KR20190090659A - Composite material for radioactive element adsorption - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a complex for radioactive element adsorption comprising: a support having a surface modified with a polymer to form pores between polymers on the surface; a first site in which Prussian blue is chemically bonded to the polymer; and a second site in which the Prussian blue is at least partially trapped in the pore. Prussian blue is stably attached to the complex. Therefore, effective cesium removal by Prussian blue is possible.

Description

방사능 원소 흡착용 복합체{COMPOSITE MATERIAL FOR RADIOACTIVE ELEMENT ADSORPTION} COMPOSITE MATERIAL FOR RADIOACTIVE ELEMENT ADSORPTION}

본 발명 기술은 방사능 노출 시의 초동 대응을 위한 물안보 기술과 관련된 기술로서, 수중으로 유출된 방사능 원소 물질을 단순한 방법으로 효과적으로 신속 제거할 수 있는 복합체 재료에 관한 기술이다. The present invention relates to a technology for water security for first responding to radiation exposure, and relates to a composite material capable of quickly and effectively removing a radioactive element substance leaked into water in a simple manner.

후쿠시마 원전 사고 이후에, 원자력 발전소, 핵무기 등의 사고 시 방사능(방사성) 물질의 유출 가능성에 대한 우려가 커지고 있다. 이러한 방사능 물질의 유출로 인해 저수지, 하천 등이 오염될 경우 안전한 용수 공급에 문제가 생기는 등 2차 피해가 발생할 수 있다. After the Fukushima nuclear accident, there is a growing concern about the possibility of the release of radioactive (radioactive) materials during accidents such as nuclear power plants and nuclear weapons. If the leakage of radioactive material contaminates reservoirs, rivers, etc., secondary damage may occur, such as a problem of safe water supply.

특히, 세슘 등 방사능 물질은 물리, 화학 및 생물학적으로 분해되거나 안정화시킬 수 없으므로, 흡착제 등에 흡착시켜 1차적으로 분리한 후 안전한 장소로 옮겨 보관하는 방법이 최선이다. In particular, since radioactive materials such as cesium cannot be decomposed or stabilized physically, chemically, or biologically, it is best to adsorb them on an adsorbent and to separate them first and then move them to a safe place.

프러시안 블루를 이용한 방사성 세슘 흡착 제거에 관한 기술은 한국특허 제2015-0154486호 등에 공지되어 있다. 프러시안 블루는 격자 구조로 인하여 세슘을 선택적으로 흡착 제거할 수 있다고 알려져 있으나, 수십 나노미터 내외의 크기로 인하여 처리 후 분리의 문제를 가지고 있다. 이를 해결하기 위하여 자성 나노 입자와의 결합을 통한 복합체 형성 등 다양한 지지체와의 결합이 시도되고 있으나, 대부분의 경우에는 물리적인 접착에 그치며 수처리 공정에서 사용되기 어려운 소재를 사용하는 경우가 대부분이다. Techniques for removing radioactive cesium adsorption using Prussian blue are known from Korea Patent No. 2015-0154486. Prussian blue is known to selectively remove cesium due to the lattice structure, but has a problem of separation after treatment due to the size of about several tens of nanometers. In order to solve this problem, bonding with various supports such as complex formation through bonding with magnetic nanoparticles has been attempted. However, in most cases, materials that are difficult to be used in water treatment processes are used only in physical bonding.

본 발명은 프러시안 블루가 안정적으로 부착되어 방사능 물질을 효과적으로 흡착할 수 있는 방사능 원소 흡착용 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a composite for adsorption of radioactive elements that can be attached to the Prussian blue stably to effectively adsorb the radioactive material.

또한, 본 발명은 상기 복합체를 수돗물 정수장 등 다양한 정수시설에서의 여과재의 일부로 적용하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a method of applying the complex as part of a filter medium in various water purification facilities, such as tap water purification plant.

