프러시안 블루를 활성탄 및 일라이트에 고정시킨 흡착제에 의한 방사성 세슘 제거 특성 :Characteristics of radioactive cesium removal by activated carbon and illite fixed with prussian blue

김솔

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김솔 (과학기술연합대학원대학교, 과학기술연합대학원)

지도교수: 강성원

발행연도: 2019

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

프러시안 블루를 활성탄 및 일라이트에 고정시킨 흡착제에 의한 방사성 세슘 제거 특성

김솔 2019.01 학위논문

프러시안블루가 함침된 일라이트 기반 흡착제의 합성과 용존 방사성 세슘(¹³⁷Cs)의 흡착 평가

김솔 , 강성원 , 김복성 외 5명 대한환경공학회지 2019.01 학술저널

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2011년 3월 11일 동일본 대지진으로 발생한 지진해일로 인하여 유발된 후쿠시마 원전사고는 우리나라 국민으로 하여금 원전의 안전성에 대한 경각심을 불러일으켰다. 특히 우리나라는 편서풍대에 위치하며, 세계적 원전밀집지역에 위치하여 국내외 원전사고 발생시 방사성 물질이 국내로 유입되어 피해를 야기할 수 있다. 특히 원전사고시 발생하는 방사성 핵종 중 하나인 137Cs은 원전사고시 에어로졸의 형태로 방출되어 기류를 통해 이동하고 붕괴시 ?선을 방출하며 30년에 달하는 긴 반감기로 인하여 국내 유입시 자연계에 장기간 존재하며 지속적인 피해를 야기한다. 또한 137Cs은 수중에서 용존하여 이온상태로 존재하며 기존의 수처리 방식으로 제거가 힘들고 음용시 인체 내부에 축적되어 장기피폭을 유발하여 이에 대한 대응이 필요한 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 수중의 137Cs을 제거할 수 있는 선택적 세슘 흡착제를 합성하고 그 특성을 평가하고자 하였다. 이를 위해 세슘과 선택적으로 흡착하는 프러시안 블루(prussian blue)를 지지체에 고정한 형태의 세슘 흡착제를 합성하였다. 흡착 후 회수가 어려운 프러시안 블루의 회수를 용이하게 하고 프러시안 블루에 의한 2차 오염을 방지하기 위하여, 지지체에 covalent organic polymer를 이용한 물리적인 방법과 acrylic acid polymer를 이용한 화학적 방법으로 프러시안 블루를 고정시켰다. Covalent organic polymer는 총 4단계(oxidation, acyl chlorination, melamine attachment, cop attachment)의 단계를 거쳐 합성하여 covalent organic polymer 공극 내에서 프러시안 블루를 합성하는 물리적인 방법으로 탈착을 방지하였으며, acrylic acid polymer는 지지체에 부착시킨 acrylic acid polymer의 카르복실기에 프러시안 블루를 화학적으로 결합시켜 탈착을 방지하였다. 흡착실험 결과, covalent organic polymer를 이용하여 프러시안 블루를 고정한 흡착제는 16.36 mg/g의 세슘 흡착효율과 97.30%의 137Cs 흡착효율을 보였으며, acrylic acid polymer를 이용하여 프러시안 블루를 고정한 흡착제의 경우 최대 5.09 mg/g의 세슘 흡착효율과 99.21%의 137Cs 흡착효율을 보였다. 또한 합성된 흡착제의 프러시안 블루 탈착특성을 분석하고자 프러시안 블루를 고정한 흡착제를 세척한 후 세척수를 UV-vis 분석을 통하여 분석하였다. 그 결과, covalent organic polymer와 acrylic acid polymer를 이용하여 프러시안 블루를 고정시킨 두가지 흡착제 모두 세척수 중의 프러시안 블루의 양이 미미하였다. 이를 통해 두가지 흡착제 모두 프러시안 블루를 효과적으로 고정하는 것으로 판단할 수 있었다.

In March 11, 2011, the Fukushima nuclear power plant accident caused by the great east earthquake and tsunami caused the Korean people to be alerted to the safety of the nuclear power plant. Especially, Korea is located in an area where westerly wind occur and the dense region of the world’s nuclear power plants. Because of these reason, in the case of a nuclear accident in Korea and abroad, the radioactive material may enter the country and cause damage. Especially, 137Cs, one of the radionuclides that produced during a nuclear accident, is released in the form of aerosols in the event of nuclear power plant accident, and it travels through the air currents, and it release γ-rays upon collapse. 137Cs cause long-term damage due to its long half-life of 30 years. In addition, 137Cs is dissolved in water and exists in ionic state, and it is difficult to remove by conventional water treatment method. Also, It causes long-term exposure within human body when drinking. In this study, selective cesium adsorbents capable of removing 137Cs in water were synthesized and their properties were evaluated. For this purpose, a cesium adsorbent was prepared by fixing prussian blue selectively adsorbed on cesium to support materials. In order to facilitate the recovery of prussian blue after adsorption and to prevent secondary contamination by prussian blue, prussian blue was fixed by physical method using covalent organic polymer and chemical method using acrylic acid polymer.
Covalent organic polymer was synthesized by four steps(Oxidation, Acyl chlorination, Melamine attachment, and COP attachment), and it prevented the desorption by the physical method of synthesizing prussian blue in covalent organic polymer pores. Prussian blue was chemically bound to the carboxyl group of the acrylic acid polymer attached to the support to prevent desorption.
As a result of the adsorption test, adsorbent with prussian blue fixed using covalent organic polymer showed a cesium adsorption efficiency of 16.36 mg/g and a adsorption efficiency of 137Cs of 97.30%. In the case of adsorbent fixing prussian blue using acrylic acid polymer, the maximum cesium adsorption efficiency was 5.09 mg/g and the adsorption efficiency of 137Cs was 99.21%. In order to analyze the prussian blue desorption characteristics of the synthesized adsorbent, prussian blue fied adsorbent was washed, and the wash water was analyzed by UV-vis. As a result, the amount of prussian blue in the wash water was small for both adsorbents with prussian blue fixed using covalent organic polymer and acrylic acid polymer. It was concluded that both adsorbents were effective in fixing prussian blue.

목 차
Ⅰ.서 론 1
1.연구 배경 및 목적 1
2.연구 내용 4
3. 논문 구성 5
4. 용어 설명 6
Ⅱ.문 헌 고 찰 7
1.원전사고로 인한 환경영향 7
2.방사성 핵종 및 세슘 8
3.세슘 제염기술 10
Ⅲ.연 구 방 법 36
1.프러시안 블루 고정 흡착제 합성 36
2.흡착 실험 42
3.탈착 실험 43
Ⅳ.연 구 결 과 및 고 찰 44
1.COP-PAC-PB의 세슘 흡착 및 탈착 특성 44
가. 합성소재 특성 44
나. 흡착 특성 50
다. 탈착 특성 53
2.AA-Illite-PB의 세슘 흡착 및 탈착 특성 56
가. 합성소재 특성 56
나. 흡착 특성 59
다. 탈착 특성 64
Ⅴ.결 론 66
1.결론 66
2.향후 연구방향 67
참고문헌 68

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