Radioactive cesium well known as representative radioactive nuclide should be restricted because of its high radioactivity (through the emission of gamma rays), long half-life (30 years) and cause severe harm to human health and organism. Methods involving solvent extraction, precipitation and adsorption have been used for capturing hazardous cesium. Among them, adsorption is reported to a better method due to high selectivity, rapid separation, high thermal, and radiation stabilities. Recently, various substrates functionalized with metal ferrocyanide show exceptional adsorption capacity towards radio-cesium. Among them, functionalized mesoporous silica-coated magnetic nanoparticle is well separated, but precipitated, and has low capacity due to their size of hundred-nanometer scale. In this study, magnetic iron oxide nanoparticles (MNPs) embedded in functionalized mesoporous silica have been synthesized for high surface area for high capacity, and easy magnetic separation. Because surface area and magnetic separation are related to the thickness of silica and the size of magnetic nanoparticle respectively, the thickness of silica and the size of magnetic nanoparticle is controlled. 12nm, 30nm, 42nm of MNP is obtained using a thermal decomposition method. These nanoparticles are then phase transferred and surface area enhanced with a mesoporous silica coating. The mesoporous silica-coated MNP is functionalized with metal ferrocyanide for capturing radioactive cesium. The pore structure disappears after functionalization, to maintain the pore structure after functionalization, the organic solvent is added in synthesis to increase pore size. This study means this functionalized mesoporous silica-coated magnetic nanoparticle used as adsorbent which is easily separated magnetic and has high capacity using the space of silica the captured radioactive cesium in a functionalized nanoparticle can be separated easily from water by using a strong magnet.
우라늄의 핵분열 생성물 중 대표적 방사성 핵종으로 잘 알려진 세슘은 감마선을 오랜 기간 방출해 인체 건강에 심각한 손상을 야기할 수 있기 때문에 특별히 관리돼야 한다. 용매 추출법, 침전, 그리고 흡착과 같은 방법들이 세슘을 제거하는데 사용되어 왔다. 이런 방법 중 흡착이 선택적이고 빠르게 제거하며 열적, 방사선 안정성을 지니기 때문에 더 나은 방법으로 알려졌다. 최근 전이 금속 페로사이아나이드로 기능화된 다양한 기질들이 매우 높은 방사성 세슘 흡착능을 보여왔다. 이 중 기능화된 다공성 실리카로 코팅된 자성나노입자는 비교적 입자가 크기 때문에 자기적 분리가 쉽게 일어나지만, 무게 당 흡착능이 떨어지고 쉽게 침전물이 발생한다는 단점을 가지고 있다. 이 연구에서는 많은 세슘을 흡착하기 위한 작용기를 많이 붙이기 위해 넓은 비표면적을 가지고, 쉽게 자기적 분리가 되는 기능화된 다공성 실리카로 코팅된 자성 산화철 나노입자를 만들었다. 비표면적과 자기적 분리는 각각 실리카의 두께와 자성 나노입자의 크기에 비례하기 때문에 비교적 자석에 잘 끌리면서 비표면적이 넓은 나노입자의 조건을 찾기 위해 자성 나노입자의 크기와 실리카의 두께를 조절시켰다. 12 nm, 30 nm, 42 nm의 자성나노입자는 열분해법을 이용해 합성된다. 자성 나노입자들은 물에 분산되고 다양한 두께의 실리카로 코팅되었다. 각각의 다공성 자성나노입자들은 용액 내에 분산된 후 자석에 의해 용액 내에서 각기 다른 시간 내에 분리되는 것을 확인했다. 다공성 실리카로 코팅된 자성나노입자는 세슘을 흡착하기 위해 전이 금속 페로사이아나이드로 기능화된다. 기능화 이후 내부 포어 구조가 거의 없어지는 현상을 발견하고, 합성 중 유기 용매를 넣어 포어의 크기를 키움으로써 기능화 이후에도 내부 포어 구조가 잘 유지되게 했다. 이러한 연구는 실리카 내부의 공간을 이용함으로서 매우 효율적이면서 자석에도 쉽게 분리되는 흡착제로 사용될 수 있음을 의미한다. 세슘은 기능화된 나노입자에 흡착되어 강한 자석에 의해 물에서 분리될 수 있다.
