KR101278212B1 - 방사성 오염 제거용 환원제 함유 겔 화학제염제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 제염방법 - Google Patents

방사성 오염 제거용 환원제 함유 겔 화학제염제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 제염방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사성 오염 제거용 환원제 함유 겔 화학제염제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 제염방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 환원제 함유 겔 화학제염제는 방사성 오염 물질을 제염함에 있어서, 산화제를 사용하지 않으므로 폐기물의 양 및 겔의 건조시간이 현저히 감소하고, 방사성 오염물질의 제거율이 향상될 뿐만 아니라, 트리프로필렌글리콜도데실에테르(TPGDDE) 또는 트리프로필렌글리콜부틸에테르(TPGBE)를 점성조제로 사용하여 겔의 요변특성이 현저히 향상되므로, 방사성 오염 물질의 겔 화학제염에 유용할 수 있다.

Description

방사성 오염 제거용 환원제 함유 겔 화학제염제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 제염방법{Chemical gel decontamination reagents having reducing agent for radioactive contamination, preparation method thereof and decontamination method using the same}
본 발명은 방사성 오염 제거용 환원제 함유 겔 화학제염제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 제염방법에 관한 것이다.
일반적으로, 원자력 시설 가동 중 원자력 시설 및 시설과 관련된 장치들은 방사능에 노출되어 있고, 이로 인해 방사능에 오염될 수 있으므로 주기적으로 오염된 부분을 제염할 필요가 있다.
특히, 방사성 물질 취급시설인 핫셀(Hot Cell)에서는 사용 후 핵연료 등의 산화 환원과 분쇄 공정 및 핵 연료의 절단과 파괴, 분말화 공정 등의 작업이 수행된다.
이때, 핫셀의 바닥면과 벽면 등의 내부 표면 및 내부에 설치되는 여러 장치 표면들이 연구 실험 과정에서 발생한 고방사능 분진(Hot Particulate)에 의해 오염되어 핫셀 내의 방사능 준위가 높아지고 있다.
여기서, 장치 투입 및 철거, 고장, 수리 등을 위해 때때로 핫셀 내에 작업자가 투입되어 핫셀 내부 표면과 장치 표면에 형성된 비고착성 및 고착성 고방사능 오염을 주기적으로 제거하여 핫셀 내부의 방사능 준위를 낮추어야 한다.
현재, 핫셀 내부에서 실험 시 발생되어 내부 표면과 장치 표면에 형성된 비고착성 고방사능 오염(주로 분진 오염)은 알코올을 묻힌 휴지로 닦아내거나, 진공청소기로 흡입하여 제거하는 방법을 사용하고 있다.
그러나, 이렇게 알코올을 묻힌 휴지 및 진공청소기를 이용하여 핫셀 내부 표면 및 장치 표면에 오염된 고방사능 분진을 완벽히 제거하기는 용이하지 않으며, 작업자가 핫셀 내부로 투입되어 휴지로 핫셀 내부 표면 및 장치 표면을 닦아주는 경우 폐휴지가 발생하고, 작업자가 직접 투입되어 작업을 수행하여야 하기 때문에 안전상의 문제점이 발생하며, 진공청소기로 고방사능 분진을 제거하는 경우 핫셀 내의 높은 방사능으로 인해 진공청소기의 고장이 잦고, 진공청소기 내부의 필터를 원격 제어장치(Manipulator)로 교환하기 어렵기 때문에 진공청소기를 일회용으로 사용함으로써 진공청소기의 수명이 짧아지며, 이러한 폐휴지 및 진공청소기 등을 폐기해야 하는 등 오염 물질을 배출함으로써 2차 환경오염이 발생될 수 있는 등의 문제점이 있었다.
또한, 핫셀 내부 표면과 장치 표면에 방사성 핵종이 화학적 결합에 의해 형성된 고착성 방사성 오염의 경우, 물리적· 기계적 방법으로는 오염 제거가 어려워, 화학적 제염법이나 전기화학적 제염법을 사용한다. 그러나, 이러한 방법은 습식 제염법이므로 용액이 흘러내려 핫셀 벽면이나 천정과 같은 경사지거나 수직한 대면적 표면에는 적용하기가 어렵고, 접촉시간이 짧아 제염효과가 낮으며, 제염 폐액이 발생하는 문제점이 있다.
