Laser induced breakdown spectroscopy(LIBS) is an simple analysis method for directly quantifying many kinds of soil micro-elements on site using a small size of laser without pre-treatment at any property of materials(solid, liquid and gas). The purpose of this study were to find an optimum condition of the LIBS measurement including wavelengths for quantifying soil elements, to relate spectral properties to the concentration of soil elements using LIBS as a simultaneous un-breakdown quantitative analysis technology, which can be applied for the safety assessment of agricultural products and precision agriculture, and to compare the results with a standardized chemical analysis method. Soil samples classified as fine-silty, mixed, thermic Typic Hapludalf(Memphis series) from grassland and uplands in Tennessee, USA were collected, crushed, and prepared for further analysis or LIBS measurement. The samples were measured using LIBS ranged from 200 to 600 nm(0.03 nm interval) with a Nd:YAG laser at 532 nm, with a beam energy of 25 mJ per pulse, a pulse width of 5 ns, and a repetition rate of 10 Hz. The optimum wavelength(${\lambda}nm$) of LIBS for estimating soil and plant elements were 308.2 nm for Al, 428.3 nm for Ca, 247.8 nm for T-C, 438.3 nm for Fe, 766.5 nm for K, 85.2 nm for Mg, 330.2 nm for Na, 213.6 nm for P, 180.7 nm for S, 288.2 nm for Si, and 351.9 nm for Ti, respectively. Coefficients of determination($r^2$) of calibration curve using standard reference soil samples for each element from LIBS measurement were ranged from 0.863 to 0.977. In comparison with ICP-AES(Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy) measurement, measurement error in terms of relative standard error were calculated. Silicon dioxide(SiO2) concentration estimated from two methods showed good agreement with -3.5% of relative standard error. The relative standard errors for the other elements were high. It implies that the prediction accuracy is low which might be caused by matrix effect such as particle size and constituent of soils. It is necessary to enhance the measurement and prediction accuracy of LIBS by improving pretreatment process, standard reference soil samples, and measurement method for a reliable quantification method.
This study aimed to fundamentally understand structural changes of zeolite under pressure and in the presence of different pressure-transmitting media (PTM) for application studies such as immobilization of heavy metal cation or CO2 storage using pressure. High-pressure X-ray powder diffraction study was conducted on the zeolite-W (K6.4Al6.5Si25.8O64× 15.3H2O, K-MER) to understand linear compressibility and the bulk moduli in different PTM conditions. Zeolite-w is a synthetic material having the same framework as natural zeolite merlinoite ((K, Ca0.5, Ba0.5, Na)10 Al10Si22O64× 22H2O). The space group of the sample was identified as I4/mmm belonging to the tetragonal crystal system. Water, carbon dioxide, and silicone-oil were used as pressure-transmitting media. The mixture of sample and each PTM was mounted in a diamond anvil cell (DAC) and then pressurized up to 3 GPa with an increment of ca. 0.5 GPa. Pressure-induced changes of powder diffraction patterns were measured using a synchrotron X-ray light source. Lattice constants, and bulk moduli were calculated using the Le-Bail method and the Birch-Murnaghan equation. In all PTM conditions, linear compressibility of c-axis (𝛽c) was 0.006(1) GPa-1 or 0.007(1) GPa-1. On the other hand, the linear compressibility of a(b)-axis (𝛽a) was 0.013(1) GPa-1 in silicone-oil run, which is twice more compressible than the a(b)-axis in water and carbon dioxide runs, 𝛽a = 0.006(1) GPa-1. The bulk moduli were measured as 50(3) GPa, 52(3) GPa, and 29(2) GPa in water, carbon dioxide, and silicone-oil run, respectively. The orthorhombicities of ac-plane in the water, and carbon dioxide runs were comparatively constant, near 0.350~0.353, whereas the value decreased abruptly in the silicone-oil run following formula, y = -0.005(1)x + 0.351(1) by non-penetrating pressure fluid condition.
