Highly durable photocatalytic paper containing anatase $TiO_{2}$, active carbon and ceramic fiber, which can adsorb VOCs and decompose them by photo oxidation simultaneously, was manufactured and characterized. Optimum concentration of PDADMAC to let $TiO_{2}$ adhere on the surfaces of active carbon and ceramic fiber selectively was $10\~15$ ppm in a slurry mixture for making photocatalytic paper. The thickness and basis weight of the produced catalytic paper by paper-making method were 0.4 mm and 380 $g/m^{2}$, respectively. Adsorption reaction by active carbon and photocatalytic decomposition reaction by $TiO_{2}$ were proceeded simultaneously, by which the abatement rate was found to be greatly enhanced compared to the similar environment with single adsorption reaction or single photocatalytic reaction only. The selective attachment of $TiO_{2}$ on ceramic fiber and active carbon was found to be very effective in preventing decomposition of substrate by the $TiO_{2}$ attack during exposure to UV light.
Choi, Jae Won;Yoon, Ji Young;Park, Jin Do;Lee, Hak Sung
Applied Chemistry for Engineering
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v.23
no.3
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pp.302-307
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2012
Advanced oxidation processes (AOP) such as O3/activated carbon process and O3/catalysts process were used to compare the decomposition of phenol. Catalysts such as Pd/activated carbon (Pd/AC), Mn/activated carbon (Mn/AC), Co/activated carbon (Co/AC) and Fe/activated carbon (Fe/AC) were prepared by impregnation of Pd, Mn, Co and Fe into the activated carbon of pellet form, respectively. Based on an hour of reactions, the following descending order for the decomposition ratios of dissolved O3 to the 1.48 mg/L of saturated dissolved O3 was observed: Mn/AC (45%) > Pd/AC (42%) > Co/AC (33%) > AC (31%) > Fe/AC (27%). The removal efficiencies of phenol were also arranged in the descending order of AOP as follows: Mn/AC (89%) > Pd/AC (85%) > Co/AC (77%) > AC (76%) > Fe/AC (71%). The remaining ratios (C/Co) of TOC (total organic carbon) after an hour of experiments were arranged in the ascending order of AOP as follows : Pd/AC (0.29) < Mn/AC (0.36) < AC (0.40) < Co/AC (0.49) < Fe/AC (0.51). However, the catalytic effects in the Co/AC and the Fe/AC processes were little in comparison with O3/AC process. The maximum concentrations of intermediates such as hydroquinone and catechol formed from the decomposition of phenol were arranged in the ascending order of AOP as follows: Pd/AC < Fe/AC < Co/AC < AC < Mn/AC. In the case of Pd/AC process, these intermediates were almost disappeared after an one hour of reaction.
The ammonia decomposition reaction has been of increasing interest as a means of treating ammonia in flue gas in the presence of precious metal catalyst. Various catalysts, $Pt-Rh/Al_2O_3$, $Pt-Rh/TiO_2$, $Pt-Rh/ZrO_2$, $Pt-Pd/Al_2O_3$, $Pd-Rh/Al_2O_3$, $Pd-Rh/TiO_2$, $Pd-Rh/ZrO_2$, $Pt-Pd-Rh/Al_2O_3$, $Pd/Ga-Al_2O_3$, $Rh/Ga-Al_2O_3$, and Ru/Ga-$Al_2O_3$, were synthesized by using excess wet impregnation method. Using a homemade 1/4" reactor at $10,000{\sim}50,000hr^{-1}$ of space velocity in the presence of precious metal catalyst ammonia decomposition reactions were carried out to investigate the catalyst activity. The inlet ammonia concentration was maintained at 2,000 ppm, with an air balance. Both $T_{50}$ and $T_{90}$, defined as the temperatures where 50% and 90% of ammonia, respectively, are converted, decreased significantly when alumina-supported catalysts were applied. In terms of catalytic performance on the ammonia conversion in the presence of hydrogen sulfide, $Pt-Rh/Al_2O_3$ catalyst showed no effect on the poisoning caused by hydrogen sulfide. These results indicate that platinum-rhodium bimetallic catalyst is a useful catalyst for ammonia decomposition.
