KR102517786B1 - Absorbing material for immobilization of radioiodine via interzeolite transformation to sodalite and immobilization method of radioiodine - Google Patents

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본 발명은 방사성 요오드가 흡착된 FAU 제올라이트로서, 상기 FAU 제올라이트는 Na-X 제올라이트이고, 상기 Na-X 제올라이트는 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간(Interzeolite) 변환되어 상기 방사성 요오드가 소달라이트-케이지(sod-cage) 내에 고정된 것을 특징으로 하는 소달라이트 구조로 제올라이트간 변환을 통한 방사성 요오드 고정화용 흡착 물질을 제공한다. Na-X는 Ag-X보다 CH3I 흡착 능력이 낮았지만 흡착 요오드의 98%를 고정시킬 수 있었다. The present invention is a FAU zeolite to which radioactive iodine is adsorbed, wherein the FAU zeolite is a Na-X zeolite, and the Na-X zeolite is converted into a sodalite (SOD) structure by interzeolite conversion, so that the radioactive iodine is sodalite -Provides an adsorption material for immobilizing radioactive iodine through conversion between zeolites with a sodalite structure characterized in that it is fixed in a cage ( sod -cage). Although Na-X had lower CH 3 I adsorption capacity than Ag-X, it was able to fix 98% of the adsorbed iodine.

Description

소달라이트 구조로 제올라이트간 변환을 통한 방사성 요오드 고정화용 흡착 물질 및 방사성 요오드 고정화 방법{ABSORBING MATERIAL FOR IMMOBILIZATION OF RADIOIODINE VIA INTERZEOLITE TRANSFORMATION TO SODALITE AND IMMOBILIZATION METHOD OF RADIOIODINE}Absorbing material for immobilizing radioactive iodine through conversion between zeolites into sodalite structure and method for immobilizing radioactive iodine

본 발명은 소달라이트 구조로 제올라이트간 변환을 통한 방사성 요오드 고정화용 흡착 물질 및 방사성 요오드 고정화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an adsorption material for immobilizing radioactive iodine and a method for immobilizing radioactive iodine through conversion between zeolites into a sodalite structure.

2011년 후쿠시마 원전 참사를 계기로 각종 방사성 원소가 환경에 방출되면서 상기 방사성 원소의 위험에 대한 국민의 인식이 높아졌다. 그 중에서, 방사성 요오드는 대표적인 방사성 원소이다. 갑상선이 요오드를 쉽게 흡수하기 때문에 인간 갑상선암을 일으킨다. 대표적인 방사성 요오드 동위원소는 131I와 129I이다.As various radioactive elements were released into the environment following the Fukushima nuclear disaster in 2011, public awareness of the dangers of the radioactive elements has increased. Among them, radioactive iodine is a typical radioactive element. Because the thyroid readily absorbs iodine, it causes thyroid cancer in humans. Representative radioactive isotopes of iodine are 131 I and 129 I.

131I는 8일의 짧은 반감기와 고도의 방사능을 가지고 있다. 그러나 129I 는 1.6 X 107년의 비교적 긴 반감기와 대부분의 지질학적 환경에서 높은 이동성을 가지고 있어 가장 높은 복용량 기여자 중 하나이다. 심각한 원전사고가 발생하면 방사성 요오드화합물 중 가장 큰 비중을 차지하는 요오드화 메틸(CH3I)과 같은 유기 요오드화합물 형태로 대기 중으로 방사성 요오드가 배출될 수 있다. 원전사고에서 방출된 가스에 포함된 휘발성 CH3I를 선택적으로 제거하기 위해 제올라이트 등의 흡착제를 사용한 건식 여과 시스템을 사용하여 CH3I를 포획하여 흡착물 내에 흡착할 수 있다. 131 I has a short half-life of 8 days and is highly radioactive. However, 129I has a relatively long half-life of 1.6 X 10 7 years and high mobility in most geological environments, making it one of the highest dose contributors. When a serious nuclear power plant accident occurs, radioactive iodine may be released into the atmosphere in the form of organic iodine compounds such as methyl iodide (CH 3 I), which accounts for the largest proportion of radioactive iodine compounds. In order to selectively remove volatile CH 3 I contained in gas emitted from a nuclear power plant accident, a dry filtration system using an adsorbent such as zeolite may be used to capture CH 3 I and adsorb it into an adsorbate.

많은 연구에서 다양한 금속 이온 교환 제올라이트를 사용한 CH3I의 흡착 제거에 대해 조사하였다. 유사한 금속 함량을 가지며 다양한 금속으로 이온 교환 Y 제올라이트(프레임워크 타입 FAU) 평가에서 Ag-Y와 Cu-Y가 가장 높은 흡착 성능을 보였다.A number of studies have investigated the adsorptive removal of CH 3 I using various metal ion exchange zeolites. In the evaluation of ion exchange Y zeolites (framework type FAU) with various metals with similar metal contents, Ag-Y and Cu-Y showed the highest adsorption performance.

다른 요오드화 금속물과 비교했을 때, 요오드화 은(AgI)와 요오드화 구리(CuI)는 용해도가 훨씬 낮은 제품(각각 25 ℃에서 Ksp= 8.5 X 10-17, 1.1 X 10-12)이기 때문에 비교적 강한 금속성 화학 결합을 가지고 있다. Ag로 이온 교환한 다양한 Zeolite 구조에 대한 CH3I 흡착 성능의 비교도 보고되었다. CH3I가 Ag-zeolite에 흡착될 때, Ag+는 I-와 결합되어 AgI의 형태로 저장될 수 있으며, CH3 +는 zeolite 프레임워크 음전하 또는 추가 프레임워크 OH-에 결합된다. 다양한 Ag-zeolite 구조 중 Ag-X(FAU)와 Ag-Y는 가장 높은 수용 용량을 보였다. 반면, Na+와 같은 다른 양이온과 교환된 zeolite 흡착물도 Ag-zeolite만큼 좋은 CH3I 흡착 능력을 보였다.Compared to other metal iodides, silver iodide (AgI) and copper iodide (CuI) are products with much lower solubility (Ksp = 8.5 X 10 -17 , 1.1 X 10 -12 at 25 °C, respectively), so they have relatively strong metallic properties. have chemical bonds. A comparison of CH 3 I adsorption performance for various zeolite structures ion-exchanged with Ag has also been reported. When CH 3 I is adsorbed on Ag-zeolite, Ag + can be combined with I - and stored in the form of AgI, and CH 3 + is bonded to the negatively charged zeolite framework or to an additional framework OH - . Among various Ag-zeolite structures, Ag-X(FAU) and Ag-Y showed the highest capacity. On the other hand, zeolite adsorbates exchanged with other cations such as Na + also showed good CH 3 I adsorption capacity as Ag-zeolite.

유해물질의 제거 흡착에 사용되는 다른 기술과 달리, 흡착제의 촉매 변환과 재생에 의해 방사성 동위원소를 제거할 필요는 없다. 안전을 위해 흡착된 방사성 원소를 영구적으로 고정시키는 것이 훨씬 더 중요하다. CH3I를 흡착하여 제올라이트 구조 내부에 형성된 메탈 요오드 화합물은 예를 들어 요오드화 나트륨(NaI)(ca. 3.1 Å)와 AgI(ca. 2.8 Å)의 크기가 일반적으로 제올라이트 기공 크기(<10 Å)보다 작기 때문에 다시 탈착될 가능성이 있다. 방사성 요오드는 고온(>800℃)과 고압(>100MPa)을 가해 요오드가 함유된 제올라이트를 구조적으로 변형시켜 소달라이트(SOD)와 캔크리닛(CAN)과 같은 제올라이트 구조로 고정할 수 있는 것으로 알려졌다. 이것은 열간등방압 가압성형(Hot Isostatic Pressing, HIP) 기술로 알려져 있다.Unlike other technologies used for removal adsorption of hazardous substances, it is not necessary to remove radioactive isotopes by catalytic conversion and regeneration of the adsorbent. For safety reasons, it is far more important to permanently immobilize adsorbed radioactive elements. Metal iodine compounds formed inside the zeolite structure by adsorbing CH 3 I have, for example, sodium iodide (NaI) (ca. 3.1 Å) and AgI (ca. 2.8 Å), which are generally smaller than the zeolite pore size (<10 Å). Since it is smaller, it is likely to be detached again. It is known that radioactive iodine can structurally transform iodine-containing zeolites by applying high temperatures (>800℃) and high pressures (>100MPa) to fix them into zeolite structures such as sodalite (SOD) and cancrinet (CAN). . This is known as the Hot Isostatic Pressing (HIP) technique.

또는 일부 제올라이트들은 가벼운 열수 조건(<200 ℃ 및 <2 MPa)에서 다른 구조로 변환될 수 있는데, 이를 제올라이트간 변환 기법(Interzeolite transformation)이라고 한다.Alternatively, some zeolites can be transformed to other structures under mild hydrothermal conditions (<200 °C and <2 MPa), which is called interzeolite transformation.

프레임워크 밀도(FD)가 낮은 제올라이트 구조는 오스왈드의 규칙에 의해 기술된 바와 같이 FD가 높은 구조로 변환될 가능성이 높다는 것은 잘 알려져 있다. 예를 들어, Si/Al = 1인 Zeolite A(LTA)는 쉽게 SOD 구조로 변환되며, Si/Al = 1 (FD = 12.9T/1000 Å3)과 유사한 구조적 특성을 갖지만 더 높은 FD = 17.2 T/1000 Å3 를 갖는다. 또한, Si/Al = 1.2 (FD = 12.7 T/1000 Å3)를 갖는 zeolite X도 특정 열수 조건 하에서 SOD 구조로 변환될 수 있으며 ANA, *BEA, CHA, MAZ, MER 등의 다양한 프레임워크로 변환될 수 있다고 보고되었다. It is well known that zeolite structures with low framework density (FD) are more likely to convert to structures with higher FD as described by Oswald's rule. For example, Zeolite A (LTA) with Si/Al = 1 readily converts to the SOD structure and has structural properties similar to Si/Al = 1 (FD = 12.9T/1000 Å 3 ) but with a higher FD = 17.2 T /1000 Å 3 . In addition, zeolite X with Si/Al = 1.2 (FD = 12.7 T/1000 Å 3 ) can also be converted to SOD structure under certain hydrothermal conditions and converted into various frameworks such as ANA, * BEA, CHA, MAZ, MER, etc. It has been reported that it can be

도 1과 같이, 모든 SOD, LTA 및 FAU 구조에는 sod-cage라는 공통 하위 구조 단위가 있다. SOD는 sod-cage의 4-링을 공유하여 연결되며, LTA와 FAU의 sod-cage는 각각 이중 4-링(d4r)과 이중 6-링(d6r)으로 연결된다. 이에 따라 LTA와 FAU는 각각 8-링(4.1 Å3)과 12-링(7.4 Å3)의 열린 기공을 가지고 있어 CH3I와 금속 요오드화물과 같은 작은 분자가 통과할 수 있는 반면 SOD는 열린 기공을 가지고 있지 않다. 소달라이트는 기공이 열려 있지 않아 CH3I를 효율적으로 흡착할 수 없지만, 방사성 요오드가 sod-cage에 갇히게 되면 소달라이트를 효율적인 고정화 기질로 활용할 수 있다.As shown in Figure 1, all SOD, LTA and FAU structures have a common sub-structural unit called sod -cage. The SOD is connected by sharing the 4-ring of the sod-cage, and the sod -cages of LTA and FAU are connected by a double 4-ring (d4r) and a double 6-ring (d6r), respectively. Accordingly, LTA and FAU have 8-ring (4.1 Å 3 ) and 12-ring (7.4 Å 3 ) open pores, respectively, allowing small molecules such as CH 3 I and metal iodides to pass through, whereas SOD has open pores. do not have pores Sodalite cannot efficiently adsorb CH 3 I because its pores are not open, but when radioactive iodine is trapped in the sod -cage, sodalite can be used as an efficient immobilization substrate.

