The floc formation, breakage and reformation of humic acid by inorganic (alum and PAC) and organic coagulants (cationic polyelectrolytes) at several conditions (pH, ionic strength and floc breakage time) were examined and compared among the coagulants at different conditions using a continuous optical monitoring method, with controlled mixing and stirring conditions. For alum, the shapes of formation, breakage and reformation curves at different pH (5 and 7) were different, but the shapes and the sizes of initial floc and reformed floc were nearly the same in the absence and presence of electrolytes at pH 7. For PAC, similar shapes of the curves were obtained at different pH and ionic strength, but the sizes were different, except for those of reformed flocs at different pH. However, for these coagulants, reformed flocs after floc breakage, occurred irreversibly for all the conditions used in this study. For organic coagulants, the time to attain the initial plateau floc size, the extent of floc strength at high shear rate and reversibility of reformed floes were different, depending floc formation mechanism. Especially, for the cationic polyelectrolyte forming humic flocs by charge neutralization or electrostatic patch effect mechanism, reformed flocs occurred reversibly, regardless of pH and floc breakage time, but occurred irreversibly in the presence of electrolytes.
Kim, Chun-Ho;Jung, Byung-Ok;Choi, Kyu-Suk;Kim, Jae-Jin
Applied Chemistry for Engineering
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v.7
no.1
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pp.118-128
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1996
N-methyl, N-butyl and N,N-dibutyl chitosan derivatives were prepared by Schiff's base formation and hydrogenation in aqueous media. Furthermore quaternization of the chitosan derivatives was performed in N-methyl-2-pyrrolidone using methyl iodide to obtain water soluble cationic polyelectrolytes. It was confirmed that O-alkylation was occured as well as selective N-alkylation in these reactions. Chitosan and chitosan derivatives with quaternary ammonium iodide showed high flocculation power as the cationic flocculant. When tested on paper mill waste water, they showed high flocculation power, independing of pH range. The flocculation power was increased as the N-alkyl chain length was increased. Among them, N-butyl dimethyl chitosan ammonium iodide showed better flocculation power than chitosan. But, N,N-dibutyl-N-methyl chitosan ammonium iodide showed less flocculation powre than chitosan itself.
Proceedings of the Korea Technical Association of the Pulp and Paper Industry Conference
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2006.06a
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pp.61-66
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2006
Over the past 20 years there has been a revolution involving the use of nano or macro size particles as drainage and retention systems during the manufacture of paper. More recently a group of patented technologies called Synthetic Mineral Microparticles (SMM) has been invented and developed. This system has potential to further promote the drainage of water and retention of fine particles during papermaking. Prior research, as well as our on preliminary research showed that the SMM system has advantages in both of drainage and retention compared with montmorillonite (bentonite), which one of the most popular materials presently used in this kind of application. In spite of the demonstrated advantages of this SMM system, the properties and activity of SMM particles in the aqueous state have not been elucidated yet. Streaming current titrations with highly charged polyelectrolytes were used to measure the charge properties of SMM and to understand the interactions among SMM particles, fibers, fiber fines, and cationic polyacrylamide (cPAM) as a retention aid. It was found that pH profoundly affects the charge properties of SMM, due to the influence of Al-ions and the Si-containing particle surface. SEM pictures, characterizing the morphology, geometry and size distribution of SMM, showed an broad distribution of primary particle size. Dilution of SMM mixturee appeared to wash out particles smaller than 100 nm from the surface of larger particles, which themselves appeared to be composed of fused primary particles. DSC thermoporometry was used to measure the size distribution of nanopores within SMM particles.
Self-assembled multilayer thin films of poly(ethylene-alt-maleic anhydride) (PEMAh) and poly(4-vinyl pyridine) (P4VP) were fabricated by layer-by-layer (LbL) sequential adsorption. Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopic analysis of the self-assembled PEMAh/P4VP multilayer films confirms that the driving forces for the multilayer buildup are the intermolecular hydrogen bonding and electrostatic interactions. The linear increase of absorption peak of P4VP at 256 nm with increasing number of PEMAh/P4VP bilayers indicates that the multilayer buildup is an uniform assembling process. We also investigate the effects of polyelectrolyte concenhation variation of the dipping solution and pH variation of the PEMAh solution on the multilayer film formation. Thickness. adsorbed polyelectrolyte mass and surface roughness of the multilayer films were measured by UV-visible spectroscopy, quartz crystal microbalance (QCM), and atomic force microscopy (AFM), respectively.
