대형 유리-세라믹 복합 매질 소결체 제조 시 비등방성 변형 특성 평가

김광욱,손성준,김지민,포스터 리차드,이근영,Kim, Kwang-Wook,Sohn, Sungjune,Kim, Jimin,Foster, Richard I.,Lee, Keunyoung 한국방사성폐기물학회 2020 방사성폐기물학회지 Vol.18 No.1

본 연구에서는 우라늄 폐촉매 처리 공정에서 발생하는 우라늄 함유 폐기물 대상으로 유리-세라믹 매질 구조의 대형 디스크 소결체 형태로 제작 시, 최종 제작된 소결체의 비등방향 수축 특성 및 변형율 변화를 연구하였다. 본 연구에서는 최대 직경 40 cm를 갖는 다양한 크기 원형 디스크 형태와 원형 디스크의 1/4 크기의 부채꼴 형 소결체를 제작하여 이들의 비등방성 수축 특성을 평가하였다. 60 MPa 압력하에서 만들어지는 성형체는 소결 시 성형체의 크기 및 형태에 관계없이 높은 등방성 수축하였다. 제조된 전체 소결체에 대한 비등방성율은 평균 1.6%이었고 이때 평균 부피 감용율은 37.4% 이었다. 이러한 결과로부터 국내에서 발생한 우라늄 폐촉매를 처리하기 위한 공정에서 발생하는 우라늄 함유 폐기물은 대형 디스크 형태의 유리-세라믹 매질 형태로 고형화함으로써 높은 안정성과 부피감용 효과를 가지며 200 L 드럼에 포장될 수 있음이 확인되었다.

다성분핵종을 함유한 질산계로부터 TBP 용매추출에 의한 우라늄 제거 연구 (Ⅰ)

김광욱,이일화,신영준,유재형,박현수 ( Kwang Wook Kim,Eil Hee Lee,Young Joon Shin,Jae Hyung Yoo,Hyun Soo Park ) 한국공업화학회 1995 공업화학 Vol.6 No.1

고준위 방사성 폐액에 미량 존재하는 우라늄 및 폐액 농도에 기준한 10개의 핵종이 함유된 질산 수용액으로 부터 TBP를 사용하여 잔존 우라늄을 효과적으로 제거하는 조건을 찾기 위한 실험과 이의 해석이 수행되었다. 상기 혼합성분계에서 우라늄의 제거율은 상비(Phase ration), TBP농도 및 질산 농도 변화에 관계없이 고준위 방사성 폐액 내의 우라늄 농도를 기준으로 하여 최대 70% 이상을 초과하지 못하고, 이때의 우라늄 분배계수는 기존의 우라늄 분배계수 예측식과 큰 차이를 보이고 있어 이의 원인 규명과 기존 예측식의 수정이 요구된다. 이러한 계에서 우라늄을 가장 효과적으로 제거하기 위한 조업조건은 TBP농도는 15vol. %, 상비는 약 2.5이며 이때 용액중의 우라늄 제거율은 약 70% 정도이었다. This study work has investigated the experiments and their analysis for finding a effective condition to remove uranium by extraction with TBP from nitric acid solution containing uranium and 10 elements on the basis of high-level radioactive waste. The removal degree of uranium does not exceed 70% regardless of any changes of TBP vol.%, phase ratio and concentration of nitric acid. The distribution coefficient of uranium in multi-components system is quite different from one obtained by the semi-empirical equations already published for the estimation of distribution coefficient of uranium, and the elucidation of its reason and the modification of the existing equation should be required. The optimal condition for effective removal of uranium under this experimental condition are approximately TBP vol.% of 15 and phase ratio of 2.5.

다성분핵종을 함유한 질산계로부터 TBP 용매추출에 의한 우라늄 제거 연구 (Ⅱ)

김광욱,이일희,신영준,유재형,박현수 ( Kwang Wook Kim,Eil Hee Lee,Young Joon Shin,Jae Hyung Yoo,Hyun Soo Park ) 한국공업화학회 1995 공업화학 Vol.6 No.3