Si/Al = 1인 SOD 구조는 12개의 4면체 원자(6Si + 6Al)와 단위 셀당 2개의 sod-cage를 가지고 있다. 따라서 SOD에서 하나의 sod-cage는 하나의 음이온(예: OH- 또는 할로겐 원자)을 중심으로 정사면체 구조를 형성하는 4개의 양이온(예: Na+)을 가지고 세 개의 프레임워크 알루미늄 원자들의 불균형으로 인하여 세 개의 음전하뿐만 아니라 하나의 중심 음이온을 보상한다.The SOD structure with Si/Al = 1 has 12 tetrahedral atoms (6Si + 6Al) and 2 sod -cages per unit cell. Therefore, in SOD, one sod -cage has four cations (eg Na + ) forming a tetrahedral structure around one anion (eg OH - or halogen atom), and due to the imbalance of the three framework aluminum atoms It compensates for three negative charges as well as one central anion.

SOD는 sod-cage에 존재하는 중심 음이온의 유형에 따라 각각 OH-와 I-에 의해 점유되는 수산화소달라이트(HSOD) 또는 요오드화소달라이트(ISOD)가 될 수 있다. 요오드화나트륨(NaI)과 함께 제올라이트 A(LTA)를 Si와 Al 소스로 사용했을 때, 요오드화소달라이트(ISOD)는 콜로이드 실리카와 알루미네이트 나트륨과 같은 일반적인 Si와 Al 전구체(소스)를 각각 사용했을 때보다 더 잘 형성되었다고 보고되었다. 또한, 요오드화소달라이트(ISOD)는 메타카올린, NaI, NaOH를 사용하여 두 종류의 붕산염 나트륨과 혼합하여 펠릿을 형성한 후 850 ℃ 이하의 온도로 가열하여 요오드를 고정시켰다.SOD can be hydroxide sodalite (HSOD) or iodide sodalite (ISOD) occupied by OH - and I - respectively, depending on the type of central anion present in the sod -cage. When zeolite A (LTA) with sodium iodide (NaI) was used as the Si and Al source, sodalite iodide (ISOD) showed higher yield than common Si and Al precursors (sources) such as colloidal silica and sodium aluminate, respectively. reported to be better formed. In addition, soda iodide (ISOD) was mixed with two types of sodium borate using metakaolin, NaI, and NaOH to form pellets, and then heated to a temperature of 850 ° C. or less to fix iodine.

한국등록특허 제10-2075011호Korean Patent Registration No. 10-2075011

본 발명에서는 먼저 Na-A, Na-X, Na-Y 제올라이트의 인터제올라이트 변환에 의해 ISOD의 합성 및 특성화를 수행했다. 그런 다음, 이러한 결과를 바탕으로 CH3I의 흡착 용량을 Na+ 및/또는 Ag+가 이온 교환되는 zeolite A 및 X와 비교하고, CH3I가 ISOD로 흡착한 인터제올라이트 변환에 의해 sod-cage에서 요오드의 고정화 능력을 연속적으로 평가하였다. 본 발명에서 사용된 모든 요오드화합물은 방사능 요오드가 사용되지 않았다.In the present invention, the synthesis and characterization of ISOD were first performed by interzeolite conversion of Na-A, Na-X, and Na-Y zeolites. Then, based on these results, the adsorption capacity of CH 3 I was compared with zeolite A and X in which Na + and/or Ag + were ion-exchanged, and CH 3 I was adsorbed by ISOD by conversion of interzeolite sod -cage The immobilization ability of iodine was continuously evaluated. All iodine compounds used in the present invention do not contain radioactive iodine.

본 발명은 요오드 함유 LTA(Zeolite A)와 FAU(Zeolite X와 Y)를 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간 변환하여 sod-cage에서 방사성 요오드를 고정시키는 기술을 제공한다. 분말 XRD, 성분 분석, SEM-EDS, 127I MAS NMR(magic angle spinning nuclear magnetic resonance) spectroscopy, I 3d XPS 등 다양한 특성화 방법을 사용하여 sod-cage 내에 요오드의 고정화가 확인되었다. Zeolite A(Na-A)와 X(Na-X) 모두 NaI와 AgI가 존재하는 상황에서 SOD 구조로 잘 변환되었지만, NaI를 사용할 때만 요오드 이온은 sod-cage에서 고정되었다. Na+ 및/또는 Ag+ 이온이 교환되는 제올라이트 A와 X에 대해 요오드화메틸(CH3I) 흡착 능력을 평가했고, Ag+ 와 제올라이트 X는 각각 Na+ 와 제올라이트 A보다 흡착 특성이 우수했다. 그러나, CH3I 흡착 능력과 인터제올라이트 변환에 의한 요오드의 연속적인 고정화를 모두 고려할 때, Na-X는 연구된 제올라이트 중에서 흡착제의 가장 좋은 후보자로 결정되었다. 비록 Na-X 제올라이트가 Ag-X 제올라이트의 절반의 CH3I 흡착 용량을 보였지만, CH3I 흡착에 따른 Na-X의 상호 변환에 의해 98% 이상의 요오드가 SOD 구조의 sod-cage에서 성공적으로 고정되었다.The present invention provides a technology for fixing radioactive iodine in a sod -cage by converting iodine-containing LTA (Zeolite A) and FAU (Zeolite X and Y) into a sodalite (SOD) structure. Immobilization of iodine in the sod -cage was confirmed using various characterization methods such as powder XRD, elemental analysis, SEM-EDS, 127 I MAS NMR (magic angle spinning nuclear magnetic resonance) spectroscopy, and I 3d XPS. Both zeolite A(Na-A) and X(Na-X) were well converted to the SOD structure in the presence of NaI and AgI, but iodine ions were fixed in the sod -cage only when NaI was used. The adsorption capacity of methyl iodide (CH 3 I) was evaluated for zeolites A and X in which Na + and/or Ag + ions were exchanged, and Ag + and zeolite X showed better adsorption properties than Na + and zeolite A, respectively. However, considering both the CH 3 I adsorption capacity and the continuous immobilization of iodine by interzeolitic conversion, Na-X was determined to be the best candidate for adsorbent among the studied zeolites. Although the Na-X zeolite showed half the CH 3 I adsorption capacity of the Ag-X zeolite, more than 98% of iodine was successfully fixed in the sod -cage of the SOD structure by interconversion of Na-X following CH 3 I adsorption. It became.

본 발명의 일 실시형태에 따르면 방사성 요오드가 흡착된 FAU 제올라이트로서, 상기 FAU 제올라이트는 Na-X 제올라이트이고, 상기 Na-X 제올라이트는 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간(Interzeolite) 변환되어 상기 방사성 요오드가 소달라이트-케이지(sod-cage) 내에 고정된 것을 특징으로 하는 소달라이트 구조로 제올라이트간 변환을 통한 방사성 요오드 고정화용 흡착 물질을 제공한다.According to one embodiment of the present invention, as FAU zeolite to which radioactive iodine is adsorbed, the FAU zeolite is Na-X zeolite, and the Na-X zeolite is converted into a sodalite (SOD) structure by interzeolite conversion. An adsorption material for immobilizing radioactive iodine through conversion between zeolites with a sodalite structure characterized in that radioactive iodine is fixed in a soda -cage is provided.

상기 Na-X 제올라이트는 SiO2/Al2O3 몰비가 1.2인 것을 특징으로 한다.The Na—X zeolite is characterized in that the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is 1.2.

상기 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간(Interzeolite) 변환된 Na-X 제올라이트의 소달라이트-케이지(sod-cage) 당 고정된 방사성 요오드의 비율(I-/sod-cage)이 0.8인 것을 특징으로 한다.The ratio of radioactive iodine fixed per sod-cage (I - / sod -cage) of the Na-X zeolite converted to the sodalite (SOD) structure by interzeolite is 0.8 to be characterized

상기 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간(Interzeolite) 변환된 Na-X 제올라이트는 I 3d XPS 스펙트럼에서 I 3d5/2 XPS 피크가 619.5 eV에서 측정되는 것을 특징으로 한다.The Na—X zeolite converted between zeolites into the sodalite (SOD) structure is characterized in that the I 3d 5/2 XPS peak is measured at 619.5 eV in the I 3d XPS spectrum.

상기 Na-X 제올라이트에 흡착된 CH3I의 흡착량은 140-280 mg/g-zeolite인 것을 특징으로 한다.The adsorption amount of CH 3 I adsorbed on the Na—X zeolite is characterized in that 140-280 mg/g-zeolite.

본 발명의 다른 측면으로는 FAU 제올라이트로서 Na-X 제올라이트에 방사성 요오드를 흡착시키는 단계; 상기 요오드 흡착 Na-X 제올라이트를 제올라이트간(Interzeolite) 변환하여 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 변환하는 단계; 및 상기 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간(Interzeolite) 변환된 Na-X 제올라이트의 소달라이트-케이지(sod-cage)에 상기 방사성 요오드를 고정화하는 단계;를 포함하는, 소달라이트 구조로 제올라이트간 변환을 통한 방사성 요오드 고정화 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention is adsorbing radioactive iodine to Na—X zeolite as FAU zeolite; Converting the iodine-adsorbed Na—X zeolite into a sodalite (SOD) structure by converting the zeolite to interzeolite; and immobilizing the radioactive iodine in a soda-cage of the Na-X zeolite converted into the sodalite ( SOD ) structure by interzeolite. A method for immobilizing radioactive iodine through liver conversion is provided.

본 발명에 따르면 방사성 요오드가 흡착된 FAU 제올라이트로서, 상기 FAU 제올라이트는 Na-X 제올라이트이고, 상기 Na-X 제올라이트는 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간(Interzeolite) 변환되어 상기 방사성 요오드가 소달라이트-케이지(sod-Cage) 내에 고정된 것을 특징으로 하는 소달라이트 구조로 제올라이트간 변환을 통한 방사성 요오드 고정화용 흡착 물질을 제공한다.According to the present invention, as a FAU zeolite adsorbed with radioactive iodine, the FAU zeolite is a Na-X zeolite, and the Na-X zeolite is converted into a sodalite (SOD) structure by interzeolite conversion, so that the radioactive iodine is dissolved in sodalite. A sodalite structure characterized in that it is fixed in a light-cage provides an adsorption material for immobilizing radioactive iodine through conversion between zeolites.

