KR101716570B1 - Preparation method of carbon nanotube adsorbent with metal ferrocyanide having a selective adsorption property to cesium or strontium, adsorbent prepared by the method, and seperation method of cesium or strontium using the adsorbent - Google Patents
Preparation method of carbon nanotube adsorbent with metal ferrocyanide having a selective adsorption property to cesium or strontium, adsorbent prepared by the method, and seperation method of cesium or strontium using the adsorbent Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브와 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브의 제조방법 및 세슘 또는 스트론튬 흡착제에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 탄소 나노 튜브를 산 용액과 반응시켜 표면 산화시킨 후 EDA 및 DCC와 반응시켜 표면에 아민기를 도입하고, 2가 금속 함유 화합물과 반응시키고 페로시안 함유 화합물과 반응시킴으로써 표면에 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브를 제조하는 방법에 관한 것이며, 또한 탄소 나노 튜브를 산 용액과 반응시켜 표면 산화시킨 후 2가 및 3가 철이온과 반응시켜 표면에 마그네타이트를 고정시키고, 페로시안 함유 화합물 및 2가 금속 함유 화합물과 반응시킴으로써 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브 및 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 함유하는 흡착제는 방사성 핵종 중 세슘 또는 스트론튬에 대한 선택적 흡착 능력을 나타낸다.The present invention relates to a method for producing a carbon nanotube in which ferrocyanide metal is immobilized and a ferrocyanide metal is immobilized with a magnetite, and a cesium or strontium adsorbent.
More specifically, carbon nanotubes are reacted with an acid solution to oxidize the surface, reacted with EDA and DCC to introduce an amine group on the surface, react with a divalent metal-containing compound, and react with a ferrocene-containing compound, The present invention also relates to a method for producing the fixed carbon nanotube. Also, the present invention relates to a method for producing carbon nanotubes by reacting carbon nanotubes with an acid solution to oxidize the surface, reacting the carbon nanotubes with divalent and trivalent iron ions to fix the magnetite on the surface, And a method for producing a carbon nanotube into which a ferrocyanide metal is introduced by reacting it with a divalent metal-containing compound.
The adsorbent containing carbon nanotubes to which the ferrocyanide metal is immobilized and the magnetite is immobilized and the ferrocyanide metal is introduced exhibits a selective adsorption ability to cesium or strontium in the radionuclide.
Description
본 발명은 세슘 또는 스트론튬에 대한 선택적 흡착특성을 갖는 페로시안화 금속이 고정된 탄소나노튜브 흡착제의 제조방법, 이로부터 제조된 흡착제 및 상기 흡착제를 사용한 세슘 또는 스트론튬의 분리방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a process for producing a carbon nanotube adsorbent having a ferrocyanation metal fixed thereon with selective adsorption to cesium or strontium, an adsorbent prepared therefrom and a method for separating cesium or strontium using the adsorbent.
핵분열 생성물이란 핵분열에 의해 생긴 핵종을 말하며 FP(Fission Products)라고도 약칭한다. 원자력발전이나 핵사고 등에서 가장 문제가 되는 핵분열 생성물은 반감기가 길은 세슘-137(반감기 30.2년)과 스트론튬-90(반감기 29년)이며, 액상에서 각각 +1가 세슘 이온(Cs+) 및 +2가 스트론튬 이온(Sr2+)으로 존재한다.
A fission product is a nuclide produced by fission and is abbreviated FP (Fission Products). The most problematic nuclear power or nuclear fission products, etc. that road accidents are the half-life of cesium-137 (half-life of 30.2 years) and strontium-90 (half-life 29 years), and the cesium ions in the liquid phase, respectively +1 (Cs +) and +2 Is present as a strontium ion (Sr 2+ ).
최근 후쿠시마에서 발생한 핵사고에 의해 방사성 핵종으로 오염된 폐기물이 생성되었다. 특히 냉각수 및 토양에 오염된 방사성 핵종의 주요 핵종은 세슘과 스트론튬으로 알려져 있으며, 이와 같은 방사성 물질을 함유하고 있는 냉각수 폐기물이 바닷물로 유입된 상태이다. 바닷물 중의 염화나트륨(NaCl) 이온의 농도는 세슘이나 스트론튬 이온의 농도보다 수천 내지 수만배 이상 고농도이다. 따라서 고농도 염과 함께 존재하는 세슘 또는 스트론튬을 선택적으로 분리가능한 특별한 기술이 필요하며, 일반적으로 증발법, 막여과법, 이온교환법 등의 분리기술 방법이 이용되고 있다. 그러나, 이와 같은 분리기술 방법은 세슘 또는 스트론튬만 선택적으로 분리하기가 어렵기 때문에 세슘과 스트론튬의 선택적 분리계수가 매우 높은 실리코-티타네이트(Silico-titanate), 페로시안 구리 등의 흡착제가 많이 사용되고 있다.
Wastes contaminated with radionuclides have been generated by nuclear accidents in Fukushima recently. In particular, the main nuclides of radionuclides contaminated with cooling water and soil are known as cesium and strontium, and cooling water wastes containing such radioactive materials are in the sea water. The concentration of sodium chloride (NaCl) ions in seawater is higher than that of cesium or strontium ion by several thousands to several tens of thousand times. Therefore, a special technique capable of selectively separating cesium or strontium present in conjunction with a high concentration salt is required. In general, separation techniques such as an evaporation method, a membrane filtration method, and an ion exchange method are used. However, since this separation technique is difficult to selectively separate cesium or strontium, many adsorbents such as silico-titanate and ferrocyanic copper, which have a very high selective separation factor of cesium and strontium, are used .
지금까지 주로 연구 개발된 페로시안화 금속 흡착제는 제올라이트, 실리카 등과 같은 지지체에 고정시켜 입자로 만들어 흡착탑에서 사용하였다. 칼럼에 사용하기 위해서는 액체의 침투율 때문에 흡착제의 크기가 최소한 수십 μm 이상 되어야 한다. 일반적으로 흡착제의 크기가 작아져야 기공 확산 물질 이동(pore diffusional mass transfer) 저항이 작아져 흡착 반응속도가 빨라지고, 또한 흡착 반응 면적이 커져 흡착능이 증가하는 것으로 알려져 있다. 반면, 흡착제의 크기가 작아지면 고액분리가 어렵고, 물의 침투가 불가능하여 흡착탑으로 사용하기 어려워진다. 이에 따라, 본 연구자들은 흡착제의 크기를 작게 하여 반응속도와 흡착능의 우수한 특성을 유지하면서 고액분리가 용이한 흡착제를 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
The ferrocyanide metal adsorbent, which has been mainly researched until now, is fixed to a support such as zeolite, silica, etc. and used as a particle in an adsorption tower. For use in a column, the size of the adsorbent should be at least several tens of micrometers due to the liquid permeability. In general, it is known that when the size of the adsorbent is small, the resistance of the pore diffusional mass transfer is reduced, the adsorption reaction rate is accelerated, and the adsorption capacity is increased due to the increase of the adsorption reaction area. On the other hand, if the size of the adsorbent is small, solid-liquid separation is difficult, and water can not be permeated, making it difficult to use as an adsorption tower. Accordingly, the present inventors have completed the present invention by developing an adsorbent which is easy to carry out solid-liquid separation while keeping the size of the adsorbent small and maintaining the excellent characteristics of reaction speed and adsorption capacity.
본 발명의 목적은 세슘 또는 스트론튬 흡착 능력이 향상된, 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브의 제조방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for producing carbon nanotubes to which ferrocyanide metal is immobilized with improved cesium or strontium adsorption ability.
본 발명의 다른 목적은 세슘 또는 스트론튬 흡착 능력이 향상된, 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브를 함유하는 세슘 또는 스트론튬 흡착제를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a cesium or strontium adsorbent containing carbon nanotubes to which ferrocyanide metal is immobilized, the cesium or strontium adsorption ability being improved.
본 발명의 또 다른 목적은 세슘 또는 스트론튬 흡착 능력이 향상되고 자성을 나타내는, 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브의 제조방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for producing carbon nanotubes in which magnetite is fixed and ferrocyanide metal is introduced, which exhibits enhanced cesium or strontium adsorption ability and exhibits magnetism.
본 발명의 또 다른 목적은 세슘 또는 스트론튬 흡착 능력이 향상되고 자성을 나타내는, 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 함유하는 세슘 또는 스트론튬 흡착제를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a cesium or strontium adsorbent containing carbon nanotubes to which a magnetite is fixed and a ferrocyanide metal is introduced, which exhibits enhanced cesium or strontium adsorption ability and exhibits magnetism.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 세슘 또는 스트론튬 흡착제를 구비한 세슘 또는 스트론튬 제거용 필터, 및 이를 이용한 방사성 용액 처리 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a filter for removing cesium or strontium having the cesium or strontium adsorbent, and a method for treating a radioactive solution using the filter.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 함유하는 세슘 또는 스트론튬 흡착제를 이용한 세슘 또는 스트론튬의 분리 방법을 제공하는 것이다.
It is still another object of the present invention to provide a method for separating cesium or strontium using a cesium or strontium adsorbent containing carbon nanotubes to which the magnetite is fixed and a ferrocyanide metal is introduced.
본 발명의 제1양태는 탄소 나노 튜브를 산 용액과 반응시켜 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 1); 상기 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 에틸렌디아민(ethylenediamine, EDA) 및 n,n-디시클로헥실카보디이미드(n,n-dicyclohexylcarbodiimide, DCC)와 반응시켜 표면에 아민기가 도입된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 2); 상기 표면에 아민기가 도입된 탄소 나노 튜브를, 0.1 내지 1 M 농도의 Cu2+, Ni2+, Zn2+, Fe2+ 및 Co2+로 이루어진 군으로부터 선택되는 2가 금속 함유 화합물과 반응시켜 2가 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 3); 및 상기 2가 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 0.1 내지 1 M 농도의 페로시안 함유 화합물과 반응시켜 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 4)를 포함하는 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브의 제조방법을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a process for producing a carbon nanotube, comprising the steps of: (1) obtaining carbon nanotubes surface-oxidized by reacting carbon nanotubes with an acid solution; Reacting the surface-oxidized carbon nanotube with ethylenediamine (EDA) and n, n-dicyclohexylcarbodiimide (DCC) to obtain an amine group-introduced carbon nanotube (Step 2); The carbon nanotubes into which amine groups have been introduced on the surface are reacted with a divalent metal-containing compound selected from the group consisting of Cu 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Fe 2+ and Co 2+ at a concentration of 0.1 to 1 M To obtain a carbon nanotube into which a divalent metal is introduced (step 3); And reacting the bivalent metal-introduced carbon nanotube with a 0.1-1 M concentration ferrocyanide-containing compound to obtain a carbon nanotube fixed with ferrocyanide metal (Step 4). A method for producing carbon nanotubes is provided.
본 발명의 제2양태는 상기 제1양태에 따른 방법으로 제조되고, 표면에 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브를 함유하는 세슘 또는 스트론튬 흡착제를 제공한다.A second aspect of the present invention provides a cesium or strontium adsorbent produced by the method according to the first aspect, wherein the cerium or strontium adsorbent contains carbon nanotubes whose surface is fixed with metal ferrocyanide.
본 발명의 제3양태는 탄소 나노 튜브를 산 용액과 반응시켜 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 1); 상기 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 알칼리 조건 하에서 Fe2+ 및 Fe3+ 금속 함유 화합물과 반응시켜 표면에 마그네타이트(magnetite, Fe3O4)가 고정된 탄소나노튜브를 얻는 단계(단계 2); 및 상기 표면에 마그네타이트가 고정된 탄소 나노 튜브를 0.05 내지 0.5 M 농도의 페로시안 함유 화합물 및 0.05 내지 0.5 M 농도의 Cu2+ , Zn2+, Ni2+, Fe2+ 및 Co2+로 이루어진 군으로부터 선택되는 2가 금속 함유 화합물과 반응시켜 페로시안화 금속이 상기 마그네타이트에 도입된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 3)를 포함하는 표면에 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브의 제조방법을 제공한다.A third aspect of the present invention is a method for producing carbon nanotubes, comprising the steps of: (1) obtaining carbon nanotubes surface-oxidized by reacting carbon nanotubes with an acid solution; Reacting the surface-oxidized carbon nanotube with Fe 2+ and a Fe 3+ metal-containing compound under an alkaline condition to obtain a carbon nanotube having a magnetite (Fe 3 O 4 ) fixed on its surface (Step 2); And a carbon nanotube on which the magnetite is immobilized on the surface is composed of a ferrocyan-containing compound having a concentration of 0.05 to 0.5 M and a ferrocyanide-containing compound having a concentration of 0.05 to 0.5 M of Cu 2+ , Zn 2+ , Ni 2+ , Fe 2+ and Co 2+ And a step (3) of reacting the ferrocyanide metal with the bivalent metal-containing compound selected from the group consisting of the ferrocyanide metal and the ferrocyanide metal to obtain the carbon nanotube into which the ferrocyanide metal is introduced And a manufacturing method thereof.
