KR102572837B1 - 메조다공성 이온각인 방사성 핵종 흡착제 및 그 제조 방법 - Google Patents

메조다공성 이온각인 방사성 핵종 흡착제 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102572837B1
KR102572837B1 KR1020210113315A KR20210113315A KR102572837B1 KR 102572837 B1 KR102572837 B1 KR 102572837B1 KR 1020210113315 A KR1020210113315 A KR 1020210113315A KR 20210113315 A KR20210113315 A KR 20210113315A KR 102572837 B1 KR102572837 B1 KR 102572837B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
radionuclide
support
mesoporous
based compound
silane
Prior art date
Application number
KR1020210113315A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230030987A (ko
Inventor
김봉주
권장순
이재광
백민훈
Original Assignee
한국원자력연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국원자력연구원 filed Critical 한국원자력연구원
Priority to KR1020210113315A priority Critical patent/KR102572837B1/ko
Publication of KR20230030987A publication Critical patent/KR20230030987A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102572837B1 publication Critical patent/KR102572837B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/103—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate comprising silica
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28078—Pore diameter
    • B01J20/28083—Pore diameter being in the range 2-50 nm, i.e. mesopores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3007—Moulding, shaping or extruding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3042—Use of binding agents; addition of materials ameliorating the mechanical properties of the produced sorbent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3078—Thermal treatment, e.g. calcining or pyrolizing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3085—Chemical treatments not covered by groups B01J20/3007 - B01J20/3078
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3234—Inorganic material layers
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04—Treating liquids
    • G21F9/06—Processing
    • G21F9/12—Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

메조다공성 방사성 핵종 이온각인 흡착제는, 실리카를 포함하는 지지체, 지지체에 결합되어 있는 실란계 작용기, 실란계 작용기에 결합되어 있는 아민계 작용기, 아민계 작용기에 방사성 핵종을 선택적으로 흡착하는 흡착 지점이 형성되어 있다.

Description

메조다공성 이온각인 방사성 핵종 흡착제 및 그 제조 방법{MESOPOROUS ION-IMPRINTED RADIOACTIVE NUCLIDE ABSORBENT AND PREPARING METHOD THEREOF}
메조다공성 이온각인 방사성 핵종 흡착제 및 그 제조 방법이 제공된다.
최근 분리개념에서 환경 친화적이고 공정 단순화에 매우 유리한 분자각인 중합체(molecularly imprinted polymer, MIP) 또는 금속이온각인 중합체(metal ion imprinted polymer, MIIP)가 개발되고 있다. 분자각인 중합체(MIP) 또는 금속이온각인 중합체(MIIP)는, 적당한 주형물질(template material)과 결합하고 있는 단량체(monomer)를 출발물질로 사용하여 중합체를 합성한 후 주형물질을 제거함으로써, 주형물질과 형태가 동일한 공간이 존재하는 중합체이다.
주형물질로 인해 생긴 공간에는 주형물질과 형태적으로 동일한 물질만 끼어들 수 있고 주형물질과 다른 입체구조를 지닌 분자는 끼어들 수 없다. 이에 따라, 주형물질 공간을 가진 중합체를 주형물질과 다른 여러 분자들을 분리하는데 이용할 수 있다. 이는 항원에 대하여 형성된 항체가 항원과만 선택적으로 상호작용하는 원리(Fischer's Lock and Key concept이라 함)나 또는 생체 내의 효소가 특정한 기질(substrate)에 대하여서만 활성을 나타내는 이론(receptor theory라 함)과 비슷하다.
분자각인 중합체 또는 금속이온각인 중합체 제조 방법에서, 먼저 주형물질을 용매에 용해시킨 후, 주형물질 일부분과 결합할 수 있는 작용기를 가진 중합 가능한 기능성 단위체를 주형물질이 용해된 용매에 혼합함으로써, 주형물질과 기능성 단위체간의 복합체가 형성된다. 다음, 주형물질과 결합된 기능성 단위체의 배열을 유지하기 위하여, 과량의 불활성 단위체인 가교제(cross-linker)와 중합 개시제를 첨가하여, 중합체가 중합된다. 이 과정에서 주형물질을 용해시키는 용매는 합성된 중합체의 특성을 결정하는데 중요한 역할을 한다. 극성용매는 극성분자를 용해하기 때문에 주형물질과 기능성 단분자 사이에 일어나는 결합을 파괴시킬 수도 있다.
