Three different aged Chinese bamboo (Phyllostachys pubescense; 3, 5, and 7 years) was carbonized using three different types of kilns (special, improved and simple kiln) and their physicochemical charcoal properties were investigated. The fixed carbon of the bamboo charcoal prepared from the special kiln (800 - $1,000^{\circ}C$) tended to be decreased, while the specific surface area tended to be increased, according to the increase of bamboo ages. The bamboo charcoal prepared from the 5-year-aged showed the highest value in iodine value. In the improved kiln (600 - $700^{\circ}C$), the specific surface area and the iodine value increased with the growth period. In the simple kiln (400 - $500^{\circ}C$), the amount of volatile matter of the bamboo charcoal was approximately two times higher than that obtained from the special and improved kilns. Despite of the high amount of volatile matter in the simple kiln, the fixed carbon was more than 80%. The 5-year-aged bamboo charcoal showed the highest levels in specific surface area and iodine value. The physical properties of the bamboo charcoals prepared from the 3- and 5-year-aged Chinese bamboo were relatively worse those of Korean bamboo of the same ages. It was probably thought caused by less dense structure of the Chinese bamboo of 3- and 5-year-aged than the domestic in morphological aspects.
It was investigated that effects of NaOH concentration on synthesis of mesoporous materials using municipal solid waste incinerator ash slag (MSWI-ash slag). In order to increase the purity and maximize the amount of extracted Si content the raw MSWI-ash slag was mechanically activated. Extraction of Si from the MSWI-ash slag was carried out by alkali treatment using concentrated NaOH solution, which varied from 1M to 4M. Physical properties (i.e., pore size, specific surface area and total pore volume) of the synthesized mesoporous silica were also evaluated as a function of NaOH concentration via BET, SEM, TEM and small-angle X-ray scattering analyses. Over the entire range of NaOH concentration investigated (i.e., 1-4M), the synthesized mesoporous materials were determined to be SBA-15, which exhibited a hexagonal structure with the pore size of approximately 7 nm. On the other hand, specific surface area and total pore volume increased with NaOH concentration up to 3M while the values decreased at 4M, indicating that the optimal NaOH concentration for the synthesized mesoporous silica was approximately 3M. Further comparison analysis between two conditions (3M versus 4M) showed that the decrease in two physical properties at 4M NaOH concentration was likely due to the potential inhibition by excess Na ions on the formation of mesophase and the consequent increase of pore wall thickness by remaining Si ions.
The spheric sintered body with $6{\pm}2mm$ diameter was manufactured in a rotary kiln at $1125^{\circ}C$/15 min using green body formed by pelletizing the batch powder composing of coal bottom ash produced from power plant and dredged soil by 70:30, wt%. And the physical properties of sintered body (BD) were analyzed to confirm the possibility for applying to an absorbent to restore a contaminated soil. The sintered body had a giant pore above 100 ${\mu}m$ and a fine pore below 10 ${\mu}m$, and bulk density was 1.4. Also its specific surface area, porosity and void proportion were $12.0m^2/g$, 30.1% and 38.2% respectively. The crushed body (BD-C), produced by crushing a BD specimen into an irregular shape with a aspect ratio of about 2, was similar to BD specimen at bulk density and pore size distribution. But it had superior values of specific surface area, porosity and void proportion compared with BD specimen owing to a decreased apparent volume due to conversion of closed pore existed at interior of BD to open pore during a crushing process. The IEP of sintered body occurred at about pH=5, so the optimum pH condition of reacting aqueous solution could be known before bonding a microbe to the sintered body. Hence, the optimum void proportion and porosity of an absorbent can be obtained by appropriate mixing a BD with BD-C from the base data calculated in this study.
