To eliminate the radioisotope ${90}$Sr${2+}$ from contaminated water, various inorganic ion-exchange materials have been developed. LTA zeolite has been widely used for Sr${2+}$ capture adsorbent to get rid of Sr${2+}$ ion under contaminated water due to the high Sr${2+}$ removal at equilibrium state. Due to the small micropores of LTA zeolite, however, LTA zeolite has low adsorption kinetics, which is a weakness for continuous flow removal system. To remove Sr${2+}$ diffusion limitation through zeolite micropore, we synthesized mesoporous-sodalite (Meso-SOD), so that Sr${2+}$ ions can diffuse through only mesopores. Various experimental analyses exhibit that Meso-SOD zeolite has enough adsorption site to capture 1 ppm Sr${2+}$ ion under presence of competing cations. Pseudo-second order fitting analysis exhibits that FAU zeolite which has larger micropore (12 MR) showed 7.6 times higher kinetic value and Meso-SOD has 33 times higher that conventionally used LTA (8MR) zeolite respectively. Additionally, Sr${2+}$ removal under simulated ground and sea water, which includes competing cations (e.g., Na$^+$, K$^+$, Ca${2+}$, Mg${2+}$) are comparable or even better than LTA and FAU zeolite. We anticipate that Meso-SOD zeolite will demonstrate a sharp S-shape curve in breakthrough column experiment because of high Sr${2+}$ adsorption kinetics.
원자력 발전 과정에서 발생하는 다량의 방사성 폐기물에 포함된 방사성 스트론튬을 빠르게 제거하기 위해 흡착탑을 통한 제거방식을 선택하고 있다. 흡착탑 내부에 들어가는 흡착제는 흡착속도가 빠를수록 단위시간당 처리할 수 있는 오염수의 양이 많아지기 때문에 빠른 흡착속도를 지니는 흡착제가 요구된다. 하지만 상용 LTA 제올라이트는 흡착평형상태에서의 흡착량은 높지만 작은 미세기공 구조로 인해 낮은 흡착속도를 지니고 있다는 문제점이 있다. 본 연구에서는 미세기공의 크기를 조절한 제올라이트와 미세기공을 없애고 메조기공만 존재하는 제올라이트를 합성하여 기공크기에 따라 스트론튬 이온교환 속도를 분석하였다. 기공의 크기가 매우 작아 어느 이온도 확산할 수 없는 SOD 제올라이트에 Organosilane surfactant를 첨가하여 합성하여 메조기공만 존재하는 제올라이트를 합성하여 Meso-SOD로 명명하였다. 흡착평형 실험을 통해 상대적으로 큰 미세기공을 갖고 있는 FAU 제올라이트는 LTA 제올라이트 보다 7~8배 더 빠른 흡착속도를, 미세기공없이 메조기공만 존재하는 Meso-SOD 제올라이트는 LTA 제올라이트 보다 33배 빠른 흡착속도를 확인하였다. 또한 다양한 경쟁이온이 존재하는 지하수, 해수조건에서 1 ppm 스트론튬 이온의 제거율은 상용 LTA 제올라이트와 유사하였고, FAU 제올라이트 보다는 더 높은 제거율을 보임을 확인하였다.
