KR20060134621A - 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재, 그 제조방법 및 이를이용한 포집방법 - Google Patents

방사성탄소 및 이산화탄소 포집재, 그 제조방법 및 이를이용한 포집방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재, 그 제조방법 및 이를 이용한 방사성탄소 및 이산화탄소 포집방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 석탄회 및 돌로마이트 중에서 선택되는 하나 이상의 물질과 산화칼슘을 포함하는 혼합체를 다공성 스펀지에 다결정체로 흡착시켜 제조되는 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재, 그 제조방법 및 상기 제조된 포집재를 이용하여 방사성탄소 및 이산화탄소를 포집하는 방법에 대한 것으로서, 본 발명에 따른 포집재는 높은 효율로 방사성탄소 및 이산화탄소를 포집할 수 있어, 종래 분말형태의 고체매질의 비산화로 인한 관벽의 막힘 현상 및 압력강하의 문제점이 없고, 필터로의 제조 및 취급이 용이하고, 추가적인 습도 발생장치가 필요 없을 뿐만 아니라, 환경오염의 문제를 저감할 수 있는 유용한 효과를 제공한다.
방사성탄소, C-14, 이산화탄소, 석탄회, 돌로마이트, 산화칼슘, 포집필터

Description

방사성탄소 및 이산화탄소 포집재, 그 제조방법 및 이를 이용한 포집방법{Trapping Agent for Radioactive Carbon and Carbon dioxide, Fabrication Method thereof, and Trapping Method Using the Same}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 포집필터의 모습을 나타낸 사진; 및
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 포집필터의 모습을 나타낸 사진.
본 발명은 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재, 그 제조방법 및 이를 이용한 방사성탄소 및 이산화탄소 포집방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 석탄회 및 돌로마이트 중에서 선택되는 하나 이상의 물질과 산화칼슘을 포함하는 혼합체를 다공성 스펀지에 다결정체로 흡착시켜 제조되는 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재, 그 제조방법 및 상기 제조된 포집재를 이용하여 방사성 배기체인 C-14 및 이산화탄소를 효과적으로 포집하는 방법에 대한 것이다.
사용후 핵연료 처리공정(사용후핵연료 휘발성 산화공정, 산화환원 공정, 용융염 공정 등) 중에 발생되는 핵분열 가스 화합물들 중 고방사성 이산화탄소(C-14)는 방사성 동위원소로서 반감기가 5,730년으로 상당히 긴 장수명의 기체 폐기물이다. 따라서, 이러한 장반감기를 갖는 방사성핵종인 고방사성 이산화탄소를 생태계로부터 적어도 수 만년 이상동안 격리시킬 수 있는 처리 및 처분 방법이 요구되고 있다.
C-14는 배기체내에서 대부분 CO2 형태로 존재하는 것으로 알려져 있으며 일부 발표자료에 의하면 CO 형태로 존재하는 것으로도 보고되고 있다.
현재까지, 14CO₂이산화탄소 처리기술로는 고정화 단계 이전에 물리적 흡수 및 예비 농축을 시키는 공정인 불염화탐소 용매공정 및 KALC 공정을 이용하는 방법; 고정화 단계 이전에 물리적 흡착 및 예비농축을 시키는 제올라이트 이용공정을 사용하는 방법; 고정화 단계 이전에 세정용액을 사용하여 화학 반응시키는 Double-alkali 방법 및 화학반응을 통하여 한 공정으로 제거 및 고정화를 시키는 알칼리 토금속 수산화물 슬러리 또는 고체매질을 흡착에 이용하는 고체매질 흡착법 등이 있다. 이들 공정 중에 제거효율, 공정의 단순함 및 최종 처분의 안정성 측면에서 고체 매질 흡착법이 우선시되고 있다.
또한, 기상으로 발생되는 C-14를 화학적 반응에 의하여 고정화시키는 방법에는 Ca(OH)2, Ba(OH)2등의 고채매질을 이용한 흡착법, 및 CO2가 NaOH 용액을 통과하 여 흡수되고, 잔여용액이 Ca(OH)2 또는 Ba(OH)2 슬러리와 접촉하여 최종 생성물로 전환되는 두 단계 반응으로 구성되는 Double Alkali 방법 등이 있다.
