KR102058374B1 - 세슘 흡착제 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오염수에 잔류하는 방사능 물질인 세슘을 제거하는 세슘 흡착제에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 세슘 흡착제는, 미세기공을 포함하고 물에 분산되는 다공성 하이드로겔과, 상기 미세기공에 흡착된 프러시안 블루(Prussian Blue)를 포함한다.

Description

세슘 흡착제 및 이의 제조방법{Radioactive cesium absorbent and method of the same}
본 발명은 세슘 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 방사성 오염수에 잔류하는 방사능 물질인 세슘을 제거하는 세슘 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의할 경우, 해수로 유출된 세슘을 분리해낼 수 있는 장점이 있다.
2011년 3월에 발생한 일본 대지진으로 인하여 원자력 발전소가 파괴되어 많은 양의 요오드, 세슘 등이 해수 및 지하수에서 높은 농도로 발견되었다**. 이러한 방사능 오염은 인간 및 육상에서 서식하는 동식물에게 직접적인 피해를 줄 수 있으며, 또한 토양을 관통하여 흐르는 지하수를 오염시켜 해양 환경 및 대기 환경 등 환경 전체에 악영향을 줄 수 있으므로, 특별한 처리가 요구된다
일반적으로 방사능 오염을 처리하는 방법은, 방사능 오염도를 측정한 후, 측정된 방사능 오염도에 따라 방사능 오염 물질을 방사성 폐기물 처리장으로 이송하여 장기간 동안 보관하거나 또는 방사성 핵종을 제거하는 것이다.
또한, 방사성 핵종 폐수의 경우 매우 낮은 농도의 방사성 물질을 함유하고 있는 경우에도 방사성 폐기물로 간주되어 매우 까다로운 관리 및 처리절차를 요구한다.
상기 방사성 핵종 폐수 등의 액상 방사능 폐기물 처리방법으로서, 기존의 기술로는 증발법, 막여과법, 이온교환법 등이 사용되고 있다. 그러나, 증발법은 모든 수분을 증발시키고 남은 폐기물을 모두 처리하여야 하는 단점이 있고, 막여과법 및 이온교환법은 비선택적 처리법으로 방사성 핵종과 함께 존재하는 나트륨, 칼슘, 철 등의 비방사성 염을 동시에 제거하여야 하며 이들 비방사성 염에 비해 핵종 물질의 농도가 매우 낮으므로 비방사성 물질을 제거하는데 많은 비용이 소요되어 경제적 효율성이 떨어지는 단점이 있다.
공개특허공보 제10-2005-0120312호
방사성 액체 폐기물은 원자력 발전 과정에서 발생하는 액체 폐기물로, 방사성 요오드, 방사성 세슘, 방사성 스트론튬, 방사성 세륨 등의 극히 위험한 방사성 동위 원소를 포함하는 핵분열 생성물 및 활성 원소를 포함한다.
방사성 세슘을 처리하기 위한 기술로는 여러 방법들이 이용되고 있으나, 그 중에서도 흡착을 이용한 방사성 세슘 처리 방법은 공정이 용이하고, 낮은 온도에서도 조작이 가능한 장점이 있다. 다양한 방사성 세슘 흡착제에 대한 연구가 이뤄지고 있으나, 보다 높은 방사성 세슘에 대한 선택성 및 흡착성을 갖는 흡착제에 대한 연구, 개발이 더 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 방사성 오염수에 잔류하는 방사능 물질인 세슘을 제거하는 세슘 흡착제 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
상기 해결하려는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 오염수에 잔류하는 방사능 물질인 세슘을 제거하는 세슘 흡착제는, 미세기공을 포함하고 물에 분산되는 다공성 하이드로겔과, 상기 미세기공에 흡착된 프러시안 블루(Prussian Blue)를 포함할 수 있다.
상기 다공성 하이드로겔은 콜라젠, 젤라틴, 피브린, 알긴산, 히알루론산, 키토산, 폴리아크릴아미드계, 폴리아크릴산계, 폴리에틸렌옥사이드계, 폴리비닐알코올계 및 폴리포스파젠계 중 어느 하나이다.
