Biosorb-카이토산 혼합흡착제에 의한 방사성핵종의 흡착

양호연, 박승철, 박종묵, 김병태

한전 원자력환경기술원

Adsorption of Radionuclides on Biosorb-Chitosan Adsorbents

in Liquid Wastes

Ho Yeon Yang, Seung Chul Park, Chong Mook Park, Byung Tae Kim

Nuclear Environment Technology Institute, KEPCO

서론

원자력발전소 및 방사성동위원소(RI) 이용기관에서 발생하는 방사성폐액 내에는 극미량의 방사성 핵종과 상대적으로 많은 양의 비방사성물질이 함유되어 있어 관심이 되는 방사성핵종의 분리를 어렵게 한다. 이들 방사성핵종을 제거하기 위해 현재 핵종에 대해 선택성을 갖는 다양한 종류의 흡착제가 활용되고 있으며 그 중 chelating resin은 액체폐기물내의 방사성핵종의 제거에 높은 선택도를 가지고 있어 많이 사용된다1). 그러나 chelating resin은 일반 이온교환수지에 비해 생산공정이 복잡하여 상대적으로 생산비 높다는 단점이 있다.

이와 관련하여 최근 화장품원료나 식품첨가제로서 널리 이용되고 있는2) 키틴/카이토산을 중금속 또는 방사성핵종의 흡착처리에 새롭게 응용하는 연구가 진행되고 있다. Muzzarenlli 등은3-4) 키틴의 흡착성능에 관한 연구결과를 발표하였다.  그리고 여러 종류의 카이토산 유도체가 상용 chelating resin에 비하여 선택도와 처리능력 면에서 보다 우수한 것으로 보고되고 있다.5-6) 이처럼 카이토산 유도체가 방사성폐액 내의 방사성핵종을 효과적으로 흡착할 수 있는 성능이 확인되면 방사성폐기물 처리에 카이토산 유도체를 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 카이토산 유도체에 의한 방사성액체폐기물의 처리에 대한 적용 가능성을 시험평가하기 위해 Biosorb-카이토산 혼합흡착제의 흡착성능을 시험하였다.

실험

Biosorb-카이토산 혼합흡착제를 사용하여 세슘, 스트론튬, 코발트 등 3종의 모의핵종에 대해 단일성분 및 혼합성분에 대한 흡착실험을 수행하였다. 흡착제로는 Biosorb(동국정밀화학의 제품명)와 카이토산(Sigma사 제품)을 혼합하여 사용하였다. 카이토산은 분말 및 flake 형태의 것을 사용하였다. 흡착제는 표준체로 선별하여 70mesh(dp=0.21mm)이하의 입자만을 사용하였고, 흡착제중의 불순물 제거를 위해 60℃의 증류수로 여러 번 세척한 후 24시간 방치한 다음 진공건조기에서 약 75℃로 건조하였다.  흡착실험용 모의폐액은 현재 원자력발전소에서 발생되는 세탁폐수의 화학적 조성(표 1)을 참조하여 제조하였다. 핵종을 모사하기 위해 사용된 3종의 핵종은 각각 1 x 10-2M 용액을 제조하여 stock solution으로 하고 모의폐액을 제조할 때 이것을 희석하여 사용하였다. 실험장치는 흡착실험에 일반적으로 사용되는 장치(그림 1)를 사용하였으며 실험은 항온상태(실온, 23℃의)에서 흡착제의 초기 pH가 각각 3, 4, 5인 경우에 대해 수행하였다. 흡착평형실험은 100ml 플라스크에 흡착용액 40-60ml을 넣고 흡착제 40-60mg을 넣은다음 항온진탕조(23℃)에서 최대 3일간 진탕하는 방식으로 수행하였다. 흡착이 진행되는 동안 일정 간격으로 시료를 채취하여 상등액 중의 핵종 농도변화를 측정하였다. 각 실험조건에서 흡착제의 양과 흡착용액의 비를 일정하게 유지하였다. 모의핵종의 흡착량(mg 금속이온/g-혼합흡착제)을 구하기 위해 흡착평형에 도달한 후 최종적으로 상등액에서 시료를 채취하고 pH를 측정하였다.

각 시료분석을 위해 원심분리기 및 0.45□의 filter membrane을 사용하여 시료내에 잔류하는 흡착제 미세분말을 제거하는 전처리 과정을 수행하였다.  모의핵종의 농도는 Aurora사의 AI100GF atomic absorption(AA) spectro photometer을 사용하여 분석하였다.  모의 핵종의 혼합흡착제에 대한 분배계수는 아래의 식으로 계산하였다.

[eqn: { K}_{d } = {( { C}_{ o}- { C}_{ f})V } over {m }]

여기서 Co는 용액내 금속이온의 초기농도(mg/L), Cf는 평형상태에서 용액내 금속이온의 최종농도(mg/L)이고 V는 용액의 부피(L), m는 사용한 흡착제 양이다.

결과 및 토론

본 실험을 통하여 카이토산 유도체의 방사성핵종에 분리성능이 우수하여 방사성폐액 처리에 유리한 것으로 판단되었다. Biosorb-카이토산 흡착제를 사용하여 방사성핵종을 제거하는 실험을 수행한 결과 분배계수는 Cs의 경우 10-50, Sr의 경우 40-100, Co의 경우 50-100을 얻을 수 있었다.

참고문헌

1. H. Kuribayashi, Y. Koshiba, K. Suzuki and M. Shibuya, "Radionuclide Separation Process(RASEP)," Proc. Waste Management '87, Tucson, USA, Vol. 3, p.89(1987)

2. R. A. A. Muzzarenlli, Chitin, Pergamon Press, NY(1977).

3. R. A. A. Muzzarenlli, Carbohydr. Polymers, 5, 85(1985).

4. R. A. A. Muzzarenlli and A. Zattoni, Int. J. Biol. Macromol., 8, 444(1986).

5. K. Inoue, Y. Baba and K. Yoshizuka, Bull. Chem. Soc. Jpn., 66, 2915(1993).

6. C.G. Gbelein and C.E. Carraher,Jr., Biotechnology and Bioactive Polymer, p.35, Plenum Press, New York(1994).

Fig. 1. Schematic diagram of adsorption experiment apparatus.

Table 1. Chemical Composition of Simulated Liquid

(단위 : ppm)

Composition	Concentration
Na+ K+ Ca2+ Mg2+ NH4+ Cl- SO42- SiO32- surfactant	110 5 20 5 1 50 150 80 100