KR102262171B1 - Sillica-based entrapping agent for treating carbon dioxide containing radioactive carbon and system and method for treating carbon dioxide containing radioactive carbon using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리카 구조; 및 상기 실리카 구조 내 함침된 알칼리 토금속을 포함하는 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제와 이를 이용한 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silica structure; and a silica-based collector for treating carbon dioxide containing radioactive carbon containing an alkaline earth metal impregnated in the silica structure, and a system and method for treating carbon dioxide containing radioactive carbon using the same.

Description

방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제와 이를 이용한 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템 및 방법{SILLICA-BASED ENTRAPPING AGENT FOR TREATING CARBON DIOXIDE CONTAINING RADIOACTIVE CARBON AND SYSTEM AND METHOD FOR TREATING CARBON DIOXIDE CONTAINING RADIOACTIVE CARBON USING THE SAME}Silica-based trapping agent for radiocarbon-containing carbon dioxide treatment, and radiocarbon-containing carbon dioxide treatment system and method using the same

본 발명은 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제와 이를 이용한 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silica-based trapping agent for treating carbon dioxide containing radioactive carbon, and a system and method for treating carbon dioxide containing radioactive carbon using the same.

원자력 시설에서 발생하는 다양한 폐기물 중, 방사성 탄소(C-14) 함유 탄소 폐기물에 대한 처리 문제가 심각하게 대두되고 있다. 원자력 시설 내에 보관 및 저장되어 있는 방사성 탄소 함유 탄소 폐기물의 양이 상당할 뿐만 아니라, 방사성 탄소의 반감기 역시 약 5730±40 년으로 엄청나게 길다. 더욱이, 방사성 탄소는 다른 방사성 핵종과 달리 유기물과 치환될 수 있기 때문에, 생명체에게는 매우 해로운 잠재력을 포함하고 있어, 반드시 안정된 형태로 처리해야 하는 상황이다. Among the various wastes generated from nuclear power facilities, the problem of treatment of carbon waste containing radioactive carbon (C-14) is becoming a serious problem. Not only is the amount of radiocarbon-containing carbon waste stored and stored in nuclear facilities significant, but the half-life of radiocarbon is also incredibly long, about 5730±40 years. Moreover, unlike other radionuclides, since radiocarbon can be substituted with organic matter, it has the potential to be very harmful to living things, so it must be treated in a stable form.

방사성 탄소(C-14) 함유 탄소 폐기물을 열화학적으로 처리할 경우, 방사성 탄소 함유 이산화탄소가 발생하게 되는데, 이를 포집해서 후속 처리에 적합한 형태로 만드는 기술이 필요하다. 따라서, 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 효과적으로 포집하기 위한 다양한 방법들이 개발되고 있는데, 후속 처리에 적합하게 만들기 위해서는 탄산염 형태로 포집을 해야 한다. 그러나, 탄산염 형태로 만들기 위해서는 주로 극한 조건이 필요해서, 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 다룰 때에는 방사성 폐기물의 안정성 문제 및 경제성 측면에서 적합하지 않다. 따라서, 온화한 반응 조건에서, 고효율(빠른 반응 속도 및 높은 포집 용량)로 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 포집하기 위한 기술이 요구되고 있는 실정이다. When carbon waste containing radiocarbon (C-14) is thermochemically treated, carbon dioxide containing radioactive carbon is generated, which requires a technology to capture it and make it into a form suitable for subsequent treatment. Accordingly, various methods have been developed to effectively capture radiocarbon-containing carbon dioxide. In order to make it suitable for subsequent treatment, it should be captured in the form of carbonate. However, since extreme conditions are mainly required to form the carbonate, it is not suitable in terms of stability and economical efficiency of radioactive waste when dealing with carbon dioxide containing radioactive carbon. Therefore, there is a need for a technology for capturing radiocarbon-containing carbon dioxide with high efficiency (fast reaction rate and high capture capacity) under mild reaction conditions.

한국등록특허공보 제10-0737697호 (2007. 07. 03.)Korean Patent Publication No. 10-0737697 (2007. 07. 03.)

본 발명은 온화한 반응 조건에서, 고효율(빠른 반응 속도 및 높은 포집 용량)로 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 포집하기 위한 기술로서, 구체적으로는 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제, 이를 이용한 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.The present invention is a technology for capturing radioactive carbon-containing carbon dioxide with high efficiency (fast reaction rate and high capture capacity) under mild reaction conditions, specifically, a silica-based collector for radiocarbon-containing carbon dioxide treatment, and radioactive carbon-containing carbon dioxide using the same It is intended to provide a processing system and method.

그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 실리카 구조; 및 상기 실리카 구조 내 함침된 알칼리 토금속을 포함하는 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제를 제공한다. The present invention relates to a silica structure; And it provides a silica-based trapping agent for treating carbon dioxide containing radioactive carbon comprising an alkaline earth metal impregnated in the silica structure.

본 발명의 일 구현예로, 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 공급하기 위한 이산화탄소 가스 실린더; 상기 공급된 이산화탄소를 액화 및 탄산염으로 변환시키기 위한 이산화탄소 포집 반응기; 및 상기 포집되지 않은 이산화탄소의 발생을 검출하기 위한 이산화탄소 검출기를 포함하고, 상기 이산화탄소 포집 반응기는 상기 실리카계 포집제를 포함하는, 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템을 제공한다. In one embodiment of the present invention, a carbon dioxide gas cylinder for supplying carbon dioxide containing radioactive carbon; a carbon dioxide capture reactor for converting the supplied carbon dioxide into liquefaction and carbonate; and a carbon dioxide detector for detecting the generation of the non-captured carbon dioxide, wherein the carbon dioxide capture reactor includes the silica-based scavenger.

본 발명의 다른 구현예로, 이산화탄소 포집 반응기에 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 공급하여 액화시키는 단계; 상기 공급된 이산화탄소를 상기 실리카계 포집제와 반응시켜 탄산염으로 변환시키는 단계; 및 상기 탄산염이 포집된 실리카계 포집제를 분리하는 단계를 포함하는, 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, supplying carbon dioxide containing radioactive carbon to a carbon dioxide capture reactor to liquefy; converting the supplied carbon dioxide into carbonate by reacting with the silica-based scavenger; And it provides a method for treating carbon dioxide containing radioactive carbon, comprising the step of separating the silica-based trapping agent in which the carbonate is collected.