Journal of Korea Technical Association of The Pulp and Paper Industry
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v.47
no.5
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pp.5-14
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2015
Recently, the use of wood resources has been limited due to global environmental change, like global warming and desertification. It is very critical in Korea's paper industries because lots of virgin pulp are dependant on direct import from abroad for printing grade of paper. In this work, the alternatively best available technique for reducing the import amounts of BKP (bleached Kraft pulp) was considered by mixing DIP (deinked pulp) and TMP (thermomechanical pulp) for the manufacture of high quality paper. Generally known, the sheet prepared from fibrous raw materials of DIP and TMP has lower strength and optical properties than that prepared from BKP. This study was aimed to improve the sheet quality by using DIP and TMP. 4 kinds of polyelectrolytes were approached to find out the best effects on physical strength and optical brightness improvements, and high retention behaviors with GCC (ground calcium carbonate). In conclusion, amphoteric PAM with 1,000,000 molecular weight (g/mol) and 0.5 charge density (meq/g) was best for the improvement of strength properties with the mixture of DIP and TMP. GCC retention rate was also the highest with cationic-PAM of above 2,000,000 molecular weight (g/mol) and about 2.0-3.0 charge density (meq/g) of strengthening agent.
A polyelectrolyte chain confined in a slit nanochannel exhibits a structural transition from the one in free space. In this paper, the effect of the long-range electrostatic interactions between the xanthan polyelectrolyte and the slit wall on the confined xanthan conformation is investigated via the Brownian dynamics simulation. A neutral and two negatively charged surfaces of polydimethylsiloxane (PDMS) and glass are combined to make four kinds of slit channels with different charge characteristics: i) neutral-neutral, ii) glass-glass, iii) neutral-PDMS and iv) neutral-glass walls. Their walls are characterized by uniform surface charge densities determined from experimental data of zeta potential. Both the nonmonotonic chain size variation and the loss of long-range bond vector correlation, previously observed under confinement in the PDMS-PDMS slit, are also found in the neutral slit, demonstrating the nonelectrostatic origin of such crossover behaviors. As expected, the effect of wall charges is negligible at sufficiently high medium ionic strength of 100mM but it becomes significant in the opposite limit of 0.01mM. In the latter case, the high charge density of glass walls strengthens the effective confinement of a negatively charged polyelectrolyte and produces a xanthan structure comparable to that confined in a much narrower neutral slit. The obtained structural data suggest the possibility of controlling the structure of confined polyelectrolytes by the modification of surface charge characteristics of micro/nanofluidic devices in combination with the adjustment of the medium ionic strength.
Kim, Eun-Kyeong;Lee, Chul-Sung;Hwang, Tae-Jin;Kim, Sang-Sub
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.505-505
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2011
The control of wettability of thin films is of great importance and its success surely brings us huge applications such as self-cleaning, antifogging and bio-passive treatments. Usually, the control is accomplished by modifying either surface energy or surface topography of films. In general, hydrophobic surface can be produced by coating low surface energy materials such as fluoropolymer or by increasing surface roughness. In contrast, to enhance the hydrophillicity of solid surfaces, high surface energy and smoothness are required. Silica (SiO2) is environmentally safe, harmless to human body and excellently inert to most chemicals. Also its chemical composition is made up of the most abundant elements on the earth's crest, which means that SiO2 is inherently economical in synthesis. Moreover, modification in chemistry of SiO2 into various inorganic-organic hybrid materials and synthesis of films are easily undertaken with the sol-gel process. The contact angle of water on a flat silica surface on which the Young's equation operates shows ~50o. This is a slightly hydrophilic surface. Many attempts have been made to enhance hydrophilicity of silica surfaces. In recent years, superhydrophilic and antireflective coatings of silica were fabricated from silica nanoparticles and polyelectrolytes via a layer-by-layer assembly and postcalcination treatment. This coating layer has a high transmittance value of 97.1% and a short water spread time to flat of <0.5 s, indicating that both antireflective and superhydrophilic functions were realized on the silica surfaces. In this study, we assessed hydrophillicity and hydrophobicity of silica coating layers that were synthesized using the sol-gel process. Systematic changes of processing parameters greatly influence their surface properties.
