Park, Hye-Jin;Kim, Sang-Hoon;Park, Woo-Sang;Lee, Jae-Yoon;Lee, Jae-An
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.30
no.3
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pp.261-268
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2014
Four clays (both natural and commercial types) mainly used in Korea were tested for removal efficiency of Microcystis spp. and ecotoxicity on Daphnia magna and Vibrio fischeri. Four clays (clay A~D) were composed of 91.9~100% of sand (0.02~0.2 mm in particle size). Clay D consisted of lager particles than other clays. Major elements of the four clays were $SiO_2$ (45.3~62.8%), $Al_2O_3$ (18.5~29.7%) and $Fe_2O_3$ (5.4~7.9%). They contained kaolinite (clay mineral), quartz, muscovite, and so on. Clay C and D contained montmorillonite, one of the clay minerals improving clay-cell aggregation. For clay A, B and C, removal efficiency of Microcystis spp. was over 60% at 2 g/L. It reached about 100% at over 5 g/L. For clay D, it was over 60% and 95~100% at 5 g/L and 20 g/L respectively. After adding clays, pH decreased. The greatest drop of pH appeared at clay C. Except for addition of 100 g/L clay C, ecotoxicity on D. magna and V. fischeri didn't appeared at all dose of clays.
In this study, we demonstrate the effects of the acidic properties of montmorillonite (MMT), which is commonly used as a catalyst, on the conversion and selectivity of the dimer acid methyl ester (DAME) synthesis. We synthesize DAME by the dimerization of conjugated linoleic acid methyl ester (CLAME) and oleic acid methyl ester using MMT KSF. Incidentally, trimer acid methyl ester was formed as a by-product during the DAME synthesis. There is a necessity to adequately adjust the strength and quantity of the acid site to control the selectivity of DAME. Therefore, we vary the pH of the MMT acid by using various metal hydroxides. The purpose of this study is to increase the yield of monocyclic dimer acid methyl ester, which is a substance with adequate physical properties for industrial applications (e.g., lubricant and adhesive, etc.), using a heterogeneous catalyst. We report the dimerization of fatty acid methyl ester by using base treated-KSF, and apply it to conjugated soybean oil methyl ester. Then, we transmute the acid site properties of KSF, such as pH of 5 wt.% slurry KSF and various alkali metals (Li, Na, K, Ca). Characterization of base treated-KSF using a pH meter, x-ray diffraction, inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer, Brunauer-Emmett-Teller surface analysis, and temperature-programmed desorption. We conduct an analysis of CLAME and DAME using nuclear magnetic resonance spectroscopy, gas chromatography, and gel permeation chromatography. Through these experiments, we demonstrate the effects of the acidic properties of KSF on the conversion and selectivity of the DAME synthesis, and evaluate its industrial potential by application to waste vegetable oil.
Volume changes of soils induced by inorganic acids cause severe foundation and superstructure failures in industrial buildings. This study aimed to assess the potential of fly ash to control volume changes in soils under acidic environment. Two soils such as black cotton soil predominant with montmorillonite and kaolin clay predominant with kaolinite were used for the present investigation. Both soils exhibited an increase in swelling subjected to phosphoric acid contamination. Ion exchange reactions and mineralogical transformations lead to an increase in swelling and a decrease in compressibility in black cotton soil, whereas phosphate adsorption and mineral dissolution lead to an increase in swelling and compressibility in case of kaolin clay. Different percentages of Class F fly ash obtained from Ramagundam national thermal power station were used for soil treatment. Fly ash treatment leads to significant reduction in swelling and compressibility, which is attributed to the formation of aluminum phosphate cements in the presence of phosphoric acid.
The ability of sodium-exchanged clay particles as an adsorbent for the removal of commercial dyes, Methylene blue (MB) and Malachite green oxalate (MG) from aqueous solutions has been investigated under various experimental conditions. The effect of the experimental parameters, such as pH solution, agitation time, adsorbate concentration and adsorbent dose were examined. Maximum adsorption of dyes, i.e. >90% has been achieved in aqueous solutions using 0.03 g of clay at a pH of 7 and 298 K for both dyes. The adsorption process was a fast and the equilibrium was obtained within the first 5 min. For the adsorption of both MB and MG dyes, the pseudo-second-order reaction kinetics provides the best correlation of the experimental data. The adsorption equilibrium results follow Langmuir and Dubini-Radushkevich (D-R) isotherms with high regression coefficients $R^2$ > 0.98. The mean free energies $E_a$ of adsorption from D-R model were 3.779 and 2.564 kj/mol for MB and MG respectively, which corresponds to a physisorption process.
The present paper summerizes the studies on clay mineralogical characteristics of Korean soil, relationship between potassium and clay minerals, potassium release pattern of clay minerals and utilization of clay minerals for soil conditioner and fertilizers, which have been carried out in this laboratory. 1. The red yellow podzolic soil is mostly abundant in the upland of Korea and mainly consists of halloysite and weathered intermediates of mica such as illite and vermiculite. 2. With regard to soil parent material, kaolin mineral occurs abundant in soils derived from granite and granite gneiss. Mica is dominant in basaltic soil. The main clay mineral of the soil, originated from the Tertiary, is found montmorillonite and the volcanic soil of Jeju Island has plenty of allophane as its main clay mineral. 3. It is confirmed that the soil fertility depends on the composition of clay minerals. The red yellow podzolic soil, containing lot of kaolin, shows low productivity while the montmorillonite soil has higher productivity. 4. The release rate of solid phase potassium (micas and fixed potassium) follows the 1st order reaction equation in the equilibrium solution of $IN-NH_4OAc$. The potassium release constant is positively correlated with the mica content of the clay but negatively correlated with the content of $14.5{\AA}$ minerals. On the other hand, the potassium release constant has very high correlation with the ratio(Kex/Kt) of exchangeable potassium(Kex) to total potassium(Kt). 5. It is also found that Kex/Kt has rather high correlation with the content of mica and $14.5{\AA}$ minerals existed in the clay as well as the mica content of the soil.