Park, Su In;Kim, Ah Reum;Kim, Seon Hwa;An, Gyu Min;Kim, Min Gi;Shin, Moon Sam
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.35
no.4
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pp.1038-1047
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2018
This study confirmed possibility of cosmetic material for Espresso coffee grounds extracted at high temperature, high pressure, short time and Dutch coffee grounds extracted at low temperature, atmospheric pressure, long time. For this purpose, we evaluated the biological activities of antioxidant, anti-wrinkles and antimicrobial effects using ethanol extracts of Esproso and Dutch coffee grounds. The results of total polyphenolic compound contents was $90.39{\pm}0.04mg/g$ for Dutch coffee grounds extract, which was higher than $64.96{\pm}0.38mg/g$ for Espresso coffee grounds extract, based on $113.63{\pm}0.22mg/g$ for coffee beans extract as the reference one. DPPH radical scavenging activity and SOD-like activity of Dutch coffee grounds extract were found to be better than those of Espresso coffee grounds extracts, referenced on coffee bean extract. As a result of inhibition effect of Elastase activity, Dutch coffee grounds extract showed higher inhibition effect than Espresso coffee grounds extract, based on coffee bean extract. In addition, Dutch coffee grounds extract showed good anti-microbial effects at Escherichia coli, Bacillus, Propionibacterium acnes and there was little difference in the clear zone size between Dutch coffee grounds extract and coffee bean extract as a reference one. From the results of the experiments, it was confirmed that Dutch coffee grounds extract had excellent antioxidant, anti-wrinkle and antimicrobial effects and could be used as safe natural cosmetic material in the future.
The geological CO2 sequestration in underground geological formation such as deep saline aquifers and depleted hydrocarbon reservoirs is one of the most promising options for reducing the atmospheric CO2 emissions. The process in geological CO2 sequestration involves injection of supercritical CO2 (scCO2) into porous media saturated with pore water and initiates CO2 flooding with immiscible displacement. The CO2 migration and distribution, and, consequently, the displacement efficiency is governed by the interaction of fluids. Especially, the viscous force and capillary force are controlled by geological formation conditions and injection conditions. This study aimed to estimate the effects of surfactant on interfacial tension between the immiscible fluids, scCO2 and porewater, under high pressure and high temperature conditions by using a pair of proxy fluids under standard conditions through pendant drop method. It also aimed to observe migration and distribution patterns of the immiscible fluids and estimate the effects of surfactant concentrations on the displacement efficiency of scCO2. Micromodel experiments were conducted by applying n-hexane and deionized water as proxy fluids for scCO2 and porewater. In order to quantitatively analyze the immiscible displacement phenomena by n-hexane injection in pore network, the images of migration and distribution pattern of the two fluids are acquired through a imaging system. The experimental results revealed that the addition of surfactants sharply reduces the interfacial tension between hexane and deionized water at low concentrations and approaches a constant value as the concentration increases. Also it was found that, by directly affecting the flow path of the flooding fluid at the pore scale in the porous medium, the surfactant showed the identical effect on the displacement efficiency of n-hexane at equilibrium state. The experimental observation results could provide important fundamental information on immiscible displacement of fluids in porous media and suggest the potential to improve the displacement efficiency of scCO2 by using surfactants.
This study is a preliminary step to understand the reaction between various liquids and zeolite in the subduction zone environment. Stilbite, NaCa4(Al9Si27)O72·28(H2O), was selected and high pressure study was conducted on compressional behavior by the pressure-transmitting medium (PTM). Water and NaHCO3 solution that can exist in the subduction zone was used as PTM, and samples were pressurized from ambient to a maximum of 2.5 GPa. Below 1.0 GPa, both experiments show a low linear compressibility in the range of 0.001 to 0.004 GPa-1 and a high bulk modulus of 220(1) GPa. This is presumably because the structure of the stilbite becomes very dense due to insertion of water molecules or cations into the channel. On the other hand, at 1.0 GPa or higher, the trends of the two experiments are different. In the water run, the linear compressibility of the c-axis is increased to 0.006(1) GPa-1. In the NaHCO3 run, the linear compressibility of the b- and c-axis is increased to 0.006(1) GPa-1. The bulk modulus after 1.0 GPa shows values of 40(1) and 52(7) GPa in water and NaHCO3 run, respectively, confirming that stilbite becomes more compressible than that before 1.0 GPa. It is caused by the migration of cations and water molecules inside the channel, as the water molecules in the PTM start to freeze and stop to insert toward the channel at 1.0 GPa or more. In the NaHCO3 run, it is assumed that the distribution of extra-framework species inside the structure is changed by substitution of the Na+ cation. It can be expected from tendency of the relative intensity ratio of the (001) and (020) peaks which show a different from that of the water run.
