KR20190051439A - 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드 및 이의 제조방법 - Google Patents

방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이드록시기를 가진 고분자를 포함하는 하이드로겔 비드에 있어서, 상기 하이드로겔 비드 내부에 각각 봉입된, 자성 나노입자 및 방사성 핵종 제거용 흡착제를 포함하는 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드 및 이의 제조방법{HYDROGEL BEAD OF REMOVING RADIONUCLIDE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
원자력 발전소를 포함한 원자력 시설뿐 아니라, 방사성 핵종을 다루는 다양한 업종에서 다양한 방사성 폐액을 발생시키고 있다. 이러한 방사성 폐액을 처리하기 위해서, 흡착(adsorption), 용매 추출(solvent extraction), 화학적 침전(chemical precipitation), 멤브레인 공정(membrane processing), 응집(coagulation), 전기투석(electrodialysis), 이온교환(ion exchange) 등 다양한 기술이 산업적으로 이용되고 있다. 이중에서 흡착(adsorption)은 간편하고, 대용량 방사성 폐액을 처리하는데 유리한 방법으로 알려져 있다. 이러한 흡착에 사용되는 흡착제는 방사성 핵종의 종류에 따라 다양한 물질들이 사용될 수 있다. 구체적으로, 방사성 세슘 제거용으로는 금속 이온-페로시아나이드, 제올라이트(zeolite), 테트라페닐보레이트(tetraphenylborate), 암모늄 포스포몰리브데이트(ammonium phosphomolybdate) 등이 있고, 방사성 스트론튬 제거용으로는 수산화철(ferrous hydroxide), 칼슘 또는 철 포스페이트(calcium or iron phosphate), 칼슘 카보네이트(calcium carbonate), 망가니즈 다이옥사이드(manganese dioxide), 바륨 설페이트(barium sulphate) 등이 있다. 그 외에 Pu, Am, Cr-51, Mn-54, Co, Fe-59, Sb, Ru, Zr, Nb, Ce 등의 방사성 핵종을 제거하기 위한 다양한 흡착체들이 있다. 한편, 흡착제들의 크기가 작아질수록, 흡착제의 표면적이 증가하여, 흡착제의 흡착 운동이 증가하는 것은 잘 알려져 있는 사실이다. 따라서 현재 대부분의 흡착제 관련 연구는 제조되는 흡착제의 크기를 마이크로 혹은 나노크기로 줄여서 흡착성능을 향상시키는 연구가 주를 이루고 있다. 하지만 그에 따라 사용 후 흡착제의 회수를 위해서는 원심분리기법, 멤브레인법 등의 다양한 공정이 추가적으로 필요하다는 단점을 가진다.
한국공개특허 제10-1678860호(2016. 12. 06.)
본 발명은 하이드록시기를 가진 고분자를 포함하는 하이드로겔 비드에 있어서, 상기 하이드로겔 비드 내부에 각각 봉입된, 자성 나노입자 및 방사성 핵종 제거용 흡착제를 포함하는 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드 등을 제공하고자 한다.
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 하이드록시기를 가진 고분자를 포함하는 하이드로겔 비드에 있어서, 상기 하이드로겔 비드 내부에 각각 봉입된, 자성 나노입자 및 방사성 핵종 제거용 흡착제를 포함하는 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드를 제공한다.
본 발명의 일 구현예로, (a) 하이드록시기를 가진 고분자를 포함하는 수용액을 준비하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계에서 준비된 수용액에 자성 나노입자 전구체를 첨가한 후, 방사성 핵종 제거용 흡착제를 추가로 첨가한 용액을 제조하는 단계를 포함하는 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 하이드록시기를 가진 고분자를 포함하는 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 pH 11.3 이상의 조건 하에서 제조된 것으로, 상기 하이드로겔 비드 내부에 각각 봉입된, 자성 나노입자 및 방사성 핵종 제거용 흡착제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 원자력 발전소를 포함한 원자력 시설뿐 아니라, 방사성 핵종을 다루는 다양한 업종에서 발생하는 다양한 방사성 폐액을 정화시키는데 유용하게 사용될 수 있으며, 후쿠시마 원전사고와 같은 중대사고시 방사성 핵종으로 오염된 다양한 물 환경을 복원하는데 효과적으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드를 나타낸 모식도이다.
