KR20200064526A - Self-assembled radioactive cesium removal complex, method for producing the same, and method for removing radioactive cesium using the same - Google Patents

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Abstract

Disclosed in the present specification are a self-assembled radioactive cesium removal complex, a method for producing the same, and a method for removing radioactive cesium using the same. The self-assembled radioactive cesium removal complex includes a self-assembled chalcogen compound and an ammonium group bound to the chalcogen compound surface.

Description

자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 방사성 세슘 제거 방법 {SELF-ASSEMBLED RADIOACTIVE CESIUM REMOVAL COMPLEX, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND METHOD FOR REMOVING RADIOACTIVE CESIUM USING THE SAME}Self-assembled radioactive cesium removal complex, manufacturing method thereof and radioactive cesium removal method using same {SELF-ASSEMBLED RADIOACTIVE CESIUM REMOVAL COMPLEX, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND METHOD FOR REMOVING RADIOACTIVE CESIUM USING THE SAME}

본 발명은 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 방사성 세슘 제거 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 자가조립형 칼코젠 화합물; 및 상기 칼코젠 화합물 표면에 결합된 암모늄기;를 포함하는 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 방사성 세슘 제거 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a self-assembled radioactive cesium removal complex, a method for manufacturing the same, and a radioactive cesium removal method using the same. More specifically, the present invention is a self-assembled chalcogenide compound; And an ammonium group bound to the surface of the chalcogen compound. It relates to a self-assembled radioactive cesium removal complex, a method of manufacturing the same, and a radioactive cesium removal method using the same.

방사능 오염 핵종중 하나인 Cs-137 에 경우 30년에 달하는 반감기를 가지고 있으며, 원자력 발전소 중대 사고시 주요 유출물질이기 때문에 신속하고 효율적으로 제염할 수 있는 흡착 기술을 필요로 한다. Cs-137, one of the radioactive polluted nuclides, has a half-life of 30 years, and is a major effluent in the event of a nuclear accident, and requires adsorption technology to decontaminate quickly and efficiently.

2011년 일본 동북부 지방에서 일어나 후쿠시마 원전 사고에서 발생한 오염수에는 Cs-137을 비롯한 기타 방사능 폐기물들이 존재하였는데, 당시 기존의 제올라이트류의 제염 기술을 활용하였으나, 낮은 제거효율과 고농도 처리로 인한 2차 오염수 생성 등에 추가적인 문제가 발생하였는 바, 새로운 기술 개발의 필요성이 대두되고 있다. Cs-137 and other radioactive wastes were present in the contaminated water from the Fukushima nuclear power plant accident in the northeastern region of Japan in 2011. At the time, the existing zeolite decontamination technology was used, but secondary contamination due to low removal efficiency and high concentration treatment Since additional problems such as water generation have occurred, the need for new technology development is emerging.

WO2017-200358 A1WO2017-200358 A1 KR 10-1429560 B1KR 10-1429560 B1 US 9455054 B2US 9455054 B2 US 2015/0343436A1US 2015/0343436A1

Journal of Materials Chemistry 2008, 18, 3628-3632Journal of Materials Chemistry 2008, 18, 3628-3632 Bioresource Tehcnology, 2016, 218, 391-398Bioresource Tehcnology, 2016, 218, 391-398 Bioresource Technology, 2016, 218, 294-300Bioresource Technology, 2016, 218, 294-300 Dalton Transaction, 2013, 42, 16049-16055Dalton Transaction, 2013, 42, 16049-16055 Sheha, R. R.; Metwally, E., Equilibrium Isotherm Modeling of Cesium Adsorption onto Magnetic Materials. J Hazard Mater 2007, 143, 354-361.Sheha, R. R.; Metwally, E., Equilibrium Isotherm Modeling of Cesium Adsorption onto Magnetic Materials. J Hazard Mater 2007, 143, 354-361.

본 발명의 목적은 자가조립형 칼코젠 화합물; 및 상기 칼코젠 화합물 표면에 결합된 암모늄기;를 포함하여, 낮은 초기 농도에서도 세슘을 효율적으로 제거할 수 있는 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 방사성 세슘 제거 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is a self-assembled chalcogen compound; And an ammonium group bound to the surface of the chalcogen compound; to provide a self-assembled radioactive cesium removal complex capable of efficiently removing cesium even at a low initial concentration, a method for manufacturing the same, and a method for removing radioactive cesium using the same .

본 발명의 예시적인 구현예에서는 자가조립형 칼코젠 화합물; 및 상기 칼코젠 화합물 표면에 결합된 암모늄기;를 포함하는, 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체를 제공한다. In an exemplary embodiment of the present invention, a self-assembled chalcogen compound; And an ammonium group attached to the surface of the chalcogen compound.

본 발명의 예시적인 구현예에서는 전술한 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체의 제조방법에 있어서, 칼코젠 이온 및 암모늄 이온을 포함하는 단일 전구체를 합성하는 단계; 상기 단일 전구체를 유기 용매에 분산시켜, 자가조립 반응에 의하여 겔을 생성시키는 단계; 및 상기 겔을 초임계 상태의 이산화탄소(CO2)로 건조시키는 단계;를 포함하는 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체의 제조방법을 제공한다. In an exemplary embodiment of the present invention, in the method for preparing the self-assembled radioactive cesium removal complex described above, synthesizing a single precursor comprising chalcogen ions and ammonium ions; Dispersing the single precursor in an organic solvent to produce a gel by self-assembly reaction; And drying the gel with supercritical carbon dioxide (CO 2 ); provides a method for producing a self-assembled radioactive cesium removal complex comprising a.

본 발명의 예시적인 구현예에서는 전술한 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체를 이용하여, 방사성 세슘 이온을 제거하는 단계;를 포함하는, 방사성 세슘 제거 방법을 제공한다. In an exemplary embodiment of the present invention, using the above-described self-assembled radioactive cesium removal complex, removing radioactive cesium ions; provides a method for removing radioactive cesium.

본 발명에 따른 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체는 자가조립형 칼코젠 화합물 및 이에 결합된 암모늄기를 포함하여, 방사성 세슘 이온이 상기 암모늄기와 치환되거나 상기 복합체 내에 물리적으로 흡착되어, 세슘 이온을 효과적으로 제거할 수 있다. The self-assembled radioactive cesium removal complex according to the present invention includes a self-assembled chalcogen compound and an ammonium group bound thereto, where radioactive cesium ions are substituted for the ammonium group or physically adsorbed in the complex, effectively removing cesium ions can do.

