Precipitation and phase transition of iron minerals in mine drainage greatly affect the behavior of trace elements. However, the precipitation of ferrihydrite, one of the major iron minerals precipitated in drainage, and the related behavior of trace elements have hardly been studied. In this study, the effects of pH change and time on mineral precipitation characteristics in mine drainage from the Munkyeong coal mine were investigated, and the behavioral changes of trace elements related to the precipitation of these minerals were studied. In the case of precipitated mineral phases, goethite was observed at pH 4, and 2-line ferrihydrite mixed with small amount of 6-line ferrihydrite was mainly identified at pH 6 or higher. In addition, it was observed that the precipitation of calcite additionally increased as the pH increased in the samples at pH 6 or higher. The occurrence of goethite was probably due to the phase change of initially precipitated ferrihydrite within a short time under the influence of low pH. Our results showed that the concentration of trace elements was strongly influenced by pH and time. With increasing time, Fe concentration in the drainage showed a abrupt decrease due to the precipitation of iron minerals, and the concentration of As existing as oxyanions in the drainage, also decreased rapidly like Fe regardless of the pH values. This decrease in As concentration was mainly due to co-precipitation with ferrihydrite, and also partly to surface adsorption on goethite at low pH in drainage. Contrary to this observation, the concentration of other trace elements, such as Cd, Co, Zn, and Ni was greatly affected by the pH regardless of the mineral species. The lower the pH value, the higher the concentration of these trace elements were observed in the drainage, and vice versa at higher pH. These results indicate that the behavior of trace elements present as cations is more greatly affected by the mineral surface charge influenced by the pH values than the type of the precipitated mineral.
The interaction of oxygen with the ordered $Ni_3Al(111)$ alloy surface at 800 K and 1000 K has been investigated using LEED, STM, HREELS, UPS, and PAX. The clean $Ni_3Al(111)$ surface exhibits a "$2{\times}2$" LEED pattern corresponding to the ordered bulk-like terminated surface structure. For an adsorption of oxygen at 800 K, LEED shows an unrelated oxygen induced superstructure with a lattice spacing of $2.93\;{\AA}$ in addition to the ($1{\times}1$) substrate spots. The combined HREELS and the UPS data point to an oxygen chemisorption on threefold aluminum sites while PAX confirms an islands growth of the overlayer. Since such sites are not available on the $Ni_3Al(111)$ surface, we conclude the buildup of an oxygen covered aluminum overlayer. During oxygen exposure at 1000 K, however, we observe the growth of ${\gamma}'-Al_2O_3$ structure on the reordered $Ni_3Al(111)$ substrate surface. This structure has been identified by means of HREELS and STM. The HREELS data will show that at 800 K the oxidation shows a very characteristic behavior that cannot be described by the formation of an $Al_2O_3$ overlayer. Moreover, the STM image shows a "Strawberry" structure due to the oxide islands formation at 1000 K. Conclusively, from the oxygen interaction with $Ni_3Al(111)$ alloy surface at 800 K and 1000 K an islands growth of the aluminum oxide overlayer has been found.
The feasibility of commercializing the hydrothermal synthesis of Na-A type zeolite from siliceous mudstone has been conducted using a 50-liter bench-scale autoclave and the application of the zeolite as an environmental remediation agent. Siliceous mudstone, which is widely distributed around the Pohang area, was adopted as a precursor. The siliceous mudstone is favorable for the synthesis of zeolite because it contains 70.7% $SiO_2$ and 10.0% $Al_2O_3$, which are major ingredient of zeolite formation. The synthesis of zeolite was carried out under the following conditions that had been obtained from the previous laboratory-scale tests: 10hr reaction time, $80^{\circ}C$ reaction temperature, $Na_2O/SiO_2$ ratio = 0.6, $SiO_2/Al_2O_3$ ratio = 2.0 and $H_2O/Na_2O$ ratio= 98.6. The crystallinity and morphology of the zeolite formed were similar to those obtained from the laboratory-scale tests. The recovery and cation exchange ion capacity were 95% and 215 cmol/kg, respectively, which are slightly higher than those obtained in laboratory scale tests. To examine the feasibility of the zeolite as an environmental remediation agent, experiments for heavy metal adsorption to zeolite were conducted. Its removal efficiencies of heavy metals in simulated waste solutions decreased in the following sequences: Pb > Cd > Cu = Zn > Mn. In a solution of 1500 mg/L total impurity metals, the removal efficiencies for these impurity metals were near completion (> 99%) except for Mn whose efficiency was 98%. Therefore, the synthetic Na-A type zeolite was proven to be a strong absorbent effective for removing heavy metals.
