국문요약
목차
제 1장 서론 17
제 2장 이론 19
2.1. 이온교환 평형 19
2.1.1. 이온교환 평형 현상 19
2.1.2. 선택도 21
2.1.3. 이온교환 평형 모델 22
2.1.4. 질량작용 모델 24
2.2. 칼럼 이온교환 27
2.2.1. 칼럼 이온교환 현상 27
2.2.2. 칼럼 이온교환 모델 29
제 3장 실험방법 39
3.1. 이온교환 수지의 물리ㆍ화학적 특성 39
3.1.1. 수지의 입자 형태 (광학현미경, SEM 사진) 39
3.1.2. 수지의 습분함량 39
3.1.3. 수지의 이온교환능력 39
3.1.4. 수지의 비표면적 40
3.1.5. 수지의 밀도 40
3.1.6. 수지의 열 안정도 41
3.1.7. 수지의 표면전하 41
3.2. 이온교환 평형 실험 41
3.3. 칼럼이온교환 실험 41
3.4. ETA 및 암모니아 수용액을 이용한 칼럼 실험 43
제 4장 실험결과 44
4.1 이온교환 수지의 물리ㆍ화학적 특성 44
4.1.1. 수지 입자의 형태 (광학현미경, SEM 사진) 44
4.1.2. 수지의 습분함량 48
4.1.3. 수지의 이온교환능력 48
4.1.4. 수지의 비표면적 49
4.1.5. 수지의 밀도 50
4.1.6. 수지의 열 안정도 51
4.1.7. 수지의 표면전하 51
4.2. 평행 실험 및 모델링 결과 53
4.2.1. 총 농도 0.05N 일 때 양이온 교환 모델 입력 데이터 53
4.2.2. 총 농도 0.05N 일 때 양이온 교환 및 모델링 결과 55
4.3. 칼럼 실험 및 모델링 결과 58
4.3.1. 총 농도 0.01N 일 때 양이온 교환 모델 입력 데이터 58
4.3.2. 총 농도 0.01N 일 때 양이온 교환 및 모델링 결과 65
4.3.3. 총 농도 0.01N 일 때 양이온 교환 모델 입력 데이터 72
4.3.4. 총 농도 0.01N 일 때 양이온 교환 및 모델링 결과 89
4.4. ETA 및 암모니아 수용액을 이용한 칼럼실험 및 모델링 결과 107
4.4.1. ETA 및 암모니아 수용액을 이용한 칼럼실험 모델 입력 데이터 107
4.4.2. ETA 및 암모니아 수용액을 이용한 칼럼실험 및 모델링 결과 113
4.5. 모사냉각재를 이용한 칼럼실험 모델링 결과 119
4.5.1. 모사냉각재를 이용한 칼럼실험 모델 입력 데이터 119
4.5.2. 모사냉각재를 이용한 칼럼실험 모델링 결과 127
제 5장 결론 160
표 2.1 일반적인 질량작용식 26
표 3.1 농도에 따른 칼럼 통과유속과 수지량 42
표 4.1 이온교환수지의 물리ㆍ화학적 특성 52
표 4.2 H+-Na+ 2성분 양이온교환(바탕음이온 : Cl) 입력 데이터) 53
표 4.3 H+-Zn2+ 2성분 양이온교환(바탕음이온 : Cl) 입력 데이터) 54
표 4.4 H+-Mg2+ 2성분 양이온교환(바탕음이온 : Cl- ) 입력 데이터) 59
표 4.5 H+-NH4+ 2성분 양이온교환(바탕음이온 : Cl) 입력 데이터) 60
표 4.6 H+-Na+ 2성분 양이온교환(바탕음이온 : Cl) 입력 데이터) 61
표 4.7 H+-Na+ 2성분 양이온교환(바탕음이온 : Br) 입력 데이터) 62
표 4.8 H+-Na+ 2성분 양이온교환(바탕음이온 : NO3- ) 입력 데이터) 63
표 4.9 H+-Na+ 2성분 양이온교환(바탕음이온 : SO42 ) 입력 데이터) 64
표 4.10 H+-Na+ 2성분 양이온교환(바탕음이온 : Cl) 입력 데이터) 73
표 4.11 H+-Na+ 2성분 양이온교환(바탕음이온 : Cl) 입력 데이터) 74
표 4.12 H+-Na+ 2성분 양이온교환(바탕음이온 : NO3- ) 입력 데이터) 75
표 4.13 H+-Na+ 2성분 양이온교환(바탕음이온 : SO42 ) 입력 데이터) 76
표 4.14 H+-Na+-Li+ 3성분 양이온교환(바탕음이온 : Cl- ) 입력 데이터) 77
표 4.15 H+-Na+-Li+ 3성분 양이온교환5 (바탕음이온 : SO42 ) 입력 데이터) 78