이러한 습식제염방법의 대체기술로 개발된 겔 화학제염기술은 주로 비고착성 오염 즉 물리적으로 부착된 오염의 제거를 목적으로 개발되어 고착성 혹은 침투성 방사성 오염의 제거에 효과가 없으며, 고착성 혹은 침투성 오염 제거용으로 개발된 일부 겔 화학제염기술은 산화제염제와 환원제염제가 혼합사용되는 화학제염제의 조제특성에 의해 산화제염제나 환원제염제만을 사용하는 기술에 비해 화학제의 소모량이 많고 이에 비례하여 최종 생성 폐기물의 양이 증가한다.
이는 화학제의 소요 비용과 최종 폐기물 처리 및 처분비용의 상승을 초래한다. 이와 함께 산화제염제와 환원제염제를 혼합하여 사용하는 경우 겔 제염제의 건조시간이 오래 소요되어 제염작업 시간이 제한되는 고방사능 시설 등의 제염에는 비효율적이다. 또한 우라늄 등의 고착성 및 침투성 방사성 오염의 제거를 위한 겔 제염제의 요변특성 및 제염효과 면에서 보다 우수한 성능이 요구되는 문제점이 있다.
특허문헌 1에서는 약 0.5-3%의 세릭산을 함유하는 수성 용액을 금속표면에 접촉시킴으로서, 핵반응기의 냉각시스템에 구비되는 금속표면을 제염하는 방법에 관하여 개시하고 있다.
특허문헌 2에서는 유기광물 제염 겔에 관하여 개시하고 있다.
특허문헌 3에서는 방사성 물질에 의하여 대단위 또는 국부적으로 오염된 재료, 건물, 구조물 등의 표면에 존재하는 방사성 물질을 효과적이고 경제적으로 제거할 수 있는 점토를 기본 물질로한 방사성 오염 표면 제염용 겔형 제염제 및 그 제조방법과 이를 이용한 제염방법에 관하여 개시하고 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 연구하던 중, 방사성 제염을 위한 환원제 역할을 하는 무기산; 실리카류; 및 트리프로필렌글리콜도데실에테르(TPGDDE) 및 트리프로필렌글리콜부틸에테르(TPGBE)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 점성조제를 포함하는 방사성 오염 제거용 환원제 함유 겔 화학제염제를 제조하고, 상기 겔이 산화제를 사용하지 않아, 폐기물의 양 및 겔의 건조시간이 현저히 감소하고, 방사성 오염물질의 제거율이 향상될 뿐만 아니라, 상기 점성조제를 사용하여 겔의 요변특성이 향상되는 것을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
특허문헌 1: 미국 등록특허 4,880,559호 특허문헌 2: 미국 등록특허 6,203,624 B1호 특허문헌 3: 대한민국 공개특허 1999-017848
본 발명의 목적은 방사성 오염 제거용 환원제 함유 겔 화학제염제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방사성 오염 제거용 환원제 함유 겔 화학제염제의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 겔 화학제염제를 이용한 방사성 물질로 오염된 시설물의 제염방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 방사성 제염을 위한 환원제 역할을 하는 무기산 5.0-17.0 중량%;
실리카류 3.0-8.0 중량%;
점성조제로써 트리프로필렌글리콜도데실에테르(TPGDDE) 또는 트리프로필렌글리콜부틸에테르(TPGBE) 0.1-1.0 중량%; 및
물 잔량을 포함하되,
상기 중량%는 겔 화학제염제의 총 중량에 대한 백분율인 것을 특징으로 하는 방사성 오염 제거용 환원제 함유 겔 화학제염제를 제공한다.
또한, 본 발명은 방사성 제염을 위한 환원제 역할을 하는 무기산을 포함하는 수용액에 실리카류를 분산시킨 분산용액을 제조하는 단계(단계 1); 및
점성조제로써 트리프로필렌글리콜도데실에테르(TPGDDE) 또는 트리프로필렌글리콜부틸에테르(TPGBE)을 첨가하는 단계(단계 2)를 포함하는 방사성 오염 제거용 환원제 함유 겔 화학제염제의 제조방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은 상기 겔 화학제염제를 방사성 오염된 시설물에 도포하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 도포된 겔 화학제염제를 건조하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 건조된 겔 화학제염제를 제거하는 단계(단계 3)를 포함하는 방사성 물질로 오염된 시설물의 제염방법을 제공한다.
