KR20210116302A - 삼중수소수와 선택적으로 수화물이 가능한 염, 상기 수화물과 결합하는 흡착제 및 이를 이용한 삼중수소수 제거방법 - Google Patents
삼중수소수와 선택적으로 수화물이 가능한 염, 상기 수화물과 결합하는 흡착제 및 이를 이용한 삼중수소수 제거방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 삼중수소수와 선택적 수화물(Hydrate)이 가능한 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2) 또는 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2)이 포함된 염(salt)에 관한 것이다.
Description
본 발명은 삼중수소수와 선택적으로 수화물이 가능한 염(salt), 상기 수화물과 결합하는 흡착제 및 이를 이용한 삼중수소수 제거방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 삼중수소수를 수화물(hydrate)의 결정수로 선택적으로 결합시키고 상기 수화물을 흡착제에 결합시켜 삼중수소수를 분리 제거할 수 있는 방법에 관한 것이다.
중수로형 원자력 발전소에서는 일반적으로 냉각재 및 감속재로 중수(D2O)를 사용하고 있으며, 이러한 중수는 원자로 운전 중 중성자와 결합하여 삼중수소화(TDO 또는 THO)되어 방사능을 갖게 된다. 따라서, 감속재 및 냉각재 계통 내의 중수는 삼중수소를 많이 내포하고 있어, 중수의 누설은 삼중수소 누설을 동반하게 된다.
삼중수소는 반감기가 12.5년 인 베타선을 방출하는 방사선 물질로서 HTO 형태로 존재하는 물이며, 원전에서는 제거되지 않고 희석하여 방출하는 형태이다. 발생량은 경수로 기준 1000큐리/15개월/호기, 중수로는 훨씬 많이 생성된다. 후쿠시마 원전 사고 후 유일하게 제거되지 않고 저장된 방사성 물질이다.
저에너지 베타선을 방출하는 방사능물질인 삼중수소가 공기 중에서 증기(습분)상태로 존재하기 때문에, 작업종사자의 호흡작용이나 피부를 통하여 체내로 유입될 수 있다. 이와 같이 인체에 흡수된 삼중수소는 작업자에게 치명적인 영향을 줄 수 있으므로 중수로 발전소에서는 삼중수소에 의한 내부 피폭을 중요시하고 있다.
현재 중수로 원자력발전소에서 사용하고 있는 공기 중 삼중수소 제거설비는 각 지역별 삼중수소 및 습분을 동시에 제거하는 하나의 큰 계통(증수증기 회수계통)으로 구성되어 있으며, 제거 원리는 공기 중 습분(삼중수소 포함)을 건조제에 의해 흡착하였다가 건조제가 포화되었을 때 열을 이용하여 다시 건조제를 건조시켜 재사용하는 흡착 및 분리현상을 이용하는 것과 삼중수소가 포함된 공기를 물속으로 유입시켜 삼중수소를 제거하는 원리를 이용하는 설비이다.
그러나 상기 종래의 삼중수소 제거설비는 규모가 상대적으로 크고, 설비비용이 많이 소요되며, 증기상태로 공기중에 포함된 삼중수소가 건조제에 흡착되어 제거 되는 수단으로 설치 위치가 고정되어 있으므로 삼중수소의 누설 장소에 적극적으로 대처할 수가 없어서 삼중수소의 효과적인 제거에는 미치지 못하는 어려움이 있다.
이러한 문제를 해결하고자, 대한민국 특허 제10-0323352호에 중수의 누설에서 발생되는 삼중수소를 물을 매체로하여 제거하는 기술이 개시되었으나, 상기 기술은 기포발생기를 통해 방출되는 기포의 상태가 균일하지 못하며,
깔때기 모양의 흡입관은 능동적으로 중수누수 지역에 대처할 수는 있으나 고정화된 흡입관은 좁은 범위의 흡입이 어려우므로 긴 장비가동시간이 소요되는 단점이 있으며, 이로 인한 열 발생으로 장비 변형이 발생되는 문제점이 있었다.
