The adsorption of disperse yellow 3 (DY 3) on granular activated carbon (GAC) was investigated for isothermal adsorption and kinetic and thermodynamic parameters by experimenting with initial concentration, contact time, temperature, and pH of the dye as adsorption parameters. In the pH change experiment, the adsorption percent of DY 3 on activated carbon was highest in the acidic region, pH 3 due to electrostatic attraction between the surface of the activated carbon with positive charge and the anion (OH-) of DY 3. The adsorption equilibrium data of DY 3 fit the Langmuir isothermal adsorption equation best, and it was found that activated carbon can effectively remove DY 3 from the calculated separation factor (RL). The heat of adsorption-related constant (B) from the Temkin equation did not exceed 20 J mol-1, indicating that it is a physical adsorption process. The pseudo second order kinetic model fits well within 10.72% of the error percent in the kinetic experiments. The plots for Weber and Morris intraparticle diffusion model were divided into two straight lines. The intraparticle diffusion rate was slow because the slope of the stage 2 (intraparticle diffusion) was smaller than that of stage 1 (boundary layer diffusion). Therefore, it was confirmed that the intraparticle diffusion was rate controlling step. The free energy change of the DY 3 adsorption by activated carbon showed negative values at 298 ~ 318 K. As the temperature increased, the spontaneity increased. The enthalpy change of the adsorption reaction of DY 3 by activated carbon was 0.65 kJ mol-1, which was an endothermic reaction, and the entropy change was 2.14 J mol-1 K-1.
Kraft lignin is a by-product of the pulp and paper industry, obtained as a black liquor after the extraction of cellulose from wood through the Kraft pulping process. Right now, kraft lignin is utilized as a low-grade boiler fuel to provide heat and power but can be converted into high-calorific biofuels or high-value chemicals once the efficient catalytic depolymerization process is developed. In this work, the multi-functional catalyst of Ru-Mg-Al-oxide, which contains hydrogenation metals, acid, and base sites for the effective depolymerization of kraft lignin are prepared, and its lignin depolymerization efficiency is evaluated. In order to understand the role of different active sites in the lignin depolymerization, the three different catalysts of MgO, Mg-Al-oxide, and Ru-Mg-Al-oxide were synthesized, and their lignin depolymerization activity was compared in terms of the yield and the average molecular weight of bio-oil, as well as the yield of phenolic monomers contained in the bio-oil. Among the catalysts tested, the Ru-Mg-Al-oxide catalyst exhibited the highest yield of bio-oil and phenolic monomers due to the synergy between active sites. Furthermore, in order to maximize the extent of lignin depolymerization over the Ru-Mg-Al-oxide, the effects of reaction conditions (i.e., temperature, time, and catalyst loading amount) on the lignin depolymerization were investigated. Overall, the highest bio-oil yield of 72% and the 3.5 times higher yield of phenolic monomers than that without a catalyst were successfully achieved at 350 ℃ and 10% catalyst loading after 4 h reaction time.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.1
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pp.47-60
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2021
Hydrogen is a next-generation energy source, and according to the roadmap for activating the hydrogen economy, it is expected that industries to stably produce, store, and transport of hydrogen as well as the supply of hydrogen fuel cell vehicles will be made rapidly. Accordingly, safety measures for accidents of hydrogen vehicles in confined spaces such as tunnels are required. In this study, as part of a study to ensure the safety of hydrogen fuel cell vehicles in road tunnels, a basic investigation and research on the risk of fire and explosion due to gas leakage and hydrogen tank rupture among various hazards caused by hydrogen fuel cell vehicle accidents in tunnels was conducted. The following results were obtained. In the event of hydrogen fuel cell vehicle accidents, the gas release rate depends on the orifice diameter of TPRD, and when the gas is ignited, the maximum heat release rate reaches 3.22~51.36 MW (orifice diameter: 1~4 mm) depending on the orifice diameter but the duration times are short. Therefore, it was analyzed that there was little increase in risk due to fire. As the overpressure of the gas explosion was calculated by the equivalent TNT method, in the case of yield of VCE of 0.2 is applied, the safety threshold distance is analyzed to be about 35 m, and number of the equivalent fatalities are conservatively predicted to reach tens of people.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.27
no.1
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pp.153-160
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2021
Nitrous oxide is a global warming substance and is known as the main cause of the destruction of the ozone layer because its global warming effect is 310 times stronger than carbon dioxide, and it takes 120 years to decompose. Therefore, in this study, we investigated the characteristics of NOx emission from N2O reduction by thermal decomposition of N2O. Bunsen premixed flames were adopted as a heat source to form a high-temperature flow field, and the experimental variables were nozzle exit velocity, co-axial velocity, and N2O dilution rate. NO production rates increased with increasing N2O dilution rates, regardless of nozzle exit velocities and co-axial flow rates. For N2O, large quantities were emitted from a stable premixed flame with suppressed combustion instability (Kelvin Helmholtz instability) because the thermal decomposition time is not sufficient with the relatively short residence time of N2O near the flame surface. Thus, to improve the reduction efficiency of N2O, it is considered effective to increase the residence time of N2O by selecting the nozzle exit velocities, where K-H instability is generated and formed a flow structure of toroidal vortex near the flame surface.
