• 방사성폐기물학회지
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• 제13권3호
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• pp.229-233
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• 2015

파이로프로세싱 전해환원 공정에서 현재 사용 중인 Pt 양극을 대체하기 위한 소재 개발은 매우 중요하다. 이 연구에서는 전기화학 반응시 산소를 발생시키는 전도성 세라믹 양극으로서 TiN의 전기화학적 거동을 알아보았다. UO₂의 전해환원이 일어나는 동안 TiN 양극의 적합성과 안정성에 대한 평가를 진행하였다. LiCl-Li₂O 용융염에서 TiN 양극을 이용하여 UO₂를 전기화학적으로 금속 U로 변환시킬 수 있었다. 반응 도중 TiN의 산화 반응은 관찰되지 않았다. 하지만 TiN 내부에서 공공이 생기는 것을 확인하였으며, 이에 따라 소재 수명에 제한이 있을 것으로 판단된다.

• 한국분말재료학회지
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• 제21권6호
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• pp.422-428
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• 2014

In this study, the reduction kinetics and behaviors of oxides in the water-atomized iron powder have been evaluated as a function of temperature ranging $850-1000^{\circ}C$ in hydrogen environment, and compared to the reduction behaviors of individual iron oxides including $Fe_2O_3$, $Fe_3O_4$ and FeO. The water-atomized iron powder contained a significant amount of iron oxides, mainly $Fe_3O_4$ and FeO, which were formed as a partially-continuous surface layer and an inner inclusion. During hydrogen reduction, a significant weight loss in the iron powder occurred in the initial stage of 10 min by the reduction of surface oxides, and then further reduction underwent slowly with increasing time. A higher temperature in the hydrogen reduction promoted a high purity of iron powder, but no significant change in the reduction occurred above $950^{\circ}C$. Sequence reduction process by an alternating environment of hydrogen and inert gases effectively removed the oxide scale in the iron powder, which lowered reduction temperature and/or shortened reduction time.

• 방사성폐기물학회지
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• 제15권4호
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• pp.313-320
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• 2017

LiCl-KCl 용융염에서 광학적으로 투명한 텅스텐 망으로 제작된 작업전극에 대해 사마륨의 전기화학적 거동을 Cyclic voltammetry와 Potential step chronoabsorptometry의 전기화학적 및 분광전기화학적 방법으로 조사하였다. Cyclic voltammogram으로 결정된 $Sm^{3+}/Sm^{2+}$의 산화환원 반응의 가역성을 기반으로 형식전위와 확산계수를 계산하여 각각 -1.99 V vs. $Cl_2/Cl^-$와 $2.53{\times}10^{-6}cm^2{\cdot}s^{-1}$를 얻었다. 작업 전극에 -1.5 V vs. Ag/AgCl (wt%)로 전압을 인가하여 측정한 Chronoabsorptometry를 통해 사마륨 이온의 특성 파장으로 $Sm^{3+}$에 대해 408.08 nm, $Sm^{2+}$에 대해 545.62 nm를 확인하였다. Voltammogram에서 얻은 환원 피크 전압과 산화 피크 전압을 이용하여 Potential step chronoabsorptometry를 수행하였다. 545.63 nm의 흡광피크 값을 분석하여 $2.15{\times}10^{-6}cm^2{\cdot}s^{-1}$의 확산계수를 얻었으며 이 값은 동일한 온도에서 Cyclic voltammtry 분석으로 얻은 값과 큰 차이를 보이지 않았다. 실험결과로부터 고온 용융염에서 광학적으로 투명한 작업전극을 이용한 분광전기화학적 방법이 용융염에 용해된 이온의 종류를 확인하며 전기화학적 거동을 조사하는데 유용한 도구로 활용될 수 있음을 확인하였다.