본 발명의 일 실시예에 따른 방사능 원소 흡착용 복합체는 고분자로 표면이 개질되어 표면에 고분자간 공극이 형성되어 있는 지지체를 포함하고, 상기 고분자에 프러시안 블루가 화학적으로 결합된 제1 부위; 및 상기 프러시안 블루가 상기 공극에 적어도 일부 포획된 제2 부위를 포함한다.The radioactive element adsorption composite according to an embodiment of the present invention includes a support on which a surface is modified with a polymer to form inter-polymer pores on the surface, and a first portion chemically bonded to the polymer by Prussian blue; And a second site in which the Prussian blue is at least partially trapped in the void.

상기 고분자로서는 멜라민을 사용할 수 있다.Melamine may be used as the polymer.

한편, 상기 프러시안 블루는 상기 지지체 상에서 합성되어질 수 있다.On the other hand, the Prussian blue can be synthesized on the support.

상기 지지체로는 입상 활성탄을 사용할 수 있다.Granular activated carbon may be used as the support.

상기 복합체는 방사능 물질 중 특히 세슘을 효과적으로 흡착할 수 있다.The composite can effectively adsorb cesium, particularly of radioactive material.

본 발명의 일 실시예에 따른 방사능 원소 흡착용 복합체는 정수장에서 적어도 하나의 수처리 여과재로 적용되어 수돗물을 제조하는 데 사용될 수 있다. The radioactive element adsorption composite according to an embodiment of the present invention may be used as at least one water treatment filter medium in a water purification plant to prepare tap water.

본 발명에 따른 방사능 원소 흡착용 복합체는 기 합성된 프러시안 블루를 지지체에 물리적으로 부착시키는 것이 아니라, 지지체 존재하에서 프러시안블루가 in-situ 합성되어 지지체에 대한 결합 성능이 우수할 뿐만 아니라 지지체 상에 형성된 고분자간 공극에 포획되어 있어 물리적으로도 우수한 안정성을 가진다.The composite for radioactive element adsorption according to the present invention does not physically attach the synthesized Prussian blue to the support, but also has excellent binding performance to the support as the Prussian blue is synthesized in-situ in the presence of the support. It is trapped in the interpolymer gap formed in the resin, and thus has excellent physical stability.

따라서 상기 복합체가 흡착제로서 사용될 경우, 세슘 등 방사능 원소를 흡착하는 유효 성분인 프러시안 블루의 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있다. Therefore, when the composite is used as an adsorbent, it is possible to improve the durability and stability of Prussian blue, an active ingredient that adsorbs radioactive elements such as cesium.

한편, 상기 지지체로서 활성탄을 사용할 경우, 정수장의 수돗물 제조 과정 등에 적용될 수 있어 기본적인 불순물 필터로서 기능할 뿐만 아니라 수중의 방사능 필터로도 기능할 수 있다. On the other hand, in the case of using the activated carbon as the support, it can be applied to the tap water manufacturing process of the purification plant, and can also function as a basic impurity filter as well as a radioactive filter in water.

나아가 지지체를 부직포 등 다양하게 확장할 경우 방사능 원소의 흡착용 복합체의 응용 범위나 방식의 다변화가 가능할 것으로 기대된다.Furthermore, if the support is expanded in various ways such as nonwoven fabric, it is expected that the application range or method of the composite for adsorption of radioactive elements can be diversified.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사능 원소 흡착용 복합체를 개념적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 입상 활성탄의 표면을 고분자로 개질하는 방법을 화학반응으로 도식하여 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 표면 개질 전의 입상 활성탄을 보여주는 SEM 사진이다.
도 4는 표면 개질 후의 입상 활성탄을 보여주는 SEM 사진이다.
도 5는 표면 개질 후의 프러시안 블루의 시간에 따른 탈착 현상 유무를 확인한 그래프이다.
도 6은 프러시안블루 부착 후의 입상활성탄을 보여주는 SEM 사진이다.
도 7은 프러시안블루가 부착된 활성탄과 활성탄 단독 시로에 대한 시간에 따른 세슘 제거성능을 보여주는 그래프이다.
1 is a conceptual diagram for conceptually explaining a composite for radioactive element adsorption according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating a method of modifying the surface of the granular activated carbon with a polymer by a chemical reaction.
3 is a SEM photograph showing granular activated carbon before surface modification.
4 is a SEM photograph showing granular activated carbon after surface modification.
5 is a graph confirming the presence or absence of the desorption phenomenon with time of the Prussian blue after surface modification.
6 is a SEM photograph showing granular activated carbon after Prussian blue adhesion.
Figure 7 is a graph showing the cesium removal performance over time for Prussian blue attached activated carbon and activated carbon alone siro.

