방사성 핵종 흡착제 개발을 위한 천연 제올라이트 특성 연구

김후식(Hu Sik Kim),문대준(Dae Jun Moon),이하영(Ha Young Lee),임우택(Woo Taik Lim) 한국암석학회 2015 한국암석학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.5

방사성 핵종 제거를 위한 천연 제올라이트 특성 연구

김후식 ( Hu Sik Kim ),박원광 ( Won Kwang Park ),이하영 ( Ha Young Lee ),박종삼 ( Jong Sam Park ),임우택 ( Woo Taik Lim ) 한국광물학회 2014 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.27 No.1

국내 경상북도 포항 및 경주지역에서 채취한 4종의 천연 제올라이트를 X-선 회절, X-선 형광분석, 열시차 분석, 열중량 분석 및 양이온교환능 분석을 통해 특성분석을 수행하였다. 이들 제올라이트의 주성분은 구룡포(Ku)는 휼란다이트, 포항(Po)은 클라이놉틸로라이트와 석영이 혼합된 모데나이트이며 양북A (Ya-A)는 휼란다이트, 클라이놉틸로라이트 및 석영이 함유된 일라이트이며, 양북B (Ya-B)는 휼란 다이트와 클라이놉틸로라이트가 혼합된 일라이트이다. 4종의 제올라이트는 Si, Al, Na, K, Mg, Ca, Fe을 함유하고 있었다. 구룡포 (Ku) 제올라이트의 양이온 교환능이 다른 지역의 제올라이트 보다 높게 나타났다. Cs 및 Sr의 흡착실험은 25 ℃에서 수행하였으며, 흡착자료를 기초로 Langmuir와 Freundlich 흡착 등온식에 대한 적합성을 평가하였다. 흡착공정은 Langmuir 흡착 등온식이 잘 맞았으며, 양북 A 제올라 이트가 다른 제올라이트 보다 Cs+ 및 Sr2+ 이온의 제거에 가장 효과적임을 보여주었다. The four natural zeolites collected in Pohang and Gyeongju area, Kyungsangbuk-do, Korea, were characterized by XRD, XRF, DTA, TGA, and CEC analysis. The primary species of these zeolite are heulandite, modenite, illite, and illite in Kuryongpo (Ku), Pohang (Po), Yangbuk-A (Ya-A), and Yangbuk-B (Ya-B) samples. The XRF analysis showed that the four zeolites contain Si, Al, Na, K, Mg, Ca, and Fe. Cation exchange capacity of Kuryongpo (Ku) zeolite was the highest compared to other zeolites. The adsorption capacities of Cs and Sr in the four natural zeolites were compared at 25 ¡E. On the basis of adsorption data Langmuir and Freundlich adsorption isotherm model were confirmed. The equilibrium process was descried well by Langmuir isotherm model. This study shows that Ya-A zeolite is the most efficient for the Cs+ and Sr2+ ion adsorption compared to the other natural zeolites.

경쟁 이온 존재하에 Zeolite A 내 Sr<SUP>2+</SUP> 이온의 결정학적 연구

김후식(Hu Sik Kim),김정진(Jeong Jin Kim),김영훈(Young Hun Kim),임우택(Woo Taik Lim) 한국암석학회 2022 한국암석학회 학술발표회 논문집 Vol.2022 No.6

제올라이트 광산개발을 위한 천연 제올라이트의 특성 분석 및중금속 이온 흡착 특성 연구

김후식 ( Hu Sik Kim ),김영훈 ( Young Hun Kim ),백기태 ( Ki Tae Baek ),임우택 ( Woo Taik Lim ) 한국광물학회 2015 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.28 No.4