본 발명에서는 Na- 제올라이트와 Ag- 제올라이트 흡착제를 사용한 CH3I 흡착 후 인터제올라이트 변환에 의해 요오드를 sod-cage에 고정시키는 연구가 수행되었다. 처음에는 Na-A, Na-X, Na-Y에 대해 NaI 또는 AgI가 있는 상태에서 인터제올라이트 변환이 수행되었다. 흡착 능력이 가장 높은 것으로 알려진 Na-Y는 다른 두 제올라이트와는 달리 SOD 구조로 잘 변환되지 않은 것으로 확인됐다. SOD 구조로 변환될 수 있는 네 개의 제올라이트의 CH3I 흡착 용량은 동일한 조건에서 비교되었다. 흡착력은 Ag-X > Ag-A > Na-X > Na-A 순으로 나타났다. 따라서 쉽게 예상할 수 있듯이 Na+ 보다는 Ag+, LTA보다는 FAU가 흡착 능력이 높았다. 반면 CH3I 흡착 샘플의 인터제올라이트 변환에 의한 요오드의 고정화 능력을 평가했을 때, Ag-A는 흡착 능력이 뛰어나고 불순물 없이 SOD 구조로 잘 변환되었지만, 흡착된 요오드는 sod-cage에서 잘 고정되지 않았다. Na-X는 Ag-X보다 CH3I 흡착 능력이 낮았지만 흡착 요오드의 98%를 고정시킬 수 있었다. 전체적인 결과에서, 인터제올라이트 변환에 의한 CH3I 흡착과 고정화 모두를 고려했을 때, 평가된 4개의 제올라이트 중 방사성 요오드 제거에 가장 효율적인 후보가 Na-X 제올라이트라는 것을 보여주었다.In the present invention, a study was conducted to immobilize iodine in a sod -cage by interzeolite conversion after CH 3 I adsorption using Na- and Ag-zeolite adsorbents. Initially, interzeolite conversion was performed in the presence of NaI or AgI for Na-A, Na-X and Na-Y. Unlike the other two zeolites, Na-Y, which is known to have the highest adsorption capacity, was not well converted to the SOD structure. The CH 3 I adsorption capacities of the four zeolites that can be converted to the SOD structure were compared under the same conditions. The adsorption capacity was in the order of Ag-X > Ag-A > Na-X > Na-A. Therefore, as expected, the adsorption capacity of Ag + was higher than that of Na + and FAU was higher than that of LTA. On the other hand, when the immobilization ability of iodine by interzeolite conversion of the CH 3 I adsorbed sample was evaluated, Ag-A had excellent adsorption capacity and was well converted to the SOD structure without impurities, but the adsorbed iodine was not well fixed in the sod -cage. . Although Na-X had lower CH 3 I adsorption capacity than Ag-X, it was able to fix 98% of the adsorbed iodine. The overall results showed that Na-X zeolite was the most efficient candidate for radioiodine removal among the four zeolites evaluated, considering both CH 3 I adsorption and immobilization by interzeolite conversion.

도 1은 LTA(좌) 및 FAU(우)에서 SOD(중간)로의 인터제올라이트 변환에 대한 개략도이다.
도 2는 (a) Na-A와 Na-X의 인터제올라이트 변환에 의해 합성된 대표 제품 및 (b) CH3I 흡착 후 Na-A, Ag-A, Na-X 및 Ag-X 와 그들의 인터제올라이트 변환 제품의 파우더 XRD 패턴을 나타내는 도면이다 (비교를 위해 상위 Na-A와 Na-X의 XRD 패턴도 표시됨), (여기서, AgI 및 Ag 금속의 X선 피크는 각각 닫힌 역삼각형(▼) 및 열린 역삼각형(∇)으로 표시됨).
도 3은 Na-A와 Na-X(왼쪽)의 인터제올라이트 변환에 의해 합성된 대표적인 제품 및 CH3I가 흡착된 Na-A, Ag-A, Na-X, Ag-X의 상호 변환 제품 (오른쪽)의 SEM 이미지이다.
도 4는 Na-A와 Na-X의 인터제올라이트 변환에 의해 합성된 대표적인 제품 및 CH3I가 흡착된 Na-A, Ag-A, Na-X, Ag-X의 인터제올라이트 변환 제품의 127I MAS NMR 스펙트럼이다.
도 5는 Na-A와 Na-X의 인터제올라이트 변환에 의해 합성된 대표적인 제품 및 CH3I가 흡착된 Na-A, Ag-A, Na-X, Ag-X의 인터제올라이트 변환 제품의 I 3d XPS 스펙트럼이다.
도 6은 100℃에서 Na-A, Ag-A, Na-X, Ag-X의 CH3I 흡착 및 탈착 시 시간 함수로 TGA에 의해 결정된 중량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 CH3I의 흡착 및 탈착을 위한 Na-zeolite 또는 Ag-zeolite 처리의 개략도이다.
도 8은 Na-A와 Na-X의 인터제올라이트 변환에 의해 합성된 제품의 분말 XRD 패턴이다 (여기서, AgI 및 Ag 금속의 X선 피크는 각각 닫힌(▼) 및 열린 역삼각형(▽)으로 표시됨).
도 9는 AgI 분말의 127I MAS NMR 스펙트럼이다 (여기서, 스피닝 사이드 밴드는 별표로 표시됨).
도 10은 Ag-A 및 Ag-X 제올라이트의 분말 XRD 패턴이다.
도 11은 CH3I가 흡착된 Na-A, Ag-A, Na-X 및 Ag-X 제올라이트의 SEM 이미지이다.
Figure 1 is a schematic diagram of interzeolite conversion from LTA (left) and FAU (right) to SOD (middle).
Figure 2 shows (a) representative products synthesized by interzeolite conversion of Na-A and Na-X and (b) Na-A, Ag-A, Na-X and Ag-X and their intercalation after CH 3 I adsorption. This is a drawing showing the powder XRD pattern of the zeolite conversion product (XRD patterns of upper Na-A and Na-X are also shown for comparison), (where the X-ray peaks of AgI and Ag metal are closed inverted triangles (▼) and Represented by an open inverted triangle (∇)).
3 is a representative product synthesized by interzeolite conversion of Na-A and Na-X (left) and an interconversion product of Na-A, Ag-A, Na-X, and Ag-X adsorbed with CH 3 I ( Right) is the SEM image.
4 is a representative product synthesized by interzeolite conversion of Na-A and Na-X and 127 I of interzeolite conversion products of Na-A, Ag-A, Na-X, and Ag-X adsorbed with CH 3 I This is the MAS NMR spectrum.
Figure 5 shows I 3d of representative products synthesized by interzeolite conversion of Na-A and Na-X and interzeolite conversion products of Na-A, Ag-A, Na-X, and Ag-X adsorbed with CH 3 I This is the XPS spectrum.
6 is a graph showing the weight change determined by TGA as a function of time during CH 3 I adsorption and desorption of Na-A, Ag-A, Na-X, and Ag-X at 100 °C.
7 is a schematic diagram of Na-zeolite or Ag-zeolite treatment for adsorption and desorption of CH 3 I.
Figure 8 is a powder XRD pattern of a product synthesized by interzeolite conversion of Na-A and Na-X (where the X-ray peaks of AgI and Ag metal are indicated by closed (▼) and open inverted triangles (▽), respectively) ).
9 is a 127 I MAS NMR spectrum of AgI powder (where spinning side bands are marked with asterisks).
10 is powder XRD patterns of Ag-A and Ag-X zeolites.
11 is a SEM image of Na-A, Ag-A, Na-X and Ag-X zeolites adsorbed with CH 3 I.

이하, 실시예 및 실험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples and Experimental Examples. However, these examples are only for helping the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples in any sense.

재료 및 방법Materials and Methods

1.1 합성1.1 Synthesis

인터제올라이트 변환에 사용된 Na-A(Si/Al = 1.0), Na-X(Si/Al = 1.2), Na-Y (Si/Al = 2.6) 및 CH3I 흡착은 Zeobuilder(Na-A)와 Zeolyst(Na-X 및 Na-Y)에서 구입했다.Na-A (Si/Al = 1.0), Na-X (Si/Al = 1.2), Na-Y (Si/Al = 2.6) and CH 3 I adsorption used for interzeolite conversion were Zeobuilder (Na-A) and Zeolyst (Na-X and Na-Y).

Na-zeolite의 수열 상호 변환 합성은 문헌을 참조하여 수행되었으며, 합성 구성의 세부 사항은 표 1에 요약되어 있다. Na-zeolite, NaI(99.5%, Sigma-Aldrich, Saint Louis, MO, USA) 그리고/또는 AgI(99% Sigma-Aldrich)가 혼합되었다(용액 1). NaOH(H2O, Sigma-Aldrich의 50%)를 탈이온(DI)수에 희석하여 1시간 동안 저었다(용액 2). 용액 1과 2를 혼합한 후, 혼합물을 1시간 동안 다시 저었다. 최종 합성 혼합물은 테플론-라인 23 mL 오토클레이브에 충전되어 180 ℃에서 이틀 동안 가열되었다. 필요한 경우 Si/Al 비율을 수정하기 위해 다른 Al 소스로서 유사 보에마이트(99.9%, Sigma-Aldrich)를 합성 혼합물에 추가했다. 고상 제품은 여과하여 회수하고 증류수로 반복 세척한 후 상온(RT)에서 밤새 건조했다.The hydrothermal interconversion synthesis of Na-zeolite was carried out by referring to the literature, and the details of the synthesis configuration are summarized in Table 1. Na-zeolite, NaI (99.5%, Sigma-Aldrich, Saint Louis, MO, USA) and/or AgI (99% Sigma-Aldrich) were mixed (Solution 1). NaOH (H 2 O, 50% of Sigma-Aldrich) was diluted in deionized (DI) water and stirred for 1 hour (Solution 2). After mixing solutions 1 and 2, the mixture was stirred again for 1 hour. The final synthesis mixture was charged into a Teflon-lined 23 mL autoclave and heated at 180 °C for two days. Pseudoboehmite (99.9%, Sigma-Aldrich) was added to the synthesis mixture as another Al source to correct the Si/Al ratio if necessary. The solid product was collected by filtration, washed repeatedly with distilled water and dried overnight at room temperature (RT).

Ag-제올라이트는 Na-제올라이트의 이온 교환에 의해 준비되었으며 AgNO3 (99.9%, 코지마화학 주식회사 일본 사이타마) 수용액(10 mL 용액당 1.0 g) 0.1M에 대해 10시간 동안 80℃에서 두 번 환류되었다.Ag-zeolite was prepared by ion exchange of Na-zeolite and refluxed twice at 80 °C for 10 h against 0.1 M aqueous solution of AgNO 3 (99.9%, Kojima Chemical Co., Ltd. Saitama, Japan) (1.0 g per 10 mL solution).