상기 해결하려는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 오염수에 잔류하는 방사능 물질인 세슘을 제거하는 세슘 흡착제의 제조방법은, a) 미세기공을 포함하고, 물에 분산되는 다공성 하이드로겔을 제공하는 단계와, b) 상기 다공성 하이드로겔의 상기 미세기공에 K3[Fe(CN)6]를 포함하는 용액을 흡수시키는 단계와, c) 상기 b) 단계를 거친 상기 다공성 하이드로겔을 FeCl3용액에 침지시키고, 열을 가하여 프러시안 블루(Prussian Blue)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 프러시안 블루(Prussian Blue)는 상기 미세기공에 흡착된다.
상기 다공성 하이드로겔을 제공하는 단계는, 반응용매에 가교제, 하이드로겔 제조용 단량체, 개시제를 첨가하여 상기 다공성 하이드로겔을 형성하는 것을 포함한다.
상기 반응용매는, 수계, 포화탄화수소계(헥산, 펜탄, 석유에테르), 방향족 탄화수소계(벤젠, 톨루엔, 자일렌), 알코올계(메탄올, 에탄올, 벤질알콜), 케톤계(아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸부틸케톤, 시클로헥사논), 에스테르계(초산메틸, 초산에틸 등), 에테르계(디에틸에테르, 이소프로필에테르, THR, 디옥산), 아미드계(디메틸포름아미드, 디에틸포름아미드), 설폭사이드계(디메틸설폭사이드, 설포레인), 유기산(개미산, 초산, 프로피온산), 아세트나이트라일 및 테트랄린으로 이루이진 그룹에서 선택된 어느 하나이다.
상기 가교제는, 글루타르알데하이드(glutaraldehyde), N,N'-메틸렌-비스-아크릴아미드(N,N'-methylene-bis-acrylamide, BIS), N,N,N',N'-테트라메틸 에틸렌디아민(N,N,N',N'-tetramethyl ethylene diamine), 에틸렌글리콜디메타크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate)에서 선택되는 적어도 하나이다.
상기 단량체는, 아크릴아미드 (Acrylamide, Am), 아크릴산(acrylic acid, AA), HA, 알긴산(alginic acid), 펙틴(pectin), 캐라지난(carrageenan), 황산콘드로이친(chondroitin sulfate), 덱스트란설페이트(dextran sulfate), 키토산(chitosan), 폴리라이신(polylysine), 콜라겐(collagen), 카르복시에틸 키틴(carboxyethyl chitin), 피브린(fibrin), 텍스트란(dextran), 아가로스(agarose), 풀루란(pullulan), PEG-PLA-PEG, PEG-PLGA-PEG, PEG-PCL-PEG, PLA-PEG-PLA, PHB, P(PEG/PBO) terephthalate, PEG-bis-(PLA-acrylate), PEG-g-P(AAm-co-Vamine), PAAm, P(NIPAAm-co-AAc), P(NIPAAm-co-EMA), PVAc/PVA, PNVP, P(MMA-co-HEMA), P(AN-co-ally sulfate), P(bisscrboxy-phenoxy-phosphazene), P(GEMA-sulfate), P(PEG-co-peptides), alginate-g-(PEO-PPO-PEO), P(PLGA-co-serine), collagen-acrylate, P(HPMA-g-peptide), P(HEMA/Materigel) 및 HA-g-NIPAAm으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나이다.
상기 개시제는, 암모니움 퍼설페이트 (Ammonium persulfate, APS), 과산화아세틸, 과산화벤조일, 과산화디아실, 쿠멘하이드록페록시드, 알킬페록시드, 페록소류산칼리움, 페록류산암모니움, 과산화수소, 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile, AIBN), 아조비스시클로헥산카르보닐, 테트라메틸티우람디술피드, 디벤조일디술피드, P-톨루올술핀산, 알칸술핀산 에서 선택되는 적어도 하나이다.
