본 연구에서는 수계 내 포함된 양이온들 중 특히 중금속 이온을 효율적으로 분리할 수 있는 양이온 교환막을 개발하였다. 기저 고분자로는 sulfonated polyetheretherketone (SPEEK)를 사용하였으며 이에 중금속 이온에 결합력이 강한 킬레이팅 수지를 파우더링하여 첨가하였다. 또한 양이온 교환막의 성능을 최적화시키기 위해 킬레이팅 수지의 함량 및 SPEEK의 이온교환용량을 제어하였다. 결과적으로 제조된 양이온 교환막을 막 축전식 탈염 공정(membrane capacitive deionization, MCDI)에 적용한 결과 중금속 이온 제거 효율이 20% 이상 향상됨을 확인할 수 있었다.
Kim Kyoung-Doek;Choi Young-Ku;Kang Ki-Du;Yang Ho-Yeon
한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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한국방사성폐기물학회 2005년도 Proceedings of The 6th korea-china joint workshop on nuclear waste management
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pp.165-175
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2005
Measurement of spent resin activity was initiated in 2004 in order to develop the C-14 removal technology for safe disposal. As part of this program, spent resins were sampled and measured in the in-station resin storage tank 2 at Wolsong Nuclear Power Plant Unit 1. At the time of sampling, the resins had been in storage tank from 3 to 23 years. Total 72 resin samples were sampled, which were collected from both man-hole (68 samples) and test-hole (4 samples) in the in-station resin storage tank 2. They were separated into liquid, activated carbon, zeolite, and spent resin. The spent resins were oxidized with sample oxidizer and analyzed for C-14. Ten of collected mixed resin samples were separated by density into cation and anion resins using a sugar solution. The C-14 concentration in anion exchange resin was approximately 2 times higher than in the mixed resin. The average concentration of C-14 in the cation/anion mixed exchange resin was $460\;GBq/m^3$ from test-hole and $53.1\;GBq/m^3$ from man-hole. We have found that concentration of C-14 in the spent resin is about from 0.4 to $1,321\;GBq/m^3$. So it could be a problem, when dispose of at a repository, since there is a disposal limit of $222\;GBq/m^3$. This means we should develop the C-14 removal technology.
다성분 양이온 교환을 위한 평형과 동역학 데이터는 질량 작용 법칙과 표면 착화 모델을 이용하여 수행 및 평가하였다. 양이온 흡착의 평형과 칼럼 실험은 양이온 교환 합성 수지 IRN 77로 H/sup +/, Li/sup +/, Na/sup +/, NH₄/sup +/, Mg²/sup +/ 이용하여 2, 3, 4, 5 성분 양이온 교환을 수행하였다. 질량 작용 법칙과 표면 착화 모델은 이온 선택도와 경쟁적 양이온 교환을 조사하기 위하여 데이터에 대해 시험하였다. 표면 착화 모델은 질량 작용 모델보다 평형과 동역학 실험 데이터를 정확히 예측하였다.
The elution behaviors of a series of metal complexes, such as $Co(gly)_{3}$, $[Ni(en)_{3}]^{2+}$, $[Ni(phen)_3]^{2+}$, $[Fe(phen)_3]^{2+}$, $[Co(phen)_3]^3+$, $[Co(tn)_3]^3+$, $[Co(en)_3]^3+$ and $[Co(NH_3)_6]^3+$ (where gly; glycine, phen; phenanthroline, tn; trimethylenediamine, en; ethylenediamine), were studied in aqueous solution by measuring the retention volumes (v values) on SP-Sephadex C-25, cation exchange resin. It was found that the elution behaviors of metal complexes were apparently affected by salt concentrations, kinds of cations in eluent and kinds of anions in eluent, and according to the degrees of their effects coulombic forces, ion exchange capacities, the 'solvent effect' of resin backbone, hydrophobicity and hydrophilicity were applied to explain the elution mechanism.
With the intention of preparing cation exchangers from the domestic coals, and using these for softening hard water and some other purposes, seven kinds of raw coal were tested and the results are as follows. 1) The following conditions of preparation were given the good results. Reaction time 5 hours Reaction temperature $95^{\circ}$ Concentration of sulfuric acid 98% Amount of sulfuric acid 10 times to the sample (as weight) 2) The raw coals which is rich in fixed carbon and have the fuel ratio 0.8 to 1.0 were suitable, and Kampo lignite has shown the best results. 3) The cation exchangers from coals were able to exchange the cation, both hydrogen and sodium type dynamically and statically, like the synthetic ion exchange resin. The exchange capacities were as follows. Total capacity 1.60 meq/g. Breakthrough capacity 1.30 meq/g. Usable breakthrough capacity 1.20 meq/g National Central Research laboratory
대두침출액으로부터 대두올리고당을 생산하기 위하여 한외여과한 대두침출액의 정제를 목적으로 이온교환공정을 검토하였다. 차단분자량 20,000인 막을 사용하여 한외여과한 대두침출액을 이온교환처리할 경우 회분은 양이온교환수지에 의하여 대부분 제거되었으며 단백질 및 색소제거에는 음이온교환수지의 효과가 높았다. 회분 및 단백질 제거효과가 높은 수지는 각각 양이온교환수지 SK1B 및 음이온교환수지 WA30이었다. 이온교환시 ERR이 낮을 경우 단백질과 회분의 제거는 효과적이었으나 상당량의 올리고당이 수지에 흡착되어 소실되었다. 차단분자량 20,000인 막을 사용하여 한외여과한 대두침출액을 차단분자량 5,000인 막으로 2차 한외여과하여 단백질을 추가로 제거하고 혼합수지를 사용하여 ERR 5.0으로 이온교환처리한 결과, 단백질, 회분, 색소가 거의 전량 제거되었고 올리고당의 회수율도 높아 적정 이온 교환조건으로 결정되었다.
