KR0153022B1 - 오염 토양에 효과적인 고분자 고정화제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핵사고나 중금속 누출사고에 의해 오염된 토양에 존재하는 방사능과 중금속 이온을 효과적으로 고정화하는 물질에 관한 것으로써, 범용의 고정화제는 방사성 핵종이나 중금속이온의 비에 대한 내 침출성이 떨어질 뿐만 아니라 기후적 인자에 의해 그 효능이 오래가지 못하는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 수용성 고분자 알코올과 고분자 카르복시산을 혼합하면 거대 분자간 착물이 형성되는데 이는 내 수용성이 우수할 뿐만 아니라 토양이나 도시표면 재료에 존재하는 방사성 핵종이나 중금속 이온에 선택적으로 흡착되는 성질이 있다. 그러므로 본 고정화제를 사용하면 기존 고정화제에 비해 고정화 기간을 연장시킬 수 있으며 방사성 핵종과 중금속 이온의 비에 의한 내 침출성도 크게 향상된다.

Description

오염 토양에 효과적인 고분자 고정화제

제1도는 본 발명에 사용하는 고정화제[수용성 고분자 알코올(polymeric alcohol)과 고분자 카르복시산(polycarboxylic acid) 혼합용액]의 산도 변화에 따른 두 분자 사이의 결합 형태 비교도.

제2도는 본 발명에 사용하는 고정화제를 모래 입자에 적용하여 건조시킨 후 표면을 관찰한 사진.

제3도는 본 발명에 사용하는 고정화제와 기존 고정화제(수용성 고분자 알코올) 사이의 오염된 토양 표면에서의 접착 특성 비교도.

제4도는 본 발명에 사용하는 고정화제와 기존 고정화제를 동일량 모래에 적용시킨 후 물에 의해 침출된 방사선량의 상대 비교도.

본 발명은 핵사고나 중금속 누출 사고에 의해 오염된 토양에 존재하는 방사능과 중금속 이온을 효과적으로 고정화하는 물질에 관한 것이다.

오염된 토양에 존재하는 방사능 및 중금속 이온은 비, 눈, 바람 등과 같은 기후적 인자에 의해 인근 지역이나 대기를 오염시킨다.

상기와 같은 오염 확산을 억제하기 위하여 수용성 고분자 알코올등과 같은 고정화제를 토양 표면에 적용하는데, 범용의 고정화제는 방사성 핵종이나 중금속 이온의 비에 대한 내 침출성이 떨어질 뿐만 아니라 기후적 인자에 의해 그 효능이 오래가지 못하는 단점이 있었다.

또한, 핵사고 오염 토양의 고정화를 목적으로 사용된 화합물로서는 미국의 경우 염화칼륨이나 염화마그네슘이 필렛형태로 상용화되어 있으며 석유공업의 부산물인 로드 오일(road oil) 및 아스팔트가 네바다 핵 실험장에서 사용되어 왔다.

그러나 염화칼륨과 염화마그네슘을 기초로 하는 고정화제는 대기내에 습도가 높아야 한다는 단점이 있었다.

또한 로드 오일 및 아스팔트를 적용시키면 토양이 물을 흡수하는 능력을 저하(토양 입자 사이의 공간이 고정화제로 채워짐) 시킴으로써 토양 자체를 황폐화 시킬 뿐만 아니라 대단위 지역에 적용한다면 소요량이 많아지게 된다.

구 소련에서는 체르노빌 원전 핵사고 오염 지역의 복구시 라텍스, 오일 슬라임(oil slime), 아스팔트, 리그닌, 리그노 설폰산, 실리콘 화합물, 고분자 전해질의 착물 등을 사용하였으며, 프랑스에서는 폴리아크릴 계통의 고정화제가 개발되었다.