현재, 사용후 핵연료 처리공정 중에서 발생되는 기체상 C-14를 제거하기 위하여 Ca(OH)2 또는 Ba(OH)2 등의 고체 흡착제를 이용한 제거방법이 적합한 것으로 추천되고 있다. 특히, Ca(OH)2 를 고체매질로 이용한 방법은 C-14 제거효율이 높고, 반응 부산물인 CaCO3의 물에 대한 용해도가 매우 낮으며, 또한 매질 값이 저렴하여 널리 응용되고 있다.
그러나, 고체매질 흡착법은 고체매질을 분말형태로 사용하므로 분말의 비산화로 인한 관벽의 막힘 현상 및 압력강하 등에 문제가 있다. 따라서, Ca(OH)2 를 고체매질로 한 일정한 강도, 기공성 및 증대된 고체-기체 접촉면적을 지닌 필터가 요구되고 있다.
또한, Ca(OH)2 를 이용하여 C-14 및 CO2을 제거할 때 총괄 반응 메카니즘의 주요한 인자는 표면 수분으로, 표면 수분의 온도가 높고 상대습도가 증가할수록 반응속도는 화학반응에 의해 지배된다고 알려져 있다. 실제로 Ca(OH)2 를 이용한 종래 기술은 기체 중에 약 85% 정도의 상대습도 조건하에서 높은 제거효율을 보인다. 그러나, 고습도의 배기체를 완전히 처리하지 않을 경우 배기체 처리시스템의 후단에 설치하는 크립톤 및 크세논 처리시 악영향을 미친다. 따라서, 덩어리물(bulk water)을 약 2℃ 이슬점까지 낮출 수 있는 냉각 제습기 및 분자체(molecular sieve) 4A를 이용하여 완전히 수분을 제거해야하기 때문에 추가적인 제습장치 및 공정장치를 핫셀내에 설치해야 하는 문제점을 지니고 있다.
일반 산업분야에서 CO2의 분리 및 제거방법은 지금까지 많이 연구되어져 왔다. 그러나, 대부분의 방법들은 부분적이고 소규모이기 때문에 연소시설의 배출가스 중의 CO2를 대상으로 하기에는 문제점이 많았다. 현재 이러한 문제점을 해결하고자 배기가스 중의 CO2를 처리 대상으로 한 처리 방법들을 크게 몇가지로 분류하면 모노에탄올아민(MEA; Monoethanolamine), 디에탄올아민(DEA; Diethanolamine) 등을 흡수제(absorbent)로 이용한 물리·화학적 흡수법, 여러 가지 매질의 물리·화학적 성질을 이용한 흡착법, 멤브레인(membrane)의 가스분리(gas separation) 성질을 이용한 분리법, 생물무기화(biomineralization), 식생(vegetation) 등이다. 이러한 방법들에 의하면 90%이상의 제거효율도 가능하나, 장치 및 사용되는 흡수제(absorbent), 흡착제(Adsorbent), 멤브레인(membrane) 등이 고가인 문제점이 있다.
한편, 석탄화력발전소의 경우, 석탄회를 슬러리(slurry)화하여 발전소내에 저장하고 있으나 화학성분의 침출로 인한 토양 및 수질오염의 가능성이 있어 가시적인 오염물로 간주되고 있다. 또한, 일반 하수처리장 슬러지의 연소공정에서 발생되는 석탄회는 단순매립을 하고 있어 이에 따른 2차 환경오염 문제, 매립비용의 증가가 문제시 되고 있다. 최근에, 비산회의 재활용을 위해 시멘트원료 및 콘크리트의 혼화재료, 유효금속의 회수, 토양의 뒷채움재, 퇴비화, 제올라이트 합성, 세 라믹 응용 등으로 이용하기 위한 연구가 진행되고 있지만, 아직도 석탄회의 용도 개발에 관한 연구가 절실히 요구되고 있다. 지속적인 전력 수요의 증가로 인한 국내 유연탄 화력 발전소 신?증축에 따라 석탄회 발생량도 점진적으로 증가하여왔으며 앞으로도 증가할 것으로 예상된다. 그러나, 현재 석탄회 발생량의 대부분은 발전소 주위에 매립, 폐기되고 있어 장차 가중되는 회처리장의 입지 확보 문제, 환경보호 및 경제적 이익 측면에서 석탄회 재활용의 욕구가 높아져 오고 있다.
