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Effect of Cerium loading on Stability of Ni-bimetallic/ZrO2 Mixed Oxide Catalysts for CO Methanation to Produce Natural Gas

  • Bhavani, Annabathini Geetha;Youn, Hyunki
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제56권2호
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    • pp.269-274
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    • 2018
  • All the $Ni-Co-Ce-ZrO_2$ mixed oxides are prepared by co-precipitations methods. Methanation of CO and $H_2$ reaction is screened tested over different fractions of cerium (2, 4, 7 and 12 wt.%) over $Ni-Co/ZrO_2$ bimetallic catalysts are investigated. The mixed oxides are characterized by XRD, CO-Chemisorption, TGA and screened methanation of CO and $H_2$ at $360^{\circ}C$ for 3000 min on stream at typical ratio $CO:H_2=1:1$. In $Ni-Co/CeZrO_2$ series 2 wt.% Ce loading catalyst shows most promising catalyst for $CH_4$ selectivity than $CO_2$, which directs more stability with less coke formation. The high activity is attributed to the better bimetallic synergy and the well-developed crystalline phases of NiO, $ZrO_2$ and $Ce-ZrO_2$. Other bimetallic mixed oxides NCoZ, $NCoC^{4-12}Z$ has faster deactivation with low methanation activity. Finally, 2 wt.% Ce loading catalyst was found to be optimal coke resistant catalyst.

Low-grade waste heat recovery and repurposing to reduce the load on cooling towers

  • McLean, Shannon H.;Chenier, Jeff;Muinonen, Sari;Laamanen, Corey A.;Scott, John A.
    • Advances in Energy Research
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    • 제7권2호
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    • pp.147-166
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    • 2020
  • Industrial cooling towers are often ageing infrastructure that is expensive to maintain and operate. A novel approach is introduced in which a heat pump circuit is incorporated to reduce the load upon the towers by extracting low-grade energy from the stream sent to the towers and repurposing in on-site processing operations. To demonstrate the concept, a model was constructed, which uses industrial data on cooling towers linked to a smelter's sulphuric acid plant, to allow direct economic and environmental impact comparison between different heat recovery and repurposing scenarios. The model's results showed that implementing a heat pump system would significantly decrease annual operating costs and achieve a payback period of 3 years. In addition, overall CO2 emissions could be reduced by 42% (430,000 kg/year) and a 5% heat load reduction on the cooling towers achieved. The concept is significant as the outcomes introduce a new way for energy intensive industrial sectors, such as mineral processing, to reduce energy consumption and improve long-term sustainable performance.

Evaluation of decontamination factor of radioactive methyl iodide on activated carbons at high humid conditions

  • Choi, Byung-Seon;Kim, Seon-Byeong;Moon, Jeikwon;Seo, Bum-Kyung
    • Nuclear Engineering and Technology
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    • 제53권5호
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    • pp.1519-1523
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    • 2021
  • Radioactive iodine (131I) released from nuclear power plants has been a critical environmental concern for workers. The effective trapping of radioactive iodine isotopes from the off-gas stream generated from nuclear facilities is an important issue in radioactive waste treatment systems evaluation. Numerous studies on retaining methyl iodide (CH3I131) by impregnated activated carbons under the high content of moisture have been extensively studied so far. But there have been no good results on how to remove methyl iodide at high humid conditions up to now. A new challenge is to introduce other promising impregnating chemical agents that are able to uptake enough radioactive methyl iodide under high humid conditions. In order to develop a good removal efficiency to control radioiodine gas generated from a high humid process, activated carbons (ACs) impregnated with triethylene diamine (TEDA) and qinuclidine (QUID) were prepared. In addition, the removal efficiencies of the activated carbons (ACs) under humid conditions up to 95% RH were evaluated by applying the standard method specified in ASTM-D3808. Quinuclidine impregnated activated carbon showed a much higher decontamination factor above 1,000, which is enough to meet the regulation index for the iodine filters in nuclear power plants (NPPs).

Enhancement of the energy efficiency of hydrogen SOFC system by integrated cold energy utilization and waste heat recovery method

  • Nguyen Quoc Huy;Duong Phan Anh;Ryu Bo Rim;Lee Jin Uk;Kang Ho Keun
    • 한국항해항만학회:학술대회논문집
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    • 한국항해항만학회 2022년도 추계학술대회
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    • pp.160-161
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    • 2022
  • Hydrogen is bridge fuel with high energy content and environmentally friendly to satisfy the stringent IMO regulation relating to greenhouse gas (GHG) emissions. There is growing interest in hydrogen in numerous nations and regions illustrated by an extensive range of research and development in technology. Regarding maritime applications, researchers have recognized the utilization of hydrogen as a fuel for fuel cells, a device that converts the chemical energy of the fuel to electrical energy. Solid oxide fuel cell (SOFC), with high working temperature, is easy to combine with the waste heat recovery cycles/devices to increase output power and thermodynamic performances as well. Furthermore, the cold energy from liquid hydrogen supplied to SOFC can also be used to generate more power. In this study, we proposed a SOFC integrated system with the idea of combining the waste heat recovery from the SOFC exhaust stream and cold energy utilization from LH2. The designation is aimed to target small-scale vessel which uses electric propulsion for short distances voyage.

