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악티늄족 및 란탄족 원소 회수를 위한 기능성 고분자-탄소 나노 구조체 원문보기

한국방사성폐기물학회 2009년도 학술논문요약집, 2009 Nov. 12, 2009년, pp.198 - 199  

정용주 (한국원자력연구원) ,  심준보 (한국원자력연구원) ,  백승우 (한국원자력연구원) ,  김시형 (한국원자력연구원) ,  권상운 (한국원자력연구원) ,  김광락 (한국원자력연구원) ,  정흥석 (한국원자력연구원) ,  안도희 (한국원자력연구원)

초록
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킬레이팅 고분자메조기공 탄소 표면 위에 흡착시킴으로써 금속이온과 착물을 형성할 수 있는 기능성 나노구조체를 제조하였다. 악티늄족 원소를 단일입자 내에 영구처분을 위한 예비연구로서 Eu을 대용물(surrogate)로 사용하여 기능성 나노 구조체에 주입한 후 메조기공 입구를 고분자반응을 통해 봉쇄함으로써 Eu의 단일입자 내 고정화를 시도하였다. 시간에 따라 침출현상을 분석한 결과, 고분자로 메조기공을 blocking 하였을 때 Eu의 침출현상이 크게 완화되는 것을 확인하였다. 이는 시멘트화나 유리화 등과 같은 고비용 공정을 거치지 않고도 단일입자 내 유해 금속의 영구처분이 가능하다는 것을 의미한다. 더 나아가, 이러한 접근방법은 지지체로 메조기공 탄소에 국한되지 않고 실리카와 같은 다른 메조기공 금속산화물에 적용될 수 있다는 점에서 큰 강점이 있다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 고분자로 나노 구조체 입구를 봉쇄한 후 Eu의 침출현상을 상온에서 시간에 따라 관찰하였다. 이를 위하여 최종적으로 얻어진 나노 복합체와 고분자로 표면처리 되지 않은 나노 복합체(control experiment) 를 각각 증류수에 분산시킨 후 주사기 filter 로 샘플링한 후 유도결합플라즈마-원자흡수분광법 (ICP-AES)로 Eu 농도를 측정하였다.
  • 제조된 물질의 고분자 함량은 total organic carbon (TOC) 분석기를 사용하여 결정하였다. 구조적인 특성은 nitrogen sorption test 및 XRD 등을 통해 분석되었다. 특히, BJH (Barrett-Joyner-Halenda) 방법을 통해 기공분포를 분석한 결과, 킬 레이팅 고분자에 의해 메조기공 탄소가 표면처리 된 후에도 여전히 메조기공 구조를 유지하는 것으로 나타났다 (Fig.
  • Eu(NO:3)3을 증류수에 녹여 Eu stock solution (1000 ppm)을 제조하였다. 적당량의 Eu을 제조된 나노 복합체 서스펜션 용액에 가한 후 착물반응을 유도하였다. 반응이 끝난 후 filtering 함으로써 Eu 이 주입된 고분자-탄소 복합체(Eu-loaded polymer-carbon compositeX 얻었다.
  • 2 um)를 사용하여 filtering 한 후 약하게 붙어 있는 고분자를 제거하기 위해 과량의 증류수로 washing 하였다. 제조된 물질의 고분자 함량은 total organic carbon (TOC) 분석기를 사용하여 결정하였다. 구조적인 특성은 nitrogen sorption test 및 XRD 등을 통해 분석되었다.
  • 일반적으로 물에 녹지 않는 세라믹이나 고분자 수지가 지지체로 사용되고, 유기 리간드나 고분자 리간드가 고체 지지체 표면에 화학적 결합 또는 물리적 흡착 등을 통해 도입된다. 최근에는 메조기공 실리카 같은 비표면적이 큰 나노 구조체가 지지체로 사용되는 연구가 큰 주목을 받았다 본 연구에서는 킬레이팅 고분자를 메조 기공 탄소 표면에 흡착시켜 메조기공 고분자-탄소 구조체를 제조하였다. 제조된 나노 구조체는 금속이온(An/RE)의 회수 및 처분에 사용되었다.
  • 제조된 나노 구조체는 금속이온(An/RE)의 회수 및 처분에 사용되었다. 특히, 악티늄족 원소의 단일입자 내에 처분 또는 고정화를 최종 목표로 하는 연구의 일환으로써 Eu을 메조기공 고분자-탄소 복합체에 주입한 후 메조기공 입구를 고분자로 blocking 한 후 Eu의 침출 현상을 관찰하였다.

대상 데이터

  • Eu(NO:3)3을 증류수에 녹여 Eu stock solution (1000 ppm)을 제조하였다. 적당량의 Eu을 제조된 나노 복합체 서스펜션 용액에 가한 후 착물반응을 유도하였다.
  • 악티늄족 원소의 단일입자 내 영구처분을 위하여 악티늄족 원소의 대용물(surrogate)로서 Eu을 선정하였다. Eu(NO:3)3을 증류수에 녹여 Eu stock solution (1000 ppm)을 제조하였다.
  • 최근에는 메조기공 실리카 같은 비표면적이 큰 나노 구조체가 지지체로 사용되는 연구가 큰 주목을 받았다 본 연구에서는 킬레이팅 고분자를 메조 기공 탄소 표면에 흡착시켜 메조기공 고분자-탄소 구조체를 제조하였다. 제조된 나노 구조체는 금속이온(An/RE)의 회수 및 처분에 사용되었다. 특히, 악티늄족 원소의 단일입자 내에 처분 또는 고정화를 최종 목표로 하는 연구의 일환으로써 Eu을 메조기공 고분자-탄소 복합체에 주입한 후 메조기공 입구를 고분자로 blocking 한 후 Eu의 침출 현상을 관찰하였다.

이론/모형

  • 고분자로 나노 구조체 입구를 봉쇄한 후 Eu의 침출현상을 상온에서 시간에 따라 관찰하였다. 이를 위하여 최종적으로 얻어진 나노 복합체와 고분자로 표면처리 되지 않은 나노 복합체(control experiment) 를 각각 증류수에 분산시킨 후 주사기 filter 로 샘플링한 후 유도결합플라즈마-원자흡수분광법 (ICP-AES)로 Eu 농도를 측정하였다. 고분자로 나노 복합체 기공입구를 봉쇄할 때 Eu 침출 현상이 크게 완화되는 것을 확인하였다 (Fig.
  • 반응이 끝난 후 filtering 함으로써 Eu 이 주입된 고분자-탄소 복합체(Eu-loaded polymer-carbon compositeX 얻었다. 주입된 Eu 양은 원자 흡수 분광법(ICP-AES)을 통해 계산되었다. 이 Eu 복합체를 수용액에 분산시킨 후 복합체로부터 Eu leaching을 차단하기 위하여 복합체 표면을 고분자로 코팅하였다.
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