KR20200090357A - Zeolite scintillator containing titanium chloride and its producing method - Google Patents

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KR20200090357A
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허남호
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Abstract

The present invention relates to a zeolite scintillator comprising titanium chloride, and a method of producing the same, and more specifically, to a novel zeolite scintillator represented by D_xCs_yE_z-zeolite, a method of producing the zeolite scintillator, and a method of utilizing the same. The zeolite scintillator comprising titanium chloride and the method of producing the same provided in the present invention, by using an adsorption method using gas-phase reactions, can incorporate titanium, which is difficult to incorporate into zeolite by existing liquid-phase ion-exchange methods, and thus increase the cost-effectiveness of a zeolite scintillator, reduce the number of preparation steps, and achieve excellent flash effect and light emission yield.

Description

타이타늄 클로라이드를 포함하는 제올라이트 신틸레이터 및 그 제조방법 {Zeolite scintillator containing titanium chloride and its producing method}Zeolite scintillator containing titanium chloride and its producing method

본 발명은 타이타늄 클로라이드를 포함하는 제올라이트 신틸레이터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 DxCsyEz-제올라이트로 표시되는 신규한 제올라이트 신틸레이터와 제올라이트 신틸레이터의 제조방법, 및 그 활용방법에 관한 것이다.The present invention relates to a zeolite scintillator comprising titanium chloride and a method for manufacturing the same, and in detail, a novel zeolite scintillator and zeolite scintillator represented by D x Cs y E z -zeolite, and a method for using the same It is about.

미세 다공성 알루미늄 규산염인 제올라이트는 주로 규소, 산소, 알루미늄으로 이루어져 있으며 금속류를 소량 포함하기도 한다. 구조 내 존재하는 매우 규칙적으로 배열된 미세 기공들을 이용하여 작은 크기의 기체나 액체 분자들을 크기 및 모양에 따라 선택적으로 분리할 수 있어 흡착제나 촉매로 활용되며, 수질 정화 공정, 연수화 과정 및 기타 여러 분야에서 이온-교환의 역할을 담당하고 있고, 특정크기와 모양을 갖는 분자들을 분리하는데도 사용된다.Zeolite, a microporous aluminum silicate, is mainly composed of silicon, oxygen, and aluminum, and also contains a small amount of metals. It is used as an adsorbent or catalyst because it can selectively separate small-sized gas or liquid molecules according to their size and shape using very regularly arranged micro-pores in the structure, and it is used as an adsorbent or catalyst. It plays the role of ion-exchange in the field and is also used to separate molecules of a certain size and shape.

신틸레이터(scintillator)는 방사선에 의해 섬광을 발하는 물질이다. 즉, 가시광선영역 밖의 사람의 눈으로는볼 수 없는, 에너지가 높은 방사선을 가시광선으로 바꾸어 주는 역할을 할 수 있는 물질을 말한다. 신틸레이터는 컴퓨터 단층촬영(computed tomography, CT), 양전자 단층촬영(positron emission tomography, PET), 선택적 나노 입자 신틸레이터를 이용한 암치료 등의 의료 분야에서 사용되고 있다. 뿐만 아니라, 신틸레이터는 수화물 검색, 비파괴검사, 고에너지 물리의 입자 검출 등 다양한 분야에서도 활용되고 있으며, 방사능에 의한 환경오염을 계측하는 데에서도 활용될 수 있다.A scintillator is a substance that flashes by radiation. That is, it refers to a substance that can play a role in converting high energy radiation into visible light that cannot be seen by the human eye outside the visible light region. Scintillators are used in medical fields such as computed tomography (CT), positron emission tomography (PET), and cancer treatment using selective nanoparticle scintillators. In addition, scintillators are used in various fields such as hydrate search, non-destructive testing, and particle detection of high-energy physics, and can also be used to measure environmental pollution caused by radioactivity.

최근 핵실험으로 방사성 낙진이나 원자력 시설에서 방출된 방사성 폐기물 등 인공방사능에 의해 환경오염이 심각해지고 있으며, 그 원인이 되는 물질로는 핵분열생성물, 각종 유도방사능을 함유하는 냉각수, 방사성화된 기체, 방사성 물질이 부착한 오물·폐액 등이 존재한다. 또한, 함유되는 방사성 핵종도 종류가 많은데, 특히 세슘-137(137Cs), 스트론튬-90(90Sr) 등이 생체에 미치는 영향으로 보아 위험이 크며, 철·망가니즈·코발트 등 전이원소의 방사성 동위원소는 생체 내의 단백질과 결합·농축되기 쉬우므로, 환경오염이라는 관점에서 심각한 문제로 대두되고 있다.Environmental pollution has been seriously caused by artificial radiation such as radioactive fallout or radioactive waste discharged from nuclear facilities in recent nuclear tests, and the materials that cause it are nuclear fission products, cooling water containing various induced radioactivity, radioactive gases, and radioactivity There is dirt, waste liquid, etc. to which the substance adhered. In addition, there are many types of radionuclides that are contained. In particular, the risks are high due to the effects of cesium-137 ( 137 Cs) and strontium-90 ( 90 Sr) on the body, and radioactivity of transition elements such as iron, manganese, and cobalt Isotopes are prone to binding and enrichment with proteins in living organisms, and have emerged as a serious problem in terms of environmental pollution.

이에 따라 '일본 등록공보 제6302634호'에서는 방사성 세슘을 함유하는 배수로부터 방사성 세슘을 분리제거하고 고도로 농축하여 저장하는 방법을 제공하고 있으나, 전압을 인가하고 전기투석을 행하여 제올라이트에 흡착하고 있어 그 방법이 복잡하고 실행하기 어려우며, 방사능 오염물질을 계측하는 것이 아닌 단순한 분리제거만 가능하다는 문제점이 있다. Accordingly,'Japanese Registered Publication No. 6302634' provides a method of separating and removing radioactive cesium from wastewater containing radioactive cesium and storing it highly concentrated, but it is adsorbed to zeolite by applying voltage and electrodialysis. This is complicated and difficult to implement, and there is a problem that only simple separation and removal is possible rather than measuring radioactive contaminants.

JP 6302634 B2JP 6302634 B2

김종진, 기상이온교환법(VPIE)을 이용한 Ga 및 In 함유 FAU-제올라이트의 제조와 구조 연구, 경북대학교 대학원 (2014.12.) Jong-Jin Kim, Research on the manufacture and structure of FAU-zeolite containing Ga and In using vapor ion exchange method (VPIE), Graduate School of Kyungpook National University (2014.12.)

상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, DxCsyEz-제올라이트로 표시되는 제올라이트 신틸레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a zeolite scintillator represented by D x Cs y E z -zeolite.

또한, 제올라이트 신틸레이터의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object to provide a method for manufacturing a zeolite scintillator.

또한, 제올라이트 신틸레이터로 제조되는 것을 특징으로 하는 환경 방사능 물질 계측장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an environmental radioactive material measuring device characterized in that it is made of a zeolite scintillator.

상기 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,The present invention to solve the above object,

하기 식 1로 표시되는 제올라이트 신틸레이터(Zeolite scintillator)를 제공한다:A zeolite scintillator represented by the following formula 1 is provided:

[식 1][Equation 1]

DxCsyEz-제올라이트D x Cs y E z -zeolite

상기 D는 타이타늄(Titanium, Ti)이고, E는 불소(Fluorine, F), 염소(Choloride, Cl), 브롬(Bromine, Br), 및 요오드(Iodine, I)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이며, D is titanium (Ti), E is one or more selected from the group consisting of fluorine (F), chlorine (Choloride, Cl), bromine (Bromine, Br), and iodine (Iodine, I) ,

x, y, 및 z는 제올라이트를 구성하는 가장 기본적인 반복단위인 단위 세포에 포함되어 있는 이온의 수를 의미하고, x, y, and z means the number of ions contained in the unit cell, which is the most basic repeating unit constituting the zeolite,

x는 0.02 내지 0.15, y는 4.00 내지 8.00, z는 0.01 내지 0.09이다.x is 0.02 to 0.15, y is 4.00 to 8.00, z is 0.01 to 0.09.

D는 타이타늄(Titanium, Ti)이고, E는 염소(Choloride, Cl)인 것을 특징으로 하며, 타이타늄 및 염소는 이온 결합으로 연결되어 팔면체의 형태로 복합체를 이루고, 3차원적으로 연결된 구조로 배열된다.D is titanium (Ti), E is chlorine (Choloride, Cl), and titanium and chlorine are connected by ionic bonds to form a complex in the form of an octahedron, and are arranged in a three-dimensionally connected structure. .

제올라이트 신틸레이터는 제올라이트의 골격(framework)에 비골격(extraframewok) 이온으로 세슘이 도입되고, 상기 세슘 및 염소는 이온 결합을 형성하여 연결된다.In the zeolite scintillator, cesium is introduced as an extraframewok ion into the framework of the zeolite, and the cesium and chlorine are connected by forming ionic bonds.

또한, 타이타늄 및 염소는 세슘 이온 교환된 제올라이트의 골격에 의해 형성되는 공간의 중심부에 배치된다.In addition, titanium and chlorine are arranged in the center of the space formed by the skeleton of the cesium ion-exchanged zeolite.

제올라이트 신틸레이터는 방사선에 의해 360 nm에서 700 nm 사이에서 발광 스펙트럼을 나타내고, 450 내지 495 nm의 파장에서 최대발광을 나타낸다. The zeolite scintillator shows an emission spectrum between 360 nm and 700 nm by radiation, and a maximum emission at a wavelength of 450 to 495 nm.

상기 다른 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,The present invention to solve the above other object,

세슘 이온 교환된 제올라이트를 제조하는 단계; 및Preparing a cesium ion exchanged zeolite; And

상기 세슘 이온 교환된 제올라이트와 타이타늄 클로라이드 증기를 기상이온교환법(Vapor Phase Ion Exchange, VPIE)을 통해 실온에서 반응시켜 제올라이트 신틸레이터를 형성하는 단계;를 포함하고Including the step of forming a zeolite scintillator by reacting the cesium ion-exchanged zeolite and titanium chloride vapor at room temperature through Vapor Phase Ion Exchange (VPIE).

상기 반응시키는 단계에서, In the reacting step,

상기 타이타늄 클로라이드가 상기 세슘 이온 교환된 제올라이트의 세슘과 이온 결합하고, 상기 세슘 이온 교환된 제올라이트의 골격을 통해 형성된 공간의 중심부에 배치되는 것을 특징으로 하는 제올라이트 신틸레이터의 제조방법을 제공한다. It provides a method for producing a zeolite scintillator, characterized in that the titanium chloride is ion-bonded with cesium of the cesium ion-exchanged zeolite, and is disposed in the center of the space formed through the skeleton of the cesium ion-exchanged zeolite.

