The review discusses various alternative approaches for spent nuclear fuel (SNF) reprocessing in aqueous carbonate media. The main stages, schemes, and methods of the most well-known and well-described processes for reprocessing SNF and some high-level radioactive waste using carbonate systems developed by research groups in Japan, the United States of America, the Republic of Korea, and the Russian Federation described and compared. The main advantages of such methods are outlined compared to the SNF reprocessing in nitric acid media. The levels of development and proximity of the designed processes to the industrial implementation are shown. The main principle achievements, prospects, and routes for the refinement of such methods for the technology of SNF reprocessing and handling of high-level radioactive waste formulated.
Nanocrystalline transient aluminas (${\gamma}$-alumina) were coated on core particles (${\gamma}$-alumina) by a carbonate precipitation and thermal-assisted combustion, which is environmentally friend. The ammonium aluminum carbonate hydroxide (AACH) as a precursor for coating of transient aluminas was produced from precipitation reaction of ammonium aluminum sulfate and ammonium hydrogen carbonate. The crystalline size and morphology of the synthetic, AACH, were greatly dependent on pH and temperature. AACH with a size of 5 nm was coated on the core alumina particle at pH 9. whereas rod shape and large agglomerates were coated at pH 8 and 11, respectively. The AACH was tightly bonded coated on the core particle due to formation of surface complexes by the adsorption of carbonates, hydroxyl and ammonia groups on the surface of the core alumina powder. The synthetic precursor successfully converted to amorphous- and ${\gamma}$-alumina phase at low temperature through decomposition of surface complexes and thermal-assisted phase transformation.
The shells of Anadarac tegillarca granosa, Crassostrea gigas, Crassostrea nippona, and Patinopecten yessoensis were used for preparation of calcium carbonate with high purity. Calcium content in ash of shell was the highest $64.9\%$ in Anadarac tegillarca granosa ashed for 5 hr at $900^{\circ}C$, and followed as Patinopecten yessoensis $62.5\%$, Crassostrea gigas $62.4\%$, and Crassostrea nippona $61.5\%$. Whiteness of ash was the highest 81.6-85.8 in Patinopecten yessoensis shell. Calcium contents in calcium carbonates made with shells of Anadarac tegillarca granosa by using ammonium chloride process (ACP) and ammonium nitrate process (ANP) were higher $40.03-40.04\%$ than $39.92\%$ in Anadarac tegillarca granosa ash. Calcium content was the highest $40.04\%$ in pH adjusted calcium carbonate prepared by using ANP. Whiteness of calcium carbonate prepared by using ACP and ANP was the level of 101.0-101.5. Therefore, we estimated that the calcium carbonate made by using ACP and ANP could be used potentiality as a food additive for calcium supplement.
A series of quaternary ammonium-based ionic liquids (ILs) containing an alkyl carbonate group on the cation was first prepared and their physical and electrochemical properties including density, viscosity, thermal stability, electrochemical stability, and ionic conductivity were reported. These ILs exhibited wide electrochemical windows of at least 5.0 V and relatively high conductivities. In contrast to dialkyl-substituted ionic liquids, the ILs with an alkyl carbonate group on the cation showed much smaller drop in conductivities when mixed with a lithium salt, due to the interaction of lithium ions with carbonate groups. Upon interaction with a Li salt, the carbonyl stretching frequency of the carbonate group shifted to a lower frequency whereas the peak associated with C-O single bond moved to a higher frequency.
Electrochemical performance of Li-ion cells with $LiMn_2O_4$ cathodes and graphite anodes with carbonates electrolytes containing quaternary ammonium-based room temperature ionic liquids (ILs) is investigated. Eight different ILs based on tetraalkylammonium, pyrrolidinium or piperidinium cations paired with bis(trifluoromethylsulfonyl)imide or tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate anions are examined in combination with dimethyl carbonate as a main solvent and fluoroethylene carbonate as a solid electrolyte interface forming agent. It is shown that cycling properties of the cells are strongly affected by the content of ILs in the electrolyte mixtures and its increase corresponds to lower discharge capacity retention. Since viscosity and conductivity of ILs are of a great importance for the electrolytes formulation, some kind of combined parameter should be used for the assessment of IL applicability and calculated values of Walden products for neat ILs represent one of the possible options. Besides, positive effect of ILs on reduction of flammability and enhancement of thermal stability of electrolytes in contact with charged electrodes have been demonstrated by means of self-extinguishing time test and differential scanning calorimetry respectively.