본 연구에서는 상용화된 양이온교환수지, 음이온교환수지, 혼합이온교환수지 각각 3종을 이용하여 Cs과 I 등의 방사성이온을 포함하고 있는 오염수 중 방사성 이온을 분리하는 연구를 하였다. 실험은 상온에서 회분식으로 진행하였으며, 이온교환수지의 양을 달리하여 각각의 이온교환수지에 대한 Cs와 I의 제염성능을 비교하였다. 이온크로마토그라피 기기로 농도분석을 한 결과, D사의 이온교환수지의 대체적으로 이온교환능력이 높은 결과 값을 가졌으며, 공통적으로 이온교환수지의 양이 적을 때, 이온교환수지 질량 대비 제염성능이 높은 것을 알 수 있었다. D사의 양이온교환수지의 질량이 적을 때, Cs 이온에 대한 이온교환용량은 0.199 meq/g, 음이온교환수지의 I 이온에 대한 이온교환용량은 0.344 meq/g의 결과 값을 확인할 수 있었으며, 혼합이온수지를 사용했을 때에는 I 이온에 대한 이온교환용량이 0.33 meq/g으로, D사의 이온교환수지가 다른 이온교환수지에 비해 특히 I에 대한 이온교환능력이 높은 것을 알 수 있었다.
알칼리 금속 이온과 염소 이온이 포함된 용액으로부터 이온교환수지를 이용한 이온 제거에 대한 연구를 진행하였다. 양이온인 금속이온(Na+와 K+)의 제거에는 양이온교환수지를, 음이온인 염소 이온(Cl-)의 제거에는 음이온교환수지를 사용하였다. 용액 A (Na+를 36,633 ppm, Cl-를 57,921 ppm 함유)의 경우, Na+ 이온과 Cl- 이온은 20분 이내에 99% 이상 제거되었다. 용액 B (K+를 1,638 ppm 함유)의 경우, K+ 이온은 3분 이내에 99% 이상 제거되었다.
In this study, cation and anion exchange process for performance evaluation was conducted. A pilot plant for the ultrpure water production was installed with the capacity of $25m^3/d$. The various production rate and regeneration of ion exchange rate were tested to investigate the design parameters. The test resulst was applied to calculate the operating costs. Changing the flow rate of the ion exchange capacity of the reproduction reviewed the cation exchange process as opposed to the design value is 120 to 164% efficiency, whereas both anion exchange process is 82 to 124% efficiency, respectively. This results can be applied for more large scale plant if the scale up parameters are consdiered. The ion exchange capacity of the application in accordance with the design value characteristic upon application equipment is expected to be needed. In this study, the performance of cation and anion exchange resin process was evaluated with pilot plant($25m^3/d$). The ion exchange capacity along with space velocity and regeneration volume was evaluated. In results, the operation results was compared with design parameters.
본 연구에서는 NaCl수용액의 초저이온 농도범위 ($1.0{\times}10^{-4}M$ 이하)에서 양이온 교환수지 대 음이온 교환수지의 비, 수지량, 계의 온도를 함수로 한 혼합층 이온교환의 거동을 실험적으로 연구하였다. 실험실 크기의 연속흐름 칼럼을 통하여 양이온 교환수지와 음이온 교환수지의 교환능이 소모될 때까지의 유출농도를 처리된 유량의 함수로 측정하여 파과곡선을 구하였다. 초기누출은 수지량이 적은 경우 양이온과 음이온의 파과곡선에 나타났으나, 선택도계수가 낮은 양이온의 파과곡선에 현격하게 크게 나타났다. 선택도계수는 파과곡선의 기울기에 영향을 미쳤으며, 계수값이 큰 음이온의 파과곡선의 기울기가 급격하였다. 온도변화는 파과곡선의 기울기에 영향을 미쳤으며, 온도가 증가할수록 이온교환속도가 증가하였다. 이 온도효과는 수지비에 관계없이 수지총량이 증가할수록 또는 이온교환수지의 교환능이 감소하여 파과곡선이 평형에 가까워질수록 감소하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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