본 발명은 종래의 문제점을 보완하기 위하여 핵사고나 중금속 누출 사고에 의해 오염된 토양에 존재하는 방사능과 중금속 이온을 효과적으로 고정화하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 토양을 포함한 지표 환경 오염물 특히, 방사능이나 중금속 오염물의 주변 지표 환경 오염의 확산을 하거나 오염 복구를 목적으로 고분자 물질을 사용하는 것이며, 여기서 고분자 물질은 수용성 고분자 알코올 수용액과 고분자 카르복시산 수용액이 혼합되어 거대 분자간 착물이 형성된 상태를 의미하며 수용성 고분자 알코올의 적용농도는 단위체(monomer unit)를 기준으로0.0001∼2M, 고분자 카르복시산의 적용농도는 단위체를 기준으로 0.0001∼2M의 범위이며, 본 발명에서 사용하는 고분자 카르복시산은 H₂CCHCO₂H, HO₂CCHCHCO₂H, CH₂CHCHCH₂CH₂CO₂H, H₂CC(CO₂H)CH₂CO₂H, CH₂CHCH₂CO₂H, CH(CH₃)CHC O₂H, CH₂C(CH₃)CO₂H 단위체를 중합한 물질로 구성되어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용하는 고분자 물질은 수용성 고분자 알코올과 거대 분자간 착물을 형성하는 고분자 카르복시산이다.

이하 발명의 요지를 상세히 설명하면 다음과 같다.

가. 고정화제 제조

(1) 수용성 고분자 알코올의 정제

상용 수용성 고분자 알코올에 존재하는 불순물을 제거한 후 증류수와 메탄올 용액으로 세척후 건조

(2) 고분자 카르복시산의 제조

상용 카르복시산 단위체를 개시제에 의한 중합반응 후 증류수와 디에틸 에테르로 세척후 건조

(3) 고정화제 제조

건조된 수용성 고분자 알코올 일정량을 취하여 증류수에 용해 시키고, 건조된 고분자 카르복시산의 일정량을 취하여 증류수에 용해 시킨 후, 사용 용도에 따라 두 수용액을 일정 부피로 혼합.

나. 고정화제로 처리한 모래토양 표면 관찰

모래 토양 표면 단위 면적당 일정량의 고정화제를 적용시킨 후 완전 건조시킨 후 전자 현미경을 사용하여 적용 표면 촬영.

다. 고정화제의 내 수용성 평가

입자가 일정한 범위에 있는 모래 토양 일정량을 뷰흐너형 여과장치에 넣고 일정량의 고정화제를 적용시킨 후 완전 건조 시킨다. 고분자로 처리된 모래 토양의 상부를 물로 채우고 시간이 경과함에 따른 유출액의 부피로부터 고정화제의 내 수용성 비교.

라. 고정화제의 방사성 핵종 및 중금속 이온에 대한 내 침출성 평가

(1) 모래 토양 오염 및 고정화제 적용

엄격한 조건하에서의 실험을 위해 모래 토양을 사용한다. 방사성 동위원소 용액이나 중금속 이온을 함유한 용액으로 입도가 일정 범위에 있는 모래 토양을 균일하게 오염시킨다. 오염된 모래 동일량에 대해 고정화제를 동일량 적용.

(2) 내 침출성 실험 및 평가

고분자로 처리된 모래 토양에 물을 첨가하고 상부 수위를 일정하게 유지한다. 고분자막이 용해됨에 따라 모래층을 통해 흘러내리는 유출액 20㏄를 취하여 원통형 비닐통에 넣는다. 내 수용성이 약한 고정화제로부터 유출액을 채취하는 시간은 짧으며, 내 수용성이 큰 고정화제로부터 채취하는 시간이 길어진다. 원통형 비닐 통 내부 유출액에 존재하는 방사능 혹은 금속이온 농도를 측정하고 초기 적용량에 대한 비를 산정한 후 상호 비교.

