Kim, Kyeong-Sook;Son, Soon-Hwan;Song, Kyu-Min;Han, Joo-Hee;Han, Kee-Do;Do, Seung-Hoe
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.7
no.3
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pp.175-182
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2009
The spent cationic exchange resins and anionic exchange resins were separated from mixed spent exchange resins by a fluidized bed gravimetric separator. The separated resins were identified by an elemental analysis and thermogravimetric analysis. The each test sample was prepared by diluting the slurry made by wet ball milling the cationic exchange resins and the anionic exchange resins separated as a spherical granular form for 24 hours. The resulting test samples showed a slurry form of less than $75{\mu}m$ of particle size and 25,000ppm of $COD_{cr}$. The decomposition conditions of each test samples from a thermal power plant were obtained with a lab-scale(reactor volume : 220mL) supercritical water oxidation(SCWO) facility. Then pilot plant(reactor volume : 24 L) tests were performed with the test samples from a thermal power plant and a nuclear power plant successively. Based on the optimal decomposition conditions and the operation experiences by lab-scale facility and the pilot plant, a commercial plant(capacity : 150kg/h) can be installed in a nuclear power plant was designed.
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.
Sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) was blended with poly(ether sulfone) (PES) at various compositions. To investigate the possibility of using the blend membranes as polymer electrolyte membranes for direct methanol fuel cell, the blend membranes were characterized in terms of methanol permeability, proton conductivity, ion exchange capacity, and water content. Both proton conductivity and methanol permeability of SPEEK were relatively high. As the amount of PES increased, methanol permeability decreased more rapidly compared to proton conductivity. The experimental results indicated that the blend membrane with 40 wt% PES was the best choice in terms of the ratio of proton conductivity to methanol permeability.
Kim, Yong-Tae;Kwak, Noh-Seok;Lee, Choul-Ho;Jin, Chang-Soo;Hwang, Taek-Sung
Korean Chemical Engineering Research
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v.49
no.2
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pp.211-217
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2011
In this study, ion exchange membranes were prepared using high impact polystyrene(HIPS) with various crosslinking and sulfonation time. Degree of sulfonation(DS) of sulfonated HIPS(SHIPS) membrane was increased with sulfonation time and decreased with crosslinking time. The highest value of DS was 66%. Also, water uptake and ion exchange capacity(IEC) of SHIPS membrane were decreased with degree of crosslinking and increased with sulfonation time. Then their values were 35.2% and 1.55 meq/g, respectively. Electrical resistance and ion conductivity of the membranes were showed more excellent value with sulfonation time. The maximum value of electrical resistance and ion conductivity were $0.4\Omega{\cdot}cm^{2}$ and 0.1 S/cm, respectively. It is indicated that the SHIPS membrane has the higher performance compare with Nafion 117. Durability of SHIPS membranes in a organic solvent was increased with increasing crosslinking time. The surface roughness of HIPS membranes were confirmed with SEM that was become uneven surface with progressing sulfonation.
In this investigation, we observed surface morphology and porosity of a macroporous adsorbent made of Na-bentonite and Ca-bentonite as structure formation materials and grounded waste paper as macropore forming material for the development of a permeable reactive barrier to remove heavy metals in groundwater. Therefore, we selected minerals having higher cation exchange capacity among 2:1 clay minerals and other industrial minerals because sintering can significantly influence cation exchange capacity, resulting in drastic decrease in removal of heavy metals. The results showed that the increasing sintering temperature drastically decreased CEC by less than 10 % of the indigenous CEC carried by the selected minerals. One axial compressibility test results showed that the highest value was obtained from 5% newspaper waste pulp for both structure formation materials of Na-bentonite and Ca-bentonite although there were not much difference in bulk density among treatments. The pore formation influenced by sintering temperature and period contributes removal of heavy metals passing through the sintered macroporous media having different water retention capacity.
Yoon, Ji-Hae;Ha, Ju-Young;Hwang, Jin-Yeon;Hwang, Byoung-Hoon;Gordon E. Brown, Jr.