또한, 본 발명에 따른 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체의 제조방법은, 가격이 비싼 전이금속류가 아닌 범용성 있는 재료인 암모늄 이온을 이용하여, 자가조립을 통해 칼코젠 화합물을 고형화함으로써, 간이 경제적으로 방사성 세슘 제거용 복합체를 제조할 수 있다. In addition, the method of manufacturing a self-assembled radioactive cesium removal complex according to the present invention uses a ammonium ion which is a general-purpose material rather than an expensive transition metal, and solidifies the chalcogen compound through self-assembly, thereby making it simple and economical A radioactive cesium removal complex can be prepared.

도 1은 본 발명에 따른 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체의 제조방법을 나타낸 개략도로서, 티오주석산염(Thiostannates) ([Sn2S6]4-) 와 각각의 유기 리간드(Ligand) 인 암모늄염(Ammonium Salt) 들과 솔-겔(Sol-Gel) 반응을 통해 TAC(Tin Ammonium Chalcogel) 물질들을 형성하는지에 대한 제조법을 보여준다.
도 2는 전체적으로 TAC 물질들의 비정질 특징으로 보여주는 XRD 자료로서, 검은색 그래프는 실시예에 따라 초임계 건조된 Aerogel 물질이고 빨간색 그래프는 일반 상압에서 건조되어 다공구조체가 최소화된 Xerogel 물질이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 제조(초임계 탄소 처리됨)된 TAC-1, TAC-2, TAC-3, 및 TAC-4의 표면 SEM 분석 자료이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 TAC-3의 질소 부피 등온선 분석 자료이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 졸-겔(Sol-gel) 공정 반응 후 초임계 탄소처리된 TAC-3 물질의 XPS 분석 자료이다.
도 6 은 본 발명의 비교예로서, 초임계 이산화탄소 건조 과정을 거치지 않고, 일반 감압 필터 처리로 건조된 TAC 샘플들을 촬영한 사진이다.
도 7 은 본 발명의 실시예에서 제조된 TAC-1, TAC-2, TAC-3, 및 TAC-4에 대하여, 암모늄기의 사이즈 및 화학적 경도(Chemical Hardness) 정도에 따른 세슘 제거양을 나타내는 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing a method for preparing a self-assembled radioactive cesium removal complex according to the present invention, thiostannate (Thiostannates) ([Sn 2 S 6 ] 4- ) and each organic ligand (Ligand) ammonium salt ( It shows the preparation method of forming the TAC (Tin Ammonium Chalcogel) materials through the Sol-Gel reaction with Ammonium Salts.
Figure 2 is XRD data showing the amorphous characteristics of the TAC materials as a whole, the black graph is a supercritical dried Aerogel material according to an embodiment, and the red graph is a Xerogel material with a porous structure minimized by drying at normal atmospheric pressure.
Figure 3 is a surface SEM analysis of the TAC-1, TAC-2, TAC-3, and TAC-4 prepared in the present invention (supercritical carbon treated).
4 is a nitrogen volume isotherm analysis data of TAC-3 according to an embodiment of the present invention.
5 is XPS analysis data of a supercritical carbon-treated TAC-3 material after a sol-gel process reaction in an embodiment of the present invention.
6 is a comparative example of the present invention, without going through a supercritical carbon dioxide drying process, is a photograph of TAC samples dried by a general reduced pressure filter treatment.
7 is a graph showing the amount of cesium removal according to the size and chemical hardness of ammonium groups, for TAC-1, TAC-2, TAC-3, and TAC-4 prepared in Examples of the present invention. .

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들은 단지 설명을 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. The embodiments of the present invention disclosed in the text are exemplified for illustrative purposes only, and the embodiments of the present invention may be implemented in various forms and should not be interpreted as being limited to the embodiments described in the text. .

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들은 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. The present invention can be variously modified and can have various forms, and the embodiments are not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention It should be understood to include.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present specification, when a part “includes” a certain component, it means that the component may further include other components, rather than excluding other components, unless otherwise specified.

자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체Self-assembled radioactive cesium removal complex

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 자가조립형 칼코젠 화합물; 및 상기 칼코젠 화합물 표면에 결합된 암모늄기;를 포함하는, 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체를 제공한다. In exemplary embodiments of the present invention, a self-assembled chalcogen compound; And an ammonium group attached to the surface of the chalcogen compound.

[Sn2S6]4-를 비롯한 몇몇 칼코젠 구조체(이온)들은 유기용액 상태에서 고유의 3차원 혹은 2차원 국부구조를 유지하는 특성 때문에 독특한 물성과 기능성을 지닌 다양한 다공체 구조의 재료이다(도 1의 [Sn2S6]4- 구조 참조). 상기 칼코젠 구조체들은 용액상에서 녹았을 때 음이온 형태를 띄고 있는 특성 덕분에 양이온 형태의 전이금속 이온들과 결합할 시에는 칼코젠-전이금속 조합의 다양한 다공구조체를 만들 수 있다. 하지만 실질적인 응용과 연결되기 위해선 구하기 힘들거나 가격이 비싼 전이금속류가 아닌, 범용성 있는 재료로 칼코젠 다공구조체를 합성할 수 있는 기술이 필요로 한다. [Sn 2 S 6 ] Some chalcogenide structures (ions), including 4- , are materials of various porous structures with unique properties and functionality due to the property of maintaining their own three-dimensional or two-dimensional local structure in the organic solution state (Fig. 1, [Sn 2 S 6 ] 4- structure). The chalcogen structures, when dissolved in solution, can form various porous structures of a combination of chalcogen-transition metals when combined with cation-type transition metal ions, due to their anionic form. However, in order to be connected with practical applications, it is necessary to develop a technology capable of synthesizing a chalcogen porous structure with a versatile material, rather than transition metals that are difficult to obtain or expensive.

이에 본 발명자들은, 기존의 양-음이온 결합 반응을 이용한 메타테시스(Methathesis) 방법이 아닌 [Sn2S6]4- 국부구조를 지닌 단일 시료(단일 전구체)의 티올리시스(thiolysis) 반응을 통해 제조된 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체를 개발하였다. Accordingly, the present inventors did not perform the metathesis method using the conventional positive-anion binding reaction, but instead of [Sn 2 S 6 ] 4- thiolysis reaction of a single sample (single precursor) with a local structure. A self-assembled radioactive cesium removal composite was developed.

