KR101142011B1 - 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 고배향 흑연전극 - Google Patents

고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 고배향 흑연전극 Download PDF

Info

Publication number
KR101142011B1
KR101142011B1 KR1020090132853A KR20090132853A KR101142011B1 KR 101142011 B1 KR101142011 B1 KR 101142011B1 KR 1020090132853 A KR1020090132853 A KR 1020090132853A KR 20090132853 A KR20090132853 A KR 20090132853A KR 101142011 B1 KR101142011 B1 KR 101142011B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
molten salt
electrode
highly oriented
lanthanide
actin
Prior art date
Application number
KR1020090132853A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110076208A (ko
Inventor
배상은
박용준
송규석
Original Assignee
한국수력원자력 주식회사
한국원자력연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국수력원자력 주식회사, 한국원자력연구원 filed Critical 한국수력원자력 주식회사
Priority to KR1020090132853A priority Critical patent/KR101142011B1/ko
Publication of KR20110076208A publication Critical patent/KR20110076208A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101142011B1 publication Critical patent/KR101142011B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
    • C25C7/025—Electrodes; Connections thereof used in cells for the electrolysis of melts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/34—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of metals not provided for in groups C25C3/02 - C25C3/32

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

본 발명은 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 전극에 관한 것으로 보다 상세하게는 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 작업전극에 있어서, 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 작업전극은 고배향성 흑연전극인 것을 특징으로 하는 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 고배향성 흑연전극에 관한 것이다.
작업전극, 탄소전극, 고배향 흑연전극, 악티나이드, 란타나이드