고준위 방사성 폐액에 기준한 우라늄 및 10종류의 핵종을 함유한 질산 수용액계에서 TBP에 의한 우라늄 추출률의 저하 원인을 밝히기 위한 실험과 이의 해석이 수행되었다. 우라늄의 농도가 다른 핵종들의 농도보다 상대적으로 낮은 5g/ℓ 이하로 존재할 때, 다성분계에서의 우라늄 분배계수는 기존의 우라늄 분배계수를 예측하기 위한 기존의 반경험식의 결과와 크게 차이가 났다. 다성분 상태에서 TBP에 의한 낮은 추출률의 결과는 우라늄과 같이 존재하는 네오다이뮴과 철이온의 존재에 의해 야기되었음이 확인이 되었다. 네오다이뮴과 철이온만이 빠진 다성분계에서는 15vol.%의 TBP를 사용한 2회 추출에 의해서 초기 농도 2g/ℓ인 우라늄의 98% 이상 제거가 가능하였고 이는 우라늄 단일 성분계의 결과와 같았다. This study has investigated the experiments and their analysis for finding a cause of that the low extractability of uranium by TBP from nitric acid solution containing uranium and 10 elements on the basis of high-level radioactive waste. When the concentration of uranium is low relatively, compared with those of other elements in the system, that is, less than 5g/ℓ, the distribution coefficient of uranium in multi-components system is quite different from the one obtained by the semi-empirical equations already published for the estimation of distribution coefficient of uranium. Nd and Fe coexisting together with uranium in the solution were found to affect the low extractability of uranium by TBP in the multi-components system. In the multi-components system in absence of Nd and Fe, more than 98% of initial uranium concentration of 2g/ℓ could be removed by 2 times extraction with TBP of 15vol.%. The result was the same to that of uranium single component system.

고밀집 Glassy Carbon 섬유 다발체 전극 전해계를 이용한 금속 이온의 in - situ 전해 역추출 특성 연구

김광욱,김영환,이일희,유재형 ( Kwang Wook Kim,Young Hwan Kim,Eil Hee Lee,Jae Hyung Yoo ) 한국공업화학회 1998 공업화학 Vol.9 No.4

고밀집 섬유 집합체에 의해 유도된 모세관 현상을 이용한 정적 액 - 액 접촉장치의 개발과 그 특성 연구

김광욱,변기호,이일희,유재형,박현수 ( Kwang Wook Kim,Kee Hoh Byeon,Eil Hee Lee,Jae Hyung Yoo,Hyun Soo Park ) 한국공업화학회 1996 공업화학 Vol.7 No.4

본 연구에서는 고밀집 섬유 다발체 내에 수용상과 유기상을 동시에 주입시켜 나타나는 모세관 현상을 이용하여 최소 공간에서 최대한의 물질 전달 면적을 갖게 한 정적 액-액 접촉 장치가 개발되었다. 이 장치의 특성과 안정성을 평가하기 위해 TBP와 우라닐 이온을 함유한 질산계의 연속 추출 실험이 수행되었으며, 추출 성능은 동일 상비 조건에서 수행된 회분식 성능과 동일하였다. 초기 수용액에 대한 추출 수율을 증가 시키기 위해서는 일정한 수용액 유속에서 유기상의 유속 증가가 필요하였고, 같은 상비 조건의 회분식의 추출수율을 갖기 위해서는 수용액이 장치 내에서 일정한 체류 시간을 유지해야함을 알 수 있었고 본 추출계에서는 약 1.9분이 필요함을 알 수 있었다. 본 연구에서 개발된 고 밀집 섬유체 접촉기는 안정성과 재현성이 뛰어 났으며, 일반 물질 분리용 뿐만 아니라, 액-액계면 넓고 안정되어 있어 용매 추출 속도론 해석에도 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다. A new static contactor using capillary phenomena induced by a highly packed fiber bundle was developed for the solvent extraction. When two immiscible phases being cocurrently and forcedly fed into the packed fiber bundle, the contactor brings about a very large liquid-liquid contact area for mass transfer within a small definite space without any turbulence and drop phenomena. In order to test the characteristics and stability of the static contactor system, continuous extraction experiments of TBP-uranyl ion-nitric acid system were done and compared with the batch extraction experiment of the same chemical system. The performance of the static contactor were the same as that of the ideal batch extractor with the same extraction condition. For the increase of the extraction yield by the contactor, the increase of organic flow rate was required at a fixed aqueous flow rate, and a certain residence time of the aqueous phase flow within the contactor system had to be maintained to meet the performance of the batch system of the same phase ratio. The residence time in the case of TBP-uranyl ion-nitric acid system was about 1.9 minutes. This system was confirmed to be effective and stable enough for purposes of the kinetic study of solvent extraction as well as the mutual separation and purification of ordinary materials because of good reproducibility and the stable and large static liquid-liquid contact area.

