Park, Jae-Hyung;Satoshi Takizawa;Hiroyuki Katayama;Shinichiro Ohgaki
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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2003.05a
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pp.31-38
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2003
A pilot scale biofilter pretreatment-microfiltration system (BF-MF) was operated to investigate the effect of biofilter treatment in fouling reduction of microfiltration. Biofiltration was expected to reduce the membrane fouling by removal of turbidity and metal oxides. The hollow-fiber MF module with a nominal pore size of 0.1$\mu$m and a surface area of 8m$^2$ was submerged in a filtration tank and microfiltration was operated at a constant flux of 0.5 m/d. Biofiltration using polypropylene pellets was performed at a high filtration velocity of 320 m/d. Two experimental setups composed of MF and BF/MF, i.e., without and with biofilter pretreatment, were compared. Throughout the experimental period of 9 months, biofilter pretreatment was effective to reduce the membrane fouling, which was proved by the result of time variations of trans-membrane pressure and backwash conditions. The turbidity removal rate by biofiltration varied between 40% to 80% due to the periodic washing for biofilter contactor and raw water turbidity. In addition to turbidity, metals, especially Mn, Fe and Al were removed effectively with average removal rates of 89.2%, 67.8% and 64.9%, respectively. Further analysis of foulants on the used membranes revealed that turbidity and metal removal by biofiltration was the major effect of biofiltration pretreatment against microfiltration fouling.
Phospho-gypsum a primary waste by-product in phosphate fertilizer manufacturing industry and a potential source of electron acceptors, such as mainly of sulfate and a trace amount of iron and manganese oxides, was selected as soil amendment for reducing methane $(CH_4)$ emissions during rice cultivation. The selected amendment was added into potted soils at the rate of 0, 2, 10, and 20 Mg $ha^{-1}$ before rice transplanting. $CH_4$ flux from the potted soil with rice plant was measured along with soil Eh and floodwater pH during the rice cultivation period. $CH_4$ emission rates measured by closed chamber method decreased with increasing levels of phospho-gypsum application, but rice yield markedly increased up to 10 Mg $ha^{-1}$ of the amendment. At this amendment level, total $CH_4$ emissions were reduced by 24% along with 15% rice grain yield increment over the control. The decrease in total $CH_4$ emission may be attributed due to shifting of electron flow from methanogenesis to sulfate reduction under anaerobic soil conditions.
A lot of work is carried out concerning to acicular ferrite formation in the weld metal of high strength and low-alloy steel. Those results are suggesting that oxides that contain titanium elements provides nucleation site of intragranular ferrite, referred as acicular ferrite. Thus, when intragranular ferrite is expected to form in heat-affected zone, oxide containing titanium element should be formed in the steel. However, normal steel is deoxidized by using aluminum element (Al-killed steel) with little oxygen content. It means almost oxygen is deoxidized with aluminum elements. In the present work, in order to form the acicular ferrite in the heat affected zone, with the same concept in the case of weld metal, the steel deoxidized with titanium element (titanium killed-steel) is prepared and the acicular ferrite formation is observed in detail by using laser-conforcal microscopy technique. The confocal technique makes it possible that the morphological change along the phase transformation from austenite to ferrite is in-situ tracked. Thus, the inclusion that stimulated the ferrite nucleation could be directly selected from the observed images, in the HAZ of the Ti-killed steel. The chemical composition of the selected inclusion is analyzed and the nucleation potential is discussed by changing the nucleation site with boron element. The potency for the ferrite nucleation is summarized and the existence of effective and ineffective manganese sulfide for nucleation is made clear.
We report the discovery of Li-rich $Li_{1+x}[(Ni_{0.225}Co_{0.15}Mn_{0.625})_{1-y}V_y]O_2$ as a cathode material for rechargeable lithium-ion batteries in which a small amount of tetravalent vanadium ($V^{4+}$) is selectively and completely incorporated into the manganese sites in the lattice structure. The unwanted oxidation of vanadium to form a $V_2O_5-like$ secondary phase during high-temperature crystallization is prevented by uniformly dispersing the vanadium ions in coprecipitated $[(Ni_{0.225}Co_{0.15}Mn_{0.625})_{1-y}V_y](OH)_2$ particles. Upon doping with $V^{4+}$ ions, the initial discharge capacity (>$275mA\;h\;g^{-1}$), capacity retention, and voltage decay characteristics of the Li-rich layered oxides are improved significantly in comparison with those of the conventional undoped counterpart.