본 발명의 제4양태는 상기 제3양태에 따른 방법으로 제조되고, 표면에 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 함유하는 세슘 또는 스트론튬 흡착제를 제공한다.A fourth aspect of the present invention provides a cesium or strontium adsorbent produced by the method according to the third aspect and containing carbon nanotubes to which a magnetite is fixed and a ferrocyanation metal is introduced.
본 발명의 제5양태는 제2양태 또는 제4양태에 따른 세슘 또는 스트론튬 흡착제를 구비한 세슘 또는 스트론튬 제거용 필터를 제공한다.A fifth aspect of the present invention provides a cesium or strontium removal filter having a cesium or strontium adsorbent according to the second or fourth aspect.
본 발명의 제6양태는 오염수를 제5양태에 따른 세슘 또는 스트론튬 제거용 필터로 통과시키는 단계를 포함하는 정제수 제조방법을 제공한다.A sixth aspect of the present invention provides a method for producing purified water comprising passing contaminated water through a cesium or strontium removal filter according to the fifth aspect.
본 발명의 제7양태는 방사성폐액, 또는 방사성핵종을 포함하는 용액을 제5양태에 따른 세슘 또는 스트론튬 제거용 필터를 통과시켜 방사성 세슘 또는 스트론튬을 제거시키는 단계를 포함하는 방사성 용액 처리 방법을 제공한다.A seventh aspect of the present invention provides a radioactive solution treatment method comprising the step of passing a solution containing a radioactive waste liquid or a radionuclide through a cesium or strontium removal filter according to the fifth aspect to remove radioactive cesium or strontium .
본 발명의 제8양태는 제4양태의 세슘 또는 스트론튬 흡착제를 세슘 또는 스트론튬 함유 용액과 접촉시켜 세슘 또는 스트론튬이 흡착된 흡착제를 얻는 단계(단계 1); 및 상기 세슘 또는 스트론튬이 흡착된 흡착제를 함유하는 용액을 자기장이 인가된 채널을 통해 통과시켜 고액분리하는 단계(단계 2)를 포함하는 세슘 또는 스트론튬의 분리방법을 제공한다.
An eighth aspect of the present invention provides a method for producing a cesium or strontium-containing adsorbent comprising the steps of: (1) obtaining a cesium or strontium adsorbent by contacting a cesium or strontium adsorbent of the fourth aspect with a cesium or strontium containing solution; And a step of passing the solution containing the cesium or strontium adsorbed adsorbent through a channel to which a magnetic field is applied to perform solid-liquid separation (step 2).
이하, 본 발명을 자세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
방사성 핵종만을 선택적으로 흡착하는 특성을 갖는 불용성 페로시안화 금속은 미립자상으로 취급하기 어렵고, 약한 기계적 강도 때문에 칼럼과 같은 고정층에 적용하는데 한계가 존재한다. 이에 따라 페로시안화 금속을 제올라이트, 실리카 등과 같은 지지체에 고정하는 방법들이 제안되어 왔다. 그러나, 상기 방법들은 흡착제의 비표면적 및 흡착 효율이 비교적 낮아 새로운 지지체에 대한 개발이 요구되고 있다.
The insoluble ferrocyanide metal having the property of selectively adsorbing only radioactive nuclear species is difficult to treat as a fine particle, and there is a limit in application to a fixed layer such as a column due to its weak mechanical strength. Accordingly, methods for fixing ferrocyanide metal on a support such as zeolite, silica, etc. have been proposed. However, these methods have a relatively low specific surface area and adsorption efficiency of the adsorbent, and development of new supports is required.
탄소 나노튜브(Carbon NanoTubes, CNTs)는 지지체로서 적용 가능하며, 큰 비표면적 및 기공부피를 가지고, 화학적 방법으로 CNTs의 표면에 다양한 작용기(functional group)를 도입하여 CNTs와 분자간의 반응성을 증가시킬 수 있는 장점을 갖는다.
Carbon nanotubes (CNTs) can be applied as supports and have a large specific surface area and pore volume. By introducing various functional groups on the surface of CNTs by chemical methods, the reactivity between CNTs and molecules can be increased .
본 발명자들은 기계적 강도를 향상시킨 페로시안화 금속 함유 흡착제를 제공하고자 탄소 나노튜브 상에 페로시안화 금속을 고정시키는 방법을 강구하였다. 탄소 나노 튜브를 산 용액과 반응시켜 표면 산화시킨 후 EDA 및 DCC와 반응시켜 표면에 아민기를 도입하고, 2가 금속 함유 화합물과 반응시키고 페로시안 함유 화합물과 반응시킨 결과, 표면에 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브를 얻을 수 있음을 발견하였다. 또한, 상기 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브를 함유한 흡착제가 세슘 등의 방사성 핵종에 대한 흡착 능력이 종래 지지체로서 실리카를 사용한 흡착제에 비해 증가하는 것을 발견하였다. 본 발명은 이에 기초한 것이다.
The present inventors have found a method for fixing ferrocyanide metal on carbon nanotubes in order to provide a ferrocyanide metal-containing adsorbent having improved mechanical strength. Carbon nanotubes were surface-oxidized by reacting them with an acid solution, and then reacted with EDA and DCC to introduce amine groups on the surface. Reaction with the divalent metal-containing compound and reaction with the ferrocian-containing compound resulted in the formation of a ferrocyanide- Carbon nanotubes can be obtained. In addition, it has been found that the adsorbent containing the carbon nanotubes fixed with the ferrocyanide metal increases the adsorption capacity for the radionuclide such as cesium as compared with the adsorbent using silica as the conventional support. The present invention is based on this.
한편, 컬럼 방식이 아닌 회분식으로 흡착제를 사용할 경우 혼탁액 내 방사성 폐기물을 분리하기 위하여는 원심 분리 등의 별도의 분리 과정이 필요하며 이러한 이유로 현장에서 신속하게 방사성 핵종을 폐기하는데 제한이 따른다. 이에 따라 방사성 핵종의 흡착제에 있어서 방사성 핵종에 대한 흡착 능력과 함께, 혼탁액으로부터 보다 간단한 방식으로 분리될 수 있는 특성은 산업 현장에서의 신속한 방사성 핵종 폐기에 있어 유리한 특성으로 작용할 수 있다.
On the other hand, when the adsorbent is used in a batch rather than a column type, a separate separation process such as centrifugation is required to separate the radioactive waste in the turbid liquid. Therefore, there is a limitation in disposing of the radionuclide in the field promptly. Accordingly, the ability of the adsorbent of the radionuclide to be separated from the turbid solution in a simpler manner, together with the adsorption ability to the radionuclide, can be a favorable characteristic for the rapid disposal of the radionuclide in the industrial field.
본 발명자들은 방사성 핵종에 대한 흡착 능력이 우수하면서 간단한 방식으로 혼탁액으로부터 분리될 수 있는 특성으로서 자성을 갖는 흡착제를 제공할 수 있는 방법을 강구하였다. 탄소 나노 튜브를 산 용액과 반응시켜 표면 산화시킨 후, 알칼리 조건 하에서 Fe2+ 및 Fe3+ 금속 함유 화합물과 반응시켜 탄소나노튜브에 마그네타이트를 고정한 다음, 페로시안 함유 화합물 및 2가 금속 함유 화합물과 반응시킴으로써 표면에 마그네타이트가 고정되고 상기 마그네타이트에 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 얻을 수 있음을 발견하였다. 또한, 상기 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 함유한 흡착제가 세슘 등의 방사성 핵종에 대한 흡착 능력이 종래 지지체로서 실리카를 사용한 흡착제에 비해 증가하는 것을 발견하였다.
The present inventors have found a method capable of providing an adsorbent having magnetism as a property capable of being separated from an turbid liquid in a simple manner with excellent adsorption ability to a radionuclide. The surface of the carbon nanotube is reacted with an acid solution to oxidize the surface of the carbon nanotube, and then reacted with Fe 2+ and Fe 3+ metal-containing compound under alkaline conditions to fix the magnetite to the carbon nanotube. It has been found that carbon nanotubes in which a magnetite is fixed on a surface thereof and a ferrocyanide metal is introduced into the magnetite can be obtained. Further, it has been found that the adsorbent containing the carbon nanotubes in which the magnetite is fixed and the ferrocyanide metal is introduced has an adsorption capacity for radionuclides such as cesium as compared with the adsorbent using silica as a conventional support.
본 발명에서 사용되는 용어, "탄소나노튜브(Carbon Nanotube; CNT)"는 탄소로 이루어진 탄소동소체로서 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있는 물질로서, 튜브의 직경이 나노미터 수준으로 극히 작은 영역의 물질을 의미한다. 탄소나노튜브에서 하나의 탄소원자는 3개의 다른 원자와 sp2 결합의 육각형 벌집무늬를 이루며, 이 튜브의 직경이 대략 수 nm 정도로 극히 작기 때문에 나노튜브라고 부른다. 하나의 겹으로 구성된 단일벽 나노튜브(Single-Walled Carbon Nanotube, SWNT)는 약 1 나노미터 내외의 직경을 갖고 있고, 여러 겹의 탄소 망이 겹쳐져 있는 다중벽 나노튜브(Multi-Walled Carbon Nanotube, MWNT)는 전체 직경이 5~100 nm 정도이다. 탄소나노튜브의 합성법으로는 전기방전법(Arc-discharge), 레이저증착법(Laser vaporization), 플라즈마화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 열화학기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition), 기상합성법(Vapor phase growth), 전기분해법, Flame 합성법 등의 대량 양산체제가 구축되어 있다.
As used herein, the term "Carbon Nanotube (CNT)" is a carbon isotope consisting of carbon, which is formed by combining one carbon with another carbon atom in a hexagonal honeycomb pattern, This means a very small area of material at the nanometer level. In carbon nanotubes, one carbon atom forms a hexagonal honeycomb pattern of sp2 bonds with three different atoms. This tube is called a nanotube because the diameter of the tube is very small, about several nanometers. Single-Walled Carbon Nanotubes (SWNTs) have a diameter of about 1 nanometer (nm), and have multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) ) Has a total diameter of about 5 to 100 nm. Examples of the synthesis method of carbon nanotubes include an arc-discharge method, a laser vaporization method, a plasma enhanced chemical vapor deposition method, a thermal chemical vapor deposition method, a vapor phase synthesis method growth, electrolysis, and flame synthesis.
본 발명에서는 탄소 나노 튜브로서 다중벽 탄소 나노 튜브 또는 단일벽 탄소 나노 튜브를 사용할 수 있으며, 특히 다중벽 탄소 나노 튜브가 더욱 큰 비표면적 및 기공부피를 가져 더욱 바람직하다.
In the present invention, a multi-walled carbon nanotube or a single-walled carbon nanotube may be used as the carbon nanotube, and more preferably, the multi-walled carbon nanotube has a larger specific surface area and a pore volume.