마지막 교환 주기 후 과량의 탈이온(DI)수(>1 L)로 샘플을 세척하여 제올라이트 기공에 교환되지 않은 은(Ag) 종을 제거하였다. 흡착 실험 전, 은(Ag) 로딩된 샘플은 이온 사이트를 균일하게 하고 질산염을 탈취하기 위해 550℃에서 2시간 동안 공기 중에서 소성되었다.After the last exchange cycle, the sample was washed with an excess of deionized (DI) water (>1 L) to remove silver (Ag) species that had not been exchanged into the zeolite pores. Before adsorption experiments, the silver (Ag) loaded samples were calcined in air at 550 °C for 2 h to homogenize ion sites and deodorize nitrate.

CH3I가 흡착된 Na-zeolite와 Ag-zeolite의 인터제올라이트 변환은 위에서 설명한 것과 동일한 방식으로 수행되었다. CH3I 흡착 샘플과 인터제올라이트 변환 후 샘플을 구별하기 위해, 각각 샘플 이름 끝에 -ad 및 -it 접미사가 추가되었다 (예: Na-X-ad 및 Na-X-it).Interzeolite conversion of CH 3 I adsorbed Na-zeolite and Ag-zeolite was performed in the same manner as described above. To distinguish the CH 3 I adsorbed sample from the sample after interzeolite conversion, -ad and -it suffixes were added to the end of the sample name, respectively (eg, Na-X-ad and Na-X-it).

하기 [표 1]은 인터제올라이트 합성 결과를 요약한 것이다.Table 1 below summarizes the interzeolite synthesis results.

Figure 112021033824951-pat00001
Figure 112021033824951-pat00001

1 Si/Al = 1에 도달하기 위해 합성 혼합물에 Al 소스를 더 첨가함.Add more Al source to the synthesis mixture to reach 1 Si/Al = 1.

2 Run 1-18 및 19-22는 각각 흡착되지 않은 제올라이트와 CH3I 흡착 Zeolite임. 2 Runs 1-18 and 19-22 are unadsorbed zeolites and CH3 adsorbed zeolites, respectively.

3 달리 명시되지 않은 한 모든 제품은 180 ℃에서 1일 동안 가열한 후 수득함. 가장 먼저 나타나는 제품이 주요 상임. 3 All products obtained after heating at 180 °C for 1 day unless otherwise specified. The first product to appear is the main table.

4 2일간 가열한 후 획득. 5 확인되지 않은 상. 4 Obtained after heating for 2 days. 5 Unconfirmed awards.

1.2 특징1.2 Features

분말 X선 회절(XRD) 패턴은 3~50°(스캔 속도= 4° min-1)의 2 θ 범위에서 Cu-Kα 방사선을 사용하여 SmartLab X선 회절계(일본 리가쿠)에서 측정되었다. 원소 분석은 OPTIMA 7300DV 유도결합 플라스마(ICP) 분광계(PerkinElmer, Shelton, CT, 미국)에서 수행되었다. 결정 형태와 평균 크기는 15kV의 가속 전압으로 작동하는 JSM-7800F 스캐닝 전자현미경(JEOL Ltd. 일본 도쿄)을 사용하여 결정되었다.Powder X-ray diffraction (XRD) patterns were measured on a SmartLab X-ray diffractometer (Rigaku, Japan) using Cu-Kα radiation in the 2 θ range from 3 to 50° (scan rate = 4° min -1 ). Elemental analysis was performed on an OPTIMA 7300DV inductively coupled plasma (ICP) spectrometer (PerkinElmer, Shelton, CT, USA). Crystal morphology and average size were determined using a JSM-7800F scanning electron microscope (JEOL Ltd. Tokyo, Japan) operating at an accelerating voltage of 15 kV.

또한 전자 이미지 수집 및 원소 분석은 SEM과 결합된 에너지 분산 X선 분광계(EDS)를 사용하여 수행되었다. 127I MAS NMR 스펙트럼은 500 MHz Avance III HD 솔리드 스테이트 NMR 스펙트럼(Bruker, Billerica, MA, USA)에서 8 kHz의 회전 속도, 2 μs의 π/2 rad 펄스 길이를 갖는 100.1 MHz의 127I 주파수, 1s의 재순환 지연 및 2000 펄스 지연의 수집으로 측정되었다. 127I 화학적 이동은 NaI에 비례하여 보고되었다. XPS(X-ray 광전자 분광법)는 Al-Kα 방사선(hυ= 1486.6 eV)을 사용하여 PHI 5000 Versa Probe II(ULVAC-PHI 5000 Versa Probe, Japan)에서 수행되었다.Additionally, electron image collection and elemental analysis were performed using an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) coupled with SEM. 127 I MAS NMR spectrum was obtained from a 500 MHz Avance III HD solid-state NMR spectrum (Bruker, Billerica, MA, USA) at a rotation rate of 8 kHz, 127 I frequency at 100.1 MHz with π/2 rad pulse length of 2 μs, 1 s was measured with a recirculation delay of 0 and a collection of 2000 pulse delays. 127 I chemical shifts were reported relative to NaI. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was performed on a PHI 5000 Versa Probe II (ULVAC-PHI 5000 Versa Probe, Japan) using Al-Kα radiation (hυ = 1486.6 eV).

1.3 CH3I 흡착1.3 CH 3 I Adsorption

흡착 실험은 열중량 분석기(TGA, Hitachi STA7000)에서 수행되었으며, 표본 홀더에 흡착제 10 mg이 적재되었다. 도 7은 이전 연구에서 보고된 절차에 따라 CH3I 흡착을 위해 제올라이트 흡착제에 대해 수행된 일련의 처리법을 보여준다. 실험에 앞서 흡착제는 대기압에서 흐르는 아르곤(Ar)(99.999%, 100 mL min-1) 조건 하에서 1시간 동안 200℃, 대기압에서 일상적으로 작동한 뒤 100℃에서 약 20분간 유지시켜 TGA 무게 균형이 안정될 수 있도록 했다. 건식 여과 시스템의 대표적인 설계 온도는 상온(RT)-200 ℃로 알려져 있다.Adsorption experiments were performed on a thermogravimetric analyzer (TGA, Hitachi STA7000), and 10 mg of adsorbent was loaded into the sample holder. Figure 7 shows a series of treatments performed on zeolite adsorbents for CH 3 I adsorption according to procedures reported in previous studies. Prior to the experiment, the adsorbent was routinely operated at 200 ° C and atmospheric pressure for 1 hour under the condition of argon (Ar) (99.999%, 100 mL min -1 ) flowing at atmospheric pressure, and then maintained at 100 ° C for about 20 minutes to stabilize the TGA weight balance. made it possible A typical design temperature for a dry filtration system is known to be room temperature (RT) -200 °C.

초기 CH3I 농도를 2000 ppm으로 일정하게 유지한 Ar(75 mL min-1)과 CH3I(5000 ppm Ar balance, 50 mL min-1)의 혼합물을 TGA에 2시간 동안 공급하고 흡착제의 중량 변화를 지속적으로 실시간으로 기록하였다. 여기서는 합리적인 실험 시간에 Zeolite 흡착물을 CH3I로 포화시키기 위해 원전 사고의 실제 조건(0.1 ppm)에 비해 상대적으로 매우 높은 CH3I 농도를 사용했다. 2시간 동안 흡착한 후, 1시간 동안 Ar 흐름에서 동일한 온도에서 물리적 흡착 CH3I를 제거하였다. 이와 별도로, 인터제올라이트 변환에 사용된 CH3I 흡착 샘플은 위에서 설명한 동일한 절차를 사용하여 0.5 g의 제올라이트 흡착제를 적재한 연속 흐름 고정식 반응기에서 얻었다.A mixture of Ar ( 75 mL min -1 ) and CH 3 I (5000 ppm Ar balance, 50 mL min -1 ) maintaining a constant initial CH 3 I concentration at 2000 ppm was supplied to TGA for 2 hours, and the weight of the adsorbent Changes were continuously recorded in real time. Here, a very high CH 3 I concentration relative to the actual conditions of the nuclear accident (0.1 ppm) was used to saturate the zeolite adsorbate with CH 3 I in a reasonable experimental time. After adsorption for 2 hours, physically adsorbed CH 3 I was removed at the same temperature in Ar flow for 1 hour. Separately, the CH 3 I adsorption sample used for interzeolite conversion was obtained in a continuous flow stationary reactor loaded with 0.5 g of zeolite adsorbent using the same procedure described above.

2. 결과 및 토의2. Results and discussion

2.1 소달라이트(SOD)로 인터제올라이트(Interzeolite) 변환2.1 Conversion of Interzeolite to Sodalite (SOD)

Na-zeolite가 서로 다른 구조로 인터제올라이트 변환 결과는 표 1에 요약되어 있다(run 1-18). The results of conversion of interzeolites to different structures of Na-zeolite are summarized in Table 1 (runs 1-18).

도 2a는 1일 동안 180 ℃에서 가열한 후 얻은 대표적인 상호 변환 제품의 분말 XRD 패턴(run 2, 7, 9, 12, 13, 17)을 나타내며, 나머지 모든 제품의 XRD 패턴은 도 8에 나타나 있다. Figure 2a shows the powder XRD patterns (runs 2, 7, 9, 12, 13, 17) of representative interconversion products obtained after heating at 180 °C for 1 day, and the XRD patterns of all other products are shown in Figure 8. .

비교를 위해 상위(parent) Na-A와 Na-X의 XRD 패턴도 도 2a에 표시된다. Si/Al = 1을 사용하는 LTA zeolite는 SOD 구조로 쉽게 변환되는 것으로 알려져 있으므로, Na-A의 상호 변환은 다양한 열합성 조건 하에서 수행되었다(run 1-10). For comparison, the XRD patterns of parent Na-A and Na-X are also shown in Figure 2a. Since LTA zeolite using Si/Al = 1 is known to be easily converted into an SOD structure, interconversion of Na-A was performed under various thermosynthetic conditions (runs 1-10).

LTA 상의 X선 피크는 1일 동안 180℃에서 NaOH(NaOH/Al = 1) 수용액 0.7M을 사용한 합성에서 여전히 관찰되었다(도 8). 그러나, 모든 LTA 구조가 사라졌고 SOD의 생성은 최대 이틀까지 확장 결정 후에 확인되었다(run 1). NaOH 농도가 2배 이상 증가했을 때(NaOH/Al = 2-4) 1일 이내에 순수한 SOD 구조가 결정화되었다(run 2-4). 상기 제품들은 OH- 매개하에서 결정화되었기 때문에, 이러한 소달라이트들은 HSOD 였고, 그들의 XRD 패턴은 문헌 결과와 잘 일치했다. X-ray peaks on LTA were still observed in the synthesis using 0.7 M aqueous solution of NaOH (NaOH/Al = 1) at 180 °C for 1 day (FIG. 8). However, all LTA structures disappeared and the formation of SOD was confirmed after extended crystals up to two days (run 1). When the NaOH concentration was increased more than twofold (NaOH/Al = 2–4), the pure SOD structure crystallized within 1 day (runs 2–4). Since the products were crystallized under OH medium, these sodalites were HSOD, and their XRD patterns were in good agreement with literature results.