또한, 경제적이고 범용성이 높으면서도, 높은 Cs+ 이온치환 기능성을 지닌 암모늄 기능기를 표면에 개질(modify)하여, 빠르고 높은 효율로 오염 물질, 특히 방사성 세슘의 농도를 떨어뜨릴 수 있다. 구체적으로, Hard Soft Acid Base Theory 에 근거하여, 수용액 상태에서 비슷한 화학적 경도(Chemical Hardness)를 지닌 암모늄기가 Cs 이온을 매우 효율적으로 흡착(또는 치환, 교환 반응)할 수 있는 것으로 예상된다. In addition, while being economical and highly versatile, it is possible to modify the ammonium functional group having a high Cs + ion-substitution function to the surface, thereby reducing the concentration of contaminants, especially radioactive cesium, with high efficiency and speed. Specifically, based on the Hard Soft Acid Base Theory, it is expected that ammonium groups having similar chemical hardness in aqueous solution can adsorb (or replace, exchange) Cs ions very efficiently.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체는 다공성 에어로겔일 수 있다. In exemplary embodiments, the self-assembled radioactive cesium removal composite may be a porous airgel.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체는 3차원의 사면체 배위(tetrahedral coordination) 구조일 수 있다. 본 발명에 따른 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체는 칼코젠 이온이 결합 후에도 3차원의 사면체 배위 구조를 그대로 유지하고 있다. 구체적으로, 이는 세슘 이온 흡착 기능성을 띈 암모니움과 그 기능성을 유지하기 위해 필요한 골격구조인 황과 주석에 결합력에 안정성을 주어 세슘 이온 제어시 기본골격 구조가 무너져 오염수 2차 오염을 막을 수 있게 된다In exemplary embodiments, the self-assembled radioactive cesium removal complex may be a three-dimensional tetrahedral coordination structure. The self-assembled radioactive cesium removal complex according to the present invention retains the three-dimensional tetrahedral coordination structure even after chalcogen ions are bonded. Specifically, this provides stability to the binding power to sulfur and tin, which are the skeletons necessary for maintaining the functionality and the ammonia having cesium ion adsorption function, so that when the cesium ion is controlled, the basic skeletal structure collapses to prevent secondary contamination of polluted water. do

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체는 비정질 구조일 수 있다. 비정질 구조는 결정질 구조에 비해 다양한 크기의 다공 구조가 존재하므로, 수용액 상에서의 분산도가 더 좋고 수용액이 다공구조 표면에 붙었을 때 생기는 표면장력이 작아 일반적인 결정질 거대 기공(micropore) 중심에 흡착제들이 겪는 배압에 의한 다공구조 파괴 문제점이 훨씬 적다. In example embodiments, the self-assembled radioactive cesium removal complex may be an amorphous structure. Since the amorphous structure has a porous structure of various sizes compared to the crystalline structure, the dispersion degree in the aqueous solution is better, and the surface tension generated when the aqueous solution adheres to the surface of the porous structure is small, so that the adsorbents in the center of the general crystalline micropore suffer The problem of destruction of the porous structure by back pressure is much less.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체는 30 내지 300 m2/g의 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 표면적을 가질 수 있고, 예컨대, 상기 BET 표면적은 50 m2/g 이상, 100 m2/g 이상, 또는 150 m2/g 이상일 수 있고, 280 m2/g 이하, 260 m2/g 이하, 또는 240 m2/g 이하일 수 있고, 바람직하게는 223 내지 239 m2/g 일 수 있다. In exemplary embodiments, the self-assembled radioactive cesium removal composite may have a BET (Brunauer-Emmett-Teller) surface area of 30 to 300 m 2 /g, for example, the BET surface area of 50 m 2 / g or more, 100 m 2 /g or more, or 150 m 2 /g or more, and 280 m 2 /g or less, 260 m 2 /g or less, or 240 m 2 /g or less, preferably 223 to 239 m 2 /g.

표준적인 비표면적은 주로 중량당 면적으로 표기하는데, 이는 탄소나 고분자 혹은 산화물처럼 상대적으로 가벼운 원자들로 이루어진 물질들보다 TAC 물질들이 과소 평가되어 있는 수치이다. 구체적으로, 흡착제의 반응성에 긍정적인 영향을 주는 비표면적 수치는 물질의 무게당 가지고 있는 표면적으로 보통 표현이 되기 때문에, 같은 100 m2/g 이라도 활성탄이나 고분자 물질들에 비해 본 발명에 따른 복합체의 비표면적이 훨씬 반응성이 좋을 수 있다. The standard specific surface area is usually expressed in terms of area per weight, which is a value under which TAC materials are underestimated than those made of relatively light atoms such as carbon, polymer, or oxide. Specifically, since the specific surface area value that positively affects the reactivity of the adsorbent is usually expressed as the surface area possessed per weight of the material, even the same 100 m 2 /g of the composite according to the present invention compared to activated carbon or polymer materials The specific surface area can be much more responsive.

상기 BET 표면적이 30 m2/g 미만인 경우, 표면적이 작아 세슘의 효율적인 제거가 어려울 수 있고, 다공구조의 주축을 이루는 칼코젠 물질들의 무거운 특성상 상기 표면적이 300 m2/g 초과인 복합체를 제조하기는 어렵다.When the BET surface area is less than 30 m 2 /g, it may be difficult to efficiently remove cesium, and to prepare a composite having a surface area of more than 300 m 2 /g due to the heavy properties of chalcogen materials constituting the main axis of the porous structure Is difficult.

예시적인 구현예들에 있어서, 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체는 0.5 내지 3 cm3/g의 다공 부피를 가질 수 있고, 예컨대, 상기 다공 부피는 1.1 cm3/g 이상, 1.15 cm3/g 이상일 수 있고, 2.7 cm3/g 이하, 2.5 cm3/g 이하, 또는 2.3 cm3/g 이하일 수 있으며, 바람직하게는 1.29 내지 1.03 cm3/g 일 수 있다. 다공 부피가 상기 범위를 가지는 경우 세슘 이온이 상기 복합체 내에서 활발히 이동할 수 있는 공간이 충분하여 세슘 이온 제거에 바람직하다. 상기 다공 부피가 0.5 cm3/g 미만인 경우 복합체 내에서 세슘 이온이 활발히 이동할 수 있는 공간이 줄어들기 때문에 세슘 이온 제거 효율이 떨어질 수 있다.In exemplary embodiments, the self-assembled radioactive cesium removal composite may have a pore volume of 0.5 to 3 cm 3 /g, for example, the pore volume of 1.1 cm 3 /g or more, 1.15 cm 3 /g It may be greater than or equal to, 2.7 cm 3 /g or less, 2.5 cm 3 /g or less, or 2.3 cm 3 /g or less, and preferably 1.29 to 1.03 cm 3 /g. When the porous volume has the above range, there is sufficient space for the cesium ions to actively move in the complex, which is preferable for cesium ion removal. When the pore volume is less than 0.5 cm 3 /g, the space for actively moving cesium ions in the composite is reduced, so the efficiency of cesium ion removal may be reduced.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체는 기공 크기(pore size) 50nm 이상의 거대기공(macropore)을 전체 표면적 대비 30% 이상 포함할 수 있고, 예컨대, 35% 이상, 40% 이상, 43% 이상일 수 있으며, 바람직하게는 46% 이상일 수 있다. 이에 따라 세슘 이온이 물리적으로 흡착될 수 있는 공간이 충분하다. In exemplary embodiments, the self-assembled radioactive cesium removal composite may include a pore size of 50 nm or more and a macropore of 30% or more compared to the total surface area, for example, 35% or more, 40 % Or more, 43% or more, and preferably 46% or more. Accordingly, there is sufficient space for cesium ions to be physically adsorbed.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 자가조립형 칼코젠 화합물은 [Sn2S6]4-, [SnS4]4-, [Sn4S10]4-, [GeS4]4-, [Ge2S6]4-, 및 [Ge4S10]4- 로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 칼코젠 이온이 자가조립으로 결합된 것일 수 있다. In exemplary embodiments, the self-assembled chalcogen compound is [Sn 2 S 6 ] 4- , [SnS 4 ] 4- , [Sn 4 S 10 ] 4- , [GeS 4 ] 4- , [Ge 2 S 6 ] 4- , and one or more chalcogen ions selected from the group consisting of [Ge 4 S 10 ] 4- may be self-assembled.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 암모늄기는 테트라메틸암모늄(tetramethylammonium) 기, 디메틸암모늄(dimethylammonium)기, 메틸암모늄(methylammonium)기, 및 암모늄(ammonium)기로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 메틸암모늄(methylammonium)기일 수 있다. In exemplary embodiments, the ammonium group may be at least one selected from the group consisting of tetramethylammonium group, dimethylammonium group, methylammonium group, and ammonium group, preferably It may be a methylammonium (methylammonium) group.