이하, 첨부된 도면을 첨부하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방사능 원소 흡착용 복합체를 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 설명들은 본 발명의 기술사상을 설명하기 위한 예시적인 기재들이며 본 발명의 기술사상은 오직 후술하는 청구범위에 의하여 이해되고 제한될 수 있다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings to explain in detail the composite for radioactive element adsorption according to an embodiment of the present invention. However, the following descriptions are exemplary descriptions for describing the technical spirit of the present invention, and the technical spirit of the present invention may be understood and limited only by the following claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사능 원소 흡착용 복합체를 개념적으로 설명하기 위한 개념도이다. 1 is a conceptual diagram for conceptually explaining a composite for radioactive element adsorption according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 방사능 원소 흡착용 복합체(100)는 지지체(110), 상기 지지체 표면을 개질하기 위하여 상기 지지체에 결합되어 있는 고분자(120) 및 상기 고분자(120)에 화학적 및 물리적으로 결합되어 있는 프러시안 블루(130)를 포함한다. 상기 방사능 원소 흡착용 복합체(100)는 물과 접촉할 경우 또는 수중 환경에서 물에 포함되어 있는 방사능 원소를 선택적으로 흡착할 수 있다. Referring to Figure 1, the radioactive element adsorption complex 100 is chemically and physically coupled to the support 110, the polymer 120 and the polymer 120 is coupled to the support to modify the surface of the support Which is a Prussian blue 130. The radioactive element adsorption complex 100 may selectively adsorb radioactive elements contained in water in contact with water or in an underwater environment.

상기 지지체(110)는 다공성 재료로서, 본 실시예에서는 입상 활성탄(GAC)을 지지체로서 사용한다. 상기 지지체(110)로서는 이외에도 부직포 등의 재료를 고려할 수 있다. 상기 지지체(110)는 그 자체로서도 입상의 프러시안 블루를 상기 지지체(110)의 공극 등에 포획하여 고정시킬 수 있다 (C 부위). The support 110 is a porous material, and in this embodiment, granular activated carbon (GAC) is used as the support. In addition to the support 110, a material such as a nonwoven fabric may be considered. The support 110 may capture and fix the granular Prussian blue as such by capturing the pores of the support 110 or the like (C region).

상기 지지체(110) 표면은 고분자(120)가 결합되어 고분자로 개질되며, 상기 고분자(120)가 지지체(110) 표면에 결합되기 위해서는 상기 지지체(110) 표면이 우선 화학적으로 전처리될 수 있으며, 이의 구체적인 예에 대해서는 후술하도록 한다. 상기 고분자(120)로서는 본 실시예에서 멜라민이 사용되며, 이와 다르게 고분자로부터 후술할 프러시안 블루의 인-시튜(in-situ) 합성이 가능하도록 하는 고분자라면 다른 고분자라도 무방하다. The surface of the support 110 is modified by the polymer 120 is bonded to the polymer, in order for the polymer 120 to be bonded to the surface of the support 110, the surface of the support 110 may be first chemically pretreated. Specific examples will be described later. Melamine is used in the present embodiment as the polymer 120. Alternatively, any polymer may be used as long as the polymer enables the in-situ synthesis of Prussian blue to be described later from the polymer.