이와 같이 구성되어지는 본 발명은 수용성 고분자 알코올에 고분자 카르복시산을 첨가하면 거대 분자간 착물(hydrogen bonding intermacromolecular complex)이 형성된다. 이 물질의 물리 화학적 특성은 각 분자의 원래 성질과 전혀 다르므로 고분자 카르복시산의 함량을 변화시킴에 의해 고정화제의 내 수용성 및 이온성 방사능(condensational radioactivity), 혹은 중금속 이온에 대한 내 침출성을 조절할 수 있다. 즉, 고정화제로 사용되는 범용 수용성 고분자 물질은 비에 의해 용해됨으로써 수 개월이 경과되면 그 효능이 급격히 감소되는데, 기존 고정화제에 첨가제로서 거대 분자간 착물을 형성하는 고분자 카르복시산을 첨가함으로써 내 수용성이 향상되며 그 결과 고정화제의 작용기간을 늘릴 수 있다.

또한, 고분자 물질이 토양 입자 표면에 접착되는 성질을 이용하므로 오염 입자들의 재 부유에 의한 오염 확산도 크게 줄일 수 있다. 그리고 고분자 물질이 고체 표면에 흡착되는 형태는 크게 트레인 타입(train type), 루프 타입(loop type), 테일 타입(tail type)으로 구분되며 2-5개의 층이 흡착 형태로 존재하게 된다. 고체 표면에서 고분자의 물에 의한 흡·탈착 반응은 비 가역적으로 발생한다. 수용성 고분자 알코올이 고체 표면에 흡착될 경우 루프 타입이 존재하게 되는데 루프타입의 수를 감소시키면 그 만큼 고정화제의 고정화 성능을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 고정화제는 거대 분자간 착물에 존재하는 음이온이 선택적으로 방사성 핵종과 중금속 이온을 가교로 하여 토양 표면에 흡착되므로 루프 형태의 수가 감소되며 그 결과 이들에 대한 내 침출성도 우수하게 된다. 특히, 본 발명의 고정화제는 핵사고 오염의 주 원인인 세슘과 같은 방사성 핵종을 선택적으로 고정화하는 성능이 탁월하다.

또한, 핵사고에 의해 방사능으로 오염된 대단위 지역을 복구하는 작업이 장기간 소요될 경우 물리적인 충격에 의한 방사능의 확산 억제 및 복구 작업자의 내·외부 피복을 감소시킬 수 있으며, 중금속 오염물의 오염확산 억제에도 사용이 가능하므로 환경관리 측면에서 매우 유용하게 사용할 수 있다.

Claims (4)

1. 상용 수용성 고분자 알코올에 존재하는 불순물을 제거한 후 이를 증류수와 메탄올 용액으로 세척한 다음 건조하고, 상용 카르복시산 단위체를 개시제에 의한 중합반응 후 증류수와 디에틸 에테르로 세척한 다음 건조하며, 상기 건조된 수용성 고분자 알코올과 고분자 카르복시산을 각각 일정량 취하여 각각의 증류수에 용해시킨 다음, 두 수용액을 일정 부피로 혼합하여 수소결합에 의해 거대분자간 착물이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 오염토양에 효과적인 고분자 고정화제.
2. 제1항에 있어서, 상기 고분자 카르복시산은 H₂CCHCO₂H, HO₂CCHCHCO₂H, CH₂CHCHCH₂CH₂CO₂H, H₂C(CO₂H)CH₂CO₂H, CH(CH₃)CHCO₂H, CH₂C(CH₃)CO₂H 단위체를 중합한 물질로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 오염토양에 효과적인 고분자 고정화제.
3. 제1항에 있어서, 상기 수용성 고분자 알코올의 적용농도는 단위체(monomer unit)를 기준으로 0.0001∼2M의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 오염토양에 효과적인 고분자 고정화제.
4. 제1항에 있어서, 상기 고분자 카르복시산의 적용농도는 단위체를 기준으로 0.0001∼2M의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 오염토양에 효과적인 고분자 고정화제.