A channel design which is closely related with the mass transport overpotential is one of the most important procedures to optimize the whole fuel cell performance. In this study, three dimensional results of a numerical study for gas distribution in channels of a molten carbonate fuel cell (MCFC) unit cell for a 1kW class stack was presented. The relationship between the fuel and air distribution in the anode and cathode channels of the unit cell and the electric performance was observed. A charge balance model in the electrodes and the electrolyte coupled with a heat transfer model and a fluid flow model in the porous electrodes and the channels was solved for the mass, momentum, energy, species and charge conservation. The electronic and ionic charge balance in the anode and cathode current feeders, the electrolyte and GDEs were solved for using Ohm's law, while Butler-Volmer charge transfer kinetics described the charge transfer current density. The material transport was described by the diffusion and convection equations and Navier-Stokes equations govern the flow in the open channel. It was assumed that heat is produced by the electrochemical reactions and joule heating due to the electrical currents.
Ethyl acetate와 n-butyl acetate의 $25^{\circ}C$에서 알카리 가수분해 반응을 개량된 Lewis cell에서 행하여 화학반응을 수반한 물질전달 속도를 측정하였다. 측정한 물질전달 속도는 교반조의 교반속도에 무관하였고 이온강도 증가에 따라 감소하였으나 화학반응촉진 계수는 일정하였다. 측정한 화학반응 촉진계수를 경막설로부터 얻은 용질의 확산방정식의 근사해로부터 해석하여 ester의 알카리 가수분해반응의 2차 비가역 반응속도 정수를 얻을 수 있었으며, 그 값은 ethyl acetate의 경우 $0.041m^3/kgmol{\cdot}s$, n-butyl acetate의 경우 $0.338m^3/kgmol{\cdot}s$이었다.
역미생용액으로 단백칠을 추출하는 공정에셔 수용 액의 이온세기와 pH가 중요한 공정변수가 된다. 본 실험에셔 사용한 역미생용액은 AOT를 Isooctane에 5 50mM의 농도로 용해시켜 사용하였고 단백칠로서 alkaline protease를 model compound로 사용하여 추출설험을 수행한 결과 본 설험의 범위에서 pH가 낮을수록, 이온세기가 낮을수록 효율적인 추출이 이루어졌으며, pH가 3.0 그리고 이온세기가 O.lM KCI 일때 분배계수가 4.0으로 가장 크게 나타났다. 단백질의 용매추출 장치로서 설관막 모률을 제작 하여 alkaline protease를 역미생을 이용하여 용매 추출을 수행하였는 바, 단백질 분리공정에 효과적인 장치로 사용될 수 었음을 보여주였다. 본 실험의 조 건에서 총괄물질전달계수 Ko가 $6.7{\times}10^{-5}cm/s$이었으며 유기용매상의 개별물칠전달저항이 수용액상의 물질전달저항보다 중요하게 나타났다. 실관막 추출 장치의 조업시 설관막 양쪽 상의 압력차를 $0.1kg/cm^2$. 이하로 조절하여 emulsion의 형성을 방지할 수 있었다.