도 2는 실시예 1~3에서 제조된 하이드로겔 비드의 XRD 분석 결과를 보여주는 그래프이다.
도 3은 실시예 1 및 3에서 제조된 하이드로겔 비드와, 비교예 1~3에서 제조된 하이드로겔 비드의 외형을 비교한 사진이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 하이드로겔 비드에 외부 자석을 도입하였을 때, 실시예 1에서 제조된 하이드로겔 비드의 거동을 보여주는 사진이다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 하이드로겔 비드를 이용하여 비방사성 세슘에 대한 흡착 성능을 확인한 결과를 보여주는 그래프이다.
본 발명자들은 방사성 핵종의 흡착 면적을 최대화할 수 있는 하이드로겔 비드에 대해 연구하던 중, 특정 pH 조건에서 하이드록시기를 가진 고분자를 포함하는 하이드로겔 비드 내부에, 자성 나노입자 및 방사성 핵종 제거용 흡착제를 각각 봉입시킴으로써, 방사성 핵종을 효과적으로 제거할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드
본 발명은 하이드록시기를 가진 고분자를 포함하는 하이드로겔 비드에 있어서, 상기 하이드로겔 비드 내부에 각각 봉입된, 자성 나노입자 및 방사성 핵종 제거용 흡착제를 포함하는 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드를 제공한다.
본 명세서 내 “하이드로겔”이라 함은 물을 분산매로 하는 겔을 의미하는 것으로, 특정 고분자의 화학적 및/또는 물리적 가교에 의해 제조될 수 있는 친수성의 팽윤 가능한 3차원 구조의 매트릭스를 말한다.
즉, 상기 하이드로겔은 친수성을 가지는바 물에서 쉽게 수화될 수 있는데, 상기 하이드로겔은 물에서 상기 하이드로겔 내부에 각각 봉입된 자성 나노입자 및 방사성 핵종 제거용 흡착제의 방출은 억제하면서, 물에 포함된 방사성 핵종을 유입시켜 방사성 폐액을 정화시킬 수 있는 이점을 가진다.
본 명세서 내 “비드(bead)”라 함은 흡착 면적을 최대화할 수 있는 크기의 알맹이를 의미하는 것으로, 평균 입자 크기가 수 nm 내지 수 cm일 수 있고, 100 nm 내지 1 cm인 것이 바람직하고, 10 mm 내지 70 mm인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드를 나타낸 모식도이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 하이드록시기를 가진 고분자를 포함하는 하이드로겔 비드(10)에 있어서, 상기 하이드로겔 비드(10) 내부에 각각 봉입된, 자성 나노입자(20) 및 방사성 핵종 제거용 흡착제(30)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 본 발명에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 하이드록시기를 가진 고분자를 포함한다.
상기 고분자 내 하이드록시기는 후술하는 자성 나노입자와 수소 결합을 이루는 역할을 하는 작용기에 해당하는 것으로, 이러한 수소 결합은 상기 고분자와 상기 자성 나노입자 간의 그물망 형태를 가지는 가교 결합을 형성할 수 있다. 또한, 상기 수소 결합은 후술하는 자성나노입자가 합성되는 조건인, pH 11.3 이상인 조건 하에서 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
구체적으로, 상기 고분자는 폴리비닐알코올, 아라비아검, 구아검, 로커스트빈검 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것이 바람직하고, 폴리비닐알코올인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 그밖에, 상기 고분자는 디올(diol)기를 포함하거나, 카테콜(catechol)기를 포함하거나, 살리실수산화옥심산(Salicylhydroxamic acid)기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 고분자 외에, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로오스, 알지네이트, 키토산, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 그래핀 옥사이드, 그래파이트 및 카본 나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 추가로 포함할 수 있다. 이때, 알지네이트, 폴리아크릴산 등과 같이 카르복실기를 포함하는 골격을 가진 물질의 경우, 상기 카르복실기는 음이온 상태에서 양전하를 띈 방사성 핵종을 추가로 흡착할 수 있는 이점을 가질 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 내부에 각각 봉입된 자성 나노입자 및 방사성 핵종 제거용 흡착제를 포함한다.