본 발명에 따른 환원제 함유 겔 화학제염제는 방사성 오염 물질을 제염함에 있어서, 산화제를 사용하지 않으므로 폐기물의 양 및 겔 화학제염제의 건조시간이 현저히 감소하고, 방사성 오염물질의 제거율이 향상될 뿐만 아니라, 트리프로필렌글리콜도데실에테르(TPGDDE) 또는 트리프로필렌글리콜부틸에테르(TPGBE)를 점성조제로 사용하여 겔 화학제염제의 요변특성이 현저히 향상되므로, 방사성 오염 물질의 겔 화학제염에 유용할 수 있다.
도 1은 비교예 1 및 비교예 2에 따른 겔로 제염 후, 우라늄 핵종의 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 2 및 비교예 4에 따른 겔로 제염 후, 우라늄 핵종의 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 3에 따른 겔로 제염 후, 우라늄 핵종의 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 겔로 제염 후, 우라늄 핵종의 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 겔로 제염 후, 코발트와 세슘 핵종 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 겔 화학제염제에 분산제를 사용하였을 경우 점도값 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 겔 화학제염제를 금속표면에 겔을 도포한 직후 사진, 9 시간동안 건조한 후의 사진 및 겔을 제거한 후의 금속표면 사진이다.
도 8은 비교예 3 및 실시예 1에 따른 겔 화학제염제의 최대 건조 평형에 도달하는 시간을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
방사성 제염을 위한 환원제 역할을 하는 무기산 5.0-17.0 중량%;
실리카류 3.0-8.0 중량%;
점성조제로써 트리프로필렌글리콜도데실에테르(TPGDDE) 또는 트리프로필렌글리콜부틸에테르(TPGBE) 0.1-1.0 중량%; 및
물 잔량을 포함하되,
상기 중량%는 겔 화학제염제의 총 중량에 대한 백분율인 것을 특징으로 하는 방사성 오염 제거용 환원제 함유 겔 화학제염제를 제공한다.
본 발명에 따른 겔 화학제염제는 방사성 물질에 의해 비고착성 오염, 고착성 오염, 침투성 오염 또는 이들의 혼합성 오염 물질 또는 시설에 모두 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 겔 화학제염제에 있어서, 상기 무기산은 방사성 오염을 제거하는 환원제 역할을 한다. 상기 무기산으로는 염산, 인산, 황산, 질산 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 질산 또는 황산을 사용할 수 있다.
이때, 상기 무기산은 겔의 총 중량에 대하여 5.0-17.0 중량%로 함유되는 것이 바람직하다.
만약, 무기산이 5.0 중량% 미만일 경우에는 오염물의 용해지연에 의한 제염 효과가 낮아지는 문제가 있고, 17.0 중량%를 초과할 경우에는 오염대상 재질(특히, 탄소강 또는 스테인리스강과 같은 철금속 재질)의 부식을 초래하는 문제가 있다.
본 발명에 따른 겔 화학제염제는 산화제를 사용하지 않으므로 폐기물의 양 및 겔의 건조시간이 현저히 감소하고(실험예 2 참조), 방사성 오염물질의 제거율이 향상된다(실험예 1 참조).
본 발명에 따른 겔 화학제염제에 있어서, 상기 실리카류는 점성제(viscosity modifier)로서 겔 화학제염제가 상온에서 상의 분리가 없는 겔 형태로 존재하며, 교반할 경우 유동성 졸로 변화하는 요변특성(thixotropy)을 부여하는 역할을 한다. 상기 실리카류로는 건식 실리카, 습식 실리카 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있고, 바람직하게는 건식 실리카를 사용할 수 있다.
이때, 상기 실리카류는 겔의 총 중량에 대하여 3.0-8.0 중량%가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다.
