Enzyme fuel cells were composed of enzyme cathode and PEMFC anode. Enzyme cathode was fabricated by compression of a mixture of graphite particle, laccase as a enzyme and ABTS as a redox mediator, and then coated with Nafion ionomer. Open circuit voltage (OCV) were measured with variation of cathode manufacture factors, to find optimum condition of enzyme cathode. Optimum pressure was 4.0 bar for enzyme cathode pressing process. Highest OCV was obtained at 95% graphite composition in enzyme cathodee. Optimum glucose concentration was 0.4 mol/l in cathode substrate solution.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.29
no.4
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pp.71-75
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2022
In this research, Fe-Ni alloy films were electrodeposited on stainless steel (SS304 and SS430) and Ti plates to investigate the effects of surface conditions of cathode on deposits. The Ti plates were electropolished in 3 M H2SO4-methanol electrolytes at various conditions before electrodeposition, and unpolished Ti and the optimized specimen, polished at 10 V for 8 min, were used as cathode. The anomalous codeposition, the phenomenon which more active Fe is reduced preferentially, occurred on all substrate, however, there were differences in composition of all deposits. As the results of potential monitoring during electrodeposition, it was confirmed that the larger overpotential was applied to the deposition cell when using Ti cathode, leading to high Fe content of deposits from unpolished Ti due to increase in nucleation of Fe. Also, it was founded that the polished Ti can reduced deposition overpotential.
Research was conducted to derive the optimal operation conditions and the optimal cathode for using a DSA electrode as an anode to minimize electrode consumption during the removal of nitrogen from wastewater by the electro-chemical method. Of the various electrodes tested as cathodes, brass was determined to be the optimal electrode. It had the highest NO3-N removal rate and the lowest concentration of residual NH3-N, a by-product when Cl is present in the solution. Investigating the effect of current density found that when the initial concentration of NO3-N was 50 mg L-1, the optimal current density was 15 mA cm-2. In addition, current densities above 15 mA cm-2 did not significantly affect the NO3-N removal rate. The effect of electrolytes on removing NO3-N and minimizing NH3-N was investigated by using Na2SO4 and NaCl as electrolytes and varying the reaction times. When Na2SO4 and NaCl are mixed at a ratio of 1.0 g L-1 to 0.5 g L-1 and reacted for 90 min at a current density of 15 mA cm-2 and an initial NO3-N concentration of 50 mg L-1, the removal rate of NO3-N was about 48% and there was no residual NH3-N. On the other hand, when using only 1.5 g L-1 of NaCl as an electrolyte, the removal rate of NO3-N was the highest at about 55% and there was no residual NH3-N.
Kim, K.W.;Yoo, J.H.;Park, H.S.;Kim, J.D.;Aoyagi, H.;Yoshida, Z.
Nuclear Engineering and Technology
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v.27
no.2
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pp.216-225
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1995
Simulation for a dynamic analysis of the electrolytic preparation of U(IV) in two-phases system, which consisted of mass transfer of U(VI) from TBP phase into HNO$_3$ solution and electrolytic re-duction of U(VI) to U(IV) at a cathode in aqueous phase, was carried out in order to establish the most suitable operating condition and best electrode area as basic design data for the system. It was found that maintaining an appropriate mass transfer rate was more significant rather than enlarging the surface area of the cathode for more effective production yield of U(IV). The electrode area and the operation time affected deeply the production composition of U(IV) in the resulting aqueous phase. And optimal electrode areas ore evaluated to meet production criteria of U(IV) of resulting solution in several system conditions. Though about 0.37M HNO$_3$ was preferable to prepare the solution of U(IV), nitric acid concentration should be higher than 0.5M to prevent a hydrolysis of U(IV) in the aqueous phase.