도 1을 다시 참조하면, 프러시안 블루(130)는 지지체(110) 표면의 고분자(120)의 존재 하에서, 인-시튜 상태에서 바로 합성되어 고분자(120)와 결합될 수 있다. 따라서, 상기 복합체(100)는 상기 프러시안 블루(130)가 상기 고분자(120)와 직접 결합된 제1 부위(A)를 포함한다. 또한, 상기 복합체(100)는 상기 고분자(120)들의 간극에 일종의 공극이 형성되어 있어, 상기 프러시안 블루(130)가 화학적 결합뿐만 아니라 물리적으로 상기 고분자(120)의 공극에 포획되어 있는 제2 부위 (B)를 포함한다. 따라서 상기 프러시안 블루(130)는 전술한 화학적 결합과 물리적 포획에 의하여 안정적으로 그리고 견고하게 상기 지지체(110)에 부착될 수 있다. Referring back to FIG. 1, the Prussian blue 130 may be directly synthesized in an in-situ state and combined with the polymer 120 in the presence of the polymer 120 on the surface of the support 110. Therefore, the composite 100 includes a first portion A in which the Prussian blue 130 is directly bonded to the polymer 120. In addition, the complex 100 has a kind of voids formed in the gaps of the polymers 120, so that the Prussian blue 130 is physically captured in the pores of the polymers 120 as well as the chemical bonds. Site (B). Accordingly, the Prussian blue 130 may be stably and firmly attached to the support 110 by the aforementioned chemical bonding and physical capture.

상기 입상 활성탄(GAC)은 수처리 공정에서 맛냄새 물질 및 유기물질의 흡착 제거를 위하여 정수장에서 널리 사용되고 있는 물질이다. 따라서 전술한 방사능 원소 흡착용 복합체(100)를 상기 정수장에서 여과재 등으로 적용할 경우, 1차적인 불순물 여과 기능뿐만 아니라 음용 예정인 수처리 대상에 포함된 방사능 원소를 효과적으로 흡착하여 제거할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 방사능 원소 흡착용 복합체(100)뿐만 아니라 이를 이용한 수돗물 제조 방법 또한 하나의 기술사상으로 포함한다. The granular activated carbon (GAC) is a material widely used in water purification plants for adsorption and removal of taste and organic substances in water treatment processes. Therefore, when the above-described radioactive element adsorption complex 100 is applied as a filter medium in the water purification plant, not only the primary impurity filtration function but also the radioactive element included in the water treatment target for drinking can be effectively absorbed and removed. Therefore, the present invention includes not only the radioactive element adsorption complex 100, but also a tap water manufacturing method using the same as a technical idea.

상기 방사능 원소 흡착용 복합체(100)는 수중에 배포되거나 전술한 바와 같은 여과재 형태로 적용되어 수중에 분포되어 있는 방사능 원소를 효과적으로 선택적 제거 기능을 수행할 수 있으며, 특히 세슘에 대한 우수한 흡착 성능을 기대할 수 있다. The radioactive element adsorption composite 100 is distributed in water or applied in the form of a filter medium as described above can effectively perform the selective removal of the radioactive element distributed in the water, in particular, excellent adsorption performance for cesium Can be.

이하에서는 전술한 방사능 원소 흡착용 복합체의 제조 과정을 자세하게 설명함으로써, 상기 방사능 원소 흡착용 복합체를 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 설명 역시 예시적인 실시 내용 또는 실험 내용을 설명하는 것으로서, 아래의 상세 설명에 의하여 본 발명의 기술사상이 제한되지 않는다. Hereinafter, the radioactive element adsorption complex will be described in detail by describing the manufacturing process of the above-described radioactive element adsorption complex in detail. However, the following description also describes exemplary embodiments or experimental contents, and the technical spirit of the present invention is not limited by the following detailed description.

입상 활성탄의 표면 개질Surface Modification of Granular Activated Carbon

도 2는 입상 활성탄의 표면을 고분자로 개질하는 방법을 화학반응으로 도식하여 설명하기 위한 개념도이다. 2 is a conceptual diagram illustrating a method of modifying the surface of the granular activated carbon with a polymer by a chemical reaction.

활성탄 표면을 개질하는 것은 활성탄 표면에 예를 들어 멜라민을 결합시키는 과정이다. Modification of the activated carbon surface is the process of binding melamine to the activated carbon surface, for example.

도 2를 참조하면, 상기 활성탄의 표면을 개질하기 위해서는 우선 활성탄 표면을 산화시키는 단계를 거친다. 이를 통하여 산화 활성탄(AC-Ox)이 준비될 수 있다. 상기 산화 활성탄 표면에는 전처리 과정으로서 디클로로메탄의 존재 하에서 상기 산화 활성탄을 티오닐 클로라이드와 반응시킴으로써 상기 산화 활성탄 표면에 아실 클로라이드 기를 형성시킨다(AC-Thio).Referring to FIG. 2, in order to modify the surface of the activated carbon, first, the surface of the activated carbon is oxidized. Through this, activated carbon (AC-Ox) may be prepared. As a pretreatment on the surface of the activated carbon oxide, acyl chloride groups are formed on the surface of the activated carbon oxide by reacting the activated carbon oxide with thionyl chloride in the presence of dichloromethane (AC-Thio).

