초록 ▼

장반감기 음이온성 방사성핵종(예: I, Tc 등)은 원전시설 내 사고나 핵연료주기시설 등의 현장에서 발생하는 고준위폐기물이다. 이들은 용해도가 높고 매질에 수착이 되지 않아 이동성이 매우 높기 때문에 인간과 환경에 노출 되어 큰 위험를 줄 수 있다. 그러나, 기존의 고준위폐기물 관리기술은 양이온성 방사성핵종의 처리 및 처분기술에 초점을 맞추고 있으며, 음이온성 방사성핵종에 대한 연구는 상대적으로 초기 단계이다.
따라서 주요 장반감기 음이온성 방사성핵종을 효율적으로 고정화할 수 있는 기술의 개발은 매우 도전적이고 또한 필요하다

장반감기 음이온성 방사성핵종(예: I, Tc 등)은 원전시설 내 사고나 핵연료주기시설 등의 현장에서 발생하는 고준위폐기물이다. 이들은 용해도가 높고 매질에 수착이 되지 않아 이동성이 매우 높기 때문에 인간과 환경에 노출 되어 큰 위험를 줄 수 있다. 그러나, 기존의 고준위폐기물 관리기술은 양이온성 방사성핵종의 처리 및 처분기술에 초점을 맞추고 있으며, 음이온성 방사성핵종에 대한 연구는 상대적으로 초기 단계이다.
따라서 주요 장반감기 음이온성 방사성핵종을 효율적으로 고정화할 수 있는 기술의 개발은 매우 도전적이고 또한 필요하다.

본 연구에서는 주요 장반감기 음이온성 방사성핵종을 나노소재를 이용하여 고정화하는 기술을 개발함으로써 고준위폐기물 관리기술에 대한 신뢰도 향상하고자 하였다. 대표적 나노소재인 탄소나노튜브의 정화 및 표면개질을 통한 기능기 생성을 위해 기법을 분석하고 오존처리기법을 선정하였다. 오존처리를 통해 알콜, 알데하이드, 키톤 등의 기능기를 표면에 성공적으로 도입하였고 수용액 및 대표적 유기용액에 대한 표면개질 탄소나노튜브의 분산성을 분석하였다. 음이온성 방사성핵종과 결합을 위한 양이온 역할의 중간매개체로 필요한 나노물질을 친환경 기법을 적용하여 대량으로 제조하는데 성공하였고 그 다양한 특성을 분석하였다. 필수적인 제조, 처리 등을 수행할 수 있는 유기-무기 화학반응 연구 시스템을 구축하여 오존처리 등의 유기화학반응과 나노물질 제조 등의 무기화학반응을 실험실 규모에서 수행하였다. 유동해석을 통해 고정화물질에 고정화된 방사성핵종의 분리 및 회수 등에 대한 가능성을 확인하고, 해당 분리모듈에 대한 장치를 개발하여 실험적 검증을 하였다.

본 연구의 결과물은 방사성폐기물 등의 관련 시설의 안전성 향상 및 인간과 환경의 보호에 필요한 기술을 구축하고 관련 사업의 진행에 필수적인 자료를 제공하는 데 활용할 계획이다.

( 출처: 서지정보양식 - 초록 167p )

Abstract ▼

The anionic radionuclides with a very long half-live (e.g., I, Tc, etc.) are a high-level radioactive waste (HLW) that can be a great risk to human and the environment. However, current management technologies for the HLW focus mostly on the cationic radionuclides, and their processing and disposal.

The anionic radionuclides with a very long half-live (e.g., I, Tc, etc.) are a high-level radioactive waste (HLW) that can be a great risk to human and the environment. However, current management technologies for the HLW focus mostly on the cationic radionuclides, and their processing and disposal. The researches for the anionic radionuclides and their treatment are relatively a beginning. Thus, the efforts on the technology development for the effective immobilization for the anionic radionuclides are required to further protect human and the environment and considered very challenging.

The carbon nanotubes (CNT) were selected among the nanomaterials for the development of the immobilization technique for the anionic radionuclides at the nanoscale. The properties of CNT were studied and the purification and functionalization of CNT were successfully performed. As an immobilization materials for the anionic radionuclides, a cationic nanoparticles such as iron oxides nanomaterials were synthesized by an environmentally friendly methods. The reaction between functionalized CNT and the nanoparticles were studied. Also the reaction between CNT-based immobilized materials and the anionic radionuclides werew studied.. The possibility to separate and recover the radionuclides in the water flow were studied by a flow analysis, then the device were developed and tested to analyzed the efficiency. We suggest the cyclone flow, density difference and magnetic properties based technique to ensure the efficiency in the separation and recovery of the radionuclides in the flow.

