Jang, Heang Sin;Hong, Jinho;Lee, Jeongwoo;Shim, Sang Eun
Korean Chemical Engineering Research
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v.46
no.4
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pp.669-675
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2008
Carbon black has been widely used in composites, tonor resin, and ink materials. Since carbon black readily agglomerates, it is important to disperse carbon black in real applications. Aiming to improve dispersion stability, carbon black was chemically oxidized to possess hydroxyl groups using a phase transfer catalyst at room temperature. The modified carbon black (CB-OH) was grafted by a silane coupling agent, p-methylacryloxypropyltrimethoxysilane, to carry teminal vinyl groups. The modified carbon black was subsequently used in miniemulsion polymerization to achieve encapsulted core-shell structure. Finally, well-encapsulated carbon black by polymer was obtained in the size range of 100-500 nm. Throughout the polymerization, the effects of surface modification, types of monomers, initiators, and emulsifiers were investigated.
In this work, a carbon-doped carbon nitride photocatalyst is successfully synthesized through a simple centrifugal spinning method after heat treatment. The morphology and properties of the prepared photo catalyst are characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), UV-vis spectrophotometer (UV-vis), and specific surface area. The results show that the band gap of the prepared sample, g-CN-10 is 2.1 eV, is significantly lower than that of pure carbon nitride, 2.7 eV. As the amount of cotton candy increased, the absorption capacity of the prepared catalyst for visible light is significantly enhanced. In addition, the degradation efficiency of Rhodamine B (RhB) by sample g-CN-10 is 98.8 % over 2 h, which is twice that value of pure carbon nitride. The enhancement of photocatalytic ability is attributed to the increase of specific surface area after the carbon doping modifies carbon nitride. A possible photocatalytic degradation mechanism of carbon-doped carbon nitride is also suggested.
The feasibility of obtaining graphitic carbon films on targeted substrates without a catalyst and transfer step was explored through the pyrolysis of the botanical derivative camphor. In a horizontal quartz tube, camphor was subjected to a sequential process of evaporation and thermal decomposition; then, the decomposed product was deposited on a glass substrate. Analysis of the Raman spectra suggest that the deposited film is related to unintentionally doped graphitic carbon containing some $sp-sp^2$ linear carbon chains. The films were transparent in the visible range and electrically conductive, with a sheet resistance comparable to that of graphene. It was also demonstrated that graphitic films with similar properties can be reproduciblyobtained, while property control was readily achieved by varying the process temperature.
Regeneration of carbon-deposited Ni catalyst used for hydrogenation reaction was studied. Deposited carbon was removed by oxidation with various concentrations of oxygen. Activity of the catalysts was tested on aniline hydrogenation as a model reaction. When a carbon-deposited catalyst was treated under oxygen atmosphere, the specific surface area of the catalyst increased and then decreased with the increase of treatment temperature. The treatment temperature which gives maximum specific surface area increased with the decrease of oxygen concentration. Pore size of the support was decreased and sintering of nickel particles was more significant with the increase of oxygen concentration. The catalyst treated under 5 % oxygen concentration recovered its catalytic activity up to 90 % of the initial value, but the treatment under 20 % oxygen concentration gave no significant increase of the catalytic activity. Catalytic activity increased with treatment time when the catalyst was treated under 5 % oxygen concentration, but nearly constant after 1 hour.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.11a
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pp.395-395
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2008
Water-assisted synthesis of carbon nanotubes (CNTs) has been intensively studied in recent years, reporting that water vapor enhances the activity and lifetime of metal catalyst for the CNT growth. While most of these studies has been focused on the supergrowth of CNTs at high temperature, rarely has the similar approach been made for the CNT synthesis at low temperature. Since the metal catalyst are much less active at lower temperature, we expect that the addition of water vapor may increase the activity of catalyst more largely at lower temperature. We synthesized multi-walled CNTs at temperature as low as $360^{\circ}C$ by introducing water vapor during growth. The water addition caused CNTs to grow ~3 times faster. Moreover, the water-assisted growth prolonged the termination of CNT growth, implying the enhancement of catalyst lifetime. In general, a thinner catalyst layer is likely to produce smaller-diameter, longer CNTs. In a similar manner, the water vapor had a greater effect on the growth of CNTs for a smaller thickness of catalyst in this study. To figure out the role of process gases, CNTs were grown in the first stage and then exposed to each of process gases in the second stage. It was shown that water vapor and hydrogen did not etch CNTs while acetylene led to the additional growth of CNTs even faster in the second stage. As-grown CNTs were characterized by scanning electron microscopy (SEM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), atomic force microscopy (AFM), and Raman spectroscopy.