이에 본 발명자들은 종래 방사성탄소인 C-14 및 이산화탄소 제거방법이 가지고 있는 문제점들, 즉 분말형태의 고체매질의 비산화로 인한 관벽의 막힘 현상 및 압력강하 문제점을 해결 내지는 개선하고, 필터로의 제조 및 취급이 용이할 뿐만 아니라, 추가적인 습도 발생장치가 필요 없으며, 환경오염의 문제를 저감할 수 있는 방사성탄소 포집재를 연구하여 오던 중, 석탄회, 돌로마이트 및 산화칼슘을 조합하여 포집재로 제조하면 상기와 같은 문제점을 극복할 수 있을 뿐만 아니라 높은 효율로 고방사성탄소 및 이산화탄소를 제거할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 포집재의 비산화로 인한 관벽의 막힘 현상 및 압력강하 등의 문제점을 해결하고, 환경오염의 문제를 저감할 수 있으며, 부가적인 습도 조절장치의 필요 없이 사용후 핵연료 처리공정 중에서 발생하는 방사성탄소 및 이산 화탄소를 용이하게 또는 경제적으로 필터링할 수 있는 방사성탄소 포집재, 그 제조방법 및 이를 이용한 방사성탄소 포집방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, a) 석탄회 및 돌로마이트 중에서 선택되는 하나 이상의 물질과 b) 산화칼슘을 포함하는 혼합체를 다공성 스펀지에 다결정체로 흡착시킨 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 방사성탄소 포집재 및 이산화탄소를 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제조된 방사성탄소 포집재 및 이산화탄소를 이용하여 사용후 핵연료 처리공정 중에서 발생하는 방사성탄소의 외부 누출을 방지하는 방사성탄소 및 이산화탄소 포집방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 포집재는 석탄회 및 돌로마이트 중에서 선택되는 하나 이상의 물질과 산화칼슘의 혼합체를 다공성 스펀지에 다결정체로 흡착시킨 성형체로서, 방사성탄소인 C-14 및 이산화탄소를 효과적으로 포집할 수 있는 필터로 이용될 수 있다.
이산화탄소(14CO2)는 산화칼슘(CaO)과 반응하여 탄산칼슘(CaCO3)을 생성한다. 그러나, 산화칼슘 자체만으로는 필터가 만들어지지 않는다. 따라서, 본 발명은 산화칼슘을 기반으로 석탄회 및 돌로마이트 중 적어도 어느 하나의 물질과 혼합한 조성물을 다공성 스펀지에 함침시킨 후 추가적인 소결과정을 거쳐 그 포집효율을 더욱 향상시킨 포집재로 성형하여 사용한다. 상기 포집재를 사용하면 고온의 사용후 핵연료 처리 공정에서 배출되는 방사성탄소인 C-14을 효과적으로 고정화시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따른 포집재에 함유되는 조성물은 산화칼슘을 포함하는 모든 것을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 석탄회 및 돌로마이트 중 적어도 하나 이상의 물질을 산화칼슘과 혼합하여 사용할 수 있다.
석탄회(fly ash)는 일반적으로 주성분이 SiO2, Al2O3, Fe2O3 등이고 일부 CaO, MgO, 미연탄소(unburned carbon) 성분을 함유하고 있는 내구성 향상 및 장기 강도를 증진시키는 데 사용될 수 있다. 이러한 석탄회는 산화칼슘과 혼화재로 사용시 지지된 형태의 필터를 만들 수 있는 물질이다.
