Paek, Min Kyu;Do, Kyung Hyo;Bahgat, Mohamed;Pak, Jong Jin
Korean Journal of Metals and Materials
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v.49
no.1
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pp.52-57
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2011
Nickel ferrite ($NiFe_2O_4$) powder was prepared through the ceramic route by calcination of a stoichiometric mixture of nickel oxide (NiO) and iron oxide ($Fe_2O_3$). The pressed pellets of $NiFe_2O_4$ were isothermally reduced in pure hydrogen at 800, 900, 1000 and $1100^{\circ}C$. Based on thermogravimetric analysis, the reduction behavior and the kinetic reaction mechanisms of the synthesized ferrite were studied. The initial ferrite powder and various reduction products were characterized by XRD, SEM, reflected light microscope and VSM to reveal the effect of hydrogen reduction on the composition, microstructure, magnetic properties and reaction kinetics of the produced Fe-Ni alloy. Complete reduction of the $NiFe_2O_4$ was achieved with synthesis of homogeneous nanocrystalline Fe-Ni alloys. Arrhenius equation with the approved mathematical formulations for a gas-solid reaction was applied for calculating the activation energy ($E_a$) values and detecting the controlling reaction mechanism.
Silicon carbide (SiC) materials are typical ceramic materials with a wide range of uses due to their high hardness and strength and oxidation resistance. In particular, due to the corrosion resistance of the material against acids and bases including the chemical resistance against ionic gases such as plasma, the application of SiC has been expanded to extreme environments. In the SiC deposition process, where chemical vapor deposition (CVD) technology is used, the reactions between the raw gases containing Si and C sources occur from gas phase to solid phases; thus, the merit of the CVD technology is that it can provide high purity SiC in relatively low temperatures in comparison with other fabrication methods. However, the product yield rarely reaches 50% due to the difficulty in performing uniform and dense deposition. In this study, using a computational fluid dynamics (CFD) simulation, the gas velocity inside the reactor and the concentration change in the gas phase during the SiC CVD manufacturing process are calculated with respect to the gas velocity and rotational speed of the stage where the deposition articles are located.
The aim of numerical study is the investigation of the solid and fluid temperatures in a reformer tube and chemical reaction characteristics of different steam-carbon ratio. We considered conjugate heat transfer contain radiation, convection and conductive heat transfers. This is because steam reforming reaction of hydrocarbon occurred high temperature conditions up to 800 K- 1000 K by using commercial computational fluid dynamics (CFD) code (Fluent ver. 13.0). For numerical simulation, the Reynolds-Averaged Navier-Stokes, momentum and energy equation were employed. In addition, inside of reformer tube is assumed as the porous medium to consider the Nichrome-based catalyst. To analysis characteristics of tube temperature in chemical reaction, we changed steam-methane ratio(SCR) from 1 to 6. As increased SCR, the higher tube temperature and methane conversion were observed. It was obtained that the highest hydrogen production held in SCR of 5.
The solid state reaction by mechanical alloying(MA) generally proceeds by lowering the free energy as the result of a chemical reaction at the interface between the two adjacent layers. However, Lee et $al.^{1-5)}$ reported that a mixture of Cu and Ta, the combination of which is characterized by a positive heat of mixing of +2kJ/mol, could be amorphized by mechanical alloying. This implies that there exists an up-hill process to raise the free energy of a mixture of pure Cu and la to that of an amorphous phase. It is our aim to investigate to what extent the MA is capable of producing a non-equilibrium phase with increasing the heat of mixing. The system chosen was the ternary $Cu_{30}Ta_{ 70-x}Mo_ x$ (x=35, 10). The mechanical alloying was carried out using a Fritsch P-5 planetary mill under Ar gas atmosphere. The MA powders were characterized by the X-ray diffraction with Cu-K $\alpha$ radiation, thermal analysis, electron diffraction and TEM micrographs. In the case of x=35, where pure Cu powders were mixed with equal amount of pure Ta and Mo powders, we revealed the formation of bcc solid solution after 150 h milling but its gradual decomposition by releasing fcc-Cu when milling time exceeded 200 h. However, an amorphous phase was clearly formed when the Mo content was lowered to x=10. It is believed that the amorphization of ternary $Cu_{30}Ta_{60}Mo_{10}$ powders is essentially identical to the solid state amorphization process in binary $Cu_{30}Ta_{70}$ powders.
Jeon, Bup Ju;Hong, In Kwon;Park, Kyung Ai;Jung, Il Hyun
Applied Chemistry for Engineering
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v.5
no.3
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pp.385-394
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1994
Numerical solutions were obtained to the model equations for various of the parameters characterizing the pore structure, effective internal diffusion, and the chemical reaction constant. The conversion was decreased with the cause of pore closure at the surface of reacting particles, reduction of porosity, surface area of reaction and effective diffusion coefficient in the solid with the progress of reaction. Total conversion was strongly dependent on the local conversion at surface. According to the decreasing of impregnated concentration of the copper oxide and the increase of the flue gases concentration, total conversion was increased. The conversion was affected by gas flow rate and pore size distribution in the reacting solid.
