In this study, the ion-gelation method was applied to fabricate novel Fe-carbon-bentonite-alginate beads ($Fe^0$/C-BABs). $Fe^0$/C-BABs could effectively control Fe release during persulfate (PS) activation in N-acetyl-p-aminophenol (APAP) oxidation. A novel two-stage approach that combined $Fe^0$/C-BABs and an oyster-shell-filled bed (OSFB) column was developed to address the low pH and high Fe concentration of the effluent of the traditional PS process. The application of the $Fe^0$/C-BABs and OSFB column regulated pH levels and Fe release during the advanced oxidation of APAP. The characteristics of $Fe^0$/C-BABs were also investigated through scanning electron microscopy, energy dispersive spectrometry, and Fourier transform infrared spectroscopy. The long-term operation performance of $Fe^0$/C-BABs in a continuous fixed-bed reactor under simultaneous PS and APAP feeding was also evaluated. The effects of initial PS concentration, pH, fixed-bed weight, in-flow rate, and dissolved oxygen (DO) were investigated. Under selected conditions, 86.3% efficiency was achieved during the first stage of APAP degradation (effluent pH of 3.05, Fe contents: $106.25mgL^{-1}$). Water quality improved after the effluent was passed through the OSFB column (effluent pH of 6.32, Fe contents: $21.43mgL^{-1}$). Moreover, this study analyzed the free radicals and intermediates produced during APAP degradation to identify the possible routes of APAP degradation.
Spinel ferrites (NixFe3-xO4; x = 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0) have been prepared at 550℃ by egg white auto-combustion route using egg white at 550℃ and characterized by physicochemical (TGA, IR, XRD, and SEM) and electrochemical (CV and Tafel polarization) techniques. The presence of characteristic vibration peaks in FT-IR and reflection planes in XRD spectra confirmed the formation of spinel ferrites. The prepared oxides were transformed into oxide film on glassy carbon electrodes by coating oxide powder ink using the nafion solution and investigated their electrocatalytic performance for OER in an alkaline solution. The cyclic voltammograms of the oxide electrode did not show any redox peaks in oxygen overpotential regions. The iR-free Tafel polarization curves exhibited two Tafel slopes (b1 = 59-90 mV decade-1 and b2 = 92-124 mV decade-1) in lower and higher over potential regions, respectively. Ni-substitution in oxide matrix significantly improved the electrocatalytic activity for oxygen evolution reaction. Based on the current density for OER, the 0.75 mol Ni-substituted oxide electrode was found to be the most active electrode among the prepared oxides and showed the highest value of apparent current density (~9 mA cm-2 at 0.85 V) and lowest Tafel slope (59 mV decade-1). The OER on oxide electrodes occurred via the formation of chemisorbed intermediate on the active sites of the oxide electrode and follow the second-order mechanism.
The main goal of this paper is to study the vibration of damaged core laminated annular plates with FG face sheets based on a three-dimensional theory of elasticity. The structures are made of a damaged isotropic core and two external face sheets. These skins are strengthened at the nanoscale level by randomly oriented Carbon nanotubes (CNTs) and are reinforced at the microscale stage by oriented straight fibers. These reinforcing phases are included in a polymer matrix and a three-phase approach based on the Eshelby-Mori-Tanaka scheme and on the Halpin-Tsai approach, which is developed to compute the overall mechanical properties of the composite material. In this study the effect of microcracks on the vibrational characteristic of the sandwich plate is considered. In particular, the structures are made by an isotropic core that undergoes a progressive uniform damage, which is modeled as a decay of the mechanical properties expressed in terms of engineering constants. These defects are uniformly distributed and affect the central layer of the plates independently from the direction, this phenomenon is known as "isotropic damage" and it is fully described by a scalar parameter. Three complicated equations of motion for the sectorial plates under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. Using the 2-D differential quadrature method in the r- and z-directions, allows one to deal with sandwich annular plate with arbitrary thickness distribution of material properties and also to implement the effects of different boundary conditions of the structure efficiently and in an exact manner. The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples. The sandwich annular plate is assumed to have any arbitrary boundary conditions at the circular edges including simply supported, clamped and, free. Several parametric analyses are carried out to investigate the mechanical behavior of these multi-layered structures depending on the damage features, through-the-thickness distribution, and boundary conditions.