본 발명에 따른 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브는,According to the present invention, there is provided a carbon nanotube to which a ferrocyanide metal is fixed,
탄소 나노 튜브를 산 용액과 반응시켜 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 1); 상기 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 EDA 및 DCC와 반응시켜 표면에 아민기가 도입된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 2); 상기 표면에 아민기가 도입된 탄소 나노 튜브를, 0.1 내지 1 M 농도의 Cu2+, Ni2+, Zn2+, Fe2+ 및 Co2+로 이루어진 군으로부터 선택되는 2가 금속 함유 화합물과 반응시켜 2가 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 3); 및 상기 2가 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 0.1 내지 1 M 농도의 페로시안 함유 화합물과 반응시켜 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 4)를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
Reacting the carbon nanotubes with an acid solution to obtain surface-oxidized carbon nanotubes (step 1); Reacting the surface-oxidized carbon nanotubes with EDA and DCC to obtain a carbon nanotube having an amine group introduced on the surface thereof (Step 2); The carbon nanotubes into which amine groups have been introduced on the surface are reacted with a divalent metal-containing compound selected from the group consisting of Cu 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Fe 2+ and Co 2+ at a concentration of 0.1 to 1 M To obtain a carbon nanotube into which a divalent metal is introduced (step 3); And a step (step 4) of reacting the carbon nanotubes into which the bivalent metal has been introduced with a 0.1 to 1 M concentration ferrocyan-containing compound to obtain a carbon nanotube fixed with ferrocyanide metal .
상기 단계 1)은, 탄소 나노 튜브를 산 용액과 반응시켜 탄소 나노 튜브의 표면에 카르복실기가 도입된, 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계이다.
The step (1) is a step of reacting carbon nanotubes with an acid solution to obtain surface-oxidized carbon nanotubes having a carboxyl group introduced into the surface of the carbon nanotubes.
본 발명에서, 상기 단계 1)의 산 용액은 바람직하기로는 질산, 황산, 염산, 인산 또는 이의 혼합물일 수 있으며, 더욱 바람직하기로는 질산, 또는 질산과 황산의 혼합물일 수 있다. 상기 산 용액으로서 질산과 황산의 혼합물을 사용할 경우, 탄소 나노 튜브의 표면 상에서의 산화 반응 효율이 높은 장점이 있다. 상기 질산과 황산의 혼합물은 질산과 황산의 혼합비가 바람직하기로 1 내지 5:1(v/v)인 것일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는 질산과 황산의 혼합물(3:1, v/v)을 사용하였다.
In the present invention, the acid solution of step 1) may preferably be nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid or a mixture thereof, more preferably nitric acid or a mixture of nitric acid and sulfuric acid. When a mixture of nitric acid and sulfuric acid is used as the acid solution, there is an advantage that the oxidation reaction efficiency on the surface of the carbon nanotubes is high. The mixture of nitric acid and sulfuric acid may have a mixing ratio of nitric acid and sulfuric acid of preferably 1 to 5: 1 (v / v). Specifically, in one embodiment of the present invention, a mixture of nitric acid and sulfuric acid (3: 1, v / v) was used.
본 발명에서, 상기 단계 1)의 산 용액의 농도는 바람직하기로 5 N 내지 15 N, 더욱 바람직하기로 8 N 내지 12 N, 가장 바람직하기로 10 N일 수 있다.
In the present invention, the concentration of the acid solution in step 1) may preferably be 5 N to 15 N, more preferably 8 N to 12 N, and most preferably 10 N.
본 발명에서, 상기 단계 1)의 반응은 바람직하기로 초음파 처리 하에 수행될 수 있다. 초음파 처리를 통해 탄소 나노 튜브가 산 용액 중에 균일하게 분산되어 반응 면적을 증가시킴으로써 표면 산화 반응이 효율적으로 일어나게 할 수 있다.
In the present invention, the reaction of step 1) above can be preferably carried out under ultrasonic treatment. The surface of the carbon nanotubes is uniformly dispersed in the acid solution through the ultrasonic treatment to increase the reaction area, thereby efficiently performing the surface oxidation reaction.
본 발명에서, 상기 단계 1)의 반응온도는 바람직하기로 150 내지 200℃, 더욱 바람직하기로 170 내지 180℃, 가장 바람직하기로 175℃일 수 있다.
In the present invention, the reaction temperature in the step 1) may be preferably 150 to 200 占 폚, more preferably 170 to 180 占 폚, and most preferably 175 占 폚.
본 발명에서, 상기 단계 1)의 반응시간은 바람직하기로 6 내지 24시간, 더욱 바람직하기로 10 내지 14시간, 가장 바람직하기로 12시간일 수 있다.
In the present invention, the reaction time of the step 1) may be preferably 6 to 24 hours, more preferably 10 to 14 hours, and most preferably 12 hours.
본 발명에서, 상기 단계 1)의 반응이 완료된 후 pH 7이 될 때까지 0.1 내지 0.3 ㎛ 멤브레인으로 여과 및 초순수 세척을 수행할 수 있다.
In the present invention, after completion of the reaction of step 1), filtration and ultra-pure water washing may be performed with 0.1 to 0.3 탆 membrane until
상기 단계 2)는, 상기 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 EDA 및 DCC와 반응시켜 탄소 나노 튜브의 표면에 존재하는 카르복실기의 OH기를 에틸렌디아민으로 치환시켜 표면에 아민기가 도입된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계이다.
Step 2) is a step of reacting the surface-oxidized carbon nanotube with EDA and DCC to replace the OH group of the carboxyl group present on the surface of the carbon nanotube with ethylenediamine to obtain an amine group-introduced carbon nanotube .
본 발명에서, 상기 단계 2)는 상기 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 EDA와 먼저 혼합한 후 DCC를 첨가하여 반응시킴으로써 수행할 수 있다.
In the present invention, the step 2) may be performed by first mixing the surface-oxidized carbon nanotube with EDA, and then adding DCC to the carbon nanotube.
본 발명에서, 상기 단계 2)의 반응온도는 바람직하기로 50 내지 100℃, 더욱 바람직하기로 70 내지 90℃, 가장 바람직하기로 78℃일 수 있다.
In the present invention, the reaction temperature of step 2) may preferably be 50 to 100 占 폚, more preferably 70 to 90 占 폚, and most preferably 78 占 폚.
본 발명에서, 상기 단계 2)의 반응시간은 바람직하기로 24시간 내지 60시간, 더욱 바람직하기로 36 내지 54시간, 가장 바람직하기로 48시간일 수 있다.
In the present invention, the reaction time of the step 2) is preferably 24 hours to 60 hours, more preferably 36 hours to 54 hours, and most preferably 48 hours.
본 발명에서, 상기 단계 2)의 반응이 완료된 후 C1-4 알코올로 수회 세척하고 0.1 내지 0.3 ㎛ 멤브레인으로 여과한 다음 건조를 수행할 수 있다.
In the present invention, after the reaction of step 2) is completed, the reaction product may be washed with C 1-4 alcohol several times, filtered through 0.1 to 0.3 탆 membrane, and then dried.
상기 단계 3)은, 표면에 아민기가 도입된 탄소 나노 튜브를, Cu2+, Ni2+, Zn2+, Fe2+ 및 Co2+로 이루어진 군으로부터 선택되는 2가 금속 함유 화합물과 반응시켜 아민기와 2가 금속이 킬레이트를 형성함으로써 표면에 2가 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계이다.
Step 3) is a step of reacting a carbon nanotube having an amine group introduced on its surface with a divalent metal-containing compound selected from the group consisting of Cu 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Fe 2+ and Co 2+ The amine group and the bivalent metal form a chelate to thereby obtain a carbon nanotube having a bivalent metal introduced on the surface thereof.
상기 단계 3)에서, 표면에 존재하는 에틸렌 디아민기와 2가 금속이 킬레이트를 형성함으로써 탄소 나노 튜브의 표면에 금속 착이온이 형성되게 된다.
In step 3), metal complex ions are formed on the surface of the carbon nanotube by forming a chelate with the ethylenediamine group present on the surface and the bivalent metal.
본 발명에서, 상기 단계 3)의 2가 금속 함유 화합물은 염화구리(CuCl2), 질산구리(Cu(NO3)2), 황산구리(CuSO4), 염화니켈(NiCl2), 질산니켈(Ni(NO3)2), 황산니켈(NiSO4), 염화아연(ZnCl2), 질산아연(Zn(NO3)2), 황산아연(ZnSO4), 염화제일철(FeCl2), 질산제이철(Fe(NO3)2), 황산제이철(FeSO4), 염화코발트(CoCl2), 질산코발트(Co(NO3)2) 및 황산코발트(CoSO4)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
Containing compound a divalent metal according to the present invention, the step 3) of copper chloride (CuCl 2), copper nitrate (Cu (NO 3) 2), copper sulfate (CuSO 4), nickel chloride (NiCl 2), nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 ), nickel sulfate (NiSO 4 ), zinc chloride (ZnCl 2 ), zinc nitrate (Zn (NO 3 ) 2 ), zinc sulfate (ZnSO 4 ), ferrous chloride (FeCl 2 ) (NO 3 ) 2 ), ferric sulfate (FeSO 4 ), cobalt chloride (CoCl 2 ), cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 2 ) and cobalt sulfate (CoSO 4 ) It is not.
본 발명에서, 상기 단계 3)의 2가 구리 함유 화합물의 농도는 바람직하기로 0.1 내지 1 M, 더욱 바람직하기로 0.3 내지 0.7 M, 가장 바람직하기로 0.5 M일 수 있다. 만일 상기 2가 금속 함유 화합물의 농도가 0.1 M 미만이면 탄소 나노 튜브 표면에 존재하는 아민기와의 킬레이션 반응이 완전하게 일어날 수 없으며, 1 M을 초과하면 반응하지 않은 2가 금속 이온들이 남게 될 수 있다.
In the present invention, the concentration of the divalent copper-containing compound in step 3) may preferably be 0.1 to 1 M, more preferably 0.3 to 0.7 M, and most preferably 0.5 M. If the concentration of the divalent metal-containing compound is less than 0.1 M, the chelating reaction with the amine group present on the surface of the carbon nanotube can not be completely performed. If the concentration exceeds 1 M, unreacted divalent metal ions may remain have.
본 발명에서, 상기 단계 3)의 반응용매는 물, 또는 물과 C1-6 알코올의 혼합용매일 수 있다.
In the present invention, the reaction solvent in the step 3) may be water or a mixture of water and a C 1-6 alcohol.
본 발명에서, 상기 단계 3)의 반응온도는 바람직하기로 10 내지 40℃일 수 있다.
In the present invention, the reaction temperature in step 3) may preferably be 10 to 40 ° C.
본 발명에서, 상기 단계 3)의 반응시간은 바람직하기로 30분 내지 6시간일 수 있다.
In the present invention, the reaction time of step 3) may be preferably from 30 minutes to 6 hours.
본 발명에서, 상기 단계 3)의 반응이 완료된 후 C1-4 알코올로 수회 세척하고 건조를 수행할 수 있다.
In the present invention, after completion of the reaction of step 3), the reaction product may be washed with C 1-4 alcohol several times and dried.
상기 단계 4)는, 상기 2가 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 페로시안 함유 화합물과 반응시켜 2가 금속과 아민기 간의 킬레이트 결합 중 일부에 페로시안기를 결합시켜 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계이다.
In the step 4), the carbon nanotubes into which the divalent metal is introduced are reacted with the ferrocyan-containing compound to bond the ferrocene group to a part of the chelate bond between the divalent metal and the amine group to form the carbon nanotube .
본 발명에서, 상기 단계 4)의 페로시안 함유 화합물은 페로시안화 나트륨 및 페로시안화 칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.
In the present invention, the ferrocyan-containing compound of step 4) may be selected from the group consisting of sodium ferrocyanide and potassium ferrocyanide.
본 발명에서, 상기 단계 4)의 페로시안 함유 화합물의 농도는 바람직하기로 0.1 내지 1 M, 더욱 바람직하기로 0.3 내지 0.7 M, 가장 바람직하기로 0.5 M일 수 있다. 만일 상기 2가 금속 함유 화합물의 농도가 0.1 M 미만이면 탄소 나노 튜브에의 페로시안기의 결합 반응이 완전하게 일어날 수 없으며, 1 M을 초과하면 반응하지 않은 화합물이 남게 될 수 있다.
In the present invention, the concentration of the ferrocyan-containing compound in the step 4) may preferably be 0.1 to 1 M, more preferably 0.3 to 0.7 M, and most preferably 0.5 M. If the concentration of the divalent metal-containing compound is less than 0.1 M, the binding reaction of the ferricyanide to the carbon nanotubes can not be completely performed. If the concentration exceeds 1 M, the unreacted compound may remain.