상기 자성 나노입자는 방사성 핵종 흡착 후 자성 분리 및 회수를 위해 도입되는 것이다. 상기 하이드로겔 비드 내부에 봉입된 것을 특징으로 하는바, 방사성 핵종 흡착 후 자성 분리 및 회수가 용이한 이점을 가진다.
상기 자성 나노입자는 상기 고분자 내 하이드록시기와 수소 결합을 이루는 것으로, 구체적으로, Fe3O4일 수 있다. Fe3O4는 하기 반응을 통해 합성될 수 있다.
Fe2++2Fe3++8OH-→ Fe3O4+4H2O
이때, 합성을 위한 pH 조건은 pH 11.3 이상인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
상기 방사성 핵종 제거용 흡착제 역시 상기 하이드로겔 비드 내부에 봉입된 것을 특징으로 하는데, 상기 방사성 핵종 제거용 흡착제는 상기 고분자와 상기 자성 나노입자 간의 그물망 형태를 가지는 가교 결합을 통해 상기 하이드로겔 비드 외부가 아닌 내부에 강하게 봉입됨으로써, 상기 방사성 핵종 흡착제가 외부로 누출되는 것을 쉽게 방지할 수 있으며, 상기와 같은 이유로 다양한 방사성 핵종 흡착제를 상기 하이드로젤 비드 내부에 봉입함으로써 다양한 핵종을 동시에 제거할 수 있는 이점을 가진다.
상기 방사성 핵종 제거용 흡착제는 Cs, Sr, Pu, Am. Cr, Mn, Co, Fe, Sb, Ru, Zr, Nb 및 Ce로 이루어진 군으로부터 선택된 방사성 핵종 하나 또는 둘 이상을 제거하기 위한 것일 수 있고, 하나의 종류의 방사성 핵종 제거용 흡착제가 상기 하이드로겔 비드 내부에 봉입될 수도 있으나, 여러 종류의 방사성 핵종 제거용 흡착제가 상기 하이드로겔 비드 내부에 봉입되는 경우, 여러 종류의 방사성 핵종을 동시에 제거할 수 있는 이점을 가진다.
상기 방사성 핵종 제거용 흡착제는 나노 또는 마이크로 크기일 수 있다.
일 예로, 상기 방사성 핵종 제거용 흡착제는 세슘 제거용 흡착제일 수 있고, 금속 이온-페로시아나이드인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 금속 이온으로는 철 등 전이금속 이온을 사용할 수 있고, 페로시아나이드로는 페로시안화나트륨(Na4Fe(CN)6), 페로시안화칼륨(K4Fe(CN)6) 및 페로시안화암모늄((NH4)4Fe(CN)6)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에서는 세슘 제거용 흡착제로서, 하기 화학식 1로 표시되는 프러시안 블루를 사용하였다:
[화학식 1]
Figure pat00001
.
이때, 화학식 1로 표시되는 프러시안 블루는 물에 용해되는 물질이다. 한편, 물에 용해되지 않는 물질로서, Fe4 +[Fe(CN)6]3를 사용할 수도 있다.
방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법
본 발명은 (a) 하이드록시기를 가진 고분자를 포함하는 수용액을 준비하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계에서 준비된 수용액에 자성 나노입자 전구체를 첨가한 후, 방사성 핵종 제거용 흡착제를 추가로 첨가한 용액을 제조하는 단계를 포함하는 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법을 제공한다.
(c) 상기 (b) 단계에서 제조된 용액을 pH 11.3 이상의 조건 하에서 하이드로겔 비드를 제조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법은 하이드록시기를 가진 고분자를 포함하는 수용액을 준비하는 단계[(a) 단계]를 포함한다.