수직형 순환식 수은 모세관 다발체 전극 전해계의 개발과 그 특성 연구

김광욱,이일희,신영준,유재형,박현수 ( Kwang Wook Kim,Eil Hee Lee,Young Joon Shin,Jae Hyung Yoo,Hyun Soo Park ) 한국공업화학회 1996 공업화학 Vol.7 No.2

본 연구에서는 고밀집 섬유다발체 내에 수은과 금속이온을 함유한 수용액을 동시에 주입시켜 최소 공간에서 최대한의 수은전극 면적을 갖는 수직형 순환식 수은 모세관 다발체 전극 전해반응 장치가 개발되었다. 이 장치의 특성과 안정성을 평가하기 위해 수은과 수용액의 유량 변화에 따른 철(III)과 우라늄(VI)이온의 환원 voltammogram이 측정되었다. 수용액의 유속은 장치 내 전해반응에 큰 영향을 미쳤으며, 잘 발달된 한계전류를 얻기 위해서는 정밀한 유속조절이 필요하였다. 측정된 voltammogram의 한계전류는 수용액 유속에 선형적으로 비례하였으며, 한계전류를 보이는 전위에서 연속적으로 우라늄(VI)과 철(III) 이온을 100% 환원시킬 수 있었다. 고밀집 섬유집합체 내에서 수은이 모세관 연속체를 유지하는데 필요로 하는 수은유속 이상에서는 수은유속의 변화는 장치 내의 전해반응에 큰 영향을 미치지 않았다. 본 연구에서 개발된 수직형 순환식 수은 모세관 다발체 전극 전해계는 정확히 제어되는 수용액 유량조건에서 수용액 내의 금속이온의 산화수 상태 및 농도의 연속적인 분석 및 전해반응 기구 해석에 효과적으로 사용될 수 있음을 알 수 있었다. An electrolysis system with a vertically circulating mercury capillary bundle electrode was developed with a very large electrode area in a minimum space. This system was operated by forcedly feeding mercury and aqueous solution containing metal ion into a fiber bundle packed densely within a small porous glass tube. In order to test the characteristics and stability of the electrolysis system, the reduction voltammograms of uranyl and ferric ions were measured with changes of the mercury flow rate and the aqueous flow rate. The aqueous flow rate had a large effect on the electrochemical reaction of metal ion occurring at the interface between the mercury and the aqueous solution and had to be regulated as an appropriate value to have a good limiting current shape. The limiting current was linearly proportional to the aqueous flow rate, and complete reductions of uranyl and ferric ions were rapidly and continuously accomplished at the potential showing limiting current. With a mercury flow rate high enough to keep a capillary continuum of mercury in the fiber bundle, the mercury flow rate had almost no effect on the electrochemical reaction. This system was confirmed to be effective and stable enough to control rapidly and continuously the oxidation state of metal ions fed into the system under an appropriate aqueous flow rate.

단일 전해액 배출만을 가지는 pH조절용 연속식 이온 교환막 전해 시스템의 개발과 그 특성

김광욱,김인태,박근일,이일희,Kim Kwang-Wook,Kim In-Tae,Park Geun-Il,Lee Eil-Hee 한국방사성폐기물학회 2005 방사성폐기물학회지 Vol.3 No.4

In order to produce only a pH-controlled solution without discharging any unwanted solution, this work has developed a continuous electrolytic system with a pH-adjustment reservoir being placed before an ion exchange membrane-equipped electrolyzer, where as a target solution was fed into the pH-adjustment reservoir, some portion of the solution in the pH-adjustment reservoir was circulated through the cathodic or anodic chamber of the electrolyzer depending on the type of the ion exchange membrane used, and some other portion of the solution in the pH-adjustment reservoir was discharged from the electrolytic system through the other counter chamber with its pH being controlled. The internal circulation of the pH-adjustment reservoir solution through the anodic chamber in the case of using a cation exchange membrane and that through the cathodic chamber in the case of using an anion exchange membrane could make the solution discharged from the other counter chamber effectively acidic and basic, respectively. The phenomena of the pH being controlled in the system could be explained by the electro-migration of the ion species in the solution through the ion exchange membrane under a cell potential difference between anode and cathode and its consequently-occurring non-charge equilibriums and electrolytic water- split reactions in the anodic and cathodic chambers.