만약, 실리카류의 함유량이 3.0 중량% 미만일 경우에는 제염제의 점도가 낮아 겔화가 원활히 이루어지지 못하여 요변특성을 만족하지 못하는 문제가 있고, 8.0 중량%를 초과할 경우에는 제염 후 생성되는 폐기물의 양이 많아짐에 따라 최종 폐기물 처분비용이 증가하는 문제가 있다.
본 발명에 따른 겔 화학제염제에 있어서, 상기 점성조제는 소량 첨가하여 겔의 요변특성을 향상시킬 수 있으므로 점성제의 첨가량을 크게 감소시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 겔 화학제염제는 점성조제로 트리프로필렌글리콜도데실에테르(TPGDDE) 또는 트리프로필렌글리콜부틸에테르(TPGBE)를 사용하므로서, 겔 화학제염제의 특성 중 중요한 요변특성이 매우 향상된다(실험예 3 참조).
상기 점성조제는 겔의 총 중량에 대하여 0.1-1.0 중량%가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다.
만약, 점성조제의 함유량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 제염제의 점도가 낮아 겔화가 원활히 이루어지지 못하여 요변특성을 만족하지 못하는 문제가 있고, 1.0 중량%를 초과할 경우에는 제염 후 생성되는 폐기물의 양이 많아짐에 따라 최종 폐기물 처분비용이 증가하는 문제가 있다.
또한, 본 발명에 따른 겔 화학제염제는 제조과정에서 상기 점성조제를 균일하게 분산시키는 역할을 하는 분산제를 추가로 첨가할 수 있다.
상기 분산제로는 에탄올, 메탄올, 부탄올, 헥산올 등의 저분자량 알콜을 사용할 수 있다.
이때, 상기 분산제는 겔의 총 중량에 대하여 0.9-4.8 중량%가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다.
만약, 분산제의 함유량이 0.9 중량% 미만일 경우에는 분산도가 낮은 문제점이 있고, 4.8 중량%를 초과할 경우에는 다시 불균일한 분산이 이루어지는 문제가 있다.
또한, 본 발명은 방사성 제염을 위한 환원제 역할을 하는 무기산을 포함하는 수용액에 실리카류를 분산시킨 분산용액을 제조하는 단계(단계 1); 및
점성조제로써 트리프로필렌글리콜도데실에테르(TPGDDE) 또는 트리프로필렌글리콜부틸에테르(TPGBE)를 첨가하는 단계(단계 2)를 포함하는 방사성 오염 제거용 환원제 함유 겔 화학제염제의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 겔 화학제염제의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 겔 화학제염제의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 방사성 제염을 위한 환원제 역할을 하는 무기산에 실리카류를 분산시킨 분산용액을 제조하는 단계이다.
구체적으로, 환원제 역할을 하는 염산, 인산, 황산, 질산 등의 무기산에 건식 실리카, 습식 실리카 또는 이들의 혼합물을 첨가하고, 상온 근처에서 교반하여 분산용액을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 겔 화학제염제의 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 점성조제로써 트리프로필렌글리콜도데실에테르(TPGDDE) 또는 트리프로필렌글리콜부틸에테르(TPGBE)를 첨가하는 단계이다.
이때, 상기 단계 2의 점성조제의 균일한 분산을 위해 에탄올, 메탄올, 부탄올, 헥산올 등의 저분자량 알콜인 분산제를 추가로 첨가할 수 있다.
또한, 상기 분산용액에 점성조제를 첨가하는 방법은 분산용액의 분산형태에 영향을 주지 않도록 천천히 첨가하는 것이 바람직하다.
나아가, 본 발명은 상기 겔 화학제염제를 방사성 오염된 시설물에 도포하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 도포된 겔 화학제염제를 건조하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 건조된 겔 화학제염제를 제거하는 단계(단계 3)를 포함하는 방사성 물질로 오염된 시설물의 제염방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 제염처리 방법을 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 제염처리 방법에 있어서, 상기 단계 1은 겔 화학제염제를 방사성 오염된 시설물에 도포하는 단계이다.
이때, 상기 겔 화학제염제를 도포하는 방법은 스프레이, 롤러, 브러쉬 등을 이용할 수 있다.
또한, 상기 겔 화학제염제를 도포하는 양으로는 오염된 시설물 1 m2당 100-2,000 g을 도포하는 것이 바람직하나, 이에 제한하지 않는다.
