Black dross is a dark gray dross generated during the aluminum recycling process that uses flux, and contains NaCl, KCl, Al2O3, MgO, etc. Black dross is separated into soluble substances (NaCl, KCl) and insoluble substances (Al2O4, MgO) through the dissolution process. Soluble materials can be reused as salt flux, and Al2O3 and MgO can be upcycled to various ceramic materials through the synthesis process. In this study, Mayenite was synthesized using Al2O3 and MgO recovered from black dross, and the synthesis was performed according to the mixing ratio and reaction temperature. It was confirmed that when Mayenite was synthesized using black dross (spinel) and CaCO3, precursors were changed to Mg0.4Al2.4O4 and CaO at 700 ℃, and to Ca12Al14O33 (Mayenite) after 800 ℃. In the mixing conditions experiment, it was confirmed that the Mayenite XRD peak increased with increase of the CaCO3 content, and the Mg0.4Al2.4O4 XRD peak decreased. As a result of the BET analysis of the synthesized powder, the surface area decreased as the fine particles were grown and agglomerated in the process of generating mayenite.
Zeolite was synthesized hydrothermally using the water-treatment sludge, and the effects of various synthesis parameters like reaction temperature, reaction time, and Na2O/SiO2 molar ratio on the crystallization of zeolite were investigated. Crystal structure, physical property, and thermal stability of zeolite crystals were characterized by X-ray powder diffraction, FTIR spectroscopy, BET nitrogen adsorption, and TGA measurements. The removal efficiencies of nitrogen in ammonia, heavy metal ions, and TOC were calculated to evaluate zeolite's adsorption capacity. The primary chemical composition of water-treatment sludge was 28.79% Al2O3 and 27.06% SiO2. The zeolites were synthesized by merely employing the water-treatment sludge as silica and alumina sources without additional chemicals. Zeolite crystals synthesized through the water-treatment sludge were confirmed as an A-type zeolite structure. Zeolite A had the highest crystallinity obtained from a gel with the molar composition 2.1Na2O-Al2O3-1.6SiO2-65H2O after 5 h at a temperature of 90 ℃. The specific surface area of zeolite obtained was 55 ㎡ g-1, which was higher than commercial zeolite A. The removal efficiency of nitrogen in ammonia was 68% after 3 h of reaction time, while the removal efficiencies of Pb2+ and Cd2+ ions were 99.1% and 99.3%, respectively. These results indicate active ion exchange between Pb2+ or Cd2+ ion and Na+ ion in the zeolite framework. The adsorption experiments on the different zeolite addition conditions were performed for 3 h with 300 ppm humic acid. Based on the results, TOC's highest efficiency was 83% when 5 g of zeolite was added.
Jae Heon Kim;Younghee Jang;Geo Jong Kim;Sung Chul Kim;Sung Su Kim
Applied Chemistry for Engineering
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v.34
no.6
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pp.613-618
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2023
Modern society spends more than 80% of its daily life indoors, emphasizing the need for attention to indoor air pollution due to the improvement in living standards. In this study, the performance and reaction characteristics of the Pt/TiO2 catalysts prepared by liquid-phase reduction for the removal of formaldehyde (HCHO), one of the indoor air pollutants, at room temperature without the need for additional light or heat were investigated. As a result, it showed that catalysts prepared by the same method showed approximately 40~80% various activities depending on the type of TiO2. XRD, BET, and XPS analyses were performed to investigate the particle size, crystal structure, specific surface area, and O/Ti molar ratio of the support material, and it revealed that the correlation between the properties and performance was insignificant. To explore the oxidation reaction pathway of formaldehyde (HCHO), in situ DRIFT analysis using carbon monoxide and H2-TPR was perfomed. The results revealed that the performance was demonstrated by the oxidation state of the active metal and the adsorption-desorption characteristics of the adsorbate species.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.29
no.8
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pp.950-955
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2007
Non-point source control system which had been designed only for oil-water separation in the fields of oil refinery and garage was upgraded in this research for the removal of runoff pollutants in impervious urban area. Pollutants including oil from driveway and bridge were eliminated by two types of pathway in the system. One is the coalescence mechanism that the oil droplets in the runoff come into contact with each other in the spiral buoyant media surface and form larger coalesced droplets of oil that are carried upstream to the oil layer. The other is the precipitation that solids in runoff were settled by gravity in the system. In this research, coalescing characteristics of oil and water separation were investigated through image analyses, and efficiencies of the non-point source control system were evaluated using dust in driveway and waste engine oil. Media made of high density and high molecular weight polyethylene was indeterminate helical shape and had sleek surface by analysing SEM photographs and BET. Surface area and specific gravity of media which were measured directly were 1,428 $mm^2$ and 45.3 $kg/m^3$ respectively. From the image analyses of the oil droplets photographs which were taken by using microscope, it was proved clearly that the coalescence was the main pathway in the removal of oil from the runoff. Finally, the performances of the non-point source control system filled up with the media were suspended solid $86.6\sim95.2%$, $COD_{Cr}$, $87.3\sim95.4%$, n-Hexane extractable materials $71.8\sim94.8%$ respectively.
