2020년 12월 18일
바카라 커뮤니티
요코하마 국립대학교
국립대학법인 오사카대학

핵 기술로 성취했습니다! "이온쌍"을 이용한 백금족 원소 온라인 바카라 및 분리
--도시 광산에서 백금족 원소를 효율적으로 재활용하는 방법--

[프레젠테이션 포인트]

전자부품에 사용되는 백금족 원소와 배기가스 정화 촉매는 해외 의존도가 높고 활용도가 높아 고효율 재활용 기술의 개발이 요구되고 있습니다
이 연구에서 우리는 연속 처리가 가능한 용매 온라인 바카라 기술을 사용하여 백금족 원소인 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh)을 온라인 바카라하는 새로운 방법을 개발했습니다 루테늄의 경우 기존 방법보다 10배 높은 온라인 바카라 효율을 달성했습니다
바카라 커뮤니티이 독자적으로 개발한 방사성 물질 분리 기술을 사용하여 도시 광산 폐기물에 포함된 백금족 자원의 효율적인 재활용에 기여하는 것을 목표로 합니다

[요약]

플래티넘 그룹 요소 [1]팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 로듐(Rh)은 하이테크 제품과 환경 대책에 필수적인 원소이지만, 자원이 부족하고 생산이 고르지 않게 분포되어 있기 때문에 재활용이 점점 더 중요해지고 있습니다 그러나 이들 금속을 깨끗하게 분리·회수하기 위해서는 여러 기술이 결합된 복잡한 공정이 필요했다

그래서 연구팀은 용매 온라인 바카라만 필요한 새로운 간단한 분리 방법을 개발했습니다(그림 1) 방사성 물질 분리용으로 개발됨온라인 바카라제[2]백금족 원소를 이온쌍으로 온라인 바카라하는 '이온쌍 온라인 바카라'이라는 메커니즘을 이용하면 백금족 원소를 하나씩 효율적으로 분리하는 것이 가능하다

특히, 선택적으로 온라인 바카라 및 분리가 어려웠던 루테늄에 대해 기존 방법에 비해 효율성이 10배 향상된 것은 본 연구의 주요 성과입니다 이 기술은 도시광산으로 알려진 중고제품으로부터 자원을 회수하는 데에도 유용하며, 지속가능한 사회 만들기에 기여할 것으로 기대된다

이 연구는 바카라 커뮤니티 원자력 과학 연구 센터 핵 화학 연구 그룹의 사사키 유지 박사(사장: 오구치 마사노리, 이하 "JAEA"라고 함), 요코하마 국립 대학교 핵 과학 연구 센터 그룹 리더인 구마가이 유타(총장: 우메하라 이즈루), 환경 정보 대학원 마츠미야 마사히코 교수가 수행했습니다 오사카대학 연구(원자력연구소 소장), 이학연구과 강사 가네코 마사시(구마노고 준)와의 공동 연구 프로젝트입니다

이 결과는 습식제련학에 관한 국제 과학 저널 "Journal of Molecular Liquids"의 온라인 공개 버전(2025년 12월 6일)에 게재되었습니다

[배경 및 역사]

일본 핵연료주기의 기본 개념은 원자력 발전에 사용된 사용후 연료로부터 우라늄과 플루토늄을 재처리를 통해 회수하고 이를 발전 연료로 재사용하는 것입니다 일본원자력기구는 이 핵연료주기에 관한 연구개발을 계속해 왔습니다 사용후핵연료에는 핵분열 반응에서 생성된 다양한 원소(핵분열 생성물 원소)가 포함되어 있으며, 이는 재처리 과정에서 발생하는 고준위 방사성 폐액에 남아있습니다 핵분열로 생성되는 원소 중에는 장기간 방사선을 방출하는 핵종, 방사성이 높고 열을 많이 방출하는 핵종, 유효하게 활용될 가능성이 있는 핵종 등이 있습니다 방사성폐기물을 분리하고, 방사성폐기물을 합리적으로 처리하며, 이러한 핵종의 특성에 따라 유용원소를 회수하는 것을 목표로 연구가 진행되고 있습니다 본 연구의 대상이 된 세 가지 백금족 원소 역시 핵분열로 생성된 원소이며 고준위 폐액에서 발견됩니다

본 연구에서는 방사성 핵종 분리를 위해 바카라 커뮤니티에서 개발한 추출제 'TDGA', 'MIDOA', 'NTA 아미드'를 사용하여 Pd, Ru, Rh를 추출 및 분리하는 방법을 조사했습니다 본 연구는 질산용액 형태로 존재하는 고준위 폐액에서 백금족 원소를 분리하는 기술을 개발하는 것과 비교하여, 공업용 백금족 원소를 용해하는데 흔히 사용되는 염산 용액을 대상으로 한다는 점에서 기술적으로 다르며, 높은 분리 성능을 달성하는데 중요한 역할을 한다

[이 결과]