계면활성제는 소수성 물질(톨루엔)의 물질전달율을 증가시켜 미생물이 있는 액상으로 잘 녹아들어가게 함으로써 미생물에 의한 분해를 증가시킨다. 본 연구에서는 여러 종류의 계면활성제가 존재할 때 톨루엔의 물질전달율과 미생물에 의한 분해가 어떻게 이루어지는지에 대해 알아보았다. 사용한 계면활성제는 다음과 같다: Sodium Oodecyl Sulfate (SOS), TritonX-100, Tween 80, BYK-345 (silicone 계면활성제). 실험결과에 따르면 BYK-345는 critical micelle concentration (CMC)에서 톨루엔의 용해도를 증가시켰다. 하지만, SDS와 TritonX-100는 CMC에서 톨루엔의 용해도를 증가시키지 못했다. 증류수에 계면활성제를 첨가하면 증류수만 있는 경우보다 톨루엔의 물질전달율$(K_La)$이 증가했다. 톨루엔 분해 미생물을 이용한 회분식 실험에서 SOS는 톨루엔의 분해를 감소시켰다. 그 이유는 SDS가 미생물에 독성을 미쳤기 때문일 수도 있고, 기질로서 이용되어서 톨루엔과 경쟁관계에 놓였기 때문일 수도 있다. BYK-345를 계면활성제로 사용한 실험에서도 톨루엔의 분해가 감소했는데 이것은 BYK-345가 미생물의 활성도에 심각한 영향을 미쳤기 때문이다. 하지만, TritonX-100 와 Tween 80의 경우에는 톨루엔의 분해가 크게 감소하지 않았다. 낮은 농도의 TritonX-100의 경우에 오히려 톨루엔의 분해는 증가했다. 이와 같은 결과들을 통해 톨루엔의 생물학적 분해를 위해 가장 적절한 계면활성제는 TritonX-100임을 알 수 있었다.
The simulation model for metal-supported Solid Oxide Fuel Cell(SOFC) is developed in this study. Open circuit voltage is calculated using Nernst equation and Gibbs free energy is required by thermodynamic. The exchange current densities are compared with experimental results since exchange current density is most effective factor for the activation loss. Liu's study is used for the exchange current density of cathode, BSCF, and Koide's result is applied for the exchange current density of anode, Ni/YSZ. For the ohmic loss, ionic conductivity of YSZ is described from Kilner's mode and the data are compared with Wanzenberg's experimental data. Diffusivity is an important factor for the mass transfer through the porous medium. Both binary diffusion and Knudsen diffusion are considered as the diffusion mechanism. For validation, simulation results at this work are compared with our experimental results.
순환 전압-전류법으로 합성한 폴리아닐린 막의 전기화학적 임피던스 측정을 0.1M 황산용액에서 수행하였다. 전기 전도성을 갖는 퍼텐셜 영역에서 전하-이동 정항은 낮은 값을 나타냈으며, 따라서 교환 전류밀도는 큰 값으로 측정되었다. 고분자의 축전 용량은 이중층 축전 용량보다 크게 나타났으며 이값은 전극 퍼텐셜에 따라 변하였다. 측정된 임피던스 데이터로부터 전극의 등가 회로를 추정하였으며, 이 등가 회로를 토대로 하여 폴리아닐린 막대에서 혼입된 이온의 물질 이동 파라미터를 산출하였다.
본 연구에서는 전기장에 의하여 유발되는 자연대류의 영향을 줄이기 위하여 수평 다공성 유체층에 열적 성충화를 유지하여 부력과 유체층의 안정화 효과를 체계적으로 조사하였다. 이를 위하여 수평 다공성 유체층에서 이중확산대류에 의한 물질전달 상관식을 이론적으로 유도하고, 전기화학 실험을 통하여 이론에 의한 모델을 보완하였다. 물질전달 상관식은 다공성 매질층에 대한 유동 방정식으로 Forchheimer모델을 사용하고 미세 난류 모델을 적용하여, 용질 및 열 Darcy-Rayleigh수와 Lewis 수로 유도하였다. 실험에서는 다공성매질에 포화된 황산구리황산용액내의 구리이온을 전기 화학적 방법을 통하여 확산 또는 자연대류에 의한 물질전달 실험을 수행하였다. 이론 및 실험적 해석 결과를 종합하면 다공성 매질 내에서 구리이온의 이중확산대류에 의한 물질전달 상관식은 다음과 같다. $$Sh=\frac{0.03054(Rs_D-LeRa_D)^{1/2}}{1-3.8788(Rs_D-LeRa_D)^{-1/10}}$$ 본 연구의 결과는 실험치와 잘 부합되었으며, 모델식의 원형은 열 및 물질전달계에서 자연대류의 영향을 효과적으로 제어할 수 있는 방안으로 활용될 수 있을 것이다.