Si/Al = 1을 갖는 ISOD의 I/Al 비율은 0.3이었다. 이는 SOD 단위 셀당 2개의 요오드 음이온이 적합하기 때문이다. 따라서 합성 혼합물에서 NaI/Al = 0.3의 조건 하에서 인터제올라이트 변환이 수행되었다(run 5-7). 또한 합성 혼합물에서 NaOH/Al 비율이 2를 초과할 때만 순수 SOD 상을 얻었다.The ISOD with Si/Al = 1 had an I/Al ratio of 0.3. This is because two iodine anions per SOD unit cell are suitable. Therefore, interzeolite conversion was performed under the condition of NaI/Al = 0.3 in the synthesis mixture (runs 5-7). Also, the pure SOD phase was obtained only when the NaOH/Al ratio in the synthetic mixture exceeded 2.

Ag-zeolite는 Na-형태보다 CH3I 흡착 능력이 뛰어난 것으로 알려져 있으므로 NaI 대신에 AgI 존재하에서(run 8-10) Na-A의 인터제올라이트 변환을 수행하려고 했다.Since Ag-zeolite is known to have better CH 3 I adsorption capacity than Na-type, we tried to perform interzeolite conversion of Na-A in the presence of AgI instead of NaI (runs 8-10).

모든 run들에 대해 SOD 이외의 제올라이트 상은 확인되지 않았지만, 각각 2 θ = 22.4°, 23.6°, 39.2°, 46.2° 및 2 θ = 38.1°및 44.3°에서 벌크 AgI 및 벌크 Ag 금속 상의 X선 피크가 SOD 상과 함께 관측되었다. 이는 NaI와 달리 대부분의 AgI 군집이 180℃에서 수열 조건 하에서 용해되지 않았으며 생성된 SOD와 함께 물리적 혼합물로 존재했음을 의미한다. 그러나 금속 Ag의 존재가 확인되었기 때문에, Ag-I의 일부가 수열 조건 하에서 분리되었고, 분리된 I-는 Na+와 함께 SOD의 sod-cage의 형성을 안정화하는 데 기여했다고 추측할 수 있다.No zeolite phases other than SOD were identified for all runs, but X-ray peaks of bulk AgI and bulk Ag metal phases were observed at 2θ = 22.4°, 23.6°, 39.2°, 46.2° and 2θ = 38.1° and 44.3°, respectively. observed along with the SOD phase. This means that unlike NaI, most AgI clusters did not dissolve under hydrothermal conditions at 180 °C and existed as a physical mixture with the produced SOD. However, since the presence of metal Ag was confirmed, it can be assumed that a part of Ag-I was separated under hydrothermal conditions, and the separated I - contributed to stabilizing the formation of the sod -cage of SOD together with Na + .

반면, Ag-zeolite를 사용하여 흡착된 CH3I의 양은 약 100 mg/g-zeolite로 0.1 AgI/Al에 해당한다. 따라서 합성 혼합물에 AgI의 0.1배만 추가되었지만, AgI와 Ag에 대한 X선 피크는 여전히 관찰되었다 (run 10). 이는 인터제올라이트 변환에 의해 AgI가 SOD 구조에 고정되는 것이 어려울 수 있음을 시사하며, Na-zeolite는 CH3I 흡착이 Ag-zeolite보다 다소 낮더라도 고정화 관점에서 더 나은 흡착제일 수 있다. 나트륨은 은보다 값이 싸기 때문에 경제적인 측면에서도 전자 쪽이 유리하다.On the other hand, the amount of CH 3 I adsorbed using Ag-zeolite is about 100 mg/g-zeolite, which corresponds to 0.1 AgI/Al. Therefore, although only 0.1 times AgI was added to the synthesis mixture, X-ray peaks for AgI and Ag were still observed (run 10). This suggests that it may be difficult for AgI to be fixed to the SOD structure by interzeolite transformation, and Na-zeolite may be a better adsorbent from the point of view of immobilization, even though the CH 3 I adsorption is somewhat lower than that of Ag-zeolite. Since sodium is cheaper than silver, the former is advantageous from an economic point of view.

상기와 같이, FAU와 같은 큰 기공 제올라이트는 LTA zeolite와 같은 작은 기공 소재보다 CH3I 흡착 능력이 우수하다. As described above, large pore zeolites such as FAU have better CH 3 I adsorption capacity than small pore materials such as LTA zeolite.

따라서, 인터제올라이트 변환은 Si/Al = 1.2인 Na-X에 대해 수행되었으며, 이는 Na-A의 (Si/Al = 1.0)과 유사하다(run 11-15). Thus, interzeolite conversion was performed for Na-X with Si/Al = 1.2, which is similar to that of Na-A (Si/Al = 1.0) (runs 11-15).

아날심(Analcime, ANA) 상은 NaI의 유무에 관계없이 SOD와 함께 불순물 수준으로 관찰되었다. 이는 Na-A의 상호 변환에 비해 상대적으로 과도한 양의 실리카가 ANA 상의 안정화에 기여했음을 시사한다. An analcime (ANA) phase was observed at impurity levels with SOD with and without NaI. This suggests that a relatively excessive amount of silica compared to the Na-A interconversion contributed to the stabilization of the ANA phase.

FAU와 ANA는 공통적으로 6개의 링을 가지고 있기 때문에, 특히 Na+와 Cs+와 같은 특정 양이온 시스템에서 FAU의 상호 변환에 의해 ANA로 쉽게 변환될 수 있다.Since FAU and ANA have six rings in common, they can be easily converted into ANA by interconversion of FAU, especially in certain cation systems such as Na + and Cs + .

ANA 구조는 8링의 열린 기공(ca. 4.2 Å)을 가지고 있기 때문에 방사능 요소를 고정하는 데 적합하지 않다. 그러나 run 12 샘플에서 ANA와 SOD 상의 두 개의 강한 X선 피크, 즉, 각각 (400)과 (211) Miller 지수에 대응하는 2 θ = 26.0 및 24.4를 비교할 때, ANA 부분은 샘플의 약 9%에 불과한 것으로 추정되었다. The ANA structure is not suitable for immobilizing radioactive elements because it has an 8-ring open pore (ca. 4.2 Å). However, when comparing the two strong X-ray peaks on ANA and SOD in run 12 samples, i.e., 2θ = 26.0 and 24.4, corresponding to the (400) and (211) Miller indices, respectively, the ANA portion was found in about 9% of the samples. It was estimated that only

이와는 대조적으로, 동일한 열 조건에서 NaI 대신 AgI가 추가되었을 때 (run 13-15), ANA 상이 관찰되지 않았지만, run 8-10 결과와 같이 벌크 AgI 및 Ag 금속상의 X선 피크도 관찰되었다.In contrast, when AgI was added instead of NaI under the same thermal conditions (runs 13-15), no ANA phase was observed, but X-ray peaks of bulk AgI and Ag metal phases were also observed as in runs 8-10.

제올라이트 흡착제 중 제올라이트 X보다 Si/Al 비율(2.6)이 높은 제올라이트 Y는 CH3I 흡착 성능이 우수한 것으로 알려져 있다. 따라서 위에서 설명한 동일한 조건에서 Na-Y에 대해 추가적인 인터제올라이트 변환이 시도되었다. SOD 대신 순수 ANA 상만 형성되었고, NaI(run 16)와 AgI(run 17)가 있는 상태에서 벌크 AgI 및 Ag 금속상도 각각 관측되었다. 이는 훨씬 더 높은 실리카 함량 때문으로 설명할 수 있으며, 이는 SOD보다는 ANA 상을 더 안정시켰다. Na-Y의 인터제올라이트 변환이 Al 전구체를 더 넣음으로써 1.0의 더 낮은 Si/Al 비율로 시도되었을 때, SOD 상이 생성되었지만 순수하지는 않았다 (run 18). Among zeolite adsorbents, zeolite Y having a higher Si/Al ratio (2.6) than zeolite X is known to have excellent CH 3 I adsorption performance. Therefore, additional interzeolite conversion was attempted for Na-Y under the same conditions as described above. Only pure ANA phase was formed instead of SOD, and bulk AgI and Ag metal phases were also observed in the presence of NaI (run 16) and AgI (run 17), respectively. This can be explained by the much higher silica content, which made the ANA phase more stable than the SOD. When the interzeolitic conversion of Na-Y was attempted with a lower Si/Al ratio of 1.0 by adding more Al precursor, an SOD phase was produced but not pure (run 18).

위의 인터제올라이트 변환 결과로부터, Zeolite A와 X를 인터제올라이트 변환에 의해 CH3I 흡착물로 사용하여 SOD 구조를 형성할 수 있다고 결론 내릴 수 있지만, Zeolite Y는 CH3I 흡착 능력이 우수하지만 고정화 관점에서 적합하지 않다.From the above interzeolite transformation results, it can be concluded that Zeolite A and X can be used as CH 3 I adsorbents by interzeolite transformation to form an SOD structure, but Zeolite Y has excellent CH 3 I adsorption capacity, but can be immobilized not suitable from the point of view

도 3(왼쪽)은 위에서 설명한 대표적인 상호 변환 제품의 SEM 이미지를 보여준다. NaI가 존재하는 상태에서 Na-A의 상호 변환에서 얻은 run 7 샘플은 5μm 크기의 응집된 SOD 입자만 보여주었고, NaI와 같은 불순물 상은 없었다. 또한 EDS 결과는 ICP에 의한 대량 분석(표 2의 I/Al = 0.01 대 0.16)에 비해 입자 표면의 요오드 함량이 매우 낮다는 것을 보여주었다. 이것은 대부분의 요오드 이온들이 SOD의 sod-cage에서 고정화 되었음을 의미한다. NaI을 갖는 Na-X의 상호 변환으로 얻은 run 12 샘플의 SEM-EDS 결과도 입자 표면에 요오드가 거의 없었다(표 2).Figure 3 (left) shows an SEM image of a representative interconversion product described above. The run 7 sample obtained from the interconversion of Na-A in the presence of NaI showed only agglomerated SOD particles with a size of 5 μm and no impurity phase such as NaI. EDS results also showed that the iodine content of the particle surface was very low compared to bulk analysis by ICP (I/Al = 0.01 vs. 0.16 in Table 2). This means that most iodine ions are immobilized in the sod -cage of SOD. The SEM-EDS results of the run 12 sample obtained by interconversion of Na-X with NaI also showed little iodine on the particle surface (Table 2).

또한, XRD에서 관찰된 바와 같이 SOD 입자 이외의 어떤 것의 약 20 μm 크기의 다면체 불순물 결정체가 관찰되었다. 이것은 문헌에서 전형적인 ANA 제올라이트의 결정 형태와 일치한다. 한편, AgI가 존재하는 상태에서 합성된 run 9 및 13 샘플의 SEM-EDS 분석은 XRD 결과에 해당하는 SOD 입자와 함께 AgI 그리고/또는 Ag 금속의 존재를 명확히 보여주었다(도 2a).Also, as observed by XRD, polyhedral impurity crystals of about 20 μm in size of anything other than SOD particles were observed. This is consistent with the crystal morphology of typical ANA zeolites in the literature. On the other hand, SEM-EDS analysis of run 9 and 13 samples synthesized in the presence of AgI clearly showed the presence of AgI and/or Ag metal along with SOD particles corresponding to the XRD results (Fig. 2a).