본 발명에서, 상기 단계 4)의 반응용매는 물, 또는 물과 C1-6 알코올의 혼합용매일 수 있다.
In the present invention, the reaction solvent in the step 4) may be water or a mixture of water and a C 1-6 alcohol for a day.
본 발명에서, 상기 단계 4)의 반응온도는 10 내지 40℃일 수 있다.
In the present invention, the reaction temperature in step 4) may be 10 to 40 ° C.
본 발명에서, 상기 단계 4)의 반응시간은 30분 내지 6시간일 수 있다.
In the present invention, the reaction time of step 4) may be 30 minutes to 6 hours.
본 발명에서, 상기 단계 4)의 반응이 완료된 후 초순수로 수회 세척하고 건조를 수행할 수 있다.
In the present invention, after completion of the reaction of step 4), the substrate may be washed with ultrapure water several times and dried.
본 발명의 일 실시예에 따른 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브의 제조방법을 하기 반응식 1에 나타내었다.The method of preparing carbon nanotubes fixed with ferrocyanide according to an embodiment of the present invention is shown in the following
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
본 발명의 일 실시예에서는 상기 반응식 1에 따른 제조방법을 통해 표면에 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브를 제조하였으며, 상기 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브를 함유한 흡착제가 종래 지지체로서 실리카를 사용한 흡착제에 비해 세슘 등의 방사성 핵종에 대한 더욱 우수한 흡착 능력을 가짐을 확인하였다(실시예 1 및 실험예 2).
In one embodiment of the present invention, a carbon nanotube having a metal ferrocyanide fixed on the surface thereof is prepared through the production method according to the
또한, 본 발명에 따른 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브는,In addition, the carbon nanotube in which the magnetite according to the present invention is immobilized and the ferrocyanide metal is introduced,
탄소 나노 튜브를 산 용액과 반응시켜 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 1); 상기 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 알칼리 조건 하에서 Fe2+ 및 Fe3+ 금속 함유 화합물과 반응시켜 표면에 마그네타이트(magnetite, Fe3O4)가 고정된 탄소나노튜브를 얻는 단계(단계 2); 및 상기 표면에 마그네타이트가 고정된 탄소 나노 튜브를 0.05 내지 0.5 M 농도의 페로시안 함유 화합물 및 0.05 내지 0.5 M 농도의 Cu2+, Zn2+, Ni2+, Fe2+ 및 Co2+로 이루어진 군으로부터 선택되는 2가 금속 함유 화합물과 반응시켜 상기 마그네타이트에 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 3)를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
Reacting the carbon nanotubes with an acid solution to obtain surface-oxidized carbon nanotubes (step 1); Reacting the surface-oxidized carbon nanotube with Fe 2+ and a Fe 3+ metal-containing compound under an alkaline condition to obtain a carbon nanotube having a magnetite (Fe 3 O 4 ) fixed on its surface (Step 2); And a carbon nanotube on which the magnetite is immobilized on the surface is composed of a ferrocyan-containing compound having a concentration of 0.05 to 0.5 M and a ferrocyanide-containing compound having a concentration of 0.05 to 0.5 M of Cu 2+ , Zn 2+ , Ni 2+ , Fe 2+ and Co 2+ And a step (step 3) of reacting the carbon nanotube with a divalent metal-containing compound selected from the group consisting of iron and cobalt to obtain a carbon nanotube into which ferrocyanide metal is introduced into the magnetite.
상기 단계 1은, 상기 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브의 제조방법의 단계 1과 동일하게 수행할 수 있다.
The
상기 단계 2는, 상기 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 알칼리 조건 하에서 Fe2+ 및 Fe3+ 금속 함유 화합물과 반응시켜 표면에 마그네타이트가 고정된 자성을 나타내는 탄소 나노 튜브를 얻는 단계이다.
본 발명에서 사용되는 용어, "마그네타이트(magnetite, Fe3O4)"는 산화철로 이루어진 산화 광물로서 결정, 덩어리, 알갱이, 층상 등을 이루며, 검은 광택이 나는 물질을 의미할 수 있다. 마그네타이트는 광물 중에서 자성(磁性)이 가장 강하며, 제철의 주요 원료로 쓰인다.
The term "magnetite (Fe 3 O 4 )" as used in the present invention means an oxidized mineral composed of iron oxide, which means crystals, lumps, pellets, strata, etc., and can be black glossy. Magnetite is the strongest magnet in the minerals, and it is used as the main raw material for the steel industry.
본 발명에서, 상기 단계 2는 인시츄 화학적 공침법(in situ chemical coprecipitation)을 통해 수행할 수 있다. 상기 표면 산화된 탄소 나노 튜브와 Fe2+ 및 Fe3+ 금속 함유 화합물의 몰비를 1:1.5 내지 3으로 하여 혼합한 후 알칼리 용액을 첨가하여 반응시킴으로써 수행할 수 있다.
In the present invention,
본 발명에서 사용되는 인시츄 화학적 공침법(in situ chemical coprecipitation)은 여러 가지 서로 다른 이온들을 수용액 혹은 비수용액에서 동시에 침전시키는 방법으로 나노 크기의 금속산화물 입자를 제조하는 방법 중의 하나이다. 2가 및 3가 금속이온을 소정의 몰비로 혼합하여 교반한 후 알칼리용액을 첨가하여 생성되는 침전물을 수득하는 방법으로서 금속이온들의 초기 산화를 방지하여 균일하고 미세한 나노크기의 입자를 얻을 수 있다. 또한, 이러한 공침법을 이용한 나노 입자 제조시 소성온도가 낮아 제조하기 쉽고 간단하게 다량 생산이 가능하여 산업적으로 이용가치가 높다.
The in situ chemical coprecipitation used in the present invention is one of methods for producing nano-sized metal oxide particles by simultaneously precipitating various ions in an aqueous solution or a non-aqueous solution. As a method for obtaining a precipitate produced by mixing an alkali solution and a divalent and trivalent metal ions at a predetermined molar ratio and stirring them, it is possible to prevent the initial oxidation of metal ions to obtain uniform and fine nano-sized particles. In addition, since the co-precipitation method produces nanoparticles with low firing temperature, it is easy to manufacture and can be mass-produced in a simple manner.
본 발명에서는 상기와 같은 인시츄 화학적 공침법을 통해 마그네타이트가 표면 산화된 탄소 나노 튜브의 표면 상에 침전되어 마그네타이트 입자를 형성하게 되고 이러한 침전 과정에서 마그네타이트 입자 내에 기공이 생성될 수 있다. 상기 마그네타이트 입자 내 기공 크기는 형성된 마그네타이트 입자 크기에 따라 달라질 수 있다. 본 발명에서, 마그네타이트 입자 크기는 나노 수준, 예를 들어 10 nm 내지 30 nm일 수 있다. 본 발명에서, 마그네타이트 입자 내 기공 크기 분석은 마그네타이트가 탄소 나노 튜브에 고정된 상태로 함께 존재하여 불가능하였으나, 탄소 나노 튜브가 없는 상태에서 제조한 마그네타이트 입자 내의 기공크기를 분석한 결과, 3 내지 20 nm로 확인되었다.
In the present invention, the magnetite is precipitated on the surface of the carbon nanotubes surface-oxidized through the in situ chemical co-precipitation method as described above to form magnetite particles, and pores may be generated in the magnetite particles during the precipitation. The pore size in the magnetite particles may vary depending on the size of the formed magnetite particles. In the present invention, the magnetite particle size can be nanometric, for example 10 nm to 30 nm. In the present invention, the pore size analysis of the magnetite particles was impossible because the magnetite was fixed to the carbon nanotubes. However, when the pore size of the magnetite particles produced in the absence of the carbon nanotubes was analyzed, Respectively.
상기 단계 2에서, 먼저 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 Fe2+ 및 Fe3+ 금속 함유 화합물과 함께 용매 중에서 분산시켜 혼합할 수 있다. 상기 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 Fe2+ 및 Fe3+ 금속 함유 화합물과 함께 용매 중에서 분산시키는 것은, 바람직하기로 비활성 기체, 예를 들어 질소(N2) 가스 분위기 하에서 40 내지 60℃의 온도 하에 초음파 처리 하에 수행할 수 있다.
In the
이후 상기 표면 산화된 탄소 나노 튜브와 Fe2+ 및 Fe3+ 금속 함유 화합물의 분산액에 알칼리 용액을 가하여 공침 반응을 유도하여 표면 산화된 탄소 나노 튜브의 표면 상에 고정된 마그네타이트를 형성시킬 수 있다. 이때 마그네타이트는 전술한 바와 같이 공침에 의해 입자 형태로 형성되며, 공침 과정에서 마그네타이트 입자 내에 기공이 형성될 수 있다.
Then, an alkaline solution is added to the dispersion of the surface-oxidized carbon nanotubes and Fe 2+ and Fe 3+ metal-containing compounds to induce a coprecipitation reaction to form magnetite fixed on the surface of the surface-oxidized carbon nanotubes. At this time, as described above, the magnetite is formed into a particle shape by coprecipitation, and pores can be formed in the magnetite particles during the coprecipitation process.
본 발명에서, 상기 단계 2의 pH는 9 내지 12, 바람직하기로 11 내지 12일 수 있다.
In the present invention, the pH of
본 발명의 일 실시예로서, 상기 단계 2는 상기 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 황산암모늄 철(II)·6수화물 ((NH4)2Fe(SO4)2·6H20) 및 황산암모늄 철(III)·12수화물 (NH4Fe(SO4)2·12H20)과 혼합한 후 수산화암모늄(NH4OH)을 첨가하여 pH를 11 내지 12로 조절하여 반응시킴으로써 수행할 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the
본 발명에서, 상기 단계 2의 반응은 초음파 처리 하에 수행될 수 있다. 초음파 처리를 통해 탄소 나노 튜브가 알칼리 용액 중에 균일하게 분산되어 반응 면적을 증가시킴으로써 표면 반응이 효율적으로 일어나게 된다.
In the present invention, the reaction of
본 발명에서, 상기 단계 2의 반응온도는 20 내지 80℃ 일 수 있으며, 바람직하기로 40 내지 60℃ 일 수 있다.
In the present invention, the reaction temperature of
본 발명에서, 상기 단계 2의 반응시간은 20 내지 120분일 수 있다.
In the present invention, the reaction time of
본 발명에서, 상기 단계 2의 반응이 완료된 후 물리적 교반을 수행하는 것이 바람직하다. 물리적 교반을 통해 탄소 나노 입자 결정이 완전하게 형성되도록 할 수 있다. 상기 물리적 교반은 40 내지 60℃의 온도에서 10분 내지 1시간 동안 수행할 수 있다.
In the present invention, it is preferable to perform physical stirring after completion of the reaction of
본 발명에서, 상기 단계 2의 물리적 교반이 완료된 후 영구자석으로 표면에 마그네타이트가 고정된 탄소 나노 튜브를 고액 분리하고 초순수 및 C1-4 알코올로 수회 세척한 다음 건조를 수행할 수 있다.
In the present invention, after the physical stirring of
상기 단계 3은, 상기 표면에 마그네타이트가 고정된 탄소 나노 튜브를 페로시안 함유 화합물 및 Cu2+, Zn2+, Ni2+, Fe2+ 및 Co2+로 이루어진 군으로부터 선택되는 2가 금속 함유 화합물과 반응시켜 마그네타이트의 표면 및/또는 기공 내부에 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계이다.
In the
본 발명에서, 상기 단계 3은 상기 마그네타이트가 고정된 탄소 나노 튜브를 페로시안 함유 화합물과 혼합한 후 2가 금속 함유 화합물을 첨가하여 반응시킴으로써 수행할 수 있다. 이때, 상기 마그네타이트가 고정된 탄소 나노 튜브를 페로시안 함유 화합물과 혼합함에 따라 마그네타이트의 표면 및/또는 기공 내부에 페로시안 함유 화합물이 코팅되고, 이어서 첨가되는 2가 금속 함유 화합물과 상기 페로시안 함유 화합물이 반응하여 마그네타이트의 표면 및/또는 기공 내부에 페로시안화 금속이 형성되어, 결과적으로 마그네타이트에 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 얻을 수 있다.