전술한 것처럼, 금속이온각인 중합체를 제조함에 있어서, 유화중합 또는 현탁중합을 이용한 각인 중합체 제조시, 단량체 또는 주형물질의 기능기와 물 사이에 작용하는 인력을 막기 위해서, 새로운 접근이 필요하다.
종래에 사용되는 일반적인 이온각인 기술은 주형이온의 불완전한 제거, 확산 장벽의 형성, 낮은 결합 능력, 느린 물질 전달, 그리고 느린 결합동역학을 갖고 있다. 이에 따라, 제조상의 높은 방사성 핵종 부하(loading) 능력 및 높은 핵종 제거 능력을 가지는 흡착체를 제조하는 기술에 대한 연구가 필요하다.
한국공개특허 2017-0064858은 구리 이온의 선택적 흡착을 위한 메조포러스 실리카 흡착제 및 그 제조 방법을 개시하며, 한국등록특허 10-0458325는 실란 화합물을 중형기공성 세라믹에 고정시킨 귀금속흡착제의 제조 방법을 개시하며, 그리고 한국등록특허 10-1871636은 선택적으로 중금속 이온을 분리할 수 있는 중금속 이온각인 흡착제의 제조 방법을 개시한다.
한국공개특허 2017-0064858 한국등록특허 10-0458325 한국등록특허 10-1871636
일 실시예는 제조상의 높은 방사성 핵종 부하(loading) 능력 및 높은 핵종 제거 능력을 가지는 흡착체를 제공하기 위한 것이다.
일 실시예는 경제적인 메조다공성 이온각인 방사성 핵종 흡착제를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
일 실시예에 따른 메조다공성 방사성 핵종 이온각인 흡착제는, 실리카를 포함하는 지지체, 지지체에 결합되어 있는 실란계 작용기, 실란계 작용기에 결합되어 있는 아민계 작용기, 아민계 작용기에 방사성 핵종을 선택적을 흡착하는 흡착 지점이 형성되어 있다.
일 실시예에 따른 메조다공성 방사성 핵종 이온각인 흡착제의 제조 방법은, 실리카를 포함하는 지지체에 실란계 화합물을 반응시켜, 지지체에 실란계 화합물을 결합시키는 단계, 실란계 화합물이 결합된 지지체에 아민계 화합물을 반응시켜, 실란계 화합물에 아민계 화합물을 결합시키는 단계, 아민계 화합물이 결합된 실란계 화합물이 결합된 지지체에 방사성 핵종 이온을 추가하여, 방사성 핵종 이온을 지지체에 부하하는(loading) 단계, 그리고 지지체를 세척하여 방사성 핵종 이온을 제거함으로써, 지지체에 방사성 핵종 이온의 선택적 흡착 지점을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예는 최적의 제조 조건을 제공함으로써, 방사성 핵종 이온 부하 과정에서 대상 핵종의 투입 및 손실을 최소화하고 부하량을 극대화할 수 있으므로 경제적이며, 방사성 핵종 이온 흡착 지점이 지지체 표면에 형성되어 목적 방사성 핵종에 대한 선택적 흡착특성을 압도적으로 증가시킬 수 있다.
일 실시예는 특정 방사성 핵종 이온을 분리할 수 있으며, 방사성 핵종 이온의 흡착 지점의 개수 조절이 용이하며, 흡착력이 매우 우수하며, 선택성을 사용 용도에 따라 임의적으로 부여할 수 있으며, 재생 효과가 매우 뛰어나며, 경제적으로 매우 뛰어나다.
일 실시예는 방사성 핵종 이온의 선택적 분리가 필요한 방사성폐기물, 인공효소, 항체, 센서 등에 이용될 수 있다.
도 1은 내지 도 3은 메조다공성 실리카의 합성 및 방사성 핵종의 가교를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 실험예 3에 따라 제조된 방사성 핵종 이온각인 메조다공성 실리카의 SEM-EDS 사진이다.
도 6 및 도 9는 실험예 5에 따라 제조된 메조다공성 실리카의 SEM-EDS 사진이다.
도 10은 방사성 핵종 메조다공성 매질체의 우라늄 최대 흡착량을 나타내는 그래프이다.
