This study is carried out to obtain basic data regarding oxidation and reduction reactions, originated on the recycling of waste tungsten hard scraps by oxidation and reduction processes. First, it is estimated that the theoretical Gibbs free energy for the formation reaction of $WO_2$ and $WO_3$ are calculated as ${\Delta}G_{1,000K}=-407.335kJ/mol$ and ${\Delta}G_{1,000K}=-585.679kJ/mol$, from the thermodynamics data reported by Ihsan Barin. In the experiments, the oxidation of pure tungsten rod by oxygen is carried out over a temperature range of $700-1,000^{\circ}C$ for 1 h, and it is possible to conclude that the oxidation reaction can be represented by a relatively linear relationship. Second, the reduction of $WO_2$ and $WO_3$ powder by hydrogen is also calculated from the same thermodynamics data, and it can be found that it was difficult for the reduction reaction to occur at $1,027^{\circ}C$, in the case of $WO_2$, but it can happen for temperatures higher than $1127^{\circ}C$. On the other hand, $WO_3$ reduction reaction occurs at the relatively low temperature of $827^{\circ}C$. Based on these results, the reduction experiments are carried out at a temperature range of $500-1,000^{\circ}C$ for 15 min to 4 h, in the case of $WO_3$ powder, and it is possible to conclude that the reduction at $900^{\circ}C$ for 2h is needed for a perfect reduction reaction.
금속실리콘을 제조하는 방법에는 탄소환원법, 플라즈마환원법, 테르밋반응 등이 있다. 상업용 금속실리콘을 대량 생산하는 방법으로 탄소환원법에 의한 아크전기로가 일반적으로 많이 사용되고 있다. 아크전기로를 이용한 생산시스템이 극복해야 할 문제로는 제조원가 중 전력비 비율이 30%를 차지할 정도로 높은 전기에너지 비용과 환경방지 시설구축 및 유지관리비용이다. 이러한 이유로 국내에서는 아직 아크전기로를 이용한 생산시스템이 상용화 제조시스템으로 구축되지 못하고 있다. 기업 및 연구기관에서 탄소환원법의 아크전기로를 이용하여 최적 생산시스템을 연구하고 있다. 세 가지 유형의 이산화규소를 테르밋반응을 통하여 순도변화를 알 수 있었다. 그리고 실험분석에서 테르밋반응을 사용하여 이산화규소 순도로 금속실리콘 순도 변화를 분석하였다. 이산화규소 순도와 금속실리콘 순도는 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다.
가정용 2.45GHz 마이크로파 오븐을 사용하여 A1 금속분말과 SiO2 분말간에 SHS방법에 의하여 산화/환원 반응을 통한 Al2O3 분말과 Si분말간의 복합체를 얻을 수 있었다. 분말간의 반응을 일으키기 위한 온도까지 승온시키기 위하여는 SiC 분말을 susceptor로 이용한 마이크로파 복합가열(Microwave Hybrid Heating)방법을 사용하여 분당 100℃의 승온 속도로 가열하였으며 반응은 850℃ 근처에서 일어났으며 가열 속도는 반응이 시작되면서 분당 200℃ 이상의 온도상승이 일어나면서 원하는 반응을 얻을 수 있었다.
The molten salt electrolysis is applied to reduce titanium dioxide to titanium metal using calcium chloride as an electrolyte and the reaction mechanism of the reduction process is examined by analyzing the reaction products. The process conditions to obtain titanium metal for $900^{\circ}C$ correspond to 2.9~3.2 V and 24 hours. The reaction products for 2.9 V at $900^{\circ}C$ include irregular-shaped titanium oxides such as $Ti_4O_7$, $Ti_3O_5$ and $Ti_2O_3$ and polyhedral $CaTiO_3$. Using these microstructure analysis, the sequential reaction mechanism for the electrochemical reduction of titanium dioxide to titanium is proposed.
Production of titanium powder directly from tantalum oxides ($TiO_2$) pellet through an electronically mediated reaction (EMR) by calciothermic reduction has been investigated. Feed material ($TiO_2\;pellet$) and reductant (Ca-Ni alloy) were charged into electronically isolated locations in a molten calcium chloride ($CaCl_2$) bath at $950^{\circ}C$. The current flow through an external circuit between the feed (cathode) and reductant (anode) locations was monitored during the reduction of $TiO_2$. The current approximately 3.2A was measured during the reaction in the external circuit connecting cathode and anode location. After the reduction experiment, pure titanium powder with low nickel content was obtained even though Ca-Ni alloy was used as a reductant. These results demonstrate that titanium powder can be produced without direct physical contact between the feed and reductant. In certain experimental conditions, pure titanium powder with approximately $99.5\;mass\%$ purity was successfully obtained.