이외 삼중수소의 제거방법은 전기분해 및 분별증류법(TRF)으로 중수로에서 적용되는 방법으로 중수를 전기분해하여 중수소와 삼중수소를 영하 19.5도 정도로 냉각 액화 시킨 후 중수소와 삼중수소를 비등점차로 분별 증류시켜 분리하는 방법으로 비용이 많이 소요되므로 고농도 소량 경우에만 적용될 수 있다.
상기 전기분해 및 흡착분리법은 큐리온사(미국)에서 개발되어 후쿠시마 원전에 일시적으로 사용되었다 중지된 방법으로 폐수를 전기분해하여 삼중수소 가스를 파라디움(Pd) 촉매에 의해 흡착 분리하는 방법으로 대규모 폐수에는 에너지 비용이 많아 적용하기 어려움이 있다.
상기한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 삼중수소수와 선택적으로 결합하는 물질로 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2) 또는 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2) 및 상기 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2) 또는 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2)과 결합하는 흡착제를 제공하고 이를 이용하여 삼중수소수 분리능력 향상시킨 삼중수소 제거방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명은 삼중수소수와 선택적 수화물(Hydrate)이 가능한 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2) 또는 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2)이 포함된 염(salt)을 제공한다.
또한 본 발명은 제1항의 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2) 또는 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2)이 삼중수소와 선택적으로 결합된 수화물(Hydrate)과 결합되는 흡착제로서, 상기 흡착제는 합성제올라이트, 점토 및 전분이 포함된 것에 특징이 있는 흡착제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 합성제올라이트, 점토 및 전분은 각각 중량비 1~40인 것에 특징이 있는 있는 흡착제를 제공한다.
또한 본 발명은 삼중수소수 제거방법에 있어서, (1)삼중수소수를 증류수로 희석시켜 시료를 준비하는 단계; (2)상기 시료에 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2) 또는 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2)를 넣고 용해시키는 단계; (3)상기 용해된 시료에 흡착제를 넣고 반응시키는 단계; (4)흡착제와 반응 후 시료를 가열하여 발생된 증기를 응축시키는 단계;를 포함하는 삼중수소수 제거방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 (4)단계의 응축된 용액을 다시 (1)~(4)단계를 한번 또는 수회 반복하는 삼중수소수 제거방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 (4)단계에서 비등물질을 혼합하여 가열하는 것에 특징이 있는 삼중수소수 제거방법을 제공한다.
본 발명의 삼중수소수 제거방법은 삼중수소수와 선택적으로 결합하여 수화물을 형성시키는 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2) 또는 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2)과 상기 수화물과 선택적으로 결합할 수 있는 흡착제를 이용함으로써 즉 삼중수소수를 2번의 선택적 결합체를 이용하여 제거효과를 향상시킬 수 있는 특징이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 삼중수소수 제거방법에 사용되는 장치이다.
도 2는 실시예 1에서 염의 투입량에 따른 제거율을 보여주는 그래프이다.
도 2는 실시예 1에서 염의 투입량에 따른 제거율을 보여주는 그래프이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명은 삼중수소수와 선택적으로 수화물이 가능한 염(salt), 상기 수화물과 결합하는 흡착제 및 이를 이용한 삼중수소수 제거방법에 관한 것이다.
삼중수소는 약한 방사선을 방출하는 방사성동위원소이다. 삼중수소는 원자로의 핵분열과정에서 직접 또는 중성자포획에 의해 발생된다. 핵융합발전에 사용될 귀중한 연료이나 환경으로 누설되어 섭취하면 체내에서 장기간 방사선을 발생시켜 돌연변이나 암을 유발할 수 있어 각국은 섭취허용한도를 엄격히 관리하고 있다.
