방사성 세슘만 골라 빠르고 안전하게 제거한다

[이데일리 강민구 기자] 겹꽃 모양 나노구조의 흡착제로 물속 방사성 세슘을 빠르고, 안전하게 정화할 방법이 제시됐다. 이 방법은 원자력시설 사고 시 발생하는 대량 방사성 폐수나 원전 해체 시 발생하는 강산성의 제염 공정 폐액 처리에 활용성이 높다.

한국원자력연구원은 양희만 박사팀이 속은 비어 있으면서 표면적이 큰 ‘세슘 제거용 꽃모양 티타늄·페로시아나이드 나노흡착제’를 개발했다고 28일 밝혔다.

한국원자력연구원은 방사성 세슘을 제거하는 겹꽃 모양의 흡착제를 새로 개발했다.<사진=한국원자력연구원>

세슘은 방사성 폐수 정화 과정에서 중요한 부분을 차지한다. 방사성폐수 특성상 세슘과 화학적 거동이 비슷한 나트륨, 칼륨 등 경쟁이온이 섞여 세슘만을 선택적으로 제거하기 어려웠다.

전 세계적으로도 세슘만을 제거하기 위한 다양한 흡착제 개발이 이뤄졌지만 제조과정이 복잡하고, 경쟁이온이 많거나 제염 후 만들어진 폐수처럼 고산성의 환경에서 세슘 제거 효율이 저하됐다.

원자력연이 개발한 티타늄·페로시아나이드 나노흡착제는 세슘 흡착 효율을 향상시키기 위한 특별한 구조로 만들어졌다. 세슘 흡착에 활용하지 않는 입자 내부는 빈공간으로 만들어 무게를 줄이고, 입자 표면은 표면적이 큰 겹꽃 모양의 나노구조로 합성했다.

그 결과, 속이 비어 있지 않은 기존 미립자 형태의 금속·페로시아나이드에 비해 세슘 흡착 속도가 1만배 빨랐다. 후쿠시마 사고 수습에 사용된 타이타노 실리케이트에 비해서도 32배 속도가 빨랐다.

흡착 용량도 우수한 것으로 확인됐다. 1g 당 최대 454mg의 세슘을 제거하는 것으로 분석됐다. 기존 금속·페로시아나이드 대비 3배, 타이타노 실리케이트 대비 1.7배 높다.

특히 실제 환경에서 활용성이 높다. 경쟁 이온인 칼륨이 5000ppm 이상 들어 있는 폐수에서도 세슘을 선택하는 분배계수가 타이타노 실리케이트보다 261배 높게 나타났다.

양희만 박사는 “제조가 쉽고 간편하면서 대량생산도 가능하다”며 “기존 흡착제에 비해 성능이 우수하고 적은 양으로도 대량의 방사성 폐수를 처리할 수 있어 폐액 처리 비용을 줄일 수 있을 것”이라고 말했다.

연구결과는 지난 9일 화학공학 분야 국제 학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’에 게재됐다.