Kim, Eun-Sub;Yun, Seok-Hwan;Piao, Zheng-gang;Jeon, Yoon-Ho;Kang, Hye-Won;Kim, Sang-Hyuck;Kim, Ji-Yeon;Lee, Young-Gu;Lee, Dong-Kun
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.24
no.6
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pp.121-132
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2021
Green facade has a significant impact on building's energy performance by controlling the absorption of solar radiation and improving outdoor thermal comfort through shading and evapotranspiration. In particular, since high-density building does not enough green space, green facade, and rooftop greening using artificial ground plants are highly utilized. However, the level of cooling effect according to plant traits and irrigation control is different. Therefore, in this study, the cooling effect analyzed for a total of 4 cases by controlling the irrigation condition based on hedera and spurge. Although hedera under sufficient water had the highest cooling effect(-2℃~-4℃), had the lowest cooling effect under non-irrigation(+1.1℃~+4.4℃). In addition, hedera under sufficient water had cooling effect than hedera under non-irrigation(-1℃~-8.1℃) and in the case of spurge, it had cooling effect(-0.3℃~-7.8℃) more than non-irrigation. As a result of measuring the amount of transpiration according to the light intensity (PAR) and carbon dioxide concentration conditions, transpiration of hedera was higher than the spurge (respectively 0.63204mmolm-2s-1, 0.674367mmolm-2s-1). The difference in the cooling effect of the green facade under irrigation condition was significant. But the potential cooling effect of green facade according to plants species was different. Therefore, in order to maximize and continuously provide the cooling effect of green facade in urban areas, it is necessary to consider the characteristics of plants and the control of water supply through the irrigation system.
In this paper, parameter characteristics such as pH effect, isotherm, kinetic and thermodynamic parameters and competitive adsorption of dyes including malachite green (MG), direct red 81 (DR 81) and thioflavin S (TS), which have different functional groups, being adsorbed onto activated carbon were investigated. Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm models were employed to find the adsorption mechanism. Effectiveness of adsorption treatment of three dyes by activated carbon were confirmed by the Langmuir dimensionless separation factor. The mechanism was found to be a physical adsorption which can be verified through the adsorption heat calculated by Temkin equation. The adsorption kinetics followed the pseudo second order and the rate limiting step was intra-particle diffusion. The positive enthalpy and entropy changes showed an endothermic reaction and increased disorder via adsorption at the S-L interface, respectively. For each dye molecule, negative Gibbs free energy increased with the temperature, which means that the process is spontaneous. In the binary component system, it was found that the same functional groups of the dye could interfere with the mutual adsorption, and different functional groups did not significantly affect the adsorption. In the ternary component system, the adsorption for MG lowered a bit, likely to be disturbed by the other dyes meanwhile DR 81 and TS were to be positively affected by the presence of MG, thus resulting in much higher adsorption.