Nickel-rich lithium nickel-cobalt-manganese oxides (NCM) are viewed as promising cathode materials for lithium-ion batteries (LIBs); however, their poor cycling performance at high temperature is a critical hurdle preventing expansion of their applications. We propose the use of a functional electrolyte additive, triphenyl phosphate (TPPa), which can form an effective cathode-electrolyte interphase (CEI) layer on the surface of Ni-rich NCM cathode material by electrochemical reactions. Linear sweep voltammetry confirms that the TPPa additive is electrochemically oxidized at around 4.83 V (vs. Li/Li+) and it participates in the formation of a CEI layer on the surface of NCM811 cathode material. During high temperature cycling, TPPa greatly improves the cycling performance of NCM811 cathode material, as a cell cycled with TPPa-containing electrolyte exhibits a retention (133.7 mA h g-1) of 63.5%, while a cell cycled with standard electrolyte shows poor cycling retention (51.3%, 108.3 mA h g-1). Further systematic analyses on recovered NCM811 cathodes demonstrate the effectiveness of the TPPa-based CEI layer in the cell, as electrolyte decomposition is suppressed in the cell cycled with TPPa-containing electrolyte. This confirms that TPPa is effective at increasing the surface stability of NCM811 cathode material because the TPPa-initiated POx-based CEI layer prevents electrolyte decomposition in the cell even at high temperatures.
The $LiMn_2O_4$ cathodes for lithium ion battery were synthesized from various precursors of manganese oxides and manganese hydroxides. As the first step, nanosized precursors such as ${\alpha}-MnO_2$ (nano-sticks), ${\beta}-MnO_2$ (nano-rods), $Mn_3O_4$ (nano-octahedra), amorphous $MnO_2$(nano-spheres), and $Mn(OH)_2$ (nano-plates) were prepared by a hydrothermal or a precipitation method. Spinel $LiMn_2O_4$ with various sizes and shapes were finally synthesized by a solid-state reaction method from the manganese precursors and LiOH. Nano-sized (500 nm) octahedron $LiMn_2O_4$ showed high capacities of 107 mAh $g^{-1}$ and 99 mAh $g^{-1}$ at 1 C- and 50 C-rate, respectively. Three dimensional octahedral crystallites exhibit superior electrochemical characteristics to the other one-dimensional and two-dimensional shaped $LiMn_2O_4$ nanoparticles. After 500 consecutive charge discharge battery cycles at 10 C-rate with the nano-octahedron $LiMn_2O_4$ cathode, the capacity retention of 95% was observed, which is far better than any other morphologies studied in this work.
Kim, Byeong-Kwon;Min, Sang-Yoon;Chang, Yoon-Young;Yang, Jae-Kyu
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.31
no.7
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pp.473-482
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2009
In this study, iron and manganese coated sand (IMCS) was prepared by mixing Joomoonjin sand with solutions having different molar ratio of manganese ($Mn^{2+}$) and iron ($Fe^{3+}$). Mineral type of IMCS was analyzed by X-ray diffraction spectroscopy. Removal efficiency of arsenic through As(III) oxidation and As(V) adsorption by IMCS having different ratio of Mn/Fe was evaluated. The coated amount of total Mn and Fe on all IMCS samples was less than that on sand coated with iron-oxide alone (ICS) or manganese-oxide alone (MCS). The mineral type of the manganese oxide on MCS and iron oxides on ICS were identified as ${\gamma}-MnO_2$ and mixture of goethite and magnetite, respectively. The same mineral type was appeared on IMCS. Removed amount As(V) by IMCS was greatly affected by the content of Fe rather than by the content of Mn. Adsorption of As(V) by IMCS was little affected by the presence of monovalent and divalent electrolytes. However a greatly reduced As(V) adsorption as observed in the presence of trivalent electrolyte such as $PO_4\;^{3-}$. As(III) oxidation efficiency by MCS in the presence of NaCl or $NaNO_3$ was two times greater than that in the presence of $PO_4\;^{3-}$. Meanwhile a greater As(III) oxidation efficiency was observed by IMCS in the presence of $PO_4\;^{3-}$. This was explained by the competitive adsorption between phosphate and arsenate on the surface of IMCS.