자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체의 제조방법Manufacturing method of self-assembled radioactive cesium removal complex

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 전술한 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체의 제조방법으로서, 칼코젠 이온 및 암모늄 이온를 포함하는 단일 전구체를 합성하는 단계; 상기 단일 전구체를 유기 용매에 분산시켜, 자가조립 반응에 의하여 겔을 생성시키는 단계; 및 상기 겔을 초임계 상태의 이산화탄소(CO2)로 건조시키는 단계;를 포함하는 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체의 제조방법을 제공한다. In exemplary embodiments of the present invention, a method for preparing a self-assembled radioactive cesium removal complex described above, comprising: synthesizing a single precursor comprising chalcogen ions and ammonium ions; Dispersing the single precursor in an organic solvent to produce a gel by self-assembly reaction; And drying the gel with supercritical carbon dioxide (CO 2 ); provides a method for producing a self-assembled radioactive cesium removal complex comprising a.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체의 제조방법은, 기존의 양-음이온 결합 반응을 이용한 메타테시스(Methathesis) 방법이 아닌 [Sn2S6]4- 국부 구조를 가지면서도, 암모늄기를 포함하는 단일시료(단일 전구체)의 티올리시스(thiolysis) 반응을 통한 자가 조립 방법으로 만든 최초의 유무기 하이브리드 칼코젠 다공구조체 물질 합성법에 관한 것이다. Referring to Figure 1, the self-assembly method for producing a self-assembled radioactive cesium removal complex according to the present invention is not a metathesis method using a conventional positive-anion binding reaction [Sn 2 S 6 ] 4- local It has a structure, and relates to a method for synthesizing the first organic-inorganic hybrid chalcogen porous structure material by a self-assembly method through a thiolysis reaction of a single sample (single precursor) containing an ammonium group.

또한, 안정성은 매우 뛰어나지만 표면 개질 가능성이 거의 없는 옥사이드(Oxide) 계열의 물질들과는 달리, 비정질구조에 용액 상에서 단순 치환과정으로 표면을 암모늄기로 개질할 수 있고, 복합적인 공정을 거치지 않고 단일시료(단일 전구체)만으로 단순하게 복합체 생성이 가능하다. In addition, unlike oxide-based materials that have excellent stability but little possibility of surface modification, the surface can be modified with an ammonium group by a simple substitution process in a solution in an amorphous structure, and a single sample without a complex process ( Complex formation is possible with a single precursor).

또한, 상기 제조방법은 겔 형태로 합성된 암모늄기를 포함하는 자가조립형 칼코젠 화합물을, 초임계 상태의 이산화탄소를 이용하여 건조시킴으로써, 겔의 다공 구조를 유지하고 표면적을 극대화할 수 있다. In addition, the manufacturing method can maintain the porous structure of the gel and maximize the surface area by drying the self-assembled chalcogen compound containing ammonium groups synthesized in a gel form using carbon dioxide in a supercritical state.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 단일 전구체를 합성하는 단계는, 칼코젠 이온을 포함하는 제1 전구체를 합성하는 단계; 및 상기 제1 전구체에 암모늄염을 반응시켜, 칼코젠 이온 및 암모늄기를 포함하는 제2 전구체를 합성하는 단계;를 포함할 수 있고, 상기 제1 전구체 합성 및 제2 전구체 합성은 각각 수용액 상에서 이루어질 수 있다. In example embodiments, synthesizing the single precursor comprises: synthesizing a first precursor comprising a chalcogen ion; And reacting an ammonium salt with the first precursor, thereby synthesizing a second precursor comprising a chalcogen ion and an ammonium group. The first precursor synthesis and the second precursor synthesis may each be performed on an aqueous solution. .

일 구현예에서, 상기 제2 전구체를 합성하는 단계에서, 암모늄염은 테트라메틸암모늄 클로라이드(tetramethylammonium Chloride (TMACl) (97%, Alfa Aesar),트리메틸암모늄 클로라이드(trimethylammonium Chloride) (TriMACl) (98%, Sigma-Aldrich), 디메틸암모늄 클로라이드(dimethylammonium Chloride) (DMACl) (98+%, Alfa Aesar), 메틸암모늄클로라이드(methylammonium chloride) (MACl) (EMD Millipore), 및 암모늄 클로라이드(ammonium chloride) (ACl) (Extra Pure GRADE, DUKSAN)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. In one embodiment, in the step of synthesizing the second precursor, the ammonium salt is tetramethylammonium chloride (TMACl) (97%, Alfa Aesar), trimethylammonium chloride (TriMACl) (98%, Sigma -Aldrich), dimethylammonium chloride (DMACl) (98+%, Alfa Aesar), methylammonium chloride (MACl) (EMD Millipore), and ammonium chloride (ACl) (Extra Pure GRADE, DUKSAN) may be one or more selected from the group consisting of.

