본 연구는 스트론튬 이온(Sr²⁺) 처리가 수화 시멘트 복합체의 공극분포 특성에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 물- 시멘트비(w/c) 0.3, 0.4, 0.5로 제조된 시멘트 페이스트 시편을 21일간 탈 이온수에서 수중 양생한 후, 각각 두 개의 그룹 으로 나누었다. 첫 번째 그룹은 탈 이온수에서 추가로 7일간 양생하였고, 두 번째 그룹은 30% 질산스트론튬(Sr(NO3)2) 수 용액에서 동일기간 동안 추가 양생하였다. 양생기간 및 조건에 따른 각 시편에 대하여 수은압입법(MIP: Mercury Intrusion Porosimetry)을 사용하여 공극률 및 공극 크기 분포를 분석하였다. 실험 결과, 물-시멘트비가 낮을수록 공극률이 감소하는 것을 확인하였다. 21일과 28일간 탈 이온수에서 양생한 시편 간에는 공극률 차이가 유의미하지 않았으나, 21일 수중양생 후 스트론튬 이온에 7일간 처리된 시편은 공극률이 유의미하게 감소한 것으로 분석되었다. 특히, 물-시멘트비 0.3인 경우 에는 공극률이 33% 이상 감소하는 결과를 보였다. 또한, 공극 크기 분포 특성 분석 결과, 모든 물-시멘트비 조건에서 21 일 양생된 시편에 비해 7일간 추가 양생된 시편은 큰 공극의 양이 줄어들면서 작은 공극의 양이 증가하는 경향을 확인 하였다. 특히, 스트론튬 이온에 처리된 시편의 경우 50nm 이하의 매우 작은 공극의 양이 크게 증가하였다. 이로써 스트 론튬 이온 처리에 의해 수화 시멘트 복합체의 미세조직이 치밀해짐을 확인하였으며, SEM 분석을 통해 이러한 결과를 시 각적으로 확인하였다. 본 연구는 스트론튬 이온을 활용한 시멘트 콘크리트 표면처리 기법이 노후 시멘트 콘크리트 구조 물에 대하여 수분 침투 저항성을 향상시키는 유지관리 기술로서 잠재력을 지니고 있음을 보여준다.

PURPOSES : The effects of strontium cations on the strength of hydrated cement composites as well as the morphology and chemical composition changes of cement hydrates due to strontium treatment are investigated in this study. Subsequently, the potential of a strontiumbased aqueous solution as a near-surface treatment method for hydrated cement composites is evaluated. METHODS : To supply strontium cations to a hydrated cement composite, a 30% strontium nitrate aqueous solution was used. Cement paste (w/c = 0.4) specimens were prepared and cured in the 30% strontium nitrate aqueous solution, which allows the strontium ions to penetrate into the specimen and treat the near-surface region. Compressive and flexural strength tests were performed on both specimens treated by the strontium ions and untreated specimens cured in deionized water, and the test results were compared. To investigate the changes in the morphology and chemical compositions of the cement hydrates due to the treatment, scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrometry (EDS) analyses were performed. RESULTS : The results of the strength tests indicate that both the compressive and flexural strengths of the specimens cured in the 30% strontium nitrate aqueous solution improved significantly compared with the specimens cured in deionized water for the same duration. In particular, the strontium nitrate aqueous solution shows greater improvement in terms of the flexural strength compared with the compressive strength. The maximum penetration depth of strontium into the hydrated cement composite is 5 mm during the first 7 d of immersion and increases to 6.5 mm during the subsequent 14 d. The SEM results show that the microstructure of the hydrated cement composite is densified by the strontium nitrate aqueous solution treatment. The EDS results show that morphology and chemical compositions of the cement hydrates are altered. This implies that the strontium cations can be combined with C–S–H and C–S–A–H phases to form new types of hydrates. CONCLUSIONS : The experimentally results show that the strength of hydrated cement composites can be improved by modifying their near-surface regions via the strontium cation penetration technique. This implies that the strontium-based aqueous solution exhibits high potential for the maintenance and rehabilitation of concrete structures.