An, Hye Young;Kim, Min-Kyung;Jeong, Hui Cheol;Eom, Ki Heon;Won, Yong Sun
Clean Technology
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v.22
no.1
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pp.35-44
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2016
In this study, a computational chemistry methodology called as molecular modeling was been applied to explain several experiment results mechanistically. The reaction chosen for this study was to remove carbon dioxide, known as a primary greenhouse gas, by an epoxide via the carbon dioxide fixation to produce carbonates. This reaction inherently needs the use of catalysts because it has a significantly high activation barrier (55~59 kcal/mol). Among various types of catalysts, we studied in zeolitic imidazolate framework 90 (ZIF-90)/ionic liquid immobilized ZIF-90 (IL-ZIF-90), polystyrene-supported quaternized ammonium salt, KI/KI-glycine, and dimethylethanolamine (DMEA). First, probable reaction pathways were proposed based on calculated energetics by computational chemistry. The energetics was then used for the thermodynamic interpretation on the activity of catalysts. In the case of ZIF-90/IL-ZIF-90 and KI/KI-glycine, IL-ZIF-90 and KI-glycine showed better yields compared to their counterparts. The calculation proposed interesting results that it is not from the lowering of activation energy but from the unstable intermediates of ZIF-90 and KI-glycine. For DMEA, the calculated activation energy was ~42 kcal/mol, much lower than that of the non-catalytic reaction. A possible reaction pathway was located to confirm the interaction between −NH group from ammonium and oxygen from epoxide for polystyrene-supported quaternized ammonium salt.
High-purity alumina powder was prepared by extracting the natural alumino-silicate mineral (halloysite) in H$_2$SO$_4$ solution. For the selective precipitation of alum and aluminum hydroxide, the solubility diagram was prior calculated by also considering the formation of hydroxides and carbonates for all the metal ions in an aqueous solution, which allow us to control the contamination of impurities envolved in the natural minerals. Ammonium aluminum sulfate (alum) and alumium hydroxide could be successfully prepared at pH = 1.5∼2.5 and pH = 6∼8, respectively according to our solubility diagrams. The purity of alum-and hydroxide-derived ${\alpha}-Al_2O_3$ was determined to be 99.7${\%}$ and 99.0${\%}$, respectively, which indicates the former route would be more desirable for the large scale application. It is also worthy to note that the impurities like Na and Si were strongly reduced in the former (Na = 0.05${\%}$, Si = 0.09${\%}$) compared to the latter (Na = 0.29${\%}$, Si = 0.12${\%}$).
Mineral carbonation by indirect method has been studied by serpentinite as cation source. Through the carbonation of $CO_2$ and alkaline earth ions (calcium and magnesium) from serpentinite, the pure carbonates including $MgCO_3$ and $CaCO_3$ were synthesized. The extraction solvent used to extract magnesium (Mg) was ammonium sulfate ($(NH_4)_2SO_4$), and the investigated experimental factors were the concentration of $(NH_4)_2SO_4$, reaction temperature, and ratio of serpentinite to the extraction solvent. From this study, the Mg extraction efficiency of approximately 80 wt% was obtained under the conditions of 2 M $(NH_4)_2SO_4$, $300^{\circ}C$, and a ratio of 5 g of serpentinite/75 mL of extraction solvent. The Mg extraction efficiency was proportional to the concentration and reaction temperature. $NH_3$ produced from the Mg extraction of serpentinite was used as a pH swing agent for carbonation to increase the pH value. About 1.78 M of $NH_3$ as the form of $NH_4{^+}$ was recovered after Mg extraction from serpentinite. And, the main step in Mg extraction process of serpentinite was estimated by geochemical modeling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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