상관관계를 알아보기 위해 모든 조건을 동일하게 하고, CMCD 의 양을 0.5g/L-10g/L의 농도로 주입하여 실험을 수행하였다. 그리고 탈착 저항성을 평가하기 위해 연속 흡착시킨 후 저농도(2g/L)와 고농도(10g/L)의 CMCD를 주입하여 연속탈착 실험을 수행하였다.
  • 2um의 syringe filter(Whatman, Cellulose Nitrate Membrane FilterX 이용하여 여과하여 분석하였다. 또한 등온흡착 실험을 위해 모든 조건은 흡착 속도실험과 동일하게 하고, Co2+와 Sr2+의 농도를 증가시켜가면서 수행하였다. 흡착 실험이 끝난 후 상등액의 pH를 측정하여 본 결과, pH 5.
  • 제조된 용액을 전처리한 토양이 들어있는 tube에 용액을 넣고 무게를 잰 후, Voltex mixer를 이용하여 토양과 용액을 고르게 섞고, Shaker에 넣어 48시간 동안 흡착 속도 실험(2SC, 200rpm)을 수행하였다. 분 석을 위해 시료를 3000rpm, 30분간 원심분리 한 후, 0.2um의 syringe filter(Whatman, Cellulose Nitrate Membrane FilterX 이용하여 여과하여 분석하였다. 또한 등온흡착 실험을 위해 모든 조건은 흡착 속도실험과 동일하게 하고, Co2+와 Sr2+의 농도를 증가시켜가면서 수행하였다.
  • 연속 흡착/탈착 실험은 흡착이 포화에 도달할 때까지 연속적으로 흡착실험을 반복 수행하였고, 포화흡착에 도달한 시료를 다시 CMCD의 양을 달리하여 연속탈착 시켰다. Co2+의 경우, 연속탈 착 실험결과 CMCD를 주입하지 않은 경우와 2.
  • 자연 토양의 구성물질을 알아보기 위하여 X-ray diffraction(XRD)를 측정하였으며, 그 결과를 Table1.에 나타내었다. 자연토양의 pH는 4.
  • 자연토양에 각각 200mg/L의 농도로 제조한 Co2+와 Sr2+ 용액을 흡착시킨 후, 탈착실험과 동일한 방법으로 2g/L CMCD를 이용한 탈착 속도 및 등온 탈착 실험을 수행하였다. 또한 CMCD의 주입량과 탈착량과의 상관관계를 알아보기 위해 모든 조건을 동일하게 하고, CMCD 의 양을 0.
  • 50으로 맞추어 용액을 제조하였다. 제조된 용액을 전처리한 토양이 들어있는 tube에 용액을 넣고 무게를 잰 후, Voltex mixer를 이용하여 토양과 용액을 고르게 섞고, Shaker에 넣어 48시간 동안 흡착 속도 실험(2SC, 200rpm)을 수행하였다. 분 석을 위해 시료를 3000rpm, 30분간 원심분리 한 후, 0.
  • 토양의 pH를 5.50으로 맞추기 위한 전처리 실험 후 흡착 실험을 수행하였다. 흡착 속도 실험을 위해 각각, 0.
  • 50으로 맞추기 위한 전처리 실험 후 흡착 실험을 수행하였다. 흡착 속도 실험을 위해 각각, 0.05M MES buffer, 0.01M NaNO3, 그리고 200mg/L의 Co2+ 또는 Sr2+을 주입하고, 0.1N HNO3 또는 0.1N NaOH를 이용하여 pH를 5.50으로 맞추어 용액을 제조하였다. 제조된 용액을 전처리한 토양이 들어있는 tube에 용액을 넣고 무게를 잰 후, Voltex mixer를 이용하여 토양과 용액을 고르게 섞고, Shaker에 넣어 48시간 동안 흡착 속도 실험(2SC, 200rpm)을 수행하였다.

대상 데이터

  • 자연토양은 대구시 소재 00정수장 부근 야산에서 채취한 오염되지 않은 토양을 수일간 풍건시킨 다음, 2mm 표준체를 통과한 토양을 상온 건조하여 플라스틱 용기에 담아 상온에서 보관하며 사용하였다. 방사성 핵종 중금속인 코발트(Co)와 스트론튬(Sr)은 실제 방사성 폐액을 구하기가 어렵고, 실험실에서의 취급의 용이성을 위해 비방사성 중금속 시약인 Sigma-AldHch 사의 Co(NO3)2 와 Sr(NO3)2를 사용하였고, 일정 pH를 유지시키기 위한 buffer로는 Sigma-Aldrich사의 MES(2-[N-Morpholino]ethanesilfonic acid)를 사용하였다. 문헌에 따르면 MES는 중금속의 흡착에 영향을 미치지 않는 것으로 알려져 있다(15).
  • 문헌에 따르면 MES는 중금속의 흡착에 영향을 미치지 않는 것으로 알려져 있다(15). 이온강도를 일정하게 유지하기 위하여 전해질 물질로 Sigma-Aldrich사의 NaNCh를 사용하으며, 탈착실험에 사용한 CMCD는 Cargill. Inc.
  • 자연토양은 대구시 소재 00정수장 부근 야산에서 채취한 오염되지 않은 토양을 수일간 풍건시킨 다음, 2mm 표준체를 통과한 토양을 상온 건조하여 플라스틱 용기에 담아 상온에서 보관하며 사용하였다. 방사성 핵종 중금속인 코발트(Co)와 스트론튬(Sr)은 실제 방사성 폐액을 구하기가 어렵고, 실험실에서의 취급의 용이성을 위해 비방사성 중금속 시약인 Sigma-AldHch 사의 Co(NO3)2 와 Sr(NO3)2를 사용하였고, 일정 pH를 유지시키기 위한 buffer로는 Sigma-Aldrich사의 MES(2-[N-Morpholino]ethanesilfonic acid)를 사용하였다.
  • 전처리 실험에 사용된 용액은 증류수에 0.05M MES buffer와 0.01M NaNO3를 주입하여 제조하였다. 이 때, 용액의 pH를 5.

이론/모형

  • 방사성 핵종의 흡착 특성을 평가하기 위해 각각 200mg/L 코발트(Co)와 스트론튬(Sr)을 주입하여 흡착 속도실험을 수행하였고, 그 결과를 pseudo-first order model 그리고 pesudo-second order model에 적용시켜 평가하였다(22). 흡착실험 결과 Sr2+이 Co2+보다 흡착량이 많은 것을 나타냈고, 두 물질 모두 실험 시작 3시간 이내에 흡착평형에 도달하는 것을 알 수 있었으며, 두 물질 모두 pseudo-second order model을 따르는 것으로 나타났다(Fig.
  • 반면, 바이오 계면활성제인 CMCD는 저극성 유기오염물질의 용해성을 증가시켜줄 뿐만 아니라 토양으로부터 중금속이온을 제거하여 착화합물을 형성하므로 유기오염물질과 중금속이 혼합된 오염토양으로부터 오염물질 제거에 적용가능성이 높고 토양과 반응성이 낮으며, 비교적 독성이 약한 것으로 알려져 있다(18-21). 본 연구에서는 자연토양에 대한 코발트와 스트론튬의 흡착 거동 및 특성을 Freundlich, Langmuir, 및 Sips 모델을 적용하여 평가하였으며, CMCD를 이용한 자연토양에서의 방사성 핵종의 탈착저항성을 평가 하였다.
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