Description

고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 고배향 흑연전극{Highly oriented pyrolytic graphite as the electrodes for electrochemical deposition or electrochemical sensing of lanthanides and actinides in molten salt at high temperature}
본 발명은 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 고배향 흑연전극에 관한 것으로 보다 상세하게는 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 작업전극에 있어서, 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 작업전극은 고배향성 흑연전극인 것을 특징으로 하는 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 고배향 흑연전극에 관한 것이다.
고온 용융염 내에서 우라늄(uranium, U) 및 초우라늄(transuranics, TRU)를 회수하기 위하여 전기화학적 전착반응이 사용되고 있다. 이 전기화학적 전착반응을 위하여 현재 파이렉스 기반 염화은(AgCl) 기준전극과 불활성 고체, 흑연 및/또는 액체 금속의 작업전극과 사용후 핵연료 물질 또는 불활성 고체의 상대전극으로 구성된 전기화학적 셀을 사용하고 있다.
고온 용융염 내 우라늄 등의 악티나이드(actinides) 및 란타나이드(lanthanide) 원소의 전기화학적 연구는 용융염 내 작업전극으로 텅스텐(W)과 같은 비활성 금속 전극과 흑연 전극을 사용하여 수행하고 있다.
현재 파이로 공정 연구의 전해환원공정에서는 백금을 잔업전극으로 사용하고 있고, 전해정련 공정에서는 흑연전극을 작업전극으로 사용하고 있으며, 전해제련공정에서는 카드뮴 액체전극을 작업전극으로 사용하고 있지만 금속전극의 경우 용융염 내에 존재하는 염소기체에 의해 산화반응이 발생하여 용융염을 오염시키는 단점이 있다. 또한 흑연과 같은 탄소전극을 LiCl-KCl과 같은 고온 용융염 내 작업전극으로 사용하면 리튬이온(Li+)이 탄소전극 내로 침투 환원하는 반응이 -1.3V vs. Ag|AgCl에서 일어나기 때문에 용융염 내 탄소전극의 전위창을 +1.2V에서 -1.3V 영역으로 제한하는 단점을 나타낸다. 파이로 공정에서 전착반응을 수행하는 악티나이드 및 란타나이드 원소의 전착 반응은 -1.5V 이하의 전위에서 일어나기 때문에 산화오염물이 발생하지 않는 탄소전극은 거의 사용할 수가 없다. 파이로 공정의 회수 금속 중 전착 환원전위가 가장 양의 값인 -1.5V에서 전착반응이 시작하는 우라늄만의 처리를 위해 현재 전해 정련 공정에서 흑연을 작업전극의 재료로 사용하고 있는 실정이다. 하지만 전해 정련 공정에서도 우라늄 전착반응과 함께 Li+의 침투 환원 반응이 일어나기 때문에 우라늄 전착공정이 진행함에 따라 흑연전극이 점차 부서져 서 우라늄 전착물에 탄소 불순물이 함유되는 문제점이 발생된다.
이에 본 발명의 발명자들은 고온 용융염 내 우라늄 등의 악티나이드(actinides) 및 란타나이드(lanthanide) 원소를 전기화학적 반응에 의해 회수하거나 탐지할 수 있는 전기화학적 셀에 있어서 상기 기술한 문제점을 극복하기 위하여 예의 연구한 결과 고배향성 흑연전극을 포함하는 고온 용융염 내 전기화학적 셀을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착시키는 작업전극으로 고배향 흑연전극을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전기화학적으로 탐지하는 작업전극으로 고배향 흑연전극을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기에서 언급한 고배향 흑연전극을 포함하도록 하여 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지할 수 있는 전기화학적 셀을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기에서 언급한 고배향 흑연전극을 포함하도록 하여 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지할 수 있는 전기화학적 셀을 구비하는 반응기를 제공하고자 한다.
본 발명은 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 전극에 있어서, 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 작업전극으로 고배향성 흑연전극을 제공할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 고배향 흑연전극을 포함하도록 하여 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지할 수 있는 전기화학적 셀을 제공할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 고배향 흑연전극을 포함하도록 하여 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지할 수 있는 전기화학적 셀을 구비하는 반응기를 제공할 수 있다.