In the present invention, the
본 발명에서, 상기 단계 3의 페로시안 함유 화합물은 페로시안화 나트륨 및 페로시안화 칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.
In the present invention, the ferrocyan-containing compound of
본 발명에서, 상기 단계 3의 페로시안 함유 화합물의 농도는 전술한 바와 같이 0.05 내지 0.5 M 일 수 있으며, 바람직하기로 0.07 내지 0.3 M 일 수 있다.
In the present invention, the concentration of the ferrocyan-containing compound in
본 발명에서, 상기 단계 3의 2가 금속 함유 화합물은 염화구리(CuCl2), 질산구리(Cu(NO3)2), 황산구리(CuSO4), 염화니켈(NiCl2), 질산니켈(Ni(NO3)2), 황산니켈(NiSO4), 염화아연(ZnCl2), 질산아연(Zn(NO3)2), 황산아연(ZnSO4), 염화제일철(FeCl2), 질산제이철(Fe(NO3)2), 황산제이철(FeSO4), 염화코발트(CoCl2), 질산코발트(Co(NO3)2) 및 황산코발트(CoSO4)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
In the present invention, the divalent metal-containing compound in
본 발명에서, 상기 단계 3의 2가 금속 함유 화합물의 농도는 전술한 바와 같이 0.05 내지 0.5 M 일 수 있으며, 바람직하기로 0.07 내지 0.3 M 일 수 있다.
In the present invention, the concentration of the divalent metal-containing compound in
본 발명에서, 상기 단계 3은 비활성 기체, 예를 들어 질소 (N2) 가스 하에서 수행하는 것이, 상기 단계 3에 의해 생성된 고체입자가 용액 내로 재분산되는 해교작용(peptization)과 같은 부반응을 방지하는 측면에서 바람직하다.
In the present invention, the
본 발명에서, 상기 제3단계의 반응시간은 4 내지 10시간일 수 있다.
In the present invention, the reaction time in the third step may be 4 to 10 hours.
본 발명에서, 상기 단계 3의 반응이 완료된 후 표면에 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 자석으로 회수하고, 3:2 비율의 이소프로필알콜 : 아세톤 용액으로 재결정화한 후 초순수로 수회 세척하여 건조를 수행할 수 있다.
In the present invention, after the reaction of
본 발명의 일 실시예에서는 상기 제조방법을 통해 표면에 마그네이트가 고정되고 페로시안화 금속으로서 페로시안화 아연이 도입된 탄소 나노 튜브(도 5)를 제조하였으며, 상기 마그네이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 함유한 흡착제가 종래 지지체로서 실리카를 사용한 흡착제에 비해 세슘 등의 방사성 핵종에 대한 더욱 우수한 흡착 능력을 가지며 자석에 의해 혼탁액으로부터 용이하게 분리될 수 있음을 확인하였다(실시예 2 및 실험예 6).
In one embodiment of the present invention, carbon nanotubes (FIG. 5) in which magnetite is fixed on the surface and zinc ferrocyanide is introduced as a ferrocyanide metal is manufactured through the above manufacturing method. The magnetite is fixed and a metal ferrocyanide It has been confirmed that the adsorbent containing the introduced carbon nanotubes has a better adsorption ability to the radionuclide such as cesium than the adsorbent using silica as the conventional support and can be easily separated from the turbid liquid by the
한편, 본 발명에 따른 세슘 또는 스트론튬 흡착제는 상기 표면에 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브, 또는 상기 표면에 마그네이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 함유하는 것이 특징이다.
Meanwhile, the cesium or strontium adsorbent according to the present invention is characterized in that carbon nanotubes having metal ferrocyanide are fixed on the surface, or carbon nanotubes having magnetite fixed on the surface and ferrocyanide metal is introduced.
본 발명에 따른 세슘 또는 스트론튬 흡착제는 컬럼 방식이나 회분식의 세슘 또는 스트론튬 흡착 용도로서 사용이 가능하다. 특히, 본 발명에 따른 세슘 또는 스트론튬 흡착제가 상기 표면에 페로시안화 구리가 고정된 탄소 나노 튜브를 함유하는 경우에는 상기 흡착제를 컬럼 내에 충진시켜 방사성 폐액을 상기 컬럼을 통해 통과시키면서 방사성 핵종을 흡착 제거할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 세슘 또는 스트론튬 흡착제가 상기 표면에 마그네이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 함유하는 경우에는 회분식 흡착 용도로 사용할 수 있으며, 이때 자성을 띄는 마그네타이트로 인하여 자석을 이용함으로써 방사성 핵종이 흡착된 흡착제를 포함하는 혼탁액으로부터 방사성 핵종이 흡착된 흡착제를 간단히 분리할 수 있다.
The cesium or strontium adsorbent according to the present invention can be used for column or batch cesium or strontium adsorption applications. In particular, when the cesium or strontium adsorbent according to the present invention contains carbon nanotubes fixed with copper ferrocyanide on the surface, the adsorbent is filled in the column to allow the radioactive waste solution to pass through the column to adsorb and remove the radionuclide . In addition, when the cesium or strontium adsorbent according to the present invention contains carbon nanotubes in which magnetite is fixed on the surface and ferrocyanide metal is introduced, it can be used for batch adsorption. In this case, because of the magnetic magnetite, The adsorbent adsorbed with the radioactive nuclei can be easily separated from the turbid solution containing the adsorbent adsorbed by the radioactive nuclei.
또한, 본 발명에 따라 표면에 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브, 또는 표면에 마그네이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 함유하는 세슘 또는 스트론튬 흡착제는 정수용 필터 또는 공기정화용 필터와 같은 세슘 또는 스트론튬 제거용 필터에 사용할 수 있다.
According to the present invention, a cesium or strontium adsorbent containing carbon nanotubes to which a metal ferrocyanide is fixed on a surface thereof or a carbon nanotube to which a magnetite is fixed and a ferrocyanide metal is introduced on the surface thereof may be used in combination with a water purification filter or an air purification filter It can be used for the same cesium or strontium removal filter.
이때, 상기 표면에 페로시안화 구리가 고정된 탄소 나노 튜브, 또는 상기 표면에 마그네이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브의 평균 직경은 1 마이크로미터 내지 300 마이크로미터일 수 있으며, 필터는 상기 표면에 페로시안화 구리가 고정된 탄소 나노 튜브, 또는 상기 표면에 마그네이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브에 대한 비투과성 메쉬크기를 갖는 필터막을 구비할 수 있다. 상기 필터막의 비제한적인 예로 한외여과막(UF)이 있다.
The average diameter of the carbon nanotubes to which copper ferrocyanide is fixed on the surface or the carbon nanotubes to which the magnetite is fixed and the ferrocyanide metal is introduced may be 1 to 300 micrometers, A carbon nanotube on which copper ferrocyanide is immobilized on the surface or a filter film having an impermeable mesh size on carbon nanotubes to which ferrocyanide metal is introduced and on which the magnet is fixed. An ultrafiltration membrane (UF) is a non-limiting example of the filter membrane.
또한, 본 발명에 따른 세슘 또는 스트론튬 제거용 필터를 사용하여 오염수를 처리하여 정제수를 제조할 수 있다. 이때, 방사성 세슘 또는 스트론튬을 주로 제거하고, 몸에 이로운 이온들은 제거되지 않는 이점을 발휘할 수 있다.
Further, purified water can be produced by treating the contaminated water using the cesium or strontium removing filter according to the present invention. At this time, it is possible to remove the radioactive cesium or strontium mainly, and to exert the advantage that ions beneficial to the body are not removed.
더 나아가, 본 발명에 따른 세슘 또는 스트론튬 제거용 필터를 사용하여 방사성폐액, 또는 방사성핵종을 포함하는 용액으로부터 방사성 세슘 또는 스트론튬을 제거시킬 수 있다.
Further, the filter for removing cesium or strontium according to the present invention can be used to remove radioactive cesium or strontium from a solution containing a radioactive waste liquid or a radionuclide.
또한, 본 발명에 따른 세슘 또는 스트론튬의 분리는,Further, the separation of cesium or strontium according to the present invention can be carried out,
세슘 또는 스트론튬 흡착제를 세슘 또는 스트론튬 함유 용액과 접촉시켜 세슘 또는 스트론튬이 흡착된 흡착제를 얻는 단계(단계 1); 및 상기 세슘 또는 스트론튬이 흡착된 흡착제를 함유하는 용액을 자기장이 인가된 채널을 통해 통과시켜 고액분리하는 단계(단계 2)를 포함하는 분리방법에 의해 수행할 수 있다.
Contacting a cesium or strontium adsorbent with a cesium or strontium containing solution to obtain a cesium or strontium adsorbed adsorbent (step 1); And a step of separating the solution containing the cesium or strontium-adsorbed adsorbent through a channel to which a magnetic field is applied by solid-liquid separation (step 2).
즉, 본 발명에 따른 세슘 또는 스트론튬의 분리는 전자기적 분리법에 의한 흡착제 함유 분산액의 고액분리 공정을 통해 수행될 수 있다.
That is, the separation of cesium or strontium according to the present invention can be performed through a solid-liquid separation process of an adsorbent-containing dispersion by an electromagnetic separation method.
일 실시 양태로서, 본 발명에 따른 세슘 또는 스트론튬의 분리는 도 11과 같은 고액분리 공정으로 수행될 수 있다. 먼저, 흡착 반응기(1)에 분리하고자 하는 세슘 및/또는 스트론튬 함유 용액을 넣고, 여기에 본 발명에 따른 자성 흡착제(2)를 첨가한 후 교반기(3)로 교반함으로써 세슘 및/또는 스트론튬이 흡착된 자성 흡착제를 얻고, 상기 세슘 및/또는 스트론튬이 흡착된 자성 흡착제를 자석(4)이 구비되어 자기장이 인가된 채널(5)을 통해 통과시킴으로써 세슘 및/또는 스트론튬이 흡착된 자성 흡착제를 회수한 다음, 최종적으로 멤브레인 필터(6)를 통해 여과하여 나머지 고체상의 불순물을 제거함으로써 분리하고자 하는 세슘 및/또는 스트론튬 함유 용액으로부터 세슘 및/또는 스트론튬이 분리된 여액을 폐수 탱크(effluent tank)(7)에 모을 수 있다.
In one embodiment, the separation of cesium or strontium according to the present invention can be performed by a solid-liquid separation process as shown in Fig. First, the cesium and / or strontium-containing solution to be separated is put into the
상기 자기장은 영구자석 또는 전자석을 이용하여 인가할 수 있다.The magnetic field may be applied using a permanent magnet or an electromagnet.
본 발명에 따른 자기장에 의한 고액분리공정을 통해 세슘 또는 스트론튬이 흡착된 흡착제를 포함하는 혼탁액으로부터 세슘 또는 스트론튬이 흡착된 흡착제를 용이하게 고액 분리할 수 있으며, 이로써 방사성 폐액 등의 세슘 또는 스트론튬 함유 용액으로부터 세슘 또는 스트론튬을 간단한 공정으로 분리할 수 있다.
The adsorbent adsorbed with cesium or strontium can be easily separated from the slurry containing the adsorbent containing cesium or strontium adsorbed by the solid-liquid separation process according to the present invention, whereby cesium or strontium Cesium or strontium can be separated from the solution by a simple process.
본 발명에 따른 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브는 기계적 강도가 향상되어 컬럼용 흡착제로서 사용이 가능하며 화학 결합을 통해 페로시안화 금속이 고정됨으로써 장기간의 사용에도 흡착 능력이 유지될 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 표면에 마그네이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브는 자성을 나타내는 마그네타이트의 도입으로 회분식 방식의 흡착 과정에서 자기장에 의하여 간단히 분리될 수 있는 장점이 있다.
The ferrocyanide metal-immobilized carbon nanotube according to the present invention has an improved mechanical strength and can be used as an adsorbent for a column, and the metal ferrocyanide is fixed through chemical bonding, so that the adsorption ability can be maintained even for a long period of use have. In addition, the carbon nanotube having the magnetite fixed on the surface according to the present invention and the ferrocyanide metal introduced therein is advantageous in that it can be easily separated by the magnetic field during the adsorption process of the batch type by the introduction of the magnetic magnetite.