This study examined the nitrate removal efficiency which uses an electrowinning, and also analyzed the nitrate removal efficiency under a variety of operating conditions such as nitrate concentrations, pH, current densities, electrodes, reducing agents in order to determine optimal conditions. In addition, the multi-step electro-chemical process test has been also analyzed. During the electrowinning, the identical Zn-Zn and Pt-Ti electrodes in the insoluble oxidation electrode(Pt) has shown the highest nitrate removal efficiency in the 100 mg $NO_3^{-}$ -N/L concentration. In the concentration of 150 mg $NO_3^{-}$ -N/L, the efficiency of the Zn-Zn electrode were 70~85%, and that of Pt-Ti electrode were 40~50% without any change of pH. In the high concentration of 500 and 1,000 mg $NO_3^{-}$ -N/L, the higher the concentration, the more decrease of its nitrate removal efficiency decreased. However, the energy consumed for nitrogen removal increased when the nitrate concentration was high. As a result of the multi-step electro-chemical process test, We chose the Test 4. Because the first, most of the zinc consumed from 1 step was recovered from over the 2 step. The second, amount of consumption anode decreased with insoluble anode Pt from over the 2 step. And the third, Zn cathode increased the possibility of reusing Zn deposited. In view of the results so far achieved, the multi-step electro-chemical process would be applied to treat nitrogen involved in metal finishing wastewater.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.31
no.1
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pp.29-34
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2009
This study was performed under four operational conditions for nitrogen removal in metal finishing wastewater. The conditions include electrode gap, reducing agent, the recycling of treated wastewater in 1st step and the simultaneous treatment of nitrate and other materials. Result showed that the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$ was highest at the electrode gap of 10 mm. As the electrode gap was shorter than 10 mm, the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$ decreased due to increasing in concentration polarization on electrode. And, in case that the electrode gap was longer than 10 mm, the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$ increased with an increase in energy consumption. Because hydrogen ions are consumed when nitrate is reduced, reducing reaction of nitrate was effected more in acid solution. As 1.2 excess amount of zinc was injected, the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$ increased due to increasing in amount of reaction with nitrate. As the effluent from 1st step in the reactor was recycled into the 1st step, the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$ increased. Because the zinc were detached from the cathode and concentration-polarization was decreased due to formation of turbulence in the reactor. The presence of $NH_4{^+}-N$ did not affect the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$ but the addition of heavy metal decreased the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$. As chlorine is enough in wastewater, the simultaneous treatment of nitrate and ammonia nitrogen may be possible. The problem that heavy metal decrease the removal efficiency of $NO_3{^-}-N$ may be solved by increasing current density or using front step of electrochemical process for heavy metal removal.
Volatile organic compounds (VOCs) occur in indoor and outdoor industrial and urban areas and cause environmental problems. Malodorous VOCs, along with aesthetic discomfort, can have a serious effect on the human body. Compared with the existing method of reducing malodorous VOCs, a wet scrubbing method using an electrolytic oxidant has the advantage of reducing pollutants and regenerating oxidants. This study investigated the optimal conditions for producing OCl-, a chlorine-oxidant. Experiments were conducted by changing the type of anode and cathode electrode, the type of electrolyte, the concentration of electrolytes, and the current density. With Ti/IrO2 as the anode electrode and Ti as the cathode electrode, OClproduction was highest and most stable. Although OCl- production was similar with the use of KCl or NaCl, NaCl is preferable because it is cheap and easy to obtain. The effect of NaCl concentration and current density was examined, and the OCl- production rate and concentration were highest at 0.75 M NaCl and 0.03 A cm-2. However, considering the cost of electric power, OCl- production under the conditions of 1.00 M NaCl and 0.01 A cm-2 was most effective among the conditions examined. It is desirable to produce OCl- by adjusting the current density in accordance with the concentration and characteristics of pollutants.
