This thesis deals with the chromatographic behavior of sorbates involved in three types of heterogeneous sorption systems: ⑴ a system with simultaneous ion exchange and electrolyte adsorption; ⑵ a system with various types of sorption sites; and ⑶ a multiphase system. The local equilibria between the phases are assumed, and the theory of shock waves and the concept of coherence are used to predict the dynamic behavior of these systems. For the type-1 system, a simplified model with a Langmuir-type sorption isotherm is proposed. Through case studies and experiments, it is shown that electrolyte adsorption may play an important role in the migration of solutes through geologic media. For the type-2 system, a new concept of sorption affinity is proposed for predicting the chromatographic propetry of a general competitive sorption. In addition, some concrete expressions of affinity order are derived and examined to show the usefulness of the concept. For the type-3 system, a set of equations governing the multiphase transport of sorbates are formulated and applied to the colloid-facilitated transport of radionuclides. Through numerical calculation, several conditions under which such transport is important are presented and examined.
이 논문은 흡착 크로마토그래피의 기본원리와 쌍곡형 1차 편미분방정식 이론을 바탕으로 다음과 같은 비균질흡착계의 동특성을 해석한다.
(1) 이온교환과 전해질흡착이 함께 일어나는 계;
(2) 흡착질(Sorbent)이 여러 종류의 흡착 site를 가지고 있는 경우;
(3) 독립적인 이동매체가 둘 이상 존재하는 경우.
정지상과 이동상 간에 국부적인 흡착평형이 이루어진다고 가정하며, 이동상의 흐름에 따른 동특성을 강조하기 위해 피흡착질(Sorbate)의 분산(Dispersion)은 고려하지 않는다.
먼저 1장에서 전체 연구의 기초가 되는 Coherence 개념과 Shock Wave에 대한 수학적 이론을 고찰하였다. 특히 1.2.4 절에서는 일반적인 연립 Conservation Law에 적용할 수 있는 수치적인 해법을 제시하였다.
첫번째 비균질 흡착계에 대한 연구(2장)에서 두 흡착현상을 함께 고려할 수 있는 일정 분리계수(Constant Separation Factor) 이온교환 평형식(Isotherm)과 Langmuir형태의 전해질흡착평형식을 선형조합한 하나의 간단한 평형식을 도입하였다. 몇가지 대표적인 경우에 대한 계산과 모래에 대한 전해질 흡착실험을 통해 이 모델의 타당성을 확인하였으며, 아울러 전해질흡착이 중요한 이온흡착메카니즘이 될 수 있음을 알았다.
두번째 비균질계에 대한 연구(3장)에서는 먼저 일반적인 경쟁흡착계의 동특성을 예측하는 데 적용할 수 있는 새로운 흡착친화도(Sorption Affinity)개념을 제안하였다. 이 개념은 친화도순서를 Affinity Cut의 항으로 나타낼 수 있다면 이 Affinity Cut를 이용하여 경쟁하는 피흡착질들의 크로마토그래피적인 움직임을 기술할 수 있다는 데 착안하고 있다. 이 개념을 흡착질이 여러가지 서로다른 흡착 Site 를 갖는 경우에 적용하여 친화도순서에 대한 구체적인 표현을 유도하였으며, 이 동적 개념이 기존의 정적 개념에 비해 보다 일반적이고 유용한 것임을 증명하였다.
마지막 세번째 비균질계에 대한 연구(4장)에서는 용질을 이동시키는 독립적인 매체가 둘 이상 있을 때, 특히 이 이동매체들이 용질을 흡착할 뿐만 아니라 스스로 정지상에 흡착되거나 여과될 때, 용질의 이동을 기술하는 일련의 식을 유도하였으며, 간단한 구체적인 문제에 대한 해를 구성하였다. 이 수학적인 모델을 써서 지하수에서 콜로이드와 같은 입자들이 방사핵종의 이동에 미치는 영향을 고찰하여 이러한 입자에 의한 방사핵종이동이 중요하게 되는 조건들을 제시하였다.
