토도로카이트(todorokite)는 MnO6 팔면체가 모서리를 공유하는 터널구조에 Mg2+가 포함된 망간산화광물 로, 이의 Cs 흡착 및 고정물질로의 적합성과 효율성을 알아보기 위해 합성된 토도로카이트에 Cs을 이온교환시킨 후 고온 처리 및 용출 실험을 통해 Cs의 용출양을 측정하였다. 본 연구에 사용된 토도로카이트는 Na-버네사이트 (birnessite)를 Mg-부저라이트(buserite)상태로 조성 후 이를 전구물질로 이용하여 합성하였다. Cs을 이온교환시킨 토도로카이트를 고온 처리한 결과, 온도가 증가함에 따라 버네사이트, 하우스마나이트(hausmannite)로 광물상의 변 화가 나타났다. Cs이 이온교환된 토도로카이트는 증류수와 1 M NaCl 용액과 반응 시간을 달리하여 용출량을 측 정하였는데 용출량 변화는 온도구간에 따른 광물상 변화, 반응시간, 반응 용액의 종류에 따라 상이한 용출량을 보 였다. 전반적으로 1 M NaCl과 반응한 시료에서 Na와의 이온교환 반응에 의하여 용출이 더 컸으나 어느정도 Cs의 고정 효과가 있는 것으로 나타났다. 처리 온도가 높을수록 Cs의 용출량은 증가하다 다시 감소하였는데 이는 각 온 도에서 형성된 광물상과 밀접한 관련이 있으며 버네사이트가 형성되면서 용출량은 증가하나 버네사이트가 감소함에 따라 용출량은 다시 감소하고 고온에서 하우스마나이트로 상변화되면서 Cs의 용출량은 급격히 줄어들었다. 이러한 연구 결과는 Cs을 이온교환시킨 토도로카이트의 고온 처리를 통하여 Cs을 효과적으로 고정하고, 확산을 막는 물 질로 활용할 수 있음을 보여준다.

Todorokite is a manganese oxide mineral containing Mg2+ in a tunnel structure in which MnO6 octahedra share corners. In order to investigate the suitability and efficiency of high temperature-treated todorokite as a material for adsorption and fixation of Cs, Cs was ion exchanged and the amount of leached Cs from todorokite was measured. The todorokite used in this study was synthesized by transforming Nabirnessite to Mg-buserite and used as a precursor. After high temperature treatment, Cs exchanged todorokite changed to birnessite and hausmannite as the temperature increased. The amount of leached Cs was investigated for Cs exchanged todorokite which was reacted with distilled water and 1M NaCl solution at different reaction times. In general, for the samples reacted with 1M NaCl solution, the fixation of Cs was quite effective, although the amount of leached Cs was greater due to the ion exchange reaction with Na. As the treatment temperature increased, the amount of leached Cs increased and then decreased again, which was related to the mineral phases formed at each temperature. As birnessite was formed, the amount of leached Cs increased, but as birnessite decreased, that decreased again. As the mineral phase changed to hausemanite, the amount of Cs decreased rapidly. The results of our study show that Cs exchanged todorokite can be used as a material that effectively fixes Cs and prevents its diffusion by high temperature treatment.

• 김성엽(경북대학교 지구시스템과학부) | Seongyeop Kim (School of Earth System Sciences, Kyungpook National University, Daegu 41566, Korea)
• 김영규(경북대학교 지구시스템과학부) | Yeongkyoo Kim (School of Earth System Sciences, Kyungpook National University, Daegu 41566, Korea) Corresponding author
• 박창윤(경북대학교 지구시스템과학부) | Changyun Park (School of Earth System Sciences, Kyungpook National University, Daegu 41566, Korea)