석탄회가 산화칼슘과 혼합되는 경우 석탄회는 10~70 중량%로, 산화칼슘은 30~90 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 이때, 석탄회의 상대적인 함량이 적으면 방사성 이산화탄소를 포집하는 산화칼슘의 기능을 효과적으로 보조하기 어렵고, 반면 석탄회의 상대적인 함량이 많으면 석탄회 내 불순물 함량이 높아지는 연유로 산화칼슘의 제 기능이 발휘되지 못하여 방사성탄소의 포집효율이 떨어지므로 바람직하지 않다.
이와 같이, 통상적으로 폐기되는 석탄회를 재활용함으로써 포집물질 대체효과를 통한 가스처리 비용의 경제성이 확보될 수 있고, 석탄회로 인하여 발생되는 환경오염 및 유연탄 화력발전소의 부지확보 문제 등을 해결할 수 있는 새로운 용도를 본 발명이 구현한 것이다.
돌로마이트(CaMg(CO3)2; calcium magnesium carbonate)는 분자량이 184g/mol으로 수성암(sedimentary rocks)에 풍부히 함유되어 있으며 화학식에서 볼 수 있듯이 주성분은 Ca과 Mg이다. 일반적인 성분구성은 CaO, MgO, CO2가 각각 30.5, 21.9, 47.6 중량%이다. 돌로마이트는 사용후 핵연료 처리공정 중에 발생하는 14CO2를 CaCO3 또는 MgCO3으로 포집, 회수한다.
돌로마이트가 산화칼슘과 혼합되는 경우 돌로마이트는 10~70 중량%로, 산화칼슘은 30~90 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 이때, 돌로마이트의 상대적인 함량이 적으면 방사성 이산화탄소와 반응하여 경화되는 생성물이 감소하여 포집효율이 떨어지고, 반면 돌로마이트의 상대적인 함량이 많으면 원하지 않는 부산물이 생성되어 방사성탄소의 포집에 유의적이지 못하므로 바람직하지 않다.
석탄회 및 돌로마이트가 산화칼슘과 혼합되는 경우 석탄회는 10~70중량%, 돌로마이트는 10~70 중량%, 및 산화칼슘은 20~80 중량%로 구성됨이 바람직하다. 이때, 산화칼슘의 상대적인 함량이 적으면 방사성 이산화탄소와의 반응성이 낮아 방사성탄소의 고정화가 유의적이지 못하고, 반면 산화칼슘의 상대적인 함량이 많으면 필터로서 방사성탄소 포집 공정에 적용하기가 곤란한 문제점이 있어 바람직하지 않다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 포집재에 사용되는 석탄회와 돌로마이트는 가격이 저렴하여 쉽게 구입할 수 있을 뿐만 아니라, 성형성이 양호하여 산화칼슘과의 처리방법에 따라 기공 및 비표면적을 향상시킬 수 있어서 보다 용이하게 방사성탄소를 흡착할 수 있다.
본 발명은 상기 다공성 스펀지의 범위를 제한하는 것은 아니나, 바람직하게는 폴리에테르 및 폴리에스테르를 포함하는 폴리우레탄 스펀지를 사용한다.
폴리우레탄은 우수한 기능성과 내구성을 지닌 환경친화적인 다공성 폼을 형성할 수 있는 고분자 물질로서 필터용으로 20~30 ppi(pores per inch), 바람직하게는 25 ppi의 기공 크기를 갖는 것이 좋다. 이때, 상기 기공의 크기가 20 ppi 미만으로 형성되면 포집 원료물질을 흡착하기 곤란하고, 반면 상기 기공의 크기가 30 ppi를 초과하게 되면 방사성탄소의 방사성 이산화탄소의 외부 누출에 따른 포집 효 율이 낮아지므로 바람직하지 않다. 본 발명에 따른 방사성탄소 포집재는 상기 다공성의 스펀지에 상기 혼합 조성물을 함침시켜 성형된다.
또한, 본 발명은 방사성탄소 포집재의 제조방법을 제공한다.
