연구자들은 높은 수준으로 발전

2023년 5월 4일

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부산대학교

원자력은 청정 에너지를 생산하는 데 매우 중요하지만, 이와 관련된 방사성 오염에는 전략적 솔루션이 필요합니다. 세슘(Cs+)은 원자력 발전소에서 생성되는 독성 방사성 핵종으로 환경 오염을 방지하기 위해 고정화 및 높은 흡착 방법이 필요합니다.

인산염 기반 흡착제는 정화에 탁월한 후보이지만 비효율적인 이온 교환으로 인해 흡착 용량이 제한됩니다. 인산염 흡착제의 높은 이론적 흡착은 실험적인 흡착 용량과 일치하지 않습니다.

부산대 환경공학과 조국 교수 연구팀은 방사성 폐수에서 유해한 Cs+를 제거하기 위해 이온 교환이 용이한 층상 구조의 디트마라이트형 인산염을 합성했다.

연구팀은 인산마그네슘이 교환 가능한 이온 및 용해-침전으로 인해 표준 흡착제를 능가하는 Cs+에 대한 흡착 용량이 사상 최고 수준임을 발견했습니다. 조 교수는 "교환 가능한 이온과 용해-석출의 존재로 인해 표준 흡착제보다 높은 Cs+ 흡착 용량이 기록적으로 높아졌다"고 말했다.

이 연구는 유해 물질 저널(Journal of Hazardous Materials)에 게재되었습니다. 연구팀은 원팟 수열법을 이용하여 디트마라이트계 화합물인 KMgPO4⋅H2O(KMP)와 NH4MgPO4⋅H2O(NMP)를 합성했으며, 각각 754 mg·g, 856 mg·g의 높은 이론흡착능을 갖는다. − Cs+의 경우 각각 1입니다.

합성된 KMP와 NMP는 각각 630 mg g−1 및 711 mg g−1의 놀라운 흡착능력을 나타내어 이론 흡착능력의 84%에 해당하였다. 실험적으로 측정된 이러한 흡착 용량 값은 Cs+에 대해 보고된 모든 흡착제 중에서 가장 높습니다.

다음으로 연구팀은 인산염의 물리적, 화학적 특성을 특성화하고 분석했습니다. KMP와 NMP의 Cs+ 흡착 성능을 바탕으로 그들은 이러한 인산염이 2가 이온 농도가 높은 물에 사용하기에 가장 적합하지 않다는 것을 보여주었습니다. 그러나 Cs+를 농축하고 폐기물 양을 줄이기 위해 탈착 공정 이후의 Cs+ 재흡착 공정에서 여전히 사용할 수 있습니다.

조 교수는 “Cs+는 원자력발전소에서 발생하는 대표적인 방사성핵종으로, 폐기를 위해서는 폐기물의 부피를 최소화해야 한다”며 “부피를 최소화하려면 흡착능력이 높은 흡착제가 유리하다”고 말했다.

이 연구에서는 새로운 인산염이 Cs+를 효율적으로 흡수하여 방사성 폐기물 처리를 위한 비용 효율적인 방법을 제공한다는 사실을 발견했습니다. 이는 원자력 발전소의 수가 증가할 것으로 예상되는 세계에서 특히 중요하며, 적절한 흡착제를 사용한 적절한 저장이 지속 가능성을 위해 중요할 것입니다.

결론적으로, 합성된 인산염의 높은 흡착 용량과 안정성은 방사성 폐기물 처리 문제를 처리할 수 있는 유망한 후보가 됩니다.

추가 정보: Zeqiu Li 외, Cs+의 고효율 포획을 위한 Dittmarite형 인산마그네슘, Journal of Hazardous Materials(2023). DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.131385

저널 정보:유해물질 저널