본 발명은 고온 용융염 내 고배향성 흑연전극을 전극으로 사용할 시 고온 용융염 내 탄소전극의 전위창을 음의 영역 -2.35V 까지 확장할 수 있기 때문에 기존에 용융염 내 탄소 작업전극 표면에 전착반응을 수행할 수 없었던 란타나이드 및 악티나이드 원소의 전착반응을 수행할 수 있다. 뿐만 아니라 고온 용융염 내 온라인 센서 등 전기화학적 측정을 이용하는 공정에 안정한 전극 재료를 제공할 수 있다. 또한 고배향성 흑연전극의 표면 구조는 고온 용융염 내에서 전착된 악티나이드 및 란타나이드 전착물이 쉽게 떨어지게 하여 악티나이드 및 란타나이드 전착물의 회수에 용이하다는 장점이 있다.
본 발명은 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착시킬 수 있는 작업전극을 나타낸다.
본 발명은 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착시킬 수 있는 작업전극으로 고배향 흑연전극을 나타낸다.
본 발명은 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 탐지할 수 있는 작업전극을 나타낸다.
본 발명은 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 탐지할 수 있는 작업전극으로 고배향 흑연전극을 나타낸다.
본 발명의 제1발명은 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 작업전극에 있어서, 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 작업전극은 고배향성 흑연전극인 것을 특징으로 하는 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 고배향 흑연전극을 나타낸다.
본 발명의 제2발명은 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 전극에 있어서, 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 작업전극은 흑연 또는 금속의 표면에 고배향성 흑연을 코팅한 전극인 것을 특징으로 하는 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금 속원소를 전착 또는 탐지하는 고배향 흑연전극을 나타낸다.
상기의 제1발명 및 제2발명에서 고온 용융염은 LiCl-KCl 용융염 또는 LiF-KF 용융염을 나타낸다.
상기의 제1발명 및 제2발명에서 고배향 흑연전극은 봉형(cylinderical type) 및/또는 판형(panel type)의 형태로 사용할 수 있다.
상기의 제1발명 및 제2발명에서 고배향성 흑연전극은 전극의 표면 모서리와 일측의 표면을 세라믹 절연체로 코팅하여 세라믹 절연체가 코팅되지 않은 고배향 흑연전극의 타일측 고배향성 표면만 용융염과 접촉시킬 수 있다.
상기의 세라믹 절연체는 알루미나(alumina)를 사용할 수 있다.
상기의 세라믹 절연체는 지르코니아(zirconia)를 사용할 수 있다.
상기의 세라믹 절연체는 실리카(silica)를 사용할 수 있다.
상기의 세라믹 절연체는 마그네시아(magnesia)를 사용할 수 있다.
상기의 제1발명 및 제2발명에서 고배향성 흑연은 한 개의 탄소를 6개의 이웃 탄소가 둘러싸고 있는 밀집형의 원자구조로 운모와 같은 성질의 원자 층상구조를 가지며 이 원자 층상구조를 쉽게 분리 가능한 특성을 가지는 흑연을 사용할 수 있다.
상기의 고배향성 흑연은 상기의 특성을 가지고 있어 고온 용융염 내의 Li+의 침투에도 손상되지 않거나 손상이 지연되어 고온 용융염 내 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 반응에 끼치는 영향이 미미할 뿐만 아니라, 고온 용융 염 내에서 전착된 악티나이드 및 란타나이드 전착물이 쉽게 떨어지게 하여 악티나이드 및 란타나이드 전착물을 용이하게 회수할 수 있다.
상기 제2발명에서 작업전극은 흑연 또는 금속의 표면에 고배향성 흑연이 1nm～10mm의 두께로 코팅된 고배향성 흑연전극을 나타낸다.
상기 제2발명에서 흑연 또는 금속의 표면에 고배향성 흑연이 코팅된 고배향성 흑연전극은 흑연 또는 금속의 표면에 고배향성 흑연을 금속 또는 세라믹 접착제를 이용하여 코팅함으로써 1nm～10mm의 두께로 코팅된 고배향성 흑연전극을 얻을 수 있다.
상기의 흑연 또는 금속의 표면에 고배향성 흑연을 금속 또는 세라믹 접착제를 이용하여 코팅시 고배향성 흑연을 코팅하는 금속은 은(Ag) 또는 금(Au)을 사용할 수 있으며, 세라믹 접착제는 알루미나(alumina) 접착제, 지르코니아(zirconia) 접착제, 실리카(silica) 접착제 또는 마그네시아(magnesia) 접착제를 사용할 수 있다.
상기 제2발명에서 고배향성 흑연이 코팅되는 금속은 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al),스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 하프늄(Hf), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au), 수은(Hg), 탈륨(Tl), 납(Pb), 비스무스(Bi), 폴로늄(Po)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 금속이거나 또는 둘 이상의 금속으로 이루어진 합금을 사용할 수 있다.