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ZrO2·SO42-에 담지된 백금촉매의 저온산화반응성에 대한 연구 (A Study on Low-Temperature Oxidation Reactivity of Pt/ZrO2·SO42-Catalyst)

  • 김기석;이태정;김병삼;김두성
    • 공업화학
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    • 제9권1호
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    • pp.141-148
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    • 1998
  • 초강산 담체인 $ZrO_2$ $SO_4{^{2-}}$에 담지된 백금촉매(0.2, 0.5wt% Pt)의 저온 산화반응성을 cyclohexane의 완전산화반응에 대하여 조사 하였다. 충전층 관형반응기에서 반응물질의 전화율로 측정된 촉매활성은 촉매의 산성도와 비표면적에 비례하여 증가하였다 : $Pt/ZrO_2$ $SO_4{^{2-}}$ 촉매 제조과정에서 K(potassium)를 첨가하여 촉매의 산성도와 비표면적을 감소시켰을 때 촉매활성은 K첨가량에 비례하여 감소하였다. 또한 $Pt/ZrO_2$ $SO_4{^{2-}}$촉매는 훨씬 더 큰 비표면적을 가진 $Pt/SiO_2$, 또는 $Pt/Al_2O_3$촉매보다 뛰어난 활성을 보였다 : l5,000ppm cyclohexane농도와 $18,000hr^{-1}$공간속도를 가진 반응물질 흐름을 $250^{\circ}C$에서 0.2wt% $Pt/ZrO_2$ $SO_4{^{2-}}$촉매를 사용하여 전화시킨 결과 96%의 cyclohexane전화율을 보인 반면, 같은 반응조건 하에서 0.2wt% $Pt/SiO_2$와 0.2wt% $Pt/Al_2O_3$촉매는 각각 83%와 79%의 cyclohexane전화율을 보였다.

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BiFe0.65MoP0.1 촉매 상에서 1-부텐의 산화탈수소화 반응 : 인 전구체의 영향 (Oxidative Dehydrogenation of 1-butene over BiFe0.65MoP0.1 Catalyst: Effect of Phosphorous Precursors)

  • 박정현;윤현기;신채호
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제53권6호
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    • pp.824-830
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    • 2015
  • 1-부텐의 산화탈수소화에서 다양한 인 전구체가 촉매의 반응활성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 $BiFe_{0.65}MoP_{0.1}$ 산화물 촉매를 모델 촉매로 선정하여 인산수소암모늄, 인산수소이암모늄, 인산, 트리에틸인산, 오산화인 등의 인 전구체를 사용하어 촉매를 제조하고 산화탈수소화 반응을 수행하였다. 제조한 촉매의 물리 화학적 특성을 알아보기 위하여 X-선 회절분석(XRD), 질소 흡착 탈착분석($N_2$ sorption), 원소분석(ICP), 전자주사현미경(SEM), 승온재산화분석(TPRD) 등의 특성분석을 수행하였다. 제조한 촉매의 물리적 특성은 인 전구체에 따른 큰 차이는 관찰되지 않았지만 산화탈수소화 반응에서 촉매의 활성은 사용된 인 전구체의 특성에 따라 다르게 관찰되었다. 인산을 전구체로 사용하여 제조한 $BiFe_{0.65}MoP_{0.1}$ 산화물 촉매가 사용된 촉매 중에서 가장 우수한 활성을 나타내었으며, 14시간 동안의 산화탈수소화 반응기준으로 n-부텐의 전환율은 79.5%, 1,3-부타디엔 수율은 67.7%의 수치를 보였다. 인 전구체의 양이온의 특성에 따라 촉매의 격자 구조가 영향을 받는 것으로 추측되며, 이러한 격자 구조의 차이는 촉매의 재산화 능력에 영향을 주는 것으로 사료된다. 환원 처리된 촉매의 승온재산화 실험으로부터 촉매의 반응활성은 촉매의 재산화 능력과 밀접하게 관련이 있었으며, 인산을 전구체로 사용하여 제조한 산화물 촉매가 다른 인 전구체와 비교하여 가장 좋은 재산화 능력을 나타내었다.