상기 c)단계는 40℃~200℃의 온도 분위기에서 진행된다.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다. 프러시안 블루가 다공성 하이드로겔에 의해 수용액내에서 고르게 분산될 수 있고, 오염수에 잔류하는 방사능 물질인 세슘을 선택적으로 흡수할 수 있는 세슘 흡착제 및 이의 제조방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세슘 흡착제의 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세슘 흡착제의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 3 및 도 4는 세슘 흡착제의 제조과정을 나타낸 사진이다.
도 5는 상기의 제조방법에 의해 제조된 세슘 흡착제의 SEM, TEM전자 현미경 사진이다.
도 6은 제조된 세슘 흡착제의 XRD(X-ray Diffraction Spectroscopy)-패턴이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 세슘(Cs) 흡착제 및 이의 제조방법을 설명한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세슘 흡착제의 사진이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세슘 흡착제(10)는 고분자 물질로 이루어진 지지구조체(101)와 미세기공(102)을 포함하는 다공성 하이드로겔(100)과, 미세기공(102)에 흡착된 프러시안 블루(Prussian Blue)를 포함할 수 있다. 여기서 하이드로겔은 물에 분산되는 수용성의 특성을 갖는다.
보다 구체적으로, 하이드로젤(hydrogel)은 물에 팽윤할 수 있는 친수성 고분자가 3차원 망상구조를 가지며, 물리적 또는 화학적으 로 가교된 것으로서 가교구조에 의해 수용액 및 수성환경 하에서 용해되지는 않으나 구성하는 물질이 가진 고유한 친수성으로 인해 많은 양의 물을 흡수하며 팽윤한다. 하이드로젤의 3차원적인 망상구조는 공유결합, 수소결합, 반데르발스(Van der Waals)결합 또는 물리적 응집 등 여러 요인에 의해 형성될 수 있다. 또한, 여러 가지 고분자 하이드로젤은 온도, pH, 용매의 조성, 이온의 농도, 전기장, 광도, 화학물질 등과 같은 외부 자극에 대하여 민감하게 반응하여 연속적 또는 불연속적으로 함수율 등의 물성변화를 나타내게 된다.
다공성 하이드로겔(100)은 콜라젠, 젤라틴, 피브린, 알긴산, 히알루론산, 키토산, 폴리아크릴아미드계, 폴리아크릴산계, 폴리에틸렌옥사이드계, 폴리비닐알코올계 및 폴리포스파젠계 중 어느 하나일 수 있다.
다공성 하이드로겔(100)의 미세기공(102)에는 프러시안 블루(Prussian Blue) 입자가 분산되어 흡착되어 있다. 프러시안 블루는 우수한 세슘 선택성을 갖는 물질로, 오염수에 포함된 세슘과 선택적으로 흡착될 수 있다. 세슘과 프러시안 블루가 선택적으로 흡착됨으로써, 오염수에 포함된 세슘이 제거될 수 있다. 즉, 효과적으로 방사성 액체 폐기물 내의 방사성 세슘을 흡착하여 분리할 수 있다.
계속해서 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 세슘 흡착제의 제조방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세슘 흡착제의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 3 및 도 4는 세슘 흡착제의 제조과정을 나타낸 사진이다.
오염수에 잔류하는 방사능 물질인 세슘을 제거하는 세슘 흡착제의 제조방법은, a)미세기공을 포함하고, 물에 분산되는 다공성 하이드로겔을 제공하는 단계와, b) 상기 다공성 하이드로겔의 상기 미세기공에 K3[Fe(CN)6]를 포함하는 용액을 흡수시키는 단계와, c) 상기 b) 단계를 거친 상기 다공성 하이드로겔을 FeCl3용액에 침지시키고, 열을 가하여 프러시안 블루(Prussian Blue)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 세슘 흡착제를 제조하기 위하여 미세기공을 포함하고, 물에 분산되는 다공성 하이드로겔을 제공한다(S10).
다공성 하이드로겔(100)을 제공하는 단계는, 반응용매에 가교제, 하이드로겔 제조용 단량체, 개시제를 첨가하여 다공성 하이드로겔을 제조할 수 있다.