상기 하이드록시기를 포함하는 고분자에 대해서는 전술한바 있으므로, 중복 설명을 생략하기로 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법은 상기 준비된 수용액에 자성 나노입자 전구체를 첨가한 후, 방사성 핵종 제거용 흡착제를 추가로 첨가한 용액을 제조하는 단계[(b) 단계]를 포함한다.
상기 자성 나노입자 전구체는 자성 나노입자를 합성하기 위한 출발물질을 말하는 것으로, Fe3O4를 합성하기 위한 출발물질로서, FeCl3및 FeCl2·4H2O일 수 있다.
상기 고분자 100 중량부에 대하여, 상기 첨가된 자성 나노입자 전구체는 0.01 중량부 내지 200 중량부인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 첨가된 자성 나노입자 전구체의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 자성 분리 및 회수가 용이하지 않은 문제점이 있고, 첨가된 자성 나노입자 전구체의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 하이드로겔 비드 내부로 봉입이 용이하지 않는 문제점이 있다.
한편, 상기 방사성 핵종 제거용 흡착제에 대해서는 전술한바 있으므로, 중복 설명을 생략하기로 한다.
상기 고분자 100 중량부에 대하여, 상기 첨가된 방사성 핵종 제거용 흡착제는 0.01 중량부 내지 50 중량부인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 첨가된 방사성 핵종 제거용 흡착제의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 방사성 핵종 제거성능이 미미한 문제점이 있고, 첨가된 방사성 핵종 제거용 흡착제의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 하이드로겔 비드 내부로 봉입이 용이하지 않는 문제점이 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법은 상기 (b) 단계에서 제조된 용액을 pH 11.3 이상인 것이 조건 하에서 하이드로겔 비드를 제조하는 단계[(c) 단계]를 추가로 포함할 수 있다.
상기 하이드로겔 비드의 제조는 상기 제조된 용액을 암모늄 하이드록사이드 용액에 적하함으로써 수행될 수 있는데, 상기 제조된 용액이 적하되는 액적(droplet)의 크기에 따라, 제조되는 하이드로겔 비드의 평균 입자 크기를 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 제조된 용액은 피펫팁을 이용하여 암모늄 하이드록사이드 용액에 적하할 수 있는데, 이때, 피펫팁의 용량을 0.1 mL 내지 20 mL로 조절함으로써, 제조되는 하이드로겔 비드의 평균 입자 크기를 10 mm 내지 70 mm로 조절할 수 있다.
또한, 사용되는 상기 암모늄 하이드록사이드 용액은 pH 11.3 이상의 조건을 유지함으로써, 자성 나노입자 전구체로부터 자성 나노입자를 잘 합성시킨 후, 자성 나노입자와 고분자 내 하이드록시기와 수소 결합을 이루게 할 수 있으면서도, 방사성 핵종 제거용 흡착제의 구조붕괴 없이 하이드로겔 비드 내부에 잘 봉입시킬 수 있다.
이때, 암모늄 하이드록사이드 용액의 pH가 11.3 미만인 경우에는, 상기 고분자와 상기 자성 나노입자 간의 그물망 형태를 가지는 가교 결합이 형성되지 아니하여, 상기 방사성 핵종 흡착제가 상기 하이드로겔 비드 내부에 봉입되지 아니하고, 밖으로 방출되어 안정적인 하이드로겔 비드가 형성되지 못하는 문제점이 있다. 한편, 상기 방사성 핵종 흡착제로 금속 이온-페로시아나이드(예: 화학식 1로 표시되는 프러시안 블루)를 사용한 경우, 암모늄 하이드록사이드 용액의 pH가 11.5를 초과하는 경우에는, 금속 이온-페로시아나이드가 용해되는 문제점이 있다.
따라서, 상기 방사성 핵종 흡착제로 금속 이온-페로시아나이드(예: 화학식 1로 표시되는 프러시안 블루)를 사용한 경우, 상기 암모늄 하이드록사이드 용액의 pH를 11.3~11.5로 유지함으로써, 상기 방사성 핵종 흡착제의 안정성을 확보할 수 있다.