본 발명에 따른 제염처리 방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 도포된 겔 화학제염제를 건조하는 단계이다.
구체적으로, 상온 근처에서 상대습도 20-70%를 유지하며, 5-24 시간동안 건조하는 것이 바람직하나, 이에 제한하지 않는다.
본 발명에 따른 제염처리 방법에 있어서, 상기 단계 3은 상기 단계 2에서 건조된 겔 화학제염제를 제거하는 단계이다.
구체적으로, 자연중력, 브러쉬, 진공흡입기 등을 사용하여 건조된 겔 화학제염제를 제거할 수 있으나, 이에 제한하지 않는다.
아울러, 본 발명에 따른 제염처리 방법을 실시하기에 앞서, 시설물 내에 존재하는 먼지를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 환원제 함유 겔 화학제염제는 방사성 오염 물질을 제염함에 있어서, 산화제를 사용하지 않으므로 폐기물의 양 및 겔의 건조시간이 현저히 감소하고, 방사성 오염물질의 제거율이 향상될 뿐만 아니라, 트리프로필렌글리콜도데실에테르(TPGDDE) 또는 트리프로필렌글리콜부틸에테르(TPGBE)를 점성조제로 사용하여 겔의 요변특성이 현저히 향상되므로, 방사성 오염 물질의 겔 화학제염에 유용할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 점성조제로 TPGDDE 를 사용한 환원제 함유 겔형 겔 화학제염제의 제조
단계 1: 분산용액의 제조
환원제로 2 M 농도의 질산용액에 건식 실리카(모델명: M-5, 제조사: CAB-O-SIL) 5 중량%를 넣고, 약 800 RPM, 상온에서 30분 동안 분산/혼합시켜 분산용액을 제조하였다.
단계 2: 점성조제의 첨가
다음으로, 상기 분산용액에 점성조제로 트리프로필렌글리콜도데실에테르(tripropylene glycol dodecyl ether, 이하 TPGDDE라 함) 0.5 중량%를 분산용액의 분산형태에 영향을 주지 않는 속도(분산액 100 ml 기준으로 100-200 ㎕씩 2-5분에 걸쳐 첨가)로 첨가한 후 700 RPM, 상온에서 3시간 동안 혼합하였다. 이때 점성보조제의 균일한 분산을 위해 분산제로 에탄올 2.0 중량%를 첨가한다.
분산제로 에탄올을 첨가함에 따른 점도값 변화를 도 6에 나타내었다.
도 6에 나타난 바와 같이, 분산제로 에탄올을 첨가함에 따라 점도값이 약 2배 증가하여 점성조제의 분산효과가 개선됨을 알 수 있었다.
< 실시예 2> 점성조제로 TPGBE 를 사용한 환원제 함유 겔형 겔 화학제염제의 제조
실시예 1에서 점성조제로 TPGDDE를 사용한 것 대신에, 트리프로필렌글리콜부틸에테르(tripropylene glycol butyl ether, 이하 TPGBE라 함)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 겔을 제조하였다.
< 실시예 3> 코발트 핵종으로 오염된 SUS 304 금속 표면의 화학제염
실시예 1에서 제조한 겔 화학제염제를 이용하여, 하기의 단계를 포함하여 코발트 방사성 물질로 오염된 샘플을 제염하였다.
단계 1: 겔 화학제염제의 도포
700-900 Bq/cm2 방사능 농도의 고착성 코발트 핵종으로 오염된 SUS 304 금속표면에 실시예 1에서 제조한 겔 화학제염제를 3 mm 두께의 유리판과 스텐인리스강판을 사용하여, m2당 약 300-600 g 정도 도포하였다.
단계 2: 겔의 건조
상기 단계 1에서 겔을 도포한 후, 23.5 ℃, 상대습도 46% 조건으로 9 시간동안 건조하였다.
단계 3: 겔의 제거
상기 단계 3에서 건조된 겔을 진공장치를 이용하여 제거하였다.
본 실시예 3에서 코발트 방사성 핵종으로 오염된 SUS 304 금속표면에 겔을 도포한 직후 사진, 9 시간 동안 건조한 후의 사진 및 겔을 제거한 후의 금속표면 사진을 도 7에 나타내었다.