원자로에서 발생한 대부분의 삼중수소는 핵연료내부나 1차냉각수에 들어 있지만, 일부는 각종 누설부위를 통해 누설되어 방사성폐기기물로 방출된다. 우리나라의 경우 원자력발전소 1기당 연간 5~20TBq가 기체 또는 액체폐기물형태로 방출되고 있다. 환경에 누설된 삼중수소는 빗물 등에 의해 원자력발전소 인근에 떨어지거나 바닷물에 유입된다. 부지별로 빗물의 삼중수소는 30~60 Bq/L, 바닷물 표층수에서는 2~3.5 Bq/L로 관측되었다
월성 중수로에서는 중수를 감속재로 사용하므로 더 많은 삼중수소가 발생한다. 1983년 가동을 시작하여 매년 200PBq이 생성되고 있어 2026년경에는 2450PBq로 평형이 될 것으로 예측되었다. 2007년 부터는 삼중수소저감장치(TRF)를 설치하여 기체방출을 줄이고 있다. 월성 발전소는 호기당 연간 100 TBq 정도가 기체 또는 액체폐기물형태로 방출되고 있다. 빗물의 삼중수소는 50~300 Bq/L, 바닷물 표층수에서는 6~10 Bq/L로 관측되었다. 중수로의 방출량은 기체는 경수로의 약 10배, 액체는 2~3배가 높은 것으로 관측되었다
본 발명은 삼중수소를 감축시킬 수 있는 방법으로 삼중수소수와 수화물을 선택적으로 형성시킬 수 있는 염(salt)과 이와 결합할 수 있는 흡착제를 이용하여 분리하는 방법을 제시한다.
1. 삼중수소수와 선택적 수화물(Hydrate)이 가능한 염(salt)
수화물(hydrate)에 의한 분리방법으로 수화물을 형성하는 염(salt)을 이용할 수 있다. 각종 염(salt)에는 결정을 형성시키기 위해 분자 구조 속에 물 분자를 끌어들여 결정을 형성시키는 결정수와 분자구조 내에 있다가 열을 가하면 분자가 분해되어 물이 빠지는 구조수로 되어있다.
즉, 염(salt)에 결정 및 구조에 참여한 물 분자가 열을 가하여 빠지면서 구조가 변하는 경우의 물을 수화물(hydrate)라고 하며, 물의 분자 중 수소의 동위원소에 의하여 H2O < D2O < HTO 형태로 전기적 인력차로 HTO가 상대적으로 H2O에 비교하여 이 수화물에 참여하는 특성이 크다. 따라서, 어떤 염(salt)의 수화물 결정에 삼중수소를 고정시켜 고체와 액체를 분리하는 방법이다.
염(salt)의 수화물 결정 원리를 적용시킬 수 있는 것으로, 결정수 Al2(SO4)3·18H2O, KAl(SO4)3·12H2O, NH4Al(SO4)3·12H2O, CaCl2·6H2O, Na2SO4·10H2O 등과 Mg(OH)2·Al(HO)3 등 구조수가 후보 물질에 해당될 수 있다.
우선 양이온이 Al3+ 인 경우 이온교환물질에 흡착되어야 한다. 유기성 이온교환수지(양이온) SO3-R-H는 Al2(SO4)3와 반응하여 [SO3-R-]-Al와 H2SO4가 된다.[SO3-R-]-Al 상태에서 양이온 교환수지 OH-, SO3 -와 흡착된 Al3+가 있으므로 결정수가 형성되고 이 결정수에 삼중수소수가 참여하여 분리된다. 이 방법은 삼중수소수 분리는 용이하나 포화 후 재생시 즉, Al2(SO4)3·18H2O의 결정수를 제거하기 위하여 가열할 경우 230℃ 되어야 제거되며, 양이온 교환수지는 140℃이상이면 내부 연결고리가 파괴되어 수지기능이 상실되므로 저온에서(140℃) 100시간 이상 소요되어야 재생이 되므로 처리시간이 오래 걸린다.
또한 유입되는 해수에서 나트륨과 같은 다른 이온이 많을 경우 알루미늄(Al)이 분리되어 기능 저하가 일어나므로 전처리가 필요하다.