도 11은 우라늄산화물의 선택적 흡착 특성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 흡착제의 흡착 및 탈락의 반복 실험을 통한 재생율을 나타내는 그래프이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면, 일 실시예에 따른 메조다공성 이온각인 방사성 핵종 흡착제 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
일 실시예에 따르면, 방사성 핵종 이온이 선택적으로 쉽게 분리될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 메조다공성 방사성 핵종 이온각인 흡착제는, 실리카를 포함하는 지지체, 지지체에 결합되어 있는 실란계 작용기, 실란계 작용기에 결합되어 있는 아민계 작용기, 아민계 작용기에 방사성 핵종을 선택적으로 흡착하는 흡착 지점이 형성되어 있다.
메조다공성 방사성 핵종 이온각인 흡착제는, 지지체 표면에 위치하며, 세라믹을 포함하는 코팅층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅층은 0가 철, ZnO, ZrO2, 또는 MgO를 하나 이상 포함할 수 있다.
방사성 핵종은 U, Cs, Sr, 또는 I를 하나 이상 포함할 수 있으며, 방사성 핵종은 방사성을 가지고 있으며, 중금속과는 물리적 성질과 화학적 성질이 완전히 다른 분류에 속하는 원소이다.
흡착 지점은 질소 원자와 산소 원자로 둘러 쌓여 있을 수 있다. 또한, 흡착 지점의 형태는 중금속 이온의 형태와 서로 다를 수 있다.
일 실시예에 따른 메조다공성 이온각인 방사성 핵종 흡착제 제조 방법은, 1) 실리카를 포함하는 지지체에 실란계 화합물을 반응시켜, 지지체에 실란계 화합물을 결합시키는 단계, 2) 단계 1)의 실란계 화합물이 결합된 지지체에 아민계 화합물을 반응시켜, 실란계 화합물에 아민계 화합물을 결합시키는 단계, 3) 단계 2)의 아민계 화합물이 결합된 실란계 화합물이 결합된 지지체에 방사성 핵종 이온 및 산소-질소 이온을 가하여, 방사성 핵종 이온을 지지체에 부하하는 단계, 4) 단계 3)의 방사성 핵종 이온이 부하된 지지체에 가교제를 첨가하여 반응시키는 단계, 그리고 5) 단계 4)의 가교된 지지체를 산 용액으로 세척하여 방사성 핵종 이온을 제거함으로써, 지지체에 방사성 핵종 이온의 선택적 흡착 지점을 형성하는 단계를 포함한다.
단계 3)에서 방사성 핵종 이온에 대한 할로겐 이온의 몰 농도비는 10∼700일 수 있다.
방사성 핵종은 U, Cs, Sr, 또는 I를 하나 이상 포함할 수 있다.
실란계 화합물은 (3-클로로프로필)트리메톡시실란, (3-클로로이소부틸)메톡시실란, (p-클로로메틸)페닐트리메톡시실란, (클로로메틸)트리에톡시실란, (11-클로로운데실)트리에톡시실란, 또는 (클로로메틸)트리메톡시실란을 하나 이상 포함할 수 있다.
아민계 화합물은 폴리에틸렌이민, 노르스페르미딘, 스페르미딘, 스페르민을 하나 이상 포함할 수 있다.
할로겐 이온은 Br 또는 Cl 일 수 있다.
단계 5)에서 방사성 핵종 이온의 선택적 흡착 지점은 지지체 표면에 형성될 수 있다.
가교제는 에틸렌글리콜디글리시딜에테르일 수 있다.
실리카를 포함하는 지지체는 메조다공성 실리카일 수 있다.
제조된 방사성 핵종 이온각인 메조다공성 실리카에 세라믹 재료, 기능성 재료, 그리고 이들을 묶어주는 바인더를 혼합하고, 혼련한 후, 압출 공정과, 건조 및 소성 공정이 진행될 수 있다.
다음, 제조된 메조다공성 실리카에 세라믹을 딥코팅하는 공정이 진행될 수 있다.
