KR101072836B1 - 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법 - Google Patents

방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 페로시아나이드계 무기이온교환제 분말이 유기용매에 분산된 용액에 알콕시 실란(Alkoxy silane), 물(water) 및 촉매를 첨가한 후 졸-겔 반응을 실시하여페로시아나이드계 무기이온교환제가 실리카에 고정된 무기-무기 이온교환 복합체를 합성함으로써 방사성 폐액을 칼럼에서 연속처리 할 수 있도록 성형 입자 형태의 무기-무기 이온교환 복합체를 제조하는 방법을 나타낸다.

Description

방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법{Preparation Methods of Inorganic-Inorganic Composite Ion Exchangers for a Treatment of Radioactive Waste Solutions}
본 발명은 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 페로시아나이드계 무기이온교환제 분말이 유기용매에 분산된 용액에 알콕시 실란(Alkoxy silane), 물(water) 및 촉매를 첨가한 후 졸-겔 반응을 실시하여 페로시아나이드계 무기이온교환제가 실리카에 고정된 무기-무기 이온교환 복합체를 합성함으로써 방사성 폐액을 칼럼에서 연속처리 할 수 있도록 성형 입자 형태의 무기-무기 이온교환 복합체를 제조하는 방법을 나타낸다.
방사성 폐액에 존재하는 방사성 핵종은 여러 가지 성분이 존재하고 있다. 이러한 방사성 폐액에 존재하는 방사성 핵종 중에서 60Co의 경우 알칼리 침전과 같은 간단한 공정으로 처리가 가능하지만, 137Cs의 경우 침전만으로는 만족할 만한 처리 효율을 기대할 수 없다.
방사성 폐액에 존재하는 방사성 핵종 중에서 137Cs의 처리를 위해서는 이온 교환과 같은 방법을 적용해야만 한다.
방사성 폐액에 존재하는 방사성 핵종을 처리하기 위한 이온 교환 처리 방법에는 방사성 폐액에 존재하는 방사성 핵종을 처리하는 이온 교환제의 종류에 따라 유기성 이온 교환제를 이용하거나 또는 무기성 이온 교환제를 이용할 수 있다.
유기성 이온 교환제를 사용하여 방사성 폐액에 존재하는 방사성 핵종을 처리시 최종적으로 방사성 폐기물 처분장에서 처분될 때 처분 안정성 등을 고려하여 방사성 핵종과 유기 성분을 분리하는 공정, 또는 이온 교환제의 유기성분을 분해시키는 열분해 공정이나 소각 공정이 추가로 필요하다. 따라서 방사성 폐액에 존재하는 방사성 핵종을 처리시 유기성 이온 교환제를 사용하는 경우 상기의 이유로 방사성 폐액을 처리할 때 무기성 매질과 무기성 이온 교환제의 사용이 권장된다.
무기성 이온교환제의 경우 처분 안정성은 우수하나 분말 형태로 합성되기 때문에 방사성 폐액을 연속적으로 처리하는 컬럼에서의 여과 문제로 적용성이 매우 떨어지므로 분말 형태의 무기 이온교환제를 입자 형태로 성형하는 것이 필요하다.
본 발명은 방사성 폐액에 존재하는 방사성 핵종 중에서 137Cs의 처리를 위해 페로시아나이드계 무기이온교환제를 컬럼 등에 의한 연속 운전이 가능하도록 졸-겔 반응을 이용하여 페로시아나이드계 무기이온교환제가 실리카에 고정된 즉, 페로시아나이드계 무기이온교환제가 실리카를 함유하는 입자 형태로 무기-무기 이온교환 복합체를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 방사성 폐액의 처리를 위한 성형 입자 형태의 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기에서 언급한 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법에 의해 제조한 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체를 제공하고자 한다.