This research investigated classification of clay activity degree by different clay mineral components. Based on compositions of different clay and oxide minerals within 390 soil series in Korea, 7 soils were selected to analyze for CEC and specific surface area of clay minerals. As a result, soils were mainly composed with Chlorite originated from sandstone, Smectite originated from Andesite porphyry and combination of Allophane and Ferrihydrite originated from volcanic ash, if the ratio of CEC value to clay content (degree of clay activity) was greater than 0.7. If the degree of clay activity was ranged between 0.3 and 0.7, soils were composed mainly with Kaolin originated from anorthite. Soils with this ratio also was composted with combinations of Kaolin, Illite and Vermiculite originated with river deposits. When the degree of the activity was less than 0.3, soils were commonly red-yellowish color and composed with two different minerals. One type of composition was Kaolin originated from granite and granite gneiss and the soils contained Geothite and Hematite. The other type was composited mainly with Illite and Vermiculite minerals originated from granite. These soils contained Gibbsite, Geothite and Hematite. The degree of clay activity was highly related with CEC and specific surface area. The greater degree of the activity displayed greater values of clay CEC and specific surface area. It is not easy to measure actual quantity and compositions of clay minerals, while the degree of clay activity can be measured from routine soil analyses. As a conclusion, the degree of clay activity may be not just a simple but also powerful tool to estimate physical-chemical properties of soils and to evaluate the soil classification in Korean soils.
Lee, Jin Won;Choi, Seung-Hyun;Kim, Seok-Hwi;Cha, Wang Seog;Kim, Kangjoo;Moon, Bo-Kyung
Economic and Environmental Geology
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v.51
no.6
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pp.485-492
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2018
About 300 thousand tones of oyster shells are produced annually and, thus, their massive recycling methods are required. Recently, a method, utilizing them as wet desulfurization materials after removal of organic matters and changing $CaCO_3$ phase into CaO through calcination, is under consideration. This study investigates the mineralogical changes (specific surface area, phase changes, surface state, etc.) of oyster shells by calcination and their characteristics were compared with those of limestone. Uncalcined oyster shells showed the higher specific surface area than limestone because the former are composed of platy and columnar structures. In contrast, investigated limestone showed a dense structure. The phase change of oyster shells occurred at lower temperature than that of limestone. The specific surface area of oyster shell decreased significantly after calcination while limestone depicted a drastic increase. Small amount of Na contained in oyster shell was suggested as the cause of this phenomenon; in that, it acted as a flux causing melting and sintering of oyster materials at lower temperature. Because of this, an additional phenomenon was observed that a part of shell materials remained untransformed even at higher calcination temperature and after longer treatment period due to the sintered surface, which covers the rest parts. Further studies investigating the effect of this phenomena from the perspective of desulfurization is required.
This study was performed to evaluate the characteristics of the carboxymethylated substrate from high reactive autohydrolyzed cellulose (HRC) and those of commercial α-cellulose (CAC) and refiner mechanical pulp (RMP). Saccharification rates of HRC substrate were achieved over 70% with 12 hr hydrolysis, about 90% with 24 hr, and 99.5% with 72 hr. CMCase and avicelase activities of cellulase onozuka were 4.09 ㎛ G/mg·min and 14.0 ㎛ G/mg·min, respectively. There were no any significant changes in cellulase activities with this substrate. The saccharification rates of CAC and RMP were very low, 57% and 38% with 72 hr, respectively. Those lignin-zero autohydrolyzed substrates, HRC and CAC, were highly carboxymethylated at the high alkali concentration, near 30%, for 3 hr. reaction, and resulted in 1.13-1.15 of D.S., besides 0.85 of D.S. from RMP. Water solubilities of carboxymethylated substrates were increased with an increase of D.S., 98-98.5% from HRC and CAC and 31.5% from RMP. RMP which has low specific surface area showed lower water retention values, compared to high values of 435 and 321% from CAC and HRC, respectively. There were no direct relationship between surface area and swelling ratio of the substrates.
Effects of $Ca(OH)_2$ concentration (0.16~0.64 wt%), surfactant concentration (2~16 wt%), total volumetric flow rate (3~6 L/min) and $CO_2$ volume fraction $(0.3{\sim}0.6)$ on morphology, crystal structure, mean particle diameter, aggregation and specific surface area of the precipitated $CaCO_3$ were investigated in the slurry bubble column reactor. Experiments were carried out in acrylic reactor ($0.11\;m-ID{\times}1.0\;m-high$) with a internal tube ($0.04\;m-ID{\times}1.0\;m-high$h). The reaction time of $CaCO_3$ synthesis decreased with adding Dispex N40 of the anionic surfactant. The reaction rate of $Ca(OH)_2$ increased with increasing the volumetric flow rate of $CO_2$. From SEM images, the single crystal of $CaCO_3$ increased with increasing the reaction rate in the saturated concentration of $Ca(OH)_2$ (0.16 wt %) and the concentration of Dispex N40 (2 wt%). The mean particle size of $CaCO_3$ varied with adding Dispex N40. In addition, the specific surface area of $CaCO_3$ increased with adding of surfactant (2 wt%) from $35m^2/g$ to $44m^2/g$ at the volumetric flow rate of $CO_2$ (0.9 L/min) and the concentration of $Ca(OH)_2$(0.64 wt %).