본 발명에 따른 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제는 실리카 구조; 및 상기 실리카 구조 내 함침된 알칼리 토금속을 포함하는 것을 특징으로 하는바, 상기 실리카계 포집제를 물에 분산시키는 경우, 상기 실리카계 포집제는 겔 상태가 될 수 있고, 상기 알칼리 토금속은 상기 실리카 구조에서 산소와 불안정한 이온 결합을 형성함으로써, 상기 알칼리 토금속이 상온 및 상압과 같은 온화한 조건에서도 방사성 탄소 함유 이산화탄소와 쉽게 반응할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 고효율(빠른 반응 속도 및 높은 포집 용량)로 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 포집할 수 있다. The silica-based trapping agent for the treatment of carbon dioxide containing radioactive carbon according to the present invention has a silica structure; and an alkaline earth metal impregnated in the silica structure. When the silica-based collector is dispersed in water, the silica-based collector may be in a gel state, and the alkaline earth metal is the silica structure. By forming an unstable ionic bond with oxygen, there is an advantage that the alkaline earth metal can easily react with carbon dioxide containing radioactive carbon even under mild conditions such as room temperature and atmospheric pressure. Therefore, it is possible to capture radiocarbon-containing carbon dioxide with high efficiency (fast reaction rate and high capture capacity).

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제에 있어서, 실리카 구조에서 산소 및 스트론튬(Sr) 사이의 이온 결합을 나타낸 분자 수준 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 3은 이산화탄소와 반응하기 전(a) 및 후(b) 실시예 1에 따른 실리카계 포집제의 SEM 이미지를 비교한 사진이다.
도 4는 이산화탄소와 반응하기 전 및 후 실시예 1에 따른 실리카계 포집제의 XRD 패턴을 비교한 그래프이다.
도 5는 이산화탄소와 반응하기 전 및 후 실시예 1에 따른 실리카계 포집제의 TGA 곡선을 비교한 그래프이다.
도 6(a)~(c)는 이산화탄소와 반응 시간에 따라, 이산화탄소와 반응한 후 실시예 1~3에 따른 실리카계 포집제로부터 계산된 이산화탄소 포집량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 이산화탄소와 반응 시간에 따라, 수용액 내 Sr2+의 농도를 측정한 그래프이다.
1 is a molecular level schematic diagram showing the ionic bond between oxygen and strontium (Sr) in a silica structure in a silica-based trapping agent for treating carbon dioxide containing radioactive carbon according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing a carbon dioxide treatment system containing radioactive carbon according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph comparing SEM images of the silica-based trapping agent according to Example 1 before (a) and after (b) reaction with carbon dioxide.
4 is a graph comparing the XRD patterns of the silica-based trapping agent according to Example 1 before and after reacting with carbon dioxide.
5 is a graph comparing the TGA curve of the silica-based trapping agent according to Example 1 before and after reacting with carbon dioxide.
6 (a) to (c) are graphs showing the carbon dioxide capture amount calculated from the silica-based scavenger according to Examples 1 to 3 after reacting with carbon dioxide according to the reaction time with carbon dioxide.
7 is a graph of measuring the concentration of Sr 2+ in an aqueous solution according to a reaction time with carbon dioxide.

종래 방법에 따르면, 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 탄산염 형태로 포집하기 위한 방법으로, 산화칼슘 등을 사용한 예가 있었지만, 산화칼슘의 경우, 칼슘과 산소가 공유결합으로 연결되어 있기 때문에 그 자체로 아주 안정한 광물로 취급된다. 따라서, 이를 이용하게 되면, 상온 및 상압과 같은 온화한 조건에서는 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 탄산염 형태로 포집하기 위한 광물화(탄산화) 반응이 거의 일어나지 않거나, 일어난다 할지라도 그 속도가 매우 느린 한계가 있어 고온 및 고압과 같은 극한 조건에서 반응을 수행해야 한다. 한편, 고온 및 고압 조건을 설정하기 위해서는 많은 양의 에너지가 소요되고, 공정이 복잡해지는 문제점이 있다. According to the conventional method, there have been examples of using calcium oxide or the like as a method for capturing radiocarbon-containing carbon dioxide in the form of carbonate, but in the case of calcium oxide, calcium and oxygen are covalently linked, so it is a very stable mineral by itself. are treated Therefore, when using this, the mineralization (carbonation) reaction for capturing the radiocarbon-containing carbon dioxide in the form of carbonate hardly occurs under mild conditions such as room temperature and atmospheric pressure, or even if it occurs, there is a limit that the rate is very slow. The reaction must be carried out under extreme conditions such as high pressure. On the other hand, there is a problem in that a large amount of energy is required to set high temperature and high pressure conditions, and the process becomes complicated.

이에, 본 발명자들은 종래 방법 대신, 실리카 구조 내 알칼리 토금속을 함침시킴으로써, 알칼리 토금속이 실리카 구조에서 산소와 불안정한 이온 결합을 형성하도록 한 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제를 제조하였고, 이를 이용하면, 상온 및 상압과 같은 온화한 조건에서도 고효율(빠른 반응 속도 및 높은 포집 용량)로 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 포집할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors prepared a silica-based collector for carbon dioxide treatment containing radioactive carbon in which the alkaline earth metal forms an unstable ionic bond with oxygen in the silica structure by impregnating the alkaline earth metal in the silica structure instead of the conventional method, and using this , confirmed that radiocarbon-containing carbon dioxide can be captured with high efficiency (fast reaction rate and high capture capacity) even under mild conditions such as room temperature and pressure, and completed the present invention.

본 명세서 내 "방사성 탄소"는 탄소 동위원소의 일종으로, 일반적으로, C-14를 말한다. 방사성 탄소는 반감기 역시 약 5730±40 년으로 엄청나게 길다. 더욱이, 방사성 탄소는 다른 방사성 핵종과 달리 유기물과 치환될 수 있기 때문에, 생명체에게는 매우 해로운 잠재력을 포함하고 있다. As used herein, "radioactive carbon" is a type of carbon isotope, and generally refers to C-14. Radiocarbon also has an incredibly long half-life of about 5730±40 years. Moreover, radiocarbon, unlike other radionuclides, can be substituted with organic matter, so it has the potential to be very harmful to living things.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제Silica-based trapping agent for carbon dioxide treatment containing radioactive carbon

본 발명은 실리카 구조; 및 상기 실리카 구조 내 함침된 알칼리 토금속을 포함하는 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제를 제공한다. The present invention relates to a silica structure; And it provides a silica-based trapping agent for treating carbon dioxide containing radioactive carbon comprising an alkaline earth metal impregnated in the silica structure.