하기 [표 2]는 인터제올라이트 변환1에 의해 합성된 선택된 제품의 화학적 구성을 나타낸다.Table 2 below shows the chemical composition of selected products synthesized by interzeolite transformation 1 .

Figure 112021033824951-pat00002
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1 달리 명시되지 않은 한 유도결합플라스마(ICP) 분석에 의해 결정됨. 2 괄호 안에 제시된 값은 SEM-EDS 데이터의 I/Al 비율. 3 Si/Al = 1로 SOD를 가정한 sod-cage 당 요오드 수. 1 Determined by inductively coupled plasma (ICP) analysis unless otherwise specified. 2 Values given in parentheses are I/Al ratios from SEM-EDS data. Number of iodine per sod -cage assuming SOD of 3 Si/Al = 1.

도 4는 인터제올라이트 변환에 의해 생성된 대표적인 합성 제품의 127I MAS NMR 스펙트럼을 보여준다. Run 7 제품의 경우 NaI에 해당하는 0 ppm에서 피크가 관찰되지 않았으며, -260 ppm에서 강한 127I NMR 피크만이 관측되었는데, 이는 sod-cage 내에 고정화된 요오드에 대한 전형적인 화학적 이동이다. 이는 거의 모든 요오드 이온들이 NaI가 존재하는 상태에서 Na-A의 상호 변환에 의해 순수한 SOD 상이 형성된 run 7 제품의 SOD 구조의 sod-cage에서 고정되었음을 강하게 나타낸다.Figure 4 shows the 127 I MAS NMR spectrum of a representative synthetic product produced by interzeolite conversion. In the case of the Run 7 product, no peak was observed at 0 ppm corresponding to NaI, and only a strong 127 I NMR peak was observed at -260 ppm, which is a typical chemical shift for iodine immobilized in a sod -cage. This strongly indicates that almost all iodine ions were fixed in the sod -cage of the SOD structure of the run 7 product, where pure SOD phase was formed by interconversion of Na-A in the presence of NaI.

이 제품의 경우 원소 분석 결과에 따라 I-/sod-cage의 수는 약 0.5개로 추정할 수 있다(표 2). 즉, 약 한 개의 요오드 이온은 SOD 단위 셀당 두 개의 sod-cage 중 하나에서 고정된다. In the case of this product, the number of I - / sod -cages can be estimated to be about 0.5 according to the results of elemental analysis (Table 2). That is, about one iodine ion is fixed in one of the two sod -cages per SOD unit cell.

또한 Na-X가 NaI가 존재하는 상태에서 합성된 run 12 제품에 대해서도 127I의 강력한 화학적 이동이 -260 ppm 근방에서 관찰되었다. 이 제품의 경우 SOD 구조의 sod-cage당 거의 1개의 요오드가 고정된 것으로 추정할 수 있다(표 2). 따라서 ANA 상은 run 12 샘플에서 불순물 수준으로 공존했지만, 합성에 사용된 대부분의 요오드는 주로 생성된 SOD 구조의 sod-cage에서 고정되었다. In addition, a strong chemical shift of 127 I was observed around -260 ppm for the run 12 product synthesized in the presence of Na-X and NaI. For this product, it can be estimated that almost one iodine per sod -cage of the SOD structure was immobilized (Table 2). Therefore, although the ANA phase coexisted at the impurity level in the run 12 sample, most of the iodine used in the synthesis was mainly fixed in the sod -cage of the produced SOD structure.

반대로 Na-A와 AgI의 상호 변환에 의해 생성된 run 9 제품의 경우 -260 ppm에서 피크가 관찰되지 않았으며, -70 ppm 근처에서 강한 밴드만 관찰되었으며, 이는 벌크 AgI 클러스터에 해당된다(도 9). 이는 분말 XRD 및 SEM-EDS 분석 결과와도 잘 일치한다. 이 결과는 run 9 제품에서 생성된 SOD 구조의 sod-cage에 요오드가 없음을 나타낸다.Conversely, in the case of the run 9 product produced by the interconversion of Na-A and AgI, no peak was observed at -260 ppm, and only a strong band was observed around -70 ppm, which corresponds to the bulk AgI cluster (FIG. 9 ). This is in good agreement with the powder XRD and SEM-EDS analysis results. This result indicates that there is no iodine in the sod -cage of the SOD structure generated from the run 9 product.

도 5는 인터제올라이트 변환에 의해 합성된 대표적인 제품의 I 3d XPS 스펙트럼을 보여준다. 617-620 eV와 629-632 eV의 두 가지 유형의 피크가 있으며, 이는 각각 I 3d5/2와 I 3d3/2에 해당한다. 여기서는 I 3d3/2가 모든 샘플에 대해 거의 동일한 추세를 보여주기 때문에 I 3d5/2를 기반으로 한다. FCC 구조를 가진 NaI 클러스터의 경우, 6개의 Na+ 이온은 1개의 I- ion을 중심으로 조정되며, I 3d5/2에 대한 XPS 피크는 618.4 eV에서 관측된다.5 shows I 3d XPS spectra of representative products synthesized by interzeolite conversion. There are two types of peaks, 617–620 eV and 629–632 eV, corresponding to I 3d 5/2 and I 3d 3/2 respectively. Here, I 3d 3/2 is based on I 3d 5/2 because it shows almost the same trend for all samples. In the case of the NaI cluster with FCC structure, 6 Na + ions are coordinated around one I - ion, and the XPS peak for I 3d 5/2 is observed at 618.4 eV.

run 7 제품의 경우, I 3d5/2에 대한 피크는 618.7 eV에서 관측되었으며, 이는 sod-cage에서 4개의 Na+로 조정된 I에 대한 전형적인 결합 에너지이다. 여기서 우리는 SOD의 sod-cage에서 요오드의 고정화가 run 12 제품에서 확인되었지만, 이 샘플에 대한 XPS 피크 I 3d5/2는 run 7 제품보다 0.8 eV 높은 619.5 eV에서 관찰되었다는 점에 주목해야 한다. 이온의 결합 에너지는 주변 양이온의 종류와 수에 따라 변할 수 있다. 표 2와 같이, run 12의 Na/I 비율이 가장 낮기 때문에 분석된 검체 중 가장 강한 I 3d 결합 에너지가 관찰될 수 있다. 반면에, run 9와 13 제품의 경우, I 3d5/2에 대한 XPS 피크는 619.3 eV에서 관찰되었으며, 이는 벌크 AgI 클러스터에 해당하는 일반적인 결합 에너지이다.For the run 7 product, the peak for I 3d 5/2 was observed at 618.7 eV, which is a typical binding energy for I adjusted to 4 Na + in the sod -cage. Here, we note that immobilization of iodine in the sod -cage of SOD was confirmed for the run 12 product, but the XPS peak I 3d 5/2 for this sample was observed at 619.5 eV, 0.8 eV higher than that of the run 7 product. The binding energy of an ion can change depending on the type and number of surrounding cations. As shown in Table 2, since the Na/I ratio of run 12 is the lowest, the strongest I 3d binding energy among the analyzed samples can be observed. On the other hand, for run 9 and 13 products, the XPS peak for I 3d 5/2 was observed at 619.3 eV, which is a typical binding energy for bulk AgI clusters.

2.2. CH3I 흡착 및 sod-cage 내 요오드의 고정화2.2. Adsorption of CH 3 I and immobilization of iodine in the sod -cage

Na-A, Na-X, Na-Y를 NaI 또는 AgI가 존재하는 상태에서 인터제올라이트 변환에서 얻은 제품의 특성을 바탕으로, CH3I의 흡착 성능 및 성공적인 인터제올라이트 변환에 의한 요오드 고정화를 비교하기 위해 4개의 서로 다른 Zeolite(즉, Na-A, Ag-A, Na-X, Ag-X)를 준비하였다. 도 10과 같이, Ag+ 교환된 Ag-A와 Ag-X Zeolite의 XRD 패턴은 각각 LTA 및 FAU 상 외에 Ag 금속 또는 Ag2O와 같은 다른 회절이 보이지 않았다. 이는 Ag+ 이온이 대부분 제올라이트 기공에 분산돼 최종 고온 소성 후에도 제올라이트 외부 표면으로 확산되지 않았다는 결론을 뒷받침한다. 표 3과 같이 동일한 이온교환 방식으로 작성된 두 Ag-zeolite의 Ag 성분은 상당히 유사하며, 프레임워크 Al에서 생성된 음이온 사이트의 48%와 43%가 각각 Ag+로 교환되었다. 상용 Na-A와 Na-X의 원소 분석을 통해 Na-A(Na/Al = 0.89)가 Na-X(Na/Al = 0.43)보다 두 배 많은 Na을 포함하는 것으로 확인되었다.Based on the properties of products obtained from interzeolite conversion of Na-A, Na-X, and Na-Y in the presence of NaI or AgI, adsorption performance of CH 3 I and iodine immobilization by successful interzeolite conversion were compared. Four different zeolites (i.e., Na-A, Ag-A, Na-X, Ag-X) were prepared for this purpose. As shown in FIG. 10, the XRD patterns of Ag + exchanged Ag-A and Ag-X zeolites did not show other diffraction such as Ag metal or Ag 2 O other than the LTA and FAU phases, respectively. This supports the conclusion that Ag + ions were mostly dispersed in the pores of the zeolite and did not diffuse to the outer surface of the zeolite even after the final high-temperature calcination. As shown in Table 3, the Ag components of the two Ag-zeolites prepared by the same ion exchange method are quite similar, and 48% and 43% of the anion sites generated in the framework Al were exchanged for Ag + , respectively. Elemental analysis of commercial Na-A and Na-X confirmed that Na-A (Na/Al = 0.89) contained twice as much Na as Na-X (Na/Al = 0.43).

하기 [표 3]은 본 발명에서 연구된 네 가지 흡착제에 대한 화학적 조성1과 흡착량2을 나타낸다.The following [Table 3] shows the chemical composition 1 and adsorption amount 2 of the four adsorbents studied in the present invention.

Figure 112021033824951-pat00003
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1 달리 명시되지 않은 한 ICP 분석에 의해 결정됨. 2 2시간 동안 CH3I 흡착 후 TGA에 의해 결정되고 1시간 동안 물리흡착된 CH3I를 연속적으로 탈착. 3 공급업체가 제공함. 1 Determined by ICP analysis unless otherwise specified. 2 Continuous desorption of physisorbed CH 3 I for 1 hour as determined by TGA after CH3I adsorption for 2 hours. 3 Supplied by supplier.

도 6과 표 3은 4개의 Zeolite에 대해 100 ℃에서 CH3I 흡착 결과를 나타낸다. Na-A는 CH3I를 거의 흡착하지 못했지만, 나머지 세 개의 제올라이트는 흡착 2시간 후 거의 포화 상태였으며, 흡착 CH3I의 총량은 140-280 mg/g-zeolite로 문헌에서 보고된 값과 유사했다. Na-A와 달리 Ag-A는 CH3I 흡착 능력이 약 260 mg/g-zeolite를 보였다.6 and Table 3 show the CH 3 I adsorption results at 100 °C for four zeolites. Na-A hardly adsorbed CH 3 I, but the remaining three zeolites were almost saturated after 2 hours of adsorption, and the total amount of adsorbed CH 3 I was 140-280 mg/g-zeolite, similar to the values reported in the literature. did. Unlike Na-A, Ag-A showed about 260 mg/g-zeolite adsorption capacity for CH 3 I.