다공성 하이드로겔(100)을 제조하기 위하여, 반응용매를 준비한다. 반응용매는, 수계, 포화탄화수소계(헥산, 펜탄, 석유에테르), 방향족 탄화수소계(벤젠, 톨루엔, 자일렌), 알코올계(메탄올, 에탄올, 벤질알콜), 케톤계(아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸부틸케톤, 시클로헥사논), 에스테르계(초산메틸, 초산에틸 등), 에테르계(디에틸에테르, 이소프로필에테르, THR, 디옥산), 아미드계(디메틸포름아미드, 디에틸포름아미드), 설폭사이드계(디메틸설폭사이드, 설포레인), 유기산(개미산, 초산, 프로피온산), 아세트나이트라일 및 테트랄린으로 이루이진 그룹에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
계속해서, 반응용매에 가교제를 첨가할 수 있다. 가교제는, 글루타르알데하이드(glutaraldehyde), N,N'-메틸렌-비스-아크릴아미드(N,N'-methylene-bis-acrylamide, BIS), N,N,N',N'-테트라메틸 에틸렌디아민(N,N,N',N'-tetramethyl ethylene diamine), 에틸렌글리콜디메타크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate)에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용가능하나 이에 한정되는 것은 아니다.
계속해서, 반응용매에 다공성 하이드로겔(100)의 본체를 형성할 단량체를 첨가할 수 있다. 단량체로는 아크릴아미드(acrylamide, Am), 아크릴산(acrylic acid, AA), HA, 알긴산(alginic acid), 펙틴(pectin), 캐라지난(carrageenan), 황산콘드로이친(chondroitin sulfate), 덱스트란설페이트(dextran sulfate), 키토산(chitosan), 폴리라이신(polylysine), 콜라겐(collagen), 카르복시에틸 키틴(carboxyethyl chitin), 피브린(fibrin), 텍스트란(dextran), 아가로스(agarose), 풀루란(pullulan), PEG-PLA-PEG, PEG-PLGA-PEG, PEG-PCL-PEG, PLA-PEG-PLA, PHB, P(PEG/PBO) terephthalate, PEG-bis-(PLA-acrylate), PEG-g-P(AAm-co-Vamine), PAAm, P(NIPAAm-co-AAc), P(NIPAAm-co-EMA), PVAc/PVA, PNVP, P(MMA-co-HEMA), P(AN-co-ally sulfate), P(bisscrboxy-phenoxy-phosphazene), P(GEMA-sulfate), P(PEG-co-peptides), alginate-g-(PEO-PPO-PEO), P(PLGA-co-serine), collagen-acrylate, P(HPMA-g-peptide), P(HEMA/Materigel) 및 HA-g-NIPAAm으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
계속해서, 반응용매에 상술한 단량체의 중합을 개시하는 개시제를 첨가할 수 있다. 개시제로는 암모니움 퍼설페이트(Ammonium persulfate, APS), 과산화아세틸, 과산화벤조일, 과산화디아실, 쿠멘하이드록페록시드, 알킬페록시드, 페록소류산칼리움, 페록류산암모니움, 과산화수소, 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile, AIBN), 아조비스시클로헥산카르보닐, 테트라메틸티우람디술피드, 디벤조일디술피드, P-톨루올술핀산, 알칸술핀산에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용가능하나 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 반응용매에 가교제, 하이드로겔 제조용 단량체, 개시제를 첨가한 후, 교반하여 겔화시키는 단계를 진행한다. 단량체의 중합과 가교에 의해 지지구조체(101)와 미세기공(102)이 형성된다. 미세기공(102)은 10~300㎛ 크기의 공극일 수 있다.
다공성 하이드로겔(100)은 일반적으로 하이드로젤의 내부에 공극을 부여함으로써 비표면적을 최대화할 수 있다. 하이드로겔(100)은 제조방법에 따라 다양한 공극구조를 형성할 수가 있는데 공극의 유무, 크기, 형태에 따라 팽윤속도와 흡수성이 달라질 수 있다.
본 발명에 따른 다공성 하이드로겔(100)은 10~300㎛의 공극을 갖는 다공성 하이드로겔로 모든 공극들이 서로 연결된 열린 채널을 형성함으로써 모세관 현상에 의한 흡수효과를 보인다. 상기 다공성 하이드로젤을 합성하기 위한 방법으로는 porosigen technique, phase separation technique, salt leaching method, freeze-dry method, gas blowing method 등이 있다.