Park, SeokHee;Choi, YoungWoo;Yim, SungDae;Kim, ChangSoo;Park, Seung Bin
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2011.05a
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pp.97.1-97.1
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2011
저온에서 양이온 고분자막을 사용하는 고분자 연료전지의 경우 뛰어난 성능과 다양한 응용분야로 인해 많은 연구와 실증이 이루어지고 있지만 공기극에서의 느린 산소 환원반응으로 인해 백금과 같은 귀금속의 사용이 불가피하고 백금의 제한된 매장량과 높은 가격으로 인해 상용화가 늦어지고 있다. 그래서 많은 연구자들이 합금 촉매 또는 비귀금속 촉매를 이용한 전극 개발에 집중하고 있다. 알칼리 분위기에서 저가의 전이 금속들이 백금과 비슷한 활성을 보이고 고체 음이온 교환막이 개발됨에 따라 최근 알칼리 연료전지가 다시금 큰 주목을 받고 있다. 그러나 고분자 연료전지와는 달리 아직 촉매나 전해질막, 이오노머의 특성 및 메커니즘에 관해 별로 알려진 것이 없다. 본 연구에서는 직접 개발한 세공충진막 형태의 탄화수소계의 음이온 교환막과 비귀금속 공기극 촉매를 이용하여 막전극접합체(MEA)를 개발하였고 촉매 및 이오노머 함량과 같은 전극 조성, 막전극접합체의 제조 및 체결, 가습이나 가스조성 등의 단위전지 운전조건과 같은 다양한 변수에 대해에 최적 조건을 도출하고자 하였다. 공기극 촉매는 Cu-Fe/C를 이용한 상용 촉매를 이용하였고 이오노머의 경우는 탄화수소계의 상용 제품을 사용하였으며 음이온 교환막에 전극층을 형성하기 위해서는 스프레이 공정을 이용하였다. 단위전지를 통해 성능을 확인하였고 임피던스 및 CV를 통해 전기화학적인 특성을 규명하였다. 조건의 최적화를 통해 상당한 성능 향상을 이루었으나 추가적인 성능 향상 및 내구성 확보 등에 대해 계속적인 실험을 진행할 예정이다.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.1B
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pp.79-84
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2012
Nitrate is a common contaminant in groundwater aquifer. The present study investigates the performance of the bipolar zero valent iron (ZVI, $Fe^0$) packed bed electrolytic cell in removing nitrate in different operating conditions. The packing mixture consists of ZVI as electronically conducting material and silica sand as non-conducting material between main cathode and anode electrodes. In the continuous experiments for the simulated wastewater (contaminated groundwater, initial nitrate about 30 mg/L as N and electrical conductivity about 300 ${\mu}S/cm$), over 99% removal of nitrate was achieved in the applied voltage 600 V and at the flow rate of 20 mL/min. The optimum packing ratio (v/v) and flow rate were determined to be 1:1~2:1 (silica sand to ZVI), 30 mL/ min respectively. Effluent pH was proportional to nitrate influx concentration, and ammonia which is the final product of nitrate reduction was about 60% of nitrate influx. Magnetite was observed on the surface of the used ZVI as major oxidation product.
For the purpose of finding new cathode materials for medium-temperature $(700\~800^{\circ}C)$ solid oxide fuel cells, $Gd_{0.8}Ca_{0.2}Co_{1-x}Fe_xO_3,\;(x=0.0\~0.5)$ are prepared, and their thermal stability and conductivity characteristics are investigated. Also, the cathodic activities are measured after the cathode layer being attached on CGO (cerium-gadolinium oxide) electrolyte disk. The X-ray analyses indicate that the materials prepared by calcining the citrate-gels at $800^{\circ}C$ have the orthorhombic perovskite structure without discernible impurities. The thermal stability of the undoped Co perovskite is so poor that it is decomposed to the individual binary oxide even at $1300^{\circ}C$. But the partially Fe-doped cobaltates exhibit a better thermal stability to retain their structural integrity up to $1400^{\circ}C$. The observation whereby both the undoped and Fe-doped cobaltates melt at ca. $1300^{\circ}C$ leads us to perform the electrode adhesion at <$1300^{\circ}C$. The cathodic activity of $Gd_{0.8}Ca_{0.2}Co_{1-x}Fe_xO_3,\;(x=0.0\~0.5)$, electrodes is superior to $La_{0.9}Sr_{0.1}MnO_3$, among the samples of $x=0.0\~0.5$, the x=0.2 cathode shows the best activity for the oxygen reduction reaction. It is likely that the Fe-doping provides a better thermal stability to the materials but in turn imparts an inferior cathodic activity, such that the optimum trade-off is made at x=0.2 between the two factors. The total electrical conductivity and ion conductivity of $Gd_{0.8}Ca_{0.2}Co_{1-x}Fe_xO_3$, are measured to be 51 S/cm and $6.0\times10^{-4}S/cm\;at\;800^{\circ}C$, respectively. The conductivity values illustrate that the materials are a mixed conductor and the reaction sites can be expanded to the overall electrode surface, thereby providing a better cathodic activity than $La_{0.9}Sr_{0.1}MnO_3$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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