본 발명은 페로시아나이드계 무기이온교환제 분말이 유기용매에 분산된 용액에 알콕시 실란(Alkoxy silane), 물(water) 및 촉매를 첨가하고 졸-겔 반응을 실시하여 페로시아나이드계 무기이온교환제가 실리카에 고정된 무기-무기 이온교환 복합체를 얻을 수 있는 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법에 의해 제조한 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체를 제공할 수 있다.
본 발명에 의해 방사성 폐액에 존재하는 방사성 핵종중에서 137Cs의 처리를 할 수 있는 무기-무기 이온교환 복합체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 제조하는 공정을 나타낸 공정도이다.
도 2a는 실시예 1에서 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 제조하기 위한 KCoFC 분말을 나타낸 사진이고, 도 2b는 실시예 1에서 KCoFC 함량이 90wt％인 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 나타낸 사진이다.
도 3은 실시예 1 내지 실시예 9에서 제조한 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)에 대한 Cs 제거능을 나타낸 그래프이다(가로축은 물 vs 염산의 몰비를 나타낸다).
본 발명은 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법을 나타낸다.
본 발명은 페로시아나이드(ferrocyanide)계 무기이온교환제 분말이 유기용매에 분산된 용액에 알콕시 실란(Alkoxy silane), 물(water) 및 촉매를 첨가하고 졸-겔 반응을 실시하여 페로시아나이드계 무기이온교환제가 실리카에 고정된 무기-무기 이온교환 복합체를 얻을 수 있는 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법을 나타낸다.
상기에서 페로시아나이드계 무기이온교환제 분말을 유기용매에 분산된 것에 알콕시 실란 : 물 : 촉매를 1 : 1∼10 : 0.1∼1.0의 몰비로 첨가하고 100∼500rpm으로 교반시켜 졸-겔 반응시킨 다음 건조하고 세척한 후 재차 건조하여 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체를 제조할 수 있다.
상기에서 페로시아나이드계 무기이온교환제는 포타지움 코발트 페로시아나이드(Potassium Cobalt Ferrocyanide, KCoFC), 포타지움 니켈 페로시아나이드(Potassium Nikel Ferrocyanide, KNiFC), 포타지움 징크 페로시아나이드(Potassium Zinc Ferrocyanide, KZnFC) 또는 포타지움 코퍼 페로시아나이드(Potassium Copper Ferrocyanide, KCuFC)를 사용할 수 있다.
상기에서 페로시아나이드계 무기이온교환제는 포타지움 코발트 페로시아나이드(Potassium Cobalt Ferrocyanide, KCoFC)를 사용할 수 있다.
상기에서 페로시아나이드계 무기이온교환제인 KCoFC는 포타지움 페로시아나이드(Potassium Ferrocyanide, K4Fe(CN)6) 및 코발트 나이트레이트(Cobalt Nitrate, Co(NO3)2)를 혼합한 후 교반하고 세척, 건조하여 얻은 것을 사용할 수 있다.
상기에서 페로시아나이드계 무기이온교환제인 KCoFC는 0.1M∼0.5M인 포타지움 페로시아나이드(K4Fe(CN)6)와 0.3M∼1.0M인 코발트 나이트레이트(Co(NO3)2)를 혼합한 후 12∼36시간 동안 50∼150rpm으로 교반하고 여과한 후에 정제수, 증류수, 순수 또는 초순수로 여액의 코발트(Co) 농도가 1∼1.5mg/L가 될 때까지 세척하여 건조 오븐(dry oven)에서 건조시킨 다음 막자사발로 분쇄하여 KCoFC 분말을 사용할 수 있다. 상기에서 제조한 KCoFC 분말은 데시케이터(desiccater)에 보관할 수 있다.