Direct catalytic decomposition is a promising method for controlling the emission of nitrous oxide (N2O) from the semiconductor and display industries. In this study, a γ-Al2O3 catalyst was developed to reduce N2O emissions by a catalytic decomposition reaction. The γ-Al2O3 catalyst was prepared by an extrusion method using boehmite powder, and a N2O decomposition test was performed using a catalyst reactor that was approximately 25.4 mm (1 in) in diameter packed with approximately 5 mm of catalysts. The N2O decomposition tests were carried out with approximately 1% N2O at 550 to 750 ℃, an ambient pressure, and a GHSV=1800-2000 h-1. To confirm the N2O decomposition properties and the effect of O2 and steam on the N2O decomposition, nitrogen, air, and air and steam were used as atmospheric gases. The catalytic decomposition tests showed that the 1% N2O had almost completely disappeared at 700 ℃ in an N2 atmosphere. However, air and steam decreased the conversion rate drastically. The long term stability test carried out under an N2 atmosphere at 700 ℃ for 350 h showed that the N2O conversion rate remained very stable, confirming no catalytic activity changes. From the results of the N2O decomposition tests and long-term stability test, it is expected that the prepared γ-Al2O3 catalyst can be used to reduce N2O emissions from several industries including the semiconductor, display, and nitric acid manufacturing industry.
This study was carried out in order to provide the basic data necessary to develop the effective and desirable cooking method on large scale for investigating the physical characteristics of cooked rices and studying optimum cooking conditions by pressure in kettle cooking rices. Milyang-15, local Japonica type and Milyang-23, high yielding Indica type major varieties cultivated in Korea were used as cooking sample after polishing 70% and 90% respectively, and the results obtained are summarized as follows. 1. The average moisture content of cooked rice by open kettle and pressure kettle method in typical households were 65.17% and 64.52%, respectively. 2. In water absorption capacity of rice grain Milyang-23 was 4.5% higher than Milyang-15, and maximum water content after absorption in Milyang-23 was 29.14%. 3. The expansion volume of cooked rice was changed proportionally by water absorption, heating temperature and time, and maximum expansion volume of cooked rice was 3.2 times greater than rice grain. 4. The gelatinization degree of cooked rice intensively concerning in hardness of rice grain was increased as water-to-rice ratio, heating temperature and time increased, and it was 0.44 in Milyang-23 and 0.64 in Milyang-15 under the optimum cooking conditions as 160% water-to-rice ratio, $0.2kg/cm^2$ cooking pressure and 25 minutes cooking time. 5. The hardness of cooked rice was decreased as water-to-rice ratio, heating temperature and time increased, and it showed 2.35kg/wt in 90% polished Milyang-23 and 2.0kg/wt in 90 polished Milyang-15 under optimum cooking conditions. For maintaining the same level of hardness of cooking rice Milyang-23 required 25% much more water than Milyang-15. 6. The elasticity of cooked rice was changed proportionally by water-to-rice ratio, heating temperature and time, and it appeared 19.2mm and 15.7mm in 90% polished Milyang-15 and Milyang-23 respectively. 7. The gumminess of cooked rice was decreased as water-to-rice ratio, heating temperature and time increased, and it showed 60 and 73 in 90% polished Milyang-23 and Milyang-15, respectively. 8. The optimum cooking time on differerent pressure in kettle took 25 minutes at $0.2kg/cm^2$, 20 minutes at $0.4kg/cm^2$, 15 minutes at $0.6kg/cm^2$, and 10 minutes at $0.8kg/cm^2$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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