본 발명의 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 구성요소인 작업전극인 고배향성 흑연전극에 대해 다양한 조건으로 실험해본 바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건에 의해 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 작업전극으로 고배향성 흑연전극을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기의 제1발명 또는 제2발명에서 언급한 고배향성 흑연전극을 포함하도록 하여 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지할 수 있는 전기화학적 셀을 포함한다.
본 발명은 상기의 제1발명 또는 제2발명에서 언급한 고배향성 흑연전극을 포함하도록 하여 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지할 수 있는 전기화학적 셀을 구비하는 반응기를 포함한다.
이하 본 발명의 내용을 실시예, 비교예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
도 1과 전기화학적 셀을 포함하는 전기화학적 산화 환원 반응기를 이용하여 란탄족 금속원소(GdCl3) 및 악틴족 금속원소(UCl3)가 녹아있는 고온 용융염에서 란탄족 금속(Gd) 및 악틴족 금속(U)을 전착생성물로 회수하였다.
도 1의 전기화학적 산화 환원 반응기는 내부에 란탄족 금속원소 또는 악틴족 금속원소가 녹아있는 LiCl-KCl의 고온 용융염(5)의 일측에 상대전극(2)과 고배향성 흑연전극의 작업전극(3)이 전원공급장치(1)에 의해 연결되어 있으며, 상기의 고온 용융염(5), 상대전극(2), 고배향성 흑연전극의 작업전극(3)은 비활성 기체인 아르곤 분위기(6)하에 있도록 하였다.
상기의 전원공급장치(1)를 통해 전원이 각각의 전극을 통해 인가되면 란탄족 금속원소 및 악틴족 금속원소가 녹아있는 고온 용융염은 고배향성 흑연전극의 작업전극(3)에서 반응이 일어나 란탄족 금속 또는 악틴족 금속의 전착생성물(4)이 고배향성 흑연전극의 작업전극 표면에 부착되며, 작업전극으로부터 이들 전착생성물(4)을 분리하고 회수하였다.
상기에서 상대전극(2)은 고배향성 흑연 전극을 사용하였다.
상기에서 고배향성 흑연전극의 작업전극(3)은 흑연(8)의 표면에 고배향성 흑연(7)을 은(Ag) 및 세라믹 접착제를 이용하여 100nm의 두께가 되도록 코팅한 것(도 2 좌측 그림 참조)을 사용하였다.
상기에서 고배향성 흑연은 한 개의 탄소를 6개의 이웃 탄소가 둘러싸고 있는 밀집형의 원자구조로 운모와 같은 성질의 원자 층상 구조를 가지며 이 원자 층상구조를 쉽게 분리 가능한 특성을 가지는 흑연을 사용하였다.
<비교예 1>
고배향성 흑연전극의 작업전극 대신 유리질 탄소(GC)를 작업전극으로 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 GdCl3, 란탄족 금속(LaCl3) 및 악틴족 금속(UCl3)이 녹아있는 고온 용융염으로부터 가돌리늄(Gd)과 란탄족 금속(La), 악틴족 금속(U)의 전착생성물(4)을 작업전극에서 회수하였다.
<비교예 2>
고배향성 흑연전극의 작업전극 대신 텅스텐(W)을 작업전극으로 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 GdCl3, 란탄족 금속(LaCl3) 및 악틴족 금속(UCl3)이 녹아있는 고온 용융염으로부터 가돌리늄(Gd)과 란탄족 금속(La), 악틴족 금속(U)의 전착생성물(4)을 작업전극에서 회수하였다.
<시험예>
GdCl3, 란탄족 금속원소(LaCl3) 및 악틴족 금속원소(UCl3)가 녹아있는 LiCl- KCl의 고온 용융염에서 유리질 탄소(GC), 텅스텐(W), 고배향성 흑연(HOPG)을 각각 작업전극으로 사용하여 측정한 순환전압전류곡선(Cyclic Voltammograms)을 도 5에 나타내었다.
도 5에 보면 유리질 탄소(GC), 텅스텐(W), 고배향성 흑연(HOPG)의 모든 작업전극의 +0.5V 영역에서 Eu2+/3+의 산화(12) 환원(13) 전류가 나타나고 있다. 비활성 금속 중 하나인 텅스텐을 작업전극으로 사용하였을 때는 -2.5V 영역에서 리튬 양이온의 산화전류(14), 환원전류(15)가 나타나는 것을 볼 수 있는데 이는 텅스텐 작업전극은 음의 영역으로 -2.5V 까지 전위창으로 사용할 수 있음을 나타낸다. 하지만 일반적인 탄소전극인 유리질 탄소를 작업전극으로 사용하였을 경우 -1.3V 영역에서 리튬 양이온의 침투반응에 의해 발생한 환원전류(15)가 급격히 증가하는 것을 보여주고 있다. 따라서 유리질 탄소 전극의 전위창은 -1.3V로 제한되어, -1.5V 이하에서 발생하는 악티나이드 및 란타나이드 양이온의 전착공정을 제한하게 된다. 얇은 고배향성 흑연판을 작업전극으로 사용하였을 때는 리튬의 침투 환원(16) 반응의 전류가 약 -2V에서 약하게 증가하기 시작하여 -2.4V 영역에서 신호를 나타낸다. 리튬 산화(17) 반응 역시 -2.35V 영역에서 신호를 나타낸다. 이 결과와 같이 고배향성 흑연을 사용하였을 경우 전위창을 -2.35V까지 확장할 수 있다.
도 6은 고온 용융염 내에 UCl3를 녹여 유리질 탄소((b) Glassy Carbon)와 고배향성 흑연((a)HOPG)을 각각 작업전극으로 측정한 순환순압전류곡선이다. 고배향성 흑연을 작업전극으로 사용한 결과에서는 -1.5V 영역에서 우라늄 양이온의 전 착 환원(18) 및 산화(19) 전류가 깨끗하게 나타나고 있으나, 유리질 탄소를 작업전극으로 사용한 경우 리튬 양이온의 침투환원반응에 의한 전류와 중복되어 우라늄의 산화환원 전류신호가 깨끗하지 못하고 찌그러진 형태를 보여주고 있다. 이는 우라늄의 반응이 리튬의 반응에 의해 방해받고 있기 때문이다.