일 구현예에서, 상기 단일 전구체를 유기 용매에 분산시켜, 자가조립 반응에 의하여 겔을 생성시키는 단계에서, 상기 유기 용매는 N-methylformamide(NMF) 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In one embodiment, in the step of dispersing the single precursor in an organic solvent to generate a gel by a self-assembly reaction, the organic solvent may be N-methylformamide (NMF), but is not limited thereto.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 겔을 얻는 단계 이후, 상기 겔에 용매 치환을 수행하여 불순물을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 상기 용매는 에탄올과 같은 알코올일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 용매치환은 표면장력이 큰 물에서 에탄올(Ethanol) 로 치환하여 초임계건조시 다공구조를 최대한 유지하기 위한 준비 단계일 수 있다. In exemplary embodiments, after the step of obtaining the gel, performing a solvent substitution on the gel to remove impurities; may further include, the solvent may be alcohol, such as ethanol, but is not limited thereto. Does not. The solvent replacement may be a preparation step for maximizing the porous structure during supercritical drying by substituting with ethanol (Ethanol) in water having a high surface tension.

방사성 세슘 제거 방법How to remove radioactive cesium

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 전술한 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체를 이용하여, 방사성 세슘 이온을 제거하는 단계;를 포함하는, 방사성 세슘 제거 방법을 제공한다. In exemplary embodiments of the present invention, using the aforementioned self-assembled radioactive cesium removal complex, removing radioactive cesium ions; provides a method for removing radioactive cesium.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 방사성 세슘 이온을 제거하는 단계는 수용액 상에서 이루어질 수 있다. In exemplary embodiments, the step of removing the radioactive cesium ion may be performed in an aqueous solution.

예시적인 구현예들에 있어서, 상기 방사성 세슘 제거 방법은, 초기 농도가 100 ppm 이하인 경우에 50% 이상의 제거 효율을 나타낼 수 있다. In exemplary embodiments, the radioactive cesium removal method may exhibit a removal efficiency of 50% or more when the initial concentration is 100 ppm or less.

이하의 실시를 통하여 본 발명은 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. The present invention is explained in more detail through the following implementation. However, the examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example

자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체 제조Preparation of self-assembled radioactive cesium removal complex

<< 칼코젠Calcogen 이온을 포함하는 제1 전구체 합성> Synthesis of first precursor containing ions>

수용액 상에 [Sn2S6]4- 구조를 제공해주는 Na4Sn2S6 ·14H2O 전구체를 사용하였다. Na4Sn2S6 ·14H2O 전구체 제조방법은 다음과 같다. Na2S9H2O 가 용해된 수용액을 SnCl4 5H2O 와 교반 반응하였다. 급격한 pH 변화를 막기위해 두 용액은 5ml/min 속도 이하로 교반하였다. 결과적으로 만들어진 분말형태의 고체를 수용액 상태와 함께 65℃에서 추가 열처리를 통해 반응하였다. 이후 압력 여과 및 건조과정을 거쳐 제1 전구체 물질인 Na4Sn2S14H2O를 합성하였다. A Na 4 Sn 2 S 6 · 14H 2 O precursor that provides a [Sn 2 S 6 ] 4- structure on the aqueous solution was used. The Na 4 Sn 2 S 6 · 14H 2 O precursor production method is as follows. The aqueous solution in which Na 2 S9H 2 O was dissolved was stirred and reacted with SnCl 4 5H 2 O. Both solutions were stirred at a rate of 5 ml/min or less to prevent rapid pH changes. The resulting powdered solid was reacted through an additional heat treatment at 65° C. along with the aqueous solution state. Thereafter, the first precursor material Na 4 Sn 2 S 14H 2 O was synthesized through pressure filtration and drying.

<< 칼코젠Calcogen 이온 및 Ionic and 암모늄기를Ammonium group 포함하는 제2 전구체 합성> Synthesis of Second Precursor Including>

Na4Sn2S6 ·14H2O 전구체와 테트라메틸암모늄 클로라이드(tetramethylammonium Chloride (TMACl) (97%, Alfa Aesar), 디메틸암모늄 클로라이드(dimethylammonium Chloride) (DMACl) (98+%, Alfa Aesar), 메틸암모늄클로라이드(methylammonium chloride) (MACl) (EMD Millipore), 및 암모늄 클로라이드(ammonium chloride) (ACl) (Extra Pure GRADE, DUKSAN)을 반응하여 유무기 하이브리드 젤을 만들기위한 암모니윰-칼코제나이드 제2 전구체를 합성하였다. 수용액에 Na4Sn2S6 ·14H2O 전구체와 암모니윰 물질들을 상온에서 교반 반응하였다. 이후 다량에 메탄올을 용액과 원심분리기를 사용하여 8000 RPM 상태에서 세척하였다. 이후 용액과 분리된 암모늄-Na4Sn2S14H2O 2차 전구체 물질을 건조하였다. Na 4 Sn 2 S 6 · 14H 2 O precursor and tetramethylammonium chloride (tetramethylammonium Chloride (TMACl) (97 %, Alfa Aesar), ammonium chloride (dimethylammonium Chloride) (DMACl) ( 98 +%, Alfa Aesar), methyl Ammonium-chalcogenide second precursor for making organic-inorganic hybrid gels by reacting ammonium chloride (MACl) (EMD Millipore), and ammonium chloride (ACl) (Extra Pure GRADE, DUKSAN) The Na 4 Sn 2 S 6 · 14H 2 O precursor and the ammonium substances were stirred in an aqueous solution at room temperature, and methanol was then washed in a large amount using a solution and a centrifuge at 8000 RPM. The separated ammonium-Na 4 Sn 2 S 14H 2 O secondary precursor material was dried.

<< 겔화Gelation 및 용매치환> And solvent replacement>

제2 전구체 물질인 암모늄-Na4Sn2S6 ·14H2O을 N-메틸포름아미드(N-methylformamide) (NMF) 용액에 초음파 분산을 하고 상온에서 자연적으로 젤레이션 반응을 통한 고형화가 일어났다. 5-7일에 걸쳐 고형화 반응이 종료된 후, 에탄올(Ethanol) 용매로, 7일 동안 치환을 통해 불순물을 제거해주었다. The second precursor material, ammonium-Na 4 Sn 2 S 6 · 14H 2 O, was ultrasonically dispersed in an N-methylformamide (NMF) solution and solidified through a gelation reaction naturally at room temperature. After the solidification reaction was completed over 5-7 days, impurities were removed through substitution for 7 days with an ethanol solvent.