전 세계적으로 원자력 발전소는 442기가 가동 중이며, 62기가 충원될 예정이다. 원자력 발전소의 증가에 따라 방사성 폐기물 유출에 대한 위험성도 증가하였다. 이러한 이유 때문 에, 방사성 폐기물의 처리는 인간, 동물, 식물을 포함하는 자 연 생태계를 보전하는 관점에서 중요하다. 또한, 방사성 폐 기물 유출은 그 지역뿐만 아니라 전 세계적으로 심각한 문 제를 야기한다. 본 연구는 입체 배양세포에 방사성 핵종원 소 (세슘, 스트론튬, 코발트)를 처리하였고 이에 대한 영향력 을 확인하였다. 입체 배양 구조체는 아가로오스 하이드로겔 을 이용하여 제작했으며 암세포 및 정상세포 (HeLa, HepG2, COS-7)를 사용하여 입체 배양을 실시 하였다. 입체 형태로 세포를 배양한 후 세슘, 스트론튬, 코발트 농도 변화에 따라 세포 생존능력을 분석하였다. 이때 입체 배양세포에서 생존 능력이 단층 배양세포 보다 최대 42% 우수한 것을 확인하였 다. 입체 배양구조체는 세포가 형태 및 생리학적으로 in vivo 환경인 조직과 비슷하게 배양을 가능하게 하였다. 따라서, 입체 배양구조체는 기존의 단층 배양 한계점인 in vivo 환경 에 적용시킬 수 없다는 한계를 극복하였다. 본 입체 배양 기 술이 중금속 독성평가 및 단시간 내에 다수의 물질 분석을 수행하는 고속 대량 스크리닝 기술에 활용될 것으로 기대한 다.

In this study, we investigated primary biocompatibility and osteogenic gene expression of porous granular BCP bone substitutes with or without strontium (Sr) doping. In vitro biocompatibility was investigated on fibroblasts like L929 cells and osteoblasts like MG-63 cells using a cell viability assay (MTT) and one cell morphological observation by SEM, respectively. MTT results showed a cell viability percent of L929 fibroblasts, which was higher in Sr-BCP granules (98-101%) than in the non-doped granules (92-96%, p< 0.05). Osteoblasts like MG-63 cells were also found to proliferate better on Sr-doped BCP granules (01-111%) than on the non-doped ones (92-99%, p< 0.05) using an MTT assay. As compared with pure BCP granules, SEM images of MG-63 cells grown on sample surfaces confirmed that cellular spreading, adhesion and proliferation were facilitated by Sr doping on BCP. Active filopodial growth of MG-63 cells was also observed on Sr-doped BCP granules. The cells on Sr-doped BCP granules were well attached and spread out. Gene expression of osteonectin, osteopontin and osteoprotegrin were also evaluated using reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR), which showed that the mRNA phenotypes of these genes were well maintained and expressed in Sr-doped BCP granules. These results suggest that Sr doping in a porous BCP granule can potentially enhance the biocompatibility and bone ingrowth capability of BCP biomaterials.

아라고나이트는 탄산칼슘(CaCO3)의 동질이상 중 하나이며, 해양 생태계를 포함한 다양한 환경에서 생물학적 및 이화학적 침전 과정을 통해 형성된다. 이러한 아라고나이트의 형성 및 성장뿐만 아니라 아라고나이트 내 스트론튬(Sr)과 같은 미량원소의 치환 특성은 화학종의 농도와 온도와 같은 핵심 인자들에 의해 많은 영향을 받는다. 본 연구에서는 해양 생태계와 유사한 용액 온도와 아라고나이트에 대한 이 용액의 다양한 포화도 조건에서 아라고나이트 내 Sr 병합 특성이 규명되었다. 반응 용액의 주입속도(0.085-17 mL/min), 반응 용액의 이온 농도([Ca]=[CO3] 0.01-1M), 혼합 용액의 온도(5-40 oC)의 다양한 실험 조건에서 컨스턴트-에디션 (constant-addition) 방법을 통해 순수한 아라고나이트가 합성되었다. 또한, 모든 Sr 병합 실험 조건(0.02-0.5 M, 15-40 oC)에서도 순수한 아라고나이트가 형성되었다. 합성된 아라고나이트의 결정도와 결정크기는 포화도 및 온도가 증가함에 따라 상대적으로 더 크게 증가하며 아라고나이트 결정이 더 많이 성장하였음을 지시하였다. 그러나 BET-비표면적을 이용하여 계산된 결정성장속도는 결정 형상 변화에 크게 영향을 받는 것으로 나타나 해석에 주의가 요구된다. 아라고나이트 내 Sr의 분배계수(KSr)는 반응이온의 농도가 0.02에서 0.5 M로 증가할 때 2.37에서 1.57로, 온도가 15에서 40˚C로 증가할 때 1.90에서 1.54로 감소하였으며, 모든 조건에서 KSr 값이 1보다 높게 관찰되었다. 이러한 결과는 KSr가 결정성장속도와 역의 상관관계로서 아라고나이트 내 Sr 병합이 호정성 관계임을 나타낸다.

