Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.33
no.1
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pp.1-10
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2017
Adsorption is a plausible technology using solid adsorbents for dry capture of carbon dioxide ($CO_2$). In general, narrow size distribution of tiny pores and surface chemical functionalities of solid adsorbents enhance the adsorption capacity of gaseous $CO_2$ molecules. In order to utilize the advantages of fibrous adsorbents, this work prepared activated carbon nanofibers (ACNFs) via the electrospinning process using a polymer precursor of polyacylonitrile (PAN). The spun fibers were 390 nm to 580 nm in thickness with an average surface area of $27.3m^2/g$. The surface structure was improved by a programmed thermal activation at $800^{\circ}C$ in $CO_2$ atmosphere. It was also found that the nitrogen-groups including pyrrole and pyridine were created during the activation facilitaing the selective adsorption as forming enhanced active sites. The finally obtained adsorption capacities were 2.74 mmol/g for pure $CO_2$ flow and 0.74mmol/g for 3000 ppm.
Kim, J.H.;Bajaj, B.;Yoon, S.J.;Kim, S.H.;Lee, J.R.
Composites Research
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v.26
no.3
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pp.160-164
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2013
In this study, the effect of phosphoric acid (PA) as a fiber spinning aid on the strength increase of polyacrylonitrile (PAN) nano-fibers by using modified mechano-electrospinning technologies has been analyzed. The medium carbonization temperature of $800^{\circ}C$ has been selected for the future economic production of these new materials. The concentration of PAN in dimethyl sulfoxide (DMSO) was fixed as 5 wt%. The weight fraction of PA was selected as being 2%, 4%, 6%, and 8% in comparison to PAN. These solutions have been used to make the nanofibers. The mechano-electrospinning apparatus installed in KRICT was made by our own design. By using this apparatus the continous and highly aligned precursor nano-fibers have been obtained. The bundle of 50 well aligned nano diameter continuous fibers with the diametr of 10 microns with 6 wt% phosphoric acid for addition showed maximum mechanical properties of 1.6 GPa as tensile strength and 300 GPa as Young's modulus. The weight of final product can be increased 19%, which can improve the economical benefits for the application of these new materials.
Hyun-Jae Cho;Hye Rin Lee;Byoung-Suhk, Kim;Yong-Sik, Chung
Composites Research
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v.37
no.3
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pp.162-169
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2024
In this study, PAN(polyacrylonitrile)-based precursor fibers were produced through a wet-spinning process, and their morphologies and graphitization behavior were investigated in the presence of two graphitization catalysts (Ca, Ni). The graphitization catalysts were introduced into the formed pores during hot-water stretching of wet-spun PAN-based precursor fibers. The catalytic effects of graphitization catalysts were examined through crystal structure and Raman analysis. At a relatively low temperature of 1500℃, the graphitization was not significantly affected, whereas at a high temperature of 2400℃, the obtained ID/IG value of graphite fiber (GF-Ni100) was decreased by about twice (~0.28) compared to the untreated fibers (GF-AS~0.54). By comparing the ID/IG values (GF-Ca100~0.42: GF-Ni100~0.28) of Ca and Ni graphitization catalyst, it was found that the degree of graphitization of Ni graphitization catalyst showed higher influence than that of Ca graphitization catalyst. Moreover, 2D band was also observed, indicating that the graphite plane structures composed of multiple layers were developed. XRD results confirmed that the crystal inter-planar distance (d002) of the graphite crystal was slightly decreased after the treatment with the graphitization catalyst, But, the crystal size of Ca-treated graphite fiber (GF-Ca100) was increased by up to ~5 nm.
Stabilization process is absolutely necessary to convert the precursor fibers into chemically, physically, thermally and structurally stable carbon fibers. Especially, it is critically important for rayon fibers experiencing severe weight loss and thermal shrinkage occurring at the stabilization stage below $400^{\circ}C$. The stabilization of rayon fibers strongly depends not only on stabilization temperature but also on heating rate, chemical pre-treatment, atmosphere, and so on. In the present study, the weight loss, fiber diameter change occurred in the furnace during the stabilization process for rayon fibers produced with various heating rates and in the absence and presence of phosphorous-based flame retardants and the thermal stability of the stabilized fibers were investigated. The result indicates that the weight, diameter and thermal stability of the rayon fibers are significantly affected by the type and amount of the flame retardant used. It is also suggested that the pre-treatment of rayon fibers with a concentration lower than $3\;vol\%$ of phosphoric acid is most desirable for further carbonization process of stabilized rayon fibers.
To investigate failure mechanisms observed in carbon-phenolic thermal insulators, differential equations which govern the decomposition process in a deformable anisotropic porous solid are derived for three-dimensional axisymmetric constructions. The governing equations not only couple the material deformation with pore pressure, but also couple pressure and temperature, which means that heat convected by the pyrolysis gases is properly accounted for. Then the Bubnov-Galerkin finite element method is applied to these equations to transform them into a semidescrete finite element system. A thermal insulation liner in the cowl region under typical operating conditions is analyzed to find a mechanism for plylift. The results from the structural analysis show across-ply failure in the cowl zone. The mechanism for plylift is hypothesized as a sequential procedure : 1) the across-ply failure which is the precursor to plylift and 2) the local fiber buckling caused by generation of excessive in-plane compressive stress. To prevent plylift, the across-ply stress can be reduced by using appropriate material ply angles in cowl zone design.