표 4.16 H+-Na+-Mg2+ 3성분 양이온교환(바탕음이온 : Cl) 입력 데이터 79
표 4.17 H+-Na+-Mg2+ 3성분 양이온교환(바탕음이온 : SO42 ) 입력 데이터 80
표 4.18 H+-Na+-NH4+ 3성분 양이온교환(바탕음이온 : Cl) 입력 데이터 81
표 4.19 H+-Na+-NH4+ 3성분 양이온교환(바탕음이온 : SO42 l) 입력 데이터 82
표 4.20 H+-Na+-Li+-NH4+ 4성분 양이온교환(바탕음이온 : Cl) 입력 데이터 83
표 4.21 H+-Na+-Li+-NH4+ 4성분 양이온교환(바탕음이온 : SO42 ) 입력 데이터 84
표 4.22 H+-Na+-Li+-Mg2+ 4성분 양이온교환(바탕음이온 : Cl) 입력 데이터 85
표 4.23 H+-Na+-Li+-Mg2+ 4성분 양이온교환(바탕음이온 : SO42 ) 입력 데이터 86
표 4.24 H+-Na+-Li+-NH4+-Mg2+ 5성분 양이온교환(바탕음이온 : Cl) 입력 데이터 87
표 4.25 H+-Na+-Li+-NH4+-Mg2+ 5성분 양이온교환(바탕음이온 : SO42 ) 입력 데이터 88
표 4.26 양ㆍ음이온교환 수지의 비율이 1 : 1인 경우 108
표 4.27 양ㆍ음이온교환 수지의 비율이 15 : 1인 경우 109
표 4.28 양ㆍ음이온교환 수지의 비율이 3 : 1인 경우 110
표 4.29 양ㆍ음이온교환 수지의 비율이 4 : 1인 경우 111
표 4.30 양ㆍ음이온교환 수지의 비율이 5 : 1인 경우 112
표 4.31 1400ppm, Li 288ppm(Li/B) 일 때 입력 데이타 121
표 4.32 600ppm, Li 2.25ppm(Li/B) 일 때 입력 데이타 122
표 4.33 60ppm, Li 0.47ppm(Li/B) 일 때 입력 데이타 123
표 4.34 B농도 급증가 및 Li 감소시 입력 데이터 124
표 4.35 B, Li 농도 감소시 입력 데이터 125
표 4.36 B, Li 농도 감소 및 Fe3O4 850ppm 첨가 시 입력 데이터 126
그림 2.1 이온 흡착 현상 21
그림 2.2 고저층 칼럼의 액-고체상 농도변화 27
그림 2.3 파괴곡선(Breakthrough curve) 28
그림 2.4 연속 화학평형 모델링 31
그림 3.1 칼럼 흡착 장치 흐름도 43
그림 4.1 건전지 수지 및 파손된 양이온수지 광학현미경 사진 45
그림 4.2 건전한 수지 및 파손된 양이온수지 SEM 사진 46
그림 4.3 과산화수소 처리후 수지 이온교화능력 변화 49
그림 4.4 과산화수소 처리후 수지 표면적 변화 50
그림 4.5 과산화수소 처리후 수지 밀도 변화 51
그림 4.6 H+-Na+ 2성분 양이온 교환(바탕음이온 : Cl- ) 56
그림 4.7 H+-Zn2+ 2성분 양이온 교환(바탕음이온 : Cl ) 57
그림 4.8 H+-Mg2+ 2성분 양이온 교환(바탕음이온 : Cl- ) 66
그림 4.9 H+-NH4+ 2성분 양이온 교환(바탕음이온 : Cl- ) 67
그림 4.10 H+-Na+ 2성분 양이온 교환(바탕음이온 : Cl- ) 68
그림 4.11 H+-Na+ 2성분 양이온 교환(바탕음이온 : Br) 69
그림 4.12 H+-Na+ 2성분 양이온 교환(바탕음이온 : NO3 ) 70
그림 4.13 H+-Na+ 2성분 양이온 교환(바탕음이온 : SO42 ) 71
그림 4.14 H+-Na+ 2성분 양이온 교환(바탕음이온 : Cl ) 91
그림 4.15 H+-Na+ 2성분 양이온 교환(바탕음이온 : Br ) 92
그림 4.16 H+-Na+ 2성분 양이온 교환(바탕음이온 : NO3 ) 93
그림 4.17 H+-Na+ 2성분 양이온 교환(바탕음이온 : SO42) 94
그림 4.18 H+-Na+-Li+ 3성분 양이온 교환(바탕음이온 : Cl- ) 95
그림 4.19 H+-Na+-Li+ 3성분 양이온 교환(바탕음이온 : SO42) 96
