해수로부터 붕소를 회수하기 위한 붕소 흡착제의 제조 = Preparation of the Boron Adsorbent to Withdraw Boron from the Sea Water
저자
발행사항
강릉 : 관동대학교 대학원, 2010
학위논문사항
학위논문(석사)-- 관동대학교 대학원 : 전자공학과 2010. 2
발행연도
2010
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
강원특별자치도
형태사항
vii, 32 p. ; 26cm
소장기관
반도체 산업은 국내 산업의 중추적 역할을 감당할 만큼 크게 성장하였다. 그러나 이와 같은 반도체 산업에 필요한 핵심 재료인 붕소는 전량 수입에 의존하고 있다. 붕소는 주로 붕사, 키나이트, 틴캘코나이트(수화된 붕산나트륨)등에서 결합된 형태로 산출되고 있다. 틴캘코나이트는 상업적으로 중요하게 쓰이는 붕소광물로 미국의 캘리포니아 사막 지대에 주로 분포되어 있고, 천연 붕산인 사솔라이트는 이탈리아에서 주로 산출되어, 공급되고 있다. 국내에서 이러한 붕소를 얻을 수 있는 유일한 방법은 해수 속에 함유되어 있는 미량의 붕소를 적극적으로 회수하는 것이다. 해수로부터 붕소를 회수하기 위한 지금까지 알려진 붕소의 분리방법은 용매추출법[1], 이온교환법[2,3] 및 공침법[4] 등이 있다.
1960년대 중반까지는 N-메틸-D-글루카민 기능을 갖는 폴리스티렌(polystyrene)을 기반으로 한 수지가 이와 같은 목적을 달성하기 위한 붕소제거제로 사용되었다.[5] 이 수지는 ppm수준으로 붕소를 제거 할 수는 있으나 산 용액을 이용하여 이 수지를 재생하는 과정에서 평균 14%의 활성도 손실이 발생하는 문제점을 안고 있었다.[6]
10mg/l이하의 저 농도 붕소 함유수에서는 이온교환수지, 역 삼투막을 이용하거나 용액의 농축조작, 담수화조작, pH변화 조작 등을 수반하는 방법으로 붕소를 분리하였다.[7,8]
한편, 고농도 붕소 함유수에서는 강산성 양이온교환수지와 강염기성 음이온교환수지의 조합에 의한 전 탈염방법이나 스티렌(styrene)-디빌닐 벤젠(divinyl be-nzene)공중합체에 N-메틸글루카민등이 결합된 킬레이트 수지(chelate resin)를 흡착제로 사용하는 컬럼방법(column methode)등을 사용하였다.[9]
하지만 이러한 컬럼방법에서는 킬레이트 수지의 단가가 높고 1회용이어서 운용비용의 부담이 크며, 붕소흡착효과도 미약한 단점이 있어 킬레이트 수지를 이용한 컬럼방법은 아직까지 해수의 탈붕소화에 적용하지 못하는 실정이다.
현재는 붕소흡착성 이온교환체에 글루카민기와 같은 아민형 음이온교환 킬레이트수지가 주로 사용되고 있으며, 인산형 킬레이트 수지도 이용되고 있다. 그러나 이러한 킬레이트 수지는 붕소이온에 대한 흡착성능은 우수할지 모르나 해수와 같은 대용량의 처리에 있어 비드상으로 되어 있어 흡착 시스템의 구성이 어렵고, 처리속도가 늦는 단점을 지니고 있으며 비드 이온교환체를 장시간 사용 시 크랙이 발생하고 압력 손실이 커져 분리능이 낮아지고 처리속도가 낮아지는 단점이 있다.
현재 기술상태의 취약성으로 이온교환수지의 합성은 합성 조건이 까다롭고 수율이 낮은 문제가 제기되어 왔다. 이러한 문제 때문에 현재 우리나라는 이온교환수지를 일부 기업에서 생산하고 있으나 붕소(Boron) 흡착수지는 전량 수입에 의존하고 있는 실정이며, 이에 대한 개발 역시 미미한 상태이다.
이는 지금까지의 이온교환수지 합성법을 통할 경우 균일한 관능기의 도입이 어렵고 수율이 낮기 때문으로 사료되어진다. 따라서 해수에 용존 되어 있는 저 농도의 붕소를 경제적으로 흡착하기 위해서는 붕소에 대한 선택성이 높은 새로운 이온교환체의 개발이 필요하며, 또한 기존의 소재와 새로 제조한 이온교환 소재의 시스템 적용을 위한 복합 필터 형상 제조 기술의 개발이 절실히 요구된다.
이온교환 흡착법은 앞으로 전반적인 산업현장에 이용 되어질 고도의 분리기술이다. 이러한 기술은 현재 선진국에도 개발 및 시제품 생산 단계에 있으며 그 수요는 앞으로 크게 확산되어질 전망이다.
본 연구의 최종목적은 해수로부터 반도체 제조에 필수적인 붕소를 경제적으로 흡착․회수하기 위한 고성능 이온교환소재를 개발하여 최적 흡착공정을 규명하고자 한다. 따라서 해수로부터 붕소 흡착 소재와 비교분석하여 최적의 합성조건을 도출하고자 한다.
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