The radioactive Sr-90, which is formed from beta decay, is well known as one of the most commonly detected nuclides in radioactive waste. In 2015, it was reported that Sr-90 was observed in some soil and metal wastes among the 516 drums of radioactive waste transferred from the decommissioning site of the Korea Research Reactor (in Seoul) to the disposal site (in Gyeongju). Decontamination and sequestration of radionuclides, including Sr, from nuclear waste is important because they are hazardous and harmful to the ecological environment. Immobilization of these nuclides using a zeolite framework is suitable and simple method that has been widely studied. Therefore, it is still necessary to continuously explore the thermal stability of various zeolites and environmental changes around adsorbed cations in zeolite pore for effective immobilization of these radionuclides. In this study, we observed the thermal stability in fully Sr-exchanged natrolite (Sr-NAT), one of small-pore zeolite, from room temperature to 350°C using the in-situ synchrotron X-ray powder diffraction and thermogravimetric (TGA) analysis. In addition, we investigated the structural changes in Sr-NAT during temperature increase by Rietveld analysis. Sr-NAT exhibited apparent zero thermal expansions (ZTE) with the thermal expansion coefficients of -3(1) × 10-6 at the initial stage of increasing the temperature due to dehydration process. In the section from 250°C to 300°C, a phenomenon like negative thermal expansion (NTE) occurs in which the unit cell volume of Sr-NAT decreases despite the increase in temperature. Sr-NAT maintained well its crystallinity up to 350°C, and it became amorphous at 350°C. In this study, we provide a fundamental understanding of the structural changes and thermal stability mechanism of Sr-exchaged zeolite natrolite with increasing temperature.

광물 구조에 분포하는 철의 산화수 정보는 유⋅무기적 퇴적광물형성 시 산화환원 조건 등 과거 퇴적 환경에 대한 정보를 제공한다. 특히, 생광물화작용에서 미생물의 역할을 규명하기 위해서는 고분해능 투과 전자현미경(HRTEM) 및 전자에너지 손실 분광기(EELS)를 활용한 나노스케일 분석이 필요하다. HRTEM-EELS를 이용한 광물구조 내 철의 산화수 및 탄소 결합 구조 분석, Fe(II)/Fe(III) 및 탄소 기원 분포영상으로부터 광물생성의 생물학적 요소를 판별할 수 있다. 이와 같은 나노스케일 분석을 통하여 지질미생물학자들은 미생물-광물작용의 증거를 직접적으로 얻을 수 있다.

남극의 토양 환경에 대한 기초자료를 확보하기 위하여 킹조지섬 바톤반도에 위치한 세종기지 주변지역의 토양 성분과 토양을 구성하는 점토광물의 종류 및 분포, 조성을 규명하고자 X선 회절분석 과 습식분석(철의 산화도와 양이온 교환능 측정), 투과전자현미경-전자에너지 손실 분광분석, 전함량 분석을 실시하였다. X선 회절 분석을 실시한 결과, 스멕타이트, 일라이트, 카올리나이트, 녹니석이 주 요 점토광물로 함유되어 있으며 석영, 사장석 등의 화산활동 기원 초생광물도 함께 수반되어 나타났 다. 토양 시료의 철 산화도 분포는 대부분의 지점에서 Fe(II)이 20~40%, Fe(III)이 50% 이상 토양 입 자상에 존재하였고, 나노 스케일에서 스멕타이트를 분석했을 때 광물 구조 내 Fe(III)/ΣFe이 약 57% 로 분석되어 전체 토양의 철 산화도와 유사한 결과를 보였다. 양이온 교환능은 전반적으로 100-300 meq/kg 범위였으며, 시료 채취지점에 따른 유의미한 차이는 보이지 않았다. 전체 토양의 전함량 분석 결과, 광물의 주 구성 원소(Mg, K, Na, Al, Fe)는 지점에 따른 차이를 보이고 있는 반면, 중금속 원소 (Co, Ni, Cu, Zn, Mn)는 지점별로 유사하게 나타났다. 이러한 결과들은 토양을 구성하는 기반암이 기 본 원소 분포에 영향을 줄 수 있음을 보여준다. 따라서 본 연구 결과는 남극 지표 토양환경과 토양 내 점토광물에 대한 기초자료 확보에 있어서 많은 도움이 될 것으로 기대된다.

점토 광물의 구조 내에 들어 있는 철의 산화수는 퇴적환경의 산화/환원 조건에 대한 정보를 제 공하여 준다. 이러한 광물형성의 메커니즘을 밝히기 위해서는 고해상도를 가진 전자현미경을 이용한 나노 스케일 분석이 불가피하다. 투과전자현미경에 장착되어있는 전자에너지 손실분광 분석법(EELS)을 이용하여 정량적 철 산화수 분석을 논트로나이트 점토광물 구조 내 철의 환원으로 인한 K-논트로나 이트의 형성의 예를 들어 설명하고자 한다. 철 산화/환원의 정량적 분석을 통하여 퇴적물의 위치에 따른 철 산화도 측정은 광물변화에 대한 연구를 용이하게 해준다. 따라서 본 논문은 전자에너지 손실분 광의 분석방법 및 장점을 소개함을 목적으로 한다.