그림 4.20 H+-Na+-Mg2+ 3성분 양이온 교환(바탕음이온 : Cl- ) 97
그림 4.21 H+-Na+-Mg2+ 3성분 양이온 교환(바탕음이온 : SO42) 98
그림 4.22 H+-Na+-NH4+ 3성분 양이온 교환(바탕음이온 : Cl- ) 99
그림 4.23 H+-Na+-NH4+ 3성분 양이온 교환(바탕음이온 : SO42) 100
그림 4.24 H+-Na+-Li+-NH4+ 4성분 양이온 교환(바탕음이온 : Cl- ) 101
그림 4.25 H+-Na+-Li+-NH4+ 4성분 양이온 교환(바탕음이온 : SO42) 102
그림 4.26 H+-Na+-Li+-Mg2+ 4성분 양이온 교환(바탕음이온 : Cl- ) 103
그림 4.27 H+-Na+-Li+-Mg2+ 4성분 양이온 교환(바탕음이온 : SO42) 104
그림 4.28 H+-Na+-Li+-NH4+-Mg2+ 5성분 양이온 교환(바탕음이온 : Cl- ) 105
그림 4.29 H+-Na+-Li+-NH4+-Mg2+ 5성분 양이온 교환(바탕음이온 : SO42) 106
그림 4.30 양ㆍ음이온 수지비율 1 : 1 인 경우 114
그림 4.31 양ㆍ음이온 수지비율 15 : 1 인 경우 115
그림 4.32 양ㆍ음이온 수지비율 3 : 1 인 경우 116
그림 4.33 양ㆍ음이온 수지비율 4 : 1 인 경우 117
그림 4.34 양ㆍ음이온 수지비율 5 : 1 인 경우 118
그림 4.35 일정농도 (B 1400ppm, Li 2.88ppm)에서 Li/B형 혼상수지탑의 이온파괴곡선 128
그림 4.36 일정농도 (B 600ppm, Li 2.25ppm)에서 Li/B형 혼상수지탑의 이온파괴곡선 129
그림 4.37 일정농도 (B 60ppm, Li 0.47ppm)에서 Li/B형 혼상수지탑의 이온파괴곡선 130
그림 4.38 급격한 B농도 변화시 Li/B형 혼상수지탑의 이온파괴곡선 131
그림 4.39 일정비율 B농도 감소시 Li/B형 혼상수지탑의 이온파괴곡선 132
그림 4.40 일정비율 B농도 감소 및 침전물(Fe3O4 850ppm) 존재시 Li/B형 혼상수지탑의 이온파괴곡선 133
그림 4.41 일정농도 (B 1400ppm, Li 2.88ppm)에서 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 액상에서 이온농도분포(경과시간 : 204.06) 135
그림 4.42 일정농도 (B 1400ppm, Li 2.88ppm)에서 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 액상에서 이온농도분포(경과시간 : 600.06) 136
그림 4.43 일정농도 (B 600ppm, Li 2.25ppm)에서 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 액상에서 이온농도분포(경과시간 : 204.06) 137
그림 4.44 일정농도 (B 600ppm, Li 2.25ppm)에서 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 액상에서 이온농도분포(경과시간 : 600.06) 138
그림 4.45 일정농도 (B 60ppm, Li 0.47ppm)에서 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 액상에서 이온농도분포(경과시간 : 204.06) 139
그림 4.46 일정농도 (B 60ppm, Li 0.47ppm)에서 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 액상에서 이온농도분포(경과시간 : 600.06) 140
그림 4.47 급격한 B농도 변화시 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 액상에서 이온농도분포( 경과시간 : 102.06) 141
