In this research, the cation-exchange-reactions between Na-Montmorillonite and betaine compound, $R_{11}SO_4$, with acid group at the end of alkyl chain were performed under the general condition with dist. water including $CO_2$ and under the different pH-conditions with dist. water without $CO_2$, and their behaviors were observed. As results the exchange reaction under the general condition was perfectly finished after 49 h exchange time, and the basal spacings obtained under the exchange solution and after washing with methanol and drying in high vacuum were 23.6, 17.1 and $15.0\AA$, respectively. The basal spacings obtained under pH-exchange solution after exchange time under different pH-values lied between about 24.7 and $25.6\AA$ independently of the pH-values, and those measured after drying on the air and in high vacuum were about $20.0\AA$ and $13.8~14.4\AA$, respectively.
Clinoptilolite zeolite samples were treated with hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid of different strength and the adsorption characteristics and crystal structures of the original and acid-treated clinoptilolites were studied. By treating with hydrochloric acid, the adsorbed amount increased to 5-fold for nitrogen, to 3-fold for benzene, but for methanol no significant change was observed. As acid strength increased further, there were declines both in adsorption capacity and crystallinity. The results showed that the increase of adsorbed amount was caused by the rearrangement of the pore entrance and cation exchange. A method for determination of clinoptilolite content in natural mineral based on benzene adsorption on acid-treated sample is proposed. By this method, the original sample used in this study was found to contain approximately 40% of clinoptilolite. Using pulse technique in micro-catalytic reactor system, the catalytic activities of hydrochloric acid-treated clinoptilolites in cumene cracking and toluene disproportionation reactions were measured. For cumene cracking reaction, the maximum conversion was observed for the 0.5 N hydrochloric acid-treated sample. It is instructive to note that the maximum benzene adsorption was also observed for the sample treated with 0.5 N HCl. This suggest that the conversion rate was determined mainly by the rate of transport of reactants and the products through the pore structure. In the toluene disproportionation reaction, the same trend was observed. But the rate of deactivation was high for samples with strong acid sites. Since catalyst having higher activity was deactivated more easily, the conversion maximum was shifted to the sample treated with higher concentration of acid, -1N. The catalytic activity of $Ca^{2+} and La^{3+} ion exchanged samples for the toluene disproportion was much lower than that of acid-treated samples. Introduction of Ca^{2+} and La^{3+}$ into the pore structure apparently decreases the effective pore diameter of acid-treated clinoptilolite thus limiting the diffusion of reactants and products.
In this study, partially fluorinated cation exchange membranes were prepared by direct sulfonation of Poly(VDF-co-hexafluoropropylene) copolymers (PVDF-co-HFP) followed by a casting method for application in the Membrane capacitive deionization (MCDI). The structure of sulfonated PVDF-co-HFP (SPVDF) was confirmed by Fourier-transform infrared (FT-IR) and $^1H$ Nuclear magnetic resonance ($^1H$ NMR) analysis. For quantitative analysis of the chemical composition, the X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) was used. The membrane properties such as water uptake, ion exchange capacity and electrical resistance were measured. It was suggested that the optimum direct sulfonation condition of PVDF-co-HFP ion exchange membranes was $60^{\circ}C$ and 7 hours for temperature and duration of sulfonation, respectively. The water uptake of the SPVDF ion exchange membrane was 21.5%. The ion exchange capacity and electrical resistance were 0.89 meq/g and $3.70{\Omega}{\cdot}cm^2$, respectively. It was investigated that if it is feasible to apply these membranes in MCDI at various cell potentials (0.9~1.5 V) and initial flow rates (10~40 mL/min). In the MCDI process, the maximum salt removal rate was 62.5% in repeated absorption-desorption cycles.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.22
no.7
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pp.1193-1203
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2000