세슘 이온 교환된 제올라이트를 제조하는 단계는 액상이온교환방법(Liquid Phase Ion Exchange, LPIE)을 통해 이루어진다.The step of preparing a cesium ion-exchanged zeolite is performed through a liquid phase ion exchange method (LPIE).

타이타늄 클로라이드는 Ti4+ 및 Cl- 가 이온 결합으로 연결되어 팔면체의 형태로 복합체를 이루고, 3차원적으로 연결된 구조로 배열된다.In titanium chloride, Ti 4+ and Cl are connected by ionic bonds to form a complex in the form of an octahedron, and are arranged in a three-dimensionally connected structure.

또한, 세슘 이온 교환된 제올라이트는 단결정 또는 분말 형태로 타이타늄 클로라이드와 반응한다.In addition, cesium ion-exchanged zeolites react with titanium chloride in single crystal or powder form.

상기 또 다른 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,The present invention to solve the above another object,

제올라이트 골격에 도입된 세슘; 및Cesium introduced into the zeolite skeleton; And

Ti4+와 Cl- 가 이온 결합으로 연결되어 생성되는 팔면체의 형태의 타이타늄 클로라이드 복합체;를 포함하고,Ti 4+ and Cl - is a titanium chloride complex in the form of an octahedron produced by ionic bonding; includes,

상기 제올라이트 골격에 도입된 세슘 및 타이타늄 클로라이드 복합체가 실온에서 기상이온교환방법(Vapor Phase Ion Exchange, VPIE)으로 이온 결합되어 제올라이트 골격에 의해 형성된 공간의 중심부에 배치되는 형태를 나타내는 제올라이트 신틸레이터로 제조되는 것을 특징으로 하는 환경 방사능 물질 계측장치를 제공한다.The cesium and titanium chloride complex introduced into the zeolite skeleton is ion-bonded by a vapor phase ion exchange method (VPIE) at room temperature, and is prepared with a zeolite scintillator showing a form disposed in the center of the space formed by the zeolite skeleton. It provides an environmental radioactive material measuring device characterized in that.

본 발명은 타이타늄 클로라이드를 포함하는 제올라이트 신틸레이터 및 그 제조방법을 제공함으로써 기존의 액상이온교환방법으로 제올라이트 내 도입이 어려웠던 타이타늄을 기상반응을 이용한 흡착방법을 통해 도입하여 제올라이트 신틸레이터의 경제성이 높아지고, 제조 공정 단계를 감축시키며, 우수한 섬광 효과 및 발광수율을 나타내는 효과가 있다.The present invention provides a zeolite scintillator containing titanium chloride and a manufacturing method thereof, thereby introducing titanium, which was difficult to be introduced into the zeolite as a conventional liquid ion exchange method through an adsorption method using a gas phase reaction, thereby increasing the economic efficiency of the zeolite scintillator, It reduces the manufacturing process steps, and has an effect of showing excellent glare and luminous yield.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터 결정의 조성 맵(compositional map)을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터의 XIL 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터 분발의 광학적 감쇠 시간을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터의 대표적인 큰 동공(large cavity)에 대한 스테레오뷰를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터의 소달라이트 동공(sodalite cavity)에 대한 스테레오뷰를 나타낸 것이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터의 TiCl6-의 구조를 나타낸 것이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터의 각 TiCl6- 이온이 8개의 Cs+ 이온에 둘러싸인 형태를 나타낸 것이다.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터의 각 Cs8TiCl6 6+ 이온이 6개의 Cs 이온에 둘러싸인 형태를 나타낸 것이다.
도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터의 Cs11TiCl6 9+ 연속체의 일부를 나타낸 것이다.
1 shows a compositional map of a zeolite scintillator crystal prepared according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the results of measuring the XIL emission spectrum of a zeolite scintillator prepared according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the optical attenuation time of the zeolite scintillator powder prepared according to an embodiment of the present invention.
4 is a stereo view of a representative large cavity of a zeolite scintillator prepared according to an embodiment of the present invention.
5 shows a stereo view of a sodalite cavity of a zeolite scintillator prepared according to an embodiment of the present invention.
Figure 6a shows the structure of TiCl 6- of the zeolite scintillator prepared according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6B shows a form in which each TiCl 6- ion of a zeolite scintillator prepared according to an embodiment of the present invention is surrounded by 8 Cs + ions.
FIG. 6c shows a form in which each Cs 8 TiCl 6 6+ ion of a zeolite scintillator prepared according to an embodiment of the present invention is surrounded by 6 Cs ions.
Figure 6d shows a portion of the Cs 11 TiCl 6 9+ continuum of the zeolite scintillator prepared according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 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, not to exclude other components, unless otherwise stated.

본 발명의 일측면에 따르면, 하기 식 1로 표시되는 제올라이트 신틸레이터(Zeolite scintillator)를 제공한다:According to one aspect of the present invention, there is provided a zeolite scintillator represented by Formula 1 below:

[식 1][Equation 1]

DxCsyEz-제올라이트D x Cs y E z -zeolite

상기 D는 타이타늄(Titanium, Ti)이고, E는 불소(Fluorine, F), 염소(Choloride, Cl), 브롬(Bromine, Br), 및 요오드(Iodine, I)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이며, x, y, 및 z는 제올라이트를 구성하는 가장 기본적인 반복단위인 단위 세포에 포함되어 있는 이온의 수를 의미하고, x는 0.02 내지 0.15, y는 4.00 내지 8.00, z는 0.01 내지 0.09이다. 바람직하게는, x는 0.04 내지 0.12, y는 5.00 내지 7.00, z는 0.03 내지 0.07이며, 더 바람직하게는 x는 0.052 내지 0.112, y는 5.61 내지 6.21, z는 0.34 내지 0.64이다.The D is titanium (Ti), E is one or more selected from the group consisting of fluorine (Fluorine, F), chlorine (Choloride, Cl), bromine (Bromine, Br), and iodine (Iodine, I) , x, y, and z mean the number of ions contained in the unit cell which is the most basic repeating unit constituting the zeolite, x is 0.02 to 0.15, y is 4.00 to 8.00, and z is 0.01 to 0.09. Preferably, x is 0.04 to 0.12, y is 5.00 to 7.00, z is 0.03 to 0.07, more preferably x is 0.052 to 0.112, y is 5.61 to 6.21, and z is 0.34 to 0.64.

D는 타이타늄(Titanium, Ti)이고, E는 염소(Choloride, Cl)일 수 있으며, 타이타늄 및 염소는 이온 결합으로 연결되어 팔면체의 형태로 복합체를 이루고, 3차원적으로 연결된 구조로 배열될 수 있다. 상세하게, Ti4+ 이온은 8 %의 큰 동공(large cavity)을 차지하고 있으며, 각각의 Ti4+ 이온은 주위에 존재하는 6개의 Cl- 이온들과 팔면체를 이루며 결합할 수 있다. D is titanium (Ti), E may be chlorine (Choloride, Cl), and titanium and chlorine are connected by ionic bonds to form a complex in the form of an octahedron, and may be arranged in a three-dimensionally connected structure. . In detail, the Ti 4+ ion occupies a large cavity of 8%, and each Ti 4+ ion is able to bind in octahedron with six Cl ions present in the surroundings.

제올라이트 신틸레이터는 제올라이트의 골격(framework)에 비골격(extraframewok) 이온으로 세슘이 도입되고, 세슘 및 염소는 이온 결합을 형성하여 연결될 수 있다.In the zeolite scintillator, cesium is introduced as an extraframewok ion to the framework of the zeolite, and cesium and chlorine can be connected by forming ionic bonds.

본 발명에서 '제올라이트 골격'은 제올라이트가 갖는 골격이거나, 합성 제올라이트가 갖는 골격일 수 있다. 예로, 본 발명의 제올라이트는 골격 구조 코드명 LTA(Linde Type A)의 골격 코드명을 가지는 제올라이트-A일 수 있다. 제올라이트-A는 그 골격 구조에 근거하여 제올라이트-LTA로 표현할 수 있다. 제올라이트-LTA는 기공입구가 매우 작은 제올라이트 중 하나이다.In the present invention, the'zeolite skeleton' may be a skeleton possessed by a zeolite or a skeleton possessed by a synthetic zeolite. For example, the zeolite of the present invention may be a zeolite-A having a skeleton code name of a skeleton structure code name LTA (Linde Type A). Zeolite-A can be expressed as zeolite-LTA based on its framework structure. Zeolite-LTA is one of the zeolites with very small pore entrance.

또한, 본 발명에서는 이온 교환된 원소(이온)과 같은 기존 제올라이트 골격에 포함되지 않았던 원소(이온)를 '비골격 원소(이온)'라 할 수 있고, 제올라이트 골격을 구성하는 원소(이온)은 '골격 원소(이온)'라 할 수 있다.In addition, in the present invention, elements (ions) not included in the existing zeolite skeleton, such as ion-exchanged elements (ions), may be referred to as'non-skeletal elements (ions)', and elements (ions) constituting the zeolite skeleton are ' Skeletal element (ion)'.

제올라이트에서는 중심원자인 실리콘과 알루미늄 원자가 산소 원자 네 개와 정사면체 형태로 배위하며 이 단위를 TO4라고 부른다. TO4는 다른 중심원자와 산소 원자를 서로 공유하면서 결합하여 다양한 구조를 형성할 수 있다. 이와 같이 Si, Al, O로 이루어진 부분을 골격이라 하며 나머지 부분을 비골격이라고 칭한다.In zeolite, the central atoms, silicon and aluminum atoms, coordinate four oxygen atoms and a tetrahedron, and this unit is called TO 4 . TO 4 can form a variety of structures by bonding while sharing oxygen atoms with other central atoms. In this way, a portion made of Si, Al, and O is called a skeleton, and the remaining portion is called a non-skeletal body.

가공되지 않은 제올라이트는 골격 내부에 존재하는 세공들이 물분자로 채워져 있으나, 이들은 구조적으로 느슨하게 결합하고 있기 때문에 열을 가하면 수분이 쉽게 방출되며, 골격은 그대로 남아있고 세공 내부가 쉽게 비워져 제올라이트 골격 내로 다른 원소 및 미립 물질 등이 도입될 수가 있다.In the unprocessed zeolite, pores existing inside the skeleton are filled with water molecules, but because they are structurally loosely bonded, moisture is easily released when heat is applied, and the skeleton remains intact and the pore interior is easily emptied to other elements into the zeolite skeleton. And particulate matter.