강우 시 중랑천 유역의 수질(T-P, T-N, CODMn, SS, BOD5)변화 특성 (Characteristics of Temporal Variation on Water Quality (T-P, T-N, CODMn, SS, BOD5) in the Jungrang Stream during Rainfall Event)

  • 정재형;조우싱;이태진;권오열
    • 대한환경공학회지
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    • 제36권6호
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    • pp.412-420
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    • 2014
  • 중랑천 상류에서 하류 방향으로 4개 지점을 선정하여 3회의 강우 사상에 대하여 수질변화 특성을 조사하였다. 강우시 $COD_{Mn}$, SS와 $BOD_5$ 농도는 증가하고, T-N은 감소하고, T-P는 경향성이 뚜렷하게 나타나지는 않았으며, 경향성은 강우량과 강우강도 증가에 따라 더욱 뚜렷하게 나타났다. 누적 강우량과 수질항목별 단순회귀 분석 결과, T-N을 제외하고 전체적으로 양의 상관성을 갖는 것으로 나타나서 T-N은 누적강우량이 커질수록 농도가 감소하는 것으로 나타났고, 다른 항목들은 농도가 증가하는 것으로 나타났다. 시간당 평균 강우강도와 수질항목별 단순회귀분석 결과, $R^2$값이 전체적으로 약 0.483~0.992 범위의 대체적으로 폭 넓은 결정계수를 나타났으며, 강우강도가 강할수록, T-P와 T-N은 상류 유입, $COD_{Mn}$은 중류 및 하류 유입, SS는 상류에서 하류 방향으로의 점진적 증가 유입, 그리고 $BOD_5$는 상류에서 하류 방향으로의 점진적 감소 유입이 되는 것으로 판단되었다. 유량과 수질항목별 단순회귀 분석을 실시한 결과, 중랑천 상류가 유량의 증가와 함께 수질오염도가 민감하게 반응하는 것으로 나타났다.

회천 및 인접 소하천들의 어류상과 군집 구조 (Ichthyofauna and Fish Community Structure in the Hoecheon Stream and Some Adjacent Tributaries of the Nakdonggang River, Korea)

  • 채병수;김상기;강영훈;허남수;유동욱;박재민;하헌욱
    • 한국어류학회지
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    • 제29권3호
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    • pp.205-217
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    • 2017
  • 2016년 7월부터 2017년 8월까지 낙동강수계의 1차 지류인 회천과 인접한 소하천들에서 24개 지점의 어류상을 조사하였다. 그 결과, 모두 11과 32속 42종 4형의 어류가 확인되었다. 그중 잉어과 어류가 24종 4형(59.1%)으로 가장 많았다. 한반도 고유종은 A. yamatsutae와 Odontobutis platycephala 등의 16종이었다. 멸종위기야생생물에 해당하는 종은 I급에 Pseudobagrus brevicorpus와 Koreocobitis naktongensis, II급에 Culter brevicauda로 3종이 출현하였다. 외래종은 Lepomis macrochirus와 Micropterus salmoides의 두 종이 있었으며, 국내이입종은 Opsariichthys uncirostris amurensis, Hemiculter eigenmanni, O. interrupta, Tridentiger brevispinis의 4종이 확인되었다. 우점종은 Zacco koreanus NS (19.16%), 아우점종은 Zacco platypus R(17.17%)이었다. 회천과 인접 하천 수계 전체에서는 다양도 2.894, 균등도 0.765, 우점도 0.353, 종풍부도 4.668로 나타나 다양하고 안정된 어류군집을 이루고 있었다. 어류군집 간의 유사도를 바탕으로 작성한 수지도에서는 상류집단, 중류집단, 중하류집단, 하류집단의 4집단으로 구분되었다.

데이터 스트림에서 데이터 마이닝 기법 기반의 시간을 고려한 상대적인 빈발항목 탐색 (Finding the time sensitive frequent itemsets based on data mining technique in data streams)

  • 박태수;전석주;이주홍;강윤희;최범기
    • 정보교육학회논문지
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    • 제9권3호
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    • pp.453-462
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    • 2005
  • 최근 들어 저장장치의 발전과 네트워크의 발달로 인하여 대용량의 데이터에 내재되어 있는 정보를 빠른시간 내에 처리하여 새로운 지식을 창출하려는 요구가 증가하고 있다. 연속적이고 빠르게 증가하는 데이터를 지칭하는 데이터 스트림에서 데이터 마이닝 기법을 이용하여 시간이 흐름에 따라 변하고, 무한적으로 증가하는 데이터 스트림에서의 빈발항목을 찾는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만 기존의 연구들은 시간의 흐름에 따른 빈발항목 탐색방법을 적절히 제시하지 못하고 있으며 단지 집계를 이용하여 빈발항목을 탐색하고 있다. 본 논문에서는 데이터 스트림에서 시간적 측면을 고려하여 상대적인 빈발항목을 탐색하기 위한 새로운 알고리즘으로 한정적인 메모리를 고려하여 빈발항목과 부분 빈발항목만을 저장하고 시간의 흐름에 따른 빈발항목의 갱신방법에 관하여 제안하였다. 논문에서 제안하는 알고리즘의 성능은 다양한 실험을 통해서 검증된다. 제안된 방법은 웹 코스웨어로 학습하는 학생들의 행동패턴을 시간대별로 파악하여 빈발항목 및 상대적인 빈발항목을 탐색함으로써 학생들의 학습효과 증진 및 지도 방향을 설정하는데 활용할 수 있다.