Alkali-silica reaction (ASR) is among one of the most important damaging mechanisms in concrete, depending primarily on aggregates which contain reactive minerals. However, expansion in concrete may not directly relate to the reactive minerals. This study aims to investigate the influence of ASR and the expansion of mortar bars depending on aggregate type containing various components such as quartz, clay minerals (montmorillonite and kaolinite) and micas (muscovite and biotite). In this study, the accelerated mortar bar tests (AMBT) were performed in two conditions (mortar bars in the same and sole NaOH solutions). Petrographic thin section studies, X-ray diffraction (XRD) analysis (Rietveld method), scanning electron microscopy (SEM) and chemical analyses were carried out. This study showed that quartzite bars led to increase in expansion values of mortar bars in diabase-1 and andesite when these were in the same NaOH solution. However, three samples (basalt, quartzite and claystone) were found having ASR expansion based on the AMBT when the special molds were used for each sample. SEM study revealed that samples which exhibit highest expansions according to AMBT had a generally rough surface and acicular microstructures in or around the micro-cracks. Basalt and quartzite showed more variable in major oxides than those of other samples based on the chemical analyses, SEM studies and AMBT. This study revealed that the highest expansions were observed to source not only from reactive aggregates but also from alteration products (silicification, chloritization, sericitization and argillisation), phyllosilicates (muscovite, biotite and vermiculite) and clays (montmorillonite and kaolinite).
For the development of slow releasing K-fertilizer, K-ion exchanged montmorillonite was evaluated and characterized by layer charge determination with n-alkylammonium method. By this method it was possible to discern inhomogenous charge distribution within the crystals and to estimate the upper and lower limit of the layer charge(layer charge limit for Young-il bentonite in Korea: ${\xi}=0.39-0.28$$e/(SiAl)_4O_{10}$, ${\xi}=0.34$) and the mean value of interlayer cation exchange capacity of 0.915meq/100g.
Poly(vinyl alcohol) (PVA) hybrid films containing 5 wt% pristine clay mineral were synthesized in the water solution. The various PVA hybrid films were synthesized from structurally different pristine clays: saponite (SPT), montmorillonite (MMT), hectorite (SWN), hydrophilic bentonite (PGV), and mica (Mica). The thermo-optical properties and morphologies of the PVA hybrid films were evaluated with various pristine clays. The nanostructure of the hybrid films was observed using transmission electron microscopy, which showed that the clay layers were well dispersed into the matrix polymer, although some clusters or agglomerated particles were also detected. The addition of pristine clay was more effective with regard to improving the thermal properties and gas barrier characteristics, whereas the optical transparency of the PVA hybrid films deteriorated with pristine clay.
A study has been made of the Korean bentonite aqueous suspension contrast with American bentonite by means of XRD IR swelling, gel formation and rheogram at various conditions such as concentration, temperature and pH. The Korean bentonite was identified as montmorillonite clay containig a small proprotion of crystoballite and mordenite, and its swelling power were acceptable for requirements of Korean pharmacopeia regulations though its values were not satisfied. Korean bentonite swelled to 10 times and American one did to 15 times compared to its bulkiness of powder. The rheogram of Korean bentonite suspension reveals bulged pseudoplatic flow with yield value at higher concentration and pseudoplastic flow without yield value at lower concentration. The higher the concentration, the greater were the apparent viscosity and hysteresis loop. Korean bentonite suspension showed insignificant temperature dependence on both apparent viscosity and hysteresis loop and it was more temperature dependent on viscosity but less on hysteresis loop than those of American sample. The pH dependence was so high on viscosity that apparent minimum value was near pH 7 and maximum value at pH 3 or 7. The hysteresis loop appeared minimum over the pH range 5-7 and maximum near pH 3 or 11. The Korean bentonite was inferior to the American bentonite in swelling volume, gel formation, thioxotropy, however, it would be possible to improve the quality of Korean bentonite by developing the method of purification for bentonite clay.
Bentonite occurs in the Janggi Conglomerate of Tertiary age and consists mainly of montmorillonite with Mg as predominant interlayer cations. The bentonite was reacted with various concentrations of sulfuric acid (0.8~1.5M) for various reaction time (1-10h) at $103^{\circ}C$. Cation exchange capacity, exchangeable cations, surface area and solid acidity of the original bulk and acid activated bentonites were measured. Chemical analysis, X-ray diffraction, differential thermal analysis and infrared spectroscopy were used to characterize the changes in structure and properties of the acid activated bentonite. The dissolution of octahedral cations occurs not only from the edge of the clay platelets but also throughout the whole clay structure creating vacant octahedral sites. These lattice defects are created by $H^+$ diffused into the smectite layers. The cations leached possibly from the octahedral sheets are adsorbed on the interlayer exchange sites. They are exchanged with hydronium ions again by stronger acid attack. These reactions create wedge-shaped pores resulting in the increase of the surface area and the changes the morphology in the lattice structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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