제올라이트의 물리화학적 성질은 골격의 알루미늄 함량 즉 Si/Al 몰비에 따라 크게 달라진다. 또 제올라이트 골격에 Al3+이 포함되는 양에 따라 골격이 음전 하를 띠게 되고 이들의 전하 밸런스를 위해 양이온들이 비골격 화학종으로 존재하게 된다. 이러한 양이온들은 쉽게 다른 양이온들로 치환 될 수 있어서 제올라이트는 양이온 교환능을 가진다. 이러한 양이온의 교환에 의해 제올라이트 물리화학적 성질이 변화할 수 있다. The physicochemical properties of the zeolite depend greatly on the aluminum content of the skeleton, i.e. the Si/Al molar ratio. In addition, depending on the amount of Al 3+ contained in the zeolite skeleton, the skeleton becomes negatively charged, and cations exist as non-skeletal species for their charge balance. These cations can be easily replaced with other cations, so zeolites have cation exchange capacity. Zeolite physicochemical properties can be changed by the exchange of these cations.

타이타늄 및 염소가 결합하여 형성되는 타이타늄 클로라이드 복합체 TiCl6 9+ 는 제올라이트 골격 내 8-고리의 세슘(Cs+) 이온들과 이온 결합을 형성하며, 더 자세히는 타이타늄 클로라이드 복합체의 클로라이드와 이온 결합을 형성하여 연결될 수 있다. 이에 따라 제올라이트의 큰 동공(large cavity)에서 8-고리의 세슘(Cs+) 이온은 인접한 단위 세포의 TiCl6 9+ 이온 사이를 연결하여 안정화 될 수 있으며, 결정의 표면 근저에서 Cs11TiCl6 9+ 연속체를 형성할 수 있다. The titanium chloride complex TiCl 6 9+ formed by the combination of titanium and chlorine forms an ionic bond with 8-ring cesium (Cs + ) ions in the zeolite skeleton, and more specifically, forms an ionic bond with the chloride of the titanium chloride complex Can be connected. Accordingly, in the large cavity of the zeolite, the 8-ring cesium (Cs + ) ion can be stabilized by connecting between TiCl 6 9+ ions of adjacent unit cells, and Cs 11 TiCl 6 9 near the surface of the crystal + Can form a continuum.

또한, 타이타늄 및 염소는 세슘 이온 교환된 제올라이트의 골격에 의해 형성되는 공간의 중심부에 배치될 수 있다. 본 발명의 제올라이트 신틸레이터는 타이타늄 및 염소가 결합하여 형성된 타이타늄 클로라이드 복합체가 제올라이트 골격이 형성하는 큰 동공(large cavity) 내에 배치되고, 타이타늄 클로라이드 복합체의 클로라이드와 제올라이트 골격 내 세슘이 상호작용하여 이온 결합을 형성하여 타이타늄-클로라이드-세슘 연속체(Cs11TiCl6 9+ )를 형성할 수 있다. 이 때, 타이타늄 및 염소의 결합으로 형성된 타이타늄 클로라이드 복합체는 제올라이크 골격이 형성하는 큰 동공(large cavity)의 중심부에 위치할 수 있다.In addition, titanium and chlorine can be placed in the center of the space formed by the skeleton of the cesium ion-exchanged zeolite. In the zeolite scintillator of the present invention, the titanium chloride complex formed by combining titanium and chlorine is disposed in a large cavity formed by the zeolite skeleton, and the chloride of the titanium chloride complex and cesium in the zeolite skeleton interact to form ionic bonds. Formation to form a titanium-chloride-cesium continuum (Cs 11 TiCl 6 9+ ). At this time, the titanium chloride complex formed by the combination of titanium and chlorine may be located in the center of a large cavity (large cavity) formed by the zeolite skeleton.

제올라이트 골격이 형성하는 공간은 제올라이트 골격이 3차원으로 배열될 때 생기는 세공차원의 3차원 공간을 의미한다. 제올라이트 골격이 형성하는 공간은 동공(cavity)과 같은 의미일 수도 있고, 동공은 소달라이트 동공(sodalite cavity) 또는 큰 동공(large cavity)일 수 있다.The space formed by the zeolite skeleton means a three-dimensional space in the pore dimension that occurs when the zeolite skeleton is arranged in three dimensions. The space formed by the zeolite skeleton may have the same meaning as a cavity, and the pupil may be a sodalite cavity or a large cavity.

제올라이트 신틸레이터는 고에너지 광자들을 좀 더 쉽게 감지할 수 있는 낮은 에너지의 광자들 즉, 가시광으로 변환할 수 있다. 본 발명의 제올라이트 신틸레이터는 방사선 조사시 360 nm에서 700 nm 사이에서 발광 스펙트럼을 나타내고, 450 내지 495 nm의 파장에서 최대발광을 나타낼 수 있으며, 바람직하게는 455 nm 내지 490 nm 최대발광을 나타낼 수 있고, 더 바람직하게는 460 또는 485 nm의 파장에서 최대발광을 나타낼 수 있어 신틸레이션 역할을 수행할 수 있다.Zeolite scintillators can convert high-energy photons into low-energy photons, or visible light, that can be more easily detected. The zeolite scintillator of the present invention exhibits an emission spectrum between 360 nm and 700 nm upon irradiation, and can exhibit maximum emission at a wavelength of 450 to 495 nm, preferably 455 nm to 490 nm maximum emission, , More preferably, it can exhibit the maximum emission at a wavelength of 460 or 485 nm, so it can perform a scintillation role.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 세슘 이온 교환된 제올라이트를 제조하는 단계; 및 상기 세슘 이온 교환된 제올라이트와 타이타늄 클로라이드 증기를 기상이온교환법(Vapor Phase Ion Exchange, VPIE)을 통해 실온에서 반응시켜 제올라이트 신틸레이터를 형성하는 단계;를 포함하고, 반응시키는 단계에서, 상기 타이타늄 클로라이드가 상기 세슘 이온 교환된 제올라이트의 세슘과 이온 결합하고, 상기 세슘 이온 교환된 제올라이트의 골격을 통해 형성된 공간의 중심부에 배치되는 것을 특징으로 하는 제올라이트 신틸레이터의 제조방법을 제공한다. According to another aspect of the invention, the step of preparing a cesium ion-exchanged zeolite; And forming a zeolite scintillator by reacting the cesium ion-exchanged zeolite with titanium chloride vapor at room temperature through a vapor phase ion exchange method (VPIE), wherein in the reacting step, the titanium chloride is Provided is a method of manufacturing a zeolite scintillator, which is ion-bonded with cesium of the cesium ion-exchanged zeolite, and is disposed in the center of a space formed through the skeleton of the cesium ion-exchanged zeolite.

타이타늄 이온은 액상이온교환방법 (Liquid Phase Ion Exchange, LPIE)을 이용하여 비골격 화학종으로 제올라이트에 도입하는 것이 불가능하다. 타이타늄은 높은 전하량과 작은 이온 반경을 가지므로 수용액에서 강하게 가수분해를 일으키며, 타이타늄의 가수분해는 제올라이트의 자체 비골격 이온과 교환가능한 높은 농도의 수소 이온을 발생시키므로, 제올라이트의 비골격(extraframework) 자리에 타이타늄 이온이 도입될 수 없다. 또한, 이러한 수소이온의 함량이 높은 산성용액은 제올라이트 골격을 분해 시키므로 따라서 비골격 티타늄 이온의 제올라이트내 도입은 액상이온교환방법으로는 불가능하며 기상이온교환방법(Vapor Phase Ion Exchange, VPIE)이나 수착(sorption)을 통해 가능하다.It is not possible to introduce titanium ions into zeolites as non-skeletal species using liquid phase ion exchange (LPIE). Titanium has a high charge and a small ionic radius, so it is strongly hydrolyzed in aqueous solutions, and hydrolysis of titanium generates a high concentration of hydrogen ions that are interchangeable with zeolite's own non-skeletal ions, so the zeolite's extraframework site Titanium ions cannot be introduced. In addition, since the acidic solution having a high content of hydrogen ions decomposes the zeolite skeleton, therefore, the introduction of non-skeletal titanium ions into the zeolite is impossible by the liquid phase ion exchange method and vapor phase ion exchange (VPIE) or sorption ( sorption).

본 발명의 제올라이트 신틸레이터의 제조방법에서는 추가적인 가열공정 단계가 없으며, 실온에서 타이타늄 클로라이드 증기를 이용한 기상이온교환방법을 통해 제올라이트의 세슘과 이온 결합함으로써 가열 공정이 포함된 기존의 기상이온교환방법에 비해 제조 비용 및 시간을 절약 할 수 있으며, 대량 생산이 용이할 수 있다. In the method of manufacturing the zeolite scintillator of the present invention, there is no additional heating step, and compared to the conventional gas phase ion exchange method including a heating process by ion bonding with cesium of zeolite through a gas phase ion exchange method using titanium chloride vapor at room temperature. It can save manufacturing cost and time, and mass production can be easy.

또한, 이러한 방법으로 제조된 제올라이트 신틸레이터는 타이타늄 및 염소가 결합하여 형성된 타이타늄 클로라이드 복합체가 제올라이트 골격이 형성하는 큰 공동 내에 배치되고, 타이타늄 클로라이드 복합체의 클로라이드와 제올라이트 골격 내 세슘이 상호작용하여 이온 결합을 형성하여 타이타늄-클로라이드-세슘 연속체(Cs11TiCl6 9+ )를 형성할 수 있다. 이 때, 타이타늄 및 염소의 결합으로 형성된 타이타늄 클로라이드 복합체는 제올라이크 골격이 형성하는 큰 동공(large cavity)의 중심부에 위치할 수 있다.In addition, in the zeolite scintillator prepared in this way, the titanium chloride complex formed by the combination of titanium and chlorine is placed in a large cavity formed by the zeolite skeleton, and the chloride of the titanium chloride complex and cesium in the zeolite skeleton interact to make ionic bonds. Formation to form a titanium-chloride-cesium continuum (Cs 11 TiCl 6 9+ ). At this time, the titanium chloride complex formed by the combination of titanium and chlorine may be located in the center of a large cavity (large cavity) formed by the zeolite skeleton.

