Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2012.05a
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pp.97.1-97.1
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2012
Porous ceramics are widely used for applications such as catalysis supports, gas distributors and filters such as DPF. For these purpose, it is important to have proper porosity controlling pore structure while maintaining mechanical and thermal properties. In this work, we have prepared the porous ceramic structures made of reaction bonded silicon nitride with hierarchical pore structures. Uni-directionally aligned pore channels, which are mostly filled with ${\beta}$-Si3N4 whiskers, were achieved by an ice-templating method. The structures of the pore channels and the walls are controllable by the processing conditions, such as solid concentration, freezing rate of the slurry, and additives. We have investigated and characterized the influences of the conditions on the microstructures and the properties, such as porosity, pore size distribution, lamellar thickness, wavelength, and orientations. The compressive strength test and flow test was performed to determine the structural integrity and air permeability.
Green-emitting $Zn_2SiO_4$:Mn phosphor particles having a spherical shape and high luminescence intensities under VUV were prepared by spray pyrolysis process under severe preparation conditions. The type of precursor solutions affected the morphology and luminescence characteristics of the prepared particles. The particles prepared from the clear solution by laboratory-scale process had spherical shape and dense morphology, while the particles prepared from the severe preparation conditions had rough surface and collapsed structure. However, the particles prepared from the colloidal solution utilizing fumed silica were spherical in shape and filled morphology at the severe preparation conditions of high flow rate of carrier gas, high concentration of solution, and large reactor size. The prepared $Zn_2SiO_4$:Mn phosphor particles with complete spherical shape had higher photoluminescence intensity than that of the commercial product prepared by solid state reaction.
Sim, Jun Soo;Lee, Ki Gang;Kim, Yu Taek;Kang, Seung Ku
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.50
no.1
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pp.18-24
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2013
This study was conducted to recycle fly ash containing an abundance of CaO generated from combustion in a circulating layer as a carbon storage medium. The study utilized XRD, TG-DTA and XRF analyses during the hydration of fly ash and identified calcium substances within fly ash that could be used in a carbonation process. $Ca^{2+}$ ions in the calcium substances were easily converted to hydrates. A carbonation experiment was done, which used the method of $CO_2$ gas injection to produce suspensions by mixing fly ash with distilled water. The results were analyzed using TG-DTA, XRD, and pH meter measurements. The study was able to verify that the reaction was completed at a $CO_2$ flow rate of 300cc/min approximately 30 minutes after an injection into a solution with a solid-liquid ratio of 1 : 10 of fly ash and distilled water. Moreover, the stirring time of the suspensions did not influence the reaction, and the reaction time was found to diminish as the portion of the fly ash became smaller. Thus, this study produced carbon storage fly ash having a $CO_2$ storage rate of about 71% through the utilization of the CaO content contained within fly ash.
Global fitting functions for Fe-selective chlorination in ilmenite($FeTiO_2$) and successive chlorination of beneficiated $TiO_2$ are proposed and validated based on a comparison with experimental data collected from the literature. The Fe-selective chlorination reaction is expressed by the unreacted shrinking core model, which covers the diffusion-controlling step of chlorinated Fe gas that escapes through porous materials of beneficiated $TiO_2$ formed by Fe-selective chlorination, and the chemical reaction-controlling step of the surface reaction of unreacted solid ilmenite. The fitting function is applied for both chemical controlling steps of the unreacted shrinking core model. The validation shows that our fitting function is quite effective to fit with experimental data by minimum and maximum values of determination coefficients of $R^2$ as low as 0.9698 and 0.9988, respectively, for operating parameters such as temperature, $Cl_2$ pressure, carbon ratio and particle size that change comprehensively. The global fitting functions proposed in this study are expressed simply as exponential functions of chlorination rate(X) vs. time(t), and each of them are validated by a single equation for various reaction conditions. There is therefore a certain practical merit for the optimal process design and performance analysis for field engineers of chlorination reactions of ilmenite and $TiO_2$.
Lee, Ji Hyun;Kim, Beom-Ju;Kwak, No-Sang;Lee, Jung Hyun;Shin, Su Hyun;Hwang, Sun-Na;Shim, Jae-Goo
KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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v.2
no.4
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pp.595-600
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2016
다상 고정층 촉매반응기(Multiphase catalytic fixed-bed reactor)에서 기체 유동과 관련, 반응기 내부 구조 디자인에 따른 feed 가스의 분산성 변화를 분석하였다. 다상 촉매반응기의 경우 feed gas의 투입방법이 전체 공정의 반응효율을 크게 결정하는바 본 연구에서는 산업현장에서 활용도가 높은 환형 가스 주입부로 구성된 다상 고정층 촉매반응기를 대상으로 다양한 조건하에서 촉매 반응기 내부에서의 feed가스 분산성 변화를 분석하였다. 다상 촉매반응기의 feed gas 주입과 관련하여 다양한 방안이 제시되고 있는데 그 중 환형 가스 주입방식을 활용하는 방법은 타 기술대비 상대적으로 저렴한 투자비와 좁은 작업공간하에서 기체의 분산성을 향상 시킬수 있는 특징이 있어 실제 상업 공정에서의 활용성이 매우 높다. 본 논문에서는 특히 기-고 촉매 반응기 내부 반응기체의 분산성 향상을 위해 환형 가스 주입장치 내부에 설치된 가스 주입홀 구성방법에 따른 반응기 내부 유동을 분석하였다. 분석결과 주입홀의 위치가 가스 투입라인의 접선방향에 위치하는 것은 전체 분산성에 큰 영향을 주지 못하며 대부분 가스투입 입구와 맞은편 부분에 위치하는 경우 분산성이 향상되는 것으로 분석되었다. 결과적으로 환형 가스주입장치의 최적 설계는 feed 가스의 분산성에 큰 영향을 미치므로 초기단계에서 이러한 점을 고려한 설계 및 분석연구가 선행되어야 할 것으로 사료된다.