선택적으로, 상기 실리카 구조 내 유리 물질을 형성하기 위한 첨가제로서, 보론, 나트륨 및 칼륨 중 어느 하나 이상이 추가로 함침될 수 있다. Optionally, as an additive for forming a glass material in the silica structure, any one or more of boron, sodium and potassium may be further impregnated.

먼저, 본 발명에 따른 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제라 함은, 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 탄산염 형태로 포집하기 위한 유리 물질을 말하는 것으로, 상기 실리카계 포집제는 물에 분산된 상태일 수 있다. 상기 실리카계 포집제를 물에 분산시키는 경우, 상기 실리카계 포집제의 표면이 유리 상태에서 겔 상태로 변환될 수 있다. First, the silica-based collector for treating carbon dioxide containing radioactive carbon according to the present invention refers to a glass material for collecting carbon dioxide containing radioactive carbon in the form of a carbonate, and the silica-based collector may be in a dispersed state in water. . When the silica-based trapping agent is dispersed in water, the surface of the silica-based trapping agent may be converted from a glass state to a gel state.

구체적으로, 본 발명에 따른 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제는 유리 물질의 골격으로서, 실리카 구조를 포함한다. 상기 실리카 구조라 함은 산소(O)를 2개의 실리콘(Si)가 공유하는 형태를 의미하는 것으로, 결정 구조 또는 비결정 구조를 모두 포함하는 망상(network) 구조일 수 있다. Specifically, the silica-based scavenger for treating carbon dioxide containing radioactive carbon according to the present invention includes a silica structure as a skeleton of a glass material. The silica structure refers to a form in which oxygen (O) is shared by two silicon (Si), and may be a network structure including both a crystalline structure and an amorphous structure.

또한, 본 발명에 따른 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제는 상기 실리카 구조 내 함침된 알칼리 토금속을 포함한다. 상기 실리카계 포집제를 물에 분산시키는 경우, 상기 알칼리 토금속은 상기 실리카 구조에서 산소와 불안정한 이온 결합을 형성할 수 있다. 상기 실리카 구조에서 산소 및 스트론튬(Sr) 사이의 이온 결합을 나타낸 분자 수준 모식도는 도 1에 나타난 바와 같다. 따라서, 상기 알칼리 토금속이 상온 및 상압과 같은 온화한 조건에서도 방사성 탄소 함유 이산화탄소와 쉽게 반응할 수 있는 이점이 있다. In addition, the silica-based trapping agent for treating carbon dioxide containing radioactive carbon according to the present invention includes an alkaline earth metal impregnated in the silica structure. When the silica-based scavenger is dispersed in water, the alkaline earth metal may form an unstable ionic bond with oxygen in the silica structure. A molecular level schematic diagram showing the ionic bond between oxygen and strontium (Sr) in the silica structure is shown in FIG. 1 . Therefore, there is an advantage that the alkaline earth metal can easily react with carbon dioxide containing radioactive carbon even under mild conditions such as room temperature and atmospheric pressure.

보다 구체적으로, 상기 알칼리 토금속은 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 라듐(Ra), 마그네슘(Mg) 및 베릴륨(Be)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있고, 반지름 크기를 고려하면, 스트론튬(Sr) 또는 칼슘(Ca)을 포함하는 것이 바람직하고, 스트론튬(Sr)을 포함하는 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. More specifically, the alkaline earth metal may include at least one selected from the group consisting of strontium (Sr), calcium (Ca), barium (Ba), radium (Ra), magnesium (Mg), and beryllium (Be), Considering the radius size, it is preferable to include strontium (Sr) or calcium (Ca), and more preferably include strontium (Sr), but is not limited thereto.

한편, 본 발명에 따른 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제는 유리 물질로서, 실리카: 보론 산화물, 나트륨 산화물, 칼륨 산화물 또는 이들의 혼합물: 알칼리 토금속 산화물을 40: 30: 30 내지 30: 20: 50의 몰비로 포함할 수 있고, 37: 28: 35 내지 32: 23: 45의 몰비로 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. On the other hand, the silica-based collector for treating carbon dioxide containing radioactive carbon according to the present invention is a glass material, silica: boron oxide, sodium oxide, potassium oxide or a mixture thereof: alkaline earth metal oxide 40: 30: 30 to 30: 20: It may be included in a molar ratio of 50, preferably included in a molar ratio of 37: 28: 35 to 32: 23: 45, but is not limited thereto.

이때, 상기 실리카는 상기 실리카계 포집제의 유리 물질의 골격을 구성하는 역할을 한다. 또한, 상기 보론 산화물, 나트륨 산화물 또는 칼륨 산화물에서 산소는 상기 실리카와 반응하고, 보론, 나트륨 또는 칼륨은 상기 실리카 구조 내 함침된 상태로 각각 중추를 형성하고 점도 및 녹는점을 낮추기 위한 유리 물질을 형성하기 위한 첨가제로서 역할을 한다. 이때, 보론 또는 나트륨 대신, 칼륨을 사용하는 경우에는 칼륨의 큰 이온 반지름으로 유리 구조 내 더 큰 공간을 차지하고 있을 것으로 판단된다. 따라서, 물에 분산되었을 때, 칼륨이 물 속으로 녹아나와 알칼리 토금속(Sr, Ca 등)이 빠져나갈 수 있는 길을 열어주게 된다. 결과적으로, 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 포집하는 경우에는 보다 빠른 반응 속도를 기대할 수 있다. 또한, 상기 알칼리 토금속 산화물에서 산소는 상기 실리카와 반응하고, 알칼리 토금속은 상기 실리카 구조 내 함침된 상태로 방사성 탄소 함유 이산화탄소와 반응하기 위한 것으로, 상기 알칼리 토금속 산화물은 최대한 높은 몰비로 포함되는 것이 바람직하나, 몰비가 너무 높은 경우에는 실리카 구조가 유리 물질의 골격을 온전히 형성하지 못하는 문제점이 있다. In this case, the silica serves to constitute a skeleton of the glass material of the silica-based collector. In addition, in the boron oxide, sodium oxide or potassium oxide, oxygen reacts with the silica, and boron, sodium or potassium is impregnated in the silica structure to form a backbone, respectively, to form a glass material for lowering the viscosity and melting point It serves as an additive for At this time, when potassium is used instead of boron or sodium, it is determined that a larger space is occupied in the glass structure due to the large ionic radius of potassium. Therefore, when dispersed in water, potassium dissolves into the water and opens a way for alkaline earth metals (Sr, Ca, etc.) to escape. As a result, a faster reaction rate can be expected in the case of capturing radiocarbon-containing carbon dioxide. In addition, in the alkaline earth metal oxide, oxygen reacts with the silica, and the alkaline earth metal reacts with radioactive carbon-containing carbon dioxide in an impregnated state in the silica structure, and the alkaline earth metal oxide is preferably included in a molar ratio as high as possible. , when the molar ratio is too high, there is a problem in that the silica structure does not completely form the skeleton of the glass material.