도 1(a)는 MWCNTs와 o-MWCNTs의 FT-IR 분석결과이다.
도 1(b)는 CuFC-MWCNTs의 FT-IR 분석결과이다.
도 2는 세슘에 대한 CuFC-MWCNTs의 등온흡착 실험결과이다.
도 3은 본 발명의 CuFC-MWCNTs의 비표면적 측정 결과이다.
도 4는 비교예 1의 CuFC-AAHMS의 비표면적 측정 결과이다.
도 5은 mag-MWCNTs-ZnFC의 모식도이다.
도 6는 mag-MWCNTs-ZnFC의 FE-SEM 이미지이다.
도 7(a)는 mag-MWCNTs-ZnFC의 FE-TEM 이미지이다.
도 7(b)는 mag-MWCNTs-ZnFC의 FE-TEM 이미지에 대한 원소분석 결과이다.
도 8은 mag-MWCNTs-ZnFC의 자석에 의한 분리능 실험결과이다. (i)은 초순수 내에 분산되어 있는 mag-MWCNTs-ZnFC이고, (ii)는 영구자석에 의해 분리된 mag-MWCNTs-ZnFC를 나타낸다.
도 9는 mag-MWCNTs-ZnFC의 자성 평가결과이다.
도 10은 세슘에 대한 mag-MWCNTs-ZnFC의 등온흡착 실험결과이다.
도 11은 전자기적 분리법에 의한 세슘 또는 스트론튬을 흡착한 흡착제의 고액분리 공정에 대한 모식도이다.Fig. 1 (a) shows FT-IR analysis results of MWCNTs and o-MWCNTs.
1 (b) shows the FT-IR analysis results of CuFC-MWCNTs.
Figure 2 shows the results of isothermal adsorption experiments of CuFC-MWCNTs on cesium.
3 shows the results of the specific surface area measurement of the CuFC-MWCNTs of the present invention.
4 is a graph showing a specific surface area measurement result of CuFC-AAHMS of Comparative Example 1. Fig.
5 is a schematic diagram of mag-MWCNTs-ZnFC.
6 is an FE-SEM image of mag-MWCNTs-ZnFC.
7 (a) is an FE-TEM image of mag-MWCNTs-ZnFC.
Fig. 7 (b) shows the elemental analysis results for FE-TEM images of mag-MWCNTs-ZnFC.
Fig. 8 shows the results of the magneto-optic resolution test of mag-MWCNTs-ZnFC. (i) is mag-MWCNTs-ZnFC dispersed in ultrapure water, and (ii) represents mag-MWCNTs-ZnFC separated by permanent magnets.
9 shows the results of magnetic evaluation of mag-MWCNTs-ZnFC.
10 is a result of isothermal adsorption experiments of mag-MWCNTs-ZnFC on cesium.
11 is a schematic view showing a solid-liquid separation process of an adsorbent adsorbing cesium or strontium by an electromagnetic separation method.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These embodiments are only for describing the present invention more specifically, and the scope of the present invention is not limited by these examples.
실시예 1: 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브의 제조Example 1: Preparation of Carbon Nanotubes Fixed with Ferrocyanide Metal
Pristine MWCNTs (p-MWCNTs) 2.5 g을 10 N의 HNO3 및 H2SO4를 3:1 부피비로 혼합한 산용액 200 mL에 초음파로 분산시킨 후 175℃에서 12시간 동안 환류시킨 다음, pH 7이 될 때까지 0.2 ㎛ 멤브레인으로 여과하고 초순수로 세척하여 표면산화된 MWCNTs (o-MWCNTs)를 합성하였다.2.5 g of Pristine MWCNTs (p-MWCNTs) were dispersed in 200 mL of an acid solution mixed with 10 N of HNO 3 and H 2 SO 4 in a volume ratio of 3: 1 by ultrasonication, refluxed at 175 ° C. for 12 hours, (O-MWCNTs) were prepared by filtration through 0.2 ㎛ membrane and washing with ultrapure water.
상기 o-MWCNTs 4 g을 150 mL EDA (ethylenediamine) 용액과 혼합하여 상온에서 100 rpm으로 30분 교반 후 DCC (n,n-dicyclohexylcarbodiimide) 5 g을 넣고, 78℃에서 48시간 동안 환류시켰다. 환류 후 에탄올로 여러번 세척하고 0.2 ㎛ 멤브레인으로 여과한 후 60℃에서 12시간 동안 건조시켜 아민기가 도입된 MWCNTs (e-MWCNTs)를 합성하였다.4 g of the o-MWCNTs were mixed with 150 mL of ethylenediamine (EDA), stirred at 100 rpm for 30 minutes at room temperature, and then refluxed at 78 ° C. for 48 hours at 5 ° C. with DCC (n, n-dicyclohexylcarbodiimide). After refluxing, the solution was washed several times with ethanol, filtered through a 0.2 μm membrane, and dried at 60 ° C. for 12 hours to synthesize amine-introduced MWCNTs (e-MWCNTs).
상기 e-MWCNTs를 0.5 M CuCl2/water 용액 100 mL와 혼합하여 2시간 동안 상온에서 교반한 후 2-propanol로 3번 이상 세척하고 60℃에서 12시간 동안 건조시켜 구리(Cu)가 도입된 MWCNTs (Cu-MWCNTs)를 합성하였다.The e-MWCNTs were mixed with 100 mL of 0.5 M CuCl 2 / water solution, stirred at room temperature for 2 hours, washed with 2-propanol more than 3 times and dried at 60 ° C for 12 hours to obtain copper- (Cu-MWCNTs) were synthesized.
상기 Cu-MWCNTs를 0.5 M Na4Fe(CN)6/water 용액 100 mL와 혼합하여 2시간 동안 상온에서 교반 후 초순수로 3번 이상 세척하고 60℃에서 12시간 동안 건조시켜 페로시안이 고정된 MWCNTs (FC-MWCNTs)를 합성하였다.
The Cu-MWCNTs were mixed with 100 mL of 0.5 M Na 4 Fe (CN) 6 / water solution, stirred for 2 hours at room temperature, washed with ultrapure water three times or more, and dried at 60 ° C. for 12 hours to obtain ferrocian fixed MWCNTs (FC-MWCNTs) were synthesized.
실시예 2: 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브의 제조Example 2: Preparation of carbon nanotubes to which a ferrocyanide metal is immobilized with magnetite fixed
상기 실시예 1에서 제조된 o-MWCNTs 1 g과 (NH4)2Fe(SO4)2·6H20 1.7 g(4.33 mmol) 및 NH4Fe(SO4)2·12H20 2.51 g(8.66 mmol)를 혼합한 수용액 200 mL를 50℃에서 10분 동안 질소가스 (N2) 하에서 초음파 분산시킨 후 8 M NH4OH 용액 10 mL를 넣고 50℃에서 30분 동안 교반하였다. 이 때 혼합용액의 pH는 11이었다. 교반 후 영구자석으로 침전물을 고액분리한 다음 침전물양의 두배 이상의 초순수와 150 mL 에탄올로 세척하고 진공오븐에서 건조시켜 마그네타이트가 고정된 MWCNTs (mag-MWCNTs)를 합성하였다.Prepared in Example 1 o-MWCNTs 1 g and (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 ·
슬러리 형태의 상기 mag-MWCNTs와 0.1 M K4Fe(CN)6·3H20를 혼합하여 질소가스 하에서 3시간 동안 교반시킨 후 강하게 교반하는 상태에서 0.1 M ZnCl2를 천천히 첨가하고 3시간 동안 교반시켰다. 생성되는 침전물을 자석으로 회수하고 3:2 비율의 이소프로필알콜:아세톤 용액으로 재결정화 반응을 수행한 후 초순수로 여러 번 세척하고 건조시켜 마그네타이트에 페로시안화 금속이 도입된 MWCNTs (mag-MWCNTs-ZnFC)를 합성하였다(도 5).
The above mag-MWCNTs in the form of a slurry and 0.1 MK 4 Fe (CN) 6 .3H 2 O were mixed and stirred for 3 hours under a nitrogen gas. Then, 0.1 M ZnCl 2 was slowly added thereto under agitation and stirred for 3 hours . MWCNTs (mag-MWCNTs-ZnFCs) with metal ferrocyanide introduced into the magnetite were washed and washed several times with ultra-pure water after performing recrystallization reaction with a 3: 2 ratio of isopropyl alcohol: acetone solution, ) Was synthesized (Fig. 5).
비교예 1: 페로시안화 금속이 고정된 유기 실리카 제조COMPARATIVE EXAMPLE 1 Preparation of Organic Silica Fixed with Ferrocyanide Metal
비이온 계면활성제인 도데실아민(dodecylamine) 0.55 g을 100 mL의 물/에탄올(75 mL : 25 mL) 용액에 넣고 12시간 동안 교반하였다. 상기 용액에 TEOS와 유기 아미노기를 가진 AAPTMS을 각각 17 wt%, 30 wt%(AAPTMS/(TEOS + AAPTMS), TEOS 및 AAPTMS의 총 중량은 2.75 g)를 넣고 24시간 동안 25℃에서 교반하였다. 이를 통해 합성된 물질을 여과한 후, 물과 에탄올을 사용하여 세척하고 60℃에서 건조시켜 유기 실리카(AAHMS)를 제조하였다. AAHMS 내 계면활성제를 제거하기 위해, 건조된 AAHMS를 0.003 N HCl/ethanol 용액에 넣고 24시간 동안 교반하였다.0.55 g of a nonionic surfactant, dodecylamine, was added to 100 mL of a water / ethanol (75 mL: 25 mL) solution and stirred for 12 hours. To the solution were added 17 wt%, 30 wt% (AAPTMS / (TEOS + AAPTMS), TEOS, and AAPTMS with a total weight of 2.75 g) of TEOS and AAPTMS having an organic amino group were stirred for 24 hours at 25 ° C. The synthesized material was filtered, washed with water and ethanol, and dried at 60 ° C to prepare an organic silica (AAHMS). To remove the surfactant in AAHMS, the dried AAHMS was added to 0.003 N HCl / ethanol solution and stirred for 24 hours.
상기에서 합성된 AAHMS를 0.25 M 염화구리 용액에 넣고 2시간 동안 교반한 후, 2-프로판올(propanol)로 여러 번 세척하고 60℃에서 건조하여 구리가 도입된 유기 실리카(Cu-AAHMS)를 제조하였다. 상기 제조된 Cu-AAHMS를 0.25 M 페로시안화나트륨(Na4Fe(CN)6) 용액에 넣고 2시간 동안 교반한 후, 물로 여러 번 세척하고 60℃에서 건조하여 페로시안화 금속이 고정된 유기 실리카(CuFC-AAHMS)를 제조하였다.
The AAHMS synthesized above was placed in a 0.25 M copper chloride solution, stirred for 2 hours, washed several times with propanol, and dried at 60 ° C to prepare copper-introduced organic silica (Cu-AAHMS) . The prepared Cu-AAHMS was added to a 0.25 M sodium ferrocyanide (Na 4 Fe (CN) 6 ) solution, stirred for 2 hours, washed several times with water, and dried at 60 ° C. to obtain an organosilica CuFC-AAHMS).
실험예 1: 본 발명의 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브의 구조 확인Experimental Example 1: Confirmation of the Structure of Carbon Nanotubes Fixed with Ferrocyanide Metal of the Present Invention
상기 실시예 1에서 제조한 본 발명의 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브의 분자 구조와 분자결합을 알아보기 위해 MWCNTs, o-MWCNTs, CuFC-MWCNTs에 대하여 퓨리에 변환 적외선 분광분석(Fourier transform-infrared spectrophotometer, FT-IR, Spectrum GX & AutoImage, Perkin- Elmer, USA)을 4000-650 cm-1의 범위에서 수행하였다.MWCNTs, o-MWCNTs, and CuFC-MWCNTs were analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (Fourier transform infrared spectroscopy) in order to examine the molecular structure and molecular bonding of the ferrocyanide metal- Spectrophotometer, FT-IR, Spectrum GX and AutoImage, Perkin-Elmer, USA) was performed in the range of 4000-650 cm -1 .