그림 4.48 급격한 B농도 변화시 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 액상에서 이온농도분포( 경과시간 : 300.06) 142
그림 4.49 일정비율 B농도 변화시 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 액상에서 이온농도분포( 경과시간 : 204.06) 143
그림 4.50 일정비율 B농도 변화시 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 액상에서 이온농도분포( 경과시간 : 600.06) 144
그림 4.51 일정비율 B농도 감소 및 침전물 (Fe3O4 850ppm) 존재시 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 액상에서 이온농도분포(경과시간 : 204.06) 145
그림 4.52 일정비율 B농도 감소 및 침전물 (Fe3O4 850ppm) 존재시 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 액상에서 이온농도분포(경과시간 : 600.06) 146
그림 4.53 일정농도 (B 1400ppm, Li 2.88ppm)에서 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 고상에서 이온농도분포(경과시간 : 204.06) 148
그림 4.54 일정농도 (B 1400ppm, Li 2.88ppm)에서 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 고상에서 이온농도분포(경과시간 : 504.06) 149
그림 4.55 일정농도 (B 600ppm, Li 2.25ppm)에서 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 고상에서 이온농도분포(경과시간 : 204.06) 150
그림 4.56 일정농도 (B 600ppm, Li 2.25ppm)에서 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 고상에서 이온농도분포(경과시간 : 504.06) 151
그림 4.57 일정농도 (B 60ppm, Li 0.47ppm)에서 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 고상에서 이온농도분포(경과시간 : 204.06) 152
그림 4.58 일정농도 (B 60ppm, Li 0.47ppm)에서 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 고상에서 이온농도분포(경과시간 : 504.06) 153
그림 4.59 급격한 B농도 변화시 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 고상에서 이온농도분포(경과시간 : 102.06) 154
그림 4.60 급격한 B농도 변화시 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 고상에서 이온농도분포(경과시간 : 252.06) 155
그림 4.61 일정비율 B농도 감소시 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 고상에서 이온농도분포(경과시간 : 204.06) 156
그림 4.62 일정비율 B농도 감소시 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 고상에서 이온농도분포(경과시간 : 504.06) 157
그림 4.63 일정비율 B농도 감소 및 침전문(Fe3O4 850ppm)존재시 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 고상에서 이온농도분포(경과시간 : 204.06) 158
그림 4.64 일정비율 B농도 감소 및 침전문(Fe3O4 850ppm)존재시 Li/B형 혼상수지탑의 수지층 고상에서 이온농도분포(경과시간 : 504.06) 159