초록 ▼

이온교환 수지를 이용하여 고가원소를 회수한 선행기술을 바탕으로, 이온 교환 수지를 소재로 한 흡착방식에 의해 해수 및 광산 폐수와 공정수, 그리고 지하수중의 우라늄, 리튬 및 붕소와 같은 고부가가치의 유용금속 회수를 위한 새로운 방식의 연속식 흡착장치를 개발하기 위한 것이다. 본 연구에서는 우라늄, 리튬 및 붕소이온에 대해 선택흡착성이 있는 관능기를 가진 이온교환 수지로 특히 저 농도에서의 흡착성능이 우수하며 여러 가지 형태로의 시스템 구성이 간편하여 다용도로 사용할 수 있는 이온교환 흡착제를 이용하여 제조와 설치비용 및 운전비용을

이온교환 수지를 이용하여 고가원소를 회수한 선행기술을 바탕으로, 이온 교환 수지를 소재로 한 흡착방식에 의해 해수 및 광산 폐수와 공정수, 그리고 지하수중의 우라늄, 리튬 및 붕소와 같은 고부가가치의 유용금속 회수를 위한 새로운 방식의 연속식 흡착장치를 개발하기 위한 것이다. 본 연구에서는 우라늄, 리튬 및 붕소이온에 대해 선택흡착성이 있는 관능기를 가진 이온교환 수지로 특히 저 농도에서의 흡착성능이 우수하며 여러 가지 형태로의 시스템 구성이 간편하여 다용도로 사용할 수 있는 이온교환 흡착제를 이용하여 제조와 설치비용 및 운전비용을 획기적으로 줄이고 특히 재생이 가능하여 경제성을 향상시킨 흡착장치 기술을 확보하였다.

Abstract ▼

The present research relates to high performance ion exchange resins capable of selective and efficient adsorption of nuclear materials dissolved in aqueous solution, as well as a method for manufacturing the resins. Among the many separating techniques, ion exchange resins made of a compound capabl

The present research relates to high performance ion exchange resins capable of selective and efficient adsorption of nuclear materials dissolved in aqueous solution, as well as a method for manufacturing the resins. Among the many separating techniques, ion exchange resins made of a compound capable of forming a complex with the desired nuclear material ionic species were found to be useful in selective separation and recovery of the ionic species dissolved in aqueous solutions. Experimental apparatus were designed and prepared for the performance test of the ion exchange resins.

