Separation Behavior of Cs and Sr on the Various Zeolites

각종 제올라이트계에서의 Cs 및 Sr 분리특성

This study showed the adsorption behavior of Cs and Sr into the inorganic ion-exchanger zeolites such as 4A, 13X, AW300, AW500 and natural. It was found that the best type of zeolite is AW500 for Cs and 13X for Sr in terms of ion-exchange capacity. The temperature effect was also examined for the following systems : AW500-Cs, AW300-Cs, natural zeolite-Cs, 4A-Sr and 13X-Sr. Experiments showed that the effect of temperature on the ion-exchange capacity is negligible in all cases except for the systems of 4A-Sr and natural zeolite-Cs. The enhancement in the ion-exchange capacity for 4A-Sr would be caused by the Sr ion movement and the multilayer adsorption due to the heterogeneous characteristics of ion-exchange site. The distribution coefficient was increased with pH of the solution which is in equilibrium with zeolite particles. The values of $K_d$ in the systems of AW500-Cs and 4A-Sr were found to be about $10^3cm^3/g$ and $10^3{\sim}10^4cm^3/g$ respectively.

본 연구에서는 각종 제올라이트 즉 국내산 천연 및 합성 제올라이트를 이용하여 방사성폐액 내에 있는 Cs, Sr 이온을 분리하는데 주안점을 두어 각종 제올라이트에 대한 이온교환선택성, 이온교환능 및 이에 영향을 미치는 변수 등을 고찰하여 최적의 제올라이트 선정과 분리조건을 결정하는데 중점을 두었다. 이온교환능에 있어 Cs의 경우는 AW500형, Sr의 경우 13X형이 가장 우수한 결과를 나타내었다. AW500-Cs계, AW300-Cs계, 천연산 제올라이트-Cs계 및 4A-Sr계, 13X-Sr계의 온도영향을 고찰한 결과 4A-Sr계 및 천연산 제올라이트-Cs계를 제외하고는 온도와 무관한 관계를 나타내었다. 이중 4A형 제올라이트는 온도 증가에 따라 Sr이온의 활동도 증가 및 multilayer 흡착에 의하여 이온교환량이 증가한 것 같다. 평형상태에서의 용액의 pH와 분배계수, $K_d$와의 상관관계를 고찰하여 본 결과 PH의 증가에 따라 $K_d$값의 증가를 보였다. 또한 주입용액의 pH는 2~3 이상에서 조업하는 것이 효과적인 것으로 나타났다. AW500-Cs계의 경우 $K_d$는 $10^3cm^3/g$, 4A-Sr계 및 13X-Sr계의 경우 $K_d$는 $10^3{\sim}10^4cm^3/g$ 정도를 나타내었다.