계속해서, b) 상기 다공성 하이드로겔(100)의 상기 미세기공(102)에 K3[Fe(CN)6]를 포함하는 용액을 흡수시킨다(S20). 미세기공(102)에 K3[Fe(CN)6]이 고루 함침될 수 있도록 K3[Fe(CN)6]가 용해된 용액에 다공성 하이드로겔(100)을 침지시킨다. K3[Fe(CN)6]은 예를들어 증류수, 메탄올, 에탄올 등의 용매에 용해시켜, K3[Fe(CN)6]을 포함하는 용액으로 형성할 수 있다. 이에 의해, 다공성 하이드로겔(100)의 미세기공(102)에 K3[Fe(CN)6]가 고르게 분포할 수 있다. 도 3을 참조하면, 미세기공(102)에 K3[Fe(CN)6]가 흡수된 것을 관찰할 수 있다.
계속해서, K3[Fe(CN)6]가 흡수된 다공성 하이드로겔(100)을 FeCl3 용액에 침지시키고, 열을 가하여 프러시안 블루(Prussian Blue)를 형성한다(S30).
FeCl3는 예를들어 증류수, 메탄올, 에탄올 등의 용매에 용해시켜, FeCl3를 포함하는 포함하는 용액으로 형성할 수 있다. 이후, FeCl3가 포함된 용액에 상기 b)단계의 다공성 하이드로겔(100)을 침지시킨다. 이에 의해, 다공성 하이드로겔(100)의 미세기공(102)에 흡수된 K3[Fe(CN)6]과 FeCl3가 서로 반응할 수 있다. 즉, FeCl3도 용액에 포함되어 있어, 다공성 하이드로겔(100)의 미세기공(102)으로 흡수되고, FeCl3이 흡수됨에 따라, K3[Fe(CN)6]과 FeCl3가 서로 반응할 수 있다. 도4를 참조하면, K3[Fe(CN)6]와 FeCl3가 미세기공(102)에 흡수된 것을 확인할 수 있다.
계속해서, 다공성 하이드로겔(100)에 열을 가한다. 열에 의해, 40℃~200℃의 온도 분위기에서 K3[Fe(CN)6]와 FeCl3의 반응을 진행한다. K3[Fe(CN)6]와 FeCl3는 산화환원 반응에 의해 프러시안 블루(Prussian Blue) 입자가 형성될 수 있다. 프러시안 블루(Prussian Blue) 입자가 형성됨과 동시에, 반응이 진행된 미세기공(102)에 프러시안 블루(Prussian Blue)가 고정된다. 이에 의해, 다공성 하이드로겔(100)의 내부에 프러시안 블루(Prussian Blue)가 고정될 수 있다.
상술한 단계에 의해, 도 1과 같은 세슘 흡착제(10)가 형성될 수 있다.
본 발명에 의해 형성된 세슘 흡착제(10)는 다공성 하이드로겔(100)에 프러시안 블루(110)가 고정됨으로써, 프러시안 블루(110)가 다공성 하이드로겔(100)에 의해 수용액내에서 고르게 분산될 수 있다. 즉, 프러시안 블루는 물에서 분산성이 저하되는 성질이 있었으나, 물에서 분산성이 우수한 하이드로겔에 의해 분산됨으로써, 물에서 프러시안 블루의 분산성이 향상되고 유지될 수 있다. 또한, 프러시안 블루는 수용액에 입자형태로 분산되어 사용되므로, 사용후 수거가 어려웠다. 그러나, 하이드로겔에 고정시켜 프러시안 블루(Prussian Blue) 를 분산시키면, 상대적으로 수거가 용이한 하이드로겔의 수거를 통해 프러시안 블루를 수거할 수 있으므로, 사용상의 편이상이 향상될 수 있다.