In the current study, MIL-101(Cr)-SO3H[HCl] as metal-organic frameworks (MOFs) was fabricated via a hydrothermal method. The physicochemical properties of the synthesized material were characterized using XRD, FT-IR, FE-SEM, TEM, and BET surface area analysis. The XRD diffraction pattern of the prepared MIL-101(Cr)-SO3H[HCl] was similar to previously reported patterns of MIL-101(Cr) type materials, indicating successful synthesis of MIL-101(Cr)-SO3H[HCl]. The FT-IR spectrum revealed the molecular structure and functional groups of the synthesized MIL-101(Cr)-SO3H[HCl]. FE-SEM and TEM images indicated the formation of rectangular parallelopiped structures in the prepared MIL-101(Cr)-SO3H[HCl]. Furthermore, the EDS spectrum showed that the synthesized material consisted of the elements of Cr, O, S, and C. The fabricated MIL-101(Cr)-SO3H[HCl] was then employed as an adsorbent for the removal of Sr2+ and Cs+ from aqueous solutions. The adsorption kinetics and adsorption isotherm models were studied in detail. The maximum adsorption capacities of MIL-101(Cr)-SO3H[HCl] for Sr2+ and Cs+ according to pH (3, 5.3∼5.8, 10) were 35.05, 43.35, and 79.72 mg/g and 78.58, 74.58, and 169.74 mg/g, respectively. These results demonstrate the potential of the synthesized MOFs, which can be effectively applied as an adsorbent for the removal of Sr2+ and Cs+ ions from aqueous solutions and other diverse applications.

스트론튬(90Sr)과 니켈(59Ni)은 처분안전성평가에서 중요하게 다루는 핵종들이다. 지하에서 방사성핵종의 이동을 저지하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있는데, 처분시스템에서 용기와 부식반응으로 생기는 광물들 중에 핵종들과 반응성이 뛰어난 광물들이 존재하는 것이 알려졌다. 이들 중에서 철-황화합광물인 맥키나와이트(FeS)를 선정하여 스트론튬, 니켈과 수착 실험을 하였다. 심부지하에서 환원 알카리 환경을 고려하여, pH 8 ~ 12까지 조건에서 pH에 따른 수착영향을 살펴보았다. 실험결과, 스트론튬은 낮은 알카리영역에서 수착능이 저조하였지만, 니켈은 전 실험영역에서 높은 수착능을 보였다. 또, 두 핵종 모두 알카리 조건에서 pH가 증가할수록 수착량(Kd)이 증가하였는데, 이는 pH가 증가하면서 풍부해진 OH‐이온이 광 물표면에 수소나 양이온과 결합해 탈착하면서 광물표면에 전기음성도가 증가해 양이온인 스트론튬과 니켈을 전기적 인력으로 끌어당기기 때문으로 여겨진다.