( 출처: BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET - Abstract 168p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 5
• 요 약 문 ... 7
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 12
• 목차 ... 13
• 표목차 ... 15
• 그림목차 ... 16
• 제1장 연구개발 과제의 개요 ... 21
• 제2장 탄소나노튜브 표면개질기법 및 음이온핵종 고정화방법 분석 ... 25
• 제1절 탄소나노튜브 표면개질기법 분석 ... 27
• 1. 탄소나노튜브 정화 및 표면개질 배경 ... 27
• 2. 합리적인 물리화학적 정화 및 표면개질 알고리즘 ... 31
• 3. 탄소나노튜브 정화 및 표면개질을 평가하기 위한 분석기술 ... 31
• 4. 산화처리를 통한 탄소나노튜브 정화 및 표면개질 ... 33
• 5. 물리화학적 기능화 처리를 이용한 탄소나노튜브 정화 및 표면개질 방법 ... 38
• 6. 여과, 크로마토그래피, 극초단파(microwave) 가열 방법을 통한 탄소나노튜브 정화 및 표면개질 방법 ... 40
• 7. 결론 ... 41
• 제2절 음이온성 핵종의 고정화방법 분석 ... 42
• 1. 서론 ... 42
• 2. 요오드 분석법 ... 42
• 3. 요오드 제거 활용 기술 ... 43
• 제3장 표면개질된 탄소나노튜브와 고정화물질(TM)의 결합반응 연구 ... 49
• 제1절 오존처리에 의한 탄소나노튜브의 정화 및 표면개질 방법 ... 51
• 1. 오존처리를 포함한 유기-무기 화학반응연구 시스템 설치 ... 51
• 2. 오존처리기법 ... 52
• 3. 탄소나노튜브(CNT) 및 표면개질된 탄소나노튜브(f-CNT)의 분산성 확인 및 요오드 음이온 흡착 반응 ... 53
• 4. 그래핀을 이용한 탄소나노구조의 분산성 및 나노구조와의 결합성에 대한 실험 ... 55
• 제2절 전이금속물질(TM) 합성 및 음이온 반응 실험 ... 61
• 1. 연구의 필요성 ... 61
• 2. 기존 전이금속산화물 나노입자의 제조법과 그 문제점 ... 61
• 3. 다기능성 고분자를 이용한 금속산화물/금속수산화물 나노입자의 수용액상 제조공정개발 ... 65
• 4. 망간산화물에 철을 도입하여 망간산화물-철 복합체 제조방법 개발 ... 69
• 제4장 CNT 기반 고정화물질과 음이온 방사성물질 반응연구 ... 73
• 제1절 고정화물질(fCNT+TM)과 음이온 간 상호작용 분석 ... 75
• 1. 탄소나노튜브와 중간매개체 간 결합 분석 ... 75
• 2. 표면활성화된 탄소나노튜브 시료에 대한 오존처리기법 세팅 ... 78
• 제2절 음이온고정화물질(fCNT+TM+AR) 특성 분석 ... 88
• 1. 음이온고정화물질의 메트릭스화 연구 분석 ... 88
• 2. 음이온고정화물질의 메트릭스화 반응 ... 94
• 3. 다공성 지지체 및 탄소나노튜브를 이용한 복합화된 필터 구현 ... 99
• 제3절 탄소나노튜브의 매트릭스화를 통한 지하수 내 오염물 제거 ... 105
• 제5장 고정화된 음이온 방사성핵종 회수가능성 연구 ... 107
• 제1절 배관 내부 구간의 유동특성 파악을 위한 유동영역 모사 ... 110
• 1. 이론적 배경 ... 111
• 2. 직선배관 하부 설치조건 ... 113
• 3. 직선배관 하부 설치조건(크기를 변화시킨 조건) ... 115
• 4. 곡선배관 하부 설치조건 ... 116
• 5. 정체공간 통과 조건 ... 118
• 제2절 분리모듈 유동영역 모사 ... 119
• 1. 사이클론 집진기 원리를 이용한 고착화된 음이온 수거모사를 위한 유동 시뮬레이션 ... 119
• 2. 고정화된 음이온 수거모사를 위한 two-phase 유동 해석 ... 129
• 제3절 실험실 규모 장치 개발을 위한 유동해석 및 장치설계 ... 147
• 1. 실험실 규모 장치개발을 위한 유동해석 ... 147
• 2. 실험실 규모 장치설계 ... 149
• 3. 실험실 규모 장치제작 ... 152
• 4. 유동을 통한 고정화된 방사성핵종 분리 실험 ... 154
• 제6장 참고문헌 ... 159
• 서지정보양식 ... 167
• BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET ... 168
• 끝페이지 ... 169