In this study, the acetaldehyde removal characteristics of activated carbon (AC) for air purifier filters were investigated using metal catalysts-impregnation and functional group-modification method. The AC with a high specific surface area(1700 m2/g) and micropores was prepared by KOH activation of coconut charcoal and the efficiency of catalyst and functional group immobilization was examined by varying the drying conditions within the pores after immersion. The physical properties of the prepared activated carbon were analyzed by BET, ICP, EA, and FT-IR, and the acetaldehyde adsorption performances were investigated using gas chromatography (GC) at various impregnation and modified conditions. As the concentration of impregnation solution increased, the amount of impregnated metal catalysts increased, while the specific surface area showed a decreasing trend. The adsorption tests of the metal catalyst-impregnated and functional group-modified activated carbons revealed that excellent adsorption performance in compositions MgO10@AC, CaO10@AC, EU10@AC, and H-U3N1@AC, respectively. The MgO10@AC, which showed the highest adsorption performance, had a breakthrough time of 533.8 minutes and adsorption capacity of 57.4 mg/g for acetaldehyde adsorption. It was found that the nano-sized MgO catalyst on the activated carbon improved the adsorption performance by interacting with carbonyl groups of acetaldehyde.
Seo Gyeong Jeong;Chaehun Lim;Seongjae Myeong;Chung Gi Min;Naeun Ha;Young-Seak Lee
Applied Chemistry for Engineering
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v.34
no.6
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pp.576-583
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2023
This study investigated the possibility of new adsorbent materials made from pig bone-based biomass. To this end, the properties of pig bone-based activated carbon (PAC) prepared from animal biomass were investigated, and its carbon dioxide adsorption performance was examined. KOH was used as the activation agent, and the specific surface area increased with increasing activation temperature, and the adsorption efficiency of carbon dioxide also increased. The sample activated at 800 ℃ exhibited the largest specific surface area of 1208.7 m2/g and the highest CO2 adsorption efficiency of 3.33 mmol/g at 273 K, 1 bar. However, the specific surface area and the CO2 adsorption efficiency decreased at activation temperatures above 900 ℃ due to crystallinity changes and overactivation. On the other hand, when the selectivity was calculated using the ideal adsorption solution theory, PAC-900 samples at 273 K and below 0.8 bar showed the best selectivity. These results suggest that the high selectivity of carbon dioxide/nitrogen adsorption at 273 K is due to the carbon dioxide adsorption capacity of hydroxyapatite formed by the decomposition of carbonate when pig bone is activated at 900 ℃ and its crystallinity.
Dong Ki Kim;Chaehun Lim;Seongjae Myeong;Naeun Ha;Chung Gi Min;Young-Seak Lee
Applied Chemistry for Engineering
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v.35
no.2
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pp.140-147
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2024
In order to increase the utilization of biomass, an electrochemical performance was considered after manufacturing a carbon anode material (SV-C) for a Setaria viridis-based lithium ion secondary battery through a heat treatment process. When the heat treatment temperature of the Setaria viridis is as low as 750 ℃, the capacitance (1003.3 mAh/g, at 0.1 C) is high due to the negative (-) charge of oxygen present on the surface attracting lithium, along with the low crystallinity and high specific surface area (126 m2/g), but the capacity retention rate is believed to be as low as 61.0% (at 500 cycles and 1 C). In addition, it was confirmed that when the heat treatment temperature increased to 1150 ℃, the carbon layer was condensed to be excellent in arrangement, and the structural defects were reduced, resulting in a significant reduction in the specific surface area (32 m2/g) of the pores. Furthermore, when the surface defects of the anode material are reduced and the crystallinity is increased, the capacity retention rate is as high as 89.7% (at 500 cycles and 1 C), but the degree of defects is small, the active point is reduced, and the specific capacity is considered to be very low at 471.7 mAh/g. In the scope of this study, it was found that in the case of the Setaria viridis-based carbon anode material manufactured according to the heat treatment temperature, the surface oxygen content and crystallinity have higher reliability on the electrochemical properties of the anode material than the specific surface area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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