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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 권기덕
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2021
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터널형 산화망가니즈 광물로 분류되는 토도로카이트(todorokite)는 상대적으로 큰 터널 사이즈와 우수한 양이온교환 능력으로 인해 큰 이온 반경을 가지는 방사성 Cs+에 대한 흡착물질로써 연구되어왔다. 하지만 분광학적 실험을 통한 흡착연구에서는 낮은 Cs+의 전하밀도로 인한 높은 분석 오차와 흡착 형태를 명확히 구분할 수 없다는 한계점으로 인해 토도로카이트에 흡착된 Cs+의 흡착 형태 및 흡착 위치에 대한 정확한 정보가 매우 부족하다. 또한 넓은 비표면적에서 비롯한 표면 흡착 위치가 전체 흡착량에 큰 영향을 미칠 것으로 예측되지만 실험적으로 규명하기 어려운 한계점이 있다. 이러한 연구 결과를 보완하고자 분자동력학(molecular dynamics; MD) 시뮬레이션을 이용하여 원자적 관점에서 결정학적인 토도로카이트 특징과 기존 실험 연구 결과를 고려하여 토도로카이트의 Cs+ 흡착 기작을 이해하고자 하였으며, 시뮬레이션에 고려된 흡착 위치는 터널 내부와 표면을 포함하는 수용액과의 계면으로 설정하였다. 이때 수용액과 접하는 표면에서의 시뮬레이션 힘 장 파라미터가 존재하지 않기 때문에, 산화망가니즈 포텐셜을 기반으로 기존에 제시되지 않은 새로운 파라미터를 도입하여 시뮬레이션을 진행하였다.
기존 실험 결과와는 다르게 터널 내부에서 모든 Cs+이 터널을 구성하는 가교 산소와 직접 결합하는 inner-sphere surface complex를 형성하는 모습을 보여줬으며, 기존 실험 연구 방법으로는 확인할 수 없었던 표면 흡착에 대한 시뮬레이션 결과, 나노와이어 형태의 토도로카이트 측면 표면에서 매우 우수한 흡착특성을 가지는 것으로 나타났다. 표면 흡착이 구조적 음전하에서 비롯한 흡착위치인 점을 통해 실험적으로 토도로카이트의 흡착 특성을 해석하는 데 있어 표면 흡착이 큰 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다. 특히 이번 연구는 MD 시뮬레이션을 이용해 산화망가니즈 광물인 토도로카이트의 표면을 다룬 첫 연구 결과로써 새로운 파라미터를 통해 합리적이고 안정적인 표면 구조를 묘사할 수 있었으므로 이번 연구 결과는 다양한 산화망가니즈 광물들의 표면 MD 시뮬레이션을 수행하는 데 있어 기초 연구자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
기존 실험 결과와는 다르게 터널 내부에서 모든 Cs+이 터널을 구성하는 가교 산소와 직접 결합하는 inner-sphere surface complex를 형성하는 모습을 보여줬으며, 기존 실험 연구 방법으로는 확인할 수 없었던 표면 흡착에 대한 시뮬레이션 결과, 나노와이어 형태의 토도로카이트 측면 표면에서 매우 우수한 흡착특성을 가지는 것으로 나타났다. 표면 흡착이 구조적 음전하에서 비롯한 흡착위치인 점을 통해 실험적으로 토도로카이트의 흡착 특성을 해석하는 데 있어 표면 흡착이 큰 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다. 특히 이번 연구는 MD 시뮬레이션을 이용해 산화망가니즈 광물인 토도로카이트의 표면을 다룬 첫 연구 결과로써 새로운 파라미터를 통해 합리적이고 안정적인 표면 구조를 묘사할 수 있었으므로 이번 연구 결과는 다양한 산화망가니즈 광물들의 표면 MD 시뮬레이션을 수행하는 데 있어 기초 연구자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
목차
I. 서론 1II. 연구 방법 71. 토도로카이트 구조 모델 72. 표면 수산기 힘 장 매개변수 83. MD 시뮬레이션 방법 10III. 연구 결과 121. 토도로카이트 벌크 구조 및 수용액 내 Cs+ 배위 구조 122. 표면 시뮬레이션을 위한 원자 구조 및 힘 장 141) 초기 표면 원자 구조 142) 표면 매개변수 173. 토도로카이트 (010), (001) 표면구조 194. Cs+ 흡착 위치 231) 흡착 위치 232) 터널 내부 흡착 233) 표면 흡착 264) 확산 및 잔류 31IV. 토의 331. 토도로카이트 표면 힘 장 매개변수 332. 토도로카이트의 Cs+ 흡착 343. Cs+ 흡착 기작 제안 36V. 결론 39
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