제올라이트 골격이 형성하는 공간은 제올라이트 골격이 3차원으로 배열될 때 생기는 세공차원의 3차원 공간을 의미한다. 제올라이트 골격이 형성하는 공간은 동공(cavity)과 같은 의미일 수도 있고, 동공은 소달라이트 동공(sodalite cavity) 또는 큰 동공(large cavity)일 수 있다.The space formed by the zeolite skeleton means a three-dimensional space in the pore dimension that occurs when the zeolite skeleton is arranged in three dimensions. The space formed by the zeolite skeleton may have the same meaning as a cavity, and the pupil may be a sodalite cavity or a large cavity.

세슘 이온 교환된 제올라이트를 제조하는 단계는 액상이온교환방법(Liquid Phase Ion Exchange, LPIE)을 통해 이루어질 수 있다. The step of preparing a cesium ion-exchanged zeolite may be performed through a liquid phase ion exchange method (LPIE).

알칼리 금속을 포함하는 제올라이트를 세슘 이온을 포함하는 용액과 반응시켜 알칼리 금속을 세슘 이온으로 액상 이온 교환하고, 완전 탈수하여 세슘을 포함하는 제올라이트를 형성할 수 있다. 본 발명에서는 제올라이트 골격의 알칼리 금속은 상기 세슘으로 일부 또는 전부 교환될 수 있으며, 알칼리 금속은 나트륨일 수 있다.The zeolite containing alkali metal may be reacted with a solution containing cesium ions to exchange the alkali metal with cesium ions in liquid phase, and complete dehydration to form a zeolite containing cesium. In the present invention, the alkali metal of the zeolite skeleton may be partially or completely exchanged with the cesium, and the alkali metal may be sodium.

제올라이트 신틸레이터를 제조하는 과정에서 타이타늄 클로라이드는 Ti4+ 및 Cl- 가 이온 결합으로 연결되어 팔면체의 형태로 복합체를 이루고, 3차원적으로 연결된 구조로 배열될 수 있다. 상세하게, Ti4+ 이온은 8 %의 큰 동공(cavity)을 차지하고 있으며, 각각의 Ti4+ 이온은 주위에 존재하는 6개의 Cl- 이온들과 팔면체를 이루며 결합할 수 있다. In the process of manufacturing a zeolite scintillator, titanium chloride is Ti 4+ and Cl are connected by ionic bonds to form a complex in the form of an octahedron, and may be arranged in a three-dimensionally connected structure. In detail, Ti 4+ ions occupy a large cavity of 8%, and each Ti 4+ ion can be formed in an octahedron with six Cl ions present around it.

또한, 세슘 이온 교환된 제올라이트는 외형은 고유의 결정면으로 둘러싸여 있지 않아도 결정의 방향이 일정한 단결정 또는 분말 형태로 타이타늄 클로라이드와 반응할 수 있다.In addition, the cesium ion-exchanged zeolite can react with titanium chloride in a single crystal or powder form in which the crystal direction is constant even if the appearance is not surrounded by an intrinsic crystal plane.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제올라이트 골격에 도입된 세슘; 및 Ti4+와 Cl- 가 이온 결합으로 연결되어 생성되는 팔면체의 형태의 타이타늄 클로라이드 복합체;를 포함하고, 상기 제올라이트 골격에 도입된 세슘 및 타이타늄 클로라이드 복합체가 실온에서 기상이온교환방법(Vapor Phase Ion Exchange, VPIE)으로 이온 결합되어 제올라이트 골격에 의해 형성된 공간의 중심부에 배치되는 형태를 나타내는 제올라이트 신틸레이터로 제조되는 것을 특징으로 하는 환경 방사능 물질 계측장치를 제공한다.According to another aspect of the invention, cesium is introduced into the zeolite skeleton; And Ti 4+ and Cl - is a titanium chloride complex in the form of an octahedron produced by ionic bonding; including, cesium and titanium chloride complex introduced into the zeolite skeleton at room temperature vapor phase ion exchange method (Vapor Phase Ion Exchange , VPIE) to provide an environmental radioactive material measuring device characterized in that it is made of a zeolite scintillator, which is ion-bonded to the center of the space formed by the zeolite skeleton.

제올라이트 신틸레이터는 방사선 안전에 관련된 다양한 분야에서 응용되고 활용될 수 있다. 그 예로 원자력 발전과 관련하여 발전소 배기구, 주변 토양, 주변 해양에 자체발광 제올라이트 수착센서를 대량 살포 후 일정 간격을 두고 지속적으로 관찰하는 방법을 통하여 방사능 안전에 관한 새로운 방안을 제시할 수 있다.Zeolite scintillators can be applied and used in various fields related to radiation safety. For example, in relation to nuclear power generation, a new method for radioactivity safety can be proposed by continuously monitoring at regular intervals after a large amount of self-luminous zeolite sorption sensors are applied to the exhaust ports of the power plant, the surrounding soil, and the surrounding sea.

발광 소재로서 다공성 물질인 제올라이트가 가질 수 있는 장점을 이용하여 세계 최초로 방사선 동위원소와 광학특성을 갖는 기능성 나노화합물을 제올라이트 미세 동공 내에 공존하도록 설계하여 자체발광 가능성을 확인하였고, 이는 수 nm 거리에서 이들 간, 상호작용을 통해 자체발광이 가능할 것이다. As a luminescent material, it was designed to coexist functional nano-compounds with radioactive isotopes and optical properties in the zeolite micro-pores for the first time in the world by utilizing the advantages of the zeolite, a porous material, and confirmed the possibility of self-luminescence. Self-luminescence will be possible through liver and interaction.

이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, examples will be described in detail to specifically describe the present specification. However, the embodiments according to the present specification may be modified in various other forms, and the scope of the present specification is not construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present specification are provided to more fully describe the present specification to those skilled in the art.

<실시예><Example>

실시예 1. 세슘 이온 교환된 제올라이트 제조Example 1. Preparation of cesium ion exchanged zeolite

본 실시예에서는 G.T. Kokotailo의 실험실에서 J.Charnell법에 의해 합성된 무색의 투명한 단결정 형태인 제올라이드 Na-A를 사용하였다. Pyrex 모세관의 Na-A 결정을 위치시킨 다음, 294 K(실온)에서 24시간 동안 0.1M CsC2H3O2 (Sigma Aldrich, 99.99 %+) (pH=6.2) 5 mL을 Na-A 단결정을 포함하는 모세관에 빠르게 흐르게하여 세슘 이온 교환된 제올라이트(|Cs7Na5|[Si12Al12O48]-A)를 제조하였다.In this example, zeolite Na-A, a colorless, transparent single crystal form synthesized by the J.Charnell method in the laboratory of GT Kokotailo, was used. After placing Na-A crystals in the Pyrex capillary, 5 mL of 0.1M CsC 2 H 3 O 2 (Sigma Aldrich, 99.99%+) (pH=6.2) at 294 K (room temperature) for 24 hours was used to make Na-A single crystals. A cesium ion-exchanged zeolite (|Cs 7 Na 5 |[Si 12 Al 12 O 48 ]-A) was prepared by rapidly flowing through a containing capillary tube.

명세서상 기재를 용이하게 하기 위해 세슘 이온 교환된 제올라이트(|Cs7Na5|[Si12Al12O48]-A)를 Cs,Na-A로 명명한다.For ease of description in the specification, a cesium ion exchanged zeolite (|Cs 7 Na 5 |[Si 12 Al 12 O 48 ]-A) is called Cs,Na-A.

실시예 2. 타이타늄 클로라이드가 흡착된 제올라이트 신틸레이터 제조Example 2. Preparation of zeolite scintillator with titanium chloride adsorbed

무수화 TiCl4 Pyrex 튜브를 실시예 1에 따라 제조된 Cs,Na-A가 포함된 모세관에 밸브로서 부착하였으며, 모세관 및 Cs,Na-A를 진공 하에 탈수하였다. 이 후 밸브를 열어 TiCl4 증기(1.09 x 103 Pa)를 Cs,Na-A와 294 K에서 96시간 동안 반응시켰으며, 반응하지 않은 TiCl4 를 제거하기 위하여 294 K에서 5시간 동안 Cs,Na-A를 비워냈다. 상기 과정을 거쳐 Ti,Cl,Cs,Na-A를 포함하는 생성물이 담긴 모세관을 진공상태에서 토치로 밀봉하였다. An anhydrous TiCl 4 Pyrex tube was attached as a valve to a capillary containing Cs,Na-A prepared according to Example 1, and the capillary and Cs,Na-A were dehydrated under vacuum. After that, the valve was opened to react with TiCl 4 vapor (1.09 x 10 3 Pa) for 96 hours at 294 K with Cs,Na-A, and Cs,Na at 294 K for 5 hours to remove unreacted TiCl 4 . -A was emptied. Through the above process, the capillary containing the product containing Ti, Cl, Cs, and Na-A was sealed with a torch in a vacuum.

상기 과정으로 제조된 제올라이트 신틸레이터를 명세서 상 기재를 용이하게 하기 위하여 <Ti,Cl,Cs,Na-A>로 명명한다.The zeolite scintillator prepared by the above process is referred to as <Ti,Cl,Cs,Na-A> to facilitate description on the specification.

실시예 3. 제올라이트 신틸레이터의 X-선 회절 측정Example 3. X-ray diffraction measurement of zeolite scintillator

상기 실시예 1 내지 실시예 2에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터<Ti,Cl,Cs,Na-A>의 구조를 확인하기 위하여 Photon Factory ((PF), Tsukuba, Japan)를 사용하여 싱크로트론 X-선 회절 강도를 측정하였다. BL2D-SMDC 프로그램을 오메가 스캔 방법에 의해 데이터를 수집하는데 이용하였다.Synchrotron X-ray using Photon Factory ((PF), Tsukuba, Japan) to confirm the structure of the zeolite scintillator <Ti,Cl,Cs,Na-A> prepared according to Examples 1 to 2 above Diffraction intensity was measured. The BL2D-SMDC program was used to collect data by the omega scan method.

많은 데이터 세트는 5 °스캔과 프레임 당 1 초의 노출 시간으로 결정에 대한 72 세트의 프레임을 수집하여 얻었으며, 기본 데이터 파일은 HKL2000 (PF) 프로그램을 사용하여 준비하였다. 반사(reflections)는 DENZO 프로그램의 자동 색인(indexing) 루틴(routine) 에 의해 색인화되었으며, 결정 붕괴에 대한 무시 가능한 수정들이 또한 적용되었다. 제올라이트에 대한 기준인 공간군(space group) pm-3m은 XPREP 프로그램에 의해 결정하였다.Many data sets were obtained by collecting 72 sets of frames for determination with a 5° scan and an exposure time of 1 second per frame, and basic data files were prepared using the HKL2000 (PF) program. Reflections were indexed by the DENZO program's automatic indexing routine, and negligible modifications to crystal collapse were also applied. The space group pm-3m, the standard for zeolite, was determined by the XPREP program.