일 실시예에 따른 메조다공성 이온각인 방사성 핵종 흡착제 제조 방법은, 1) 메조다공성 실리카에 (3-클로로프로필)트리메톡시실란을 반응시켜, 메조다공성 실리카 표면에 (3-클로로프로필)트리메톡시실란을 결합시키는 단계, 2) 단계 1)의 (3-클로로프로필)트리메톡시실란이 결합된 메조다공성 실리카에 폴리에틸렌이민을 반응시켜, (3-클로로프로필)트리메톡시실란에 폴리에틸렌이민을 결합시키는 단계, 3) 단계 2)의 폴리에틸렌이민 결합 3-클로로프로필)트리메톡시실란이 결합된 메조다공성 실리카에, 핵종-할로겐 이온을 메조다공성 실리카에 부하하는 단계, 4) 단계 3)의 U02이 부하된 메조다공성 실리카에 가교제로 에틸렌글리콜디글리시딜에테르를 첨가하여 반응시키는 단계, 그리고 5) 단계 4)의 가교된 메조다공성 실리카를 산 용액으로 세척하여 U02을 제거함으로써, 메조다공성 실리카 표면에 U02 선택적 흡착 지점을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1 (메조다공성 실리카의 합성 방법)
메조다공성 실리카를 합성하기 위해, 16.0 mL의 탈이온수, 10mL의 1M 질산(NHO3, 95%), 20 mL의 2M 염산(HCl, 36.0 %), 10 mL의 무수 에탄올(EtOH, 99.9 %), 1.2 g의 폴리(에틸렌 글리콜)-블록-폴리(프로필렌 글리콜)-블록-폴리(에틸렌 글리콜), 그리고 0.2 g의 세틸트리메틸암모늄브로마이드 계면활성제(CTAB, 99% 이상)가 준비된다. 전술한 물질들을 혼합한 용액이 실온에서 45분 동안 교반되어, 미셀 로드(micelle rods)가 형성된다. 다음, 4 mL의 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS, 99 % 이상)가 실리카 전구체로 혼합 용액에 첨가된다. 다음, 교반을 통한 45분의 결정화 후, 백색 침전물이 수득된다. 백색 침전물을 0.45 ㎛ 멤브레인 필터를 통해 여과하고 2L의 탈이온수로 세척하여, 미반응물이 제거되고 pH가 중화된다. 세척된 침전물을 데시케이터(desicator) 하에서 24 시간 동안 건조시킨 후, 600℃에서 6시간 동안 하소(calcine)하여 남아있는 계면활성제가 제거된다. 냉각 후, 막자사발(mortar) 및 막자(pestle)를 사용하여 단편화하여 메조다공성 실리카 입자가 수득된다
실험예 2 (실란 및 아민 결합 메조다공성 실리카의 제조 방법)
전술한 실험예 1에서 제조된 5 g의 메조다공성 실리카와 100 mL의 (3-클로로프로필)트리메톡시실란 (97 % 이상)을 80℃에서 6시간 동안 1mL의 탈이온수를 간헐적으로 첨가하면서 반응시켜 3-클로로프로필-메조다공성 실리카(CP-메조다공성 실리카)를 제조한다. 다음, CP-메조다공성 실리카를 여과하고 60℃에서 24 시간 동안 건조한다. 냉각 후, 막자사발 및 막자를 사용하여 단편화하여 CP-메조다공성 실리카 입자가 수득된다. 다음, 50 mL의 폴리에틸렌이민(PEI) 용액(50% H2O)과 1 g의 CP-메조다공성 실리카를 90℃에서 6시간 동안 교반한다. 반응 후, 수득된 PEI-메조다공성 실리카를 여과하고 탈이온수로 세척한 뒤 60℃에서 24 시간 동안 건조한다. 냉각 후 PEI-메조다공성 실리카 입자를 막자사발 및 막자로 단편화하여 수득한다.
실험예 3 (방사성 핵종 이온각인 메조다공성 실리카의 합성 방법)
전술한 실험예 2에서 제조한 PEI-메조다공성 실리카 상에 U02 이온을 부하한다. 이때 U02의 농도는 1000 μM로 고정하며, [Br-]/[U02]의 몰 농도비는 2, 50, 100, 200, 500 또는 1000이다. PEI-메조다공성 실리카에 대한 U02의 부하는 30℃에서 6시간 동안 강하게 교반하면서 1 L의 BrO2 및 U02이온 용액에 1 g의 PEI-메조다공성 실리카를 첨가함으로써 수행된다. U02가 부하된 PEI-메조다공성 실리카를 여과하고 60℃에서 24 시간, 건조시킨다.
