An electrolytic oxidation process was applied to remove odorous compounds from non-point odor sources including wastewater pipelines and manholes. In this study, a distance between the anode and the cathode of the electrolytic process was varied as a system operating parameters, and its effects on odor removal efficiencies and reaction characteristics were investigated. Odor precursors such as sediment organic matters and reduced sulfur/nitrogen compounds were effectively oxidized in the electrolytic process, and a change in oxidation-reduction potential (ORP) indicated that an stringent anaerobic condition shifted to a mild anoxic condition rapidly. At an electrode distance of 1 cm and an applied voltage of 30 V, a system current was maintained at 1 A, and the current density was 23.1 $mA/cm^{2}$. Under the condition, the removal efficiency of hydrogen sulfide in gas phase was found to be 100%, and 93% of ammonium ion was removed from the liquid phase during the 120 minute operating period. Moreover, the sulfate ion (${SO_4}^{2-}$) concentration increased about three times from its initial value due to the active oxidation. As the specific power consumption (i.e., the energy input normalized by the effective volume) increased, the oxidation progressed rapidly, however, the oxidation rate was varied depending on target compounds. Consequently, a threshold power consumption for each odorous compound needs to be experimentally determined for an effective application of the electrolytic oxidation.
This research was conducted to clarify the characteristics of electrochemical decolorization of effluent discharged from a biological animal wastewater treatment process and to finally establish parameters or mode for optimum operation of electrolysis system. Average color unit of wastewater was about 1,200 and DSA(Dimensionally Stable Anode) was used as electrode. Experiments were performed with two different operation conditions or modes, fixed voltage-free current(Run A) and free voltage-fixed current(Run B). Color removal rate was proportional to the electrode area and electrical conductivity, and an equation subject to them at a condition of fixed voltage was derived as follows; Ct=C0ekt, k=[{0.0121×a(dm2)× c(mS/cm)}+0.0288], [where, C0: initial color, Ct: color unit after treatment for t, k: reaction coefficient, t: time(min.), a: electrode area, c: conductivity]. From the study on the effects of current density on color removal, it was revealed that the removal efficiency of color was function of the current density, showing direct proportion. However, when considered energy consumption rate, maintenance of low current density was an economical way. Based on the obtained results, it was concluded that supplementation of electrolyte is not necessary for the removal of color from the effluent of secondary treatment process and operation with the mode of free voltage-fixed current, rather than operation with fixed voltage-free current mode, would be an efficient way to increase the removal performance and capacity per consumed energy.
본 연구는 해수에 존재하는 다량의 칼슘 및 마그네슘 이온을 전기적으로 강판에 전착하는 전착시스템을 개발하는 것이다. 최종적인 목표는 해수를 이용하여 전착한 구조용 철근의 개발이며, 본 연구는 1단계 연구로서 고내구성 철근개발을 위한 전착시스템 개발에 목적을 두었다. 다양한 전극과 온도, 전류밀도, 코팅시간 등을 변수로 하고 실험을 수행하여 철근 코팅을 위한 최적의 조건을 도출하였다. 탄산칼슘($CaCO_3$)과 수산화마그네슘($Mg(OH)_2$)으로 구성된 코팅층은 SEM, EDS, XRD 등을 통하여 성분을 파악하였으며, 자연전위 및 전류밀도를 분석하여 기존의 철보다 부식에 대하여 매우 안전함을 확인하였다. 본 연구의 성과를 이용하여 고내구성 강재의 구조적, 내구적 실험에 대한 토의가 2차 연구에서 추가적으로 수행될 것이다.