상기에서 페로시아나이드계 무기이온교환제인 KCoFC는 0.3M인 포타지움 페로시아나이드(K4Fe(CN)6)와 0.5M인 코발트 나이트레이트(Co(NO3)2)를 혼합한 후 24시간 동안 100rpm으로 교반하고 여과한 후에 초순수로 여액의 코발트(Co) 농도가 1mg/L가 될 때까지 세척하여 건조 오븐에서 건조시킨 다음 막자사발로 분쇄하여 KCoFC 분말을 사용할 수 있다. 상기에서 제조한 KCoFC 분말은 데시케이터에 보관할 수 있다.
상기에서 페로시아나이드계 무기이온교환제를 분산시키는 유기용매는 탄소수가 1∼10개인 알코올 용매를 사용할 수 있다.
상기에서 페로시아나이드계 무기이온교환제를 분산시키는 유기용매는 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 프로판올(propanol), 부탄올(butanol) 또는 펜탄올(phentanol)을 사용할 수 있다.
상기에서 페로시아나이드계 무기이온교환제를 분산시키는 유기용매는 에탄올을 사용할 수 있다.
상기에서 페로시아나이드계 무기이온교환제가 실리카에 고정되도록 하기 위해 졸-겔 반응을 실시할 때 졸-겔 반응을 실시하는 성분 중의 하나인 알콕시 실란은 테트라 메톡시 실란(Tetra methoxy silane), 테트라 에톡시 실란(Tetra ethoxy silane), 테트라 이소-프로폭시 실란(Tetra iso-propoxy silane), 또는 테트라 터셔리-부톡시 실란(Tetra tertiary butoxy silane)을 사용할 수 있다.
상기에서 졸-겔 반응을 실시하는 성분 중의 하나인 알콕시 실란은 테트라 에톡시 실란(Tetra ethoxy silane, TEOS)을 사용할 수 있다.
상기에서 졸-겔 반응을 실시하는 성분 중의 하나인 물은 정제수 또는 탈염수(demineralized water)를 사용할 수 있다.
상기에서 졸-겔 반응을 실시하는 성분 중의 하나인 물은 탈염수를 사용할 수 있다.
상기에서 졸-겔 반응은 촉매는 산(acid) 촉매 및/또는 염기(base) 촉매 존재하에 실시할 수 있다.
상기의 산 촉매는 염산(HCl)을 사용할 수 있다.
상기의 산 촉매는 질산(HNO3)을 사용할 수 있다.
상기의 산 촉매는 황산(H2SO4)을 사용할 수 있다.
상기의 산 촉매는 염산(HCl), 질산(HNO3), 황산(H2SO4) 중에서 선택된 2종 이상의 산(acid)을 사용할 수 있다.
상기의 염기 촉매는 수산화나트륨(NaOH)을 사용할 수 있다.
상기의 염기 촉매는 수산화칼륨(KOH)을 사용할 수 있다.
상기의 염기 촉매는 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 사용할 수 있다.
상기의 염기 촉매는 수산화암모늄(NH4OH)을 사용할 수 있다.
상기의 염기 촉매는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화암모늄(NH4OH) 중에서 선택된 2종 이상의 염기(base)를 사용할 수 있다.
상기에서 페로시아나이드계 무기이온교환제 분말이 유기용매에 분산된 용액에 알콕시 실란 : 물 : 촉매를 1 : 1∼10 : 0.1∼1.0의 몰비로 첨가하고 100∼500rpm으로 교반시켜 졸-겔 반응시켜 제조한 무기-무기 이온교환 복합체에서 페로시아나이드계 무기이온교환제의 함량은 20∼90wt％인 것을 얻을 수 있다.
상기에서 페로시아나이드계 무기이온교환제 분말이 유기용매에 분산된 용액에 알콕시 실란 : 물 : 촉매를 1 : 1∼10 : 0.1∼1.0의 몰비로 첨가하고 100∼500rpm으로 교반시켜 졸-겔 반응을 진행시키면, 졸-겔 반응에 의해 최종적으로 생성된 실리카(SiO2)에 의해 페로시아나이드계 무기이온교환제가 실리카에 고정된 무기-무기 이온교환 복합체는 활성 성분인 페로시아나이드계 무기이온교환제가 방사성 폐액에 함유되어 있는 세슘(Cs)과의 이온 교환에 의해 방사성 폐액에 함유되어 있는 세슘(Cs)을 처리할 수 있다.