Methanol-to-olefin (MTO) reaction was studied over MWW zeolite with independently developed two pores (circular and straight) and MFI zeolite with intercrossed sinusoidal and straight pores in order to investigate the effect of pore structure on their catalytic behavior. MWW and MFI zeolites with similar acidity exhibited commonly high conversion and slow deactivation in the MTO reaction, but their product selectivities were considerably different: linear hydrocarbons of $C_3-C_9$ were mainly produced on MWW, while the yield of $C_2{^=}$ and aromatics were high on MFI. Polyaroamatic hydrocarbons (PAHs) were accumulated on MWW, but a small amount of benzene and aromatics on MFI. The impregnation of phosphorous on MWW caused significant decreases in the catalytic activity and toluene adsorption, but the decreases were relatively small on MFI. Although the straight pores of MWW were inactive in the MTO reaction due to the accumulation of PAHs, its circular pores which suppressed the formation of PAHs sustained catalytic activity for the production of linear hydrocarbons. Therefore, the impregnation of phosphorous on the circular pores of MWW caused a significant decrease in catalytic activity. The phosphorous impregnation on the cross sections of MFI altered the product selectivity due to the neutralization of strong acid sites, but catalytic deactivation was negligible. The difference of MWW and MFI zeolites in the MTO reaction was explained by their difference in pore structure.
Alkali metal compounds existed in original coal or sorbents are exhausted as vapor or small particle at the outlet of combustor when operating PFBC power plant. These compounds can be removed with dust removal equipment, but total generation efficiency will be decreased because of lower operating temperature of dust removal equipment. Alkali metal contained in vapor phase is initially deposited onto turbine blade results in serious corrosion. The concentration of alkali vapor in the PFBC flue gas is 20∼40 ppm which is dependent on mineral characteristics and composition as well as operating condition of PFBC. However, the allowance limit of alkali metal vapor is assigned as less than 50 ppb for gas turbine when coal or oil is used as fuel. Therefore, alkali metal vapor in PFBC or IGCC process should be removed by solid sorbents to prevent corrosion of turbine blade and improve plant efficiency. In the present investigation, powder of Bauxite, Kaolinite and Limestone is used in the preparation of cylinder-type pellet which is inserted into the pressurized alkali removal reactor for the alkali absorption experiment. Experimental results showed that the alkali removal efficiency in the order of Bauxite, Kaolinite and Limestone. Alkali vapor removal efficiency is related with reaction temperature, porosity of pellet and alkali vapor concentration of flue gas.
The fate and behavior of polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) and heavy metals in the environment are mainly controlled by their interactions with various components of soils and sediments. Due to their large surface area and abundance in many soils, smectites may greatly influence the fate and transport of the contaminants. In our experiment, PAH sorption by hexadecyltimethylammonium(HDTMA)-modified smectite linearly increased in proportion to the amount of HDTMA added on the clay. However, trimethylammonium(TMA)-modified smectite did not show superiority in its sorption of PAH compared with the HDTMA-smectite or dodecyltrimethylammonium(DTMA)- smectite. Meanwhile, the smectites modified with the same cationic surfactants adsorbed Cd$^{2+}$(heavy metal) significantly from water at low surfactant loading level, but the Cd$^{2+}$ adsorption linearly decreased as the loading of surfactant increased. The result shows that the sorption tendency of organoclays for organic or inorganic contaminants was significantly influenced by the amount and size of the surfactants added on the clay. This reveals that the stabilization and configuration of cationic surfactant formed on the clay interlayer of different sizes may be an important factor in controlling the sorptive capacity of each pollutant in the environment.