Na-X의 흡착량은 Ag-A보다 적었지만 CH3I 흡착 용량은 140 mg/g-zeolite였다. Ag-X는 Na-X의 CH3I 흡착 용량의 약 두 배를 보였다. 이러한 흡착 결과에서 쉽게 예측할 수 있듯이, 따라서 CH3I 흡착 용량 면에서 Na+보다 Ag+가 더 낫고, zeolite X가 zeolite A보다 더 나은 것으로 보인다.Although the amount of adsorption of Na-X was less than that of Ag-A, the adsorption capacity of CH 3 I was 140 mg/g-zeolite. Ag-X showed about twice the CH 3 I adsorption capacity of Na-X. As can be easily predicted from these adsorption results, therefore, it seems that Ag + is better than Na + and zeolite X is better than zeolite A in terms of CH 3 I adsorption capacity.

도 2b와 같이 CH3I 흡착 후 Na-A-ad 및 Na-X-ad 샘플은 각각 LTA 및 FAU 상 이외의 X선 피크를 나타내지 않았다. Ag-A-ad에서는 대량 AgI 클러스터에 대한 X선 피크가 관찰되지 않았지만 Ag-X-ad에서는 AgI의 특성 피크가 관찰되었다. 상기와 같이, 금속 사이트의 CH3I 흡착 메커니즘 중 하나는 NaI 또는 AgI 종의 형성이며, 여기에서 CH3-I의 연속적인 분리와 금속 요오드화물의 조합이 발생한다. 그러나 XRD 검출 가능한 AgI는 그러한 작은 zeolite 마이크로 세공 내부에서 형성되지 않을 수 있으므로 Ag-X-ad 결정체의 외부 표면에서 AgI 클러스터 또는 더 큰 입자가 형성될 수 있다(도 11). As shown in FIG. 2b, after CH 3 I adsorption, the Na-A-ad and Na-X-ad samples did not show X-ray peaks other than the LTA and FAU phases, respectively. No X-ray peaks were observed for bulk AgI clusters in Ag-A-ad, but peaks characteristic of AgI were observed in Ag-X-ad. As above, one of the mechanisms of CH 3 I adsorption on metal sites is the formation of NaI or AgI species, in which successive dissociation of CH 3 -I and combination of metal iodides occur. However, XRD-detectable AgI may not form inside such small zeolite micropores, so AgI clusters or larger particles may form on the outer surface of Ag-X-ad crystals (Fig. 11).

Ag-Y 제올라이트의 슈퍼 케이지 안에서 AgI 종의 빠른 성장이 일어났고, 동시에 사용후 흡착제가 주변 환경에 노출되면서 외부 표면 쪽으로 확산된 것으로 알려졌다. 다만 LTA의 기공 크기는 FAU에 비해 훨씬 작기 때문에 공기에 노출된 뒤에도 기공 내부에 형성된 AgI가 기공 밖으로 빠져나오기가 상대적으로 어려워 Ag-A-ad에서는 특징적인 AgI X선 피크를 검출할 수 없을 수 있다.It is known that the rapid growth of AgI species occurred inside the Ag-Y zeolite supercage and at the same time diffused toward the outer surface as the spent adsorbent was exposed to the surrounding environment. However, since the pore size of LTA is much smaller than that of FAU, it is relatively difficult for AgI formed inside the pore to escape out of the pore even after exposure to air, and Ag-A-ad may not be able to detect the characteristic AgI X-ray peak. .

상기에서 논의한 4개의 CH3I 흡착 샘플에 대해 인터제올라이트 변환에 의한 SOD 구조의 sod-cage에서 요오드를 고정시키는 능력이 평가되었다. 이러한 합성 결과는 표 1(run 19-22)에도 요약되어 있다. NaOH 농도가 과다한 결정화(NaOH/Al = 4) 하루 만에 순수 SOD 상(도 2b 및 도 3(오른쪽))이 Na-A-ad에서 상호 변환되었지만, 도 6과 표 3에 나타난 바와 같이, CH3I 흡착량이 미미하기 때문에 127I MAS NMR(도 4)과 I 3d XPS(도 5) 스펙트럼에서는 특성 피크가 관찰되지 않았다. Ag-A-it 샘플도 Na-A-it와 동일한 변환 조건에서 SOD 상을 형성했지만 Ag-metal 상도 관찰되었다. 이 경우 Na-A와 AgI의 상호 변환 결과와 달리 (표 1의 run 8-10) 벌크 AgI 상은 관찰되지 않았다.The ability to fix iodine in the sod -cage of the SOD structure by interzeolitic conversion was evaluated for the four CH 3 I adsorption samples discussed above. These synthetic results are also summarized in Table 1 (runs 19-22). After one day of crystallization with excess NaOH concentration (NaOH/Al = 4), the pure SOD phase (Figs. 2b and 3 (right)) interconverted in Na-A-ad, but as shown in Fig. 6 and Table 3, CH Since the amount of 3 I adsorption was insignificant, no characteristic peak was observed in the 127 I MAS NMR (FIG. 4) and I 3d XPS (FIG. 5) spectra. The Ag-A-it sample also formed an SOD phase under the same conversion conditions as Na-A-it, but an Ag-metal phase was also observed. In this case, unlike the result of interconversion between Na-A and AgI (runs 8-10 in Table 1), the bulk AgI phase was not observed.

상기와 같이, CH3I 흡착 후 LTA 기공 내에 형성된 AgI 분자 또는 나노미터 종은 벌크 AgI 클러스터와는 달리 인터제올라이트 수열 조건 하에서 분해될 수 있으며, 따라서 분해된 Ag+는 금속 클러스터를 구성할 수 있다. 더욱이, 분해된 I-는 합성 혼합물에서 Na+와 결합하며, 생성된 SOD의 sod-cage를 안정화시키는 데 기여할 수 있다. 단, 도 4 및 도 5와 같이 Ag-A-it의 경우, sod-cage에서 고정화된 요오드화물의 비율은 그리 높지 않았다.As described above, AgI molecules or nanometer species formed in LTA pores after CH 3 I adsorption can be decomposed under interzeolite hydrothermal conditions, unlike bulk AgI clusters, and thus decomposed Ag + can form metal clusters. Moreover, the decomposed I binds to Na + in the synthesis mixture and can contribute to stabilizing the sod -cage of the produced SOD. However, as shown in FIGS. 4 and 5, in the case of Ag-A-it, the ratio of iodide immobilized in the sod -cage was not very high.

FAU의 인터제올라이트 변환은 실리카뿐만 아니라 나트륨의 과다 농도(표 1의 run 11, 12, 16, 17)로 ANA 상을 생성할 수 있으므로, Na-X-ad의 상호변환에서는 NaOH 농도가 Na-A-ad 및 Ag-A-ad (표 1의 run 21)에 비해 1/2로 낮아졌다. 그러나, ANA 상은 여전히 SOD(도 2b의 Na-X-it)에 비해 약 15%의 비율로 형성되었으며, 이는 run 12의 결과와 유사하다. 여기에서 Na-X-it에 대한 127I MAS NMR(도 4)과 I 3d XPS(도 5) 결과가 모두 run 12의 결과와 유사하다는 점에 주목해야 한다. 따라서 요오드 이온은 SOD의 sod-cage에서 고정된 것으로 보인다.Since the interzeolite conversion of FAU can produce ANA phase with excessive concentrations of sodium as well as silica (runs 11, 12, 16, and 17 in Table 1), in the interconversion of Na-X-ad, the NaOH concentration is Na-A It was lowered to 1/2 compared to -ad and Ag-A-ad (run 21 in Table 1). However, the ANA phase was still formed at a rate of about 15% compared to SOD (Na-X-it in Fig. 2b), which is similar to the result of run 12. It should be noted here that both the 127 I MAS NMR (FIG. 4) and I 3d XPS (FIG. 5) results for Na-X-it are similar to those of run 12. Therefore, iodine ions appear to be fixed in the sod -cage of SOD.

Na-X-it에 대한 원소 분석 결과도 run 12 제품과 유사했으며, SOD 구조의 I-/sod-cage 수는 run 12의 1.0(표 2)보다 약간 적은 0.8로 추정된다.The elemental analysis results for Na-X-it were also similar to those of run 12, and the number of I - / sod -cage in the SOD structure was estimated to be 0.8, slightly less than 1.0 in run 12 (Table 2).

반면, ANA와 Ag 금속 상은 Na-X-ad에 대한 동일한 수열 조건을 가진 Ag-X-ad의 상호 변환에서 SOD 상과 함께 식별되었다(표 1의 run 22). Ag-A-it과 마찬가지로, 이 run에서는 벌크 AgI 상이 식별되지 않았다 (도 2와 도 3에서 Ag-A-it (오른쪽)). 단, 도 4와 같이 Ag-X-it의 127I MAS NMR 스펙트럼에서 AgI의 약한 밴드가 -70 ppm 전후로 확인되었으며 -260 ppm에서 강한 밴드가 나타났다. 이는 XRD 결과(도 2b)에서 확인된 Ag-X-ad의 일부 AgI 클러스터는 인터제올라이트 변환 후에도 남아 있음을 나타낸다. Ag-X-ad는 4개의 흡착제(도 6과 표 3) 중 가장 많은 양의 요오드를 흡착하였음에도 불구하고, Ag-X-it의 요오드는 Na-X-it의 절반밖에 되지 않았다(표 2의 I/Al = 0.13 대 0.26). 따라서 SOD에서 I-/sod-cage의 수도 절반으로 계산되었다(표 2의 0.4 대 0.8).On the other hand, ANA and Ag metal phases were identified together with the SOD phase in the interconversion of Ag-X-ad with the same hydrothermal conditions for Na-X-ad (run 22 in Table 1). As with Ag-A-it, no bulk AgI phase was identified in this run (Ag-A-it (right) in Figs. 2 and 3). However, as shown in FIG. 4, in the 127 I MAS NMR spectrum of Ag-X-it, a weak band of AgI was confirmed around -70 ppm, and a strong band appeared at -260 ppm. This indicates that some AgI clusters of Ag-X-ad identified in the XRD results (Fig. 2b) remain after interzeolite conversion. Although Ag-X-ad adsorbed the largest amount of iodine among the four adsorbents (Fig. 6 and Table 3), the iodine of Ag-X-it was only half that of Na-X-it (Table 2 I/Al = 0.13 vs. 0.26). Therefore, the number of I - / sod -cages in SOD was also calculated by half (0.4 vs. 0.8 in Table 2).