방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템 및 방법Radiocarbon-containing carbon dioxide treatment system and method

본 발명은 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 공급하기 위한 이산화탄소 가스 실린더; 상기 공급된 이산화탄소를 액화 및 탄산염으로 변환시키기 위한 이산화탄소 포집 반응기; 및 상기 포집되지 않은 이산화탄소의 발생을 검출하기 위한 이산화탄소 검출기를 포함하고, 상기 이산화탄소 포집 반응기는 상기 실리카계 포집제를 포함하는, 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템을 제공한다. The present invention is a carbon dioxide gas cylinder for supplying carbon dioxide containing radioactive carbon; a carbon dioxide capture reactor for converting the supplied carbon dioxide into liquefaction and carbonate; and a carbon dioxide detector for detecting the generation of the non-captured carbon dioxide, wherein the carbon dioxide capture reactor includes the silica-based scavenger.

먼저, 본 발명에 따른 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템은 이산화탄소 가스 실린더; 이산화탄소 포집 반응기; 및 이산화탄소 검출기를 포함하고, 선택적으로, 원심분리기를 추가로 포함할 수 있으며, 각 장치는 튜빙을 통해 연결된 상태일 수 있다. First, the system for treating carbon dioxide containing radioactive carbon according to the present invention includes a carbon dioxide gas cylinder; carbon dioxide capture reactor; and a carbon dioxide detector, and optionally, a centrifuge, and each device may be connected via tubing.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템을 나타낸 모식도로서, 이산화탄소 가스 실린더(10); 이산화탄소 포집 반응기(20); 및 이산화탄소 검출기(30)를 포함하여 구성된다. 2 is a schematic diagram showing a carbon dioxide treatment system containing radioactive carbon according to an embodiment of the present invention, a carbon dioxide gas cylinder 10; carbon dioxide capture reactor 20; and a carbon dioxide detector 30 .

구체적으로, 본 발명에 따른 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템은 이산화탄소 가스 실린더를 포함하는데, 상기 이산화탄소 가스 실린더는 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 공급하기 위한 역할을 한다. 상기 이산화탄소 가스 실린더 후단에 순차적으로 메인 밸브(main valve), 조절 장치(regulator) 및 니들 밸브(needle valve)를 추가로 포함할 수 있다. Specifically, the system for treating carbon dioxide containing radioactive carbon according to the present invention includes a carbon dioxide gas cylinder, wherein the carbon dioxide gas cylinder serves to supply carbon dioxide containing radioactive carbon. A main valve, a regulator, and a needle valve may be further included sequentially at the rear end of the carbon dioxide gas cylinder.

이를 위해, 상기 이산화탄소 가스 실린더에 방사성 탄소 함유 탄소 폐기물 가스 및 선택적으로, 촉매가 투입될 수 있고, 이는 산소 또는 공기 하에서 이루어질 수 있다. 또한, 상기 이산화탄소 가스 실린더는 방사성 탄소 함유 탄소 폐기물 가스로부터 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 발생시키기 위한 온도 및 압력 조건을 유지할 필요가 있고, 40℃ 내지 200℃의 온도 및 10-1 Pa 내지 105 Pa의 압력 조건을 유지하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. To this end, the carbon dioxide gas cylinder may be charged with a carbon waste gas containing radioactive carbon and optionally a catalyst, which may be carried out under oxygen or air. In addition, the carbon dioxide gas cylinder needs to maintain temperature and pressure conditions for generating radioactive carbon-containing carbon dioxide from radioactive carbon-containing carbon waste gas, and a temperature of 40° C. to 200° C. and a pressure of 10 -1 Pa to 10 5 Pa. It is preferable to maintain the conditions, but is not limited thereto.

또한, 본 발명에 따른 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템은 이산화탄소 포집 반응기를 포함하는데, 상기 이산화탄소 포집 반응기는 상기 공급된 이산화탄소를 액화 및 탄산염으로 변환시키기 위한 역할을 한다. 상기 이산화탄소 포집 반응기는 다수 개가 직렬로 연결될 수도 있다. In addition, the radiocarbon-containing carbon dioxide treatment system according to the present invention includes a carbon dioxide capture reactor, wherein the carbon dioxide capture reactor serves to convert the supplied carbon dioxide into liquefaction and carbonate. A plurality of the carbon dioxide capture reactor may be connected in series.

상기 이산화탄소 포집 반응기로 공급되는 이산화탄소의 속도는 0.5 ml/분 내지 5.0 ml/분일 수 있고, 0.5 ml/분 내지 2.0 ml/분인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 상기 이산화탄소 포집 반응기로 공급되는 이산화탄소의 속도가 상기 범위에 비해 빨라지는 경우, 포집되지 않은 잉여의 이산화탄소의 발생이 과다해지는 문제점이 생긴다. The rate of carbon dioxide supplied to the carbon dioxide capture reactor may be 0.5 ml/min to 5.0 ml/min, preferably 0.5 ml/min to 2.0 ml/min, but is not limited thereto. At this time, when the speed of carbon dioxide supplied to the carbon dioxide capture reactor is increased compared to the above range, there is a problem in that excessive generation of uncollected carbon dioxide occurs.