본 발명의 세슘 흡착제(110)는 오염수에 잔류하는 방사능 물질인 세슘을 제거하는 프러시안 블루의 분산성 및 사용 편의성을 향상시킬 수 있어, 방사능 오염지대에서 많은 사용이 기대된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
제조예 1: 다공성 하이드로겔의 제조
vial병에 용매로 증류수 10mL에, 가교제로 BIS 0.1g과, 하이드로겔 제조용 단량체 아크릴아미드(Acrylamide, Am) 1g, 개시제로 APS 0.01g를 넣고 완전히 녹인 후, 몰드에 상기 혼합용액 1mL를 넣고, 파라핀 오일 4ml를 천천히 가한다. 고내상 에멀젼이 형성될 수 있도록 1500 rpm으로 교반한 다음 40℃로 예열한 오븐에서 4시간 동안 반응시켰다.
반응 종료 후 실온에서 충분히 식힌 후 몰드에서 하이드로겔을 탈착하고, 하이드로겔에 남아 있는 용매와 오일을 제거하기 위해 테트라하이드로퓨란 (Tetrahydrofuran, THF)과 아세톤으로 세척하는 과정을 3번~5번 반복하였다. 이에 의해, 미세기공을 포함하는 다공성 하이드로겔을 제조하였다.
제조예 2: 세슘 흡착제의 제조
증류수 100mL에 헥사사이아노철(Ⅱ)산칼륨(K3[Fe(CN)6]) 3.29g을 넣고 용해시켜, K3[Fe(CN)6]을 포함하는 용액을 제조하였다. 상기 용액에 제조예 1에서 제조한 다공성 하이드로겔을 침지시켰다. K3[Fe(CN)6]가 다공성 하이드로겔의 미세기공에 충분히 흡수되도록 30분간 침지를 진행하였다.
계속해서, 염화철(FeCl3) 1.62g을 증류수 100 mL에 넣고 교반하여, 염화철을 완전히 용해시켜, 염화철 용액을 제조하였다. 제조된 염화철 용액에 K3[Fe(CN)6]가 흡수된 다공성 하이드로겔을 침지시킨 상태로, 40℃의 분위기에서 6시간 동안 K3[Fe(CN)6]와 FeCl3의 자발적 산화환원반응을 하도록 유도하였다. 이에 의해, 다공성 하이드로겔의 미세기공에서 프러시안 블루가 형성되었다. 프러시안 블루가 미세기공에서 형성됨과 동시에, 다공성 하이드로겔의 미세기공에 프러시안 블루가 고정되었고, 이에 의해 최종적으로 다공성 하이드로겔에 프러시안 블루가 고정된 세슘 흡착제가 완성되었다.
도 5는 상기의 제조방법에 의해 제조된 세슘 흡착제의 SEM, TEM전자 현미경 사진이다. 도 5에서 볼 수 있듯, 다공성 하이드로겔의 미세기공 표면에 프러시안 블루가 형성되어 고정되어 있음을 알 수 있었다. 또한, 도 6은 제조된 세슘 흡착제의 XRD(X-ray Diffraction Spectroscopy)-패턴으로, 프러시안 블루의 XRD-패턴과 제조된 세슘 흡착제의 XRD-패턴이 동일함을 알 수 있었다. 즉, 제조된 세슘 흡착제는 프러시안 블루를 유효하게 포함하고 있음을 알 수 있었다.
실험예 : 제조된 세슘 흡착제의 세슘 흡수능 측정
상기 제조예에 의해 제조된 프러시안 블루가 고정된 다공성 하이드로젤의 방사성 세슘 흡착 특성을 확인하였다. 다공성 하이드로젤의 방사성 세슘의 흡착 특성은 방사성 모의폐액(CsCl)의 농도를 조절하여 실시한 흡착능 평가에 의해 확인되었다.