이후, 상기 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 방사성 핵종을 흡착한 후, 필터 또는 외부 자석을 통해 분리 및 회수될 수 있다. 이때, 상기 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 평균 입자 크기가 작아 필터를 통한 분리 및 회수가 용이하지 않은 경우라 할지라도, 상기 하이드로겔 비드 내부에 각각 봉입된 자성 나노입자는 초상자성을 가지는바, 외부 자석을 통한 자성 분리 및 회수가 가능하다
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이드록시기를 가진 고분자를 포함하는 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 pH 11.3 이상의 조건 하에서 제조된 것으로, 상기 하이드로겔 비드 내부에 각각 봉입된, 자성 나노입자 및 방사성 핵종 제거용 흡착제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 원자력 발전소를 포함한 원자력 시설뿐 아니라, 방사성 핵종을 다루는 다양한 업종에서 발생하는 다양한 방사성 폐액을 정화시키는데 유용하게 사용될 수 있으며, 후쿠시마 원전사고와 같은 중대사고시 방사성 핵종으로 오염된 다양한 물 환경을 복원하는데 효과적으로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
폴리비닐알코올(polyvinylalchol)(Mw=138,000) 500g을 물 10 ml에 넣고 70℃에서 교반하여 완전히 용해시킨 수용액을 준비하였다. 여기에, FeCl3 112mg 및 FeCl2·4H2O 68mg을 첨가하였다. 이후, 여기에 세슘 제거용 흡착제로서, 프러시안 블루(시그마 알드리치, Cas number=12240-15-2) 50mg을 첨가한 용액을 제조하였다.
그 다음, 상기 용액을 시중에 판매되는 0.2 mL 용량의 피펫팁을 이용하여 pH 11.3으로 조절된 암모늄 하이드록사이드(NH4OH) 용액 20mL에 적하하여 하이드로겔 비드를 제조하였다. 이때, 제조된 하이드로겔 비드의 평균 입자 크기(15개의 평균치)는 약 33.8 mm이다.
실시예 2
암모늄 하이드록사이드(NH4OH)용액의 pH를 11.4로 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하이드로겔 비드를 제조하였다.
실시예 3
암모늄 하이드록사이드(NH4OH)용액의 pH를 11.5로 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하이드로겔 비드를 제조하였다.
실시예 4
피펫팁의 용량을 1mL로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하이드로겔 비드를 제조하였다. 이때, 제조된 하이드로겔 비드의 평균 입자 크기(15개의 평균치)는 약 38.0 mm이다.
실시예 5
피펫팁의 용량을 5mL로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하이드로겔 비드를 제조하였다. 이때, 제조된 하이드로겔 비드의 평균 입자 크기(15개의 평균치)는 약 42.3 mm이다.
실시예 6
피펫팁의 용량을 10mL로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하이드로겔 비드를 제조하였다. 이때, 제조된 하이드로겔 비드의 평균 입자 크기(15개의 평균치)는 약 53.0 mm이다.
비교예 1
암모늄 하이드록사이드(NH4OH) 용액의 pH를 10.9로 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하이드로겔 비드를 제조하였다.
비교예 2
암모늄 하이드록사이드(NH4OH) 용액의 pH를 11.0으로 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하이드로겔 비드를 제조하였다.
비교예 3
암모늄 하이드록사이드(NH4OH) 용액의 pH를 11.2로 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하이드로겔 비드를 제조하였다.
도 2는 실시예 1~3에서 제조된 하이드로겔 비드의 XRD 분석 결과를 보여주는 그래프이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1~3에서 제조된 비드는 모두 Fe3O4(붉은색 세로선) 및 프러시안 블루(파란색 세로선)의 특성 피크와 동일한 위치에서 피크를 보여주고 있는 것으로 확인되는바, Fe3O4가 잘 합성되었고, 프러시안 블루가 구조붕괴 없이 하이드로겔 비드 내부에 잘 봉입되어 있는것으로 확인된다.