상기 제조방법은, 석탄회 및 돌로마이트 중에서 선택되는 하나 이상의 물질과 산화칼슘의 혼합체에 결합제를 가하여 슬러리 용액을 제조하는 단계; 상기 슬러리 용액에 다공성 스펀지를 함침시키는 단계; 및 상기 얻어진 스펀지에 공기를 분사시켜 잉여 슬러리를 제거하고 건조하는 단계를 포함한다.
먼저, 석탄회 및 돌로마이트 중에서 선택되는 하나 이상의 물질과 산화칼슘의 혼합체를 얻는다. 상기 조성물은 상술한 바와 같이, 석탄회 또는 돌로마이트가 10~70 중량%로 산화칼슘 30~90 중량%와 혼합될 수 있고, 석탄회 및 돌로마이트를 각각 10~70 중량%로 산화칼슘 20~80 중량%와 혼합될 수 있다.
이어서, 다공성 스펀지 내 흡착률을 높이고 상기 조성물 입자간의 접착률을 높이기 위하여 상기 혼합체에 결합제를 첨가한다. 본 발명은 상기 결합제를 특히 제한하는 것은 아니나, 바람직하게는 1~5 중량% 농도의 폴리비닐알콜 또는 1~5 중량% 농도의 메틸셀룰로오스 용액을 사용할 수 있다.
이어서, 상기 얻어진 조성물을 상기 결합제와 중량비로 1:1 ~ 3:1의 비율로 혼합하여 슬러리 용액을 얻는다. 이때, 결합제가 상대적으로 과량 첨가되면 잉여 슬러지가 다량 발생되므로 바람직하지 않고, 반면 결합제가 상대적으로 소량 첨가되면 다공성 스펀지 내로의 흡착이 곤란하므로 바람직하지 않다.
이어서, 상기 얻어진 슬러리 용액에 다공성 스펀지를 함침시킨 후, 잉여의 슬러지를 제거하기 위해 공기를 3~10회 분사시키고 건조시켜 성형체를 형성한다. 이때, 공기를 3회 미만으로 분사시키면 잉여의 슬러지를 효과적으로 제거할 수 없고, 상기 공기분사가 10회를 초과하게 되면 흡착된 슬러리까지 제거될 우려가 있으므로 바람직하지 않다. 본 단계에서 함침공정 및 공기분사공정은 수회, 바람직하게는 3~10회 반복 수행될 수 있다.
더욱이, 본 발명은 상기 얻어진 성형체 내 집합체의 치밀도와 강도를 높이기 위해 상기 성형체를 소결하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
이 때, 열처리의 온도가 높을수록 결정체의 생성률이 증가하고 성형체 내 집합체의 치밀도와 강도를 높일 수 있으나, 바람직하게는 1,100~1,550℃의 온도범위에서 1시간±30분 동안 소결하는 것이 바람직하다. 1,100℃ 이상에서 입자성장과 치밀화가 활발히 일어난다. 또한, 1,100℃~1,550℃의 온도범위에서 소결한 분말은 자기적으로 단일한 준강자성체를 띠므로 방사성 이산화탄소를 효과적으로 포집할 수 있다. 따라서, 상기 온도 범위를 벗어나면 본 발명에 따른 포집재의 유효성분 혼합체들의 입자성장과 치밀화가 효과적이지 못하므로 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 방사성탄소 포집재 및 이산화탄소는 필터용 또는 흡착탑용 포집재로 사용될 수 있다. 특히, 사용후 핵연료 처리공정에서 발생하는 방사성탄소의 대기중 누출을 방지하는 포집용으로 사용될 수 있다. 이에 따라 본 발명은 상기 제조된 포집재를 이용하여 사용후 핵연료 처리공정에서 발생하는 방사성탄소를 포집하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방사상탄소 및 이산화탄소 포집방법은, 핵연료 처리공정에서 발생하는 방사성탄소를 상기 제조된 포집재 필터에 통과시켜 포집온도 200~1,000℃, 보다 바람직하게는 200~900℃의 조건에서 포집을 수행하는 단계를 포함한다. 이로써 방사성탄소 및 이산화탄소의 대기 중의 누출을 효과적으로 방지할 수 있다. 이때, 상기 방사성탄소 및 이산화탄소의 포집온도가 200℃ 미만이면 석탄회, 돌로마이트 및 산화칼슘의 활성화가 약하여 포집반응에 따른 방사성탄소 및 이산화탄소의 고정화 및 안정화가 진행되지 아니하므로 방사성탄소 및 이산화탄소의 제거효율이 낮고, 반면 상기 포집온도가 1,000℃를 초과하면 고정화에 따른 방사성탄소 및 이산화탄소의 수율면에서 경제적이지 못하므로 바람직하지 않다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위를 제한하거나 한정하기 위한 것은 아니다.