In this study, sorption kinetics of lead (Pb) and cadmium (Cd) onto coastal sediments were investigated at pH 5.5 using laboratory batch adsorbers. Four different models: one-site mass transfer model (OSMTM), pseudo-first-order kinetic model (PFOKM) ,pseudo-second-order kinetic model (PSOKM) and two compartment first-order kinetic model (TCFOKM) were used to analyze the sorption kinetics. As expected from the number of model parameters involved, the three-parameter TCFOKM was better than the two-parameter OSMTM, PFOKM and PSOKM in describing sorption kinetics of Pb and Cd onto sediments. Most sorption of Pb and Cd was rapidly completed within the first three hours, followed by slow sorption in the subsequent period of sorption. All models predicted that the sorbed amount at the apparent sorption ($q_{e,s}$) equilibria increased as the CEC and surface area of the sediments increased, regardless of initial spiking concentration ($C_0$) and heavy metal and the sediment type. The sorption rate constant ($k_s,\;hr^{-1}$) in OSMTM also increased as the CEC and BET surface area increased. The rate constant of pseudo-first-order sorption ($k_{p1,s},\;hr^{-1}$) in PFOKM were not correlated with sediment characteristics. The results of PSOKM analysis showed that the rate constant of pseudo-second-order sorption ($k_{p2,s},\;g\;mmol^{-1}\;hr^{-1}$) and the initial sorption rate ($v_{o,s},\;mg\;g^{-1}\;hr^{-1}$) were not correlated with sediment characteristics. The fast sorption fraction ($f_{1,s}$) in TCFOKM increased as CEC and BET surface increased regardless of initial aqueous phase concentrations. The sorption rate constant of fast fraction ($k_{1,s}=10^{0.1}-10^{1.0}\;hr^{-1}$) was much greater than that of slow sorption fraction ($k_{2,s}=10^{-2}-10^{-4}\;hr^{-1}$) respectively.
In this study, adsorption characteristics of expanded graphite (EG) were investigated by a series of batch adsorption tests using p-Xylene as a model volatile organic compounds (VOCs). After acid treatment, graphite were expanded at various temperature from $600^{\circ}C$ to $1000^{\circ}C$ for one minute. The optimal temperature was $800^{\circ}C$, where the expansion ratio reached 195 times of original volume. The BET specific surface area of EG was $92.4m^2/g$, which was only 1/10 of granular activated carbon (GAC), however the adsorption of p-Xylene by EG was almost completed within 5 minutes while that of GAC continued for 7 days because the majority of pores of EG was consisted with meso- and macro-pores. According to the Langmuir isotherm analysis, the maximum specific adsorption of p-Xylene onto EG was 24.0 mg/L with the adsorption constant of 7.94. In conclusion, the adsorption capacity of EG was much less than that of GAC due to the significantly lower specific surface area, but the first order kinetic constant was more than 500 times larger than GAC. Overall, EG might be effective where the fast adsorption is required.