Carbon fiber-reinforced SiC matrix composites have good oxidation resistance and thermal shock resistance. These properties have allowed the composites to be applied to high-temperature structures. In this study, $C_f/SiC$ composites were fabricated via precursor infiltration and pyrolysis (PIP) process, including liquid phase infiltration and chemical vapor curing using cyclohexene. The final $C_f/SiC$ composites, which have gone through the PIP process five times, showed a density of $1.79g/cm^3$, as compared to a density of $0.43g/cm^3$ for pre-densified bare carbon fiber preform. As for the oxidation resistance characteristics, the weight of $C_f/SiC$ composite was maintained at 81% at $1400^{\circ}C$ in air for 6 hours. Chemical vapor curing (CVC) using cyclohexene has shown to be an effective method to achieve high densification, leading to increased oxidation resistance.
We examined, using thermoanalytical methods, the effects of $2000^{\circ}C$ heat-treated graphite powders and heating rate of cure after impregnation on the thermal stability and carbon yield of furfuryl alcohol, which is frequently used not only as an impregnant but also as a matrix precursor for carbon fiber-reinforced carbon composites. It was founded that the addition of 30wt% graphite powders to furfuryl alcohol and the heating rate of $35^{\circ}C$/min showed the highest thermal stability of furfuryl alcohol/graphite powder mixture. The carbon yield above $1000^{\circ}C$ was enhanced more than 10% in comparison with the absence of graphite powders. It would be expected that this result can contribute to some extent to reduce the repeating number of processing cycle (carbonization-impregnation-cure-re-carbonization) required to densify a carbonaceous composite.
Kim, Do Hun;Jeong, Yu Deok;Kim, Sang Pil;Sim, Un Bo
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.21
no.11
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pp.1125-1132
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2000
The pH effect of the precursor solution on the preparation of $LiCoO_2$ by a solution phase reaction containing malonic acid was carried out. Layered $LiCoO_2$ powders were obtained with the precursors prepared at the different pHs (4, 7, and 9) and heat-treated at $700^{\circ}C(LiCoO_2-700)$ or $850^{\circ}C(LiCoO_2-850)$ in air. pHs of the media for precursor synthesis affects the charge/discharge and electrochemical properties of the $LiCoO_2electrodes.$ Upon irrespective of pH of the precursor media, X-ray diffraction spectra recorded for $LiCoO_2-850$ powder showed higher peak intensity ratio of I(003)/I(104) than that of $LiCoO_2-700$, since the better crystallization of the former crystallized better. However, $LiCoO_2$ synthesized at pH 4 displayed an abnormal higher intensity ratio of I(003)/I(104) than those synthesized at pH 7 and 9. The surface morphology of the $LiCoO_2-850$ powders was rougher and more irregular than that of $LiCoO_2-700$ made from the precursor synthesized at pH 7 and 9. The $LiCoO_2electrodes$ prepared with the precursors synthesized at pH 7 and 9 showed a better electrochemical and charge/discharge characteristics. From the AC impedance spectroscopic experiments for the electrode made from the precursor prepared in pH 7, the chemical diffusivity of Li ions (DLi+) in $Li0.58CoO_2determined$ was 2.7 ${\times}$10-8 $cm^2s-1$. A cell composed of the $LiCoO_2-700$ cathode prepared in pH 7 with Lithium metal anode reveals an initial discharge specific capacity of 119.8 mAhg-1 at a current density of 10.0 mAg-1 between 3.5 V and 4.3 V. The full-cell composed with $LiCoO_2-700$ cathode prepared in pH 7 and the Mesocarbon Pitch-based Carbon Fiber (MPCF) anode separated by a Cellgard 2400 membrane showed a good cycleability. In addition, it was operated over 100 charge/discharge cycles and displayed an average reversible capacity of nearly 130 mAhg-1.
Jeong, Su Jung;Lim, Joo Hwan;Han, Sang Hoon;Koh, Hyung Chul;Ha, Seong Yong
Membrane Journal
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v.26
no.3
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pp.220-228
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2016
Carbon molecular sieve (CMS) hollow fiber membranes were prepared by carbonizing a polyimide precursor manufactured by non-solvent induced phase separation process. Gas separation performance of CMS hollow fiber membrane was investigated on the effect of three carbonization conditions. CMS membrane with the highest gas separation performance was obtained at the pyrolysis temperature of $250-450^{\circ}C$: $N_2$, $SF_6$, and $CF_4$ permeance were 20, 0.32, 0.48 GPU, respectively, and $N_2/SF_6$ and $N_2/CF_4$ selectivities were 62 and 42, respectively. In the $SF_6/CF_4/N_2$ mixture gas test, when the stage cut was 0.2, the recovery ratio of $SF_6$ and $CF_4$ was over 99% and 98%. $SF_6$ concentration ratio was 4.5 times higher than the $SF_6$ concentration at the feed side. From the results, it was concluded that CMS membrane was one of the promising membranes for recovery Perfluorocompound gases process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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