<실시예 1> CO2 포집재의 제조
먼저, 석탄회와 산화칼슘을 40:60wt.%로 혼합한 후 결합제로서 폴리비닐알코올 2% 용액과 50:50wt.%로 균질하게 혼합하여 슬러리 용액을 만들었다. 다음으로, 분사기를 이용하여 25 ppi(pores per inch) 폴리우레탄 스펀지에 상기 슬러리를 분사시켜 함침시킨 후 잉여의 슬러리를 제거하기 위해 공기를 분사시켰다. 슬러리 함침 및 공기분사를 5회 반복한 후 90℃에서 12시간 건조과정을 거쳐 포집재를 성형하였다. 석탄회 성형물 내 석탄회 입자의 집합체가 융점 이하의 가열에 의해 치밀한 강도 높은 다결정체로 만들기 위하여 마지막으로 1,280℃에서 1시간 소결과정을 거쳐 필터를 가공하였다. 상기 얻어진 포집필터의 모습을 도 1에 나타내었다.
<실시예 2> CO2 포집재의 제조
먼저, 돌로마이트와 산화칼슘을 50:50wt.%로 혼합한 후 결합제로서 폴리비닐알코올 1% 용액과 50:50wt.%로 균질하게 혼합하여 슬러리 용액을 만들었다. 다음으로, 분사기를 이용하여 25 ppi(pores per inch) 폴리우레탄 스펀지에 상기 슬러리를 분사시켜 함침시킨 후 잉여의 슬러리를 제거하기 위해 공기를 분사시켰다. 슬러리 함침 및 공기분사를 3회 반복한 후 90℃에서 12시간 건조과정을 거친 후 1,4000℃에서 6시간 소결과정을 거쳐 포집재를 성형하였다. 상기 얻어진 포집필터의 모습을 도 2에 나타내었다.
<실시예 3> CO2 포집재의 제조
먼저, 석탄회, 돌로마이트 및 산화칼슘을 20:20:60wt.%로 혼합한 후 결합제로서 폴리비닐알코올 1% 용액과 50:50wt.%로 균질하게 혼합하여 슬러리 용액을 만들었다. 다음으로, 분사기를 이용하여 25 ppi(pores per inch) 폴리우레탄 스펀지에 상기 슬러리를 분사시켜 함침시킨 후 잉여의 슬러리를 제거하기 위해 공기를 분사시켰다. 슬러리 함침 및 공기분사를 5회 반복한 후 90℃에서 12시간 건조과정을 거쳐 포집재를 성형하였다. 마지막으로 1,280℃에서 1시간 소결과정을 거쳐 필터를 성형하였다.
상기 포집재 내 혼합체의 함량을 하기 [표 1]에 보인 바와 같이 달리하여 포집재를 제조하였다. 각 실시예 및 비교예에 따른 이산화탄소의 제거효율을 함께 나타내었다. 방사성탄소 C-14는 배기체내에서 대부분 CO2 형태로 존재하므로 CO2 기체를 이용하여 포집실험을 수행하였다. 실시예 1~10 및 비교예 1~4에 따라 제조된 필터를 Two-zone 관형관로 내에서 실험을 수행하였으며, CO2 기체의 주입농도를 10,000ppm, 포집온도는 850℃으로 고정하였다.