Tantalum-containing metal oxides, well known for their efficiency in water splitting and H2 production, have never been used in visible light driven photodecomposition of H2S and H2 production. The present work is an attempt in this direction and investigates their efficiency. A mixed metal oxide, ZnFe2Ta2O9, with the inclusion of Fe2O3 to impart color, was prepared by the conventional ceramic route in single- and double-calcinations (represented as ZnFe2Ta2O9-SC and ZnFe2Ta2O9-DC respectively). The XRD characterization shows that both have identical patterns and reveals tetragonal structure to a major extent and a minor contribution of orthorhombic crystalline system. The UV-visible diffuse reflection spectra demonstrate the intense, coherent and wide absorption of visible light by both the catalysts, with absorption edge at 650 nm, giving rise to a band gap of 1.9 eV. Between the two catalysts, however, ZnFe2Ta2O9-DC has greater absorption in almost the entire wavelength region, which accounts for its strong brown coloration than ZnFe2Ta2O9-SC when viewed by the naked eye. In photocatalysis, both catalysts decompose H2S under visible light irradiation (λ ≥ 420 nm) and produce solar H2 at a much higher rate than previously reported catalysts. Nevertheless, ZnFe2Ta2O9-DC distinguishes itself from ZnFe2Ta2O9-SC by exhibiting a higher efficiency because of its greater light absorption. Altogether, the tantalum-containing mixed metal oxide proves its efficient catalytic role in H2S decomposition and H2 production process also.
High specific surface area zirconia with acid-basic property was synthesized by precipitation using reflux method or hydrothermal synthesis method using ammonium hydroxide solution as precipitant in the range of pH of Zr solution from 2 to 10. The prepared zirconia was characterized by the nitrogen adsorption, X-ray diffraction (XRD), isopropanol temperature programmed desorption (IPA-TPD), scanning electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy, and the catalytic activity in the IPA decomposition reaction was correlated with the acid-basic properties. When using reflux method, high pH of Zr solution was required to obtain high fraction of tetragonal zirconia, and pure tetragonal zirconia was possible at pH 9 or higher. High pH was required to obtain high specific surface area zirconia, and the hydrous zirconia synthesized at pH 10 had high specific surface area zirconia of $260m^2g^{-1}$ even after calcination at $600^{\circ}C$. However, hydrothermal synthesis with high pressure under the same conditions resulted in very low specific surface area below $40m^2g^{-1}$ and monoclinic phase zirconia was synthesized. High pH of the solution was required to obtain high specific surface area tetragonal phase zirconia. In hydrothermal synthesis requiring high pressure, monoclinic zirconia was produced irrespective of the pH of the solution, and the specific surface area was relatively low. Zirconia with high specific surface area and tetragonal phase was predominantly acidic compared to basicity and only propylene, which was observed as selective dehydration reaction in IPA decomposition reaction, was produced.
Min Chae, Seo;Se-Min, Ban;Jae Gu, Heo;Yong Sik, Chu;Kyung-Seok, Moon;Dae-Sung, Kim
Korean Journal of Materials Research
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v.32
no.11
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pp.496-507
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2022
For the selective catalytic reduction of NOx with ammonia (NH3-SCR), a V2O5WO3/TiO2 (VW/nTi) catalyst was prepared using V2O5 and WO3 on a nanodispersed TiO2 (nTi) support by simple impregnation process. The nTi support was dispersed for 0~3 hrs under controlled bead-milling in ethanol. The average particle size (D50) of nTi was reduced from 582 nm to 93 nm depending on the milling time. The NOx activity of these catalysts with maximum temperature shift was influenced by the dispersion of the TiO2. For the V0.5W2/nTi-0h catalyst, prepared with 582 nm nTi-0h before milling, the decomposition temperature with over 94 % NOx conversion had a narrow temperature window, within the range of 365-391 ℃. Similarly, the V0.5W2/nTi-2h catalyst, prepared with 107 nm nTi-2h bead-milled for 2hrs, showed a broad temperature window in the range of 358~450 ℃. However, the V0.5W2/Ti catalyst (D50 = 2.4 ㎛, aqueous, without milling) was observed at 325-385 ℃. Our results could pave the way for the production of effective NOx decomposition catalysts with a higher temperature range. This approach is also better at facilitating the dispersion on the support material. NH3-TPD, H2-TPR, FT-IR, and XPS were used to investigate the role of nTi in the DeNOx catalyst.
The effect of Pt was investigated to the catalytic methane decomposition of CH4 to H2 over Pt(1)-Fe(30)/MCM-41 and Fe(30)/MCM-41 using a fixed bed flow reactor under atmosphere. The Fe2O3 and Pt crystal phase behavior of fresh Pt(1)-Fe(30)/MCM-41 were obtained via XRD analysis. SEM, EDS analysis, and mapping were performed to show the uniformed distribution of nano particles such as Fe, Pt, Si, O on the catalyst surface. XPS results showed O2-, O- species and metal ions such as Pt0, Pt2+, Pt4+, Ft0, Fe2+, Fe3+ etc. When 1 wt% of Pt was added to Fe(30)/MCM-41, automic percentage of Fe2p increased from 13.39% to 16.14%, and Pt4f was 1.51%. The yield of hydrogen over Pt(1)-Fe(30)/MCM-41 was 3.2 times higher than Fe(30)/MCM-41. The spillover effect of H2 from Pt to Fe increased the reduction of Fe particles and moderate interaction of Fe, Pt and MCM-41 increased the uniform dispersion of fine nanoparticles on the catalyst surface, and improved hydrogen yield.