도 7에 나타난 바와 같이, SUS 304 금속표면에 겔 화학제염제가 균일하게 분산되고, 건조 후에는 2-4 mm의 균일한 크기의 분열이 생성된 후 용이한 탈리를 통해 잔류물 없이 효과적으로 제거된 금속 표면을 확인할 수 있었다.
< 비교예 1> 점성조제로 DGHE 를 사용한 환원제 함유 겔형 겔 화학제염제의 제조
실시예 1에서 점성조제로 TPGDDE를 사용한 것 대신에, 디옥시에틸렌글리콜헥실에테르(Dioxyethylene glycol hexyl ether, 이하 DGHE라 함)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 겔을 제조하였다.
< 비교예 2> 점성조제로 DGHE 를 사용한 산화·환원제 함유 겔형 겔 화학제염제의 제조
실시예 1에서 점성조제로 TPGDDE를 사용한 것 대신에, 디옥시에틸렌글리콜헥실에테르(Dioxyethylene glycol hexyl ether, 이하 DGHE라 함)를 사용한 것과 환원제로 1.5 M의 HNO3 8.3 중량%를 사용한 것 대신에, Ce 산화제 21.5 중량%와 1.5 M의 HNO3 환원제 8.3 중량%를 혼합하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 겔을 제조하였다.
< 비교예 3> 점성조제로 TPGDDE 를 사용한 산화·환원제 함유 겔형 겔 화학제염제의 제조
실시예 1에서 환원제로 1.5 M의 HNO3 8.3 중량%를 사용한 것 대신에, Ce 산화제 21.5 중량%와 1.5 M의 HNO3 환원제 8.3 중량%를 혼합하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 겔을 제조하였다.
< 비교예 4> 점성조제로 TPGBE 를 사용한 산화·환원제 함유 겔형 겔 화학제염제의 제조
실시예 1에서 점성조제로 TPGDDE를 사용한 것 대신에, 트리프로필렌글리콜부틸에테르(tripropylene glycol butyl ether, 이하 TPGBE라 함)를 사용한 것과 환원제로 1.5 M의 HNO3 8.3 중량% 대신에 Ce 산화제 21.5 중량%와 1.5 M의 HNO3 환원제 8.3 중량%를 혼합하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 겔을 제조하였다.
< 실험예 1> 제염능 평가
실시예 1 및 2에 따른 겔 화학제염제의 제염능을 알아보기 위하여 다음과 같이 실험하였다.
구체적으로, 방사능에 침투·고착성 오염된 시편으로는 30-50 Bq/cm2 방사능 농도의 우라늄 핵종이 타일에 오염된 시편, 방사능에 고착성 오염된 시편으로는 SUS 304 금속표면에 700-900 Bq/cm2 방사능 농도의 코발트(Co-60)에 오염된 시편, 및 SUS 304 금속표면에 600-1,100 Bq/cm2 방사능 농도의 세슘(Cs-137) 핵종에 오염된 시편을 사용하였다.
상기 우라늄 핵종에 오염된 시편을 비교예 1(점성조제로 DGHE를 사용한 환원제 함유 겔 화학제염제) 및 비교예 2(점성조제로 DGHE를 사용한 산화·환원제 함유 겔 화학제염제)에서 제조한 겔 화학제염제로 제염한 후, 우라늄 핵종 제거율을 도 1에 나타내었다.
도 1에 나타난 바와 같이, 점성조제로 DGHE를 사용할 경우에는 비교예 1 보다 비교예 2에서 제조한 겔이 더욱 우라늄 핵종 제거에 효과적인 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 우라늄 핵종에 오염된 시편을 실시예 2(점성조제로 TPGBE를 사용한 환원제 함유 겔 화학제염제) 및 비교예 4(점성조제로 TPGBE를 사용한 산화·환원제 함유 겔 화학제염제)에서 제조한 겔 화학제염제로 제염한 후 우라늄 핵종 제거율을 도 2에 나타내었다.