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물리적인 하천평가 체계의 상관성 분석 (Correlationship Analysis of Physical Stream Assessment)

  • 김기흥;박현섭
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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    • pp.546-550
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    • 2017
  • 하천의 수리 및 하도의 특성으로 대표되는 물리적 환경(하도 및 수리 특성)은 생태계 기반으로서 수질특성과 더불어 생물에 미치는 영향이 아주 크다. 따라서 하천의 물리적 환경을 진단하고 평가하는 경우에는 상 중 하류의 위치에 따른 하도의 지형학적 특성과 하천의 규모 및 유량의 크기 등에 따라 하천의 유형을 분류하고 그 유형별 특성에 따라 하천환경의 평가시스템을 구축할 필요가 있다. 1980년 후반 이후에는 세계 각국에서 환경보전, 하천복원 및 하천관리 등 종합적인 하천공학적 관점에서 적용할 수 있는 하천분류체계가 제시되었으며 1990년대 이후 선진국들은 정성적 또는 정량적인 하천의 서식환경 평가시스템을 구축하여 적용하고 있으며 대표적으로 정량적 평가시스템을 운영하는 국가는 독일과 미국이고, 정성적 평가시스템을 운영하는 국가는 영국이며, 호주는 영국과 미국의 평가시스템을 통합한 시스템을 운영하고 있다. 한편, 국내에서는 하천환경에서 생태계 기반인 하천의 물리적 특성(구조)에 대한 평가 및 진단 절차도 없이 시행되고 있는 사례가 대부분이다. 또한 지금까지는 하천의 자연도 평가 연구 등에서 선진국들의 하천환경평가시스템을 여과 없이 적용함으로써 국내의 하천특성을 제대로 반영하지 못하는 문제점을 노출하고 있다. 따라서 국내 하천의 물리환경 평가시스템에서는 생물 서식의 기반이 되는 하천의 하도지형 특성 및 수리특성을 반영할 수 있어야 한다. 하천평가에 앞서 하천유형 분류에 따른 하도특성은 하상경사에 따라서 급경사 하천(high-gradient stream), 중경사 하천(mid-gradient stream), 완경사 하천(low-gradient stream)으로 구분하였으며 하천의 물리환경 평가시스템의 평가영역 및 평가지표는 정량적 평가시스템을 운영하는 독일(LAWA, 2004)과 미국(EPA, 2004)의 연구결과를 참고하여 공통지표를 추출하고, 우리나라의 하천이용 및 정비현황을 반영하여 하천유형을 3가지로 분류하고 각 하천유형에 대하여 3개 영역 10개 평가지표를 5개 등급으로 구분하여 평가시스템을 구축하였다. 하천에 대한 하천 지형특성과 현황을 조사할 항목은 수리 및 하도영역의 6개 항목, 하안영역의 2개 항목, 하천교란 영역 2개 항목으로 3개 영역으로 구분해서 평가하고 그 점수에 따라 1등급은 매우좋음(1등급)상태의 $20>{\sim}18{\geq}$점, 좋음(2등급)상태의 $18>{\sim}14{\geq}$점, 보통(3등급)상태의 $14>{\sim}8{\geq}$점, 나쁨(4등급)상태의 $8>{\sim}14{\geq}$점, 매우나쁨(5등급)상태의 4>점으로 등급을 산정하였다. 매우 좋음의 1등급은 참조하천이며 좋음~매우나쁨의 2등급~5등급은 비교하천으로 구분하였으며 보통보다 높은 경우는 자연하천, 낮은 경우는 인공하천으로 나누어 서식처 기반에 따라 평가체계를 구축하였다. 한국형 하천환경 물리평가 체계가 확실히 구축되기 위해서는 각자의 평가 등급이 적절하게 평가 되는지를 검증해야 하기 때문에, 본 연구에서는 하천유형별 자연하천과 인공하천을 비교 분석하였고 평가 영역별 평가지표를 기준으로 상관분석을 통한 상관성을 분석하고 더 나아가 가중치의 적절성 및 각각의 등급에 미치는 영향을 검토하고자 한다.

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