고밀집 섬유 집합체를 이용한 정적 액 - 액 추출 장치의 이론적 해석

김광욱,변기호,이일희,유재형,박현수 ( Kwang Wook Kim,Kee Hoh Byeon,Eil Hee Lee,Jae Hyung Yoo,Hyun Soo Park ) 한국공업화학회 1997 공업화학 Vol.8 No.3

본 연구에서는 고밀집 섬유체에 의한 정적 액-액 접촉기에 대한 이론적 모델링을 통하여 섬유체 접촉기 내부에서의 물질 이동과정과 각 상에서의 축 방향 농도분포 해석이 수행되었고, 여러 운전 조건하에서 출구 농도를 예측하여 실험치와 비교하였다. 본 섬유체 액-액 추출기는 그 구조적 특성 때문에 축 방향 분산이 없는 플러그 흐름 모델로 완벽하게 묘사될 수 있었으며 data fitting을 통해 결정되어 모델식에 적용된 물질전달 계수와 섬유체 추출기 축 방향 단위 길이 당 물질전달 면적의 곱의 항인 k_a^σ은 그 섬유체 추출기의 고유 특성 값으로 사용될 수 있었고, 그 값은 약 0.0327cm2/sec이었다. Mass transfer mechanism and concentration profiles in the axial direction at each phase were analyzed and simulated by a theoretical modeling on a liquid-liquid static contactor using highly packed fiber bundle. The concentrations at the end of the fiber extractor calculated at several operational conditions were compared with e~cperimental results. The fiber extractor could be completely predicted by a plug flow model without axial dispersion. A paramter used in the model equations, k_a^σ called the product of mass transfer coefficient and mass transfer area per unit length of the fiber extractor in the axial direction, which was determined by a curve-fitting, was confirmed to be a unique characteristic value of the fiber extractor, and was about 0.0327 cm2/sec.

고온 소결된 촉매 산화물 전극의 재료 특성 및 유기물 분해능 연구

김광욱(Kwang Wook Kim),이일희(Eil Hee Lee),김정식(Jung Sik Kim),신기하(Ki Ha Shin),정붕익(Boong Ik Jung) 한국공업화학회 2002 공업화학 Vol.13 No.3

본 연구에서는 Ru과 Ir 산화물 전극의 소결 온도 변화에 따른 전극의 재료적, 전기 화학적 특성과 유기물 분해 특성을 보기 위하여 전극 표면저항, XPS, voltammogram 등과 4 CP 분해 시의 TOC가 측정되었으며, 각 산화물 전극에서 4 CP의 분해 경로의 예측을 위한 반응 중간 생성 물질을 GC Mass-spectroscopy에 의해 확인하였다. Ru과 Ir 산화물 전극은 기존 문헌에 알려진 전극 제조 소결온도인 400℃∼550℃를 넘는 650℃ 정도에서 가장 높은 유기물 분해율을 보였으며, 고온 소결 시 소결 시간의 증가는 Ti 지지체 자체를 산화시켜 전극 산화물의 무게 증가와 생성된 TiO_2의 전극 표면으로의 확산에 의하여 전극 활성이 저하되었고 이는 유기물 분해율을 감소시켰다. 고온 소결된 Ru과 Ir 산화물 전극은 저온 소결된 것과는 다른 유기물 분해 경로를 보이는 전극 표면 구조로 예측되며, 450℃에서 소결된 Ru 산화물 전극은 분자량이 큰 다양한 지방족 중간체를 생성시켰다. To study the material and electrochemical as well as the organic destruction properties of Ru and Ir oxide electrodes, which were sintered at different temperatures, surface resistivity, XPS, voltammogram, and TOC of 4 CP destruction at the electrodes were measured. The intermediates during the electrolysis were identified by a GC-Mass spectroscopy to predict the destruction path of 4 CP at the electrodes. At the sintering temperature of around 650 ℃, rather than 400 ℃∼550 ℃ as suggested in the literatures for the fabrication of Ru and Ir oxide electrodes, showed the highest organic destruction yield. During the high-temperature sintering, increasing the sintering time caused the oxidation of Ti substrate. This increased the oxide weight of the electrode and increased the solid diffusion of the generated TiO_2 to the electrode surface, decreasing the electrode activity and slow down the organic destruction rate. The destruction path of 4 CP at high temperature-sintered electrode was different from ones that was sintered at low temperature. The Ru oxide electrode sintered at 450 ℃ generated several aliphatic intermediates.

설화를 활용한 공간 스토리텔링 방안 연구 -제주 남부 해안도로 사례를 중심으로-

김광욱 ( Kwang Wook Kim ) 한국고전연구학회 2010 한국고전연구 Vol.0 No.21