Kim, Sang-Bum;Park, Eun-Seok;Cheon, Han-Jin;Kim, Young-Kook;Lim, Yun-Soo;Park, Hong-Soo;Hahm, Hyun-Sik
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.20
no.4
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pp.289-295
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2003
Synthesis gas is produced commercially by a steam reforming process. However, the process is highly endothermic and energy intensive. Thus, this study was conducted to produce synthesis gas by the partial oxidation of methane to cut down 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.
Ryu, Hyunwook;Kim, Minseok;Lim, Jun-Heok;Kim, Joung Ha;Lee, Ju Dong;Kim, Suhan
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.30
no.4
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pp.459-469
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2016
Gas hydrate desalination process is based on a liquid to solid (Gas Hydrate, GH) phase change followed by a physical process to separate the GH from the remaining salty water. The GH based desalination process show 60.5-90% of salt rejection, post treatment like reverse osmosis (RO) process is needed to finally meet the product water quality. In this study, the energy consumption of the GH and RO hybrid system was investigated. The energy consumption of the GH process is based on the cooling and heating of seawater and the heat of GH formation reaction while RO energy consumption is calculated using the product of pressure and flow rate of high pressure pumps used in the process. The relation between minimum energy consumption of RO process and RO recovery depending on GH salt rejection, and (2) energy consumption of electric based GH process can be calculated from the simulation. As a result, energy consumption of GH-RO hybrid system and conventional seawater RO process (with/without enregy recovery device) is compared. Since the energy consumption of GH process is too high, other solution used seawater heat and heat exchanger instead of electric energy is suggested.
Paek, Min Kyu;Do, Kyung Hyo;Bahgat, Mohamed;Pak, Jong Jin
Korean Journal of Metals and Materials
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v.49
no.2
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pp.167-173
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2011
Nickel cobalt ferrite($Ni_{0.5}Co_{0.5}Fe_2O_4$) powder was prepared through the ceramic route by the calcination of a stoichiometric mixture of NiO, CoO and $Fe_2O_3$ at $1100^{\circ}C$. The pressed pellets of $Ni_{0.5}Co_{0.5}Fe_2O_4$ were isothermally reduced in pure hydrogen at $800{\sim}1100^{\circ}C$. Based on the thermogravimetric analysis, the reduction behavior and the kinetic reaction mechanisms of the synthesized ferrite were studied. The initial ferrite powder and the various reduction products were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, reflected light microscope and vibrating sample magnetometer to reveal the effect of hydrogen reduction on the composition, microstructure and magnetic properties of the produced Fe-Ni-Co alloy. The arrhenius equation with the approved mathematical formulations for the gas solid reaction was applied to calculate the activation energy($E_a$) and detect the controlling reaction mechanisms. In the initial stage of hydrogen reduction, the reduction rate was controlled by the gas diffusion and the interfacial chemical reaction. However, in later stages, the rate was controlled by the interfacial chemical reaction. The nature of the hydrogen reduction and the magnetic property changes for nickel cobalt ferrite were compared with the previous result for nickel ferrite. The microstructural development of the synthesized Fe-Ni-Co alloy with an increase in the reduction temperature improved its soft magnetic properties by increasing the saturation magnetization($M_s$) and by decreasing the coercivity($H_c$). The Fe-Ni-Co alloy showed higher saturation magnetization compared to Fe-Ni alloy.
Silica($SiO_2$) thin film was synthesized by a low pressure metal organic chemical vapor deposition(LPMOCVD) using organic silane compound. Triethyl orthosilicate was used as a source material. Operation pressure was 1~100 torr at outlet of the reactor and deposition temperature was $600{\sim}900^{\circ}C$. The experimental results showed that the high reaction temperature and high source gas concentration led to higher growth rate of $SiO_2$. The step coverage of films on micro-scale trenches was fairly good, which resulted from the phenomena that the condensed oligomers flow into the trenches. We estimated a reaction path that the source gas polymerizes and produces oligomers (dimer, trimer, tetramer, etc.), which diffuse and condense on the solid surface. The chemical species in the gas phase at the outlet of reactor tube were analyzed by quadrapole mass spectrometer. The peaks, assigned to be monomer, dimer of source gas and geavier molecules, were observed at 650 or $700^{\circ}C$. At higher temperature($900^{\circ}C$), the peaks of the heavy molecules disappeared, because almost all the source gas and intermediate(polymerized oligomer) molecules were oxidized or condensed on colder tube wall.
Low pressure metal organic chemical vapor deposition (LPMOCVD) of $Li_2O$ solid thin films from Li(DPM) in nitrogen-oxygen or argon-oxygen atmosphere was experimentally investigated by using a small hot wall tubular type reactor. XRD and ESCA analysis revealed that $Li_2CO_3$ film grew in nitrogen-oxygen atmosphere and $Li_2O$ grew in argon-oxygen atmosphere. The grown lithium oxide or carbonate reacted with silicon or silica base materials to produce silicates. The CVD model analysis by means of the well-known micro trench method and Monte Carlo simulation was not fully successful, but a set of data on gas phase reaction rate constant and surface reaction constant was obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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