CH3I 흡착 및 수열 인터제올라이트 변환에 대한 종합적인 결과는 Na-형태 제올라이트가 Ag-형태 제올라이트보다 CH3I 흡착 용량은 낮지만 요오드 고정 용량은 더 높다는 것을 보여주었다. 또한 Na-A와 달리 Na-X의 순수 SOD로의 상호 변환은 상대적으로 어렵지만 Na-X의 CH3I 흡착 용량은 훨씬 높다. 따라서, 네 가지 흡착제 중에서 Na-X 제올라이트가 최고의 흡착제로 결정된다. Na-X에서 CH3I 흡착 및 물리적 흡착된 CH3I의 연속 탈착 후 측정한 흡착 요오드의 양은 약 120 mg/g-zeolite(즉, 120,000ppm)였다(표 3). Comprehensive results for CH 3 I adsorption and hydrothermal interzeolite conversion showed that Na-type zeolites had lower CH 3 I adsorption capacity but higher iodine retention capacity than Ag-type zeolites. Also, unlike Na-A, the interconversion of Na-X to pure SOD is relatively difficult, but the CH 3 I adsorption capacity of Na-X is much higher. Therefore, among the four adsorbents, Na-X zeolite is determined to be the best adsorbent. The amount of adsorbed iodine measured after CH 3 I adsorption on Na-X and continuous desorption of physically adsorbed CH 3 I was about 120 mg/g-zeolite (ie, 120,000 ppm) (Table 3).

한편, Na-X-it 고형 샘플의 요오드 농도와 수열 인터제올라이트 변환 후 남은 합성액은 각각 117,000 ppm과 2,220 ppm으로 분석되었다. 이러한 결과는 질량 균형이 오차 범위 내에서 잘 일치함을 확인하였다(즉, 120,000 ~ 117,000+2220ppm).Meanwhile, the iodine concentration of the Na-X-it solid sample and the synthetic solution remaining after hydrothermal interzeolite conversion were analyzed to be 117,000 ppm and 2,220 ppm, respectively. These results confirmed that the mass balance was well matched within the error range (ie, 120,000 to 117,000 + 2220 ppm).

결과적으로, Na-X 흡착제를 사용할 경우, 요오드는 CH3I 흡착 후 성공적인 인터제올라이트 고정화 공정을 통해 매우 높은 비율인 98%의 SOD 구조의 sod-cage에서 고정화될 수 있다.As a result, when using the Na—X adsorbent, iodine can be immobilized in the sod -cage with a very high ratio of 98% of the SOD structure through the successful interzeolite immobilization process after CH 3 I adsorption.

결론conclusion

본 발명에서는 Na- 제올라이트와 Ag- 제올라이트 흡착제를 사용한 CH3I 흡착 후 인터제올라이트 변환에 의해 요오드를 sod-cage에 고정시키는 연구가 수행되었다. 처음에는 Na-A, Na-X, Na-Y에 대해 NaI 또는 AgI가 있는 상태에서 인터제올라이트 변환이 수행되었다. 흡착 능력이 가장 높은 것으로 알려진 Na-Y는 다른 두 제올라이트와는 달리 SOD 구조로 잘 변환되지 않은 것으로 확인됐다. SOD 구조로 변환될 수 있는 네 개의 제올라이트의 CH3I 흡착 용량은 동일한 조건에서 비교되었다. 흡착력은 Ag-X > Ag-A > Na-X > Na-A 순으로 나타났다. 따라서 쉽게 예상할 수 있듯이 Na+보다는 Ag+, LTA보다는 FAU가 흡착 능력이 높았다. 반면 CH3I 흡착 샘플의 인터제올라이트 변환에 의한 요오드의 고정화 능력을 평가했을 때, Ag-A는 흡착 능력이 뛰어나고 불순물 없이 SOD 구조로 잘 변환되었지만, 흡착된 요오드는 sod-cage에서 잘 고정되지 않았다. Na-X는 Ag-X보다 CH3I 흡착 능력이 낮았지만 흡착 요오드의 98%를 고정시킬 수 있었다. 전체적인 결과에서, 인터제올라이트 변환에 의한 CH3I 흡착과 고정화 모두를 고려했을 때, 평가된 4개의 제올라이트 중 방사성 요오드 제거에 가장 효율적인 후보가 Na-X라는 것을 보여주었다.In the present invention, a study was conducted to immobilize iodine in a sod -cage by interzeolite conversion after CH 3 I adsorption using Na- and Ag-zeolite adsorbents. Initially, interzeolite conversion was performed in the presence of NaI or AgI for Na-A, Na-X and Na-Y. Unlike the other two zeolites, Na-Y, which is known to have the highest adsorption capacity, was not well converted to the SOD structure. The CH 3 I adsorption capacities of the four zeolites that can be converted to the SOD structure were compared under the same conditions. The adsorption capacity was in the order of Ag-X > Ag-A > Na-X > Na-A. Therefore, as expected, the adsorption capacity of Ag + was higher than that of Na + and FAU was higher than that of LTA. On the other hand, when the immobilization ability of iodine by interzeolite conversion of the CH 3 I adsorbed sample was evaluated, Ag-A had excellent adsorption capacity and was well converted to the SOD structure without impurities, but the adsorbed iodine was not well fixed in the sod -cage. . Although Na-X had lower CH 3 I adsorption capacity than Ag-X, it was able to fix 98% of the adsorbed iodine. The overall results showed that Na-X was the most efficient candidate for removing radioactive iodine among the four zeolites evaluated, considering both CH 3 I adsorption and immobilization by interzeolite conversion.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments, since various substitutions and changes can be made to those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. .

Claims (8)

방사성 요오드가 흡착된 FAU 제올라이트로서, 상기 FAU 제올라이트는 Na-X 제올라이트이고, 상기 Na-X 제올라이트는 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간(Interzeolite) 변환되어 상기 방사성 요오드가 소달라이트-케이지(sod-cage) 내에 고정된 것을 특징으로 하며,
상기 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간(Interzeolite) 변환된 Na-X 제올라이트는 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간(Interzeolite) 변환된 Na-A 제올라이트에 비하여 CH3I 흡착 용량이 더 큰 것을 특징으로 하는 소달라이트 구조로 제올라이트간 변환을 통한 방사성 요오드 고정화용 흡착 물질.
As a FAU zeolite to which radioactive iodine is adsorbed, the FAU zeolite is a Na-X zeolite, and the Na-X zeolite is converted into a sodalite (SOD) structure between zeolites (Interzeolite) so that the radioactive iodine is placed in a sodalite-cage ( characterized in that it is fixed in the sod -cage),
The Na-X zeolite converted to the sodalite (SOD) structure by interzeolite has a CH 3 I adsorption capacity compared to the Na-A zeolite converted by interzeolite to the sodalite (SOD) structure. An adsorbent material for immobilizing radioactive iodine through conversion between zeolites into a sodalite structure, characterized in that it is larger.
제1항에 있어서,
상기 Na-X 제올라이트는 SiO2/Al2O3 몰비가 1.2인 것을 특징으로 하는 소달라이트 구조로 제올라이트간 변환을 통한 방사성 요오드 고정화용 흡착 물질.
According to claim 1,
The Na—X zeolite is an adsorbent material for immobilizing radioactive iodine through conversion between zeolites with a sodalite structure, characterized in that the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is 1.2.
제1항에 있어서,
상기 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간(Interzeolite) 변환된 Na-X 제올라이트의 소달라이트-케이지(sod-cage) 당 고정된 방사성 요오드의 비율(I-/sod-cage)이 0.8인 것을 특징으로 하는 소달라이트 구조로 제올라이트간 변환을 통한 방사성 요오드 고정화용 흡착 물질.
According to claim 1,
The ratio of radioactive iodine fixed per sod-cage (I - / sod -cage) of the Na-X zeolite converted to the sodalite (SOD) structure by interzeolite is 0.8 An adsorption material for immobilizing radioactive iodine through conversion between zeolites and sodalite structures.
제1항에 있어서,
상기 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간(Interzeolite) 변환된 Na-X 제올라이트는 I 3d XPS 스펙트럼에서 I 3d5/2 XPS 피크가 619.5 eV에서 측정되는 것을 특징으로 하는 소달라이트 구조로 제올라이트간 변환을 통한 방사성 요오드 고정화용 흡착 물질.
According to claim 1,
The Na—X zeolite converted into interzeolite into the sodalite (SOD) structure has a sodalite structure, characterized in that the I 3d 5/2 XPS peak is measured at 619.5 eV in the I 3d XPS spectrum. Adsorbent material for immobilization of radioactive iodine by transformation.
제1항에 있어서,
상기 Na-X 제올라이트에 흡착된 CH3I의 흡착량은 140-280 mg/g-zeolite인 것을 특징으로 하는 소달라이트 구조로 제올라이트간 변환을 통한 방사성 요오드 고정화용 흡착 물질.
According to claim 1,
The adsorbed amount of CH 3 I adsorbed to the Na-X zeolite is 140-280 mg / g-zeolite, characterized in that adsorbent material for radioactive iodine immobilization through conversion between zeolite to sodalite structure.
FAU 제올라이트로서 Na-X 제올라이트에 방사성 요오드를 흡착시키는 단계;
상기 요오드 흡착 Na-X 제올라이트를 제올라이트간(Interzeolite) 변환하여 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 변환하는 단계; 및
상기 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간(Interzeolite) 변환된 Na-X 제올라이트의 소달라이트-케이지(sod-cage)에 상기 방사성 요오드를 고정화하는 단계;를 포함하며,
상기 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간(Interzeolite) 변환된 Na-X 제올라이트는 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간(Interzeolite) 변환된 Na-A 제올라이트에 비하여 CH3I 흡착 용량이 더 큰 것을 특징으로 하는,
소달라이트 구조로 제올라이트간 변환을 통한 방사성 요오드 고정화 방법.
Adsorbing radioactive iodine on Na—X zeolite as FAU zeolite;
Converting the iodine-adsorbed Na—X zeolite into a sodalite (SOD) structure by converting the zeolite to interzeolite; and
Immobilizing the radioactive iodine in a sodalite-cage of Na—X zeolite converted into interzeolite into the sodalite ( SOD ) structure; including,
The Na-X zeolite converted to the sodalite (SOD) structure by interzeolite has a CH 3 I adsorption capacity compared to the Na-A zeolite converted by interzeolite to the sodalite (SOD) structure. characterized by a larger
Radioactive iodine immobilization method through conversion between zeolite and sodalite structure.
제6항에 있어서,
상기 Na-X 제올라이트는 SiO2/Al2O3 몰비가 1.2인 것을 특징으로 하는 소달라이트 구조로 제올라이트간 변환을 통한 방사성 요오드 고정화 방법.
According to claim 6,
The Na—X zeolite is a radioactive iodine immobilization method through conversion between zeolites to a sodalite structure, characterized in that the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is 1.2.
제6항에 있어서,
상기 소달라이트(Sodalite, SOD) 구조로 제올라이트간(Interzeolite) 변환된 Na-X 제올라이트의 소달라이트-케이지(sod-cage) 당 고정된 방사성 요오드의 비율(I-/sod-cage)이 0.8인 것을 특징으로 하는 소달라이트 구조로 제올라이트간 변환을 통한 방사성 요오드 고정화 방법.
According to claim 6,
The ratio of radioactive iodine fixed per sod-cage (I - / sod -cage) of the Na-X zeolite converted to the sodalite (SOD) structure by interzeolite is 0.8 Method for immobilizing radioactive iodine through conversion between zeolites and sodalite structures.
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