도 2에 나타난 바와 같이, 점성조제로 TPGBE를 사용할 경우에 우라늄 핵종에 대한 제거율은 비교예 4(2차-5차까지의 우라늄 핵종 제거율: 83-91%) 보다 실시예 2(2차-5차까지의 우라늄 핵종 제거율: 87-97.5%)에서 제조한 겔이 더욱 우라늄 핵종 제거에 효과적인 것을 알 수 있었다.
나아가, 상기 우라늄 핵종에 오염된 시편을 실시예 1(점성조제로 TPGDDE를 사용한 환원제 함유 겔 화학제염제) 및 비교예 3(점성조제로 TPGDDE를 사용한 산화·환원제 함유 겔 화학제염제)에서 제조한 겔 화학제염제로 제염한 후 우라늄 핵종 제거율을 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타난 바와 같이, 점성조제로 TPGDDE를 사용할 경우에 우라늄 핵종에 대한 제거율은 비교예 3(2차-5차까지의 우라늄 핵종 제거율: 88-96%) 보다 실시예 1(2차-5차까지의 우라늄 핵종 제거율: 89-98.3%)에서 제조한 겔이 더욱 우라늄 핵종 제거에 효과적인 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 우라늄 핵종에 오염된 시편을 비교예 1(점성조제로 DGHE를 사용한 환원제 함유 겔 화학제염제), 실시예 1(점성조제로 TPGDDE를 사용한 환원제 함유 겔 화학제염제) 및 실시예 2(점성조제로 TPGBE를 사용한 환원제 함유 겔 화학제염제)에서 제조한 겔 화학제염제로 제염한 후 우라늄 핵종 제거율을 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타난 바와 같이, 점성조제로 DGHE, TPGDDE 및 TPGBE를 사용할 경우 우라늄 핵종에 대한 제거율은 비교예 1(2차-5차까지의 우라늄 핵종 제거율: 80-97%), 실시예 2(2차-5차까지의 우라늄 핵종 제거율: 87-97.4%) 및 실시예 1(2차-5차까지의 우라늄 핵종 제거율: 89-98.3%)로 나타나,
우라늄 핵종에 대한 제거율은 비교예 1 < 실시예 2 < 실시예 1의 순서로 높게 나타나는 것을 알 수 있었다.
나아가, 상기 코발트(Co-60) 및 세슘(Cs-137) 핵종으로 각각 오염된 시편을 비교예 1(점성조제로 DGHE를 사용한 환원제 함유 겔 화학제염제), 실시예 1(점성조제로 TPGDDE를 사용한 환원제 함유 겔 화학제염제) 및 실시예 2(점성조제로 TPGBE를 사용한 환원제 함유 겔 화학제염제)에서 제조한 겔 화학제염제로 각각 제염한 후 코발트와 세슘 핵종 제거율을 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타난 바와 같이, 점성조제로 DGHE, TPGDDE 및 TPGBE를 사용할 경우에 코발트 핵종에 대한 제거율은 비교예 1(2차-5차까지의 코발트 핵종 제거율: 97.7 %), 실시예 2(2차-5차까지의 코발트 핵종 제거율: 97.8%) 및 실시예 1(2차-5차까지의 코발트 핵종 제거율: 97.9%)로 나타났고,
세슘 핵종에 대한 제거율은 비교예 1(2차-5차까지의 세슘 핵종 제거율: 96.6 %), 실시예 2(2차-5차까지의 세슘 핵종 제거율: 96.6%) 및 실시예 1(2차-5차까지의 세슘 핵종 제거율: 96.9%)로 나타나,
코발트 및 세슘 핵종에 대한 제거율은 비교예 1 < 실시예 2 < 실시예 1의 순서로 높게 나타나는 것을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 환원제 함유 겔 화학제염제는 방사성 핵종에 대한 제거율이 향상되므로, 방사성 겔 화학제염에 유용할 수 있다.
< 실험예 2> 겔 화학제염제의 건조시간 평가
실시예 1 및 비교예 3에서 제조한 환원제염 겔의 건조시간을 알아보기 위하여 다음과 같이 실험하였다.
구체적으로, 23.5 ℃, 상대습도: 46% 조건에서 시간에 따른 실시예 1 및 비교예 3의 겔의 무게 감소를 측정하여 최대 건조 평형에 도달하는 시간을 평가하였고, 그 결과를 도 8에 나타내었다.