국내 경상북도 포항 지역에서 채취한 6종의 천연 제올라이트를 X-선 회절, X-선 형광분석, 열시차 분석, 열중량 분석 및 양이온교환능 분석을 통해 특성분석을 수행하였다. 이들 제올라이트의 주성분은 구룡포A (Ku-A), 구룡포B (Ku-B), 구룡포C (Ku-C), 동해A (Dh-A), 동해B (Dh-B), 동해C (Dh-C) 모두 모데나이트, 알바이트 및 석영이 함유되어 있었다. 6종의 제올라이트는 Si, Al, Na, K, Mg, Ca, Fe을 함유하고 있었으며 구룡포C (Ku-C) 제올라이트의 양이온 교환능이 다른 지역의 제올라이트 보다 높게 나타났다. 6종의 천연 제올라이트를 이용하여 Pb(2+), Cd(2+) 및 Cu(2+) 등의 중금속 이온을제거하는데 소요되는 반응 시간의 효과를 비교하였다. 6종의 천연 제올라이트 모두 Pb(2+), Cd(2+) 및Cu(2+) 제거율이 매우 낮게 나타났다. 이는 6종의 천연 제올라이트에 함유된 제올라이트의 함량이 매우낮기 때문으로 판단된다. 본 연구 결과는 제올라이트 광석의 중금속 흡착능력은 제올라이트의 함량, 즉 광석의 품위에 크게 의존되는 경향을 보여주고 있다. The six natural zeolites collected in Pohang area, Kyungsangbuk-do, Korea, were characterized by XRD, XRF, DTA, TGA, and CEC analysis. The primary species of these zeolite are modenite, albite, and quarts in Kuryongpo-A (Ku-A), Kuryongpo-B (Ku-B), Kuryongpo-C (Ku-C), Donghae-A (Dh-A), Donghae-B (Dh-B), and Donghae-C (Dh-C) samples. The XRF analysis showed that the six zeolites contain Si, Al, Na, K, Mg, Ca, and Fe. Cation exchange capacity of Kuryongpo-C (Ku-C) zeolite was the highest compared to other zeolites. The capabilities of removing heavy metal ions such as Pb(2+), Cd(2+) and Cu(2+) were compared. The effect of reaction time in removing heavy metal ions was studied. The experimental results showed that the efficiency of removal was low for Pb(2+), Cd(2+) and Cu(2+) ions. These may be caused by the low content of zeolite in the six natural zeolites.This indicates that the adsorption capacity roughly tends to depend on the zeoite contents, ie., the grade of zeolite ore.

제올라이트 Y (Si/Al = 1.56) 골격 내의 Ca²⁺과 Cs⁺ 이온의 자리 경쟁 및 그들의 결정학적 연구

김후식 ( Hu Sik Kim ),박종삼 ( Jong Sam Park ),임우택 ( Woo Taik Lim ) 한국광물학회 2018 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.31 No.4