특히, 상기 이산화탄소 포집 반응기는 상기 실리카계 포집제를 포함하는 것으로, 상기 실리카계 포집제는 물에 분산될 수 있다. 상기 이산화탄소 포집 반응기는 물 및 실리카계 포집제를 분산시키기 위한 교반 장치를 구비할 수 있다. 이때, "실리카계 포집제", 특히, "물에 분산된 실리카 포집제"에 대해서는 전술한바 있으므로, 중복 설명을 생략하기로 한다. In particular, the carbon dioxide trapping reactor includes the silica-based trapping agent, and the silica-based trapping agent may be dispersed in water. The carbon dioxide capture reactor may be equipped with a stirring device for dispersing the water and the silica-based collector. At this time, since the "silica-based collector", in particular, the "silica collector dispersed in water" has been described above, a redundant description thereof will be omitted.

상기 이산화탄소 포집 반응기는 상기 물 100 ml에 대하여, 상기 실리카계 포집제 1 g 내지 10 g을 포함할 수 있고, 상기 실리카계 포집제 2 g 내지 6 g을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이는 포집되지 않은 잉여의 이산화탄소의 발생을 최소화하기 위해 설정된 함량이다. The carbon dioxide trapping reactor may include 1 g to 10 g of the silica-based trapping agent with respect to 100 ml of the water, and preferably includes 2 g to 6 g of the silica-based trapping agent, but is not limited thereto. This is the content set to minimize the generation of excess carbon dioxide that is not captured.

상기 이산화탄소 포집 반응기에서 상기 실리카계 포집제의 분산은 100 rpm 내지 1,000 rpm 조건에서 수행될 수 있고, 300 rpm 내지 1,000 rpm 조건에서 수행되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이로써, 상기 실리카계 포집제를 물에 잘 분산시킬 수 있다. Dispersion of the silica-based trapping agent in the carbon dioxide trapping reactor may be performed at 100 rpm to 1,000 rpm conditions, and preferably performed at 300 rpm to 1,000 rpm conditions, but is not limited thereto. Accordingly, the silica-based collector can be well dispersed in water.

상기 실리카계 포집제에서 알칼리 토금속은 방사성 탄소 함유 이산화탄소와 쉽게 반응할 수 있는 이점이 있기 때문에, 상기 이산화탄소 포집 반응기는 상온 및 상압과 같은 온화한 조건을 유지해도 충분한 이점을 가진다. 따라서, 상기 이산화탄소 포집 반응기는 20℃ 내지 40℃의 온도 및 0.5 atm 내지 1.5 atm의 압력 조건을 유지하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 이산화탄소 포집 반응은 5시간 이내, 바람직하게는 1시간 내지 3시간 동안 수행될 수 있다. Since the alkaline earth metal in the silica-based trapping agent has an advantage that it can easily react with carbon dioxide containing radioactive carbon, the carbon dioxide trapping reactor has sufficient advantages even when maintaining mild conditions such as room temperature and atmospheric pressure. Therefore, it is preferable that the carbon dioxide capture reactor maintain a temperature of 20° C. to 40° C. and a pressure condition of 0.5 atm to 1.5 atm, but is not limited thereto. In addition, the carbon dioxide capture reaction may be performed within 5 hours, preferably for 1 hour to 3 hours.

선택적으로, 상기 이산화탄소 포집 반응기에서 변환되는 탄산염(혹은, 탄산염이 포집된 실리카계 포집제)을 분리하기 위한 원심분리기를 추가로 포함할 수 있다. Optionally, it may further include a centrifuge for separating the carbonate (or the silica-based trapping agent in which the carbonate is collected) converted in the carbon dioxide capture reactor.

또한, 본 발명에 따른 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템은 이산화탄소 검출기를 포함하는데, 상기 이산화탄소 검출기는 상기 포집되지 않은 잉여의 이산화탄소의 발생을 검출하기 위한 역할을 한다. 이는 연속적 및 실시간으로 확인될 수 있다. In addition, the radiocarbon-containing carbon dioxide treatment system according to the present invention includes a carbon dioxide detector, wherein the carbon dioxide detector serves to detect the generation of the excess carbon dioxide that is not captured. This can be checked continuously and in real time.

또한, 본 발명은 이산화탄소 포집 반응기에 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 공급하여 액화시키는 단계; 상기 공급된 이산화탄소를 상기 실리카계 포집제와 반응시켜 탄산염으로 변환시키는 단계; 및 상기 탄산염이 포집된 실리카계 포집제를 분리하는 단계를 포함하는, 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 방법을 제공한다. 혹은, 상기 방법에 전술한 "방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템"을 적용할 수 있다. In addition, the present invention comprises the steps of supplying carbon dioxide containing carbon dioxide to the carbon dioxide capture reactor to liquefy; converting the supplied carbon dioxide into carbonate by reacting with the silica-based scavenger; And it provides a method for treating carbon dioxide containing radioactive carbon, comprising the step of separating the silica-based trapping agent in which the carbonate is collected. Alternatively, the above-described "radiocarbon-containing carbon dioxide treatment system" may be applied to the method.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제는 실리카 구조; 및 상기 실리카 구조 내 함침된 알칼리 토금속을 포함하는 것을 특징으로 하는바, 상기 실리카계 포집제를 물에 분산시키는 경우, 상기 실리카계 포집제는 겔 상태가 될 수 있고, 상기 알칼리 토금속은 상기 실리카 구조에서 산소와 불안정한 이온 결합을 형성함으로써, 상기 알칼리 토금속이 상온 및 상압과 같은 온화한 조건에서도 방사성 탄소 함유 이산화탄소와 쉽게 반응할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 고효율(빠른 반응 속도(1.7 mmol/gh 이상) 및 높은 포집 용량(4.20 mmol/g 이상))로 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 포집할 수 있다. As described above, the silica-based scavenger for the treatment of carbon dioxide containing radioactive carbon according to the present invention has a silica structure; and an alkaline earth metal impregnated in the silica structure. When the silica-based collector is dispersed in water, the silica-based collector may be in a gel state, and the alkaline earth metal is the silica structure. By forming an unstable ionic bond with oxygen, there is an advantage that the alkaline earth metal can easily react with carbon dioxide containing radioactive carbon even under mild conditions such as room temperature and atmospheric pressure. Therefore, it is possible to capture radiocarbon-containing carbon dioxide with high efficiency (fast reaction rate (1.7 mmol/gh or more) and high capture capacity (4.20 mmol/g or more)).