<< 초임계Supercritical 탄소로 건조> Dry with carbon>

알코올 함유 젤을 초임계 건조기를 통해 건조하였다. 초임계 상태의 이산화탄소 (75 atm 이상, 45도 이상) 를 통해 표면 장력을 최소화한 상태에서 건조과정을 거쳐 표면적이 극대화된 틴-황-암모니윰이 결합된 다공 구조 에어로젤 (Tin Ammonium Chalcogel, TAC) 을 합성하였다. 표면에 부착한 암모늄의 종류에 따라 TAC-1부터 TAC-4 까지 명명하였다. (1 = tetramethylammonium, 2 = dimethylammonium, 3 = methylammonium, 4 = ammonium)The alcohol-containing gel was dried through a supercritical dryer. Porous structure aerogel combined with tin-sulfur-ammonium that maximizes the surface area through drying process while minimizing surface tension through supercritical carbon dioxide (over 75 atm, over 45 degrees) (Tin Ammonium Chalcogel, TAC) Was synthesized. TAC-1 to TAC-4 were named according to the type of ammonium attached to the surface. (1 = tetramethylammonium, 2 = dimethylammonium, 3 = methylammonium, 4 = ammonium)

또한, 비교예로서, 상기 초임계 탄소로 건조처리를 하지 않고, 실시예와 동일하게 제조하되, 초임계 탄소처리 대신 일반 감압 필터 조건에서 건조한 Xerogel 복합체를 제조하였다. In addition, as a comparative example, without drying the supercritical carbon, and prepared in the same manner as in Example, instead of supercritical carbon treatment, a dried Xerogel composite was prepared under general reduced pressure filter conditions.

시험예Test example

<자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체 관찰><Self-assembled radioactive cesium removal complex observation>

도 1을 참조하면, TAC-n 물질들은 사면체 배위(tetrahedral coordination)을 지니고 있는 Sn4 +를 중심으로 각 배위면(coordination site) 에 황 (S2-) 이 연결고리 역할을 하며 다른 주석과 연결되어있는 체인형태의 구조를 띄고 있다. 표면에 개질되어있는 암모늄(ammonium) 에 산도(acidity) 가 가장 낮은 TAC-4 의 경우 낮은 pH 조건에서 안정성이 떨어지는 [Sn2S6]4- 의 구조의 부분적 변이가 발견되었다. 이를 통해 본 발명은 유기물질과의 결합을 통해 무기황 구조의 중심인 틴에 coordination 과 oxidation state를 조절할 수 있는 칼코젠 다공구조체의 최초 사례로 예상된다Referring to FIG. 1, TAC-n materials have sulfur (S 2- ) as a linkage to each coordination site, centered on Sn 4 + having tetrahedral coordination, and are connected to other annotations. It has the structure of a chain. In the case of TAC-4, which has the lowest acidity in ammonium modified on the surface, a partial variation of the structure of [Sn 2 S 6 ] 4- , which has low stability under low pH conditions, was found. Through this, the present invention is expected to be the first case of the chalcogen porous structure that can control the coordination and oxidation state of tin, which is the center of the inorganic sulfur structure through binding with an organic material.

도 2 및 3을 참조하면, 상기 실시예에서 제조된 TAC-1, TAC-2, TAC-3, 및 TAC-4 의 XRD 분석과 전자현미경 분석을 실시하였으며, 이를 통해 비정질에 다공구조를 가지고 있다는 사실을 확인하였다. 2 and 3, XRD analysis and electron microscopy analysis of the TAC-1, TAC-2, TAC-3, and TAC-4 prepared in the above Examples were performed, and through this, the amorphous structure had a porous structure. I confirmed the fact.

도 3은 본 발명의 실시예에서 제조된 TAC-1, TAC-2, TAC-3, 및 TAC-4의 표면 SEM 분석 자료인데, 이를 참조하면, 상기 실시예에서 제조된 TAC-1, TAC-2, TAC-3, 및 TAC-4 은 높은 표면적을 지닌 발달된 다공 구조 (BET 표면적 223-239 m2/g) 를 지닌다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 세슘이온이 활발히 고체 물질 안에서 이동 할수 있는 넓은 다공부피 (1.29-2.03 cm3/g)를 가지고 있다는 사실을 알 수 있다. Figure 3 is a surface SEM analysis of the TAC-1, TAC-2, TAC-3, and TAC-4 prepared in Examples of the present invention, referring to this, TAC-1, TAC- prepared in the above Example It can be seen that 2, TAC-3, and TAC-4 have an advanced porous structure with a high surface area (BET surface area 223-239 m 2 /g). In addition, it can be seen that cesium ions have a wide pore volume (1.29-2.03 cm 3 /g) that can be actively moved in a solid material.

도 4의 질소 부피등온선 분석 결과를 통해 Pore size distribution 계산값을 구함으로써, 50 nm 이상 되는 큰 다공 (Macropore)을 46%정도의 분포로 많이 함유하고 있다는 사실을 확인하였다. 구체적으로, 0.8-1.0 상대 압력(relative pressure) 에서 대부분의 흡탈착이 일어나는 모습을 보여주고 있으며, 이를 통하여 TAC-3 물질의 다공구조체를 이루는 다공 크기가 50 nm 이상의 거대 기공(macropore) 들로 구성되어 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 흡탈착 곡선 사이에 히스테리시스(hysteresis) 가 거의 없는 것으로 보아, 다공 구조 내에 병목현상 (percolation) 없이 수용액과 세슘 이온의 분산이 원활히 진행되었다.By calculating the Pore size distribution calculation value through the nitrogen volume isotherm analysis result of FIG. 4, it was confirmed that it contained a large amount of large pores (Macropore) of 50 nm or more in a distribution of about 46%. Specifically, it shows that most adsorption and desorption occurs at 0.8-1.0 relative pressure, and through this, the pore size constituting the porous structure of the TAC-3 material is composed of macropores of 50 nm or more. It can be seen that it is. In addition, since there was little hysteresis between the adsorption and desorption curves, dispersion of the aqueous solution and cesium ions proceeded smoothly without percolation within the porous structure.

도 5는 본 발명의 실시예에서 졸-겔(Sol-gel) 공정 반응 및 초임계 탄소처리 후의 TAC-3 물질의 XPS 분석 자료인데, 이를 참조하면, 전구체에 포함되어 있는 칼코젠 구조의 국부 구조인 사면체 배위(Tetrahedral Coordination)가 유지가 된다는 걸 확인할 수 있다. FIG. 5 is XPS analysis data of a TAC-3 material after a sol-gel process reaction and supercritical carbon treatment in an embodiment of the present invention. Referring to this, the local structure of the chalcogen structure included in the precursor It can be confirmed that the Tetrarahedral Coordination is maintained.