In this study, in order to remove Cd(II) from aqueous solutions, strongly acidic cation exchange resin(SK1B) by Diaion Co. was employed as an adsorbent. Experiments were mainly performed in two parts at room temperature($25{\pm}5^{\circ}C$) : batch tests and adsorption kinetics tests. In batch tests adsorption equilibrium time, pH effects, temperature effects, several adsorption isotherms, and finally desorption tests were examined. In differential bed tests, an optimum flow rate and an overall adsorption rate were obtained. In the batch experiment, adsorption capability increased with pH and became constant above pH 6 and adsorption quantity increased with temperature. Batch experimental data found that Freundlich and Sips adsorption isotherms were more favorable than Langmuir adsorption isotherm over the range of concentration (5~15ppm). The desorbent used in the desorption test was hydrochloric acid solution with different concentrations(0.01~2N). The degree of regeneration increased with concentration of desorbent and decreased slightly with the number of regeneration. In the continuous flow process using a differential bed reactor, the optimum flow rate was $564m{\ell}/min$ above which the film diffusion resistance was minimized. The overall adsorption rate for the removal of Cd(II) by cation exchange resin was found as follows ; $r=1.3785C_{fc}^{1.2421}-2.0907{\times}10^{0.0746C_i}\;q_e^{0.0121C_i-0.0301}$
The electrolysis for extracting magnesium from seawater or brine primarily involves recovery of magnesium via precipitation as the form of magnesium hydroxide. The technology is classified into cation-exchange membranes (CEM), anion-exchange (AEM) membranes, electrodialysis, and membraneless methods. Recent research has focused on enhancing the efficiency and selectivity of magnesium recovery from seawater or brine containing magnesium, with expectations of effective magnesium recovery even with normal seawater. In a future, the optimization of the selective and efficient recovery of magnesium and various valuable substances through long-term operation of scaled-up systems is crucial with enhancing economic and environmental viability. It is essential to realistically estimate operational costs considering the membrane's lifespan and replacement cycle. Also, detailed and practical process models should be developed based on monitoring data on various factors.
$CO_2$ methanation was performed over Ni supported on cation-exchanged Y zeolites under atmospheric pressure at $250{\sim}550^{\circ}C$ and $H_2/CO_2$ mole ratio of 4. Adsorption strength between carbon dioxide and nickel was found to be Influenced by the cation exchanged in the zeolite. TPD(Temperature-programmed desorption) results show that the adsorption strength decreases in the order of Ni/NaY>Ni/MaY>Ni/HY. TPSR(Temperature-programmed surface reaction) results indicate that enhanced methanation activity is obtained when the adsorption strength between carbon dioxide and nickel is stroing. As the reduction temperature increases, the methantion activity of the catalyst increase. From this result the larger size nickel particle seems advantageous for $CO_2$ methanation reaction. The maximum activity is obtained when nickel loading is 3.3wt%. Carbon monoxide is produced as a by-product throughout the reaction temperature range, and as the contact time increases, the selectivity to methane increases and the selectivity to carbon monoxide decreases steadily. Thus methane seems to be produced from $CO_2$ via CO as an intermediate species. In the temperature range of $410{\sim}450^{\circ}C$, the methane production rate is found to be dependent on the orders of 3.3~-0.5 and 1.4~3.6 with respect to $CO_2$ and $H_2$ partial pressures, respectively. This clearly shows that $CO_2$ and $H_2$ are competing for adsorption sites and as the reaction temperature increases, it becomes increasingly difficult for $H_2$ to be adsorbed on the catalyst surface.
Kim, Hu Sik;Kim, Young Hun;Baek, Ki Tae;Lim, Woo Taik
Journal of the Mineralogical Society of Korea
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v.28
no.4
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pp.299-308
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2015
The six natural zeolites collected in Pohang area, Kyungsangbuk-do, Korea, were characterized by XRD, XRF, DTA, TGA, and CEC analysis. The primary species of these zeolite are modenite, albite, and quarts in Kuryongpo-A (Ku-A), Kuryongpo-B (Ku-B), Kuryongpo-C (Ku-C), Donghae-A (Dh-A), Donghae-B (Dh-B), and Donghae-C (Dh-C) samples. The XRF analysis showed that the six zeolites contain Si, Al, Na, K, Mg, Ca, and Fe. Cation exchange capacity of Kuryongpo-C (Ku-C) zeolite was the highest compared to other zeolites. The capabilities of removing heavy metal ions such as $Pb^{2+}$, $Cd^{2+}$ and $Cu^{2+}$ were compared. The effect of reaction time in removing heavy metal ions was studied. The experimental results showed that the efficiency of removal was low for $Pb^{2+}$, $Cd^{2+}$ and $Cu^{2+}$ ions. These may be caused by the low content of zeolite in the six natural zeolites. This indicates that the adsorption capacity roughly tends to depend on the zeoite contents, ie., the grade of zeolite ore.