U02 이온각인 PEI-메조다공성 실리카를 제조하기 위해, 1 g의 U02부하된 PEI-메조다공성 실리카 및 가교제인0.25 g의 에틸렌글리콜디글리시딜에테르(EGDE)를 무수 에탄올(absolute ethanol) 50 mL에 넣고 25℃에서 4시간 동안 계속 교반하면서 반응시킨다. 반응 후 입자를 0.1 M HCl 용액 1 L로 세척하여 주형 U02이온 및 미 반응한 EGDE를 제거한 후 탈이온수로 세척하여 pH를 중화시킨다. 입자를 여과하고 24 시간, 60℃에서 건조시킨다. 냉각 후, U02 이온각인 PEI-메조다공성 실리카를 막자사발 및 아케이드 몰타르에서 단편화하여 수득한다.
실험예 4 (세라믹 혼합 및 혼련)
실험예 3에 따라 제조된 방사성 핵종 이온각인 메조다공성 실리카에 세라믹 재료 등을 혼합 및 혼련한 후, 압출 공정과, 건조 및 소성 공정이 진행된다.
혼합 원료 준비
원료 재료는, 실험예 3에 따라 제조된 방사성 핵종 이온각인 메조다공성 실리카, 세라믹 재료, 기능성 재료, 그리고 이들을 묶어주는 압출 바인더를 포함한다.
실험예 3에 따라 제조된 방사성 핵종 이온각인 메조다공성 실리카는 4 중량% 사용된다.
세라믹 재료는 산화알루미늄 88 중량%, 점토(clay) 4 중량%, 장석 4 중량%를 포함한다.
기능성 재료는, 기공 형성제로, 중금속의 흡착 제거 효율이 확인된 0가 철, ZnO, ZrO2, 또는 MgO를 하나 이상 포함하며, 하기 표 2의 혼합 조건으로 사용된다.
압출 바인더는 MC 계열의 바인더를 포함한다.
표 1은 세라믹 재료와 압출 바인더를 포함하는 재료의 혼합 조건이다.
S0 재료 Wt.% Mass (g)
Al2O3 88 1760
Clay 4 80
장석 4 80
실험예 3에서 제조된 방사성 핵종 이온각인 메조다공성 실리카 4 80
Binder 8 160
Total 108 2160
표 2는 전술한 표 1의 재료(S0 재료)와 기공 형성제인 기능성 재료의 혼합 조건이다.
S0 (g) ZVI (g) 첨가제 (g) Total (g)
ZVI 0% 2160 0 2160
ZVI 10% 2160 216 (10%) 2376
ZVI 30% 2160 648 (30%) 2808
ZnO 6% (ZVI 10%) 2160 216 (10%) 129.6 (6%) 2505.6
ZrO2 6% (ZVI 10%) 2160 216 (10%) 129.6 (6%) 2505.6
MgO 6% (ZVI 10%) 2160 216 (10%) 129.6 (6%) 2505.6
금속산화물과의 혼합 소재는, 0가 철의 함량에 따른 중금속 흡착 제거 효율을 비교하기 위하여 0가 철의 함량을 0%, 10%, 30%로 조절하며, ZnO, ZrO2, MgO의 효율성을 확인하기 위하여 0가 철 10%의 소재에 추가적으로 ZnO, ZrO2, MgO의 함량을 6%로 맞추어서 합성된다.
원료 혼합과 혼련
세라믹 이온각인의 압출 공정에 있어 원료를 혼합하고 혼련하는 공정은 매우 중요하다. 여러가지 원료들이 혼합되기 때문에 서로 균질한 분포를 갖도록 해야 하는데 선정된 조성비로 각각 납석, 알루미나, 압출 바인더를 리본 믹서기를 이용하여 건식으로 30분간 혼합한다.
60L 시그마 믹서기에 혼합된 원료와 증류수, 윤활제, 계면활성제 등의 압출 보조제를 투입한다.
균질하게 혼합하며 반죽형태로 혼련과정을 1시간 동안 진행하고 혼련된 혼련물은 잘 밀봉하여 10℃에서 12시간 이상 냉장 보관하여 에이징(aging) 과정을 거친 후 더욱 균질한 상태를 만들어주어 압출 공정에 사용한다.
압출
금형을 통해 적정 온도와 압력으로 압출한다.
건조 및 소성
압출 후 건조 및 소성 공정이 진행된다. 온도 범위 설정을 통해 첨가물질의 완전 및 불완전 제거가 조절될 수 있다.
기공 형성제로, 그라파이트(graphite)의 불완전 제거를 통해, 이온각인 흡착제의 내부에 흡착능이 부여될 수 있다.
