Article
  • Manufacturing of Nonwoven Fabrics Containing Porous Inorganic Materials and the Evaluation of Their Cesium Adsorption Performance

  • Ju-Hee Cha, Seung-Jae Ahn, and Han-Yong Jeon*,†

  • Department of Applied Organic Materials Engineering, *Department of Applied Organic Materials Engineering, Inha University, 100 Inharo, Namgu, Incheon 22212, Korea

  • 다공성 무기물 함유 부직포의 제조 및 세슘 흡착 성능 평가

  • 차주희 · 안승재 · 전한용*,†

  • 인하대학교 대학원 유기응용재료공학과, *인하대학교 유기응용재료공학과

Abstract

Adsorption characteristics of cesium ions on zeolite and prussian blue (PB) porous inorganic materials were evaluated and cesium ion adsorption nonwoven fabric was prepared using zeolite and PB. Zeolite showed better adsorption performance for cesium ions in high concentrations, whereas PB showed higher adsorption performance at low concentration, ultra low concentration, acid/base contaminated waters. The lower the concentration of polluted water, the higher the cesium ion adsorption efficiency of PB. It was found that PB particles had a size less than half of that of zeolite after particle grinding. Cesium ion adsorption nonwoven fabrics fabricated using zeolite and PB particles were prepared and their adsorption efficiencies of cesium ions were compared. As a result, the adsorption efficiency of the nonwoven fabric fabricated using PB was better.


제올라이트와 prussian blue(PB)를 포함한 다공성 무기물의 세슘 이온의 흡착 특성을 평가하였으며 이 결과를 바탕으로 세슘 이온 흡착부직포를 제조하였다. 세슘이온에 대한 흡착성능은 제올라이트의 경우 고농도 오염수에서, PB는 저농도, 초저농도, 산/염기 오염수에서 높게 나타났다. 오염수의 농도가 낮아질수록 PB의 세슘이온 흡착효율이 높아진다는 것을 확인하였다. 입자 미세화를 통해 제올라이트 대비 절반 이하의 크기를 가지는 PB 입자를 얻을 수 있었으며 이를 이용하여 제작된 제올라이트와 PB 흡착부직포의 흡착효율을 비교한 결과 PB가 흡착제로 사용된 흡착부직포의 흡착효율이 더욱 높게 나타났다.


Keywords: prussian blue, zeolite, radioactive cesium, radioactive ion absorbent

서 론

일본대지진으로 발생한 후쿠시마 제1원자력발전소 사고로 인해 많은 양의 방사성물질이 방출되어 외부 환경이 방사능의 영향을 받게 되었다. 방출된 방사성물질 중에서도, 134Cs와 137Cs (방사성세슘)는 그 반감기가 약 2년, 약 30년으로 비교적 길다는 점에서 앞으로 수 십 년에 걸쳐 환경에 영향이 있을 것으로 우려되고 있다. 이 방사성물질들은 인위적으로 무해하게 하는 것은 불가능하기 때문에 생활환경으로부터 제거, 회수하여 관리구역에 장기 또는 안전하게 보존하는 것이 중요하다.
방사성 오염 폐액 처리 방법으로는 침전, 흡착 및 이온교환, 증발농축 등이 있으며, 폐액 내 함유되어 있는 오염 핵종의 특성에 따라 적절한 방법을 선택하여 처리할 필요가 있다. 후쿠시마 제1원자력발전소로부터 발생한 방사성 세슘은, 토양 중에 점토광물에 흡착한 상태로의 존재가 압도적으로 많고,1,2 수중에서 용존체로 존재하는 양은 매우 적다는 것이 일반적인 견해이나, 방사성 오염폐기물을 소각할 때에 발생하는 소각비재에 포함된 방사성 세슘의 물에 의한 용출률이 79.8%라는 보고도 있으며, 이것들의 용존체를 분리, 회수하는 역할을 하는 것이 세슘 흡착섬유재이다.
무정형탄소를 기본으로 하는 탄소재료는 오랜 기간 다양한 방면에 이용되어 왔으며, 많은 세공을 가지고 있어 비표면적이 큰 활성탄이 상업적 이용도가 증가하면서 다른 탄소재료들도 수요가 크게 증가하게 되었다. 활성탄은 폐수 내에 존재하는 유기물에 대한 흡착능은 높지만 중금속에 대한 흡착능은 상대적으로 낮은 특성을 가진다.3 최근에 활성탄 외에도 zeolite, silica-alumina계 흡착제, 천연섬유계 흡착제 등 균일한 세공경을 갖는 다양한 흡착제가 개발 및 합성되어 각종 흡착공정에 많이 사용되고 있다.4,5
제올라이트 세공 속에는 양이온들이 존재하며, 이 양이온들이 수용액 중에서 여러 가지 금속 양이온, 유기 양이온으로 교환된다.6,7 이러한 성질을 이용하여 핵폐기물 내에 존재하는 방사성 양이온을 제거하는데 사용되는 등 양이온 교환제로 널리 사용되고 있다.8 특히 장석류의 돌과 같은 성분으로 이루어진 제올라이트는 방사능으로 인한 기능 및 구조의 손상이 없어 방사능으로 인해 쉽게 분해되는 유기이온교환수지에 비해 안정성 측면에서 이점을 가지고 있다.
Prussian blue(PB)는 상용화된 파란색을 띠는 염료로서 방사성 세슘을 제거하는데 효과적인 것으로 알려져 있어 일본에서의 원전사고 이후 큰 관심을 받기 시작하였으며, 방사성세슘 흡착소재에 대한 연구에 많이 사용되고 있다.9
균일한 면심 입방 격자구조를 가지는 PB는 시아노 그룹으로 연결된 메탈이온을 가지고 있어 분자 내에 존재하는 격자공간에 양이온을 흡착시킬 수 있다. 물리적인 측면에서, PB에 대한 알칼리 금속 이온과의 흡착 성능은 알칼리 금속 이온의 수화상태의 크기와 관련이 있다. 세슘이온은 알칼리 금속 중 크기가 가장 작으며 PB의 격자구조에도 그 크기가 잘맞으므로 PB는 세슘이온에 대한 선택적 흡착에 유리하다고 알려져 있다.10-12
본 연구에서는 다양한 조건에서 제올라이트와 PB를 선정하여 다공성무기물의 세슘 흡착성능을 확인하였다. 또한 이다공성무기물을 이용해 방사성물질 오염수에서 방사성 세슘을 회수하는 수단으로 사용되는 세슘흡착용 부직포를 제조하여 그 흡착성능을 평가하였다.

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  • Polymer(Korea) 폴리머
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    ISSN 0379-153X(Print)
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    Abbr. Polym. Korea
  • 2022 Impact Factor : 0.4
  • Indexed in SCIE

This Article

  • 2018; 42(2): 339-346

    Published online Mar 25, 2018

  • 10.7317/pk.2018.42.2.339
  • Received on Jan 4, 2018
  • Revised on Jan 12, 2018
  • Accepted on Jan 14, 2018

Correspondence to

  • Han-Yong Jeon

  • *Department of Applied Organic Materials Engineering, Inha University, 100 Inharo, Namgu, Incheon 22212, Korea

  • E-mail: hyjeon@inha.ac.kr
  • ORCID:
    0000-0003-2432-6884