• 지질공학
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• 제12권4호
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• pp.471-484
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• 2002

금강 유역의 충적층(면적 $3,029\textrm{km}^2$)에는 총 81억톤에 이르는 지하수가 부존하는 것으로 알려져 있으나, 과도한 농업활동에 의해 질소계 비료의 사용량이 증가함(250 N kg/ha 이상)에 따라 질산염 오염이 증가하고 있다 본 연구에서는 금강 권역의 대표적인 충적층 분포 지역의 충적층 지하수를 대상으로 질산염의 오염 현황 및 거동 특성을 파악하고자 광역적인 수리지구화학 연구를 수행하였다. 채취된 지하수 시료(총 186개)는 대체적으로 높은 질산염 농도(평균 42.2 mg/L, 최대 295 mg/L)를 보여주어 심하게 오염되어 있음을 나타내었다. 특히, 채취된 시료의 약 29%는 먹는물 수질 기준(44 mg/L $NO_3$)을 초과하고 있다. 연구지역 내 지하수 중의 질산염의 분포는 충적 대수층의 지구화학적 환경에 따라 크게 좌우되고 있다. 특히, 충적층 지하수의 산화-환원 전위(Eh)의 감소는 질산염의 농도 및 철과 망간의 농도 감소와 뚜렷한 상관성을 나타내었다. 따라서, 충적 대수층 지질매체 자체의 퇴적 환경의 차이를 반영하는 것으로 판단되는 산화-환원 상태(redox state)의 변화는 충적층 지하수 내의 질소계 오염물질의 거동을 지배함은 물론 탈질(denitrification)에 의한 자연저감을 조절하고 있는 것으로 판단된다. 특히, 탄소가 풍부한 실트질 충적층의 존재는 혐기성 환경을 조성함으로써, 질산염 오염에 대하여 상당한 정도의 완충 능력을 지니게 하는 것으로 판단된다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제17권1호
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• pp.82-89
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• 2006

The redox behaviors of anode-supported flat tube for solid oxide fuel cell has been studied. The mass change of the extruded NiO/YSZ anode flat tube during redox cycling was examined by thermogravimetric analysis(TGA). The result of TGA was shown a rapidly mass change in the range of $455\;-\;670^{\circ}C$ and the reoxidation of the NiO/YSZ anode was almost completed at $750^{\circ}C$. The starting temperature of reoxidation and the maximum temperature of oxidation rate decreased with increasing the reoxidation cycle, which is attributed to the increased porosity caused by volume change. Bending strengths of the NiO/YSZ anode after redox cycling were 96 - 80 MPa and the bending strength decreased slightly with increasing the redox cycle. On the other hand, the bending strength of the NiO/YSZ anode with electrolyte showed 130 MPa after first redox cycling but decreased rapidly with increasing the redox cycle. From the results of the bending test and the microstructure observation, we conclude that the crack initiation of the electrolyte-coated NiO/YSZ anode was induced easily at interface of electrolyte/anode tube and propagated cross the electrolyte.

• 방사성폐기물학회지
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• 제8권1호
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• pp.33-39
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• 2010

산화물 사용 후 핵연료를 처리하는 전해환원공정에서는 LiCl 용융염계에서 산소가 생성되는 반응을 수반하게 되며, 생성된 산소로 인해 반응기의 구조재료를 상당히 부식시킬 수 있는, 화학적으로 심각한 반응환경을 조성한다. 따라서, 고온 용융염을 다루는 전해환원 공정장치를 위해서는 최적의 재료를 선택하는 것이 필수적이다. 본 연구에 서는 리튬용융염, $675^{\circ}C$, 216시간동안 산화분위기에서 코팅이 안 된 초합금과 코팅된 초합금 시편의 고온 부식연구를 수행하였다. IN713LC 초합금 시편에 aluminized NiCrAlY bond 코팅 후 $Y_2O_3$ top 코팅을 하였다. 코팅이 안 된 초합금은 부식층의 빠른 성장응력과 열적응력에 의한 부식층의 박리로 명확한 무게손실을 보인다. 탑 코팅의 화학적 및 열적 안정성으로 인해 고온 리튬용융염을 다루는 구조재료의 부식 저항성이 증가함을 확인할 수 있었다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제20권1호
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• pp.53-62
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• 2015