도 6 은 본 발명의 비교예로서, 초임계 이산화탄소 건조 과정을 거치지 않고, 일반 감압 필터 처리로 용액과 분리되고 30분 동안 자연건조, 그리고 8시간 동안 진공건조를 거쳐 건조된 TAC-1 Xerogel 샘플을 촬영한 사진이며, 이를 참조하면, 초임계 건조가 아닌 진공 혹은 상압 건조과정을 거친 시료들은 다공구조가 무너지고 낮은 표면적을 지니고 있다는 사실을 확인할 수 있다.6 is a comparative example of the present invention, without going through a supercritical carbon dioxide drying process, separated from the solution by a general pressure-reducing filter treatment, and naturally dried for 30 minutes, and vacuum dried for 8 hours to obtain a TAC-1 Xerogel sample. This is a photograph taken, and referring to this, it can be confirmed that the samples that have undergone vacuum or normal pressure drying rather than supercritical drying have a broken porous structure and have a low surface area.

<방사성 <Radioactivity 세슘 이온 제거Cesium ion removal 실험> Experiment>

ppm 단위 실험 결과ppm unit test result

합성된 TAC 물질들은 수용액 상태에서 방사성 동위원소인 세슘 수용액상에 노출된 상태에서 250 rpm 상에 교반 작용을 통해 세슘 이온 성능 반응을 진행하였다. 반응 후 TAC 물질들은 수용액과 분리되고 교반액은 ICP를 통해 잔류하고 있는 Cs 이온 농도를 분석하였다. 초기 이온 농도와 교반 이온농도 변화를 통해 이온 흡착 성능을 분석하여, 하기 표 1에 표시하였다. The synthesized TAC materials were subjected to a cesium ion performance reaction through agitation on 250 rpm while exposed to an aqueous solution of a radioactive isotope in the aqueous solution. After the reaction, the TAC materials were separated from the aqueous solution and the stirred solution was analyzed for the Cs ion concentration remaining through ICP. Ion adsorption performance was analyzed by changing the initial ion concentration and the stirred ion concentration, and the results are shown in Table 1 below.

하기 표 1 을 참조하면, TAC-n (n = 1-4) 물질들이 세슘 이온 흡착실험을 통해 효율적으로 수용액 상태에서 세슘 이온을 제어할 수 있는 기능성이 있다는 것을 알 수 있다. 구체적으로 하기 표 1은 우수한 세슘 흡착성능을 보여주는 대표 비교물질들과 TAC 물질들의 세슘 흡착성능을 간략하게 비교해 보여주는 표이다.Referring to Table 1 below, it can be seen that TAC-n (n = 1-4) materials have the ability to efficiently control cesium ions in an aqueous solution state through cesium ion adsorption experiments. Specifically, Table 1 below is a table briefly comparing cesium adsorption performance of representative comparative materials and TAC materials showing excellent cesium adsorption performance.

특히, TAC-3 는 100 ppm 이하 초기농도 기준 158.7 mg/g 에 흡착농도를 지니고 있으며 20분이라는 짧은 시간 안에 타겟 Cs 이온을 효율적으로 흡착할 수 있는 성능을 지니고 있다는 사실을 확인하였다. 기존에 프러시안 블루(Prussian Blue)를 기반으로 한 흡착소재들이 높은 초기농도에서만 높은 효율을 보여온 반면 (Iron ferrite, PSMGPB, PB NP), TAC 물질들은 실질 Cs 방사성 오염수 기준에 좀 더 가까운 농도에서도 (100 ppm 이하) 효율성을 보여준다. In particular, it was confirmed that TAC-3 has an adsorption concentration at 158.7 mg/g based on an initial concentration of 100 ppm or less, and has the ability to efficiently adsorb target Cs ions within a short time of 20 minutes. Previously, Prussian Blue-based adsorption materials showed high efficiency only at high initial concentrations (Iron ferrite, PSMGPB, PB NP), while TAC substances were found at concentrations closer to the actual Cs radioactive contaminant standards. (Less than 100 ppm).

QeQe KdKd CiCi tt mg/gmg/g mmol/gmmol/g mL/gmL/g ppmppm H(시간)H (hour) GO-membrane @ CaF2 a GO-membrane @ CaF 2 a 148148 -- -- 8787 3232 PB NPb PB NP b 127.7127.7 -- 1.00*101 1.00*10 1 1330013300 66 PAN-KNiClc PAN-KNiCl c 110.3110.3 -- 1.46*105 1.46*10 5 20-24020-240 2424 Iron ferrited Iron ferrite d 111.7111.7 -- 8.15*102 8.15*10 2 133-13300133-13300 2424 PSMGPBe PSMGPB e 213.9213.9 -- 5.0*104 5.0*10 4 177300177300 2424 TAC-1TAC-1 24.124.1 0.180.18 2.59*102 2.59*10 2 100100 0.30.3 TAC-2TAC-2 104.1104.1 0.780.78 1.12*103 1.12*10 3 100100 0.30.3 TAC-3TAC-3 158.7158.7 1.191.19 2.10X103 2.10X10 3 100100 0.30.3 TAC-4TAC-4 119.8119.8 0.900.90 1.43*103 1.43*10 3 100100 0.30.3 Qe : Cesium removal capacity at equilibrium state. Kd : distribution coefficient. Ci : Initial concentration
aCaF2 supported by graphene oxide membrane(Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2018, 539, 416-423). bPrussian blue nanoparticle(Dalt . Trans. 2013, 42, 16049-16055). cPAN-based potassium nickel hexacyanoferrate (II) composite spheres(Radioanal. Nucl . Ch . 2013, 298, 167-177). dMagnetic iron ferrite material(J. Hazard. Mater. 2007, 143, 354-361). ePectin-stablized magnetic graphene oxide Prussian blue nanocomposites(Bioresource Technol . 2016, 216, 391-398).
Q e : Cesium removal capacity at equilibrium state. K d : distribution coefficient. C i : Initial concentration
a CaF 2 supported by graphene oxide membrane ( Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2018, 539 , 416-423). b Prussian blue nanoparticles ( Dalt . Trans. 2013, 42 , 16049-16055). c PAN-based potassium nickel hexacyanoferrate (II) composite spheres ( Radioanal. Nucl . Ch . 2013, 298 , 167-177). d Magnetic iron ferrite material ( J. Hazard. Mater. 2007, 143 , 354-361). e Pectin-stablized magnetic graphene oxide Prussian blue nanocomposites ( Bioresource Technol . 2016, 216 , 391-398).

표 1과 도 7을 참조하면, Bath 흡착실험을 통해 TAC 샘플들은 암모늄의 크기가 작을수록, 그리고 표면에 화학적 경도(Chemical Hardness) 가 연성 (soft) 과 강성 (hard) 에 중간 성향을 지닌 물질일수록 세슘 이온 흡착성능이 뛰어났다. 메틸암모늄(Methylammonium) (MA)은 사이즈도 작은 편에 속하며, 중간 정도의 화학적 경도(Intermediate chemical hardness)를 지니고 있기 때문에, MA를 지닌 TAC-3 표면에서는 세슘 이온과의 이온 교환 반응이 매우 효율적으로 일어나는 것으로 추측된다. Referring to Table 1 and FIG. 7, the TAC samples through the bath adsorption experiment have a smaller ammonium size, and a chemical hardness on the surface is a material having an intermediate property in softness and hardness. Cesium ion adsorption performance was excellent. Methylammonium (MA) belongs to a smaller size and has intermediate chemical hardness, so the ion exchange reaction with cesium ions is very efficient on the TAC-3 surface with MA. I guess it happens.