도 7은 고온 용융염 내에 GdCl3를 녹여 고배향성 흑연을 작업전극으로 측정한 순환순압전류곡선이다. -2.2V 영역에서 Gd 양이온의 전착 환원(20) 및 산화(21) 전류가 깨끗하게 나타나고 있다.
<실시예 2>
고배향성 흑연전극의 작업전극 대신 텅스텐 금속(8')의 표면에 고배향성 흑연(7)을 은(Ag) 및 세라믹 접착제를 이용하여 100nm의 두께가 되도록 코팅한 것(도 2 우측 그림 참조)을 작업전극으로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 GdCl3, 란탄족 금속(LaCl3) 및 악틴족 금속(UCl3)이 녹아있는 고온 용융염으로부터 가돌리늄(Gd)과 란탄족 금속(La), 악틴족 금속(U)의 전착생성물(4)을 작업전극에서 회수하였다.
<실시예 3>
고배향성 흑연전극의 작업전극 대신 고배향성 흑연전극(7')의 일측 표면과 모서리를 세라믹 절연체(9)로 코팅한 것(도 3 참조)을 작업전극으로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 GdCl3, 란탄족 금속(LaCl3) 및 악틴족 금속(UCl3)이가 녹아있는 고온 용융염으로부터 가돌리늄(Gd)과 란탄족 금속(La), 악틴족 금속(U)의 전착생성물(4)을 작업전극에서 회수하였다.
상기의 작업전극은 세라믹 절연체가 코팅되지 않은 작업전극의 타일측 표면만 고온 용융염과 접촉시키도록 하였다.
상기에서 세라믹 절연체는 알루미나 접착제를 사용하여 고배향성 흑연전극의 일측 표면과 모서리를 코팅한 것을 사용하였다.
<실시예 4>
고배향성 흑연 작업전극 대신 고배향성 흑연전극(7')의 일측 표면과 모서리를 세라믹 절연체(9)로 코팅한 것(도 3 참조)을 작업전극으로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 NdCl3와 UCl3가 녹아있는 고온 용융염으로부터 니오디뮴(Nd)과 악틴족 금속(U)의 전기화학적 탐지신호를 측정한 결과를 도 8에 나타내었다.
상기의 작업전극은 세라믹 절연체가 코팅되지 않은 작업전극의 타일측 표면만 고온 용융염과 접촉시키도록 하였다.
상기에서 세라믹 절연체는 알루미나 접착제를 사용하여 고배향성 흑연전극의 일측 표면과 모서리를 코팅한 것을 사용하였다.
도 8은 NdCl3와 UCl3가 녹아있는 고온 용융염에서 고배향성 흑연을 작업전극 으로 란탄족 및 악틴족 원소를 전기화학적으로 탐지하는 직각파 전압전류곡선이다. -0.25V 영역에서 U4+/3+ 환원(22), -1.5V에서 U3+/0 전착(23), -2.1V에서 Nd3+/0 전착(24) 전류가 깨끗하게 분리되어 나타나고 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예, 비교예 및 시험예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 고온 용융염 내 고배향성 흑연전극, 흑연 또는 금속의 표면에 고배향성 흑연이 코팅된 고배향성 흑연전극을 작업전극으로 사용할 시 고온 용융염 내 탄소전극의 전위창을 음의 영역 -2.35V 까지 확장할 수 있기 때문에 기존에 용융염 내 탄소 작업전극 표면에 전착반응을 수행할 수 없었던 란타나이드 및 악티나이드 원소의 전착반응을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 고온 용융염 내 온라인 센서 등 전기화학적 측정을 이용하는 공정에 안정한 전극 재료를 제공할 수 있는 산업상 이용 가능성이 있다.
도 1은 고배향성 흑연을 작업전극으로 사용하여 우라늄, 란타나이드, 악티나이드를 전착 반응을 통하여 회수하는 전기화학적 산화 환원 반응기를 도시한 개략도이다.
도 2는 고배향성 흑연으로 흑연의 표면을 코팅한 전극의 측단면도(좌측 그림)이고, 고배향성 흑연으로 비활성 금속을 표면을 코팅한 전극(우측 도면) 측단면도이다.
도 3은 고배향성 흑연전극의 일측 표면과 모서리를 세라믹 절연체로 절연한 모습을 나타낸 단면도이며, 도 3에서 7'은 고배향성 흑연전극, 9는 세라믹 절연체를 나타낸다.
도 4는 고배향 흑연 표면의 원자현미경 측정사진으로, 10은 탄소 원자계단, 도 11은 탄소원자를 나타낸다.
도 5는 EuCl2가 녹아있는 고온 용융염에서 유리질 탄소(GC), 텅스텐(W), 고배향성 흑연(HOPG)를 각각의 작업전극으로 사용하는 것을 제외하고는 도 1의 전기화학적 셀을 구비하는 반응기를 이용하여 측정한 순환전압전류곡선이다.
도 6는 UCl3가 녹아있는 고온 용융염에서 유리질 탄소((b) Glassy Carnon)와 고배향성 흑연((a)HOPG)를 각각 작업전극으로 사용하는 것을 제외하고는 도 1의 전기화학적 셀을 구비하는 반응기를 이용하여 측정한 순환전압전류곡선이다.
도 7는 GdCl3가 녹아있는 고온 용융염에서 고배향성 흑연을 작업전극으로 하 는 도 1의 전기화학적 셀을 구비하는 반응기를 이용하여 측정한 순환전압전류곡선이다.
도 8은 NdCl3와 UCl3가 녹아있는 고온 용융염에서 고배향성 흑연을 작업전극으로 하는 도 1의 전기화학적 셀을 구비하는 반응기를 이용하여 란탄족 및 악틴족 원소를 전기화학적으로 탐지하는 직각파 전압전류곡선이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 전원공급장치 2 : 상대전극
3 : 고배향성 흑연 작업전극 4 : 전착생성물
5 : 고온 용융염 6 : 아르곤 분위기
7 : 고배향성 흑연 7': 고배향성 흑연전극
8 : 흑연 8': 금속
9 : 세라믹 절연체

