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평형 및 칼럼 이온교환에서 ETAH<SUP>+</SUP>에 대한 NH₄<SUP>+</SUP>선택도 특성 연구
저자
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학술지명
한국산학기술학회논문지(Journal of Korea Academia-Industrial cooperation Society)
권호사항
발행연도
2022
작성언어
Korean
주제어
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KCI등재
자료형태
학술저널
수록면
442-448(7쪽)
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이온 교환은 화학, 전자 및 전력 산업에서 수질 및 부식 제어에 사용되고 있다. 원자력 발전소에서 ETAH 형 수지를 사용하는 이온교환수지탑의 아민 포화 운전은 H형 수지 사용에 비해 에탄올아민(ETA) 및 암모니아(NH₃) 와 같은 부식 억제제가 불필요하게 제거되지 않아 운전 및 경제적 측면에서 유리하다. 하지만 불순물 제거능이 감소할 수 있으므로 수지에 대한 이온 선택도의 특성 파악이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 평형 및 칼럼 이온교환에서 두 종류의 이온교환 수지에 대하여 ETAH형 이온교환 수지일 때 NH₄<SUP>+</SUP>의 선택도를 조사하였고 선택도는 평형이온교환의 Vaselow 식과 칼럼 이온교환의 파과곡선의 기울기로 결정하였다. 조사 결과 NH₄<SUP>+</SUP> 및 ETAH<SUP>+</SUP>의 경우, 두 종류의 이온교환 수지에 대한 NH₄<SUP>+</SUP>의 선택도는 낮은 수화 반경으로 인해 더 높게 나타났고, 평형 이온교환에서 용액상의 몰 분율이 증가하고 칼럼으로 유입되는 Na<SUP>+</SUP> 농도가 증가함에 따라 감소하였다. 그리고 NH₄<SUP>+</SUP>의 선택도는 평형 및 칼럼 이온교환, 그리고 두 수지 종류에 대해 동일하지 않은 것으로 조사되었다. 평형 이온교환에서의 선택도는 이온의 질량전달을 고려하지 않고 평형을 전제로 질량작용식을 이용해 결정된 값이므로 칼럼 이온교환에서의 선택도와 동일하지 않았다. 따라서 이온교환 수지탑 설계시 평형 이온교환에서 조사한 선택도를 이용하는 것보다 모사 조건에서 실시한 칼럼 수지탑 출구 농도로부터 얻어진 선택도를 이용하는 것이 바람직하다고 판단된다.
더보기Ion exchange (IX) is used for water quality and corrosion control in chemical, electronics, and electric power industries. Amine-saturated operation of an IX bed with ETAH-form resin in a nuclear power plant is beneficial in operational and economic aspects. This benefit is due to the absence of unnecessary removal of corrosion inhibitors such as ethanolamine (ETA) and ammonia (NH₃) added, compared with an IX bed with H-form resin. This study investigated the selectivity of NH₄<SUP>+</SUP> to two kinds of ETAH-form IX resins by batch and column IXs. Ion selectivity was determined with the Vaselow IX equation in batch IX and the slope of the breakthrough curve in column IX. Among NH₄<SUP>+</SUP> and ETAH<SUP>+</SUP>, the selectivity of NH₄<SUP>+</SUP> to both IX resins was higher due to its lower hydrated radius. The selectivity of NH₄<SUP>+</SUP> to both IX resins was decreased with increasing mole fraction in the solution phase in batch IX and with increasing incoming Na<SUP>+</SUP> concentration to the column inlet. The selectivity of NH₄<SUP>+</SUP> was not identical for batch and column IXs and the two resins. Thus, ion selectivity needs to be determined to design an IX bed in the simulated water quality and with the same resin.
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