알루미나 소결 온도는 1600℃, 그라파이트 소결 온도는 1200℃, 바인더 소결 온도는 1000℃, 주물사 및 0가 철 소결 온도는 1500℃이다.
실험예 5 (세라믹 이온각인의 표면개질 또는 코팅)
실험예 4에 따라 제조된 메조다공성 실리카에 세라믹을 딥코팅한다.
딥(Dip) 코팅 방법
하기 표 3의 코팅액과 실험용 코팅 장치를 이용하여, 지지체의 표면에 딥코팅 방식으로 하강속도 100cm/min, 상승속도 50cm/min, 유지시간 1 분, 2 분, 3 분으로 하여 코팅층이 형성된다.
Wt.% Mass (g)
Al2O3 88 1760
Clay 4 80
장석 4 80
실험예 4에서 제조된 메조다공성 실리카 4 80
Binder 8 160
Total 108 2160
건조 크랙을 방지하기 위해 자연건조 12시간 후, 80℃ 열풍 건조기에서 매달아서 건조하고 1250℃와 1350℃로 전기로에서 각각 소성 공정이 진행된다.
실험예 6 (표면분석)
실험예 3 및 실험예 5에 따라 제조된 메조다공성 실리카 각각에 대하여 표면 분석을 진행하며, 그 결과가 도 4 내지 도 9의 사진이다.
도 4 내지 도 9를 참고하면, 실험예 3에 따라 제조된 메조다공성 실리카의 표면은 거칠지만, 실험예 5에 따라 제조된 메조다공성 실리카는 표면은 매끄럽다.
실험예 7 (흡착평가)
실험예 5에 따라 제조된 메조다공성 실리카에 대해, 흡착평가를 위해 최대 흡착량 실험을 진행하며, 이온의 선택성 흡착평가를 위해 복합이온상태에서 흡착실험을 진행하며, U02의 흡착과 탈착을 통하여 반복재생실험을 진행하며, 그 결과가 도 10 내지 도 12이다.
도 10을 참고하면, 최대 흡착량 실험결과 14 mg/g 의 최대 흡착량을 보이며, 최대 흡착량까지 도달한 시간은 약 2시간의 시간이 소요되는 것이 확인된다.
도 11을 참고하면, 방사성 핵종의 선택성을 확인한 결과 기타 중금속에 있는 물질에서는 우라늄산화물에 대한 강한 선택성을 나타내는 것이 확인된다.
도 12를 참고하면, 반복재생실험결과에서도 마찬가지로 10회까지 흡착/탈착의 변화 양상이 보이지 않은 재생효율이 좋은 흡착재임이 확인된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 실리카를 포함하는 지지체에 실란계 화합물을 반응시켜, 지지체에 실란계 화합물을 결합시키는 단계,
    상기 실란계 화합물이 결합된 지지체에 아민계 화합물을 반응시켜, 실란계 화합물에 아민계 화합물을 결합시키는 단계,
    상기 아민계 화합물이 결합된 실란계 화합물이 결합된 지지체에 방사성 핵종 이온을 추가하여, 방사성 핵종 이온을 지지체에 부하하는(loading) 단계, 그리고
    상기 지지체를 세척하여 방사성 핵종 이온을 제거함으로써, 지지체에 방사성 핵종 이온의 선택적 흡착 지점을 형성하는 단계
    를 포함하여, 메조다공성 방사성 핵종 이온각인 흡착제를 제조하고,
    세라믹과 상기 메조다공성 방사성 핵종 이온각인 흡착제를 포함하는 혼합 원료를 준비하는 단계,
    상기 혼합 원료를 혼련하는 단계,
    혼련된 상기 혼합 원료를 압출하는 단계,
    압출된 상기 혼합 원료를 건조하고 소성하는 단계, 그리고
    소성된 혼합 원료에 세라믹을 딥코팅하는 단계
    를 포함하는, 메조다공성 방사성 핵종 이온각인 흡착제의 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 방사성 핵종 이온이 부하된 지지체에 가교제를 첨가하여 반응시키는 단계를 더 포함하는, 메조다공성 방사성 핵종 이온각인 흡착제의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제7항에서,
    상기 혼합 원료는 바인더를 포함하는, 메조다공성 방사성 핵종 이온각인 흡착제의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
KR1020210113315A 2021-08-26 2021-08-26 메조다공성 이온각인 방사성 핵종 흡착제 및 그 제조 방법 KR102572837B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210113315A KR102572837B1 (ko) 2021-08-26 2021-08-26 메조다공성 이온각인 방사성 핵종 흡착제 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210113315A KR102572837B1 (ko) 2021-08-26 2021-08-26 메조다공성 이온각인 방사성 핵종 흡착제 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230030987A KR20230030987A (ko) 2023-03-07
KR102572837B1 true KR102572837B1 (ko) 2023-08-30

Family