Arsenic contamination may be brought about by a variety of natural and anthropogenic causes. Among diverse naturally-occurring chemical speciations of arsenic, trivalent (As(III), arsenite) and pentavalent (As(V), arsenate) forms have been reported to be the most predominant ones. It has been well known that the behavior of arsenic is chiefly affected by aluminum, iron, and manganese oxides. For this reason, this study was initiated to evaluate the applicability of manganese slag (Mn-slag) containing high level of Mn, Si, and Ca as an efficient sorbent of arsenic. The main properties of Mn-slag as a sorbent were investigated and the sorption of each arsenic species onto Mn-slag was characterized from the aspects of equilibrium as well as kinetics. The specific surface area and point of zero salt effect (PZSE) of Mn-slag were measured to be $4.04m^2/g$ and 7.73, respectively. The results of equilibrium experiments conducted at pH 4, 7 and 10 suggest that the sorbed amount of As(V) was relatively higher than that of As(III), indicating the higher affinity of As(V) onto Mn-slag. As a result of combined effect of pH-dependent chemical speciations of arsenic as well as charge characteristics of Mn-slag surface, the sorption maxima were observed at pH 4 for As(V) and pH 7 for As(III). The sorption of both arsenic species reached equilibrium within 3 h and fitting of the experimental results to various kinetic models shows that the pseudo-second-order and parabolic models are most appropriate to simulate the system of this study.
It is sometimes necessary to change the location of the collection conduit, which is constructed in shallow sediments in a stream, if the concentrations of $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$ become too high for water treatment. A total of nine wells, including four shallow wells with a depth of 3 m and five deeper wells with a depth of 6 m, were installed in the study area at Naeseong-cheon in Yecheon-gun. The change in hydrogeochemical features of groundwater and the concentrations of $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$ were examined at the wells during 5 hours of pumping. As pumping was performed, the velocity of groundwater flow was increased around the pumping well and aeration conditions were developed to precipitate iron and manganese oxides in an oxidizing environment. In addition, the concentrations of $Ca^{2+}$ and $Cl^-$ at the pumping well were increased following the mixing of surface water and groundwater. It is suggested that the center region of the stream would be more suitable for a new collection conduit, considering the concentrations of $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$ in groundwater and their reducing effect during pumping. The installation of a collection conduit based on field tests performed to ensure water quality enables a reduction in the construction and management costs at water treatment facilities.
Sulfur-substituted $LiMn_{0.9}Cr_{0.1}O_{2-x}S_x$$(0\;\leq\;x\;\leq\;0.1)$ layered oxides have been prepared by solid state reaction under inert atmosphere. From powder X-ray diffraction analyses, all the present lithium manganates were found to be crystallized with monoclinic-layered structure. Electrochemical measurements clearly demonstrated that, in comparison with the pristine $LiMn_{0.9}Cr_{0.1}O_2$, the sulfur-substituted derivatives exhibit smaller discharge capacities for the entire cycle range but the recovery of discharge capacity after the initial several cycles becomes faster upon sulfur substitution. The effect of the sulfur substitution on the chemical bonding nature of $LiMn_{0.9}Cr_{0.1}O_{2-x}S_x$has been investigated using X-ray absorption spectroscopic (XAS) analyses at Mn and Cr K-edges. According to Mn K-edge XAS results, the trivalent oxidation state of manganese ion remains unchanged before and after the substitution whereas the local structure around manganese ions becomes more distorted with increasing the substitution rate of sulfur. On the other hand, the replacement of oxygen with sulfur has negligible influence on the local atomic arrangement around chromium ions, which is surely due to the high octahedral stabilization energy of $Cr^{+III} $ ions. Based on the present experimental findings, we have suggested that the decrease of discharge capacity upon sulfur substitution is ascribable to the enhanced structural distortion of $MnO_6$ octahedra and/or to the formation of covalent Li-S bonds, and the accompanying improvement of cyclability would be related to the depression of Mn migration and/or to the pillaring effect of larger sulfur anion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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