The application of infrared heating in the hot press forming of the thermoplastic composites is conducive to productivity with high-speed heating. However, high energy, high forming temperature, and high-speed heating derived from infrared heating can cause material degradation and deteriorate properties such as re-melting performance. Therefore, this study was conducted to optimize the process conditions of the hot press forming suitable for carbon fiber reinforced polyetherketoneketone(CF/PEKK) composites that are actively researched and developed as high-performance aviation materials. Specifically, the degradation mechanisms and properties that may occur in infrared high-speed heating were evaluated through morphological and thermal characteristics analysis and mechanical performance tests. The degradation mechanism was analyzed through morphological investigation of the crystal structure of PEKK. As a result, the size of the spherulite decreased as the degradation progressed, and finally, the spherulite disappeared. In thermal characteristics, the melting temperature, crystallization temperature and heat of crystallization tend to decrease as degradation progresses, and the crystal structure disappeared under long-term exposure at 460℃. In addition, the low bonding strength was observed on the degraded surface, and the bonding surfaces of PEKK did not melt intermittently. In conclusion, it was confirmed that the CF/PEKK composite material degraded at 420℃ in the infrared high-speed heating. Furthermore, the spherulite experienced morphological changes and the re-melting properties of thermoplastic materials were degraded.
We proposed a numerical method for the thermo-mechanical behavior of rock fracture using a grain-based distinct element model (GBDEM) and simulated thermally induced fracture slip. The present study is the benchmark simulation performed as part of DECOVALEX-2023 Task G, which aims to develop a numerical method to estimate the coupled thermo-hydro-mechanical processes within the crystalline rock fracture network. We represented the rock sample as an assembly of Voronoi grains and calculated the interaction of the grains (blocks) and their interfaces (contacts) using a distinct element code, 3DEC. Based on an equivalent continuum approach, the micro-parameters of grains and contacts were determined to reproduce rock as an elastic material. Then, the behavior of the fracture embedded in the rock was characterized by the contacts with Coulomb shear strength and tensile strength. In the benchmark simulation, we quantitatively examined the effects of the boundary stress and thermal stress due to heat conduction on fracture behavior, focusing on the mechanism of thermally induced fracture slip. The simulation results showed that the developed numerical model reasonably reproduced the thermal expansion and thermal stress increment, the fracture stress and displacement and the effect of boundary condition. We expect the numerical model to be enhanced by continuing collaboration and interaction with other research teams of DECOVALEX-2023 Task G and validated in further study experiments.
Choi, Baig-Gyu;Do, Jeonghyeon;Jung, Joong Eun;Seok, Woo-Young;Lee, Yu-Hwa;Kim, In Soo
Journal of Korea Foundry Society
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v.41
no.6
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pp.505-515
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2021
Creep properties of directionally solidified Ni-based superalloy CM247LC under various temperature and stress conditions have been investigated. In the heat-treated specimen, some portion of eutectic γ-γ' remained, and uniform cubic γ' was observed in the dendrites. At low temperature (750℃) and high stress condition, a large amount of deformation occurred during the primary creep, while the tertiary creep region accounted for most of the creep deformation under high temperature and low stress condition. γ' particles are sheared by dislocation dissociated into super lattice partial dislocations separated by stacking faults at 750℃. No stacking faults in γ' were found at and above 850℃ due to the temperature dependence of the stacking fault energy. Raft structure of γ' was found after creep test at high temperature of 950℃ and 1000℃. At 850℃, the deformation mechanism was shown to be dependent on the stress condition, and so rafting was observed only under low stress condition.
Ti-In-Zn-O (TIZO)/Ag/TIZO multilayer transparent electrodes were prepared on glass substrates at room temperature using RF/DC magnetron sputtering. Obtained multilayer structure comprising TIZO/Ag/TIZO (10 nm/10 nm/40 nm) with the total thickness of 60 nm showed a transmittance of 86.5% at 650 nm and a sheet resistance of 8.1 Ω/□. The multilayer films were expected to be applicable for use in energy-saving smart window based on polymer-dispersed liquid crystal (PDLC) because of their transmittance properties to effectively block infrared rays (heat rays). We investigated the effects of the content ratio of prepolymer, the thickness of the PDLC coating layer, and the ultraviolet (UV) light intensity on electro-optical properties, and the surface morphology of polyester acrylate-based PDLC systems using new TIZO/Ag/TIZO transparent conducting electrodes. A PDLC cell with a thickness of 15 ㎛ PDLC layer photocured at an UV intensity of 1.5 mW/cm2 exhibited good driving voltage, favorable on-state transmittance, and excellent off-haze. The LC droplets formed on the surface of the polymer matrix of the PDLC composite had a size range of 1 to 3 ㎛ capable of efficiently scattering incident light. Also, the PDLC-based smart window manufactured using TIZO/Ag/TIZO multi-layered transparent electrodes in this study exhibited a light brown, which will have an advantage in terms of aesthetics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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