본 발명의 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법의 일예로서 페로시아나이드계 무기이온교환제인 KCoFC 분말이 에탄올에 분산된 것에 테트라 에톡시 실란(Tetra ethoxy silane, TEOS), 탈염수 및 염산을 각각 1 : 1∼10 : 0.1∼1.0의 몰비가 되도록 순차적으로 첨가하고 100∼500rpm으로 교반시켜 졸-겔 반응(하기 반응식(1), 반응식(2) 참조)에 의해 최종적으로 생성된 실리카(SiO2)에 KCoFC가 고정되도록 하여 페로시아나이드계 무기이온교환제 보다 입자가 큰 무기-무기 이온교환 복합체를 제조할 수 있다.
Figure 112010018714916-pat00001

본 발명의 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법에 대해 다양한 조건으로 실시한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건에 의해 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기에서 언급한 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법에 의해 제조한 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체를 포함한다.
상기에서 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체는 KCoFC, KNiFC, KZnFC 또는 KCuFC의 페로시아나이드계 무기이온교환제가 실리카에 고정되며, 이러한 페로시아나이드계 무기이온교환제가 실리카에 고정된 무기-무기 이온교환 복합체는 활성 성분인 페로시아나이드계 무기이온교환제가 방사성 폐액에 함유되어 있는 세슘(Cs)과의 이온 교환에 의해 방사성 폐액에 함유되어 있는 세슘(Cs)을 처리할 수 있다.
이하 본 발명의 내용을 제조예, 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<제조예> KCoFC 제조
0.5M Co(NO3)2 500mL와 0.3M K4Fe(CN)6 208mL를 혼합하여 24시간 300rpm으로 교반한 후 여과지(No. 1 정량 여지)에 여과한 다음 초순수로 여액의 코발트(Co) 농도가 1mg/L가 될 때까지 세척하고 건조 오븐(dry oven)에서 건조시킨 다음 막자사발로 분쇄하여 KCoFC 분말을 제조하고 이를 도 2a에 나타내었다.
상기에서 제조한 KCoFC 분말은 데시케이터(desiccater)에 보관하였다.
<실험예 1> 다양한 KCoFC 함량의 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC) 제조
상기 제조예에서 얻은 KCoFC 분말 0.5g을 20mL 바이알(vial)에 넣은 다음 에탄올 2mL를 상기 바이알에 넣고 300rpm으로 교반하여 KCoFC 분말이 에탄올에 잘 분산되도록 하였다.
그런 다음 상기 바이알에 테트라 에톡시 실란(TEOS) : 탈염수(demineralized water, d.w.) : 염산(HCl)이 1 : 4 : 0.4의 몰비가 되도록 첨가하고 졸-겔 반응을 진행시켰다. 겔화가 진행되면 70℃의 건조오븐(dry oven)에서 건조시켰고, 건조 후에 초순수로 3회 세척하여 다시 70℃의 건조오븐에서 건조시켜 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 제조하였다.
상기에서 얻은 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)에서 KCoFC의 함량이 각각 20wt％, 40wt％, 50wt％, 60wt％, 70wt％, 80wt％, 85wt％, 90wt％, 92wt％가 될 때 필요한 TEOS의 함량을 아래의 표 1에 나타내었다.
한편 KCoFC의 함량이 90wt％인 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 도 2b에 나타내었다.