Copper has been proved to be the best catalyst for electrochemical CO2 reduction reaction, however, for optimal efficiency and selectivity, its performance requires improvements. Electrochemical CO2 reduction reaction (RR) using CuO nanowire electrode was performed with different concentrations of KHCO3 electrolyte (0.1 M, 0.5 M, and 1 M). Cu(OH)2 was formed on Cu foil, followed by thermal-treatment at 200℃ under the air atmosphere for 2 hrs to transform it to the crystalline phase of CuO. We evaluated the effects of different KHCO3 electrolyte concentrations on electrochemical CO2 reduction reaction (RR) using the CuO nanowire electrode. At a constant current (5mA), low concentrated bicarbonate exhibited a more negative potential -0.77 V vs. Reversible Hydrogen Electrode (RHE) (briefly abbreviated as VRHE), while the negative potential reduced to -0.33 VRHE in the high concentration of bicarbonate solution. Production of H2 and CH4 increased with an increased concentration of electrolyte (KHCO3). CH4 production efficiency was high at low negative potential whereas HCOOH was not influenced by bicarbonate concentration. Our study provides insights into efficient, economically viable, and sustainable methods of mitigating the harmful environmental effects of CO2 emission.
Electrochemical reduction of dibenzoylmethane was studied on mercury electrode by means of cyclic voltammetry, polarography and potentiostatic measurements in ethanol-water system. In acidic solutions monomeric pinacol was produced by irreversible two-electron process while monomeric and dimeric pinacol were competitively produced by the same process in neutral solution. However, in basic solution the dimeric pinacol was mostly produced through radical by irreversible one-electron transfer process. Mechanisms of the reduction of dibenzoylmethane are deduced from Tafel slope, pH dependance and reaction order with respect to the concentration of dibenzoylmethane in the solution of various pH.
Kim, Dae-Suk;Kim, Tae-Jun;Kim, Jun-Hyuk;Zeid, E. F. Abo;Kim, Yong-Tae
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제1권1호
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pp.31-38
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2010
In this study, we have demonstrated the fine structure effect of PdCo electrocatalyst on oxygen reduction reaction activity with different alloy composition and heat-treatment time. In order to identify the intrinsic factors for the electrocatalytic activity, various X-ray analyses were used, including inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer, transmission electron microscopy, X-ray diffractometer, and X-ray Absorption Spectroscopy technique. In particular, extended X-ray absorption fine structure was employed to extract the structural parameters required for understanding the atomic distribution and alloying extent, and to identify the corresponding simulated structures by using FEFF8 code and IFEFFIT software. The electrocatalytic activity of PdCo alloy nanoparticles for the oxygen reduction reaction was evaluated by using rotating disk electrode technique and correlated to the change in structural parameters. We have found that Pd-rich surface was formed on the Co core with increasing heating time over 5 hours. Such core shell structure of PdCo/C showed that a superior oxygen reduction reaction activity than pure Pd/C or alloy phase of PdCo/C electrocatalysts, because the adsorption energy of adsorbates was apparently reduced by lowering the dband center of the Pd skin due to a combination of the compressive strain effect and ligand effect.
Active reaction sites and electrochemical O2 reduction kinetics on La_{1-x}Sr_xMnO_{3+{\delta}} (x=0.1-0.4)/YSZ (yttria-stabilized zirconia) electrodes are investigated in the temperature range of 700-900 ℃ at $Po_2=10^{-3}$-0.21 atm. Results of the steady-state polarization measurements, which are formulated into the Butler-Volmer formalism to extract transfer coefficient values, lead us to conclude that the two-electron charge transfer step to atomically adsorbed oxygen is rate-limiting. The same conclusion is drawn from the $Po_2$-dependent ac impedance measurements, where the exponent m in the relationship of $I_o$ (exchange current density) ∝ $P_{o_{2}}^m$ is analyzed. Chemical analysis is performed on the quenched Mn perovskites to estimate their oxygen stoichiometry factors (δ) at the operating temperature (700-900 ℃). Here, the observed δ turns out to become smaller as both the Sr-doping contents (x) and the measured temperature increase. A comparison between the 8 values and cathodic activity of Mn perovskites reveals that the cathodic transfer coefficients $({\alpha}_c)$ for oxygen reduction reaction are inversely proportional to δ whereas the anodic ones $({\alpha}_a)$ show the opposite trend, reflecting that the surface oxygen vacancies on Mn perovskites actively participate in the $O_2$ reduction reaction. Among the samples of x= 0.1-0.4, the manganite with x=0.4 exhibits the smallest 8 value (even negative), and consistently this electrode shows the highest ${\alpha}_c$ and the best cathodic activity for the oxygen reduction reaction.
Explosive chemicals have been major soil and groundwater contaminants especially in the nations with active military activities. Of these explosives, 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) is the most refractory one due to its structural characteristics. Although its efficient reduction by Fe(0) is well-known, the reduction products - mainly aminotoluenes - still possess toxicities to terrestrial biota, and are resistant to biological degradation. In this study, therefore, abiotic transformation of TNT reduction products via oxidative-coupling reaction was evaluated using Mn oxide which is ubiquitous in natural soils. The transformation efficiency is increased with the number of amino groups. Considering the very efficient reduction rate of TNT by Fe(0), Mn oxide can be successfully used for the removal of TNT reduction products.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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