본 발명은 삼중수소수와 선택적으로 수화물이 가능한 염(salt)로 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2) 및 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2)를 선택하였다.
황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2)은 용액 중에서 쉽게 빨리 단결정 구조를 형성하고, 황산알루미늄(Al2(SO4)3)보다 낮은 온도(100~200℃)에서 탈수가 일어나 재생이 쉽다. 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2)는 재생시 탈수온도가 낮다. 둘다 Na보다 이완화 경향이 커서 해수 유입에 강한 특징이 있다. 적용 pH는 3~7가 가능하다.
2. 수화물(Hydrate)과 결합하는 흡착제
황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2) 또는 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2)이 삼중수소와 선택적으로 결합된 수화물(Hydrate)과 결합되는 흡착제로서 흡착제는 합성제올라이트, 점토 및 전분으로 구성될 수 있다.
상기 합성제올라이트, 점토 및 전분은 각각 중량비 1~40의 범위에서 선택하여 구성된다.
상기 흡착제는 삼중수소수의 수화물과 일반수소수의 수화물과의 무게차이에 따라 흡착제와 결합력이 차이를 이용하는 것으로 판단된다.
제올라이트는 활성탄의 대체재로서 재생 온도가 300℃ 이하로 비교적 저온에서 가능하며, 외부에 노출 시에도 안전한무기계 흡착제이다. 다공성 구조로 이루어진 흡착제는 수분뿐만 아니라 미세기공을 통해 내부에 존재하는 불순물 제거도 가능하기 때문에 정제 공정에 채용하기에는 적합하다. 이러한 제올라이트는 4개의 O가 Si과 Al 원자를 둘러싸고 있는 정사면체 결정 구조를 이루고 있으며, 천연과 합성으로 분류된다.
본 발명에 사용되는 합성 제올라이트의 종류는 여러 가지가 있으나 주로 3A, 13X가 바람직하다. 앞에 숫자는 내부의 기공크기(A 단위)를 의미하고, 뒤에 알파벳은 Si/Al의 몰비에 따라 A 타입은 Si/Al의 비율 1을 의미하며, 이때 내부 금속 양이온으로 K+이 첨가된 것이고, Si/Al의 비율이 1.5이하는 X 타입으로 Na+이 첨가됨을 의미한다. 따라서 3A,13X는 각각 3 A, 13A의 내부기공을 가지고 Si/Al 비율이1, 1.5로 K+, Na+를 가진 구조체이다 . 즉, 제올라이트는 Si, Al, O가 sodalite cage 구조의 단위로 구성되고 cage 4개가 원형으로 연결되면 4-ring 구조로 이루어진 Linde Type A(LTA) 구조의 A 타입이 안정화되고, 6개가 연결되면 6-ring 구조로 이루어진 Faujasite(FAU) 구조의X 타입으로 생성된다
무기 양이온 교환체로 제올라이트, 알루미나, 실리카 등에서 양이온 교환능력이 큰 합성 제올라이트; 흡착제의 강도를 유지하고 염(salt)의 수화물인 양이온체인 Al이 제올라이트보다 강한 고령석 점토 또는 알루미늄이 포함된 점토; 및 염의 음이온 성분인 SO4 -와 Cl- 등을 흡착하는 활성탄을 이용하는데 Al이 활성탄에 흡착 시 8배 이상 흡착하므로 음이온을 공유하는 능력이 떨어지는 것을 보강하기 위한 전분을 이용하여 혼합한다.
3. 삼중수소수 제거방법
본 발명인 삼중수소수 제거방법은 하기 4단계로 구분된다.
(1)삼중수소수를 증류수로 희석시켜 시료를 준비하는 단계; (2)상기 시료에 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2) 또는 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2)를 넣고 용해시키는 단계; (3)상기 용해된 시료에 흡착제를 넣고 반응시키는 단계;(4)흡착제와 반응 후 시료를 가열하여 발생된 증기를 응축시키는 단계;를 포함한다.
상기 삼중수소수 제거방법은 본 발명의 일실시예에 의한 삼중수소수 제거방법에 사용되는 장치를 이용하여 수행한다.
