Elevated temperature is expected at the deep geological repository (DGR) due to decay heat from spent nuclear fuel and positive geothermal gradient. The resulting elevated temperature would change the aqueous speciation and surface complexation of uranium which is the major component in spent nuclear fuel. Being a long-lived and radiotoxic element describing the uranium migration is of cardinal importance to demonstrate the long-term safety of DGR. A surface complexation model (SCM) describing the uranium adsorption on complex mineral systems would be an effective tool to predict uranium migration. To build such models information on dissolved and adsorbed species of uranium should be generated. Alumina can be considered a structural and functional analog to complex minerals like aluminosilicates which are omnipresent in the subsurface system. Therefore, the present study aimed to assess the temperature dependence on aqueous speciation and adsorption of U(VI) on alumina. Experimental temperatures were 25°C, 55°C and 70°C. Time-resolved laser fluorescence spectroscopy (TRLFS) was applied to assess the dissolved and adsorbed U(VI) species in the pH range 6.5-9.0. In terms of aqueous speciation, both hydrolysis species and tricarbonato coexist at 25°C. However, at elevated temperatures hydrolysis species dominated the system. In the case of adsorption, both uranyl hydrolysis species and tricarbonato species were found to be adsorbed at 25°C. However, at elevated temperatures, two hydrolysis species were adsorbed. This transition might have enhanced the U(VI) adsorption at elevated temperatures. Attenuated total reflectance-Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) confirmed the adsorption of uranyl tricarbonato species at 25°C and electrophoretic mobility measurements suggest the mechanism to be inner-sphere coordination. Combining the present results with temperature-dependent adsorption studies on silica and aluminosilicates a reliable SCM can be proposed for the subsurface system to explain U(VI) migration.
사용 후 핵 연료의 붕괴열과 양의 지열 기울기로 인해 심지층처분장(DGR)의 온도 상승이 예상된다. 온도 상승은 사용 후 핵연료의 주요 구성 요소인 우라늄의 수용성 핵종 분포와 표면 반응을 변화시킬 것이다. DGR의 장기안전성을 입증하기 위해서는 수명이 길고 방사능 독성이 있는 우라늄의 거동을 설명하는 것이 중요하다. 알루미나는 지표에 널리 존재하는 알루미늄 규산염과 같은 복잡한 광물과 구조 및 기능적으로 유사하다. 따라서 본 연구는 수용성 핵종분포에 대한 온도 의존성과 알루미나에 대한 U(VI)의 흡착을 평가하는 것을 목표로 했다. 실험 온도는 25°C, 55°C, 70°C였다. 25°C에서 가수분해종과 카보네이트종은 공존하나, 높은 온도에서는 가수분해종이 지배적이다. 흡착의 경우 두 종 모두 25℃에서 흡착이 되었고, 높은 온도에서는 두 개의 가수분해종이 흡착되었다. 이는 높은 온도에서 U(VI) 흡착능이 향상된것으로 해석된다. ATR-FTIR을 이용하여 25°C에서 카보네이트종의 흡착을 확인했으며, 전기영동 이동도 측정은 이 과정이 내부계면 반응임을 보여준다. 현재의 결과를 규소 및 알루미늄 규산염에 대한 온도 의존적 흡착 연구와 결합하면 U(VI) 거동을 설명하기위한 표면 흡착 모델링의 중요 데이터로 활용할 수 있다.