다양한 KCoFC 함량의 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)
SiO2-KCoFC 내의
KCoFC 함량(wt％)		 KCoFC(g) TEOS(g) TEOS : H2O : HCl(몰비)
20 0.5 7.07 1 : 4 : 0.4
40 2.65
50 1.77
60 1.18
70 0.76
80 0.44
85 0.31
90 0.20
92 0.15
<실험예 2> 제조 가능한 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)의 KCoFC 최대 함량
KCoFC 분말 0.5g을 20mL 바이알(vial)에 넣은 다음 에탄올 2mL를 상기 바이알에 넣고 300rpm으로 교반하여 KCoFC 분말이 에탄올에 잘 분산되도록 하였다.
그런 다음 상기 바이알에 테트라 에톡시 실란(TEOS) : 탈염수(demineralized water, d.w.) : 염산(HCl)이 1 : 4 : 0.4의 몰비가 되도록 첨가하고 졸-겔 반응을 상온 및 상압하에서 진행시켰다. 겔화가 완료되면 70℃의 건조오븐(dry oven)에서 건조시켰고, 건조 후에 초순수로 3회 세척하여 다시 70℃의 건조오븐에서 건조시켜 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 제조하였다.
상기에서 제조한 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)의 KCoFC의 함량이 각각 20wt％, 40wt％, 50wt％, 60wt％, 70wt％, 80wt％, 85wt％, 90wt％, 92wt％가 되는 겔화 시간(Gelation time, hr)을 측정하고 이를 표 2에 나타내었다.
또한 생성된 입자를 탈염수(demineralized water, d.w.) 및 pH 2∼10인 산 용액 및/또는 알칼리 용액에 침지시켜 KCoFC 분말이 용액으로 재용해 되는지 조사하는 실험을 통해 졸-겔 반응으로 생성된 무기-무기 이온교환 복합체 입자의 안정성을 평가하였다. 결과로부터, 실리카 기반의 무기-무기 이온교환 복합체로 제조 가능한 최대 KCoFC 함량을 결정하였다.
무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)의 KCoFC의 함량에 따른 겔화시간
SiO2-KCoFC 내의
KCoFC 함량(wt％)		 겔화 시간(hr) Dissolution test
d.w. pH 2∼10
20 2 ○ ○
40 14 ○ ○
50 41 ○ ○
60 69 ○ ○
70 121 ○ ○
80 155 ○ ○
85 167 ○ ○
90 173 ○ ○
92 182 X X
* 표 2에서 “○”용해되지 않음, “X"는 용해됨을 의미한다.
<실시예 1> 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC) 제조
도 1과 같은 공정에 의해 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 제조하였다.
KCoFC 분말 0.5g을 20mL 바이알(vial)에 넣은 다음 에탄올 2mL를 상기 바이알에 넣고 100rpm으로 교반하여 KCoFC 분말이 에탄올에 잘 분산되도록 하였다.
그런 다음 상기 실험예 1에서 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)의 KCoFC 함량이 80wt％인 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 얻기 위해 테트라 에톡시 실란(TEOS) 0.44g을 KCoFC 분말이 에탄올에 분산된 상기 바이알에 첨가하였다.
그런 다음 상기 테트라 에톡시 실란(TEOS) : 탈염수(demineralized water, d.w.) : 염산(HCl)이 1 : 4 : 0.4의 몰비가 되도록 물과 염산을 순차적으로 상기의 바이알에 첨가하고 졸-겔 반응을 진행시켰다. 겔화가 진행되면 70℃의 건조오븐(dry oven)에서 건조시켰고, 건조 후에 초순수로 3회 세척하여 다시 70℃의 건조오븐에서 건조시켜 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 제조하였다.
상기에서 에톡시 실란(TEOS) : 물 : 염산(HCl)이 반응하는 졸-겔 합성 반응은 아래의 반응식(1) 및 반응식(2)와 같다.
Figure 112010018714916-pat00002

<실시예 2> 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC) 제조
KCoFC 분말이 에탄올에 분산된 상기 바이알에 테트라 에톡시 실란(TEOS) : 물 : 염산(HCl)이 1 : 4 : 0.5의 몰비가 되도록 테트라 에톡시 실란(TEOS), 탈염수(demineralized water, d.w.) 및 염산을 첨가하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 제조하였다.