실시예 4. 제올라이트 신틸레이터의 SEM-EDX 측정Example 4. SEM-EDX measurement of zeolite scintillator

상기 실시예 1 내지 실시예 2에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터<Ti,Cl,Cs,Na-A>의 결정 내부 분석을 위하여 주사 전자 현미경 에너지 분산 X-선 (scanning electron microscopy energy-dispersive X-ray, SEM-EDX) 분석을 진행하였다. SEM-EDX 분석을 진행하기 위해 <Ti,Cl,Cs,Na-A>를 모세관으로부터 분리하였으며, Hitachi SU8820-SR FE (전계 방출 (field emission)) 주사 전자 현미경 내의 Horiba X-MAX N50 EDX 분광기를 이용하여 1 μA의 전류 및 10 keV의 빔 에너지로 294 K 및 9 x 10-4 Pa에서 결정하였다.Scanning electron microscopy energy-dispersive X-ray for crystal internal analysis of zeolite scintillator <Ti,Cl,Cs,Na-A> prepared according to Examples 1 to 2 , SEM-EDX). <Ti,Cl,Cs,Na-A> was separated from the capillaries to proceed with SEM-EDX analysis, Horiba X-MAX N50 EDX spectrometer in Hitachi SU8820-SR FE (field emission) scanning electron microscope It was determined at 294 K and 9 x 10 -4 Pa with a current of 1 μA and a beam energy of 10 keV.

실시예 5. 제올라이트 신틸레이터의 조성 맵(compositional map) 확인Example 5. Confirmation of compositional map of zeolite scintillator

상기 실시예 4에 따라, SEM-EDX 분석 후, <Ti,Cl,Cs,Na-A>결정을 파괴하여, 결정의 새로운 표면의 조성 맵(compositional map)을 EDX 소프트웨어의 기능인 Trumap을 이용하여 확인하였다. According to Example 4, after SEM-EDX analysis, <Ti, Cl, Cs, Na-A> crystals are destroyed, and a compositional map of the new surface of the crystal is confirmed using Trumap, a function of EDX software. Did.

실시예 6. 제올라이트 신틸레이터의 발광 확인Example 6. Confirmation of light emission of zeolite scintillator

무수 <Ti,Cl,Cs,Na-A>분말을 실온(294 K)에서 Flame-T-XR1-EX 분광기 (Ocean Optics, 50kV, 30mA)를 이용하여 XIL 스펙트럼을 확인하였다.The anhydrous <Ti,Cl,Cs,Na-A> powder was confirmed at room temperature (294 K) using a Flame-T-XR1-EX spectrometer (Ocean Optics, 50kV, 30mA) to confirm the XIL spectrum.

싱크로트론 X- 조사시의 무수 단결정의 CCD 이미지를 확인하였으며, <Ti,Cl,Cs,Na-A>분말이 담긴 용기를 광 증 배관 (PMT, H6610)의 입구 창에 연결하여 발광 감쇠 패턴을 측정하였다. 이 때, X-ray 빔 (Golden Engineering, XR200, 냉 음극관 X 선 튜브, 0.026 내지 0.040 mSv/pulse, 펄스 지속 시간 60 ns)을 사용하였으며, PMT 출력의 펄스 형태를 1 GHz 디지털 오실로스코프 (WaveRunner 610zi)에 등록하고 감쇠 시간을 계산하였다.The CCD image of the anhydrous single crystal upon synchrotron X-irradiation was confirmed, and a light-emitting attenuation pattern was measured by connecting a container containing <Ti,Cl,Cs,Na-A> powder to the inlet window of a photomultiplier pipe (PMT, H6610). Did. In this case, an X-ray beam (Golden Engineering, XR200, cold cathode tube X-ray tube, 0.026 to 0.040 mSv/pulse, pulse duration 60 ns) was used, and the pulse shape of the PMT output was 1 GHz digital oscilloscope (WaveRunner 610zi). Registered in and calculated the decay time.

<평가 및 결과><Evaluation and Results>

결과 1. 제올라이트 신틸레이터의 X-선 회절 분석Results 1. X-ray diffraction analysis of zeolite scintillator

상기 실시예에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터인 <Ti,Cl,Cs,Na-A>의 X-선 회절 분석 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The results of X-ray diffraction analysis of <Ti,Cl,Cs,Na-A>, a zeolite scintillator prepared according to the above example, are shown in Table 1 below.

결정(큐브) 가장자리 길이 (mm)Crystal (cube) edge length (mm) 0.0700.070 Cs+ 이온 교환 (온도(K), 시간(h), mL)Cs + ion exchange (temperature (K), time (h), mL) 294, 12, 5294, 12, 5 Cs,Na-A의 탈수 (온도(K), 시간(h), 압력(Pa))Dehydration of Cs,Na-A (temperature (K), time (h), pressure (Pa)) 673, 48, 1.5 x 10-4 673, 48, 1.5 x 10 -4 Cs,Na-A와 TiCl4의 반응 (온도(K), 시간(h), 압력(Pa))Reaction of Cs,Na-A and TiCl 4 (temperature (K), time (h), pressure (Pa)) 294, 96, 1.09 x 103 294, 96, 1.09 x 10 3 X-ray 소스X-ray source PF(BL-5A) a PF(BL-5A) a 파장 (Å)Wavelength (Å) 0.75000.7500 검출기Detector ADSC Quantum-315rADSC Quantum-315r 결정과 검출기 사이 거리(mm)Distance between crystal and detector (mm) 6060 결정 색상Crystal color 황금색golden yellow 데이터 수집 온도(온도(K))Data collection temperature (temperature (K)) 294(1)294(1) 공간군, 번호Space group, number pm-3m, 221pm-3m, 221 단위 세포 크기, a (Å)Unit cell size, a (Å) 12.228(1)12.228(1) 데이터 수집의 최대 2θ (deg)Up to 2θ of data collection (deg) 74.3274.32 측정된 반사Measured reflection 50,30050,300 측정된 특정 반사, mSpecific reflection measured, m 842842 Fo > 4σ의 반사 (F o)Reflection of F o > 4σ ( F o ) 764764 변수, s Variable, s 4545 데이터/파라미터 비율, m/s Data/parameter ratio, m / s 18.718.7 중량 파라미터: a, bWeight parameters: a, b 0.079, 2.870.079, 2.87 최종 에러 색인들: R1 b , R2 c Final error indices: R 1 b , R 2 c 0.0460, 0.14290.0460, 0.1429 적합도 d Goodness of fit d 1.101.10

상기 표 에서 a 입자가속기는 일본의 BL-5A이며, b R1 = Σ|Fo - |Fc||/ΣFo; R1은 Fo > 4σ(Fo)을 위한 반사를 이용하여 계산한다. c R2 = [Σw(Fo 2 -Fc 2)2/Σw(Fo 2)2]1/2는 측정된 모든 특정 반사를 이용하여 계산한다. d 적합도는 (Σw(Fo 2-Fc 2)2/(m-s))1/2로 계산한다.In the above table, a particle accelerator is BL-5A from Japan, b R 1 = Σ|F o- |F c ||/ΣF o ; R 1 is calculated using the reflection for F o > 4σ(F o ). c R 2 = [Σw(F o 2 -F c 2 ) 2 /Σw(F o 2 ) 2 ] 1/2 is calculated using all measured specific reflections. d Goodness of fit is calculated as (Σw(F o 2 -F c 2 ) 2 /(ms)) 1/2 .

결과 2. 제올라이트 신틸레이터의 SEM-EDX 분석Result 2. SEM-EDX analysis of zeolite scintillator

상기 실시예에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터인 <Ti,Cl,Cs,Na-A> 결정의 SEM-EDX 분석 결과 및 그에 따른 원소 조성을 하기 표 2에 나타내었다. The results of SEM-EDX analysis of the <Ti,Cl,Cs,Na-A> crystals, which are zeolite scintillators prepared according to the above examples, and the elemental composition thereof are shown in Table 2 below.

원소element SXRDSXRD SEM-EDXSEM-EDX 단위 세포 1 (8.2%)
(TiCl6 포함)
Unit cell 1 (8.2%)
(Including TiCl 6 )
단위 세포 2 (91.8%)
(TiCl6 미포함)
Unit cell 2 (91.8%)
(TiCl 6 not included)
평균Average
SiSi 16.6716.67 15.7115.71 15.7915.79 12.1012.10 AlAl 10.0010.00 13.2013.20 12.9412.94 9.139.13 OO 53.3353.33 57.8257.82 57.4657.46 59.3859.38 TiTi 1.111.11 -- 0.100.10 1.631.63 ClCl 6.676.67 -- 0.590.59 6.446.44 CsCs 12.2212.22 6.616.61 7.077.07 7.777.77 NaNa -- 6.606.60 6.066.06 3.543.54

상기 표 2에서 SXRD는 단일 결정 X선 회절로 얻은 결과이며, SEM-EDX 결과와 비교하였을 때, 특히 Ti 및 Cl의 원소에서 거의 유사한 원소 조성비를 나타내었다. SEM-EDX 분석은 표면 분석 기법이며, 평균의 조성에 비해 SEM-EDX에 의한 원소 조성에서 Ti 및 Cl이 몇 배 더 높은 것으로 보아, 제올라이트 신틸레이터 표면 영역에 Ti, Cl, 및 단위 세포 1이 주로 존재하고 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 <Ti,Cl,Cs,Na-A> 결정에서 관측된 Cs11TiCl6 9+ 연속체는 제올라이트 결정의 내부가 아닌 외부, 표면에 존재하고 있음을 확인할 수 있었다. In Table 2, SXRD is a result obtained by single crystal X-ray diffraction, and when compared with the SEM-EDX results, the element composition ratio of Ti and Cl is almost similar. The SEM-EDX analysis is a surface analysis technique, and it is seen that Ti and Cl are several times higher in the elemental composition by SEM-EDX compared to the average composition, so that Ti, Cl, and unit cells 1 are mainly in the zeolite scintillator surface area. It was confirmed that it exists. Therefore, it was confirmed that the Cs 11 TiCl 6 9+ continuum observed in the <Ti,Cl,Cs,Na-A> crystal exists on the outside and the surface, not inside the zeolite crystal.