제조된 세슘 흡착제 0.02g를 반응기에 넣고, 6~27ppm의 농도로 제조한 방사성 모의폐액(CsCl 수용액) 50ml를 반응기에 첨가하여 실험을 진행하였다. 실험이 종료된 후 syringe filtering을 통해 샘플을 채취하였고, 채취된 샘플은 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS, ELAN DRC2, PerkinElmer, USA)를 이용하여 세슘 농도를 분석하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
초기세슘농도(ppm) 세슘 흡착제 양(g) 최대 흡착량(mmol/g)
7 0.2 0.02704
14 0.2 0.05222
21 0.2 0.06882
27 0.2 0.07667
상기 표 1을 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 세슘 흡착제는 높은 세슘 흡착량을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 세슘의 초기 농도가 점차 증가할수록 세슘 흡착제의 세슘 최대흡착량이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이것은 상기 세슘 흡착제가 세슘의 농도 증가에 비례하여 보다 많은 세슘을 흡착할 수 있고, 우수한 세슘 흡착 특성을 나타냄을 의미한다. 따라서, 본 발명의 세슘 흡착제는 방사성 세슘과 선택적으로 반응하여 흡착할 수 있으며, 우수한 방사성 세슘 의 흡착 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 오염수에 잔류하는 방사능 물질인 세슘을 제거하는 세슘 흡착제의 제조방법에 있어서,
    a) 미세기공을 포함하고, 물에 분산되는 다공성 하이드로겔을 제공하는 단계;
    b) 상기 다공성 하이드로겔의 상기 미세기공에 K3[Fe(CN)6]를 포함하는 용액을 흡수시키는 단계; 및
    c) 상기 b) 단계를 거친 상기 다공성 하이드로겔을 FeCl3용액에 침지시키고, 열을 가하여 프러시안 블루(Prussian Blue)를 형성하는 단계를 포함하는 세슘 흡착제의 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 프러시안 블루(Prussian Blue)는 상기 미세기공에 흡착되는 세슘 흡착제의 제조방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 다공성 하이드로겔을 제공하는 단계는,
    반응용매에 가교제, 하이드로겔 제조용 단량체, 개시제를 첨가하여 상기 다공성 하이드로겔을 형성하는 것을 포함하는 세슘 흡착제의 제조방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 반응용매는, 물, 헥산, 펜탄, 석유에테르, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메탄올, 에탄올, 벤질알콜, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸부틸케톤, 시클로헥사논, 초산메틸, 초산에틸, 디에틸에테르, 이소프로필에테르, 디옥산, 디메틸포름아미드, 디에틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 설포레인, 개미산, 초산, 프로피온산, 아세트나이트라일 및 테트랄린으로 이루이진 그룹에서 선택된 어느 하나인 세슘 흡착제의 제조방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 가교제는, 글루타르알데하이드(glutaraldehyde), N,N'-메틸렌-비스-아크릴아미드(N,N'-methylene-bis-acrylamide, BIS), N,N,N',N'-테트라메틸 에틸렌디아민(N,N,N',N'-tetramethyl ethylene diamine), 에틸렌글리콜디메타크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate)에서 선택되는 적어도 하나인 세슘 흡착제의 제조방법.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 단량체는, 아크릴아미드(acrylamide, Am), 아크릴산(acrylic acid, AA), HA, 알긴산(alginic acid), 펙틴(pectin), 캐라지난(carrageenan), 황산콘드로이친(chondroitin sulfate), 덱스트란설페이트(dextran sulfate), 키토산(chitosan), 폴리라이신(polylysine), 콜라겐(collagen), 카르복시에틸 키틴(carboxyethyl chitin), 피브린(fibrin), 텍스트란(dextran), 아가로스(agarose) 및 풀루란(pullulan) 으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 세슘 흡착제의 제조방법.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 개시제는, 암모니움 퍼설페이트(Ammonium persulfate, APS), 과산화아세틸, 과산화벤조일, 과산화디아실, 쿠멘하이드록페록시드, 알킬페록시드, 페록소류산칼리움, 페록류산암모니움, 과산화수소, 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile, AIBN), 아조비스시클로헥산카르보닐, 테트라메틸티우람디술피드, 디벤조일디술피드, P-톨루올술핀산, 알칸술핀산 에서 선택되는 적어도 하나인 세슘 흡착제의 제조방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 c)단계는 40℃~200℃의 온도 분위기에서 진행되는 세슘 흡착제의 제조방법.
  9. 제1 항 내지 제8항 중 어느 한 항에 의해 제조된 세슘 흡착제.
  10. 삭제
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