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...26
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...29
• 제 1 절 해외기술동향...29
• 제 2 절 국내기술동향...32
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...34
• 제 1 절 이론적 고찰...34
• 1. 고부가 원자력 소재금속의 현황...34
• 가. 고부가 원자력 소재 금속의 수요...34
• 나. 고부가 원자력 소재금속의 함유량...34
• 2. 방사선 고분자 화학...36
• 가. 방사선 그라프트 공중합...36
• (1) 개요...37
• (2) 방사선중합 반응 메카니즘...38
• (3) 방사선 그라프트 종류...47
• (가) 동시조사법(Preirradiation method)...47
• (나) 과산화물 생성·분해법(Peroxide method)...48
• (다) 라디칼 개시법(Trapped radical Method)...49
• (라) 이종(異種) 고분자의 상호가교법...51
• (4) 그라프트 시스템에서의 방사선 화학...52
• (가) 동시조사법...52
• (나) 과산화물 생성·분해법...54
• (다) 라디칼 개시법...55
• 3. 분리 회수 기술...57
• 가. 흡착법...57
• 나. 공침법...57
• 다. 부선법...58
• 라. 용매추출법...58
• 마. 생물농축법...58
• 4. 이온 교환법에 의한 원자력 소재금속의 회수 기술...59
• 가. 이온교환수지에서의 우라늄 회수...59
• (1) 이온교환수지에서의 흡착반응...59
• (2) 이온 교환수지에서의 탈착 반응...60
• (3) 이온교환수지에서의 이온 선택성...60
• (4) 이온교환장치...61
• 나. 강염기성 음이온교환수지에서의 우라늄 흡착...64
• (1) HCI 용액계...64
• (2) HNO₃ 용액계...65
• (3) H₂SO₄용액계...66
• (4) 기타 산성 용액계...68
• (5) Carbonate 용액계...68
• 다 강산성 양이온교환수지에서의 우라늄 흡착...69
• 라. 기타 킬레이트성 이온교환수지에서의 우라늄 흡착...70
• (1) Polyaminopolycarboxylic Acid type...70
• (2) 기타 킬레이트성 수지...71
• 마. 이온교환수지를 이용한 지하수에서의 우라늄 흡착...72
• (1) 개요...72
• (2) 수용액 중의 우라늄 이온...73
• (3) 수용액중의 우라늄 제거법...74
• (4) 이온교환수지를 이용한 수용액 중의 우라늄 제거...76
• (5) 우라늄 제거에 영향을 미치는 인자...77
• (6) 우라늄 강염기성 수지의 재생...79
• 5. 유가금속의 흡착...79
• 가. 우라늄과 흡착제의 흡착기구...79
• 나. 리툼과 흡착제와의 이온교환기구...83
• (1) 이온교환의 역사...83
• (2) 이온교환 개요...84
• 다. 이온교환법에 의한 리튬회수기술...88
• 라. 붕소의 흡착제와의 이온 교환기구...89
• 제 2 절 실 험...90
• 1. 시약 및 재료...90
• 2. 비드형 이온교환체의 합성...90
• 가. 이온교환수지의 화학적 표면처리...91
• (1) 아미독심기의 표면 도입...91
• (2) 카복실기의 표면 도입...92
• 나. 우라늄 선택성 강이온성 수지의 회분식 실험 평가...94
• (1) 해수 중의 우라늄 흡착 실험...94
• (2) pH에 따른 해수 중의 우라늄 흡착 실험...94
• (3) pH에 따른 담수 중의 우라늄 흡착 실험...95
• (4) 담수 중의 다른 이온 흡착 실험...95
• 3. 섬유상 이온교환선 조사 장치...95
• (2) 그라프트 공중합 및 관능화 반응장치...96
• 나. 공중합체 합성...96
• (1) PP-g-AN 공중합체 합성...96
• (2) PP-g-Styrene공중합체 합성...97
• 다. 관능화 반응...102
• (1) PP-g-AN 의 아미드옥심화 반응...102
• (2) PP-g-Styrene 공중합체의 슬폰화 반응...102
• (3) 클로로메틸화 및 아민화 반응...105
• 라. 분석...105
• (1) 적외선 흡수 스펙트럼(FT-IR) 분석...105
• (2) 주사현미경 사진 관찰...106
• 마. 성능 평가...106
• (1) 흡착 실험...106
• (가) APP-g-AN 섬유이온교환체의 우라늄 흡착...106
• (나) APP-g-Styrene 섬유이온교환체의 리튬 흡착...110
• (다) APP-g-Styrene 섬유이온교환체의 붕소 흡착...110
• (2) 내구성 실험...110
• (가) APP-g-AN 섬유이온교환체의 내구성...110
• (나) SPP-g-Styrene 섬유이온교환체의 내구성...111
• (다) APP-g-Styrene 섬유이온교환체의 내구성...111
• 4. 회수 장치 설계 및 운전...111
• 가. 장치 특성...112