In this study, PAN-SZ (polyacrylonitrile scoria zeolite) beads were prepared by immobilizing Na-A zeolite (SZ-A) synthesized from Jeju volcanic rocks (scoria) on the polymer PAN. FT-IR and TGA analysis results confirmed that the SZ-A was immobilized in the PAN-SZ beads. SEM images showed that the PAN-SZ beads are a spherical shape with 2 mm diameter and exhibit a porous inner structure inside the bead. The most suitable mixing ratio of PAN to SZ-A as the adsorbent for removing Sr ions was PAN/SZ-A = 0.2 g/0.3 g. The adsorption kinetic data for Cu and Sr ions were fitted well with the pseudo-second-order model. The Cu and Sr ion uptakes followed a Langmuir isotherm model and the maximum adsorption capacities at 20℃ were 84.03 mg/g and 75.19 mg/g, respectively. The amount of Sr ion adsorbed by SZ-A on the PAN-SZ beads was about 160 mg/g, which was similar to that adsorbed by SZ-A powder. Thus, the PAN-SZ beads prepared in this study are considered to be effective adsorbents for removing metal ions in aqueous solutions.

Experimental program was conducted for hydration heat evaluation of concrete using strontium based phase change material (PCM). Adiabatic temperature rise test was investigated for four days. In results, concrete with strontium based PCM has about 20 percent lower hydration heat than ordinary one.

순수 베타 핵종인 90Sr 분석은 화학적 거동이 유사한 알칼리 토금속(Ca, Ba, Ra)등 방해 원소를 제거할 분리 공정이 필요하다. 본 연구는 Sr을 추출/정제하기 위해 추출크로마토그래피법을 이용한 최적의 절차를 마련하는 것을 목적으로 한다. Sr resin 1.5 mL BV(Bed Volume)의 최대 Sr 흡착량은 6 mg이었다. 유량 1 mL min-1과 Ca 200 mg 이하에서는 Sr resin 1.5 mL(BV) 의 Sr 회수는 정량적이었으나, 유량을 5 mL min-1으로 중가 시키면 Sr 회수율이 감소하였다. 같은 양(BV)의 Sr resin을 사용 할 경우, 컬럼의 단면적이 작을수록 Sr resin의 분리능이 향상되었다.

The adsorption characteristics of Sr ions and Cs ions in single and binary solution by zeolite A were investigated in batch experiment. The adsorption rate of Sr ions and Cs ions by zeolite A obeyed pseudo-second-order kinetic model in single and binary solution. The initial adsorption rates (h) and adsorption capacities of both ions obtained from pseudo-second-order kinetic model, and the values were decreased with increasing concentration of the competitive ions (0~1.5 mM). Also, adsorption isotherm data in binary solution were well fitted to the extended Langmuir model, the maximum adsorption capacities of Sr and Cs calculated from the model were 1.78 mmol/g and 1.64 mmol/g, respectively. The adsorption of Sr and Cs ions by zeolite A was carried out in the presence of other cations such as Na+, K+, Mg2+, and Ca2+. The results showed that the zeolite A can maintain a relatively high adsorption capacity for Sr and Cs ions and exhibits a high selectivity in the presence of competitive cations. The effect of competition had an order of Ca2+>K+>Mg2+>Na+ for Sr ions and K+>Ca2+>Na+>Mg2+ for Cs ions at the same cation concentration.

In this study, as a fundamental study for the remediation of the radionuclides-contaminated soil, the adsorption of cobalt, strontium, and cesium on natural soil and kaolin were experimently investigated and adsorption characteristics were evaluated by using several adsorption kinetic and isotherm models. The pseudo-first-order kinetic model (PFOM), pseudo-second-order kinetic model (PSOM), one-site mass transfer model (OSMTM), and two compartment first-order kinetic model (TCFOKM) were used to evaluate the kinetic data and the pseudo-second-order kinetic model was the best with good correlation. The adsorption equilibria of cobalt, strontium, and cesium on natural soil were fitted successfully by Redlich-Peterson and Sips models. For kaolin, the adsorption equilibria of cobalt, strontium, and cesium were fitted well by Redlich-Peterson, Freundlich, and Sips models, respectively. The amount of adsorbed radionuclides on natural soil and kaolin was in the order of cesium > strontium > cobalt. It is considered that these results could be useful to predicting the adsorption behaviors of radionuclides such as cobalt, strontium, and cesium in soil environments.