Claims (9)

  1. 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 작업전극에 있어서,
    용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 작업전극은 고배향성 흑연전극인 것을 특징으로 하는 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 고배향성 흑연전극.
  2. 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 작업전극에 있어서,
    용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 작업전극은 흑연 또는 금속의 표면에 고배향성 흑연이 코팅된 고배향성 흑연전극인 것을 특징으로 하는 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 고배향성 흑연전극.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용융염은 LiCl-KCl 용융염 또는 LiF-KF 용융염인 것을 특징으로 하는 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 고배향성 흑연전극.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고배향성 흑연전극의 표면 모서리와 일측의 표 면을 알루미나(alumina), 지르코니아(zirconia), 실리카(silica) 또는 마그네시아(magnesia)의 세라믹 절연체로 코팅하여 세라믹 절연체가 코팅되지 않은 고배향성 흑연전극의 타일측 표면만 용융염과 접촉시키는 것을 특징으로 하는 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 고배향성 흑연전극.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고배향성 흑연은 한 개의 탄소를 6개의 이웃 탄소가 둘러싸고 있는 밀집형의 원자구조로 운모와 같은 성질의 층상구조를 가지며 이 층상구조를 쉽게 분리 가능한 특성을 가지는 탄소인 것을 특징으로 하는 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 고배향성 흑연전극.
  6. 제2항에 있어서, 작업전극은 흑연 또는 금속의 표면에 고배향성 흑연이 금속 및 세라믹 접착제를 이용하여 1nm～10mm의 두께로 코팅된 고배향성 흑연전극인 것을 특징으로 하는 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 고배향성 흑연전극.
  7. 제2항에 있어서, 금속은 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al),스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 하프늄(Hf), 탄탈럼(Ta), 텅스 텐(W), 레늄(Re), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au), 수은(Hg), 탈륨(Tl), 납(Pb), 비스무스(Bi), 폴로늄(Po)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 금속이거나 또는 둘 이상의 금속이 이루어진 합금인 것을 특징으로 하는 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 고배향성 흑연전극.
  8. 청구항 제1항 또는 제2항의 고배향성 흑연전극을 포함하도록 하여 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지할 수 있는 전기화학적 셀.
  9. 청구항 제1항 또는 제2항의 고배향성 흑연전극을 포함하도록 하여 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지할 수 있는 전기화학적 셀을 구비하는 반응기.
KR1020090132853A 2009-12-29 2009-12-29 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 고배향 흑연전극 KR101142011B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090132853A KR101142011B1 (ko) 2009-12-29 2009-12-29 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 고배향 흑연전극