이어서, 상기 활성탄을 DMSO 용액 내에서 멜라민과 그라프팅 시킴으로써, 멜라민으로 개질된 활성탄(AC-Mel)이 준비될 수 있다. 이어서, 상기 멜라민과 그라프팅된 활성탄은 공유 결합을 통하여 체인이 확장된 활성탄이 준비된다(AC-COP).Subsequently, by grafting the activated carbon with melamine in a DMSO solution, activated carbon modified with melamine (AC-Mel) may be prepared. Subsequently, the activated carbon grafted with melamine is prepared with an activated carbon having an extended chain through a covalent bond (AC-COP).

상기 고분자 내에 존재하는 다량의 아미노기는 Fe2+ 또는 Fe3+ 이온의 흡착이 활발이 이루어질 수 있도록 하며, 흡착된 Fe 이온이 후술하는 바와 같이 프러시안 블루로 합성될 수 있어 다량의 프러시안 블루가 부착될 수 있다. 또는 합성된 프러시안 블루는 폴리머 네트워크의 공극에 존재하게 되어 일종에 포획되는 형태가 됨으로써, 외부 유출이 방지될 수 있다.A large amount of amino groups present in the polymer allows the adsorption of Fe 2+ or Fe 3+ ions to be active, and the adsorbed Fe ions can be synthesized into Prussian blue as described below. Can be attached. Alternatively, the synthesized Prussian blue may be present in the pores of the polymer network to be trapped in a kind, thereby preventing external leakage.

도 3은 표면 개질 전의 입상 활성탄을 보여주는 SEM 사진이다. 도 4는 표면 개질 후의 입상 활성탄을 보여주는 SEM 사진이다. 3 is a SEM photograph showing granular activated carbon before surface modification. 4 is a SEM photograph showing granular activated carbon after surface modification.

도 3 및 도 4를 참조하면, 개질 전 활성탄은 표면에 많은 기공이 존재하나 대체로 깨끗한 표면을 보인다. 합성 과정 중 멜라민을 부착하였을 시 활성탄 표면, 특히 기공 부위에 멜라민이 부착된 것을 확인할 수 있었다. 테레프탈알데히드와 멜라민을 활용하여 폴리머를 추가로 중합하였을 경우에는 더욱 두꺼운 층의 폴리머가 형성되는 것으로 관찰되었다. 단위 폴리머는 20 nm 내외의 구형이며 이것이 중합되어 그물 형태를 띠게 된다. 그물로 인하여 형성되는 기공은 작게는 10~20nm에서 크게는 100nm 내외의 크기를 나타낸다. 3 and 4, the activated carbon has a lot of pores on the surface, but shows a generally clean surface. When the melamine was attached during the synthesis process, it was confirmed that the melamine was attached to the surface of the activated carbon, particularly the pore. When polymers were further polymerized using terephthalaldehyde and melamine, thicker layers of polymers were observed to form. The unit polymer is spherical around 20 nm and it polymerizes to form a net. The pores formed by the net have a size of about 10 nm to about 100 nm.

이와 같은 크기는 기존에 보고된 프러시안 블루의 크기와도 유사하여 기공 내부에 형성된 프러시안 블루가 유출되지 않을 수 있음을 확인시켜 준다. This size is similar to the size of the previously reported Prussian blue, confirming that the Prussian blue formed inside the pores may not leak.

프러시안블루의 부착Prussian blue

프러시안 블루는 아래 화학식(1)의 반응을 통하여 인-시튜 수준에서 지지체의 고분자로부터 합성될 수 있다. Prussian blue can be synthesized from the polymer of the support at the in-situ level through the reaction of formula (1) below.

