Soil chemical properties were investigated to elucidate vertical movement of mineral nutrients in a fairway slope of 27 year-old golf course. Soil samples were taken at every 10cm depth to 4Ocm on 4 sites 20m apart each along two parallel lines 60m apart on the slope(15˚) in August. Accord-ing to the similarity of vertical distribution pattern they could be classified into 6 distinctive groups(magnesium, nitrate, phosphorus, ammonium, manganese and copper) and the slope tended to affect the vertical movement of minerals. The contents of Ca and Mg increased with depth while NO$_3$-N and Zn decreased and correlated positively. Soil pH showed significant positive correlation with depth, Ca and Mg. Phosphorus content was highest in 10~20cm depth and decreased resulting in relatively high content in 30~40cm depth of the bottom site of slope. Iron distribution pattern was similar to phosphorus. Potassium and $NH_4$showed various(irregular) patterns. Mn was highest in the deep layer at the lower sites of slope but it was reverse at the upper sites and negatively correlated with Fe. Cu content incresed with depth and heighest in 20~30cm depth. Electroconductivity showed significant positive correlation with $NO_3$-N. Magnesium, cal-cium and copper seem to be prone to defficiency due to fast leaching, and nitrate and phosphorus prone to excess problem. Preventive measures on acidification of surface soil should be taken.
Waste cement generated from recycling processes of waste concrete is a potential raw material for mineral carbonation. For the $CO_2$ sequestration utilizing waste cement, this study was conducted to obtain basic information on the aqueous carbonation methods and the characteristics of carbonate mineral formation. Cement paste was made with W:C= 6:4 and stored for 28 days in water bath. Leaching tests using two additives (NaCl and $MgCl_2$) and two aqueous carbonation experiments (direct and indirect aqueous carbonation) were conducted. The maximum leaching of $Ca^{2+}$ ion was occurred at 1.0 M NaCl and 0.5 M $MgCl_2$ solution rather than higher tested concentration. The concentration of extracted $Ca^{2+}$ ion in $MgCl_2$ solution was more than 10 times greater than in NaCl solution. Portlandite ($Ca(OH)_2$) was completely changed to carbonate minerals in the fine cement paste (< 0.15 mm) within one hour and the carbonation of CSH (calcium silicate hydrate) was also progressed by direct aqueous carbonation method. The both additives, however, were not highly effective in direct aqueous carbonation method. 100% pure calcite minerals were formed by indirect carbonation method with NaCl and $MgCl_2$ additives. pH control using alkaline solution was important for the carbonation in the leaching solution produced from $MgCl_2$ additive and carbonation rate was slow due to the effect of $Mg^{2+}$ ions in solution. The type and crystallinity of calcium carbonate mineral were affected by aqueous carbonation method and additive type.
This study was carried out to examine the effects of soil acidification on growth and nutrient status of 2 - year - old Pious densiflora Sieb. et Zucc. seedlings grown for 120 days in brown forest soils acidified with $H_2SO_4$ solution with or without leaching rations from the soil. The concentrations of A1 in the acidified soils increased with increasing amount of $H^+$ added to the soil. The total dry weight of the seedlings was decreased by the addition of the $H_2SO_4$ solution. The increase of Al concentration in the belowground part resulted from the decreased concentration of essential mineral elements such as Ca and Mg in the aboveground part. In addition, a strong positive correlation(r=0.96, p<0.001) was observed between the dry weight of the seedlings and the molar (Ca+Mg+K)/A1 ratio of the soil solution. When the molar (Ca+Mg+K)/Al ratio was approximately 7.0, the dry weight of the seedlings began to decrease compared with that of the seedlings in the control treatment. The seedlings with the molar (Ca+Mg+K)/Al ratio of 1.0 resulted from approximately 40% growth reduction compared with the control value. The results suggest that the molar (Ca+Mg+K)/Al ratio of the soil solution may be a useful indicator for assessing the critical load of acid deposition.