동해 울릉 분지 내 메탄 하이드레이트가 매장된 지역에서 혐기적 메탄 산화와 연관된 미생물 군집 특성을 이해하기 위해 메탄 누출이 있는 대륙사면 정점(UBGH2-3)과 메탄 누출이 없는 분지 정점(UBGH2-10)에서, (1) 퇴적물의 지화학적 성분 및 황산염 환원율을 측정하였으며, (2) 기능성 유전자 분석을 통해 혐기적 메탄 산화 미생물 및 황산염 환원 미생물 군집의 정량 및 다양성 분석을 수행하여 그 결과를 비교하였다. 황산염-메탄 전이지대(sulfate and methane transition zone, SMTZ)는 UBGH2-3에서 0.5~1.5 mbsf (meters below seafloor), 그리고 UBGH2-10에서는 6~7 mbsf에 분포하는 것으로 나타났다. 두 지역의 SMTZ에서 측정된 황산염 환원율은 UBGH2-3의 1.15 mbsf에서 $1.82nmol\;cm^{-3}d^{-1}$으로 나타났고, UBGH2-10의 SMTZ에서 황산염 환원율은 $4.29nmol\;cm^{-3}d^{-1}$으로 높은 값을 보였다. 총 미생물 16S rRNA gene과 기능성 유전자인 mcrA (methyl coenzyme M reductase subunit A) 및 dsrA (dissimilatory sulfite reductase subunit A)의 정량 PCR 결과 두 정점의 SMTZ 부근에서 상대적으로 높게 검출되었다. 그러나 UBGH2-10지역에서 mcrA 유전자는 SMTZ 아래인 9.8 bmsf에서 가장 높게 검출되었다. mcrA 유전자의 다양성 분석 결과 두 지역의 SMTZ와 그 아래 퇴적층에서 혐기성 메탄산화 고세균(ANME: Anaerobic MEthanothoph) 군집인 ANME-1이 우점하였다. 한편, ANME-2 군집은 메탄 누출이 발생하는 UBGH2-3지역의 2.2 mbsf 층에서만 관찰되었고, 더불어 dsr 유전자 다양성 분석 결과 ANME-2와 컨소시엄을 이루는 Desulfosarcina-Desulfococcus (DSS) 이 나타났다. 본 연구 결과, ANME-1과 ANME-2은 동해 심부 퇴적 환경에서 혐기적 메탄 산화 및 생성 과정에 관여하는 중요한 고세균 군집으로 사료되며, 또한 ANME-2/DSS 컨소시엄은 메탄이 누출되는 지역인 UBGH2-3과 같이 혐기적 메탄 산화가 활발한 곳에서 메탄 거동을 조절하는 중요한 미생물 그룹으로 인식된다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제1권1호
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• pp.47-53
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• 2003

한국원자력연구소에서는 산화물 형태의 사용후핵연료를 용융염 매질에서 금속으로 전환함으로써 사용후핵연료의 발열량, 부피 및 방사능을 1/4로 감소시킬 수 있는 전기화학적 금속전환공정을 개발하고 g 규모(3-40g $U_{3}O_{8}$ batch)로 기초실험을 수행하고 있다. 본 연구에서는 전기화학적 금속전환 장치를 5kg $U_{3}O_{8}$ batch 규모로 설계 제작하고, 목표로 하고 있는 20kg $U_{3}O_{8}$ batch 규모 핫셀 실증을 위한 장치설계자료를 산출하기 위해 mock-up test를 수행하였다. 운전변수에 따른 $U_{3}O_{8}$의 전기화학적 환원거동을 규명하였으며, $U_{3}O_{8}$ 분말을 99% 이상 금속전환하여 전기화학적 금속전환공정의 타당성을 kg 규모로 검증할 수 있었다.