Figure pat00001
Figure pat00001

프러시안 블루는 분말 형태를 물리적으로 결합시키지 않고, 지지체의 존재하에서 프러시안 블루를 합성시킴으로써 화학적 결합이 유도될 수 있다.Prussian blue does not physically bind the powder form, but chemical bonding can be induced by synthesizing Prussian blue in the presence of a support.

지지체인 활성탄(AC-COP)을 FeCl3 용액에 침지시키고, 페로시아닌 용액을 주입하여 프러시안블루의 인-시튜 합성이 이루어질 수 있다. An activated carbon (AC-COP), which is a support, is immersed in a FeCl 3 solution, and injected with a ferrocyanine solution to in-situ synthesis of Prussian blue.

프러시안 블루의 부착 성능 평가Evaluation of Prussian Blue's Bonding Performance

도 5는 표면 개질 후의 프러시안 블루의 시간에 따른 탈착 현상 유무를 확인한 그래프이다.5 is a graph confirming the presence or absence of the desorption phenomenon with time of the Prussian blue after surface modification.

도 5를 참조하면, 표면 개질을 수행한 경우의 프러시안 블루는 수용액 상에서 거의 발견되지 않았고, 시간 경과(30분/60분)에 따라서도 부착 정도의 변화가 거의 발견되지 않았다. 따라서 표면 개질 후의 프러시안 블루의 부착 성능은 매우 우수한 것으로 판단된다.Referring to FIG. 5, almost no Prussian blue in the case of performing surface modification was found in the aqueous solution, and almost no change in the degree of adhesion was observed over time (30 minutes / 60 minutes). Therefore, the adhesion performance of Prussian blue after surface modification is judged to be very excellent.

도 6은 프러시안 블루가 부착된 활성탄의 SEM 사진이다.6 is a SEM photograph of activated carbon to which Prussian blue is attached.

도 6을 참조하면, 프러시안 블루가 표면에 침적되어 있는 것으로 확인되었으며, 고분자 내부의 프러시안 블루는 육안상 관찰할 수 없으나, 물리적으로 부착된 부분은 활성탄의 모든 부분에서 관찰이 가능하였다. 합성된 프러시안 블루의 크기는 약 10~20nm 정도이었다.Referring to FIG. 6, it was confirmed that Prussian blue was deposited on the surface, and the Prussian blue inside the polymer could not be observed visually, but the physically attached part was observed in all parts of the activated carbon. The size of the synthesized Prussian blue was about 10-20 nm.

표 1은 주사전자현미경-EDS를 통해 분석한 프러시안 블루가 고정화된 활성탄의 원소 비율이다. 무게비로 약 1.8%의 철이 검출되어 프러시안 블루로는 약 4% 내외가 부착된 것으로 확인된다.Table 1 shows the element ratio of activated carbon to which Prussian blue is immobilized as analyzed by scanning electron microscope-EDS. About 1.8% of iron is detected by weight ratio, and it is confirmed that about 4% is attached to Prussian blue.

COP-GAC (wt%)COP-GAC (wt%) PB-COP-GAC (wt%)PB-COP-GAC (wt%) CC 56.6456.64 55.1555.15 NN 15.5615.56 11.8011.80 OO 24.0124.01 27.5727.57 SS 2.022.02 2.102.10 ClCl 1.771.77 1.261.26 KK NDND 0.280.28 FeFe NDND 1.841.84

도 7은 프러시안블루가 부착된 활성탄과 활성탄 단독 시로에 대한 시간에 따른 세슘 제거성능을 보여주는 그래프이다.Figure 7 is a graph showing the cesium removal performance over time for Prussian blue attached activated carbon and activated carbon alone siro.

도 7을 참조하면, 프러시안 블루가 부착된 활성탄(PB-COP-GAC)의 경우 활성탄 단독의 활성탄(COP-GAC)과 달리 시간경과에 따라 세슘을 흡착하여 제거하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 빠른 시간 안에 효율적으로 세슘을 제거할 수 있는 것으로 확인된다. Referring to FIG. 7, in the case of activated carbon (PB-COP-GAC) to which Prussian blue is attached, unlike activated carbon (COP-GAC) of activated carbon alone, cesium may be adsorbed and removed over time. In particular, it is confirmed that cesium can be removed efficiently in a short time.