Kim, Sang-Bum;Park, Eun-Seok;Cheon, Han-Jin;Kim, Young-Kook;Kim, Myung-Soo;Park, Hong-Soo;Hahm, Hyun-Sik
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.20
no.3
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pp.230-236
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2003
Synthesis gas is commercially produced by a steam reforming process. However, the process is highly endothermic and energy-consuming. Thus, this study was conducted to produce synthesis gas by the partial oxidation of methane to decrease the energy cost. Supported Ni catalysts were prepared by the impregnation method. To examine the activity of the catalysts, a differential fixed bed reactor was used, and the reaction was carried out at $750{\sim}850^{\circ}C$ and 1 atm. The fresh and used catalysts were characterized by XRD, XPS, TGA and AAS. The highest catalytic activity was obtained with the 13wt% Ni/MgO catalyst, with which methane conversion was 81%, and $H_2$ and CO selectivities were 94% and 93%, respectively. 13wt% Ni/MgO catalyst showed the best $MgNiO_2$ solid solution state, which can explain the highest catalytic activity of the 13wt% Ni/MgO catalyst.
Hwang, Soon Choel;Lee, Do Kyun;Kim, Sang Kyum;Lee, Si Hyun;Rhee, Young Woo
Korean Chemical Engineering Research
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v.53
no.5
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pp.653-662
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2015
In general, the coal gasification has to be operated under high temperature ($1300{\sim}1400^{\circ}C$) and pressure (30~40 bar). However, to keep this conditions, it needs unnecessary and excessive energy. In this work, to reduce the temperature of process, alkali catalysts such as $K_2CO_3$ and $Na_2CO_3$ were added into Cyprus coal. We investigated the kinetic of Cyprus char-$CO_2$ gasification. To determine the gasification conditions, the coal (with and without catalysts) gasified with fixed variables (catalyst loading, catalytic effects of $Na_2CO_3$ and $K_2CO_3$, temperatures) by using TGA. When catalysts are added by physical mixing method into Cyprus coal the reaction rate of coal added 7 wt% $Na_2CO_3$ is faster than raw coal for Cyprus char-$CO_2$ gasification. The activation energy of coal added 7 wt% $Na_2CO_3$ was calculated as 63 kJ/mol which was lower than raw char. It indicates that $Na_2CO_3$ can improve the reactivity of char-$CO_2$ gasification.
Lee, Seung Yeop;Lee, Jae Kwang;Seo, Hyo-Jin;Baik, Min Hoon
Economic and Environmental Geology
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v.51
no.2
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pp.77-85
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2018
There would be a possibility of uranium contamination around the nuclear power plants and the underground waste disposal sites, where the uranium could further migrate and diffuse to some distant places by groundwater. It is necessary to understand the biogeochemical behaviors of uranium in underground environments to effectively control the migration and diffusion of uranium. In general, various kinds of microbes are living in soils and geological media where the activity of microbes may be closely connected with the redox reaction of nuclides resulting in the changes of their solubility. We investigated the adsorption and precipitation behaviors of dissolved uranium on some solid materials using hydrogen gas as an electron donor instead of organic matters. Although the effect of hydrogen gas did not appear in a batch experiment that used granite as a solid material, there occurred a reduction of uranium concentration by 5~8% due to hydrogen in an experiment using bentonite. This result indicates that some indigenous bacteria in the bentonite that have utilized hydrogen as the electron donor affected the behavior (reduction) of uranium. In addition, the bentonite bacteria have showed their strong tolerance against a given high temperature and radioactivity of a specific waste environment, suggesting that the nuclear-biogeochemical reaction may be one of main mechanisms if the natural bentonite is used as a buffer material for the disposal site in the future.
Kook, Jin Woo;Shin, Ji Hoon;Gwak, In Seop;Lee, See Hoon
Applied Chemistry for Engineering
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v.26
no.2
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pp.184-192
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2015
Characteristics of Char-$CO_2$ gasification for petroleum coke, biomass and mixed fuels were compared in the temperature range of $1,100{\sim}1,400^{\circ}C$ using TGA (Thermogravimetric analyzer). Kinetic constants with respect to reaction temperature were determined by using different gas-solid reaction models. Also activation energy (Ea) and pre-exponential factors ($K_0$) in each models were calculated by using Arrhenius equation and then were compared with experimental values to determine reaction rate equation for char-$CO_2$ gasification. Reaction time for $CO_2$ gasification decreased with an increase of reaction temperature. Also, the activation energy of $CO_2$ gasification reaction for mixture with petroleum coke and biomass decreased with increasing biomass contents. This indicates that mixing with biomass could bring synergy effects on $CO_2$ gasification reaction.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.20
no.4
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pp.358-365
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2003
Zirconium nitride powders were synthesized at a relatively lower temperature using methane as a reducing agent in the nitridation of zircoia. $ZrO_2$ powder was prepared by a sol-gel technique. The resulting sol-gel was centrifuged, and the gel was washed with deionized water. Anhydrous ammonia was used as the nitrogen source and methane was used as the reducing agent. Conversion diagrams show the equilibrium solid phase as a function of reagent concentrations for a specific temperature and gas pressure for the reagent system $NH_3-ZrO_2-CH_4$. The reagent concentration ranges within which pure ZrN is formed increase with increasing reaction temperature. Low pressure with an excess of hydrogen decreases the reaction temperature at which pure ZrN is formed. Low pressure together with the introduction of excess hydrogen into the reaction system increases Zr and N conversion efficiency and retards C deposition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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