초록 ▼

NMR을 이용하여 지질환경에 유입된 Cs 및 boron을 포함한 오염물질들이 지구 구성 물질의 가장 대표적인 물질이라 할 수 있는 광물표면에서의 흡착상태를 알아보고 이를 이용하여 지질학적 환경에서의 거동을 연구한다.
본 연구에서는 일라이트를 포함한 표면적이 큰 광물을 중심으로 하여 이들 광물과 방사성 핵종인 Cs 및 다른 양이온 들, 그리고 boron을 비롯한 음이온들과 어떻게 반응 하며 이러한 이온들의 자연에서의 거동을 제어하는지에 대한 기본적인 정보를 얻기 위한 연구를 수행하였다. 여러 원소 중에서 $BO_3^-$

NMR을 이용하여 지질환경에 유입된 Cs 및 boron을 포함한 오염물질들이 지구 구성 물질의 가장 대표적인 물질이라 할 수 있는 광물표면에서의 흡착상태를 알아보고 이를 이용하여 지질학적 환경에서의 거동을 연구한다.
본 연구에서는 일라이트를 포함한 표면적이 큰 광물을 중심으로 하여 이들 광물과 방사성 핵종인 Cs 및 다른 양이온 들, 그리고 boron을 비롯한 음이온들과 어떻게 반응 하며 이러한 이온들의 자연에서의 거동을 제어하는지에 대한 기본적인 정보를 얻기 위한 연구를 수행하였다. 여러 원소 중에서 $BO_3^-$, $SeO_3^{2-}$, $SeO_4^{2-}$, 그리고 $Cs^+$에 대하여 MAS NMR로 연구하였다. 1차년도에는 boron을 포함한 음이온 연구를 2차년도에는 Cs와 다른 알칼리 금속간의 경쟁 흡착에 관하여 연구하였다. NMR 연구결과 boehmite표면에 흡착된 boron은 trigonal, tetrahedral의 두 가지 형태를 모두 가지고 있으며 이러한 특징은 inner-sphere complex로 흡착되어 수용액속의 이들 boron의 종 크게 영향을 받지 않기 때문이다. Si gel의 경우는 oouter-sphere complex로 흡착 되어 수용액과 마찬가지로 pH가 증가하면서 trigonal은 감소하고 tetrahedral은 증가함을 보여준다. Illite의 경우는 이러한 두 가지 특성, 즉 inner-sphere complex와
outer-sphere complex의 특징을 모두 보여주고 있다. SeO32-의 경우는 NMR로 시그널을 관찰할 수 없었으며 $SeO_4^{2-}$의 경우는 outer-sphere complex로만 흡착되어 있는 종으로 존재하는 것으로 나타났다. $^{133}Cs$ 핵종을 이용한 광물표면에서의 Cs과 다른 알칼리 금속이온과의 흡착 연구에서는 이러한 다른 알칼리 금속 이온들이 Cs의 흡착에 영향을 미치는 것으로 나타났으며 이러한 영향은 각 다른 이온들의 몰%의 차이에 의 하여 그리고 각각의 존재하는 이온 종의 차이에 의하여 영향을 받는 것으로 나타났다. 전체적으로 Cs는 inner-sphere complex와 outer-sphere complex로 존재하며 Cs 보다 반경이 작은 이온들은 작은 수화에너지에 의하여 수환된 이온의 반경은 크게 되고 이러한 결과로 주로 outer-sphere complex와 경쟁하는 것으로 나타났다. 그러나 Li과 같은 수화된 이온반경이 아주 큰 경우는 outer-sphere complex에도 영향을 못미치는 것으로 나타났으며 이온반경이 커질수록(수화된 이온의 반경이 작아질수록) outer-sphere complex에서 inner-sphere complex로 미치는 영향이 증가하는 것으로 나타났다.

Abstract ▼

The purpose of this study is to understand the adsorption of contaminants including Cs and boron, which are introduced in geological environments, on mineral surfaces and to understand the behaviors of those contaminants in geological environments.
This study was carried out to get the informatio

The purpose of this study is to understand the adsorption of contaminants including Cs and boron, which are introduced in geological environments, on mineral surfaces and to understand the behaviors of those contaminants in geological environments.
This study was carried out to get the information on high-surface mineral reactions with nuclear element Cs, and boron, and to understand the principal reactions controlling the behaviors of those elements in natural environments.
MAS NMR was used for the study of $BO_3^-$, $SeO-3^{2-}$, $SeO_4^{2-}$, and $Cs^+$. In the first year, anions including boron were studied, and in the second year, adsorption of Cs with competition of other alkali cations was studied. This NMR study indicates that boron adsorbed on the surface of boehmite is composed of trigonal and tetrahedral one, which is the evidence of inner-sphere boron. However, for Si gel only outer-sphere complex boron is detected, which is indicated by the decreasing intensity from trigonal boron and increasing tetrahedral one. Boron adsorbed on illite shows both characteristics. No signal was detected from $SeO_3^{2-}$ and only outer-sphere complexes from $SeO_4^{2-}$. The study of Cs with other alkali cations on illite show that Cs environments are affected by the mole% and species of other cations. Cs on illite is composed of inner-sphere complex and otuer-sphere complex. Other alkali cations with smaller ion radius have larger hydrated ion radius and as a result, they normally compete with outer-sphere Cs.
But Li with very large hydrated radius even does not affect the outer-sphere complex. However, with increasing ion radius (decreasing hydrated radius) the influence of those ions on inner-sphere complex of Cs increases.
The contaminants introduced in geological environments migrate through geological matrix. This migration is mainly controlled by the mineral surface reactions and many models have been developed to understand this reaction.
However, without understanding of the reactions which really happens on mineral surfaces, those models are meaningless. In the first year, anions including boron and Se were studied and in the second year, adsorption of Cs with competition of other alkalie cations was studied. This study shows that chemical characteristics are more important for the adsorption of boron and the species of alkali metal are more important for the adsorption of Cs due to the competitions of those ions with inner-sphere and outer-sphere complexes of Cs. For boron, similar study has been carried out by IR, but this is the first time to verify the result by NMR.
For Cs, this is the first time to study the adsorption of Cs with competition of other alkali cations by the molecular level. This study will be good basic data for the modelling of pollutants on the mineral surfaces and also for the understanding of pollutant behaviors in geological environments.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...9
• 3. 결과 및 고찰...10
• 4. 결론...17
• 5. 인용문헌...18