In this study, the mechanical stability of red mud was improved for its commercial use as a catalyst to effectively decompose HFC-134a, one of the seven major greenhouse gases. Red mud is an industrial waste discharged from aluminum production, but it can be used for the decomposition of HFC-134a. Red mud can be manufactured into a catalyst via the crushing-preparative-compression molding-firing process, and it is possible to improve the catalyst performance and secure mechanical stability through calcination. In order to determine the optimal heat treatment conditions, pellet-shaped compressed red mud samples were calcined at 300, 600, 800 ℃ using a muffle furnace for 5 hours. The mechanical stability was confirmed by the weight loss rate before and after ultra-sonication after the catalyst was immersed in distilled water. The catalyst calcined at 800 ℃ (RM 800) was found to have the best mechanical stability as well as the most catalytic activity. The catalyst performance and durability tests that were performed for 100 hours using the RM 800 catalyst showed thatmore than 99% of 1 mol% HFC-134a was degraded at 650 ℃, and no degradation in catalytic activity was observed. XRD analysis showed tri-calcium aluminate and gehlenite crystalline phases, which enhance mechanical strength and catalytic activity due to the interaction of Ca, Si, and Al after heat treatment at 800 ℃. SEM/EDS analysis of the durability tested catalysts showed no losses in active substances or shape changes due to HFC-134a abasement. Through this research, it is expected that red mud can be commercialized as a catalyst for waste refrigerant treatment due to its high economic feasibility, high decomposition efficiency and mechanical stability.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.28
no.4
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pp.368-375
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2006
Single and complex metal oxide catalysts supported onto a commercial DT51D $TiO_2$ have been investigated for gas-phase TCE oxidation in a continuous flow type fixed-bed reaction system to develop a better design approach to catalysts for this reaction. Among the $TiO_2$-supported single metal oxides used, i.e., $CrO_x,\;FeO_x,\;MnO_x,\;LaO_x,\;CoO_x,\;NiO_x,\;CeO_x\;and\;CuO_x$, with the respective metal contents of 5 wt.%, the $CrO_x/TiO_2$ catalyst was shown to be most active for the oxidative TCE decomposition, depending significantly on amounts of $CrO_x\;on\;TiO_2$. The use of high $CrO_x$ loadings greater than 10 wt.% caused lower activity in the catalytic TCE oxidation, which is probably due to production of $Cr_2O_3$ crystallites on the surface of $TiO_2$. $CrO_x/TiO_2$-supported $CrO_x$-based bimetallic oxide catalysts were of particular interest in removal efficiency for this TCE oxidation reaction at reaction temperatures above $200^{\circ}C$, compared to that obtained with $CrO_x$-free complex metal oxides and a 10 wt.% $CrO_x/TiO_2$ catalyst. Catalytic activity of 5 wt.% $CrO_x-5$ wt.% $LaO_x$ in the removal reaction was similar to or slightly higher than that acquired for the $CrO_x$-only catalyst. Similar observation was revealed for 5 wt.% $CrO_x$-based bimetallic oxides consisting of either 5 wt.% $MnO_x,\;CoO_x,\;NiO_x\;or\;FeO_x$. These results represent that such $CrO_x$-based bimetallic systems for the catalytic TCE oxidation on significantly minimize the usage of $CrO_x$ that is well known to be one of very toxic heavy metals, and offer a very useful technique to design new type catalysts for reducing chlorinated volatile organic substances.
Reduction activity of precious metal-loaded HZSM-5 for NO has been studied and was compared to that of Cu-HZSM-5 in the presence of excess oxygen. It was found that among the catalysts used in this study, Ru-HZSM-5 was the most active catalyst for the reduction of NO to $N_2$ in the absence of hydrocarbon reductant. The highest conversion obtained was 45%. No severe inhibition of water vapor to the reduction was observed. It is suggested that the higher catalytic activity of Ru-HZSM-5 may result from the better ability to oxidize NO to $NO_2$ in the presence of excess oxygen. A proposed reaction mechanism for the reduction of NO to $N_2$ in the presence of excess oxygen is that NO is oxidized to $NO_2$ on the surface of Ru-HZSM-5 catalyst and the adsorbed $NO_2$ on the surface is then decomposed to $N_2$. $NO_2$ is supposed to the reaction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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