그 결과를 도 1(a) 및 도 1(b)에 나타내었다.The results are shown in Fig. 1 (a) and Fig. 1 (b).
도 1(a)는 MWCNTs와 o-MWCNTs의 분석결과로, MWCNTs에서는 특정 피크가 나타나지 않은 반면 o-MWCNTs의 경우 3221 cm-1, 1636 cm-1, 1400 cm-1, 1097 cm-1에서 각 OH, -COO-, -COOH, C-O의 신축진동이 나타났다. 도 1(b)는 CuFC-MWCNTs의 분석결과로, 3300-3600 cm-1에서 amine group의 NH2에 의한 신축진동이, 2080-2200 cm-1에서 CN의 신축진동이 나타났으며, o-MWCNTs와 비교하여 1400 cm-1에서 peak가 나타나지 않고, 2080-2200 cm-1에서 피크가 크게 나타난 것으로 보아 표면 산화 된 다중벽 탄소 나노튜브에 페로시안화 금속이 도입되었음을 나타내고 있다.
1 (a) shows the results of analysis of MWCNTs and o-MWCNTs. In the case of o-MWCNTs, 3221 cm -1 , 1636 cm -1 , 1400 cm -1 , Stretching vibration of OH, -COO - , -COOH, CO was observed at 1097 cm -1 . Figure 1 (b) has had a stretching vibration by the NH 2 of the amine group from a result of the analysis of CuFC-MWCNTs, 3300-3600 cm -1, a stretching vibration of CN appeared in the 2080-2200 cm -1, o- MWCNTs showed no peaks at 1400 cm -1 and peaks at 2080-2200 cm -1 , indicating that ferrocyanide metal was introduced into the surface oxidized multi-walled carbon nanotubes.
실험예 2: 본 발명의 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브의 흡착 능력 조사Experimental Example 2: Investigation of Adsorption Capacity of Carbon Nanotubes Fixed with Ferrocyanide Metal of the Present Invention
CuFC-MWCNTs 및 CuFC-AAHMS의 세슘에 대한 최대 흡착량은 회분식 흡착실험으로 평가하였다. 실험방법으로 흡착제의 양을 0.1 g로 하고, CsNO3 (99%, Aldrich Chemical)로 1~20 mM의 세슘 모의폐액을 제조하여 50 mL의 코니칼튜브(SPL, Korea)를 이용하여 25℃에서 200 rpm으로 24시간 동안 교반하였다. 교반 후 원심 분리하여 상등액을 0.2 ㎛ 실린지 필터(Whatman, cellulose nitrate membrane filter, ¢=25 mm)로 여과하고, 유도결합 플라즈마 발광광도법(ICP-OES, PerkinElmer, Optima 2100 DV)으로 분석하였다. 한편 흡착속도 실험은 2 mM의 세슘용액으로 CuFC-MWCNTs를 10분에서 최대 24시간까지 교반시간을 달리하여 흡착시켰으며, 실험과정은 위의 회분식 흡착실험과 동일하게 진행하였다.The maximum adsorption amounts of CuFC-MWCNTs and CuFC-AAHMS on cesium were evaluated by batch adsorption experiments. As a test method, the amount of the adsorbent was adjusted to 0.1 g, and a cesium simulated waste solution of 1 to 20 mM was prepared with CsNO 3 (99%, Aldrich Chemical), and the solution was centrifuged at 50 ° C. in a 50 mL conical tube And stirred at 200 rpm for 24 hours. After stirring and centrifuging, the supernatant was filtered through a 0.2 μm syringe filter (Whatman, cellulose nitrate membrane filter, ¢ = 25 mm) and analyzed by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-OES, PerkinElmer, Optima 2100 DV). On the other hand, the adsorption rate experiment was performed by adsorption of CuFC-MWCNTs with cesium solution of 2 mM for 10 minutes to 24 hours with different agitation times. The experimental procedure was the same as the above batch adsorption experiment.
세슘에 대한 CuFC-MWCNTs의 등온흡착 실험결과를 하기 표 1과 도 2에 나타내었다. 이 결과를 Langmuir 모델로 fitting 하였을 때 Cs 20 mM에서 CuFC-MWCNTs의 세슘에 대한 최대 흡착량은 1.086 mmol/g으로 나타났다.The results of isothermal adsorption of CuFC-MWCNTs on cesium are shown in Table 1 and FIG. The maximum adsorption amount of CuFC-MWCNTs for cesium at
(mmol/g) q m
(mmol / g)
(L/mmol) b
(L / mmol)
[(mmol/g)/(mmol/L)N] K F
[(mmol / g) / (mmol / L) N ]
(L/mmol) N
(L / mmol)
한편, 세슘에 대한 CuFC-AAHMS의 등온흡착 실험결과를 Langmuir 모델로 fitting 하였을 때, Cs 20 mM에서 CuFC-AAHMS의 세슘에 대한 최대흡착량은 0.649 mmol/g이었다.
On the other hand, when the results of isothermal adsorption of CuFC-AAHMS on cesium were fitted to a Langmuir model, the maximum adsorption amount of CuFC-AAHMS on cesium at
상기 결과를 통해, 본 발명의 CuFC-MWCNTs가 종래 CuFC-AAHMS에 비해 더욱 우수한 세슘 흡착량을 나타냄을 알 수 있다.
From the above results, it can be seen that the CuFC-MWCNTs of the present invention show a better adsorption amount of cesium compared to the conventional CuFC-AAHMS.
실험예 3: 본 발명의 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브의 비표면적 측정Experimental Example 3: Measurement of specific surface area of carbon nanotubes fixed with ferrocyanide of the present invention
상기 실시예 1에서 제조한 CuFC-MWCNTs과 상기 비교예 1에서 제조한 CuFC-AAHMS의 비표면적은 BET(Brunauer-Emmett-Teller)모델을 사용하여 질소가스의 흡착-탈착 기법으로 측정하였다.The specific surface areas of the CuFC-MWCNTs prepared in Example 1 and the CuFC-AAHMS prepared in Comparative Example 1 were measured by a nitrogen adsorption-desorption method using a BET (Brunauer-Emmett-Teller) model.
상기 비표면적 측정 결과, 본 발명의 CuFC-MWCNTs의 비표면적은 185.9 ㎡/g으로 나타났으며(도 3), 비교예 1의 CuFC-AAHMS의 비표면적은 10.5 ㎡/g으로 나타났다(도 4).The specific surface area of the CuFC-MWCNTs of the present invention was found to be 185.9
상기 결과를 통해, 본 발명의 CuFC-MWCNTs가 종래 CuFC-AAHMS에 비해 더욱 큰 비표면적을 나타냄을 알 수 있다.
From the above results, it can be seen that the CuFC-MWCNTs of the present invention have a larger specific surface area than the conventional CuFC-AAHMS.
실험예 4: 본 발명의 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브의 형상 분석Experimental Example 4: Analysis of the shape of carbon nanotubes to which the ferrocyanide metal was immobilized with the magnetite of the present invention
상기 실시예 2에서 제조한 본 발명의 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브의 형상을 알아보기 위해 전계방사형 주사전자현미경(FE-SEM, SU8220, Hitachi, Japan)과 전계방사형 투과전자현미경(FE-TEM, Titan G2 ChemiSTEM Cs Probe, FEI Company, Netherlands)을 이용하여 mag-MWCNTs-ZnFC의 이미지를 확인하였다. FE-SEM은 15.0 kV, 300 nm의 스케일로, FE-TEM은 200.0 kV, 10 nm의 스케일로 분석하였다. 또한, FE-TEM의 분석장비에 포함되어 있는 원소분석기를 이용하여 TEM 이미지의 원소분석을 수행하였다.In order to examine the shape of the carbon nanotubes to which the magnetite of the present invention prepared in Example 2 was immobilized and the ferrocyanide metal was introduced, a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, SU8220, Hitachi, Japan) (FE-TEM, Titan G2 ChemiSTEM Cs Probe, FEI Company, Netherlands). The image was confirmed. FE-SEM was analyzed with a scale of 15.0 kV, 300 nm, and FE-TEM with a scale of 200.0 kV, 10 nm. In addition, the elemental analysis of the TEM image was performed using the element analyzer included in the FE-TEM analysis equipment.
그 결과를, 도 6, 도 7(a) 및 도 7(b)에 나타내었다.The results are shown in Figs. 6, 7 (a) and 7 (b).
도 6은 mag-MWCNTs-ZnFC에 대한 SEM의 이미지로, MWCNTs(선형) 표면에 마그네타이트(구형)가 도입되었음을 나타내고 있다. FIG. 6 is an image of SEM for mag-MWCNTs-ZnFC showing that a magnetite (spherical) was introduced on the MWCNTs (linear) surface.
도 7(a)는 mag-MWCNTs-ZnFC의 TEM 이미지이며, 도 7(b)는 TEM 이미지의 원소분석 결과로, 마그네타이트를 구성하는 Fe 및 O 원자가 있는 위치에 Zn 및 N 원소를 포함하는 페로시안화 아연(Zinc hexacyanoferrate)이 도입되었음을 나타내고 있으며, 페로시안화 아연이 마그네타이트가 없는 MWCNTs 표면에도 일부 도입되었음을 확인할 수 있다.
Fig. 7 (a) is a graph showing the relationship between the mag-MWCNTs-ZnFC FIG. 7 (b) shows that the Zinc hexacyanoferrate containing Zn and N elements was introduced at the position where the Fe and O atoms constituting the magnetite existed as a result of the elemental analysis of the TEM image, It can be seen that zinc cyanide was also partially incorporated into the surface of MWCNTs without magnetite.
실험예Experimental Example 5: 본 발명의 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브의 자성 평가5: Evaluation of magnetic properties of carbon nanotubes in which the magnetite of the present invention is immobilized and ferrocyanide metal is introduced
상기 실시예 2에서 제조한 mag-MWCNTs-ZnFC의 자성은 진동시료자력계(VSM, Vibration Sample Magnetometer, Model 7404, LakeShore, USA)를 이용하여 300K 및 -15000 내지 15000 Field (Oe)의 조건으로 분석하였다.Magnetic properties of the mag-MWCNTs-ZnFC prepared in Example 2 were analyzed using a vibration sample magnetometer (VSM, Model 7404, Lake Shore, USA) under the conditions of 300K and -15000 to 15000 Field (Oe) .
본 발명의 mag-MWCNTs-ZnFC의 자성평가 결과, 초순수에 분산되어 있는 mag-MWCNTs-ZnFC가 영구자석에 의해 즉시 분리됨을 확인하였으며(도 8). mag-MWCNTs-ZnFC의 자성은 31.01 emu/g으로 나타났다(도 9). 도 9에서, (a)는 마그네타이트 단독, (b)는 MWCNTs 표면에 마그네타이트를 도입한 mag-MWCNTs 및 (c)는 본 발명에 따라 마그네타이트를 고정하고 페로시안화 금속을 도입한 mag-MWCNTs-ZnFC의 자성특성을 나타낸 것으로, 본 발명의 mag-MWCNTs-ZnFC가 마그네타이트 단독과 비교하여 자성이 크게 감소하지 않음을 알 수 있다.
As a result of the magnetic evaluation of the mag-MWCNTs-ZnFC of the present invention, it was confirmed that the mag-MWCNTs-ZnFC dispersed in the ultra pure water was immediately separated by the permanent magnet (FIG. 8). The magnetization of mag-MWCNTs-ZnFC was found to be 31.01 emu / g (FIG. 9). In FIG. 9, (a) is a magnetite alone, (b) is a mag-MWCNTs in which a magnetite is introduced on the surface of MWCNTs, and (c) is a mag-MWCNTs-ZnFC in which a magnetite is fixed and a ferrocyanide metal is introduced according to the present invention MWCNTs-ZnFC of the present invention does not greatly decrease magnetism as compared with magnetite alone.