본 연구는 제올라이트 Y (Si/Al = 1.56)에서 Cs⁺ 이온 교환에 Ca²⁺ 이온의 경쟁 양이온 효과를 연구하기 위해 수행되었다. 완전히 탈수되고 부분적으로 Cs+ 이온으로 교환된 3개의 제올라이트 Y(Si/Al = 1.56)의 단결정은 혼합이온교환 용액을 사용하여 흐름법으로 제조되었으며, 전체 농도가 0.05M인 이온교환용액의 CsNO₃ : Ca(NO₃)₂ 몰비는 1 : 1 (Crystal 1), 1 : 100 (Crystal 2) 및 1 : 250 (Crystal3)이다. 이온교환된 단결정을 723 K에서 2일 동안 1 × 10^-4 Pa로 진공 탈수시켰으며, 결정구조는 100(1) K에서 입방공간군 Fd3m을 사용하여 단결정 싱크트론 X선 회절법으로 해석하고 구조를 정밀화하였다. Crystal 1, 2 및 3의 단위세포당 화학식은 |Cs₂₁Ca₂₇|[Si₁₁₇Al₇₅O₃₈₄]-FAU, |Cs₂Ca_36.5|[Si₁₁₇Al₇₅O₃₈₄]-FAU 및 |Cs₁Ca₃₇|[Si₁₁₇Al₇₅O₃₈₄]-FAU이다. 3개의 결정 모두에서, Ca²⁺ 이온은 D6Rs 내의 site I을 우선적으로 점유하고 있으며 나머지는 site I’, II’ 및 II를 점유하고 있다. 한편 주어진 이온교환용액의 초기 Cs⁺ 이온의 농도에 따라 Cs+ 이온의 분포에 중요한 차이가 관찰되었다. Crystal 1에서는 Cs⁺ 이온이 site II’, II, III와 III’에 위치하고 있으며, Crystal 2에서는 site II, IIIa, IIIb에 위치하고 있다. Crystal 3에서는 Cs⁺ 이온은 site IIIa 및 IIIb에만 위치하고 있다. 초기 Ca²⁺ 이온의 농도가 증가하고 Cs⁺ 이온의 농도가 감소에 따라 Cs⁺ 이온의 교환정도는 28.0에서 2.7과 1.3 %로 급격히 감소하였다. The present work was performed in order to study the effect of competing cation of Ca²⁺ ion on ion exchange of Cs⁺ on zeolite Y (Si/Al = 1.56). Three single-crystals of fully dehydrated and partially Cs⁺-exchanged zeolites Y (Si/Al = 1.56) were prepared by the flow method using mixed ion-exchange solutions. The CsNO₃ : Ca(NO₃)₂ molar ratios of the ion exchange solution were 1 : 1 (crystal 1), 1 : 100 (crystal 2), and 1 : 250 (crystal 3) with a total concentration of 0.05 M. The single-crystals were then vacuum dehydrated at 723 K and 1 × 10^-4 Pa for 2 days. The structures of the crystals were determined by single-crystal synchrotron X-ray diffraction technique in the cubic space group Fd3m, at 100(1) K. The unit-cell formulas of crystals 1, 2, and 3 were |Cs₂₁Ca₂₇|[Si₁₁₇Al₇₅O₃₈₄]-FAU, |Cs₂Ca_36.5|[Si₁₁₇Al₇₅O₃₈₄]-FAU, and |Cs₁Ca₃₇|[Si₁₁₇Al₇₅O₃₈₄]-FAU, respectively. In all three crystals, the Ca²⁺ ions preferred to occupy site I in the D6Rs, with the remainder occupying sites I’, II’, and II. On the other hand, the significant differences in the fractional distribution of Cs⁺ ions are observed depending on the intial Cs⁺ concentrations in given ion exchange solution. In Crystal 1, Cs⁺ ion are located at sites II’, II, III, and III’, and in crystal 2, at sites II, IIIa, and IIIb. In crystal 3, Cs⁺ ions are only located at sites IIIa and IIIb. The degree of Cs⁺ ion exchange decreased sharply from 28.0 to 2.7 to 1.3 % as the initial Ca²⁺ concentration increases and the Cs⁺ content decreases.

몽골, 한국, 미국 천연 제올라이트의 특성 비교 분석

바야르사이칸 바트체첵,김후식,김영훈,김정진,임우택,Battsetseg, Bayarsaikhan,Kim, Hu Sik,Kim, Young Hun,Kim, Jeong Jin,Lim, Woo Taik 한국암석학회한국광물학회 2022 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.35 No.2

몽골(6종), 미국(1종), 한국(9종)지역에서 채취한 총 16종의 천연 제올라이트를 X-선 회절 분석, X-선 형광 분석, 열 시차, 열 중량 분석 및 양이온 교환능 분석을 통해 특성분석을 수행하였다. 16종의 시료 모두 두 종류 이상의 광물상이 공존하는 혼합광 형태이며, 주로 클라이놉틸로라이트, 휼란다이트, 모데나이트 및 차바자이트와 같은 광물의 조합으로 이루어져 있으며, 일부 시료에서는 운모 점토광물인 일라이트와 석영과 같은 광물이 불순물로 함유되어 있었다. X-선 형광 분석 결과 16종의 천연 제올라이트는 SiO₂, Al₂O₃, K₂O, CaO, Na₂O, MgO 및 Fe₂O₃ 산화물이 함유되어 있었다. 미국 천연 제올라이트인 U-1 시료가 223.3 meq/100 g으로 양이온 교환능이 가장 높게 나타났으며 몽골 천연 제올라이트에서는 M-6 시료가, 한국 천연 제올라이트에서는 K-1 시료가 각각 166.6 meq/100 g으로 가장 높게 나타났다. 열시차 및 열중량 분석 결과 16종의 시료 모두 600℃까지 열적으로 안정성이 우수한 것을 확인 하였다.