도 8에 나타난 바와 같이, 비교예 3에서 제조한 겔은 최대 건조 평형에 도달하는 시간이 15시간으로 나타나는 반면에, 실시예 1에서 제조한 겔은 9시간으로 나타나, 건조시간이 약 40% 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 환원제 함유 겔 화학제염제는 건조 시간이 현저히 감소하므로, 방사성 겔 화학제염에 유용할 수 있다.
< 실험예 3> 겔 화학제염제의 요변특성 평가
실시예 1-2 및 비교예 1에서 제조한 겔의 요변특성(thixotropy)을 알아보기 위하여 다음과 같이 실험하였다.
구체적으로, 실시예 1-2 및 비교예 1에서 제조한 겔을 5/s에서 1000/s의 전단율 범위에 걸쳐 전단률별 점도특성을 유동계(Rheometer)(모델명: R/S-CPS plus, 제조사: BROOKFIELD ENGINEERING LABORATORIES, INC.)을 이용하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
전단율(1/s) 비교예 1 실시예 2 실시예 1
5 11654 11067 16207
10 6544 6725 10235
50 1374 1614 2153
100 659 828 1044
300 222 294 342
500 138 184 211
1000 77 100 110
표 1에 나타난 바와 같이, 5/s에서 1000/s의 전단율 범위에 걸쳐 점도크기의 순서가 비교예 1(77-11,654 cP) < 실시예 2(100-11,067 cP) < 실시예 1(110-16,207 cP)의 순서로 나타나는 것을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 환원제 함유 겔 화학제염제는 화학제염에 중요한 요변특성이 매우 효율적으로 나타나므로, 방사성 겔 화학제염에 유용할 수 있다.

Claims (13)

  1. 방사성 제염을 위한 환원제 역할을 하는 무기산 5.0-17.0 중량%;
    실리카류 3.0-8.0 중량%;
    에탄올, 메탄올, 부탄올 및 헥산올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 분산제 0.9-4.8 중량%;
    점성조제로써 트리프로필렌글리콜도데실에테르(TPGDDE) 또는 트리프로필렌글리콜부틸에테르(TPGBE) 0.1-1.0 중량%; 및
    물 잔량을 포함하되,
    상기 중량%는 겔 화학제염제의 총 중량에 대한 백분율인 것을 특징으로 하는 방사성 오염 제거용 환원제 함유 겔 화학제염제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 겔 화학제염제는 상온에서 상의 분리가 없는 겔 형태로 존재하며, 교반할 경우 유동성 졸로 변화하는 것을 특징으로 하는 겔 화학제염제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무기산은 염산, 인산, 황산 및 질산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 겔 화학제염제.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실리카류는 건식 실리카, 습식 실리카 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 겔 화학제염제.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방사성 오염은 비고착성 오염, 고착성 오염, 침투성 오염 또는 이들의 혼합성 오염인 것을 특징으로 하는 겔 화학제염제.
  8. 방사성 제염을 위한 환원제 역할을 하는 무기산, 점성조제의 분산을 위한 에탄올, 메탄올, 부탄올 및 헥산올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 분산제를 포함하는 수용액에 실리카류를 분산시킨 분산용액을 제조하는 단계(단계 1); 및
    점성조제로써 트리프로필렌글리콜도데실에테르(TPGDDE) 또는 트리프로필렌글리콜부틸에테르(TPGBE)를 첨가하는 단계(단계 2)를 포함하는 방사성 오염 제거용 환원제 함유 겔 화학제염제의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 무기산은 염산, 인산, 황산 및 질산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 겔 화학제염제의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 실리카류는 건식 실리카, 습식 실리카 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 겔 화학제염제의 제조방법.
  12. 제1항에 따른 겔 화학제염제를 방사성 오염된 시설물에 도포하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 도포된 겔 화학제염제를 건조하는 단계(단계 2); 및
    상기 단계 2에서 건조된 겔 화학제염제를 제거하는 단계(단계 3)를 포함하는 방사성 물질로 오염된 시설물의 제염방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단계 2의 건조 조건은 15-30 ℃에서 상대습도 20-70%를 유지하며, 5-24 시간 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 제염방법.
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