<실시예 3> 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC) 제조
KCoFC 분말이 에탄올에 분산된 상기 바이알에 테트라 에톡시 실란(TEOS) : 물 : 염산(HCl)이 1 : 4 : 0.6의 몰비가 되도록 테트라 에톡시 실란(TEOS), 탈염수(demineralized water, d.w.) 및 염산을 첨가하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 제조하였다.
<실시예 4> 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC) 제조
KCoFC 분말이 에탄올에 분산된 상기 바이알에 테트라 에톡시 실란(TEOS) : 물 : 염산(HCl)이 1 : 5 : 0.4의 몰비가 되도록 테트라 에톡시 실란(TEOS), 탈염수(demineralized water, d.w.) 및 염산을 첨가하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 제조하였다.
<실시예 5> 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC) 제조
KCoFC 분말이 에탄올에 분산된 상기 바이알에 테트라 에톡시 실란(TEOS) : 물 : 염산(HCl)이 1 : 5 : 0.5의 몰비가 되도록 테트라 에톡시 실란(TEOS), 탈염수(demineralized water, d.w.) 및 염산을 첨가하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 제조하였다.
<실시예 6> 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC) 제조
KCoFC 분말이 에탄올에 분산된 상기 바이알에 테트라 에톡시 실란(TEOS) : 물 : 염산(HCl)이 1 : 5 : 0.6의 몰비가 되도록 테트라 에톡시 실란(TEOS), 탈염수(demineralized water, d.w.) 및 염산을 첨가하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 제조하였다.
<실시예 7> 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC) 제조
KCoFC 분말이 에탄올에 분산된 상기 바이알에 테트라 에톡시 실란(TEOS) : 물 : 염산(HCl)이 1 : 6 : 0.4의 몰비가 되도록 테트라 에톡시 실란(TEOS), 탈염수(demineralized water, d.w.) 및 염산을 첨가하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 제조하였다.
<실시예 8> 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC) 제조
KCoFC 분말이 에탄올에 분산된 상기 바이알에 테트라 에톡시 실란(TEOS) : 물 : 염산(HCl)이 1 : 6 : 0.5의 몰비가 되도록 테트라 에톡시 실란(TEOS), 탈염수(demineralized water, d.w.) 및 염산을 첨가하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 제조하였다.
<실시예 9> 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC) 제조
KCoFC 분말이 에탄올에 분산된 상기 바이알에 테트라 에톡시 실란(TEOS) : 물 : 염산(HCl)이 1 : 6 : 0.6의 몰비가 되도록 테트라 에톡시 실란(TEOS), 탈염수(demineralized water, d.w.) 및 염산을 첨가하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 제조하였다.
<시험예> 방사성 폐액의 Cs 농도 변화 측정
상기 실시예 1 내지 실시예 9에서 제조한 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 Cs 함유된 방사성 폐액에 넣고 교반하면서 방사성 폐액의 Cs 농도 변화 측정하였다.
Cs가 함유된 모의 폐액 100mL에 대하여 상기 실시예 1 내지 실시예 9에서 제조한 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 각각 0.1g씩 첨가하여 24시간 150rpm으로 교반하면서 모의 폐액 내부의 Cs농도 변화를 측정하고 그 결과를 도 3에 나타내었다. 이때 상기 실시예 1 내지 실시예 9에서 제조한 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 대상으로 Cs가 함유된 모의 폐액에서 Cs 제거 능력을 알기 위한 실험조건은 하기의 표 3과 같다.
도 3에서처럼 KCoFC 함량이 80wt％인 무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC) 중에서 테트라 에톡시 실란(TEOS) : 물 : 염산(HCl)이 1 : 4 : 0.4의 몰비로 제조된 무기-무기 이온교환 복합체가 모의 폐액에 대한 Cs 제거 효율이 제일 우수함을 알 수 있었다.