시료는 삼중수소가 초순수와 혼합되어 희석후 염(salt)과 흡착제와 반응시킨 후 샘플(10)을 채취하여 삼각플라스크에 넣고 비등물질(20)과 함께 가열기(10)에 의해 가열한다. 발생한 증기는 냉각기(40)을 지나갈때 냉각관(60)에 의해 응축수로 회수된다. 회수된 응축수를 액체섬광 계수기(Liquid Scintillation Counter(LSC))를 이용하여 삼중수소수에 있는 삼중수소의 방사성 동위원소의 방사능을 측정하여 제거율을 계산한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 설명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이며,
하기 실시예는 예시적인 목적으로 기재될 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하는 것으로 해석될 수 없다.
1. 흡착제 제조
합성제올라이트, 점토 및 전분을 각각 동일한 중량의 분말로 섞어 반죽하여 성형한다. 구형(1.5cm 직경) 및 막대형으로 성형시켜 그늘에서 하루 말린 후 알루미늄 호일로 싸서 소성시킨다. 소성온도는 초기에 100~120℃까지 3시간 건조시키고 150~300℃ 4시간 소성시켜 전분이 분해되어 다공성과 탄화로써 활성탄 기능을 확보하여 반응성이 증가한다. 3시간 이상 냉각 후에 1시간 정도 린스 및 불순물을 용출시킨다. 한편 60~80℃로 한 시간 이상 가열하여 용액 내에 불순물을 용출시킨다. 용출 후 2~3회 린스 후에 100~120°C로 3시간 건조하여 사용한다.
2. 실시예 및 비교예
[실시예]
(1) 실시예 1
원자력 발전소 계통수에서 채취한 중수를 초순수로 희석시켜 1리터로 혼합시킨다. 여기서 100cc를 채취하여 시료를 준비한다(2150 Bq/cc 방사선 세기). 상기 시료에는 삼중수소수가 포함(H2O + DTO)되어 있다. 상기 시료를 200cc 비이커에 넣고 염(salt)으로 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2)(순도 99.2%) 10g를 투입 후 70℃ 온도로 60분 용액을 저어서 녹인다. 이후 시료 가열을 중지하고 직경 1.5cm 구형의 흡착제 2개를 추가 투입하고 45분간 천천히 저어준다.
이후 시료를 증류용 삼각플라스크에 옮기고 가열 증류하여 증기를 냉각기를 이용하여 응축시킨다. 응축수에서 시료 1cc 씩 3개를 채취한다.
채취된 시료를 액체섬광 계수기(Liquid Scintillation Counter(LSC))를 이용하여 방사성 동위원소의 방사능을 측정한다.
(2) 실시예 1-1~1-7
실시예 1에서 염(salt) 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2)(순도 99.2%)를 0.1g, 2g, 5g, 8g, 10g, 12g, 14g으로 변화하여 실시하였으며 이외 조건은 동일한다.
(3) 실시예 2
실시예 1에서 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2) 대신에 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2)(순도 99.4%)을 사용한 것 이외에는 나머지 조건은 동일하다.
(4) 실시예 3,4
상기 실시예 1 및 2에서 생성된 응축수를 시료로 채취하여 각각의 실험방법으로 다시 2회 반복한다. 이때 사용된 염(salt)은 재생된 염(salt)은 아니다.
(5) 실시예 5,6
상기 실시예 1 생성된 응축수를 시료로 채취하여 각각의 실험방법으로 다시 2~3회 반복하되, 염(salt)은 사용된 것을 120℃에서 가열하여 탈수한 후 재생하여 사용한다.
[비교예]
(1) 비교예 1
실시예 1과 동일하되, 흡착제와 반응없이 실험하였다.
(2) 비교예 2
실시예 1과 동일하되, 염(salt)와 반응없이 실험하였다.
(3) 비교예 3
실시예 1과 동일하되, 염과 흡착제 없이 단순히 희석된 시료를 증류하여 실험하였다.