Claims (15)

자가조립형 칼코젠 화합물; 및 상기 칼코젠 화합물 표면에 결합된 암모늄기;를 포함하는, 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체.Self-assembled chalcogen compounds; And an ammonium group bound to the surface of the chalcogen compound. 제1항에 있어서,
상기 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체는 다공성 에어로겔인 것을 특징으로 하는, 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체.
According to claim 1,
The self-assembled radioactive cesium removal complex, characterized in that the porous airgel, self-assembled radioactive cesium removal complex.
제1항에 있어서,
상기 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체는 3차원의 사면체 배위(tetrahedral coordination) 구조인 것을 특징으로 하는, 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체.
According to claim 1,
The self-assembled radioactive cesium removal complex is characterized in that it has a three-dimensional tetrahedral coordination structure, a self-assembled radioactive cesium removal complex.
제1항에 있어서,
상기 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체는 비정질 구조인 것을 특징으로 하는, 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체.
According to claim 1,
The self-assembled radioactive cesium removal complex, characterized in that the amorphous structure, self-assembled radioactive cesium removal complex.
제1항에 있어서,
상기 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체는 30 내지 300 m2/g의 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 표면적을 가지는 것을 특징으로 하는, 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체.
According to claim 1,
The self-assembled radioactive cesium removal complex is characterized in that it has a BET (Brunauer-Emmett-Teller) surface area of 30 to 300 m 2 /g, a self-assembled radioactive cesium removal complex.
제1항에 있어서,
상기 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체는 0.5 내지 3 cm3/g의 다공 부피를 가지는 것을 특징으로 하는, 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체.
According to claim 1,
The self-assembled radioactive cesium removal complex is characterized in that it has a porous volume of 0.5 to 3 cm 3 /g, self-assembled radioactive cesium removal complex.
제1항에 있어서,
상기 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체는 기공 크기(pore size) 50nm 이상의 거대기공(macropore)를 전체 표면적을 기준으로 30% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체.
According to claim 1,
The self-assembled radioactive cesium removal complex is characterized in that it comprises a pore size (pore size) of 50 nm or more macropores (macropore) 30% or more based on the total surface area, self-assembled radioactive cesium removal complex.
제1항에 있어서,
상기 자가조립형 칼코젠 화합물은 [Sn2S6]4-, [SnS4]4-, [Sn4S10]4-, [GeS4]4-, [Ge2S6]4-, 및 [Ge4S10]4- 로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 칼코젠 이온이 자가조립으로 결합된 것을 특징으로 하는, 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체.
According to claim 1,
The self-assembled chalcogen compound [Sn 2 S 6 ] 4- , [SnS 4 ] 4- , [Sn 4 S 10 ] 4- , [GeS 4 ] 4- , [Ge 2 S 6 ] 4- , and [Ge 4 S 10 ] Self-assembled radioactive cesium removal complex, characterized in that one or more chalcogen ions selected from the group consisting of 4- are self-assembled.
제1항에 있어서,
상기 암모늄기는 테트라메틸암모늄(tetramethylammonium) 기, 디메틸암모늄(dimethylammonium)기, 메틸암모늄(methylammonium)기, 및 암모늄(ammonium)기로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체.
According to claim 1,
The ammonium group is characterized in that at least one selected from the group consisting of tetramethylammonium (tetramethylammonium), dimethylammonium (dimethylammonium) group, methylammonium (methylammonium) group, and ammonium (ammonium) group, for self-assembling radioactive cesium removal Complex.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체의 제조방법으로서,
칼코젠 이온 및 암모늄 이온를 포함하는 단일 전구체를 합성하는 단계;
상기 단일 전구체를 유기 용매에 분산시켜, 자가조립 반응에 의하여 겔을 생성시키는 단계; 및
상기 겔을 초임계 상태의 이산화탄소(CO2)로 건조시키는 단계;를 포함하는 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체의 제조방법.
A method for producing a self-assembled radioactive cesium removal complex according to any one of claims 1 to 9,
Synthesizing a single precursor comprising chalcogen ions and ammonium ions;
Dispersing the single precursor in an organic solvent to produce a gel by self-assembly reaction; And
Drying the gel with supercritical carbon dioxide (CO 2 ); A method for producing a self-assembled radioactive cesium removal complex comprising a.
제10항에 있어서,
상기 단일 전구체를 합성하는 단계는,
칼코젠 이온을 포함하는 제1 전구체를 합성하는 단계; 및
상기 제1 전구체에 암모늄염을 반응시켜, 칼코젠 이온 및 암모늄기를 포함하는 제2 전구체를 합성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체의 제조방법.
The method of claim 10,
Synthesizing the single precursor,
Synthesizing a first precursor comprising a chalcogen ion; And
Reacting an ammonium salt to the first precursor, the step of synthesizing a second precursor comprising a chalcogenide ion and an ammonium group; characterized in that it comprises, self-assembly method for producing a radioactive cesium removal complex.
제10항에 있어서,
상기 겔을 얻는 단계 이후,
상기 겔에 용매 치환을 수행하여 불순물을 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체 제조방법.
The method of claim 10,
After the step of obtaining the gel,
And removing impurities by performing solvent substitution on the gel, further comprising a method for preparing a self-assembled radioactive cesium removal complex.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 자가조립형 방사성 세슘 제거용 복합체를 이용하여, 방사성 세슘 이온을 제거하는 단계;를 포함하는, 방사성 세슘 제거 방법.A method for removing radioactive cesium, comprising the step of removing radioactive cesium ions using the self-assembled radioactive cesium removal complex according to any one of claims 1 to 9. 제13항에 있어서,
상기 방사성 세슘 이온을 제거하는 단계는 수용액 상에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 방사성 세슘 제거 방법.
The method of claim 13,
The step of removing the radioactive cesium ions is characterized in that made in an aqueous solution, the radioactive cesium removal method.
제13항에 있어서,
상기 방사성 세슘 제거 방법은, 초기 농도가 100 ppm 이하인 경우에 50% 이상의 제거 효율을 나타내는 것을 특징으로 하는, 방사성 세슘 제거 방법.
The method of claim 13,
The radioactive cesium removal method is characterized in that it exhibits a removal efficiency of 50% or more when the initial concentration is 100 ppm or less, the radioactive cesium removal method.
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