Aromatic copolyamides were prepared and their applicability to proton exchange membrane wasstudied. The copolymer contains thermally stable and mechanically strong poly(m-phenylene isophthalamide) segments, and easily processable and good film forming polysulfone segments. For the copolymer, amineterminated sulfonated ether sulfone monomer, m-phenylene diamine, and isophthaloyl chloride were reacted, and the obtained copolymer was transformed into crosslinkable prepolymer by the reaction with acryloyl chloride. The prepolymer was thermally cured and converted into proton exchange membranes for fuel cell application. Each reaction step and the molecular characteristics of precursor copolymers were monitored and confirmed by $^1H$ NMR, FTIR, and titration. The performance of the membranes was measured in terms of water uptake, proton conductivity, and thermal stability. The water uptake, ion exchange capacity (IEC), and proton conductivity of the membranes increased with the increase of sulfonated ether sulfone segment content. Membrane containing 30 mol% sulfonic acid sulfone segment showed 1.57 meq/g IEC value. Water uptake was limited less than 44 wt% and the highest proton conductivity up to $3.93{\times}10^{-2}S/cm$ ($25^{\circ}C$, RH= 100%) was observed.
Park, Joonwoo;Seo, Youngjoo;Ryu, Seung Hyeong;Kim, Shin Dong
Applied Chemistry for Engineering
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v.28
no.3
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pp.355-359
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2017
Zeolite X with Si/Al molar ratio = 1.08~1.20 was produced using a hydrothermal synthesis method. Ion-exchanged zeolite X samples were then prepared by using metal nitrate solutions containing $Mg^{2+}$ or $Cu^{2+}$. For all zeolite X samples, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive spectrometry (EDS) were used to identify the change in crystal structure. The analysis of ammonia adsorption capability of zeolite X samples was conducted through the ammonia temperature-programmed desorption ($NH_3$-TPD) method. From XRD results, the prepared zeolite X samples maintained the Faujasite (FAU) structure regardless of cation contents in zeolite X, but the crystallinity of zeolite X containing $Mg^{2+}$ and $Cu^{2+}$ cations decreased. The distribution of cation contents in zeolite X was identified via EDS analysis. $NH_3$-TPD analysis showed that the $NH_3$ adsorption capacity of $Mg^{2+}$- and $Cu^{2+}$-zeolite X were 1.76 mmol/g and 2.35 mmol/g, respectively while the $Na^+$-zeolite X was 3.52 mmol/g ($NH_3/catalyst$). $Na^+$-zeolite X can thus be utilized as an adsorbent for the removal of ammonia in future.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1995.05b
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pp.921-927
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1995
수지충전식 전해재생조내에서 바나듐-철-Picolinate 착화물이 함유된 모의 LOMI 제염폐액의 재생거동에 대한 공정변수의 영향을 조사하였다. 전기투석에 의해 양이온종이 제염 폐액으로부터 제거되는 재생 분리효율에 대한 전류밀도, 제염폐액 공급유량 및 재생조내 수지층두께 등 공정변수의 영향은 바나듐이온이 가장 크게 받는다. 공정변수의 영향을 총괄 파라미터인 공정변수비 $\alpha$로 정의하여 나타낼 때 재생 분리효율 95%이상을 얻기 위해서는 $\alpha$가 0.2 이하로 유지되어야 한다. LOMI 제염폐액의 재생시 전기투석 flux는 공정변수비, $\alpha$값이 증가함에 따라 철이온이 바나듐이온에 비해 더욱 커지는 경향을 보였다. 재생종료 후 발생되는 음극폐액내 철 및 코발트 등 방사성이온종은 음극액의 초기 수소이온 농도를 조절하면 침전제의 첨가 얼이 음극반응에 의해 음극액의 pH를 산성에서 알카리성으로 바꿀 수 있어, 수산화물 형태의 침전물 입자로 만들어 쉽게 제거할 수 있다. 재생시 바나듐이온은 대부분 $V^{III}$(Pic)$_2$$^{+}$ 착화물형태로 전기투석된다. 음극액으로 formate용액을 사용하면 철 및 코발트 등 방사성이온종을 제거한 음극액은 농축된 LOMI제염제로 회수하여 필요시 산화가를 조정한 후 재생된 착화제와 혼합하여 제염제로 재사용할 수 있어, 더욱 효과적으로 제염폐액을 재생하는 향상된 재생방법이다.다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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