(4) 비교예 4,5
상기 실시예 5,6과 동일하되 염(salt)으로 황산알루미늄(Al2(SO4)3)을 재생하여 사용하였다.
| 실시예 | 비교예 | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | ||
| 시료 | 100cc | 100cc | 100cc | 100cc | 100cc | 100cc | 100cc | |
| 염(salt) | KAl(SO4)2 | NH4Al(SO4)2 | KAl(SO4)2 | NH4Al(SO4)2 | KAl(SO4)2 | X | X | |
| 흡착제 : 직경1.5cm 구형 |
2개 | 2개 | 2개 | 2개 | X | 2개 | X | |
| 반복실험 | 1회 | 1회 | 2회 | 2회 | 1회 | 1회 | 1회 | |
| LSC 측정값 (Bq/cc) |
시료 | 2150 | 2150 | 2150 | 2150 | 2150 | 2150 | 2150 |
| 응축수 | 1690 | 1732 | 1586 | 1632 | 1956 | 2003 | 2045 | |
| 제거율(%) | 21.40 | 19.44 | 26.23 | 24.09 | 9.02 | 6.84 | 4.88 | |
상기 표 1은 염(salt)으로 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2)(순도 99.2%) 10g(실시예 1) 또는 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2)(순도 99.4%)(실시예 2) 및 흡착제를 동시에 사용한 경우와, 실시예 1, 2의 1회 제거방법을 2회 제거방법으로 진행한 경우(실시예 3, 4)의 제거율을 나타낸 것이다. 초기 시료의 LSC 측정값과 최종 응축수의 LSC 측정값으로 제거율을 하기 식과 같이 계산하였다.
제거율(%) = (시료 LSC 측정값-응축수 LSC 측정값)/시료 LSC 측정값 X 100
실시예 1,2는 감소율 약 19~20%값을 갖고, 실시예 3,4는 1번 삼중수 제거된 응축수를 시료로 다시 삼중수 제거를 한 것으로 제거율은 더 향상된 약 24~26%값을 갖는다.
그러나, 흡착제가 없는 경우(비교예 1), 염(salt)이 없는 경우(비교예 2) 및단순 증류만 한 경우(비교예 3)는 약 4~9% 정도의 제거율을 보이며, 이는 염(salt)와 흡착제 모두 삼중수소와 선택적으로 반응하여 제거율에 관여함을 알 수 있다.
| 실시예 1 | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 5 | 7 | ||
| 시료 | 100cc | 100cc | 100cc | 100cc | 100cc | 100cc | 100cc | |
| 염: KAl(SO4)2 투입량(g) |
0.1 | 2 | 5 | 8 | 10 | 12 | 14 | |
| LSC 측정값 (Bq/cc) |
시료 | 2150 | 2150 | 2150 | 2150 | 2150 | 2150 | 2150 |
| 응축수 | 2013 | 1884 | 1786 | 1745 | 1690 | 1683 | 1690 | |
| 제거율(%) | 6.37 | 12.37 | 16.93 | 18.84 | 21.40 | 21.72 | 21.90 | |
도 2는 실시예 1에서 염의 투입량에 따른 제거율을 보여주는 그래프이다. 이와 관련된 표 2는 실시예 1에서 염(Salt) KAl(SO4)2의 투입량에 따라 삼중수소 제거율을 보여주는 것으로 투입량이 많을수록 제거율이 증가하나 일정한 값(10g) 이상에서는 수렴하는 것으로 나타난다. 이는 시료에 포함된 삼중수소의 함량에 따라 수화물에 포화되는 양이 정해지는 것으로 본 발명 실시예 1의 경우 염(Salt) KAl(SO4)2의 수화물 생성을 위한 최대값이 10g에 수렴하는 것으로 판단된다.