구분 포집재 유효성분 함유량(중량%)
석탄회 돌로마이트 산화칼슘 제거효율(%)
실시예 1 40 - 60 99.9
실시예 2 - 50 50 99.9
실시예 3 20 20 60 99.9
실시예 4 10 - 90 99.9
실시예 5 70 - 30 99.9
실시예 6 - 10 90 99.9
실시예 7 - 70 30 97.5
실시예 8 10 10 80 99.9
실시예 9 10 10 80 99.9
비교예 1 5 - 95 99.5
비교예 2 30 - 70 99.9
비교예 3 - 5 95 99.0
비교예 4 - 80 20 97.5
<실시예 4> 포집 실험
Two-zone 관형관로를 이용하여 공기 분위기 하 5 cm/sec의 유속 조건에서 CO2 주입농도를 30,000ppm으로 고정하고, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 필터를 이용하여 필터의 포집온도를 800℃ 에서 6 시간 동안 유지시켜 흡착 실험한 결과 이산화탄소의 포집효율은 99.9% 이상이었다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재는 사용후 핵연료 처리공정에서 발생하는 고방사성 장수명 기체 폐기물인 C-14 및 일반 산업에서 배출되는 이산화탄소를 99.9% 이상의 높은 포집효율로 제거할 수 있으며, 본 발명의 포집재는 필터로의 제조성이 용이할 뿐만 아니라, 종래의 분말형태 고체매질을 이용한 공정에 비해서 분말의 비산화로 인한 관벽의 막힘 현상이 없으며, 취급이 용이하고, 압력강하 부분에서 장점이 있을 뿐만 아니라 주입가스의 상대습도를 85%까지 올릴 필요가 없어 추가적인 습도 발생장치가 필요 없는 점 등에서 기존의 고체매질 방법에 비하여 비교 우위 기술을 지니고 있다. 더욱이, 유연탄 화력발전소에서 발생하는 석탄회를 원료물질로 재활용함으로써 석탄회로 인한 환경오염 문제 등을 해결할 수 있는 유용한 효과를 제공한다.

Claims (11)

  1. a) 석탄회 및 돌로마이트 중에서 선택되는 하나 이상의 물질과 b) 산화칼슘을 포함하는 혼합체를 다공성 스펀지에 다결정체로 흡착시킨 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 혼합물은 석탄회가 10~70 중량%, 산화칼슘이 30~90 중량%로 구성됨을 특징으로 하는 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 혼합물은 돌로마이트가 10~70 중량%, 산화칼슘이 30~90 중량%로 구성됨을 특징으로 하는 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 혼합물은 석탄회가 10~70중량%, 돌로마이트가 10~70 중량%, 및 산화칼슘이 20~80 중량%로 구성됨을 특징으로 하는 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 스펀지는 폴리우레탄 폼임을 특징으로 하는 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재.
  6. a) 석탄회 및 돌로마이트 중에서 선택되는 하나 이상의 물질과 산화칼슘의 혼합체에 결합제를 가하여 슬러리 용액을 제조하는 단계;
    b) 상기 슬러리 용액에 다공성 스펀지를 함침시키는 단계; 및
    c) 상기 얻어진 스펀지에 공기를 분사시켜 잉여 슬러리를 제거하는 단계를 포함하는 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 얻어진 포집재를 1,100~1,550℃에서 1시간±30분 동안 소결하는 단계를 추가적으로 포함함을 특징으로 하는 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 슬러리 용액은 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 혼합물과 1~5 중량% 농도의 폴리비닐알콜 및 1~5 중량% 농도의 메틸셀룰로오스 용액으로부터 선택되는 결합제가 중량비로 1:1 ~ 3:1의 비율로 조성됨을 특징으로 하는 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 다공성 스펀지는 폴리우레탄 폼임을 특징으로 하는 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재 제조방법.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 잉여 슬러리는 공기를 3~10회 반복 분사시켜 제거됨을 특징으로 하는 방사성탄소 및 이산화탄소 포집재 제조방법.
  11. 방사성탄소를 200~1,000℃, 바람직하게는 200~900℃의 운전조건에서 제 1항의 포집재에 통과시켜 방사성탄소의 누출을 방지함을 특징으로 하는 방사성탄소 및 이산화탄소 포집방법.
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