Sim, Hye-In;Park, Jung-Hyun;Cho, Jun Hee;Ahn, Ji-Hye;Choi, Min-Seok;Shin, Chae-Ho
Korean Chemical Engineering Research
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v.51
no.2
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pp.208-213
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2013
Zirconium hydroxide was synthesized by varying the aging time of the zirconyl chloride octahydrate at $100^{\circ}C$ in aqueous solution and the resulting hydroxides were calcined at $700^{\circ}C$ for 6 h to obtain the crystalline $ZrO_2$. The materials used in this study were characterized by differential thermal analysis (DTA), X-ray diffraction (XRD), $N_2$-sorption, transmission electron microscopy (TEM), $NH_3$ temperature-programmed desorption ($NH_3$-TPD), $CO_2$-TPD and iso-propanol TPD analyses to correlate with catalytic activity for the dehydration of iso-propanol. The pure tetragonal $ZrO_2$ phase was obtained after 24 h aging of zirconium hydroxide and successive calcination at $700^{\circ}C$. The increase of aging time showed the production of smaller particle size $ZrO_2$ resulting that the higher specific surface area and total pore volume. $NH_3$-TPD results revealed that the relative acidity of the catalysts increased along with the increase of aging time. On the other hand, the results of $CO_2$-TPD showed the reverse trend of $NH_3$-TPD results. The best catalytic activity for the dehydration of iso-propanol to propylene was shown over $ZrO_2$ catalyst aged for 168 h which had the highest $S_{BET}$ ($178\;m^2\;g^{-1}$). The catalytic activity could be correlated with high surface area, relative acidity and easy desorption of iso-propanol.
Various catalysts of $Cu_xH_3-{_{2x}}PMo_{12}O_{40}{\cdot}_nH_2O$ with different x-values have been prepared and characterized by thermal analysis, X-ray powder diffraction, infrared spectroscopy, BET surface-area measurement, electron microscopy, and temperature programmed desorption of ammonia. The properties of these catalysts in acrolein oxidation have been investigated in a continuous-flow fixed-bed reactor. The catalysts lost their water of crystallization at about $200^{\circ}C$ and their constitutional water between 300 and $400^{\circ}C$. The Keggin structure of the catalysts was identified by infrared spectroscopy. The decomposition of Keggin anion, $(PMo_{12}O_{40})^{3-}$, was increased with the increase of substituted copper content and identifiable $MoO_3$ and $P_2O_5$ as decomposition products were observed. The conversion of acrolein decreased with the increase of x probably due to the decrease of specific surface area and of total amount of acid sites. But specific reaction rate and selectivity to acrylic acid were maximized at x=1.0, and it showed specific acid site distributions.
In this study, binderless zeolite BaX granule, an effective adsorbent for the separation of p-xylene was made. This adsorbent which has a sufficient strength, high specific surface area and selectivity to p-xylene was prepared by various steps, such as granulation process, calcination, binderless treatment, ion-exchange, and activation. In the granulation, the concentration of colloidal silica solution was controlled in order to confirm the effect of $SiO_2$ contents after binderless treatment. As a result, we confirmed that the compressive strength of granule after binderless treatment was increasing with increasing proportion of $SiO_2$ in the granule. And then Na-ion in granule was exchanged with Ba-ion by successive batch ion-exchange process. And then prepared adsorbents were tested for p-xylene separation by batch adsorption at $90^{\circ}C$. As a results of batch adsortion test, we confirmed that prepared adsorbents have a high selectivity to p-xylene. Also, it could be conformed that the prepared binderless zeolite BaX has a sufficient compressive strength (0.450 kgf), high specific surface area $(647.57m^2/g)$, high crystallinity (98.5% compared with zeolite NaX powder), and selectivity to p-xylene.
The spheric sintered body with $6{\pm}2mm$ diameter was manufactured in a rotary kiln at $1125^{\circ}C$/15 min using green body formed by pelletizing the batch powder composing of coal bottom ash produced from power plant and dredged soil by 70:30, wt%. And the physical properties of sintered body (BD) were analyzed to confirm the possibility for applying to an absorbent to restore a contaminated soil. The sintered body had a giant pore above 100 ${\mu}m$ and a fine pore below 10 ${\mu}m$, and bulk density was 1.4. Also its specific surface area, porosity and void proportion were $12.0m^2/g$, 30.1% and 38.2% respectively. The crushed body (BD-C), produced by crushing a BD specimen into an irregular shape with a aspect ratio of about 2, was similar to BD specimen at bulk density and pore size distribution. But it had superior values of specific surface area, porosity and void proportion compared with BD specimen owing to a decreased apparent volume due to conversion of closed pore existed at interior of BD to open pore during a crushing process. The IEP of sintered body occurred at about pH=5, so the optimum pH condition of reacting aqueous solution could be known before bonding a microbe to the sintered body. Hence, the optimum void proportion and porosity of an absorbent can be obtained by appropriate mixing a BD with BD-C from the base data calculated in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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