페놀성 화합물들은 단백질이나 금속 이온들과 결합하는 성질을 지녀 식품분야에서는 영양 저해물질 혹은 갈변의 원인물질로 알려져 있으며 또 이들물질이 상수원에 유입시 염소와 결합하여 악취나 발암물질을 형성하는 등 환경적으로 유해한 물질로 알려져 있다. 그러나 최근에는 이들 물질들의 항미생물 효과, 항암효과 등이 밝혀짐에 따라 유용한 물질로 이용될 가능성이 매우 높아졌다. 이들 물질들의 제거 또는 회수는 곧 유해물질의 제거 혹은 유용성분의 분리의 의미가 된다. 따라서 본 실험에서는 연속식 고정층 흡착을 다성분계 페놀산 용액에서 행하여 실제 흡착공정에 적용시 필수적인 자료인 파과곡선 및 파과점을 nonlinoar curve fitting방법을 이용하여 산정하였다. 흡착질의 종류가 증가할수록 파과곡선의 적합성은 점점 낮아졌으며 흡착속도에 있어서는 gallic acid가 가장 빨리 파과점을 지나고 ferulic acid, p-coumaric acid의 순으로 나타났다. 이들 결과로부터 다성분계에서의 연속식 고정층 흡착은 흡착제와 흡착질간의 ionic strength와 흡착질간의 분자량의 차이가 흡착량과 파과속도에 영향을 미치는 것으로 생각된다.
Boron is one of the most problematic inorganic pollutants and is difficult to remove in water. Strict standards have been imposed for boron content in water because of their high toxicity at high concentrations. Technologies using membrane processes such as reverse osmosis (RO) and nanofiltration (NF) have increasingly been employed in many industrial sectors. In this work, removal of boron from model water solutions was investigated using polyamide reverse osmosis and nanofiltration membranes. RO-AG, RO-SG, NF-90 and NF-HL membranes were used to reduce the boron from model water at different operational conditions. To understand the boron separation properties a characterization of the four membranes was performed by determining the pure water permeability, surface charge and molecular weight cut-off. Thereafter, the effect of feed pressure, concentration, ionic strength, nature of ions in solution and pH on the rejection of boron were studied. The rejection of boron can reach up to 90% for the three membranes AG, SG and NF-90 at pH = 11. The Spiegler-Kedem model was applied to experimental results to determine the reflection coefficient of the membrane ${\sigma}$ and the solute permeability $P_s$.
물아닌 용매이고 비양성자성 용매인 탄산에틸렌에서 NaI, KI, $NH_4I,\;(CH_3)_4NI,\;(C_2H_5)_4NI,\;(C_2H_5)_3NHI,\;(C_2H_5)_2NH_2I,\;(C_2H_5)NH_3I$, NaPic, (Pic피크르산이온) 및 KPic의 전기전도도를 40$^{\circ}C에서 측정하고, Fuoss-Onsager-Skinner식에 의하여 한계당량전도도와 한계이온당량전도도를 구한 결과, $Na^+의 순위로서 용매화현상의 역순위과 일치하며 $(C_2H_5)_4N^+<(C_2H_5)_3NH^+<(CH_3)_4N^+<(C_2H_5)_2NH_2^+<(C_2H_5)NH_3^+ $ 로서 질량이동의 순위와 일치했다. Fuosso-Krauss 식으로 염들의 해리상수를 구한 결과 탐산에틸렌은 이들 염에 대하여 좋은 이온화 용매임을 알았다. 한편 이온들의 Stokes 반지름으로 부터 유효 반지름을 구한 결과 요오드화이온은 분명히 용매화 되었고 테트라알킬암모늄이온과 그의 치환체이온들은 거의 용매화 되어있지 않은것 같다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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