• 자원리싸이클링
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• 제26권3호
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• pp.17-25
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• 2017

전기로 제강분진은 고철을 전기로에서 용해하는 과정에서 발생하는 휘발성분들이 공기 중의 산소와 반응하여 산화물형태로 포집된 미세분말로써 다양한 특성을 가지고 있다. 이러한 전기로 제강분진의 효율적인 자원화를 위해서 반응속도론적 기초실험과 Pilot 규모의 생산실험을 병행하여 실시하였다. 그 결과 전기로 제강분진은 다양한 구성성분과 화합물로 구성되어 있었으며 공통적으로 Cl과 알카리 성분이 다량으로 존재함에 따라 자원화를 위한 실제 조업에 큰 악영향을 미치는 화합물의 형성이 예상된다. 휘발거동은 $1100^{\circ}C$ 영역에서 활발히 진행되고 $1250^{\circ}C$ 영역에서는 용융현상이 나타남을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 Pilot규모의 실증테스트의 결과로 얻은 조산화아연과 환원철의 형성거동에서도 동일한 결과를 얻었다. 이러한 결과는 전기로 제강분진의 자원화 플랜트의 설계 및 조업조건 설정에 유용한 기초자료로 활용이 기대된다.

• 자원환경지질
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• 제56권6호
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• pp.847-870
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• 2023

고준위 방사성폐기물을 심지층에 안전하게 처분하기 위해서는 방사성 핵종의 장기적 지구화학 거동에 대한 정확한 예측이 요구된다. 이와 관련하여 본 연구에서는 국내 심부 지하수를 대표하는 다섯가지 지화학 환경 조건에서 지화학 모델링을 수행하여 일부 방사성 핵종의 지화학 거동을 예측하였다. 다섯가지 국내 심부 지하수의 지화학 환경은 다음과 같다: 고 TDS 염지하수(G1), 산성 pH의 CO₂가 풍부한 지하수(G2), 고 pH 알칼리성 지하수(G3), 황산염이 풍부한 지하수(G4), 묽은(담수) 지하수(G5). 3~12의 pH 범위와 ±0.2V의 산화-환원전위(Eh) 조건에서 일부 방사성 핵종(우라늄, 플루토늄, 팔라듐)의 국내 심부 지하수 내에서의 용해도와 화학종(존재형태)을 예측하였다. 모델링 결과, 용존 상태의 우라늄은 주로 U(IV)로서 중성~알칼리성의 넓은 pH 환경에서 높은 용해도를 보였으며, Eh가 -0.2V인 환원 환경에서도 알칼리 pH 조건에서 높은 용해도를 보였다. 이러한 높은 용해도는 주로 Ca-U-CO₃ 착물의 형성에 의한 것으로 예측되는데, 이 착물의 활동도(activity)는 국내 심부 지하수 중 주요 단층대를 따라 산출되는 G2와 화강암반에 위치하는 G3에서 높다. 한편, 플루토늄(Pu)의 용해도는 pH에 따라 달라지며, 특히 중성~알칼리성 조건에서 가장 낮은 용해도가 나타난다. 주요 화학종은 Pu(IV)와 Pu(III)이며, 이들은 주로 흡착을 통해 제거될 것으로 추정된다. 그러나 콜로이드에 의한 이동을 고려하면, 이온강도가 낮은 심부 지하수인 G3와 G5 유형에서 콜로이드 형성 및 이동 촉진에 따라 이동성이 증가할 것으로 예상된다. 팔라듐(Pd)은 환원 환경에서는 황화물 침전 반응으로 인해 낮은 용해도를 나타내며, 산화 환경에서는 주로 금속(수)산화물에의 흡착을 통해 Pd(OH)₃^-, PdCl₃(OH)₂^-, PdCl₄^2- 및 Pd(CO₃)₂^2-와 같은 음이온 착물이 제거될 것으로 판단된다. 본 연구는 한국의 심부 지하수 환경에서 방사성 핵종의 운명과 이동에 대한 이해를 높이고, 고준위 방사성 폐기물의 안전한 처분을 위한 전략 개발에 기여할 것으로 기대된다.