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090132853A KR101142011B1 (ko) 2009-12-29 2009-12-29 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 고배향 흑연전극

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110076208A KR20110076208A (ko) 2011-07-06
KR101142011B1 true KR101142011B1 (ko) 2012-05-17

Family

ID=44916132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090132853A KR101142011B1 (ko) 2009-12-29 2009-12-29 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 고배향 흑연전극

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101142011B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101857049B1 (ko) * 2013-11-20 2018-05-11 서강대학교산학협력단 아말감 전극, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001189156A (ja) 2000-01-06 2001-07-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 電池用電極および電池
KR20040058916A (ko) * 2002-12-27 2004-07-05 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001189156A (ja) 2000-01-06 2001-07-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 電池用電極および電池
KR20040058916A (ko) * 2002-12-27 2004-07-05 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110076208A (ko) 2011-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100738124B1 (ko) 고체화합물로부터 물질을 제거하는 방법
US9291595B2 (en) Monitoring method and system of metal ions or oxygen ions applicable to high concentration non-aqueous electrolyte
JP4210713B2 (ja) 導電性のある酸化物を含有するスクラップからの有価金属の回収方法
US20210118585A1 (en) Electrochemical cells for direct oxide reduction, and related methods
Serp et al. Separation of plutonium from lanthanum by electrolysis in LiCl–KCl onto molten bismuth electrode
JP2001508130A (ja) 金属抽出法及び装置、並びにそれに関連するセンサー装置
NO340277B1 (no) Fremgangsmåte for å redusere et metalloksid i en fast tilstand i en elektrolysecelle.
Yang et al. Selective electrodeposition of dysprosium in LiCl-KCl-GdCl3-DyCl3 melts at magnesium electrodes: application to separation of nuclear wastes
Joseph et al. A study of graphite as anode in the electro-deoxidation of solid UO2 in LiCl-Li2O melt
Seo et al. Electrochemical study on the reduction mechanism of uranium oxide in a LiCl-Li2O molten salt
US20210055248A1 (en) Reference electrodes for molten salt systems, and related methods and electrochemical systems
Vishnu et al. Mechanism of direct electrochemical reduction of solid UO2 to uranium metal in CaCl2-48mol% NaCl melt
Cai et al. Investigation on the reaction progress of zirconium and cuprous chloride in the LiCl–KCl melt
Peng et al. Cyclic voltammetry of ZrO2 powder in the metallic cavity electrode in molten CaCl2
KR101142011B1 (ko) 고온 용융염 내의 란탄족 및 악틴족 금속원소를 전착 또는 탐지하는 전기화학적 셀의 고배향 흑연전극
Sasaki et al. Enhanced dissolution rate of Pt from a Pt–Zn compound measured by channel flow double electrode
Suzdaltsev et al. Reduction of Solid Al2O3 with Electrolysis of CaCl2-Based Melt
CA2533450A1 (en) Metal electrowinning cell with electrolyte purifier
Zhuang et al. Electrochemistry of manganese in the hydrophilic N-butyl-N-methylpyrrolidinium dicyanamide room-temperature ionic liquid
Kwon et al. Electroreduction of indium tin oxide in a CaF2–NaF–CaO molten salt at the solid oxide membrane anode system
KR101082991B1 (ko) 비수용액 전해질에서 란탄족 또는 악틴족 금속원소의 전기화학적 전착에 필요한 반응성 금속 양이온의 공급방법
Niazi et al. Electrochemical removal of Cu, Fe and Mn from molten ZnCl2: KCl: NaCl
JP3872873B2 (ja) 使用済み燃料の溶融塩電解再処理方法
EP1570114B1 (en) Separation of metals
Burak et al. Li2O entrainment during UO2 reduction in molten LiCl-Li2O: Part II. Effect of cathodic reduction mechanism

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141230

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160324

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170329

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180406

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190410

Year of fee payment: 8