Nuclear energy generated by nuclear powerplant is nowadays regarded as an indispensable energy source in the pursuit of carbon neutrality. To ensure the safe operation, it is imperative to manage the waste containing low-concentration tritium(T). Recently, the separation of T is achieved through the Combined Electrolysis and Catalytic Exchange (CECE) process which involves the exchange reaction of T between hydrogen and water, transpiring within Liquid-phase catalytic exchange (LPCE). While such a process, the regulation of the hydrophobicity of the catalyst is challenging because water acts as a reactant but also serves as a poison, deactivating the catalyst. This study proposes the catalyst in the form of a composite with post-synthetically modified metal-organic framework (MOF) loaded with platinum and macroporous polymer. This catalyst prevents deactivation caused by excessive water access by leveraging its water-repelling property, all the while allowing the entry of a sufficient number of water molecules for the reaction. Its structural characteristics, water-repelling properties were analyzed. The influence of the hydrophobically modified MOF support introduced in the catalyst was confirmed by measuring column efficiency under various conditions and proving the dynamic adsorption of water molecules on the platinum. Furthermore, through the radiation stability assessment and revealing the maintenance of catalytic activity for long-term reaction, we demonstrated the suitability of the proposed catalyst for hydrogen-water isotope exchange reaction.
원자력 에너지는 탄소 중립을 달성하기 위한 필수적인 에너지원 중 하나로 여겨진다. 안전한 원자력 발전을 위해 저농도 삼중수소 함유 폐수를 효과적으로 처리하는 것이 중요하며, 최근에는 물과 수소 기체 사이 삼중수소 치환 반응을 이용한 액상 촉매 교환을 포함하는 결합된 전기분해-촉매교환 공정이 주로 이용된다. 그러나 액상 촉매 교환 시 물은 반응물임과 동시에 촉매 활성 억제제로서 작용하기 때문에, 촉매에 적절한 소수성을 부여하는 것이 어렵다. 본 연구는 합성 후 변형된 금속-유기 구조체에 백금을 담지하고, 고분자와 복합체를 이루는 형태의 촉매를 제안한다. 이 촉매는 과량의 물의 접근에 의한 촉매 비활성화를 방지하고, 반응을 위한 충분한 양의 물 분자의 출입을 허용하는 선택적 소수성을 가진다. 그 구조적 특성 및 소수성 성질이 분석되었으며, 여러 조건에서 컬럼 효율을 측정하고, 백금 촉매에 대한 물분자의 흡탈착 거동을 분석하여 촉매 지지체인 금속-유기 구조체에 대한 소수성 변형의 영향을 확인하였다. 또한, 방사선에 대한 안정성 평가 및 장기적 촉매 성능 유지를 확인하여 제안된 촉매가 수소-물 동위원소 치환 반응 촉매로서 적합함을 입증하였다.