The bimodal porous carbons were synthesized by using imprinting method with templates of SBA-15 particle and silica sphere and applied as supporting materials for the electro-catalyst of polymer electrolyte fuel cell (PEFC). The silica spheres with diameter size of 100 nm and SBA-15 particle having 200 nm -250 nm diameter and 700 nm -900 nm length were synthesized in this work. The bimodal porous carbons (S100) were prepared by using the silica spheres and SBA-15 as templates and mesophase pitch as a carbon source. The PtRu nanoparticle of ca. 1.9 nm were supported on the bimodal porous carbon support and the resulting PtRu/S100 catalysts was tested by the cyclic voltammetry. The use of bimodal porous carbon showed in comparable electro-catalytic activities with commercial catalyst. Though unclear effects of bimodal porosity of supports could be obtained in the scope of this study, morphological advantage in electrical conductivity can be considered on the electro-catalytic activity.
Pt-loaded carbon black for the catalyst of a PEM fuel cell was synthesized with different molar ratios of polyvinylpyrrolidone and $H_2PtCl_6$ solution to improve the dispersion of Pt nanoparticles on carbon black and decrease the size of Pt nanoparticles. From transmission electron microscopy results, Pt nanoparticles of a size of approximately 2 nm were highly dispersed when the polyvinylpyrrolidone concentration was 10mM. The electrochemical activity of the synthesized Pt/C catalysts was investigated by cyclic voltammetry, showing that the as-synthesized Pt-loaded carbon black catalyst had the best activity at a polyvinylpyrrolidone concentration of 10 mM.
A fluidized bed reactor made of quartz with 0.055m I.D. and 1.0m in height was employed for the thermocatalytic decomposition of propane to produce $CO_2$-free hydrogen. The fluidized bed was proposed for the continuous withdraw of product carbons from the reactor. The propane decomposition rate used carbon black N33O as a catalyst. The propane decomposition reaction was carried out at the temperature range of $600{\sim}800^{\circ}C$, paropane gas velocity of $1.0 U_{mf}\;3.0U_{mf}$ and the operating pressure of 1.0 atm. Effect of operating parameters such as reaction temperature, gas velocity on the reaction rates was investigated. The carbon which was by-product of methane decomposition reaction was deposited on the catalyst surface that was observed by SEM. Resulting production in our experiment were not only hydrogen but also several by products such as methane, ethylene, ethane, and propylene.
Electrochemical reduction of thionyl chloride has been carried out at glassy carbon and microelectrode that modified by macrocyclic compounds. The catalyst molecules of macrocyclic compounds were adsorbed on the electrode surface and reduced thionyl chloride resulting in a generation of oxidized catalyst molecules. The concentration of catalysts and electrode immersion time were found to affect the catalyst performance strongly. Significant improvements in cell performance have been noted in terms of both exchange rate constants of up to 10 times and power densities of up to 220% at glassy carbon electrode. The diffusion coefficients obtained at carbon microelectrode were slightly different from that determined at glassy carbon electrode.
Carbon materials are mainly used as catalyst supports for polymer exchange membrane fuel cell (PEMFC). Catalyst supports are required specific characteristics of the carbon materials, such as large surface area and high electrical conductivity. Attempted were to improve electrical conductivity and to maintain high surface area of carbon materials using a microwave treatment. Microwave treatment, as a relatively new technique, takes short reaction time and reduce the consumption of the gases used for carbon treatment compared to a traditional heat treatment. Hybrid carbon (ACF/Graphene) as catalyst supports by microwave-irradiation method for PEMFC increase the cell performance because of increased electrical conductivity resulting in triple-phase contact and reduced the interfacial resistance. Scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and X-Ray Diffraction (XRD) were employed to analyze carbon materials. The performance of microwave-treated carbon materials was evaluated by measuring current-voltage (I-V) characteristics and electrode impedance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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