• (1) 설계 개념...112
• (2) 장치 구성...112
• (3) 장치 구성도...113
• (4) 유속 결정...113
• 나. 실험 조건...116
• (1) $Li^{+}$ 이온 회수...116
• (2) Boric acid 회수...116
• (3) $UO_{2}^{2+}$ 이온회수...117
• 다. 분석...117
• (1) $Li^{+}$ 이온농도...117
• (2) H₃BO₃농도...117
• (가) 개요...117
• (나) 중화적정 절차...120
• (다) 비색법 절차...121
• (3) $UO^{2+}$ 이온농도...121
• (가) 개요...121
• (나) 표준용액...122
• (다) 발색제 및 완충용액 제조...122
• (라) 검정곡선 작성 및 분석 방법...122
• 5. Pilot 규모 회수 장치 설계 및 운전...122
• 가. 장치 특성...122
• (1) 설계 개념...122
• (2) 장치 구성...123
• (3)유속 결정...123
• 나. 실험방법...124
• (1) 유속변화에 따른 이온 흡착 실험...124
• (2) 탈착 실험...124
• (3) 내구성 실험...131
• 제 3 절 결과 및 고찰...131
• 1. 비트형 이온교환수지의 합성...131
• 가. 이온교환수지의 화학적 표면처리...131
• 나. 우라늄 선택성 강이온 수지의 회분식 실험 평가...132
• (1) 해수 중의 우라늄 흡착 실험...132
• (2) pH에 따른 해수 중의 우라늄 흡착 실험...133
• (3) pH에 따른 담수 중의 우라늄 흡착 실험...136
• (4) 담수 중의 다른 이온 흡착 실험...136
• 2. 섬유형 이온교환체의 합성...137
• 가. 공중합체 합성...137
• (1) PP-g-AN 공중합체의 그라프트 반응...137
• (2) PP-g-Styrene 공중합체의 그파프트 반응...142
• 나. 관능화 반응...148
• (1) 아미드옥심화 반응...148
• (2) 술폰화 반응...154
• (3) 아민화 반응...154
• 다. 구조 확인...158
• (1) APP-g-AN 섬유이온교환체의 구조확인...158
• (2) SPP-g-Styrene 섬유이온교환체의 구조확인...159
• (3) APP-g-Styrene 섬유이온교환체의 구조확인...162
• 라. 주사현미경 사진 관찰...167
• (1) APP-g-AN 섬유이온교환체...167
• (2) SPP-g-Styrene 섬유이온교환체...167
• (3) APP-g-Styrene 섬유이온교환체...168
• 마. 흡착 실험...173
• (1) APP-g-AN 섬유이온교환체의 우라늄 흡착 실험...173
• (2) 리튬 흡착 실험...178
• (3) 붕소 흡착 실험...185
• 3. 회수 장치 설계 및 운전...195
• 가. $Li^{+}$ 이온 회수...195
• 나. 붕산 회수...195
• 다. $UO_{2}^{2+}$ 이온회수...204
• (1) 산성 용액에서의 우라늄 이온 흡착 거동...204
• (가) Home strong acid cation exchange resin...205
• (나) Strong acid cation-amidoxime exchange resin...209
• (2) 염기성 용액에서의 우라늄 이온 흡착 거동...213
• (가) Strong base anion exchange resin...216
• (나) Strong baseanion-amidoxime exchange resin...220
• (다) Weak acid cation exchange resin...224
• (라) Strong acid cation-carboxylic acid resin...224
• (마) Strong acid cation-amidoxime exchange resin...227
• (3) 우라늄 이온 흡착에 대한 평가...228
• 라. Pilot-scale 이온교환장치의 설계 및 운전...229
• (1) 간수로부터의 우라늄, 리튬, 붕소 흡착...229
• (가) 우라늄 흡착...229
• (나) 리튬 흡착...236
• (다) 붕소 흡착...237
• (2) 인광석 정제 폐수로부터의 우라늄, 리튬, 붕소 흡착...238
• (가) 우라늄 흡착...238
• (나) 리튬 흡착...239
• (다) 붕소 흡착...240
• (3) Pilot-scale process를 이용한 우라늄, 리튬, 붕소 회수결과...241
• 제 4 절 결론...263
• 1. 비드형 이온교환체의 합성...263
• 2. 섬유상 이온교환체의 합성...263
• 3. 회수 장치 설계 및 운전...264
• 제 4 장 연구개발 목표 달성도 및 대외 기여도...267
• 가. 주관연구기관 : (주)에이스랩...269
• 나. 공동연구기관 : 한국원자력연구소...270
• 다. 위탁연구기관 : 충남대학교...271
• 라. 대외 기여도...272
• 제 5 장 연구 개발 결과의 활용계획...273
• 제 6 장 참 고 문 헌...275
• 부 록...280