Journal of the Mineralogical Society of Korea
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v.22
no.1
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pp.23-34
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2009
The adsorption of iodide on untreated bentonite and bentonites modified with organic cation (i.e., hexadecylpyridinium chloride monohydrate ($HDP^+$)) was investigated, and the organobentonites were characterized using uptake measurements, ${\mu}$-XRD, and electrophoretic mobilities measurement. Uptake measurements indicate that bentonite has a high affinity for $HDP^+$. Our ${\mu}$-XRD study indicates that organobentonites significantly expanded in basal spacing and organic cations were substantially intercalated into the interlayer spaces of bentonite. The electrophoretic mobility indicates that organobentonite tht is modified with organic cations in excess of the CEC of bentonite is completely different from untreated bentonite in the surface charge distribution. We found significant differences in adsorption capacities of iodide depending on the bentonite properties as follows: iodide adsorption capacities were 439 mmol/kg for the bentonite modified with $HDP^+$ at an equivalent amount corresponding to 200% of the CEC of bentonite whereas no adsorption of iodide was observed for the untreated bentonite. The molecular environments of iodine adsorbed on organobentonites were further studied using I K-edge and $L_{III}$-edge x-ray absorption spectroscopy (XAS). The X-ray absorption near-edge structure (XANES) of iodine spectra from organobentonites was similar to that of KI reference solution. Linear combination fitting of EXAFS data suggests the fraction of iodine reacted with the organic compound increased with increasing loading of the organic compound on organobentonites. In this study, we observed significant differences in the adsorption environments of iodide depending on the modified property of bentonite and suggest that an organobentonite has potential as reactive barrier material around a nuclear waste repository containing anionic radioactive iodide.
In this study, we synthesized bead-type GMA-DVB copolymer using glycidylmethacrylate (GMA) with high reactivity and hydrophilicity. Macrorecticular anion exchanger containing the trimethylammonium group were then prepared by amination with trimethylammonium chloride. We observed that the size of $NO_3^-$ is smaller than that of $SO_4^{2-}$ which disturb $NO_3^-$ removal in most of coexistent anions in ground water. Thus we investigated selective affinity for $NO_3^-$ and properties of individual ion exchangers with various DVB content. For each resins, we confirmed formation of copolymer by FT-IR spectrometer and investigated ion exchange capacity, swelling ratio, the amination yield and the effect with degree of crosslinking on adsorbability for nitrate. When amount of DVB is 4 wt%, amination yield, ion exchange capacity and swelling ratio was 384.3%, 3.25 meq/g and 77.1%, respectively. In these result, it can found that synthetic optimal condition is 4 wt% DVB content for monomer.
In this paper, we have investigated the optimization of $I_2$ recovery process from $NH_4I$ solution, which is generated as by-product during the amination reaction of p-diiodobenzene (PDIB) for p-phenylenediamine (PPD) synthesis. The recovered $I_2$ is then recycled as a raw material for PDIB synthesis. We have employed a cation exchange resin to recover $I_2$ from $NH_4I$ sample solution, and determined the breakthrough point and exchange capacity from the breakthrough curve. Furthermore, we have suggested optimum conditions of our $I_2$ recovery process by measuring the purity and yield of recovered $I_2$ with respect to the concentrations of $NH_4I$ and oxidant ($H_2O_2$) solutions, the oxidation time, and the temperature of drying process. Finally, the yield and purity as high as 94.96% and 96.65%, respectively were obtained by reusing the residual solution still containing unrecovered iodide ions.