| 실시예 | 비교예 | ||||||
| 1 | 5 | 6 | 4 | 5 | 6 | ||
| 시료 | 100cc | 100cc | 100cc | 100cc | 100cc | 100cc | |
| 염: 투입량(10g) |
KAl(SO4)2 | KAl(SO4)2 | KAl(SO4)2 | Al2(SO4)3 | Al2(SO4)3 | Al2(SO4)3 | |
| 염의 재생횟수 | 0 | 1 | 2 | 0 | 1 | 2 | |
| LSC 측정값 (Bq/cc) |
시료 | 2150 | 2150 | 2150 | 2150 | 2150 | 2150 |
| 응축수 | 1690 | 1685 | 1683 | 1720 | 1986 | 2032 | |
| 제거율(%) | 21.40 | 21.63 | 21.72 | 20.00 | 7.63 | 5.49 | |
표 3은 염(salt)의 종류 및 재생횟수에 따른 삼중수소수 제거율을 비교한 것으로 실시예 1,5,6은 염(salt)으로 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2)을 사용할 경우 비교적 낮은 온도인 120℃에서 탈수가 쉽게 되어 재사용시 수화물 형성력에 차이가 나지 않음을 알 수 있으며, 반면에 비교예 4~6의 경우 염(salt)으로 황산알루미늄(Al2(SO4)3)을 사용하는 것으로 재생 사용전에는 수화물 능력이 실시예 1과 유사하나, 같은 조건으로 재생 사용할 경우 탈수가 어려워 수화물 형성력이 떨어지며 2회 재생할 경우 더욱 재생력이 낮아짐을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
1 : 삼중수소수 제거 장치
10 : 가열기
20 : 비등물질 30 : 시료
40 : 냉각기 50 : 응축수
60 : 냉각관
20 : 비등물질 30 : 시료
40 : 냉각기 50 : 응축수
60 : 냉각관
Claims (6)
- 삼중수소수와 선택적 수화물(Hydrate)이 가능한 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2) 또는 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2)이 포함된 염(salt).
- 제1항의 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2) 또는 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2)이 삼중수소와 선택적으로 결합된 수화물(Hydrate)과 결합되는 흡착제로서,
상기 흡착제는 합성제올라이트, 점토 및 전분이 포함된 것에 특징이 있는 흡착제.
- 제2항에 있어서,
상기 합성제올라이트, 점토 및 전분은 각각 중량비 1~40인 것에 특징이 있는 있는 흡착제.
- 삼중수소수 제거방법에 있어서,
(1)삼중수소수를 증류수로 희석시켜 시료를 준비하는 단계;
(2)상기 시료에 황산알루미늄 칼륨(KAl(SO4)2) 또는 황산알루미늄 암모늄(NH4Al(SO4)2)를 넣고 용해시키는 단계;
(3)상기 용해된 시료에 흡착제를 넣고 반응시키는 단계;
(4)흡착제와 반응 후 시료를 가열하여 발생된 증기를 응축시키는 단계;
를 포함하는 삼중수소수 제거방법.
- 제4항에 있어서,
상기 (4)단계의 응축된 용액을 다시 (1)~(4)단계를 한번 또는 수회 반복하는 삼중수소수 제거방법.
- 제4항에 있어서,
상기 (4)단계에서 비등물질을 혼합하여 가열하는 것에 특징이 있는 삼중수소수 제거방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20200031539 | 2020-03-13 | ||
| KR1020200031539 | 2020-03-13 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210032136A KR20210116302A (ko) | 2020-03-13 | 2021-03-11 | 삼중수소수와 선택적으로 수화물이 가능한 염, 상기 수화물과 결합하는 흡착제 및 이를 이용한 삼중수소수 제거방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20240045147A (ko) | 2022-09-29 | 2024-04-05 | 김용수 | 저온증류 농축에 의한 삼중수소수 분리 시스템 |
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2021
- 2021-03-11 KR KR1020210032136A patent/KR20210116302A/ko active Search and Examination
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|---|---|---|---|---|
| KR20240045147A (ko) | 2022-09-29 | 2024-04-05 | 김용수 | 저온증류 농축에 의한 삼중수소수 분리 시스템 |
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