New humidity-sensitive monomer, N-methacryloyl-N'-ethyl-N'-propyl piperazinium bromide (MANEPPB) was prepared by the quaternization reaction of N-methacryloyl-N'-ethyl piperazine (MANEP) with 1-bromopropane. Polyelectrolytes derived from the copolymers composed of MANEPPB/MMN/AA=60/35/5, 70/25/5, 80/15/5, 90/5/5 and 95/0/5 were prepared for the humidity-sensitive membranes, which were fabricated on the gold electrode by dipping method and were crosslinked by reacting copolymers with aziridine crosslinker, trimethylolpropane tris(2-methyl-1-aziridinopropionate) (TTAP). When the resistance dependences on the relative humidity of the sensors were measured, it was found that the resistance varied three orders of magnitude between 20 and 90%RH, which was satisfied with the requirement for the common humidity sensor operating at ambient humidity. Their hysteresis, temperature dependence, frequency dependence, response and recovery time and water durability were measured and evaluated as a humidity-sensing membrane.
Proceedings of the Korea Technical Association of the Pulp and Paper Industry Conference
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2006.06b
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pp.271-278
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2006
We used polymers of alternating cationic and anionic nature to build up shells on fiber surfaces, strengthen the worn-out fibers and improve paper properties made from such fibers. OCC and ONP pulps were either dipped or salted out in the cationic polyallylamine, polyacrylamide and starch solutions. After centrifugal drying, these were followed by treatments in anionic polyacrylic acid, poly-acrylamide, and starch solutions, respectively. The shell-enhanced fibers were formed into handsheets and their physical properties evaluated. The results show that building multiple shells on worn-out fiber surfaces can strengthen the fibers and paper. The simpler and more practical impregnation-centrifuging treatment provided the desired effects, whereas salting out the polymers produced somewhat superior fibers. The latter process, were impractical, however. The first pair of polymeric shells imparted marked strength improvement, whereas later layers had diminishing efficacies. Overall, the methods can improve fiber quality, attaining paper strength requirements without resorting to expensive measures. Alternate cationic polymer and filler powders were also deposited on fiber surface based on the micriparticle system in an anticipation of stiffness gains. Platy minerals, such as montmorillonite, bentonite, sericite, clay and talc were added following cationic PAM. After dewatering of polymer-pigment shelled fiber of one to 3 pairs of layers, handsheets either calendered or uncalendered were evaluated. The results indicate that regardless of calendaring, stiffness of the handsheets did not improve appreciably while certain other strength properties showed gains. We also attempted the novel starch gel filler addition method wherein tapioca starch and filers (PCC, sericite or clay) were mixed at high solids content of 50% and cooked until gelatinized. The filled handsheets were dried under various conditions and then tested for their properties. Improvements in strengths of modified filled paper were observed.
The addition of poly(styrenesulfonate) (PSS) to $Ru(bpy)_3^{2+}$ solutions shifted the emission peak by 3 nm to red, and increased emission intensity by 1.8 times. By contrast, poly(vinylsulfonate) (PVS) had little effect on the fluorescence spectrum. The effects of PSS on the spectral properties of $Ru(bpy)_3^{2+}$, were attributed to the presence of a hydrophobic phenyl group in PSS, which interact with $Ru(bpy)_3^{2+}$ by, at least in part, hydrophobic effect. The binding constant of $Ru(bpy)_3^{2+}$ to PSS in 0.1 M NaCl was $6{\times}10^4\;M^{-1}$, and this value was about $10^3$ times higher than those of methyl viologen ($MV^{2+}$) and $Cu^{2+}$. The Stern-Volmer constants of emission quenching of $Ru(bpy)_3^{2+}$ by $MV^{2+}$ and $Cu^{2+}$ in 0.1 M NaCl solutions were 426 and 40 $M^{-1}$, which correspond to second order rate constants($k_q$) of $1.1{\times}10^9\;and\; 1.0{\times}10^8\;M^{-1}s^{-1}$, respectively. The presence of PSS enhanced $K_{SV's}\;by\;{\sim}50$ times, whereas PVS increased the values only 1-4 times. The large enhancing effect of PSS, despite of lower charge density than PVS, was explained in terms of longer life-time of photoexcited $Ru(bpy)_3^{2+}$ bound to PSS and strong association of $Ru(bpy)_3^{2+}$ to PSS due to a specific interaction involving hydrophobic effect. The variation of $K_{SV's}$ on the concentrations of PVS and PSS were also investigated for $Ru(bpy)_3^{2+}-MV^{2+}\;and \;Ru(bpy)_3^{2+}-Cu^{2+}$ photoredox systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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