전 세계적으로 고도 산업화 및 도시화가 진행됨에 따라 가파른 인구증가에 따른 에너지 수요가 급격하게 증가하고 있는 추세이다. 기존의 에너지 공급원인 화석에너지로는 사용자의 수요를 충족할 수 없으며 화석연료의 고갈문제가 대두되고 있다. 또한, 화석에너지는 온실가스를 배출하여 지구온난화와 같은 심각한 환경문제를 유발하기 때문에 에너지 문제를 해결할 수 있는 대체 에너지 개발이 요구된다. 원자력에너지는 생산단가가 저렴하고 고갈의 위험성이 없어 경제적이며 안정적으로 양질의 에너지를 공급하다는 장점을 지니고 있다. 그러나, 원자력 에너지는 에너지 생산 과정에서 방사능 물질이 포함 된 방사능 폐기물이 발생되며 원자력 사고와 같은 잠재적인 위험도 존재한다. 원자력 사고가 발생되면 엄청난 양의 방사능 물질들이 지하수, 하천과 같은 수계 환경 속으로 유출되어 엄청난 피해가 발생하게 된다. 특히, 수계로 유출된 방사능 물질들은 확산 속도가 커 피해 범위가 크며 반감기가 다양하여 오염이 장시간동안 유지된다. 원자력 사고를 통해 방류되는 방사능 물질들 가운데 방사능 세슘(137Cs)은 반감기(Half-life)rk 30.17년으로 매우 긴 편이며, 수용성의 성질을 가져 수계로 유입될 경우 수중으로부터 분리·제거가 어렵다. 또한 방사성 세슘에 의하여 오염된 수중 식물을 통해 최종적으로 인간에게 전달되어 인체농축이 일어나 암과 같은 질병을 유발하게 된다. 따라서 자연환경과 생태계환경에 악영향을 주는 방사성 세슘은 완벽하게 처리되어야 한다. 프러시안 블루(Prussian Blue, PB)는 입방격자를 가진 푸른색의 염료로써 수중에 존재하는 세슘을 제거하는데 효율적인 물질이라고 알려져 있다. PB 내부의 입방격자의 크기와 방사능 세슘이 잘 맞아 세슘 이온을 선택적으로 흡착할 수 있다. 하지만 세슘제거에 효율적인 나노크기의 분말형 PB를 세슘제거에 직접적으로 사용하게 되면 처리효능은 우수하나, 수중에 용해되어 분리·회수가 어렵다. 분리·회수되지 못한 PB입자들은 수계에 축적되어 2차 환경문제를 유발할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 분말형태의 PB입자의 문제점을 극복할 수 있는 새로운 형태의 복합체 제조 및 적용하였다.
수중의 존재하는 세슘을 안전하고 완벽하게 분리하고 2차 환경오염을 사전에 방지할 수 있는 새로운 형태의 복합체의 주요 재료는 자성력을 지닌(Magnetic Substance) 중 강력한 자성력을 지닌 강자성체(Ferromagnetic Substance)로 선정하였다. 강자성체는 외부자기장에 가해지면 내부 모멘트들이 동일한 방향으로 움직여 강한 자성력을 가져 적은 에너지로도 수중으로부터 완벽하게 분리가 가능한 물질이다. 본 실험에서는 강자성체로 펜타카르보닐철 제작 과정에서 생성되는 부산물을 재활용하여 제조하여 친환경적인 Carbonyl Iron입자를 선정하였다. CI의 입자의 표면에 산화, 실란처리를 통한 표면 활성화 과정을 통해 균등하고 균질하게 PB입자가 형성된 새로운 형태의 복합체를 제조하였다. 제조된 복합체의 표면에 전자주사파현미경(SEM)을 통해 CI, 산화 처리된 Oxidation Carboynl Iron(OCI), 실란처리를 통하여 활성화된 Activation Carboynl Iron(ACI), 입자의 표면에 PB입자가 형성된 새로운 형태의 복합체 단계별 분석을 통해 PB입자가 균등하고 균질하게 형성되었음을 확인하였다. X선 회절분석기(XRD)를 통해 분석한 결과 복합체에서 강자성체인 Carboynl Iron 입자와 PB입자 고유의 결정 구조를 확인함에 따라 입자의 표면에 형성되어있는 나노사이즈의 입자들은 PB임자임을 확인하였다. 푸리에 변환 적외선 분광기(FT-IR)을 통해 관찰한 결과 강자성체 고유의 화학적 특징은 유지하고 있으며 입자의 표면에 PB의 고유 화학식 및 PB를 형성하기 위한 화학적 반응들이 정상적으로 발현된 것을 확인하였다. 복합체의 세슘제거 능력을 평가하기 위한 Batch 실험 결과 수중에 존재하는 세슘에 대하여 99.5%의 제거율을 얻었고 복합체의 분배계수는 113,136mL/g으로 좋은 품질의 흡착제로 분류할 수 있다. 등온흡착실험(Adsorption isotherm)을 통해 복합체는 물리적, 화학적 흡착이 모두 일어나지만 단층흡착을 하는 Langmuir 등온흡착이 더 우세하며 복합체의 세슘 최대 흡착량(qm)으로 79.3mg/g까지 흡착이 가능하다. 복합체의 최적의 적용조건을 도출하기 위하여 중심합성설계법(CCD)-표면합성분석법(RSM)를 통해 실험 설계 및 실험을 실시하였다. Response optimization을 사용하여 최적의 적용조건을 도출한 결과 세슘 원수의 pH는 6.97, 세슘 원수의 초기농도는 5㎍, 교반속도는 20rpm, 그리고 반응시간은 6.59분으로 확인하였다. 본 연구를 통해 제조된 새로운 형태의 복합체를 적용한다면 수중에 존재하는 세슘을 안전하고 완벽하게 제거하여 경제적, 환경적으로 이점을 지닌 방안이라고 판단된다.