이는, <Ti,Cl,Cs,Na-A>가 Cs11TiCl6 9+ 연속체를 포함하고 있으나. 연속체가 결정의 내부에는 실질적으로 존재하지 않음을 의미한다. 이러한 이유는 제올라이트의 큰 동공(large cavity)의 블로킹에 의해 TiCl4(g)가 제올라이트 중심에 도달하는 것이 방해되어 결정의 표면에 형성될 수 있음을 나타낸다. This, although <Ti,Cl,Cs,Na-A> includes Cs 11 TiCl 6 9+ continuum. This means that the continuum is practically not present inside the crystal. This reason indicates that blocking of the large pores of the zeolite prevents TiCl 4 (g) from reaching the center of the zeolite and can form on the surface of the crystal.

결과 3. 제올라이트 신틸레이터의 조성 맵(compositional map) 확인Result 3. Check compositional map of zeolite scintillator

상기 실시예에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터인 <Ti,Cl,Cs,Na-A>결정을 파괴하여, 결정의 새로운 표면의 조성 맵(compositional map)을 확인하여 도 1에 도시하였다. 그 결과, <Ti,Cl,Cs,Na-A>내 타이타늄, 클로라이드, 세슘, 및 나트륨이 존재하고 있음을 확인할 수 있었다.The <Ti,Cl,Cs,Na-A> crystal, which is a zeolite scintillator prepared according to the above example, was destroyed, and a compositional map of a new surface of the crystal was confirmed and illustrated in FIG. 1. As a result, it was confirmed that titanium, chloride, cesium, and sodium existed in <Ti,Cl,Cs,Na-A>.

결과 4. 제올라이트 신틸레이터의 발광 스펙트럼 확인Result 4. Confirmation of the emission spectrum of the zeolite scintillator

상기 실시예에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터인 <Ti,Cl,Cs,Na-A> 분말을 사용하여 XIL 스펙트럼을 측정한 결과를 도 2에 도시하였다. 그 결과, XIL 스펙트럼은 360 nm 에서 700 nm에 이르는 넓은 대역에서 나타나며, 460 nm와 485 nm에서 최대 발광을 나타내었다. 또한, 밝은 파란 빛을 발광하였다. 이는 <Ti,Cl,Cs,Na-A>내에 Ti, Cs, Na 및 Cl이 모두 존재하며, <Ti,Cl,Cs,Na-A>의 발광 중심은 TiCl6 2- 이온임을 나타낸다.The results of measuring the XIL spectrum using the <Ti,Cl,Cs,Na-A> powder, which is a zeolite scintillator prepared according to the above example, are shown in FIG. 2. As a result, the XIL spectrum appeared in a wide band ranging from 360 nm to 700 nm, and showed maximum emission at 460 nm and 485 nm. Further, a bright blue light was emitted. This shows that Ti, Cs, Na and Cl are all present in <Ti,Cl,Cs,Na-A>, and the emission center of <Ti,Cl,Cs,Na-A> is TiCl 6 2- ion.

본 발명의 제올라이트 신틸레이터는 X-선을 조사 시, X-선 광자들(photons)을 흡수하고, 광자들의 흡수(absorption)는 Cl- 3p 오비탈(가전자대(valence band) 최대)에서 전자들이 Ti4+ 3d 오비탈의 t 2g 레벨들(전도대(conduction band) 최소)로 이동하도록 야기할 수 있다. 이를 리간드에서 금속으로의 전하 이동(ligand-to-metal charge transfer, LMCT)이라 한다. 전자의 이동은 본 발명의 제올라이트의 할라이드 이온, 즉 클로라이드 이온(Chloride ion, Cl-)이 Cl-에서 Cl0 로 변형되도록 하고, Cl0 상태는 환경(environment)을 양극화할 수 있다. 가전자대에서 Cl0는 Vk 중심(center)을 형성하기 위해 이웃한 Cl- 이온들과 결합한다. 즉, 양극화된 Cl 이온 시스템은 축 완화(axial relaxation) (Cl0 + Cl- → Cl2 -)를 나타내고, 정공을 공유하는 두 개의 음이온들(anions) 상태는 Cl2 - 분자 또는 V k 중심을 나타낸다. V k 중심은 전도대의 전자들을 붙잡고(captures) (Cl2 2-)* 분자 또는 셀프-트랩된 엑시톤(self-trapped exciton, STE)을 형성한다. 여기된 (Cl2 2-)* 또는 STE는 광자들을 방출하고, V k 중심은 V k e 엑시톤들의 방출 후에 사라지며, 상기 제올라이트 신틸레이터는 그 초기 특성들을 되찾을 수 있다. 즉, V k 중심을 갖는 전도대에서 전자들의 상호작용으로부터 상기 제올라이트 신틸레이터의 신틸레이션 특성이 나타나며, 이를 하기 반응식 1과 같이 나타낼 수 있다.The zeolite scintillator of the present invention absorbs X-ray photons when irradiated with X-rays, and absorbs electrons in the Cl - 3 p orbital (valence band maximum) when absorbing X-ray photons. Ti 4+ 3 d may cause the orbit to move to t 2g levels (conduction band minimum). This is called ligand-to-metal charge transfer (LMCT). The transfer of electrons causes the halide ion, ie, chloride ion (Cl ) of the zeolite of the present invention, to be transformed from Cl to Cl 0 , and the Cl 0 state can polarize the environment. In the valence band Cl 0 combines with adjacent Cl ions to form a V k center. That is, the polarization of Cl ion system axis relief (axial relaxation) (Cl 0 + Cl - → Cl 2 -) to indicate, the two negative ion sharing the hole (anions) state is Cl 2 - a molecule or V k center Shows. The V k center captures the electrons of the conduction band (Cl 2 2- ) * and forms a molecule or self-trapped exciton (STE). The excited (Cl 2 2- ) * or STE emits photons, the V k center disappears after the emission of V k e excitons, and the zeolite scintillator can regain its initial properties. That is, the scintillation characteristic of the zeolite scintillator is shown from the interaction of electrons in the conduction band having the V k center, and this can be expressed as in Reaction Scheme 1 below.

[반응식 1][Scheme 1]

V k + e- → e0(V k e) → hν, V k + e - → e 0 (V k e) → h ν,

여기서 e0V k e 배열을 갖는 STE이다.Here, e 0 is an STE having a V k e array.

다시 말하면, 본 발명의 제올라이트 신틸레이터는 방사선 조사에 의해 방사선 광자를 흡수하고, 방사선 광자의 흡수는 상기 제올라이트 신틸레이터의 리간드(Cl-)에서 TiCl6 2-의 높은 하전 금속 이온(Ti4+)으로 전자가 이동(전하이동)하도록 야기하며, 상기 전자가 Cl로 되돌아올 때 상기 제올라이트 신틸레이터는 발광할 수 있다.In other words, the zeolite scintillator of the present invention absorbs radiation photons by irradiation, and absorption of radiation photons is high charged metal ions of TiCl 6 2- (Ti 4+ ) in the ligand (Cl ) of the zeolite scintillator. Causes electrons to move (charge transfer), and the zeolite scintillator can emit light when the electrons return to Cl.

<Ti,Cl,Cs,Na-A> 분말의 광학적 감쇠 시간은 이성 지수 함수(two-component exponential function)로 기록된 펄스 형태 정보에 맞춰 결정되었고, 이성 지수 함수는 y = A1 exp(-t1 ) + A2 exp(-t2 ) + y 0 이고, 여기서 y y 0 은 발광 강도들이고, A1 및 A2 는상수이며, t는 시간이고, τ1 및 τ2 는 감쇠 시간을 나타낸다. 이에 따른 XIL 감소 곡선을 도 3에 도시하였다. 그 결과, 더 빠른 감쇠 시간(τ1)은 약 0.0953 ㎲로 나타났으며, 느린 감쇠 시간은 약 1.31 ㎲로 나타났다. <Ti,Cl,Cs,Na-A> The optical decay time of the powder was determined according to the pulse shape information recorded as a two-component exponential function, and the ratio of exponential function was y = A 1 exp( -t1 ) + A 2 exp( -t2 ) + y 0 Where y and y 0 Are the emission intensities, A 1 and A 2 are constants, t is time, and τ 1 and τ 2 represent attenuation times. The resulting XIL reduction curve is shown in FIG. 3. As a result, a faster attenuation time (τ 1 ) was found to be about 0.0953 ms, and a slow attenuation time was found to be about 1.31 ms.

결과 5. 제올라이트 신틸레이터 결정의 비골격 원자들의 위치 및 구조 특징Result 5. Position and structure characteristics of non-skeletal atoms in the zeolite scintillator crystal

상기 실시예에 따라 제조된 제올라이트 신틸레이터인 <Ti,Cl,Cs,Na-A>결정의 비골격 원자들의 위치 및 구조 특징을 확인하였다.The location and structure characteristics of the non-skeletal atoms of the <Ti,Cl,Cs,Na-A> crystal, which is a zeolite scintillator prepared according to the above example, were confirmed.

하기 표 3은 제올라이트 신틸레이터의 구조 결정 단계들에서의 비골격 원소들의 위치를 나타낸 것이다.Table 3 below shows the positions of non-skeletal elements in the structure determination steps of the zeolite scintillator.