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are presented to help the understanding of the present invention. However, the following examples are only provided for easier understanding of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

[실시예][Example]

실시예 1Example 1

(1) SiO2, B2O3, Na2O 및 SrO를 35: 20: 5: 40의 몰비로 혼합한 후, 백금 도가니에 넣었다. 이후, 1350℃에서 2 시간 동안 용융시킨 다음, 급랭하여 분쇄하였으며, planetary mill로 분쇄 후, 자동 체(auto sieve)를 통해 일정한 크기로 회수함으로써 실리카계 포집제를 제조하였다. 이때, 실리카계 포집제의 SEM 이미지, XRD 패턴 및 TGA 곡선은 도 3(a), 도 4 및 도 5(a)를 통해 각각 확인된다. 그 다음, 이산화탄소 포집 반응기(20)에 초순수 50 ml 및 실리카계 포집제 2g을 첨가한 다음, 반응기 뚜껑을 닫아 두었다. 이후, 이산화탄소 포집 반응기(20)에 구비된 교반 장치를 이용하여 500 rpm의 높은 속도로 교반하여 실리카계 포집제를 초순수에 잘 분산시켰다. (1) SiO 2 , B 2 O 3 , Na 2 O and SrO were mixed in a molar ratio of 35: 20: 5: 40, and then placed in a platinum crucible. Thereafter, it was melted at 1350° C. for 2 hours, then quenched and pulverized, and then pulverized with a planetary mill, and recovered to a predetermined size through an auto sieve to prepare a silica-based trapping agent. At this time, the SEM image, XRD pattern, and TGA curve of the silica-based collector are confirmed through FIGS. 3 (a), 4 and 5 (a), respectively. Then, 50 ml of ultrapure water and 2 g of a silica-based trapping agent were added to the carbon dioxide trapping reactor 20, and then the reactor lid was closed. Thereafter, the silica-based trapping agent was well dispersed in ultrapure water by stirring at a high speed of 500 rpm using a stirring device provided in the carbon dioxide trapping reactor 20 .

(2) 산소 또는 공기 하에서 방사성 탄소 함유 탄소 폐기물 가스 및 백금 촉매를 이산화탄소 가스 실린더(10)에 투입하여 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 발생시키는 대신, 모의 실험으로서, 이산화탄소를 이산화탄소 가스 실린더(10)에 투입하여 이산화탄소를 발생시켰다. 이산화탄소 가스 실린더(10) 후단에 위치한 메인 밸브(main valve)를 열어, 발생한 이산화탄소를 플라스틱 튜빙을 따라 1 ml/분의 속도로 조절 장치(regulator)로 이동시켰다. 이후, 조절 장치(regulator) 후단에 위치한 니들 밸브(needle valve)를 열어, 이동시킨 이산화탄소를 플라스틱 튜빙을 따라 이산화탄소 포집 반응기(20)로 공급하였다. (2) Instead of generating radioactive carbon-containing carbon dioxide by injecting radioactive carbon-containing carbon waste gas and platinum catalyst into the carbon dioxide gas cylinder 10 under oxygen or air, as a simulation experiment, carbon dioxide is introduced into the carbon dioxide gas cylinder 10 carbon dioxide was generated. By opening the main valve located at the rear end of the carbon dioxide gas cylinder 10, the generated carbon dioxide was moved along the plastic tubing at a rate of 1 ml/min to the regulator. Thereafter, a needle valve located at the rear end of the regulator was opened, and the moved carbon dioxide was supplied to the carbon dioxide capture reactor 20 along the plastic tubing.

(3) 공급된 이산화탄소를 25℃의 온도 및 1 atm의 압력 조건을 유지하는 이산화탄소 포집 반응기(20)에서 3 시간 동안 액화시킨 다음 탄산염으로 변환시키는 반응을 진행하였고, 수용액에서 생성되는 방울을 통해 반응이 진행되는지 여부를 확인하였다. (3) The supplied carbon dioxide was liquefied for 3 hours in the carbon dioxide capture reactor 20 maintaining a temperature of 25° C. and a pressure of 1 atm, and then a reaction of converting it into carbonate was carried out, and the reaction was carried out through droplets generated in the aqueous solution. Check whether this is going on.

(4) 이산화탄소 검출기(30)를 통해 포집되지 않은 이산화탄소의 발생을 연속적 및 실시간으로 확인하였다. (4) The generation of uncollected carbon dioxide was continuously and real-time confirmed through the carbon dioxide detector 30 .

(5) 이산화탄소 포집 반응이 끝난 후, 원심분리기(도면 미도시)를 통해 탄산염이 포집된 실리카계 포집제 및 수용액을 분리하고 회수하였고, 수용액은 희석하여 농도 측정에 사용하였고, 탄산염이 포집된 실리카계 포집제는 완전히 건조시킨 다음 정량 및 정성 분석에 사용하였다. 이때, 탄산염이 포집된 실리카계 포집제의 SEM 이미지, XRD 패턴 및 TGA 곡선은 도 3(b), 도 4 및 도 5(a)-(b)를 통해 각각 확인된다. 또한, 탄산염이 포집된 실리카계 포집제로부터 계산된 이산화탄소 포집량은 도 6(a)을 통해 확인된다. 한편, 수용액은 시간대별로 희석하여 농도 측정에 사용하였다. 이때, 수용액 내 Sr2+의 농도는 도 7을 통해 확인된다. (5) After the carbon dioxide capture reaction was completed, the silica-based collector and the aqueous solution in which the carbonate was collected were separated and recovered through a centrifugal separator (not shown), and the aqueous solution was diluted and used for concentration measurement, and the silica in which the carbonate was collected The system collector was completely dried and then used for quantitative and qualitative analysis. At this time, the SEM image, XRD pattern, and TGA curve of the silica-based collector in which the carbonate is collected are confirmed through FIGS. 3(b), 4 and 5(a)-(b), respectively. In addition, the carbon dioxide capture amount calculated from the silica-based trapping agent in which the carbonate is collected is confirmed through FIG. On the other hand, the aqueous solution was diluted for each time period and used for concentration measurement. At this time, the concentration of Sr 2+ in the aqueous solution is confirmed through FIG. 7 .