실험예Experimental Example 6: 본 발명의 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브의6: A carbon nanotube in which the magnetite of the present invention is immobilized and a ferrocyanide metal is introduced 흡착 능력 조사Adsorption capacity investigation
상기 실험예 2와 동일한 방법으로 상기 실시예 2에서 제조된 mag-MWCNTs-ZnFC의 세슘 흡착량을 조사하였다. The amount of cesium adsorbed on the mag-MWCNTs-ZnFC prepared in Example 2 was measured in the same manner as in Experimental Example 2 above.
그 결과, mag-MWCNTs-ZnFC의 최대 세슘 흡착량은 0.678 mmol/g으로 나타났 다 (도 10).As a result, the maximum cesium adsorption amount of mag-MWCNTs-ZnFC was 0.678 mmol / g (FIG. 10).
상기 결과를 통해, 본 발명의 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브가 자성을 나타내면서 종래 CuFC-AAHMS보다 우수한 세슘 흡착량을 나타냄을 알 수 있다.
From the above results, it can be seen that the carbon nanotube in which the magnetite of the present invention is immobilized and the ferrocyanide metal is introduced exhibits magnetism and shows a cesium adsorption amount superior to the conventional CuFC-AAHMS.
실험예 7: 전자기적 분리법에 의한 세슘 또는 스트론튬을 흡착한 흡착제의 고액분리 공정Experimental Example 7: Solid-liquid separation process of adsorbent adsorbing cesium or strontium by electromagnetic separation
도 11과 같이 자기장에 의한 고액분리공정을 수행하여 세슘 또는 스트론튬을 분리하였다.As shown in FIG. 11, a solid-liquid separation process using a magnetic field was performed to separate cesium or strontium.
즉, 흡착 반응기(1)에 분리하고자 하는 세슘 및/또는 스트론튬 함유 용액을 넣고, 여기에 본 발명에 따른 자성 흡착제(2)를 첨가한 후 교반기(3)로 교반함으로써 세슘 및/또는 스트론튬이 흡착된 자성 흡착제를 얻고, 상기 세슘 및/또는 스트론튬이 흡착된 자성 흡착제를 자석(4)이 구비되어 자기장이 인가된 채널(5)을 통해 통과시킴으로써 세슘 및/또는 스트론튬이 흡착된 자성 흡착제를 회수한 다음, 최종적으로 멤브레인 필터(6)를 통해 여과하여 나머지 고체상의 불순물을 제거함으로써 분리하고자 하는 세슘 및/또는 스트론튬 함유 용액으로부터 세슘 및/또는 스트론튬이 분리된 여액을 폐수 탱크(effluent tank)(7)에 모았다.That is, the cesium and / or strontium-containing solution to be separated is put into the
Claims (21)
탄소 나노 튜브를 산 용액과 반응시켜 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 1);
상기 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 에틸렌디아민(ethylenediamine, EDA) 및 n,n-디시클로헥실카보디이미드(n,n-dicyclohexylcarbodiimide, DCC)와 반응시켜 표면에 에틸렌디아민기가 도입된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 2);
상기 표면에 에틸렌디아민기가 도입된 탄소 나노 튜브를, 0.1 내지 1 M 농도의 Cu2+, Ni2+, Zn2+, Fe2+ 및 Co2+로 이루어진 군으로부터 선택되는 2가 금속 함유 화합물과 반응시켜 2가 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 3); 및
상기 2가 금속이 도입된 탄소 나노 튜브를 0.1 내지 1 M 농도의 페로시안 함유 화합물과 반응시켜 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 4).
A method for producing a ferrocyanide metal-fixed carbon nanotube comprising the steps of:
Reacting the carbon nanotubes with an acid solution to obtain surface-oxidized carbon nanotubes (step 1);
The surface-oxidized carbon nanotubes are reacted with ethylenediamine (EDA) and n, n-dicyclohexylcarbodiimide (DCC) to obtain carbon nanotubes having an ethylenediamine group introduced on the surface thereof Step (step 2);
The carbon nanotubes to which the ethylenediamine group is introduced on the surface are mixed with a divalent metal-containing compound selected from the group consisting of Cu 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Fe 2+ and Co 2+ at a concentration of 0.1 to 1 M, To obtain a carbon nanotube into which a divalent metal is introduced (step 3); And
Reacting the carbon nanotube into which the bivalent metal is introduced with a 0.1 to 1 M concentration of the ferrocyan-containing compound to obtain the carbon nanotube having the ferrocyanide (Step 4).
The method of claim 1, wherein the carbon nanotubes are multi-wall carbon nanotubes or single-wall carbon nanotubes.
The method of claim 1, wherein the acid solution of step 1) is nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, or a mixture thereof.
According to claim 1, containing a compound a divalent metal in step 3) is of copper chloride (CuCl 2), copper nitrate (Cu (NO 3) 2), copper sulfate (CuSO 4), nickel chloride (NiCl 2), nickel nitrate (Ni (NO 3) 2) , nickel sulfate (NiSO 4), zinc chloride (ZnCl 2), zinc nitrate (Zn (NO 3) 2) , zinc sulfate (ZnSO 4), ferrous chloride (FeCl 2), nitric acid, ferric (Fe (NO 3 ) 2 ), ferric sulfate (FeSO 4 ), cobalt chloride (CoCl 2 ), cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 2 ) and cobalt sulfate (CoSO 4 ) .
The process according to claim 1, wherein the ferrocyan containing compound of step 4) is selected from the group consisting of sodium ferrocyanide and potassium ferrocyanide.
A cesium or strontium adsorbent produced by the method according to claim 1, wherein the cesium or strontium adsorbent contains carbon nanotubes whose surfaces are fixed with metal ferrocyanide.
탄소 나노 튜브를 산 용액과 반응시켜 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 1);
상기 표면 산화된 탄소 나노 튜브를 알칼리 조건 하에서, 황산암모늄 철(II)·6수화물 ((NH4)2Fe(SO4)2·6H20) 및 황산암모늄 철(III)·12수화물 (NH4Fe(SO4)2·12H20)로 구성된 군으로부터 선택되는 Fe2+ 및 Fe3+ 금속 함유 화합물과 반응시켜 공침을 유도함으로써, 표면에 마그네타이트(magnetite, Fe3O4)가 고정된 탄소나노튜브를 얻는 단계(단계 2); 및
상기 표면에 마그네타이트가 고정된 탄소 나노 튜브를 0.05 내지 0.5 M 농도의 페로시안 함유 화합물 및 0.05 내지 0.5 M 농도의 Cu2+, Zn2+, Ni2+, Fe2+ 및 Co2+으로 이루어진 군으로부터 선택되는 2가 금속 함유 화합물과 반응시켜 페로시안화 금속이 상기 마그네타이트에 도입된 탄소 나노 튜브를 얻는 단계(단계 3).
A method for producing carbon nanotubes in which a magnetite is fixed on a surface including the following steps and a ferrocyanide metal is introduced:
Reacting the carbon nanotubes with an acid solution to obtain surface-oxidized carbon nanotubes (step 1);
The surface-oxidized carbon nanotubes were treated with ammonium iron sulfate (II) hexahydrate ((NH 4 ) 2 Fe (SO 4 ) 2 .6H 2 O) and ammonium iron sulfate (III) 4 Fe (SO 4) 2 · is reacted with Fe 2+ and Fe 3+ metal-containing compound is selected from the group consisting of 12H 2 0) by inducing the co-precipitation, the magnetite (magnetite, Fe 3 O 4) on the surface of the fixed Obtaining a carbon nanotube (step 2); And
The carbon nanotubes having the magnetite fixed on the surface are classified into a group consisting of a ferrocyan-containing compound with a concentration of 0.05 to 0.5 M and a group consisting of Cu 2+ , Zn 2+ , Ni 2+ , Fe 2+ and Co 2+ at a concentration of 0.05 to 0.5M Selected from To obtain a carbon nanotube having a ferrocyanide metal introduced into the magnetite (Step 3).
상기 탄소 나노 튜브로서 다중벽 탄소 나노 튜브 또는 단일벽 탄소 나노 튜브를 사용하는 것인 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the multi-walled carbon nanotube or the single-walled carbon nanotube is used as the carbon nanotube.
상기 단계 1)의 산 용액은 질산, 황산, 염산, 인산 또는 이의 혼합물인 것인 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the acid solution of step 1) is nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid or a mixture thereof.
상기 단계 3)의 페로시안 함유 화합물은 페로시안화 나트륨 및 페로시안화 칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the ferrocyan containing compound of step 3) is selected from the group consisting of sodium ferrocyanide and potassium ferrocyanide.
상기 단계 3)의 2가 금속 함유 화합물은 염화구리(CuCl2), 질산구리(Cu(NO3)2), 황산구리(CuSO4), 염화니켈(NiCl2), 질산니켈(Ni(NO3)2), 황산니켈(NiSO4), 염화아연(ZnCl2), 질산아연(Zn(NO3)2), 황산아연(ZnSO4), 염화제일철(FeCl2), 질산제이철(Fe(NO3)2), 황산제이철(FeSO4), 염화코발트(CoCl2), 질산코발트(Co(NO3)2) 및 황산코발트(CoSO4)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
8. The method of claim 7,
2-containing compound the metal of the step 3) of copper chloride (CuCl 2), copper nitrate (Cu (NO 3) 2) , copper sulfate (CuSO 4), nickel chloride (NiCl 2), nickel nitrate (Ni (NO 3) 2), nickel sulfate (NiSO 4), zinc chloride (ZnCl 2), zinc nitrate (Zn (NO 3) 2) , zinc sulfate (ZnSO 4), ferrous chloride (FeCl 2), nitric acid, ferric (Fe (NO 3) 2 ), ferric sulfate (FeSO 4 ), cobalt chloride (CoCl 2 ), cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 2 ) and cobalt sulfate (CoSO 4 ).
A cesium or strontium adsorbent produced by the method of claim 7, comprising carbon nanotubes to which a ferrocyanide metal is introduced with a magnetite fixed on its surface.
A filter for removing cesium or strontium, comprising the cesium or strontium adsorbent of claim 6 or 13.
15. The filter for removing cesium or strontium according to claim 14, characterized in that it is a filter for purification of water or an air filter.
표면에 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브, 또는 표면에 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브에 대한 비투과성 메쉬크기를 갖는 필터막을 구비한 것인 세슘 또는 스트론튬 제거용 필터.
15. The method of claim 14,
A filter for removing cesium or strontium, comprising a carbon nanotube whose surface is fixed with ferrocyanide metal, or a filter membrane having a non-permeable mesh size for carbon nanotubes to which ferrocyanide metal is introduced, with a magnetite fixed on the surface.
표면에 페로시안화 금속이 고정된 탄소 나노 튜브, 또는 표면에 마그네타이트가 고정되고 페로시안화 금속이 도입된 탄소 나노 튜브의 평균 직경은 1 마이크로미터 내지 300 마이크로미터인 것인 세슘 또는 스트론튬 제거용 필터.
15. The method of claim 14,
Wherein the carbon nanotube having the ferrocyanide metal fixed on the surface thereof or the average diameter of the carbon nanotube having the ferrocyanide metal introduced therein and the magnetite fixed on the surface is 1 micrometer to 300 micrometer.
And passing the contaminated water through the cesium or strontium removal filter according to claim 14.
A radioactive waste solution or a radionuclide is passed through a cesium or strontium removing filter and a magnet according to claim 14 to remove radioactive cesium or strontium.
제13항의 세슘 또는 스트론튬 흡착제를 세슘 또는 스트론튬 함유 용액과 접촉시켜 세슘 또는 스트론튬이 흡착된 흡착제를 얻는 단계(단계 1); 및
상기 세슘 또는 스트론튬이 흡착된 흡착제를 함유하는 용액을 자기장이 인가된 채널을 통해 통과시켜 고액분리하는 단계(단계 2).
A method of separating cesium or strontium comprising the steps of:
Contacting the cesium or strontium adsorbent of claim 13 with a cesium or strontium containing solution to obtain a cesium or strontium adsorbed adsorbent (step 1); And
Passing the solution containing the cesium- or strontium-adsorbed adsorbent through a channel to which a magnetic field is applied (step 2).
상기 자기장은 영구자석 또는 전자석에 의해 인가되는 것인 방법.21. The method of claim 20,
Wherein the magnetic field is applied by a permanent magnet or an electromagnet.
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