In this study, impurity free V3.5+ electrolytes were prepared using formic acid as a reducing agent and PtD/C as a catalyst and it was applied to VRFB. The well-oriented 3D dendrite structure of the PtD/C catalyst showed high catalytic activity in formic acid oxidation reaction and vanadium reduction reaction. As a result, the conversion ratio of electrolyte using the PtD/C was 2.73 mol g-1 h-1, which was higher than that of 1.67 mol g-1 h-1 of Pt/C prepared by the polyol method. In addition, in the VRFB charging and discharging experiment, the V3.5+ electrolyte produced by the catalytic reaction showed the same performance as the standard V3.5+ electrolyte prepared by the electrolytic method, thus proving that it can be used as an electrolyte for VRFB.
Water electrolysis holds great potential as a method for producing renewable hydrogen fuel at large-scale, and to replace the fossil fuels responsible for greenhouse gases emissions and global climate change. To reduce the cost of hydrogen and make it competitive against fossil fuels, the efficiency of green hydrogen production should be maximized. This requires superior electrocatalysts to reduce the reaction energy barriers. The development of catalytic materials has mostly relied on empirical, trial-and-error methods because of the complicated, multidimensional, and dynamic nature of catalysis, requiring significant time and effort to find optimized multicomponent catalysts under a variety of reaction conditions. The ultimate goal for all researchers in the materials science and engineering field is the rational and efficient design of materials with desired performance. Discovering and understanding new catalysts with desired properties is at the heart of materials science research. This process can benefit from machine learning (ML), given the complex nature of catalytic reactions and vast range of candidate materials. This review summarizes recent achievements in catalysts discovery for the hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER). The basic concepts of ML algorithms and practical guides for materials scientists are also demonstrated. The challenges and strategies of applying ML are discussed, which should be collaboratively addressed by materials scientists and ML communities. The ultimate integration of ML in catalyst development is expected to accelerate the design, discovery, optimization, and interpretation of superior electrocatalysts, to realize a carbon-free ecosystem based on green hydrogen.
The progenitor of Type Ia supernovae is largely expected as a close binary system of a carbon/oxygen white dwarf (WD) primary and its secondary non-degenerate (single degenerate; SD) or degenerate companion (double degenerate; DD). Here we present a high-cadence monitoring observation of SN 2021hpr in a spiral galaxy, NGC 3147. SN 2021hpr shows typical characteristics as a normal type Ia supernova from its photometric (Δm15(B)=1.01±0.03, dust free MB,max=-19.45±0.02) and spectroscopic data. To investigate its progenitor system, we fit the early part of BVRI-band light curve simultaneously with a combined version of ejecta-companion and simple power-law model. As a result, we found a significant feature of an early excess possibly from a 7.63±0.52R⊙-sized companion at the optimal viewing angle while the fit is not successful at the common viewing angle. No possible red sources brighter than F555W=-7.01 AB mag is detected at the SN location in Hubble Space Telescope (HST) pre-explosion images, excluding massive stars with initial mass of >16M⊙ as companions. We suggest the progenitor system of SN 2021hpr can be a fairly large companion such as a main sequence, a low mass subgiant, and a helium giant star. In addition, a possibility of the ejecta-Disk Originated Matter (DOM) interaction for the DD scenario considering linearly-rising early flux still remains.