수전해(electrochemical water splitting)는 연료전지의 가역적 역반응을 이용하여 물로부터 수소와 산소를 발생시키는 기술이다. 산소는 음극에서 발생하는데, 이 때 음극 표면은 고농도의 산소 음이온 및 라디칼에 장시간 노출된다. 때문에 기계적, 화학적 내구성이 우수한 전극재를 사용할 필요가 있다. 불용성 전극 (dimensionally stable anode, DSA)은 이러한 기술적 요구사항을 잘 만족하는 상용화 된 전극이다. 티타늄이나 티타늄 합금 표면에 촉매를 미량 반복 살포하여 산화물 형태의 매우 견고한 표면을 형성함으로서 내구성을 확보한다. 그러나, 보통 DSA 제조 기법의 특징에 따라 다공성 표면 구조를 사용하지는 않기 때문에 생산 과정이 복잡하고 비용이 많이 발생하는 문제를 여전히 나타내고 있다. 본 연구는 상기 문제를 개선하기 위한 수전해용 음극 제조 기술에 관한 연구이다. 티타늄과 티타늄 합금은 동일한 양극산화 기술 적용이 가능하다는 점을 이용하여 티타늄 기판으로부터 다공성 구조를 형성함으로써 바인더의 사용을 배제하였다. 단일공정양극산화기법 (single-step anodization)을 이용하여 $IrO_2$와 $RuO_2$를 도핑함으로써 TiO2에 촉매능을 부여하였다. 제조된 나노튜브들의 구조적 특징을 HR-TEM (High-resolution transmission electron microscope)과 FE-SEM (Field-emission scanning electron microscope)으로 분석하고 SAED (selective area electron diffraction) 패턴을 분석하여 전극재의 결정성을 확인하였다. 알칼라인 분위기에서 일으킨 산소발생반응 (oxygen evolution reaction, OER)의 LSV (linear sweep voltammetry) 결과를 XPS (X-ray photoelectron microscoscopy) 결과와 연관지어 촉매 표면 구조와 과전압의 관계를 해석하였다. LSV 결과로부터 Tafel 분석을 연달아 수행함으로써 전극의 속도결정단계를 정의하였다. 최종적으로 사이클 테스트 통하여 DSA로써의 성능을 평가하였다.
Long endurance is a key issue in the application of unmanned aerial vehicles. This study presents feasibility test results when fuel cell system as an alternative to the conventional engine is applied for the power of the UAV after the 150W fuel cell system is developed and packaged to the 1/4 scale super cub airplane. Fuel cell system is operated by dead-end method in the anode part and periodically purged to remove the water droplet in flow field during the operation. Oxygen in the air is supplied to the stack by the two air blowers. And fuel cell stack is water cooled by cooling circuit to dissipate the heat generated during the fuel cell operation. Weight balance is considered to integrate the stack and balance of plant (BOP) in package layout. In flight performance test, we demonstrated 4 times standalone take-off and landing. In the laboratory test simulating the flight condition to quantify the energy flow, the system is analyzed in detail. Sankey diagram shows that electric efficiency of the fuel cell system is 39.2%, heat loss 50.1%, parasitic loss 8.96%, and unreacted purged gas 1.67%, respectively compared to the total hydrogen input energy. Feasibility test results show that fuel cell system is high efficient and appropriate for the power of UAV.
Lee, Chunwoo;Batchelor, Bill;Park, Sung Hyuk;Han, Dong Suk;Abdel-Wahab, Ahmed;Kramer, Timothy A.
Advances in environmental research
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제1권1호
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pp.37-55
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2012
Here we show that perchlorate reduction during pitting corrosion of zero-valent titanium (ZVT) is likely caused by dissolved titanium species, especially Ti(II). Several possible mechanisms were suggested based on the literature and were evaluated based on experimental observations. Direct reduction of perchlorate on the bare metal of the ZVT electrode was thermodynamically infeasible due to the high anodic potential that was applied. Other potential mechanisms were considered such as reduction by small ZVT metal particles released from the electrode and direct reduction on the oxide layer of the electrode where potential was sufficiently reduced by a high ohmic potential drop. However, these mechanisms were not supported by experimental results. The most likely mechanism for perchlorate reduction was that during pitting corrosion, in which ZVT is partially oxidized to form dissolved ions such as Ti(II), which diffuse from the electrode surface and react with perchlorate in solution. This mechanism is supported by measurements of the dissolution valence and the molar ratio of ZVT consumed to perchlorate reduced (${\Delta}Ti(0)/{\Delta}ClO_4{^-}$). The results shown in this study demonstrate that ZVT undergoing pitting corrosion has the capability to chemically reduce perchlorate by producing dissolved Ti(II) and therefore, it has the potential to be applied in treatment systems. On the other hand, the results of this research imply that the application of ZVT undergoing pitting corrosion in treatment systems may not be feasible now due to several factors, including material and electricity costs and possible chloride oxidation.