단계 step 단위 세포당 이온 또는 원자 수Number of ions or atoms per unit cell 오류 색인들Error indexes TiTi Cs1Cs1 Cs2Cs2 Cs3Cs3 Cs4Cs4 NaNa ClCl RR 1One RR 22 1One 0.490.49 0.840.84 22 2.27(8)2.27(8) 0.320.32 0.750.75 33 2.41(5)2.41(5) 1.37(6)1.37(6) 0.170.17 0.580.58 44 3.07(4)3.07(4) 1.84(4)1.84(4) 5.50(21)5.50(21) 0.110.11 0.320.32 55 2.96(3)2.96(3) 0.75(4)0.75(4) 1.84(3)1.84(3) 5.99(15)5.99(15) 0.0830.083 0.2350.235 66 2.95(3)2.95(3) 0.75(4)0.75(4) 0.49(14)0.49(14) 1.35(14)1.35(14) 5.99(14)5.99(14) 0.0750.075 0.2220.222 77 2.94(3)2.94(3) 0.76(3)0.76(3) 0.51(14)0.51(14) 1.34(14)1.34(14) 5.98(14)5.98(14) 0.0680.068 0.2030.203 88 2.942(16)2.942(16) 0.781(22)0.781(22) 1.18(16)1.18(16) 0.70(16)0.70(16) 5.95(9)5.95(9) 0.04620.0462 0.13810.1381 99 0.038(17)0.038(17) 2.944(16)2.944(16) 0.773(23)0.773(23) 1.21(16)1.21(16) 0.68(16)0.68(16) 5.97(9)5.97(9) 0.04560.0456 0.13940.1394 1010 0.12(3)0.12(3) 2.995(18)2.995(18) 0.94(3)0.94(3) 1.52(9)1.52(9) 0.56(9)0.56(9) 5.43(9)5.43(9) 0.52(14)0.52(14) 0.04480.0448 0.13840.1384 1111 0.11(3)0.11(3) 2.996(18)2.996(18) 0.94(3)0.94(3) 1.53(9)1.53(9) 0.57(9)0.57(9) 5.43(9)5.43(9) 0.54(14)0.54(14) 0.04460.0446 0.13870.1387 1212 0.082(10)0.082(10) 2.993(17)2.993(17) 0.942(24)0.942(24) 1.43(8)1.43(8) 0.66(8)0.66(8) 5.42(9)5.42(9) 0.49(6)0.49(6) 0.04460.0446 0.13890.1389 1313 0.082(9)0.082(9) 2.970(17)2.970(17) 0.912(24)0.912(24) 1.37(7)1.37(7) 0.66(7)0.66(7) 5.06(3)5.06(3) 0.49(5)0.49(5) 0.04600.0460 0.14290.1429

하기 표 4는 제올라이트 신틸레이터의 최종 구조 매개변수로서 위치, 열, 및 점유 파라미터를 나타낸 것이다.Table 4 below shows the location, heat, and occupancy parameters as the final structural parameters of the zeolite scintillator.

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 표 3 내지 표 4에서 <Ti,Cl,Cs,Na-A> 결정의 구조를 단계적으로 분석한 결과 및 <Ti,Cl,Cs,Na-A> 내 각각의 원소의 최종 위치와 thermal parameter를 확인할 수 있었다.The results of stepwise analysis of the structure of <Ti,Cl,Cs,Na-A> crystals in Tables 3 to 4 and the final positions and thermal parameters of each element in <Ti,Cl,Cs,Na-A> I could confirm.

하기 표 5는 <Ti,Cl,Cs,Na-A>내 몇몇의 원자간 거리와 각도를 나타낸 것이다.Table 5 below shows some inter-atomic distances and angles in <Ti, Cl, Cs, Na-A>.

거리Street 각도Angle T-O1T-O1 1.6539(14)1.6539(14) O1-T-O2O1-T-O2 106.60(18)106.60(18) T-O2T-O2 1.6527(9)1.6527(9) O1-T-O3O1-T-O3 112.56(12)112.56(12) T-O3T-O3 1.6733(9)1.6733(9) O2-T-O3O2-T-O3 107.42(11)107.42(11) mean T-O b mean TO b 1.6631.663 O3-T-O3O3-T-O3 109.95(19)109.95(19) mean O-T-O c mean OTO c 109.42109.42 Cs1-O1Cs1-O1 3.388(4)3.388(4) Cs2-O3Cs2-O3 3.127(5)3.127(5) T-O1-TT-O1-T 145.9(3)145.9(3) Cs3-O3Cs3-O3 2.904(6)2.904(6) T-O2-TT-O2-T 157.27(24)157.27(24) Cs4-O3Cs4-O3 3.099(21)3.099(21) T-O3-TT-O3-T 142.56(18)142.56(18) mean T-O-T d mean TOT d 147.1147.1 Na-O3Na-O3 2.281(3)2.281(3) O1-Cs1-O1O1-Cs1-O1 90, 180 e 90, 180 e Cl-Cs1Cl-Cs1 3.85(13)3.85(13) O3-Cs2-O3O3-Cs2-O3 77.18(14)77.18(14) Cl-CCl-C 3.68(3)3.68(3) O3-Cs3-O3O3-Cs3-O3 84.38(19)84.38(19) O3-Cs4-O3O3-Cs4-O3 78.0(6)78.0(6) Ti-ClTi-Cl 2.27(12)2.27(12) O3-Na-O3O3-Na-O3 117.54(7)117.54(7) Ti-Cl-Cs1Ti-Cl-Cs1 180 f 180 f Cl-Ti-ClCl-Ti-Cl 90, 180 g 90, 180 g

표 5에서 mean T-O 결합의 길이는 1.663 Å로, 완전 탈수된 Ca2+-교환된 LSX 및 수화 처리된 Na-A에서 관찰된 Si4+-O(1.61 Å) 그리고 Al3+-O(1.74 Å)결합 길이에 가까운 것으로 나타나, 기하학적으로 왜곡이 거의 없음을 확인할 수 있었다.In Table 5, the length of the mean TO bond is 1.663 Å, Si 4+ -O (1.61 Å) and Al 3+ -O (1.74) observed in fully dehydrated Ca 2+ -exchanged LSX and hydrated Na-A. Iv) It was shown that it was close to the coupling length, and it was confirmed that there was almost no distortion geometrically.

또한, Ti4+-Cl 결합 길이는 2.27 Å로, Ti4+와 Cl 이온의 반지름의 합계인 0.68 + 1.81 = 2.49 Å보다 짧은 것으로 나타났으며, 이는 오차범위를 고려하였을 때 수렴하는 것으로 나타났다.In addition, the Ti 4+ -Cl bond length was 2.27 ,, which was shorter than the sum of the radius of Ti 4+ and Cl ions, 0.68 + 1.81 = 2.49 Å, which converged when considering the error range.

하기 표 6은 제올라이트 신틸레이터의 단위 세포당 이온 수를 나타낸 것이다.Table 6 below shows the number of ions per unit cell of the zeolite scintillator.

atom positionatom position ionion 단위 세포당 이온 수Number of ions per unit cell M-O, ÅM-O, Å r, År, Å CN CN charge x occ.charge x occ. TiTi Ti4+ Ti 4+ 0.082(10)0.082(10) 66 0.33+0.33+ Cs1Cs1 Cs+ Cs + 2.970(17)2.970(17) 3.388(4)3.388(4) 2.062.06 66 2.97+2.97+ Cs2Cs2 Cs+ Cs + 0.912(24)0.912(24) 3.127(5)3.127(5) 1.811.81 33 0.91+0.91+ Cs3Cs3 Cs+ Cs + 1.37(7)1.37(7) 2.904(6)2.904(6) 1.581.58 33 1.37+1.37+ Cs4Cs4 Cs+ Cs + 0.66(7)0.66(7) 3.099(21)3.099(21) 1.781.78 66 0.66+0.66+ NaNa Na+ Na + 5.06(3)5.06(3) 2.281(3)2.281(3) 0.960.96 33 5.06+5.06+ ClCl Cl- Cl - 0.49(5)0.49(5) 22 0.49-0.49- Σ Ti = 0.082, Σ Cs = 5.91, Σ Na = 5.06, Σ Cl = 0.49Σ Ti = 0.082, Σ Cs = 5.91, Σ Na = 5.06, Σ Cl = 0.49 Σ charges = 10.81+Σ charges = 10.81+

상기 표 6에서 M-O는 산소 골격에서 금속 원소까지 가장 짧은 접합 길이를 나타내고 있으며, 이온의 반지름(r)은 M-O에서 1.32 Å(산소 이온의 반지름)을 빼서 구하였다. 상기 표 6에 제올라이트 신틸레이터의 단위 세포 당 이온 수는 Ti = 0.082 ± 0.03, Cs = 5.91 ± 0.03, Na = 5.06 ± 0.09, Cl = 0.49 ± 0.15인 것을 확인할 수 있었다.In Table 6, M-O represents the shortest junction length from the oxygen skeleton to the metal element, and the radius of ions (r) was obtained by subtracting 1.32 Å (radius of oxygen ions) from M-O. The number of ions per unit cell of the zeolite scintillator in Table 6 was confirmed to be Ti = 0.082 ± 0.03, Cs = 5.91 ± 0.03, Na = 5.06 ± 0.09, Cl = 0.49 ± 0.15.

상기 결과들을 나타내는 제올라이트 신틸레이터 <Ti,Cl,Cs,Na-A>의 자세한 구조를 도 4 내지 도 6d에 도시하였다.The detailed structure of the zeolite scintillator <Ti,Cl,Cs,Na-A> showing the above results is shown in FIGS. 4 to 6D.

<Ti,Cl,Cs,Na-A>의 대표적인 대형 동공에 대한 스테레오뷰를 도 4에 도시하였다. 도 4는 TiCl6 2-를 포함하여 나타낸 그림으로 이온 사이 명확한 구별을 위해 6개의 Cl-Cs1의 결합은 그리지 않은 것이다. A stereo view of a representative large pupil of <Ti,Cl,Cs,Na-A> is shown in FIG. 4. FIG. 4 is a diagram including TiCl 6 2-, and the binding of six Cl-Cs1 is not drawn for clear distinction between ions.

무수 <Ti,Cl,Cs,Na-A>의 소달라이트 동공에 대한 스테레오뷰를 도 5에 도시하였다. 도 5의 a는 TiCl6 2-와 대형 동공에 인접한 소달라이트 동공이며, b는 대형 동공에 인접하지 않은 소달라이트 동공의 그림이다.The stereo view of the sodalite pupil of anhydrous <Ti,Cl,Cs,Na-A> is shown in FIG. 5. 5A shows TiCl 6 2- and a sodalite pupil adjacent to a large pupil, and b is a drawing of a sodalite pupil not adjacent to a large pupil.

<Ti,Cl,Cs,Na-A>의 복합체와 클러스터를 도 6a 내지 도 6d에 도시하였다. 도 6a는 TiCl6 2- 구조를 나타내고, 도 6b는 각 TiCl6 2- 이온이 8개의 Cs+ 이온(Cs4)에 둘러싸인 연관 관계를 나타내고 있으며, 도 6c는 각 Cs8TiCl6 6+ 단위가 6개의 Cs+ 이온(Cs1)과 연관되어 있음을 나타내고, 도 6d는 8TiCl6 2- 이온이 12개의 브릿지 Cs1이온으로 연결되어 형성되는 Cs11TiCl6 9+ 연속체의 일부를 나타내고 있다. 도 6d에서는 명확한 구별을 위해 Cs4가 생략되어 나타나있다.Complexes and clusters of <Ti,Cl,Cs,Na-A> are shown in FIGS. 6A to 6D. FIG. 6A shows the structure of TiCl 6 2- , and FIG. 6B shows the relationship of each TiCl 6 2- ion surrounded by 8 Cs + ions (Cs4), and FIG. 6C shows that each Cs 8 TiCl 6 6+ unit is 6 indicates that it is associated with one Cs + ion (Cs1), Figure 6d shows a portion of the Cs 11 TiCl 6 9+ continuum that 8TiCl 6 2- ions are formed is connected to the bridge 12 Cs1 ion. In FIG. 6D, Cs4 is omitted for clarity.