롤투롤 스퍼터를 이용하여 PET 기판 위에 제조된 ITO 박막의 색도(b*) 및 투과도 연구

서성만,강보갑,김후식,임우택,최식영,Seo, Sung-Man,Kang, Bo-Gab,Kim, Hu-Sik,Lim, Woo-Taik,Choi, Sik-Young 한국재료학회 2009 한국재료학회지 Vol.19 No.7

Indium Tin Oxide (ITO) thin films on Polyethylene Terephtalate (PET) substrate were prepared by Roll-to-Roll sputter system with targets of 5 wt% and 10 wt% $SnO_2$ at room temperature. The influence of the chromaticity (b*) and transmittance properties of the ITO Films were investigated. The ITO thin films were deposited as a function of the DC power, rolling speed, and Ar/$O_2$ gas flow ratio, and then characterized by spectrophotometer. Their crystallinity and surface resistance were also analyzed by X-ray diffractometer and 4-point probe. As a result, the chromaticity (b*) and transmittance of the ITO films were broadly dependent on the thickness, which was controlled by the rolling speed. When the ITO films were prepared with the DC power of 300 W and the Ar/$O_2$ gas flow ratio of 30/1 sccm using 10 wt% $SnO_2$ target as a function of the rolling speeds 0.01 through 0.10 m/min, its chromaticity (b*) and transmittance were about -4.01 to 11.28 and 75.76 to 86.60%, respectively. In addition, when the ITO films were deposited with the DC power of 400W and the Ar/$O_2$ gas flow ratio of 30/2 sccm used in 5 wt% $SnO_2$ target, its chromaticity (b*) and transmittance were about -2.98 to 14.22 and 74.29 to 88.52%, respectively.

제올라이트 Rho의 합성과 중금속 흡착능

정미향 ( Me-hyang Jung ),김후식 ( Hu-sik Kim ),전종원 ( Jong-won Jean ),임우택 ( Woo-taik Lim ),김영훈 ( Young-hun Kim ) 한국환경기술학회 2010 한국환경기술학회지 Vol.11 No.4