ID=85513604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210113315A KR102572837B1 (ko) 2021-08-26 2021-08-26 메조다공성 이온각인 방사성 핵종 흡착제 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102572837B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101871636B1 (ko) * 2017-10-24 2018-06-26 서울대학교산학협력단 선택적으로 중금속 이온을 분리할 수 있는 중금속 이온 각인 흡착제의 제조방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10211428A (ja) * 1997-01-29 1998-08-11 Aramitsuku:Kk 吸着セラミック
KR100458325B1 (ko) 2002-03-15 2004-11-26 재단법인서울대학교산학협력재단 실란 화합물을 중형기공성 세라믹에 고정시킨 귀금속흡착제의 제조방법
KR101652256B1 (ko) * 2015-01-13 2016-08-31 한국원자력연구원 방사성 핵종 제거용 흡착제 조성물
US9814155B2 (en) 2015-08-25 2017-11-07 International Business Machines Corporation Adjustable computing component rack
KR102128727B1 (ko) * 2018-11-15 2020-07-02 고려대학교 산학협력단 비소, 크롬의 흡착 및 탈착이 가능한 세라믹볼의 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101871636B1 (ko) * 2017-10-24 2018-06-26 서울대학교산학협력단 선택적으로 중금속 이온을 분리할 수 있는 중금속 이온 각인 흡착제의 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LANGMUIR 2007. 23. 8079-8086

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230030987A (ko) 2023-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. One-step fabrication in aqueous solution of a granular alginate-based hydrogel for fast and efficient removal of heavy metal ions
JP6666621B2 (ja) シリカガラス前駆体製造方法、シリカガラス前駆体、シリカガラス製造方法、及びシリカガラス
KR20130001255A (ko) 다공질 실리카의 제조 방법 및 다공질 실리카
JP5958461B2 (ja) アルミニウムケイ酸塩、金属イオン吸着剤及びそれらの製造方法
DE112005001838T5 (de) Poröse anorganische/organische Hybridmaterialien mit geordneten Domänen für chromatographische Auftrennungen und Verfahren für deren Herstellung
KR20130090553A (ko) 양이온 및 음이온 중금속 동시 제거용 복합담체 및 그 제조방법
KR102572837B1 (ko) 메조다공성 이온각인 방사성 핵종 흡착제 및 그 제조 방법
JP2000109374A (ja) 多孔性ムライト物品の製造方法
Wahab et al. Synthesis and characterization of novel amorphous hybrid silica materials
KR101383677B1 (ko) 약물전달을 위한 아미독심기가 개질된 유기-무기 하이브리드 메조포러스 물질과 그 제조방법
JP6710823B2 (ja) タンパク質固定化用担体及びその製造方法
KR20150056101A (ko) 정수슬러지를 이용한 흡착제 및 이의 제조방법
KR101574416B1 (ko) 입상 메조 포러스 실리카의 제조방법
JP2012035179A (ja) 感温性吸着剤及びその製造方法
Husing et al. Porous inorganic-organic hybrid materials
JP2001278672A (ja) セラミックス材料及びその製造方法
JP2008145190A (ja) マイクロカプセル、液体クロマトグラフ用充填剤及びそれを用いた液体クロマトグラフ用カラム
González et al. Design of in vitro bioactive hybrid materials from the first generation of amine dendrimers as nanobuilding blocks
JPH03181334A (ja) 核酸合成用担体の製法
JP2758917B2 (ja) ガラスセラミックフィルター
JP2002293657A (ja) 分散粒子を含む無機系多孔質複合体の製造方法
Sreekumar Organic reactions catalyzed by functionalized mesoporous silica
KR101064841B1 (ko) 유무기 하이브리드 타일 및 그의 제조방법
KR100925235B1 (ko) 유기 템플레이트의 포스트 인터칼레이션을 이용한알루미나-실리카 가교화 점토의 제조 방법
EP3266752B1 (en) Silica glass precursor production method, silica glass precursor, silica glass production method

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right