백금족 원소 중 Ru 및 Rh도 산업에서 사용됩니다용제 온라인 바카라 기술[3]충분히 높은 효율을 달성하지 못했기 때문에 더 높은 성능의 분리 방법을 개발하려는 욕구가 있습니다 본 연구에서는 산성 조건에서 양이온이 되는 온라인 바카라제를 사용함으로써 온라인 바카라물이 백금족 원소와 염산으로 형성된 음이온과 쌍을 이루는 이온쌍 온라인 바카라이라는 반응이 일어나 우수한 성능을 나타내는 것을 확인했습니다 그림 2는 이온쌍 온라인 바카라의 개념도를 보여줍니다 이는 백금족 원소의 분리 및 온라인 바카라의 길을 열었습니다

Rh(1)에 대해 이온쌍 온라인 바카라의 사용이 제안되었지만, 이 연구에서는 Pd 및 Ru에 대해서도 유사한 반응이 사용될 수 있음을 밝혔습니다 백금족 원소의 용매온라인 바카라 시 문제점 중 하나는 반응이 진행되는 데 오랜 시간이 걸린다는 점이었지만(2), 이러한 이온쌍 온라인 바카라 반응은 백금족 이외의 원소와 비슷한 속도로 진행되어 다양한 응용 분야에 활용될 것으로 기대된다 이온쌍 온라인 바카라을 효율적으로 일으키기 위해 용액을 미리 한 번 가열하고 백금족 원소를 염산과 반응시키는 간단한 방법을 사용하여 음이온화를 촉진하려고 했습니다 백금족원소와 염화물이온의 결합상태를 분석하면서 용매온라인 바카라 실험을 진행한 결과,온라인 바카라 효율[4]특히, Ru의 온라인 바카라 효율은 예열 처리와 이온쌍 온라인 바카라의 시너지 효과로 인해 기존 방법에 비해 약 10배 더 높았습니다(그림 3)

또한 용매 온라인 바카라을 이용하여 3개의 백금족 원소를 각각 수용액으로 온라인 바카라하는 방법을 고안하고 실험을 통해 이를 검증했습니다 세 가지 백금족 원소 중 Pd는 황 함유 온라인 바카라제 TDGA를 사용하여 가장 먼저 분리되었습니다 다음으로 Ru와 Rh에 관해서는 Ru와 더 강하게 반응하는 온라인 바카라제로 "MIDOA"를 선택할 수 있었습니다 이를 이용하면 각각 분리가 가능하다 "NTA 아미드"를 이용한 온라인 바카라은 남은 Rh에도 효과적이었습니다 이들 온라인 바카라제는 모두 일본원자력기구가 핵연료주기 연구를 통해 개발한 것입니다

또한 온라인 바카라된 백금족 원소를 수용액으로 되돌리기 위한 조건을 명확히 했습니다 플래티넘 그룹 요소역온라인 바카라 [5]온라인 바카라제는 수용액으로 되돌리면 여러 번 재사용할 수 있습니다 또한 수용액의 백금족 원소는 후속 용도에 따라 쉽게 금속 및 산화물로 가공될 수 있습니다 Pd의 역온라인 바카라은 기존의 방법으로 가능하지만, Ru와 Rh의 역온라인 바카라은 쉽지 않습니다 본 연구의 방법을 이용하여 온라인 바카라제가 포함된 유상으로 온라인 바카라된 Ru와 Rh를 에틸렌디아민이라는 시약을 사용하여 역온라인 바카라할 수 있음을 확인하였다(그림 4) 이번 연구 결과를 종합해 3종의 백금족 원소를 별도로 온라인 바카라해 수용액으로 되돌리는 공정을 제안했다

[미래 전망]

이 결과는 일반 산업 분야에서 충분히 활용될 것으로 예상됩니다 Pd와 Rh는 자동차의 배기가스 촉매로 사용되고, Ru는 컴퓨터 메모리 등에 사용되며, 폐기물로부터의 수집 및 재활용이 강력히 권장되며 입법이 진행 중입니다 업계에서 제안하는 방법은 Ru를 산화물로 회수하여 다른 분리 방법과 결합하여 사용하는 등 복잡한 과정을 필요로 하며(8), 회수 후 처리가 쉽지 않다 한편, 이번 결과는 용매온라인 바카라 기술을 이용하여 각 원소를 수용액으로 온라인 바카라하는 간단한 방법을 사용하였으며, 분리된 백금족 원소도 쉽게 가공할 수 있다는 결과이다 도시광산 백금족 자원의 재활용에 기여하기 위해 실제 샘플을 대상으로 scale-up 및 적용 테스트를 진행하고, 적용 관련 이슈를 하나씩 파악 및 해결해 나갈 예정입니다

[논문 정보]

잡지 이름: Journal of Molecular Liquids

논문 제목: S- 및 아미노-N-공여체 시약을 사용한 이온쌍 및 용매화를 사용한 환류 보조 온라인 바카라 및 역온라인 바카라을 통한 Ru, Rh 및 Pd의 상호 분리

