GC 전극에서 황산 용액 중 벤젠의 전기화학적 산화

김광욱(Kwang Wook Kim),이일희(Eil Hee Lee),유재형(Jae Hyung Yoo) 한국화학공학회 1999 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.37 No.3

The benzene oxidation dissolved in sulfuric acid was investigated at a glassy carbon(GC) electrode by recording cyclic voltammograms and chronoamperograms to see its electrochemical behavior with changes of several parameters. Some of the results were compared with those at Pt electrode and a probable mechanism for benzene oxidation at GC electrode was suggested. Benzene was observed to be oxidized at first into benzoquinone by some active oxygen adsorbed on GC electrode in the oxygen evolution region. The glassy carbon electrode has been proposed to be suitable to produce selectively benzoquinone or hydroquinone from benzene solution. The applied potential for benzene oxidation had to be less than 2.1 volt vs. RHE to prevent electrode damage due to corrosion in a long operation. The benzene oxidation mechanism and its products were confirmed to depend on the electrode to be used.

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

포스터 발표 - 에너지환경분과 / 화학공정분과 : 연속식 용매추출 장치이용 TBP 에 의한 방사선폐액 내 잔존우라늄 제거

이일희,김광욱,임재관,권선길,유재형 ( Eil Hee Lee,Kwang Wook Kim,Jae Gwan Lim,Seon Gil Kwon,Jae Hyung Yoo ) 한국공업화학회 1997 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.1990 No.3

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.

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.

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.

연속식 용매추출 장치이용 TBP 에 의한 방사선폐액 내 잔존우라늄 제거

이일희,김광욱,임재관,권선길,유재형 ( Eil Hee Lee,Kwang Wook Kim,Jae Gwan Lim,Seon Gil Kwon,Jae Hyung Yoo ) 한국공업화학회 1997 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.1997 No.0

TBP 용매추출에 의한 잔존 우라늄 제거공정 평가

이일희,김광욱,임재관,권선길,유재형 ( Eil Hee Lee,Kwang Wook Kim,Jae Gwan Lim,Seon Gil Kwon,Jae Hyung Yoo ) 한국공업화학회 1998 공업화학 Vol.9 No.2

본 연구에서는 19계 성분 원소들이 함유된 모의 방사성 용액으로부터 미량 잔존하고 있는 U을 분리하기 위한 최적 조건 설정 및 연속공정으로의 최적화하기 구성을 최적화하기 위한 공정 평가를 수행하였다. 실험은 TBP에 의한 용매추출 공정을 선정하여 총 18단 2조의 연속식 용매추출 장치인 혼합정치조를 이용하였다. U, Np, 및 Tc 의 추출율은 각각 99.2%, 32.1%, 및 99.9%이며, 기타 원소들은 1∼4% 정도가 추출되었다. U의 경우 다성분계 회분식에서 얻어진 Nd나 Fe와 같은 공존원소의 영향으로 인하여 U이 약 80% 정도만이 추출된다는 기존 보고를 능가하는 것으로, 이는 다단 연속추출 장치의 특성에 기인하는 것 같다. 그리고 Np의 추출을 감소는 질산용액에 존재하는 다양한 산화가 상태에 기인하며, Tc의 경우는 Tc과 공존하고 있는 Zr 또는 U과의 착물 형성에 의해 추출율이 증가된 것으로 사료된다. 한편 유기상으로 추출된 모든 원소들은 0.01M의 질산에 의해 99% 이상이 수용상으로 역추출되었다. 이상의 결과로부터 TBP에 의한 잔존 U 제거 공정은 별 문제가 없다. 다만 Np이 추잔상과 U 생성물로 각각 분배되어 있으므로 방사성 핵종의 확산방지 측면에서 이를 한 공정에서 총괄 처리할 수 있는 공정 개발이 요구된다. This study was carried out to find the optimal operating conditions for separation of residual uranium from the simulated radwaste solution containing 19 elements, and to evaluate the validity of the process. The selected process was based on the solvent extraction with TBP(tributyl phosphate). As an extractor, two miniature mixer-settlers with a total of 18 stages were used. Extraction yield of U, Np and Tc was about 99.2%, 32.1%, and 99.9%, respectively. The other elements were coextracted in the range of 1-4%. Extraction yield of U exceeded those of the previous work performed with batch system, which resulted in the low extractability of U (about 80%) according to the coexisting element such as Nd and Fe. It was due to the characteristics of multi-stage extractor. On the other hand, low extractability of Np was caused by various oxidation states in the nitric acid medium. In the case of Tc, its high extractability may be attributed to the complex formation with Zr and U, which is not well proved yet. All elements extracted with TBP were stripped into aqueous phase more than 99% by 0.01M HNO₃. From the results, this process has no problem with respect to the removal of nuclides with long half-life such as U, Np, and Tc. To prevent the diffusion of radioactive nuclide, however, overall separation of Np in the same step was required, because Np was distributed in the raffinate and U product, respectively.