프러시안 블루의 안정적인 고정을 통하여, 본 발명에 따른 복합체는 효과적으로 세슘 등의 방사능 원소를 흡착할 수 있다. 이상의 내용을 종합하건데, 프러시안 블루는 지지체인 활성탄에 안정적으로 부착 고정 됨으로써, 방사능 원소의 흡착용 복합체로 적용될 경우 내구성 및 안정성이 매우 우수할 것으로 판단된다. Through stable fixation of Prussian blue, the composite according to the present invention can effectively adsorb radioactive elements such as cesium. In summary, Prussian blue is stably attached and fixed to activated carbon as a support, and thus, when applied as a composite for adsorption of radioactive elements, it is considered to have excellent durability and stability.

Claims (6)

고분자로 표면이 개질되어 표면에 고분자간 공극이 형성되어 있는 지지체를 포함하고,
상기 고분자에 프러시안 블루가 화학적으로 결합된 제1 부위; 및
상기 프러시안 블루가 상기 공극에 적어도 일부 포획된 제2 부위를 포함하는, 방사능 원소 흡착용 복합체.
It includes a support having a surface modified with a polymer to form a polymer inter-pore on the surface,
A first portion in which Prussian blue is chemically bonded to the polymer; And
The radioactive element adsorption composite of claim 1, wherein the Prussian blue comprises a second portion at least partially trapped in the void.
제1항에 있어서,
상기 고분자는 멜라민인 것을 특징으로 하는 방사능 원소 흡착용 복합체.
The method of claim 1,
The polymer is a radioactive element adsorption composite, characterized in that the melamine.
제1항에 있어서,
상기 프러시안 블루는 상기 지지체 상에서 합성되어진 것임을 특징으로 하는 방사능 원소 흡착용 복합체.
The method of claim 1,
The Prussian blue is a composite for radioactive element adsorption, characterized in that synthesized on the support.
제1항에 있어서,
상기 지지체는 입상 활성탄인 것을 특징으로 하는 방사능 원소 흡착용 복합체.
The method of claim 1,
The support is a radioactive element adsorption composite, characterized in that the granular activated carbon.
제1항에 있어서,
세슘을 흡착할 수 있는 것을 특징으로 하는 방사능 원소 흡착용 복합체.
The method of claim 1,
A radioactive element adsorption composite, characterized in that the cesium can be adsorbed.
제4항의 방사능 원소 흡착용 복합체를 정수장에서 적어도 하나의 수처리 여과재로 적용하여 수돗물을 제조하는 방법.




Method for producing tap water by applying the radioactive element adsorption complex of claim 4 as at least one water treatment filter media in a water purification plant.




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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102126454B1 (en) * 2019-10-30 2020-06-24 한국건설기술연구원 Cesium-adsorbing materials having network structure and Method of manufacturing the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013150973A (en) * 2011-12-27 2013-08-08 Shikoku Res Inst Inc Cesium adsorbing agent, method for producing the same, and method for removing cesium
JP2017198688A (en) * 2011-08-19 2017-11-02 一般財団法人生産技術研究奨励会 Radioactive cesium adsorbent and method for producing the same, and method of removing radioactive cesium in environment with adsorbent
KR20170125597A (en) * 2016-05-04 2017-11-15 인하대학교 산학협력단 A adsorbent based on hollow prussian blue magnetic nanoparticles for radioactive cesium, and method of manufacturing the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017198688A (en) * 2011-08-19 2017-11-02 一般財団法人生産技術研究奨励会 Radioactive cesium adsorbent and method for producing the same, and method of removing radioactive cesium in environment with adsorbent
JP2013150973A (en) * 2011-12-27 2013-08-08 Shikoku Res Inst Inc Cesium adsorbing agent, method for producing the same, and method for removing cesium
KR20170125597A (en) * 2016-05-04 2017-11-15 인하대학교 산학협력단 A adsorbent based on hollow prussian blue magnetic nanoparticles for radioactive cesium, and method of manufacturing the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chemical Engineering Journal, 2017, Vol. 309, No.1, pp. 766-771 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102126454B1 (en) * 2019-10-30 2020-06-24 한국건설기술연구원 Cesium-adsorbing materials having network structure and Method of manufacturing the same

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