Magnesium silicate minerals such as serpentine [Mg3Si2O5(OH)4] have a high potential for the sequestration of CO2; thus, their reactivity toward dissolution under CO2-free and CO2-containing conditions in acidic solvents is a critical process with respect to their carbonation reactions. To examine the carbonation efficiency and dissolution mechanism of serpentine, hydrothermal treatment was performed to the starting material via a modified direct aqueous carbonation process at 100 and 150℃. The serpentine dissolution experiments were conducted in H2SO4 solution with concentration range of 0.3-1 M and at a CO2 partial pressure of 3 MPa. The initial pH of the solution was adjusted to 13 for the carbonation process. Under CO2-free and CO2-containing conditions, the carbonation efficiency increased in proportion to the concentration of H2SO4 and the reaction temperature. The leaching rate under CO2-containing conditions was higher than that under CO2-free conditions. This suggests that shows the presence of CO2 affects the carbonation reaction. The leaching and carbonation efficiencies at 150℃ in 1 M H2SO4 solution under CO2-containing conditions were 85 and 84%, respectively. The dissolution rate of Mg was higher than that of Si, such that the Mg : Si ratio of the reacted serpentine decreased from the inner part (approximately 1.5) to the outer part (less than 0.1). The resultant silica-rich layer of the reaction product ultimately changed through the Mg-depleted skeletal phase and the pseudo-serpentine phase to the amorphous silica phase. A passivating silica layer was not observed on the outer surface of the reacted serpentine.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.39
no.7
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pp.418-425
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2017
ZnO nanoparticles (ZnO NPs) are mainly used in semiconductors, solar cells, biosensors, and cosmetics (sunscreen). In this study, we investigated the behavior of ZnO NPs in aquatic and soil environments and their effects on plants (Artemisia annua L.) in hydroponic cultivation. It was confirmed that the ZnO NPs size increased and their dissolution decreased with increasing in pH. Leaching distance of ZnO NPs was less than 2.5 cm, indicating that ZnO NPs had a little potential to leach into deeper soil layers. When ZnO NPs were exposed to plant, the total weights of plants decreased. The effects on the length of root and shoot were not observed. In addition large amount of ZnO NPs were adsorbed on the surface of plant root and didn't translocate into shoot. These results suggest that ZnO NPs block the pores of the root cell wall and decrease the bioavailability of plant nutrients. Therefore it can be speculated that the particles increase in size and settle down in the water environment and may adversely affect the plant growth by firmly adhering to the root surface when the ZnO NPs are exposed to the environment.
Kim, Hyun-Ho;Nam, Chul-Woo;Park, Kyung-Ho;Yoon, Ho-Sung;Kim, Min-Seuk;Kim, Chul-Joo;Park, Sang-Woon
Resources Recycling
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v.25
no.2
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pp.33-41
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2016
A scale up tests (380 kg/day) using a continuous solvent extraction and electro-winning system was carried out to separate and recover cobalt from a solution containing 1.91 g/L Co and 14.65 g/L Ni. The solution was obtained during a process including solvent extraction and precipitation stages for removal of Cu and Fe from a synthetic sulfuric acid solution of manganese nodule matte. The optimal condition for solvent extraction was : solvent concentration of 0.22M Na-Cyanex 272 (45% saponified with NaOH) and O:A phase ratios of 1:1.5, 10:1 and 1.5:1 used in extraction, scrubbing and stripping stages, respectively. The extraction and stripping efficiencies were found to be 99.8% and 99.88%, respectively. The stripped solution contained 40.27 g/L Co with 4 ppm Ni. Cobalt metal of 99.963% purity was yielded with current efficiency of 67% and current density of $0.563A/dm^2$ during the electro-winning process.
An investigation of rare metals recovery from LiNixCoyMnzO2 cathode material of the end-of-life lithium-ion batteries is presented. To determine the influence of reductant on the leach process, the cathode material (containing Li 7.6%, Co 20.4%, Mn 19.4%, and Ni 19.3%) was leached in H2SO4 solutions either with or without H2O2. The optimal process parameters with respect to acid concentration, addition dosage of H2O2, temperature, and the leaching time were found to be 2.0 M H2SO4, 4 vol.% H2O2, 70℃, and 150 min, respectively. The yield of metal values in the leach liquor was > 99%. The leach liquor was subsequently treated by precipitation techniques to recover nickel as Ni(C4H7N2O2)2 and lithium as Li2CO3 with stoichiometric ratios of 2:1 and 1.2:1 of dimethylglyoxime:Ni and Na2CO3:Li, respectively. Cobalt was recovered by solvent extraction following a 3-stage process using Na-Cyanex 272 at pHeq ~5.0 with an organic-to-aqueous phase ratio (O/A) of 2/3. The loaded organic phase was stripped with 2.0 M H2SO4 at an O/A ratio of 8/1 to yield a solution of 114 g/L CoSO4; finally recovered CoSO4.xH2O by crystallization. The process economics were analyzed and found to be viable with a margin of $476 per ton of the cathode material.