최근 고온에서 사용 가능한 PEMFC용 고분자전해질 막 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. PEMFC가 고온에서 작동하게 되면 높은 성능과 많은 장점을 갖게 된다. PEMFC를 $100^{\circ}C$ 이상에서 운전하게 될 경우 백금 전극 반응을 향상시켜 고가의 백금 촉매 양을 줄일 수 있게 되고, 수소연료 속에 미량 포함된 CO에 의한 촉매표면 피독현상에 대한 내구성을 높일 수 있어 저 순도 수소연료 사용이 가능해 진다. 또한 가습장치와 수소 연료 개질장치의 부피를 줄일 수 있게 되어 전체적인 PEMFC 시스템이 단순화 된다. 현재 연료전지용 고분자 전해질막으로 DuPont사의 과-불소계 고분자 전해질막인 Nafion$^{(R)}$이 가장 널리 사용되고 있다. Nafion$^{(R)}$은 유연한 분자구조 안에 소수성이 강한 주사슬과 친수성을 나타내는 술폰산이 결합된 곁사슬이 존재하여 술폰화 곁사슬의 클러스터 둘레에는 친수성 영역이 형성이 되기때문에 소수/친수 상 분리가 잘되어 이온 클러스터 형성이 용이하지만 제조비용이 높은 단점을 갖고 있다. 특히, 전해질 막내에서 Bronsted base 역할을 하는 물에 의해 이온전도가 이루어지기 때문에 고온에서는 수분증발로 인해 성능이 급격히 감소된다. 따라서, 본 연구에서는 고온 저가습 조건에서 운전이 가능하고 Nafion이 갖는 문제점을 해결하고자, 내열특성이 뛰어나며 높은 수소이온 전도도 학보가 용이한 Sulfonated Poly(aryl ether)sulfone(SPAES) 고분자 전해질에, 고온에서도 수화성이 유지될 수 있도록 지르코니아를 황산화한 sulfated zirconia(s-$ZrO_2$)를 함침하여 복합 고분자전해질막을 제조하여 고온 저가습 조건에서의 수소이온 전도 특성에 관한 연구를 수행하였다. 개발된 막의 물리/화학적 특성은 water content(Wup%), 이온교환 용량(IEC, meq $g^{-1}$), 수소이온전도도(s $cm^{-1}$) 열 중량 분석(TGA), X선 회절분석(XRD) 등을 통하여 분석 및 관찰하였다. 내화학 및 열적 특성분석 결과, 황산화 반응공정으로 $ZrO_2$에 술폰산기가 안정적으로 결합하고 있음이 관찰되었으며, 본 연구에서 개발된 유 무기 복합막이 $250^{\circ}C$이상 열적안정성을 확보하고 있는 것으로 판단되었다. $100^{\circ}C$ 이하의 저온 영역에서, 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES막에서 이온교환용량(IEC)이 순수 SPAES 막보다 낮음에도 불구하고, water uptake가 증가함과 동시에 수소이온 전도도가 향상된 것을 관찰하였다. 또한, 고온에서는 수소이온이 자유롭게 이동할 수 있는 water channel을 형성하는 free water는 증발 하지만 s-$ZrO_2$와 SPAES의 술폰산기 사이에 강력하게 결합하고 있는 bound Water는 $100^{\circ}C$ 이상의 고온 영역에서도 존재하여, 비록 무가습 조건에서도 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES50 전해질 막의 경우, 높은 전도도를 나타냄을 관찰할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 저가습 고온 적용을 목적으로 개발된 s-$ZrO_2$/SPAES50막은 우수한 내열 특성을 나타냄과 동시에 저가습 고온 영역($120^{\circ}C$, $50RH{\downarrow}$)에서 높은 수소이온 전도도를 유지하여, 고온 저가습 연료전지 운전에 적합할 것으로 사료된다.
Kim, Dong Won;Kim, Chang Suk;Choi, Ki Young;Jeon, Young Shin;Hong, Choon Pyo
Analytical Science and Technology
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v.6
no.5
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pp.471-477
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1993
The novel macrocylic ligand {(4, 5):(13, 14)-dibenzo-6, 9, 12-trioxa-3, 15, 21, -triazabicyclo [15. 3. 1]heneicosa-(1, 17, 19)(18, 20, 21) triene: HDBPDA} was synthesized, and protonable constants of the ligand and the complex stability constants with alkali metals alkaline earth metals were determined. We evaluated the resolution factor(${\Delta}$) from equation that inducing from stability constants(pK). Also, this ligand was grafted on chloromethylated styrene-divinyl benzene(Merrifield resin) for HDBPDA, ion exchanger. Alkali and alkaline earth metal ions were separated using water by the column chromatography with this ion exchanger. Selectivity(${\alpha}$) and resolution(Rs) of alkali and alkaline earth metal ions were measured from the elution curves chromatogram. The selectivity and resolution values of the various ions calculated from the elution curves were compared with those abtained from pK values. The results were in a good agreement between tow methods. Ion exchange capacity of the resin were determined using the alkali and alkaline earth metal ions and pH dependence of capacity was also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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