무기-무기 이온교환 복합체(SiO2-KCoFC)를 대상으로 Cs가 함유된 모의 폐액에서 Cs 제거 능력을 알기 위한 실험조건
Cs conc. (mg/l) 108
V(ml) 100
Kinds of exchanger H2O 4, 5, 6
HCl 0.4, 0.5, 0.6
Mass of exchanger (g) 0.1
L/S ratio (mL/g) 1000
Shaking speed (rpm) 150
Sampling time (hr) 0.17, 0.5, 1, 2, 3.5, 8, 18, 24
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제조예, 실험예, 실시예 및 시험예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의해 방사성 폐액에 존재하는 방사성 핵종중에서 137Cs의 처리를 할 수 있는 활성 물질인 페로시아나이드계 무기이온교환제를 졸-겔 반응에 의해 페로시아나이드계 무기이온교환제가 실리카에 고정된 즉, 페로시아나이드계 무기이온교환제가 실리카를 함유하는 입자 형태의 무기-무기 이온교환 복합체를 제공할 수 있어 본 발명은 산업상 이용가능성이 있다고 사료된다.

Claims (11)

  1. 페로시아나이드계 무기이온교환제 분말이 유기용매에 분산된 용액에 알콕시 실란(Alkoxy silane), 물(water) 및 촉매를 첨가하고 졸-겔 반응을 실시하여 페로시아나이드계 무기이온교환제가 실리카에 고정된 무기-무기 이온교환 복합체를 얻는 것을 특징으로 하는 방사성 폐액의 처리를 위한 성형 입자 형태의 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 페로시아나이드계 무기이온교환제 분말이 유기용매에 분산된 용액에 알콕시 실란 : 물 : 촉매를 1 : 1∼10 : 0.1∼1.0의 몰비로 첨가하고 교반시켜 졸-겔 반응시킨 다음 건조하고 세척한 후 재차 건조하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 페로시아나이드계 무기이온교환제는 KCoFC, KNiFC, KZnFC 또는 KCuFC 임을 특징으로 하는 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 유기용매는 탄소수가 1∼10개인 알코올 용매 임을 특징으로 하는 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 알콕시 실란은 테트라 메톡시 실란(Tetra methoxy silane), 테트라 에톡시 실란(Tetra ethoxy silane), 테트라 이소-프로폭시 실란(Tetra iso-propoxy silane) 또는 테트라 터셔리-부톡시 실란(Tetra tertiary butoxy silane) 임을 특징으로 하는 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 물은 탈염수(demineralized water) 임을 특징으로 하는 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 촉매는 염산(HCl), 질산(HNO3), 황산(H2SO4) 중에서 선택된 어느 하나의 산(acid)이거나 또는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화암모늄(NH4OH) 중에서 선택된 어느 하나의 염기(base) 임을 특징으로 하는 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 무기-무기 이온교환 복합체에서 페로시아나이드계 무기이온교환제의 함량은 20∼90wt％인 것을 특징으로 하는 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 페로시아나이드계 무기이온교환제가 실리카에 고정된 무기-무기 이온교환 복합체는 활성 성분인 페로시아나이드계 무기이온교환제가 방사성 폐액에 함유되어 있는 세슘(Cs)과의 이온 교환에 의해 방사성 폐액에 함유되어 있는 세슘(Cs)을 처리할 수 있는 것을 특징으로 하는 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체의 제조방법.
  10. 청구항 제1항의 방법에 의해 제조한 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체.
  11. 제10항에 있어서, 무기-무기 이온교환 복합체는 KCoFC, KNiFC, KZnFC 또는 KCuFC의 페로시아나이드계 무기이온교환제가 실리카에 고정된 것임을 특징으로 하는 방사성 폐액의 처리를 위한 무기-무기 이온교환 복합체.
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