도 3은 실시예 1 및 3에서 제조된 하이드로겔 비드와, 비교예 1~3에서 제조된 하이드로겔 비드의 외형을 비교한 사진이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 3에 따르면, 하이드로겔 비드가 안정적으로 형성된 것으로 확인되나, 비교예 1~3에 따르면, 폴리비닐알코올 및 Fe3O4사이에 그물망 형태의 가교 결합이 형성하지 못하는 관계로, 방사성 핵종 제거용 흡착제는 하이드로겔 비드 내부에 봉입되지 아니하고, 밖으로 방출되어 갈색빛을 띄는 용액으로 관찰된다.
즉, pH 11.3 이상의 조건 하에서 제조하면, 안정적인 하이드로겔 비드가 형성되나, pH 11.2 이하의 조건 하에서 제조하면, 방사성 핵종 제거용 흡착제가 하이드로겔 비드 내부에 봉입되지 아니하고, 밖으로 방출되어 안정적인 하이드로겔 비드가 형성되지 못함을 알 수 있다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 하이드로겔 비드에 외부 자석을 도입하였을 때, 실시예 1에서 제조된 하이드로겔 비드의 거동을 보여주는 사진이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 하이드로겔 비드 내부에 각각 봉입된 자성 나노입자는 초상자성을 가지는바, 외부 자석의 외부 자기장으로 인해 자성 나노입자를 자화시켜 실시예 1에서 제조된 하이드로겔 비드를 외부 자석 쪽으로 이동시킬 수 있는 것으로 확인되는바, 이를 쉽게 자성 분리 및 회수할 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 하이드로겔 비드를 이용하여 비방사성 세슘에 대한 흡착 성능을 확인한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 하이드로겔 비드를 이용하여 비방사성 세슘에 대한 흡착 성능은 랭뮤어 등온 모델(langmuir isotherm model)에 잘 부합하는 것으로 확인된다. 이때, 비방사성 세슘에 대한 최대 흡착량(Qmax)은 약 13.6mg/g인 것으로 확인된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (11)

  1. 하이드록시기를 가진 고분자를 포함하는 하이드로겔 비드에 있어서,
    상기 하이드로겔 비드 내부에 각각 봉입된, 자성 나노입자 및 방사성 핵종 제거용 흡착제를 포함하는
    방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하이드로겔 비드의 평균 입자 크기는 100 nm 내지 1 cm인
    방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하이드록시기를 가진 고분자는 폴리비닐알코올, 아라비아검, 구아검, 로커스트빈검 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인
    방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자성 나노입자는 상기 고분자 내 하이드록시기와 수소 결합을 이루는
    방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자성 나노입자는 Fe3O4인
    방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방사성 핵종 제거용 흡착제는 Cs, Sr, Pu, Am. Cr, Mn, Co, Fe, Sb, Ru, Zr, Nb 및 Ce로 이루어진 군으로부터 선택된 방사성 핵종 하나 또는 둘 이상을 제거하기 위한
    방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드.
  7. (a) 하이드록시기를 가진 고분자를 포함하는 수용액을 준비하는 단계; 및
    (b) 상기 (a) 단계에서 준비된 수용액에 자성 나노입자 전구체를 첨가한 후, 방사성 핵종 제거용 흡착제를 추가로 첨가한 용액을 제조하는 단계를 포함하는
    방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    (c) 상기 (b) 단계에서 제조된 용액을 pH 11.3 이상의 조건 하에서 하이드로겔 비드를 제조하는 단계를 추가로 포함하는
    방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 고분자 100 중량부에 대하여, 상기 (b) 단계에서 첨가된 자성 나노입자 전구체는 0.01 중량부 내지 200 중량부이고, 상기 (b) 단계에서 첨가된 방사성 핵종 제거용 흡착제는 0.005 중량부 내지 50 중량부인
    방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 첨가된 자성 나노입자 전구체는 FeCl3 및 FeCl2·4H2O인
    방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 하이드로겔 비드의 제조는 상기 (b) 단계에서 제조된 용액을 암모늄 하이드록사이드 용액에 적하함으로써 수행되는
    방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법.
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