The main goal of this paper is to study vibration of damaged core laminated sectorial plates with Functionally graded (FG) face sheets based on three-dimensional theory of elasticity. The structures are made of a damaged isotropic core and two external face sheets. These skins are strengthened at the nanoscale level by randomly oriented Carbon nanotubes (CNTs) and are reinforced at the microscale stage by oriented straight fibers. These reinforcing phases are included in a polymer matrix and a three-phase approach based on the Eshelby-Mori-Tanaka scheme and on the Halpin-Tsai approach, which is developed to compute the overall mechanical properties of the composite material. Three complicated equations of motion for the sectorial plates under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. Using the 2-D differential quadrature method in the r- and z-directions, allows one to deal with sandwich annular sector plate with arbitrary thickness distribution of material properties and also to implement the effects of different boundary conditions of the structure efficiently and in an exact manner. The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples. The sandwich annular sector plate is assumed to be simply supported in the radial edges while any arbitrary boundary conditions are applied to the other two circular edges including simply supported, clamped and free. Several parametric analyses are carried out to investigate the mechanical behavior of these multi-layered structures depending on the damage features, through-the-thickness distribution and boundary conditions.
Ammonia is either a crucial resource of fertilizer production for solving the food problem of mankind or an important energy source as both an eco-friendly hydrogen carrier and a carbon-free fuel. Therefore, nowadays ammonia synthesis and decomposition become promising. Then, a catalyst is required to effectively perform the ammonia synthesis and decomposition. In order to design high-performing as well as cheap novel catalysts for ammonia synthesis and decomposition, it is necessary to test huge amount of catalyst candidates, but it is inevitably time-consuming and expensive to search and analyze using only traditional approaches. Recently, new methods using machine learning which is one of the core technologies of the 4th industrial revolution that can quickly and accurately search high-performance catalysts has been emerging. In this paper, we investigate reaction mechanisms of ammonia synthesis and decomposition, and we described recent research and prospects of machine learning-driven methods that can efficiently find high-performing and economical catalysts for ammonia synthesis and decomposition.
Min Jung Lee;Yusung Kim;Chaewoon Ma;Junhee Bae;Chanbin Yeom
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.27
no.3
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pp.11-18
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2023
This study explained the need for ammonia fuel and the value chain as a hydrogen carrier. The basic concept of ammonia combustion characteristics and the development of flame stability and low NOx combustion technology were introduced. In addition, through the trend of ammonia combustion technology, the characteristics of ammonia combustion technology in the power generation and industrial sectors were examined, and the author's opinions were included. Through this paper, the author intends to give some overview of basic knowledge about ammonia fuel and its future development direction and meaning.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.27
no.2_2
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pp.475-485
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2024
In many regions of Korea, including the Four Major Rivers, the seriousness of the problem of algal blooms due to eutrophication of water quality is being raised.In this study, in order to solve these social problems, we manufactured a filter using natural mineral fusion (red illite, zeolite, germanium ceramic, selenium ceramic, carbon ceramic) and independently developed a tank system for green algae experiments to observe and determine the stages of change in water quality. In order to study ways to improve water quality through quantitative analysis, 1 ton of severely polluted green algae water from the Nak dong River region was stored in a water tank and exposed to ultraviolet rays in the same environment as the Nak dong River. Then, the same environment as the Nak dong River was created. The results were derived from a 5-week water quality test. The results of this experiment confirmed that green-colored cyano bacteria were significantly reduced just by the turbidity results. The results were obtained through a request to the Korea Testing & Research Institute located in Changwon-si, Gyeong sang nam-do. CI-(chlorine ion) and NH3-N(ammonia nitrogen) had the effect of saving every week. The device used in this study was made of natural minerals free of heavy metals that are harmless to the human body and nature through long-term consideration and exploration to kill and prevent various strains living in water. Green purification system using natural hydrogen generating mineral filter were effective a non-chemical and physical methods. The results of this study are one way to contribute to the serious problems caused by green algae in many countries, and will contribute to the water quality environment by preventing the waste of environmental resources, improving the health of the people, and increasing the ability to purify environmental water quality at home and abroad.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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