도 4 내지 도 6d에 따르면, 단위 세포당 6개의 Cs+ 이온이 존재하며, <Ti,Cl,Cs,Na-A>의 중앙에는 8-고리의 Cs1, 소달라이트 동공에는 6-고리의 Cs2, 대형 동공에는 Cs3 및 Cs4가 위치하고 있음을 확인하였다. Cs+ 이온은 골격의 산소 원자에 결합하며, Cs1은 3.388(4) Å, Cs2는 3.127(5) Å, Cs3은 2.904(6) Å 그리고 Cs4는 3.099(21) Å 의 산소 원자와의 거리를 나타내었다.According to Figures 4 to 6d, there are 6 Cs + ions per unit cell, 8-ring Cs1 in the center of <Ti,Cl,Cs,Na-A>, 6-ring Cs2 in the sodalite pupil, It was confirmed that Cs3 and Cs4 were located in the large pupil. The Cs + ion binds to the oxygen atom of the skeleton, Cs1 is 3.388(4) Å, Cs2 is 3.127(5) Å, Cs3 is 2.904(6) Å, and Cs4 is the distance from the oxygen atom of 3.099(21) Å. Shown.

또한, 대형 동공의 8.2(10)% 만이 Ti4+ 이온을 가지고 있었으며, 중앙은 음의 골격과는 거리가 먼 대형 동공의 각각의 중앙에 있었다. 각 Ti4+ 이온은 6개의 Cl-이온과 팔면체의 TiCl6 2- 를 형성하는 것을 확인할 수 있었다. In addition, only 8.2(10)% of the large pupils had Ti 4+ ions, and the center was in the center of each of the large pupils far from the negative skeleton. It was confirmed that each Ti 4+ ion forms six Cl ions and an octahedral TiCl 6 2- .

각 TiCl6 2- 이온은 6개의 Cl- 이온 및 8개의 Cs+ (Cs4)이온 사이의 24개의 Cl--Cs+ 이온 결합에 의해 안정화될 수 있으며 (Cs4-Cl = 3.68(3) Å), Cs8TiCl6 6+ 클러스터 브릿지는 각각의 8-고리의 Cs+ 이온(Cs1)을 통해 인접한 단위 세포의 다른 Cs8TiCl6 6+ 클러스터의 Cl-이온과 3차원의 Cs11TiCl6 9+ 연속체를 구성할 수 있음을 확인하였다.Each TiCl 6 2- ion can be stabilized by 24 Cl -- Cs + ionic bonds between 6 Cl - ions and 8 Cs + (Cs4) ions (Cs4-Cl = 3.68(3) Å), The Cs 8 TiCl 6 6+ cluster bridge consists of a three-dimensional Cs 11 TiCl 6 9+ continuum with Cl - ions of other Cs 8 TiCl 6 6+ clusters of adjacent unit cells through each 8-ring Cs + ion (Cs1). It was confirmed that can be configured.

Claims (11)

하기 식 1로 표시되는 제올라이트 신틸레이터(Zeolite scintillator):
[식 1]
DxCsyEz-제올라이트
상기 D는 타이타늄(Titanium, Ti)이고, E는 불소(Fluorine, F), 염소(Choloride, Cl), 브롬(Bromine, Br), 및 요오드(Iodine, I)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이며,
x, y, 및 z는 제올라이트를 구성하는 가장 기본적인 반복단위인 단위 세포에 포함되어 있는 이온의 수를 의미하고,
x는 0.02 내지 0.15, y는 4.00 내지 8.00, z는 0.01 내지 0.09인 것을 특징으로 하는 제올라이트 신틸레이터.
Zeolite scintillator represented by the following formula (1):
[Equation 1]
D x Cs y E z -zeolite
The D is titanium (Ti), E is one or more selected from the group consisting of fluorine (Fluorine, F), chlorine (Choloride, Cl), bromine (Bromine, Br), and iodine (Iodine, I) ,
x, y, and z means the number of ions contained in the unit cell, which is the most basic repeating unit constituting the zeolite,
Zeolite scintillator, characterized in that x is 0.02 to 0.15, y is 4.00 to 8.00, and z is 0.01 to 0.09.
제 1항에 있어서,
상기 D는 타이타늄(Titanium, Ti)이고, E는 염소(Choloride, Cl)인 것을 특징으로 하는 제올라이트 신틸레이터.
According to claim 1,
The D is titanium (Ti), E is a chlorine (Choloride, Cl) zeolite scintillator, characterized in that.
제 2항에 있어서,
상기 타이타늄 및 염소는 이온 결합으로 연결되어 팔면체의 형태로 복합체를 이루고, 3차원적으로 연결된 구조로 배열되는 것을 특징으로 하는 제올라이트 신틸레이터.
According to claim 2,
The titanium and chlorine are connected by an ionic bond to form a complex in the form of an octahedron, zeolite scintillator, characterized in that arranged in a three-dimensionally connected structure.
제 1항에 있어서,
상기 제올라이트 신틸레이터는 제올라이트의 골격(framework)에 비골격(extraframewok) 이온으로 세슘이 도입되고,
상기 세슘 및 염소는 이온 결합을 형성하여 연결되는 것을 특징으로 하는 제올라이트 신틸레이터.
According to claim 1,
In the zeolite scintillator, cesium is introduced as an extraframewok ion into the framework of the zeolite,
The cesium and chlorine is a zeolite scintillator, characterized in that it is connected by forming an ionic bond.
제 3항에 있어서,
상기 타이타늄 및 염소는 세슘 이온 교환된 제올라이트의 골격에 의해 형성되는 공간의 중심부에 배치되는 것을 특징으로 하는 제올라이트 신틸레이터.
According to claim 3,
The titanium and chlorine is a zeolite scintillator, characterized in that disposed in the center of the space formed by the skeleton of the cesium ion-exchanged zeolite.
제 1항에 있어서,
방사선에 의해 360 nm에서 700 nm 사이에서 발광 스펙트럼을 나타내고,
450 내지 495 nm의 파장에서 최대발광을 나타내는 것을 특징으로 하는 제올라이트 신틸레이터.
According to claim 1,
It shows the emission spectrum between 360 nm and 700 nm by radiation,
Zeolite scintillator characterized in that it exhibits the maximum emission at a wavelength of 450 to 495 nm.
세슘 이온 교환된 제올라이트를 제조하는 단계; 및
상기 세슘 이온 교환된 제올라이트와 타이타늄 클로라이드 증기를 기상이온교환법(Vapor Phase Ion Exchange, VPIE)을 통해 실온에서 반응시켜 제올라이트 신틸레이터를 형성하는 단계;를 포함하고
상기 반응시키는 단계에서,
상기 타이타늄 클로라이드가 상기 세슘 이온 교환된 제올라이트의 세슘과 이온 결합하고, 상기 세슘 이온 교환된 제올라이트의 골격을 통해 형성된 공간의 중심부에 배치되는 것을 특징으로 하는 제올라이트 신틸레이터의 제조방법.
Preparing a cesium ion exchanged zeolite; And
Including the step of forming a zeolite scintillator by reacting the cesium ion-exchanged zeolite and titanium chloride vapor at room temperature through Vapor Phase Ion Exchange (VPIE).
In the reacting step,
The titanium chloride is ion-bonded with the cesium of the cesium ion-exchanged zeolite, and the method of manufacturing a zeolite scintillator, characterized in that disposed in the center of the space formed through the skeleton of the cesium ion-exchanged zeolite.
제 7항에 있어서,
상기 세슘 이온 교환된 제올라이트를 제조하는 단계는 액상이온교환방법(Liquid Phase Ion Exchange, LPIE)을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 제올라이트 신틸레이터의 제조방법.
The method of claim 7,
The method of manufacturing the cesium ion exchanged zeolite is a method of manufacturing a zeolite scintillator characterized in that it is made through a liquid phase ion exchange method (Liquid Phase Ion Exchange, LPIE).
제 7항에 있어서,
상기 타이타늄 클로라이드는 Ti4+ 및 Cl- 가 이온 결합으로 연결되어 팔면체의 형태로 복합체를 이루고, 3차원적으로 연결된 구조로 배열되는 것을 특징으로 하는 제올라이트 신틸레이터의 제조방법.
The method of claim 7,
The titanium chloride is a method of manufacturing a zeolite scintillator, characterized in that Ti 4+ and Cl are connected by ionic bonds to form a complex in the form of an octahedron, and arranged in a three-dimensionally connected structure.
제 7항에 있어서,
상기 세슘 이온 교환된 제올라이트는 단결정 또는 분말 형태로 타이타늄 클로라이드와 반응하는 것을 특징으로 하는 제올라이트 신틸레이터 제조방법.
The method of claim 7,
The cesium ion-exchanged zeolite is a zeolite scintillator manufacturing method characterized in that it reacts with titanium chloride in a single crystal or powder form.
제올라이트 골격에 도입된 세슘; 및
Ti4+와 Cl- 가 이온 결합으로 연결되어 생성되는 팔면체의 형태의 타이타늄 클로라이드 복합체;를 포함하고,
상기 제올라이트 골격에 도입된 세슘 및 타이타늄 클로라이드 복합체가 실온에서 기상이온교환방법(Vapor Phase Ion Exchange, VPIE)으로 이온 결합되어 제올라이트 골격에 의해 형성된 공간의 중심부에 배치되는 형태를 나타내는 제올라이트 신틸레이터로 제조되는 것을 특징으로 하는 환경 방사능 물질 계측장치.
Cesium introduced into the zeolite skeleton; And
Ti 4+ and Cl - is a titanium chloride complex in the form of an octahedron produced by ionic bonding; includes,
The cesium and titanium chloride complex introduced into the zeolite skeleton is ion-bonded by a vapor phase ion exchange method (VPIE) at room temperature to be prepared with a zeolite scintillator showing a form disposed in the center of the space formed by the zeolite skeleton. Environmental radioactive material measuring device, characterized in that.
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