Jeon, Sung Kyun;Yang, Jong Gyu;Kim, Jong Hwa;Lee, Sung Sik
Applied Chemistry for Engineering
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v.8
no.4
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pp.679-684
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1997
The major constituents in spent FCC catalysts are Si, Al, Fe, Ti, alkali metals and some others. The spent catalyst is also composed small amounts of rare metals such as Ce, Nd, Ni and V. The selective adsorption and concentration of Ce and Nd from the leaching solution of spent FCC catalysts with sulfuric acid($0.25mol/dm^3$) were carried out by the column method with a chelate resin having a functional group of aminophosphoric acid type. Ce and Nd were separated from eluate liquor containing Al, Nd and V by the precipitation process with oxalic acid. Vanadium is purified from chloride ion coexistance by solvent extraction, employing tri-n-octyl phosphine oxide as extractant with Al in the raffinate solution. Rare metals with the purity of 99 percent were obtained from the spent FCC catalyst.
In this study, catalyst was made through incipient wetness method using palladium (Pd) as noble metal, indium (In) as secondary metal, and montmorillonite (MK10) and Al pillared montmorillonite (Al-MK10) as supporters. The nitrate reduction rate of the catalysts was measured by batch experiments where H2 gas was used as reducing agent and formic acid as pH controller. Transmission electron microscopy (TEM) equipped with energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were all used to determine the elemental distribution of Pd, In, Al, and Si on catalysts. It was observed that Al pillaring increased the Al/Si elemental composition ratio and point of zero charge of MK10, but decreased its BET specific surface area and pore volume. The nitrate reduction rate of Al-MK10 Pd/In was 2.0 ~ 2.5 times higher than that of MK10 Pd/In using artificial groundwater (GW) in ambient temperature and pressure. Nitrate reduction rates in GW were 1.2 ~ 1.7 times lower than those in distilled deionized water (DDW). Nitrate reduction rates in acidic conditions were higher than those in neutral condition in both GW and DDW. The amount of produced NH3-N over degraded NO3- at acid conditions was lower than that of neutral condition. Even though the leaching of Pd after reaction was measured in DDW it was not detected when both Al-MK10 Pd/In and MK10 Pd/In were used in GW. The modification of montmorillonite as a supporter significantly increased the reductive catalytic activities of nitrates. However, the ratio of producing ammonia by-products to degraded nitrates in ambient temperature and pressure was similar.
An experiment was conducted to separate or recover Co and Ni using Cyanex 301 from process by-products and waste resources containing Co and Ni. To separate and recover Co and Ni from simulated leaching solutions, 10 v/v% Cyanex 301 was used as an extractant in this study; Li was not extracted. At equilibrium pH 1.5 and a phase ratio (A/O) of 1.0, 0.44% of Mg and 11.57% of Mn were extracted, and more than 99% of Co and Ni were extracted. McCabe-Thiele diagram analysis confirmed that more than 99.9% of Co and Ni could be extracted simultaneously through two-stage extraction with an extraction phase ratio (A/O) of 2. It was possible to extract Mg and Mn simultaneously through the scrubbing process. In the scrubbing process, more than 99% of Mg and 87% of Mn were scrubbed using 0.05 M of H2SO4, and 99.9% of Mg and more than 80% of Mn were scrubbed using 0.05 M of HCl. In the stripping process, 93% of Co and 5% of Ni were stripped selectively by 3.0 M of H2SO4. However, when 8.0 M of HCl was used as a stripping solution, more than 99.9% of Co and more than 90% of Ni were stripped simultaneously.
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