Electrolyte cathode atomic discharge (ELCAD)는 용액 중에 포함된 미량 중금속을 연속 자동적으로 측정하기 위한 새로운 광학 측정기로서 플라스마에 의한 중금속들의 방출 강도를 측정하는 원자방출 분광법의 하나이다. 특히 이 방법은 검액을 전처리하지 않고 직접 분석할 수 있기 때문에 온라인 (on-line) 현장분석이 가능하다. ELCAD에서는 분위기 가스로 공기를 이용하고, 양극부분에 백금 전극을 사용하며, 음극에서는 연속적으로 전해질 시료를 주입하면서 플라스마를 형성하면서 미량의 중금속을 분석할 수 있다. 액상 글로우 방전의 기초 특성 연구로는 철의 원자 방출선 세기를 구한 다음 Einstein-Boltzmann식을 사용하여 플라스마 온도를 구한 다음 구리, 납, 철 및 니켈의 미량 분석 및 간섭 현상에 대해서 연구하였고, 검출 한계를 구하였다.
Park, Ji Hoon;Attri, Pankaj;Hong, Young June;Park, Bong Sang;Jeon, Su Nam;Choi, Eun Ha
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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pp.176.2-176.2
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2013
Property of optical diagnostics for pulse-discharged plasma in liquid and its biological applications to proteins are investigated by making use of high voltage Marx generator. The Marx generator has been consisted of 5 stages, where each charging capacitor is 0.5 ${\mu}F$, to generate a high voltage pulse with rising time of $1{\mu}s$. We have applied an input voltage of 6 kV to the each capacitor of 0.5 ${\mu}F$. High voltage pulsed plasma has been generated inside a polycarbonate tube by a single-shot operation, where the breakdown voltage is measured to be 7 kV, current of 1.2 kA, and pulse width of ~ 1 ${\mu}s$ between the two electrodes of anode-cathode whose material is made of tungsten pin, which are immersed into the liquids. We have investigated the emitted hydrogen lines for optical diagnostics of high voltage pulsed plasma. The emission line of 656.3 nm from $H-{\alpha}$ and 486.1 nm from $H-{\beta}$ have been measured by a monochromator. If we assumed that the focused plasma regions satisfy the local thermodynamic equilibrium conditions, the electron temperature and density of the high voltage pulsed plasma in liquid could be obtained by the Stark broadening of optical emission spectroscopy. For the investigation of the influence of pulsed plasma on biological proteins, we have exposed it onto the proteins such as hemoglobin and myoglobin. The structural changes in these proteins and their analysis have also been obtained by circular dichroism (CD) and ultraviolet (UV) visible spectroscopy.
전원을 단락시킴이 없는 SCR이중 브리지 트리거 방식을 고안하여, 정역전이 가능한 SCR 서보증폭기로 구성하여 본 결과 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었다. I. 출력전압의 부호를 변경시킬 때 현재의 전언부호가 반전될 때까지 도통 상태를 유지시키다가, 전원부호가 반전된 이후 적절한 SCR을 도통 시킴으로서 크리거 실패가 없게 되어, 전원을 단락시키지 않게 되고 SCR의 소손을 막을 수 있었다. II. -에서 약 30Hz 부근까지는 60Hz의 전원으로서 원하는 출력을 표현할 수 있었는데, 이는 대형 직류 전동기의 동특성을 충분히 확보할 수 있는 값이다. III. 유도성 부하의 경우라도 이미 도통된 SCR을 통하여 유동성부하L에 저장될 수 있는 에너지의 총량은 전원의 반주기 시간과 전원이 파고치값 한계내이므로, 다음 반주기동안 부호만 반전된 전원 전압과 동일한 반주기의 시간이 존재하므로, 에너지 보존의 법칙에 의해 반드시 다음 반주기 안에 현재도통된 SCR은 소호되게 되므로 트리거실패는 존재하지 않는다.
The analytical performance of glow discharge mass spectrometer (GD-MS), using a flat type ion source is discussed. The efficiency of ion extraction was maximized at the distance between anode and cathode of 6 mm. At the operation condition of 4 mA, -1000 volt, and 1 mbar for the source, the optimum voltages for sampler and skimmer were40 volt and -280 volt, respectively. The intensities of Cu, Zn, and Mn were increased as a function of square root of current approximately. Korea standard reference materials (KSRM) were tested for an application study. The detection limits of most elements were obtained in the range of several ppm at the optimized operating condition. The peaks of aluminum and chromium were interfered by those of residual gases. The depth profile of nickel coated copper specimens (3, 5, 10 ${\mu}m$ thickness) were obtained by plotting time versus intensities of Ni and Cr after checking the thickness of nickel coated using a scanning electron microscope (SEM). At this moment, the sputtering rate of 0.2 ${\mu}m/min$ at the optimum operating condition was determined from the slope of the plot of time to the coating thickness. The roughness spectra of specimen's crater after 16 min, discharge were obtained using a Talysuf5m-120 roughness tester as well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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