도 3(a)에 나타난 바와 같이, 이산화탄소와 반응하기 전 실시예 1에 따른 실리카계 포집제의 평균 입자 크기는 약 100 ㎛ 이하(약 75 ㎛)로 미세한 수준인 것으로 확인되나, 도 3(b)에 나타난 바와 같이, 이산화탄소와 반응한 후 실시예 1에 따른 실리카계 포집제는 광물화(탄산화) 반응이 진행되어, SrCO3가 다수 생성된 것으로 확인된다. As shown in FIG. 3(a), the average particle size of the silica-based trapping agent according to Example 1 before reacting with carbon dioxide was found to be at a fine level of about 100 µm or less (about 75 µm), but FIG. 3(b) ), after reacting with carbon dioxide, the silica-based trapping agent according to Example 1 undergoes a mineralization (carbonation) reaction, and it is confirmed that a large number of SrCO 3 is generated.

도 4에 나타난 바와 같이, 이산화탄소와 반응하기 전 실시예 1에 따른 실리카계 포집제와 달리, 이산화탄소와 반응한 후 실시예 1에 따른 실리카계 포집제는 표시된 부분에서 XRD 피크가 확인되는바, 이는 SrCO3의 생성으로 인한 것으로 확인된다. As shown in FIG. 4 , unlike the silica-based trapping agent according to Example 1 before reacting with carbon dioxide, the silica-based trapping agent according to Example 1 after reacting with carbon dioxide shows an XRD peak at the indicated portion, which is It is confirmed that this is due to the production of SrCO 3 .

도 5에 나타난 바와 같이, 이산화탄소와 반응하기 전 실시예 1에 따른 실리카계 포집제와 달리, 이산화탄소와 반응한 후 실시예 1에 따른 실리카계 포집제는 600℃에서 TGA 곡선의 급격한 변화가 관찰되는데, 이는 탄산염의 열분해로 인한 것으로 볼 수 있다. 5, unlike the silica-based trapping agent according to Example 1 before reacting with carbon dioxide, the silica-based trapping agent according to Example 1 after reacting with carbon dioxide shows a sharp change in the TGA curve at 600°C. , this may be attributed to the thermal decomposition of carbonate.

도 6(a)에 나타난 바와 같이, 이산화탄소와 반응한 후 실시예 1에 따른 실리카계 포집제로부터 이산화탄소 포집량(CO2 capacity)을 하기 식을 통해 계산하였다:As shown in FIG. 6(a), after reacting with carbon dioxide, the amount of carbon dioxide capture (CO 2 capacity) from the silica-based scavenger according to Example 1 was calculated through the following formula:

CO2 capacity (mmol CO2/g adsorbent) =

Figure 112019083464425-pat00001
CO 2 capacity (mmol CO 2 /g adsorbent) =
Figure 112019083464425-pat00001

여기서, X는

Figure 112019083464425-pat00002
이고, A는 이산화탄소가 분해되기 시작하는 600 ℃의 온도에서 TGA로부터 획득된 중량 %이고, B는 TGA 곡선이 안정된 경우에 중량 %이다. where X is
Figure 112019083464425-pat00002
, A is the weight % obtained from TGA at a temperature of 600° C. at which carbon dioxide begins to decompose, and B is the weight % when the TGA curve is stable.

그 결과, 고효율(빠른 반응 속도(1.7 mmol/gh) 및 높은 포집 용량(4.26 mmol/g))로 이산화탄소를 포집할 수 있는 것으로 확인된다.As a result, it is confirmed that carbon dioxide can be captured with high efficiency (fast reaction rate (1.7 mmol/gh) and high capture capacity (4.26 mmol/g)).

도 7에 나타난 바와 같이, 이산화탄소와 반응하기 전에는, 실리카계 포집제로부터 Sr2+가 수용액 내 침출되어, 수용액 내 Sr2+의 농도가 매우 높은 상태인 것으로 확인된다. 다만, 이산화탄소와 반응이 시작되면서, 수용액 내 Sr2+의 농도가 급격하게 줄어드는 것으로 확인된다. As shown in FIG. 7 , before the reaction with carbon dioxide, Sr 2+ was leached from the silica-based trapping agent in the aqueous solution, and it was confirmed that the concentration of Sr 2+ in the aqueous solution was very high. However, as the reaction with carbon dioxide starts, it is confirmed that the concentration of Sr 2+ in the aqueous solution is rapidly reduced.

실시예 2Example 2

Na2O 대신 K2O를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 포집 반응을 수행하였다. A carbon dioxide capture reaction was performed in the same manner as in Example 1, except that K 2 O was used instead of Na 2 O.

도 6(b)에 나타난 바와 같이, 이산화탄소와 반응한 후 실시예 2에 따른 실리카계 포집제로부터 이산화탄소 포집량(CO2 capacity)을 상기 식을 통해 계산하였다. 그 결과, 실시예 1에 따른 실리카계 포집제의 포집 용량(4.26 mmol/g)에 비해 포집 용량(4.20 mmol/g)은 다소 저하되나, 특히 빠른 반응 속도(2.1 mmol/gh)로 이산화탄소를 포집할 수 있는 것으로 확인된다.As shown in FIG. 6(b), after reacting with carbon dioxide, the amount of carbon dioxide capture (CO 2 capacity) from the silica-based scavenger according to Example 2 was calculated through the above formula. As a result, the collection capacity (4.20 mmol/g) is somewhat lower than that of the silica-based collector according to Example 1 (4.26 mmol/g), but carbon dioxide is captured at a particularly fast reaction rate (2.1 mmol/gh). confirmed that it can be done.

실시예 3Example 3

SrO 대신 CaO를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 포집 반응을 수행하였다. A carbon dioxide capture reaction was performed in the same manner as in Example 1, except that CaO was used instead of SrO.

