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.

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.

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.

연구발표논문초록 ( 분리기술 (Ⅲ) ) : D . P . Cell 을 이용한 맥동탑에서 discharge coefficient 의 계산 및 체류량 예측

김광욱,조응준,유재형,박현수 ( K . W . Kim,E . J . Jo,J . H . Yoo,H . S . Park ) 한국화학공학회 1987 춘계학술발표회 Vol.- No.-

지열 SYSTEM을 이용한 냉난방 아파트 신축공사

김광욱,Kim, Gwang-Uk 한국건축시공학회 2007 한국건축시공학회지 Vol.7 No.2

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.

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.

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

Analysis of a Two-Phases System of Mass Transfer and Electro-Reduction of Uranium(VI) in Nitric Acid-Hydrazine Media

김광욱,유재형,박현수,김종득,청류수부,길전선행,Kim, K.W.,Yoo, J.H.,Park, H.S.,Kim, J.D.,Aoyagi, H.,Yoshida, Z. Korean Nuclear Society 1995 Nuclear Engineering and Technology Vol.27 No.2

Simulation for a dynamic analysis of the electrolytic preparation of U(IV) in two-phases system, which consisted of mass transfer of U(VI) from TBP phase into HNO$_3$ solution and electrolytic re-duction of U(VI) to U(IV) at a cathode in aqueous phase, was carried out in order to establish the most suitable operating condition and best electrode area as basic design data for the system. It was found that maintaining an appropriate mass transfer rate was more significant rather than enlarging the surface area of the cathode for more effective production yield of U(IV). The electrode area and the operation time affected deeply the production composition of U(IV) in the resulting aqueous phase. And optimal electrode areas ore evaluated to meet production criteria of U(IV) of resulting solution in several system conditions. Though about 0.37M HNO$_3$ was preferable to prepare the solution of U(IV), nitric acid concentration should be higher than 0.5M to prevent a hydrolysis of U(IV) in the aqueous phase. TBP 유기상으로 부터 질산용액으로 U(VI)의 물질 이동과 그 질산용액에서 U(VI)의 U(IV)으로 전해 환원과정을 갖는 두 상으로 구성된 계에서 U(IV)을 전해적인 방법으로 생산하기 위해 필요한 기본설계 자료로서의 운전조건 및 전극면적 계산을 위한 계의 수치해석이 수행되었다. 효과적인 U(IV)의 생산수율을 위해서는 적절한 물질전달 면적을 유지시키는 것이 전극면적을 증가시키는 것보다 중요하였으며, 전극면적과 운전시 간은 최종 수용액의 U(IV) 조성에 큰 영향을 주는 것을 알 수 있었다 또한 여러 계의 조건에서 최종 용액의 U(IV) 생산 조건을 만족시키기 위한 최적 전극면적이 계산되었다. 수용상의 최적 질산 농도는 U(IV) 생산만을 위해서는 약 0.37M이나, 용액중의 U(IV)의 가수분해를 방지하기 위해 최소한 0.5M을 유지해야 함을 알 수 있었다.

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.