As the industrialization and urbanization of the world is progressing, energy demand is rapidly increasing due to the steep population growth. Fossil energy, which is an existing energy supply source, cannot meet the user''s demand, and exhaustion is on the rise. In addition, since fossil energy emits greenhouse gases and causes serious environmental problems such as global warming, alternative energy development is required to solve the energy problem. Nuclear energy has the advantage of providing high-quality energy economically and stably because of low production cost and no risk of exhaustion. However, nuclear energy generates radioactive wastes containing radioactive materials during the production of energy, and there are also potential risks such as nuclear accidents. In the event of a nuclear accident, a huge amount of radioactive materials are leaked into aquatic environments such as groundwater and rivers, causing massive damage. In particular, the radioactive substances spilled into the water have a large diffusion rate and a large damage range, and the half-life is varied so that the contamination is maintained for a long time. Among the radioactive substances released through nuclear accidents, radioactive cesium (137Cs) has a long half-life of 30.17 years and is very water soluble and difficult to separate and remove from the water when entering the water system. In addition, it is finally delivered to humans through aquatic plants contaminated with radioactive cesium, causing human concentration to cause diseases such as cancer. Therefore, radioactive cesium, which adversely affects the natural and ecosystem environments, must be completely treated. Prussian Blue (PB) is a blue dye with a cubic lattice and is known to be an effective material for removing cesium in water. The size of the cubic lattice inside the PB and the radioactive cesium match well to allow selective adsorption of cesium ions. However, when the nano-sized powder PB, which is efficient for cesium removal, is directly used for cesium removal, the treatment efficiency is excellent, but it is dissolved in water and difficult to separate and recover. PB particles that are not separated or recovered can accumulate in the water and cause secondary environmental problems. Therefore, in this study, a new type of composite was prepared and applied to overcome the problems of PB particles in powder form. The main material of the new type of composite that can safely and completely separate the cesium in the water and prevent the secondary environmental pollution in advance is the Ferromagnetic Substance which has the strong magnetic force among the Magnetic Substance. Was selected. Ferromagnetic material is a material that can be completely separated from the water with little energy because the internal moments move in the same direction when applied to an external magnetic field, and have strong magnetic force. In this experiment, eco-friendly carbonyl iron particles were selected by recycling by-products produced during the production of pentacarbonyl iron as ferromagnetic materials. Through the surface activation process through oxidation and silane treatment on the surface of the CI particles, a new type of complex in which PB particles were formed uniformly and homogeneously was prepared. A new form of CI, oxidized Oxidation Carboynl Iron (OCI), Activation Carboynl Iron (ACI) activated by silane treatment, and PB particles formed on the surface of the complex Complex phase analysis confirmed that the PB particles were formed uniformly and homogeneously. X-ray diffractometer (XRD) analysis confirmed that the intrinsic crystal structure of the ferromagnetic Carboynl Iron particles and PB particles in the composite, it was confirmed that the nano-sized particles formed on the surface of the particles are PB. Observation through Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) revealed that the ferromagnetic inherent chemical properties were maintained and that the intrinsic chemical formula of PB and chemical reactions for forming PB were normally expressed on the surface of the particles. As a result of the batch test to evaluate the cesium removal ability of the complex, 99.5% of the removal rate of cesium in water was obtained, and the partition coefficient of the complex was 113,136 ml/g. Adsorption isotherm allows the composite to have both physical and chemical adsorption, but Langmuir isotherm adsorption with monolayer adsorption is more prevalent, and the maximum adsorption amount of cesium (qm) of the complex allows adsorption to 79.3 mg/g. In order to derive the optimum application conditions of the composites, experimental design and experiments were carried out through the central composite design (CCD) -surface synthesis analysis (RSM). As a result of deriving optimal application conditions using response optimization, the pH of raw cesium was 6.97, the initial concentration of raw cesium was 5㎍, the stirring speed was 20rpm, and the reaction time was 6.59 minutes. The application of a new type of composite produced through this study is considered to be a safe and complete solution to remove cesium in water, which is economically and environmentally beneficial.