도 6(c)에 나타난 바와 같이, 이산화탄소와 반응한 후 실시예 3에 따른 실리카계 포집제로부터 이산화탄소 포집량(CO2 capacity)을 상기 식을 통해 계산하였다. 그 결과, 실시예 1에 따른 실리카계 포집제에 비해 효율 및 포집 용량을 다소 저하되나, 여전히 고효율(빠른 반응 속도(1.476 mmol/gh) 및 높은 포집 용량(3.69 mmol/g))로 이산화탄소를 포집할 수 있는 것으로 확인된다.As shown in FIG. 6(c) , after reacting with carbon dioxide, the carbon dioxide capture amount (CO 2 capacity) from the silica-based scavenger according to Example 3 was calculated through the above formula. As a result, the efficiency and capture capacity are somewhat lowered compared to the silica-based collector according to Example 1, but carbon dioxide is still captured with high efficiency (fast reaction rate (1.476 mmol/gh) and high capture capacity (3.69 mmol/g)) confirmed that it can be done.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (13)

실리카 구조; 및
상기 실리카 구조 내 함침된 알칼리 토금속을 포함하는 유리 물질을 포함하는
방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제.
silica structure; and
a glass material comprising an alkaline earth metal impregnated in the silica structure;
Silica-based trapping agent for carbon dioxide treatment containing radioactive carbon.
제1항에 있어서,
상기 실리카계 포집제는 물에 분산된 상태인, 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제.
According to claim 1,
The silica-based collector is a silica-based collector for the treatment of carbon dioxide containing radioactive carbon in a dispersed state in water.
제2항에 있어서, 상기 물에 분산된 실리카계 포집제는, 표면이 겔 상태인, 방사성 탄소 함유이산화탄소 처리용 실리카계 포집제.
The silica-based trapping agent for treating radiocarbon-containing carbon dioxide according to claim 2, wherein the silica-based trapping agent dispersed in water has a gel-like surface.
제1항에 있어서,
상기 실리카 구조 내 첨가제로서, 보론, 나트륨 및 칼륨 중 하나 이상이 추가로 함침된, 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제.
According to claim 1,
As an additive in the silica structure, at least one of boron, sodium and potassium is further impregnated, a silica-based scavenger for treating carbon dioxide containing radioactive carbon.
제4항에 있어서,
상기 실리카계 포집제는 실리카: 보론 산화물, 나트륨 산화물, 칼륨 산화물 또는 이들의 혼합물: 알칼리 토금속 산화물을 40: 30: 30 내지 30: 20: 50의 몰비로 포함하는, 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제.
5. The method of claim 4,
The silica-based scavenger is silica: boron oxide, sodium oxide, potassium oxide or a mixture thereof: an alkaline earth metal oxide in a molar ratio of 40: 30: 30 to 30: 20: 50, radiocarbon-containing silica-based carbon dioxide treatment collector.
제1항에 있어서,
상기 알칼리 토금속은 상기 실리카 구조 내에서 산소와 이온 결합을 형성하는, 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제.
According to claim 1,
The alkaline earth metal forms an ionic bond with oxygen in the silica structure, a silica-based scavenger for treating carbon dioxide containing radioactive carbon.
제1항에 있어서,
상기 알칼리 토금속은 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 라듐(Ra), 마그네슘(Mg) 및 베릴륨(Be)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는, 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리용 실리카계 포집제.
According to claim 1,
The alkaline earth metal includes at least one selected from the group consisting of strontium (Sr), calcium (Ca), barium (Ba), radium (Ra), magnesium (Mg) and beryllium (Be), for carbon dioxide treatment containing radioactive carbon Silica-based trapping agent.
방사성 탄소 함유 이산화탄소를 공급하기 위한 이산화탄소 가스 실린더;
상기 공급된 이산화탄소를 액화 및 탄산염으로 변환시켜 포집하기 위한 이산화탄소 포집 반응기; 및
상기 이산화탄소 포집 반응기에서 포집되지 않은 이산화탄소의 발생을 검출하기 위한 이산화탄소 검출기를 포함하고,
상기 이산화탄소 포집 반응기는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 실리카계 포집제를 포함하는, 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템.
a carbon dioxide gas cylinder for supplying carbon dioxide containing radioactive carbon;
a carbon dioxide capture reactor for collecting the supplied carbon dioxide by converting it into liquefaction and carbonate; and
A carbon dioxide detector for detecting the generation of carbon dioxide not captured in the carbon dioxide capture reactor,
The carbon dioxide capture reactor comprises a silica-based scavenging agent according to any one of claims 1 to 7, a carbon dioxide treatment system containing radioactive carbon.
제8항에 있어서,
상기 이산화탄소 포집 반응기는 물을 포함하되, 상기 물 100 ml에 대하여, 상기 실리카계 포집제 1 g 내지 10 g을 포함하는, 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템.
9. The method of claim 8,
The carbon dioxide capture reactor includes water, with respect to 100 ml of the water, 1 g to 10 g of the silica-based trapping agent is included, a radiocarbon-containing carbon dioxide treatment system.
삭제delete 제8항에 있어서,
상기 이산화탄소 포집 반응기는 20℃ 내지 40℃의 온도 및 0.5 atm 내지 1.5 atm의 압력 조건을 유지하는, 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템.
9. The method of claim 8,
The carbon dioxide capture reactor maintains a temperature of 20 ° C. to 40 ° C. and a pressure condition of 0.5 atm to 1.5 atm, a carbon dioxide treatment system containing radioactive carbon.
제8항에 있어서,
상기 이산화탄소 포집 반응기에서 변환되는 탄산염을 분리하기 위한 원심분리기를 추가로 포함하는, 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 시스템.
9. The method of claim 8,
A carbon dioxide treatment system containing radioactive carbon, further comprising a centrifuge for separating carbonate converted in the carbon dioxide capture reactor.
이산화탄소 포집 반응기에 방사성 탄소 함유 이산화탄소를 공급하여 액화시키는 단계;
상기 공급된 이산화탄소를 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 실리카계 포집제와 반응시켜 탄산염으로 변환시키는 단계; 및
상기 탄산염이 포집된 실리카계 포집제를 분리하는 단계를 포함하는, 방사성 탄소 함유 이산화탄소 처리 방법.
supplying carbon dioxide containing radioactive carbon to a carbon dioxide capture reactor and liquefying it;
converting the supplied carbon dioxide into carbonate by reacting it with the silica-based scavenger according to any one of claims 1 to 7; and
A method for treating carbon dioxide containing radioactive carbon, comprising the step of separating the silica-based scavenger in which the carbonate is collected.
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KR102092940B1 (en) * 2013-04-15 2020-03-24 삼성전자주식회사 Carbon dioxide gas adsorbents and production methods thereof, carbon dioxide capture modules comprising the same, and methods for separating carbon dioxide using the same
KR101871948B1 (en) * 2016-06-24 2018-06-27 고려대학교 산학협력단 Carbon dioxide conversion reactor, series reactors for carbon dioxide conversion and capture, and carbon dioxide conversion process using series reactors
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