An alternative method to the empirical approach such as Langmuir and Freundlich model, surface complexation model using thermodynamic database is used to simulate adsorption behavior of cadmium for oxide minerals. Sorption of cadmium onto amorphous silica ($SiO_2$) and synthetic goethite (${\alpha}$-FeOOH) at various conditions of pH, initial cadmium loading, oxide concentration, and ionic strength, were investigated. For both oxide minerals, increasing cadmium concentration resulted in right shifting of the sorption curve of cadmium as the function of pH. The $pH_{50}$, where 50% of cadmium sorbed, of goethite (pH 5.25) was much smaller than that of the silica (pH 7.83). The sorption of cadmium onto both minerals were not affected by the background ion strength from $10^{-1}$ to $10^{-2}$ M of $KNO_3$. It indicated that the binding affinity of goethite surface for cadmium is much stronger than that of silica. The strong affinity of oxide mineral for cadmium can be explained by the existence of coordination or covalent bond between cadmium and surface of it.
Kim, Won-Seok;Kim, Jungjin;Ahn, Jinmo;Nam, Seongsik;Um, Wooyong
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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제37권8호
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pp.465-471
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2015
Adsorption experiments for radionuclides such as $^3H$, $^{90}Sr$ and $^{99}Tc$ were conducted using fractured rock collected in unsaturated zone. The released radionuclide through artificial barrier from the near surface repository can be transported by the flow of rainfall or pore water through fractures in unsaturated zone and reach to groundwater flow. Therefore, it is important to investigate transport behavior (retardation) of radionuclides through fractured rock for the safety assessment and long-term performance of repository. Fractured rock samples were collected and characterized by X-ray microtomography (XMT) analysis, which can be used to develop a more robust unsaturated fracture transport model. When fracture-filling materials are exist, distribution coefficient of $^{90}Sr$ is higher than without fracture-filling materials. In this study, batch sorption distribution coefficient ($K_d$) of radionuclide was determined and used to increase our understanding of radionuclide retardtion through fracture-filling materials.
Kim, Young-Ho;Kil, Hyun-Suk;Kang, Kwang-Cheol;Choi, Suk-Nam;Rhee, Seog-Woo
Analytical Science and Technology
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제24권4호
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pp.275-281
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2011
$AlPO_4$-type material was synthesized by a reaction of $Al(OH)_3$ and H3PO4 with organic templates from wastewater of detergent manufacturer. The surface of material was coated with carboxylate groups by the reaction of succinic anhydride with surface amino groups which were formed by treatment of the material with APTMS. Powder XRD patterns showed the characteristic patterns of $AlPO_4$. Morphology of the material was examined using a SEM and the functional groups were investigated by FT-IR analysis. The surface charge of a aqueous suspension was analyzed: $AlPO_4-NH_2$ has positively charged surface while $AlPO_4$-COOH has negatively charged one. They were used for the removal of toxic metals from aqueous solution. The lead ions were adsorbed on the surface by the formation of complexes with carboxylate of surface and $K_d$ was 91.1 mL/g. In conclusion, the $AlPO_4$-COOH might be applicable in the removal of toxic metal ions from aqueous system.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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제22권3호
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pp.557-564
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2000
This study is aimed to develop the adsorbent which can effectively remove toxic hydrophobic organic compounds from the aqueous phase. The emphasis was made to elucidate the adsolubilization behavior of sparingly soluble organic compounds (SSOCs) into the cetyltrimetylammonium bromide(CTAB) layer formed on anthracite by the partition coefficient. The amount of SSOCs removed from aqueous solution was increased with increase of the amount of CTAB coated on the surface and wich increase of SSOCs's hydrophobicity. With the surface-modified solid shown in above. chloroform and benzene at the initial concentration of $6{\times}10^{-4}M$ were removed over 95%. Experimentally determined partition coefficient($K_d$) values between organo-anthracite and organics were 4~25 times higher than theoretical $K_d$ values of same organics Organo-anthracite formed by the addition of the CTAB can effectively immobilize organic contaminants dissolved in landfill leachate and can also be applicable to wastewater treatment containing toxic hydrophobic organic compounds such as chloroform and benzene.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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