저자 이름: 사사키 유지¹, 가네코 마사시², 마츠미야 마사히코³, 쿠마가이 유타¹

소속:¹일본원자력기구, 원자력과학연구소, 원자력공학연구센터,²오사카대학교 이학대학원 화학과,³요코하마 국립대학교 환경정보대학원 인공환경정보학과

https://doiorg/101016/jmolliq2025129013

[각 기관의 역할]

바카라 커뮤니티:
기획, 실험 및 집필(사사키) 용매 추출 반응에 대한 논의(사사키/쿠마가이)
오사카 대학 이학 대학원:
용매 온라인 바카라 반응에 대한 토론/백금족 원소의 염화물 복합체 형성에 대한 토론(Kaneko)
요코하마 국립대학 환경정보연구과:
백금족 원소의 염화물 착체 형성 및 백금족 원소의 회수에 관한 논의(마쓰미야)

[연구개발 시설]

일본원자력청 원자력과학연구소 제4연구동

[참조]

(1)H Naritaet al, Solvent Extr Ion Exch, 33, 407–417(2015)
https://doiorg/101080/0736629920151012883

(2) Suzuki et al, Journal of the Japan Institute of Metals, 85 (8) 305-315 (2021)
https://doiorg/102320/jinstmetJA202104

(3)피 Malik & A P Paiva, Solvent Extr Ion Exch, 29, 176–189(2011)
https://doiorg/101080/073662992011539463

(4)에스 Kedari et al, Sep Sci Technol, 40, 1927-1946(2005)
https://doiorg/101081/SS-200064551

(5)티 Suzuki et al, Solvent Extr 결의안 개발 Jpn, 27, 57-62(2020)
https://doiorg/1015261/serdj2757

(6)에스 Panigrahi et al, Sep Sci Technol, 49, 545-552(2014)
https://doiorg/101080/014963952013850509

(7)E Goralskaet al, Solvent Extr Ion Exch, 25, 65–77(2007)
https://doiorg/101080/07366290601067820

(8) Shibata et al, Resources and Materials, 118, 1-8 (2002)
https://wwwjstagejstgojp/article/shigentosozai/118/1/118_1_1/_pdf

[부여 정보]

이 연구 결과는 과학 연구를 위한 보조금(보조금 번호: 23H02002, 백금족 금속의 고효율 회수를 위한 새로운 이온성 액체 기반 온라인 바카라 전기분해 기술 개발)의 일부 지원을 받았습니다

[용어 설명]

[1]플래티넘 그룹 요소: 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir) 및 백금(Pt)에 대한 일반 용어로, 유사한 특성을 갖고 화학적으로 안정하며 촉매로 유용한 귀금속입니다 사용후핵연료에 포함된 백금족 금속은 주로 Ru, Rh, Pd이다
[2]온라인 바카라제: 용매 온라인 바카라 중에 대상 금속을 오일 상에 더 쉽게 용해시키는 데 사용되는 시약입니다 본 연구에서는 Pd의 온라인 바카라제로 티오디글리콜아미드(TDGA), 역온라인 바카라에 티오우레아, Ru의 온라인 바카라제로 메틸이미노디옥틸아세트아미드(MIDOA), 역온라인 바카라에 에틸렌디아민, Rh의 온라인 바카라제로 니트릴로트리아세트아미드(NTAamide), 역온라인 바카라에 에틸렌디아민을 사용했습니다
[3]용매 온라인 바카라 기술: 물과 기름 등 혼합되지 않는 두 종류의 액체를 사용하여 금속 원소 등 회수 대상 성분을 분리하는 방법입니다 이 방법은 성분이 더 잘 용해되는 액체(분할)를 활용합니다 화학실험부터 공업용 금속제련까지 폭넓은 분야에서 사용됩니다
[4]온라인 바카라 효율성: 본 논문에서는 용매 온라인 바카라 후 수용액에 남아있는 금속 이온 농도의 비율을 분모로 사용하고, 분자로 유상으로 이동한 금속 이온 농도의 비율을 온라인 바카라 효율로 사용합니다 용매 온라인 바카라 기술 분야에서는 이를 '분할비'라고 부르는 값이다 유상에서 수용액으로의 역온라인 바카라 효율은 비율을 역으로 하여 유상에 남아있는 금속이온의 농도를 분모로 하고, 수용액으로 이동된 금속이온의 농도를 분자로 하여 효율을 계산한다
[5]역온라인 바카라: 용매 온라인 바카라 중 오일상으로 온라인 바카라된 성분을 수용액을 사용하여 제거하는 과정을 역온라인 바카라이라고 합니다 본 연구에서는 백금족 원소를 수용액으로 되돌려주기 때문에 필요한 성분만을 깨끗하게 수집할 수 있습니다

참조 기반:원자력기초공학연구센터

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