카드뮴, 납, 구리와 같은 중금속은 잘 알려진 유해 중금속이며 흡착 또는 이온교환을 이용한 이들 중금속의 제거기술 개발이 계속되어왔다. 몇몇 제올라이트는 이들 중금속에 높은 흡착능이 있다. 제올라이트 Rho가 기존의 합성 방법을 기초로 하여 합성되었으며 XRD, SEM 등의 분석결과 합성된 제올라이트 입자의 크기는 2~7m이고, 70~80%의 순도와 합성불순물로 카바자이트가 발견되었다. 제올라이트 Rho의 Pb, Cd, Cu에 대한 흡착특성이 연구되었다. 흡착은 Langmuir 와 Freundlich 모델에 잘 일치하였으며 흡착용략은 Pb²⁺ > Cd²⁺ > Cu²⁺의 순이었다. 용액의 pH는 Pb의 흡착용량에 큰 영향을 미치는 반면 Cd의 흡착량에 미미한 영향을 미쳤다. 분배계수와 자연수에 가장 많이 존재하는 2가 양이온으로 Ca²⁺에 대하여 분배 계수와 선택계수를 구하였으며 Pb²⁺와 Cd²⁺는 Ca²⁺에 대하여 각각1485와 28의 선택계수 값을 보이며 이는 납의 경우 경쟁이온이 존재할 경우에도 제올라이트 Rho에 의해 흡착제거가 잘 될 수 있음을 보여준다. Heavy metals such as lead, cadmium, and copper are well known harmful cations in water and wastewater. Several treatment methods have been developed using adsorption or ion-exchange for the harmful cations. Some zeolites have shown high sorption capacity for the common heavy metals. Zeolite Rho was synthesized by following a previous report. The synthesized zeolite Rho was characterized through XRD, SEM, and surface area measurement. The crystal size was ranged from 2 to 7 μm. Purity was about 70~80% with chabazite as by-product. To examine the adsorption of Pb and Cd on zeolite Rho, sorption studies were conducted. To determine selectivity, sorption of heavy metals was conducted in the presence of a background cation Ca²⁺ at pH 4 . The sorption data were well fitted to both of Langmuir and Freundlich isotherm. Sorption capacity for each heavy metal is in order of Pb²⁺ > Cd²⁺ > Cu²⁺. The sorption capacity of Pb²⁺ was highly dependent on the solution pH but the effect of pH on the sorption capacity of Cd²⁺ was not significant in dicating the sorption sites for Pb are variable with concentration of proton. The distribution coefficient (Kd) and selectivity coefficient (Ks) of P b ²⁺+ and Cd²⁺ were determined. Usually divalent cations had higher sorption selectivity against monovalent cation but Pb²⁺ and Cd²⁺compete with background divalent cations. Pb²⁺ showed a very high Ks of 1485 over Ca²⁺ while Cd²⁺ showed 28 of Ks in dicating zeolite Rho could adsorb lead ions even in the presence of common background ions.

부분적 Zn<SUP>2+</SUP>으로 교환되고 탈수된 제올라이트 Y의 교환비율 의존에 대한 결정학적 연구

문대준(Dae Jun Moon),김후식(Hu Sik Kim),이하영(Ha Young Lee),임우택(Woo Taik Lim) 한국암석학회 2015 한국암석학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.5

롤투롤시스템을 이용하여 PET 필름위에 제조된 SiO₂-ITO 박막의 색도(b*), 면저항과 투과도 연구

박미영,김정수,강보갑,김혜영,김후식,임우택,최식영,Park, Mi-Young,Kang, Bo-Gab,Kim, Jung-Soo,Kim, Hye-Young,Kim, Hu-Sik,Lim, Woo-Taik,Choi, Sik-Young 한국재료학회 2011 한국재료학회지 Vol.21 No.5

This paper has relatively high technical standard and experimental skill. The fabrication of TCO film with high transparency, low resistance and low chromaticity require exact control of several competing factors. This paper has resolved these problems reasonably well, thus recommended for publication. Indium tin oxide(ITO) thin films were by D.C. magnetron roll-to-roll sputter system utilizing ITO and $SiO_2$ targets of ITO and $SiO_2$. In this experiment, the effect of D.C. power, winding speed, and oxygen flow rate on electrical and optical properties of ITO thin films were investigated from the view point of sheet resistance, transmittance, and chromaticity($b^*$). The deposition of $SiO_2$ was performed with RF power of 400W, Ar gas of 50 sccm and the deposition of ITO, DC power of 600W, Ar gas of 50 sccm, $O^2$ gas of 0.2 sccm, and winding speed of 0.56m/min. High quality ITO thin films without $SiO_2$ layer had chromaticity of 2.87, sheet resistivity of 400 ohm/square, and transmittance of 88% and $SiO_2$-doped ITO Thin film with chromaticity of 2.01, sheet resistivity of 709 ohm/square, and transmittance of more than 90% were obtained. As a result, $SiO_2$ was coated on PET before deposition of ITO, their chromaticity($b^*$) and transmittance were better than previous results of ITO films. These results show that coating of $SiO_2$ induced arising chromaticity($b^*$) and transmittance. If the thickness of $SiO_2$ is controlled, sheet resistance value of ITO film will be expected to be better for touch screen. A four point probe and spectrophotometer are used to investigate the properties of ITO thin films.