Two oxidation states of chromium commonly occur in natural soil/water systems, Cr(III) and Cr(VI). The oxidized form, Cr(VI), exists as the chromate ion and is more mobile and toxic than Cr(III). Therefore oxidation of Cr(III) by various Mn-oxides in natural systems is a very important environmental concern. Organic substances can inhibit the Cr(III) oxidation by binding, Cr(III) strongly and also by dissolving Mn-oxides. Most of Cr(III) oxidation studies were carried out using in vitro systems without organic substances which exist in natural soil/water systems. In this study effect of organic acids - oxalate and pyruvate - on Cr(III) oxidation by $birnessite({\delta}-MnO_2)$ was examined. The two organic acids significantly inhibited Cr(III) oxidation by birnessite. Oxalate showed more significant inhibition than pyruvate. As solution pH was lowered in the range of 3.0 to 5.0, the Cr(III) oxidation was more strongly depressed. Addition of more organic acids reduced the Cr(III) oxidation mare extensively. Different inhibition effects by the organic acids could be due to their ability of reductive dissolution of Mn-oxides and/or Cr(III) binding. Organic acids dissolved Mn-oxide during the Cr(III) oxidation by the oxide, Dissolution by oxalic acid was much greater than that by pyruvate, and the dissolution was more extensive at lower pH. Inhibition of Cr(III) oxidation was parallel to the dissolution of Mn-oxide by organic acids. Although the effect of Cr(III) binding by organic acids on Cr(III) oxidation is not known yet, Mn-oxide dissolution by organic acids could be a main reason for the inhibition of Cr(III) oxidation by Mn-oxide in presence of organic acids. Thus oxidation of Cr(III) to Cr(VI) by various Mn-oxides in natural systems could be much less than the oxidation estimated by in vitro studies with only Cr(III) and Mn-oxides.
크롬의 산화는 자연계에 존재하는 여러 가지의 Mn-oxide에 의해 일어나며 산화과정에 존재하는 크롬 화학종들은 반응계 내에서 흡착, 침전 현상을 유발할 수 있고 결과적으로 산화반응을 조절할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 birnessite와 pyrolusite에 의한 크롬의 산화에서 크롬 화학종이 반응에 미치는 영향을 조사하였다 Mn-oxide는 그 종류에 따라 크롬 산화력에서 큰 차이를 보였으며 용액의 pH와 초기 3가 크롬 첨가량도 산화반응에 큰 영향을 미쳤다. 동일 표면적당의 산화력을 비교하면 pyrolusite의 산화력은 birnessite의 5% 정도에 불과하였다. 이는 pyrolusite 의 결정도에 크게 기인하며 또한 양으로 하전된 표면 특성 때문에 반응물인 3가 크롬의 접근이 어렵고 반응산물인 6가 크롬의 흡착 등에 기인하는 것으로 보인다. Birnessite에 의한 산화반응에서 pH 3에서는 oxide의 표면에서의 크롬 화학종들의 흡착이나 침전 현상은 발견되지 않았으며 pyrolusite의 경우 일부 6가 크롬의 흡착이 나타났으나 침전현상은 발견되지 않았다. 따라서 pH 3의 경우 산화반응은 Mn-oxide의 특성에 따라 결정된다. Mn-oxide에 의한 크롬의 산화는 열역학적으로 용액의 pH가 높아질수록 더 진행되어야 한다. Birnessite의 경우 pH 5에서 오히려 산화반응이 현저히 저해되었는데 이는 birnessite의 표면에 형성되는 3가 크롬의 침전이 반응표면을 감소시킴으로써 나타나는 현상으로 판단된다. Pyrolusite의 경우 pH 3보다 pH 5에서 크롬의 산화는 더 일어나나 초기 3가 크롬의 첨가량이 많아지면서 반응이 억제된다. 일부 3가와 6가 크롬의 흡착이 일어나나 이 경우도 역시 pyrolusite의 표면에 형성되는 3가 크롬의 침전이 반응을 조절하는 주 요인으로 생각된다. Mn-oxide의 표면에 형성되는 3가 크롬의 침전은 산화가 일어날 수 있는 반응표면을 감소시키고 또한 반응물의 농도를 낮춤으로써 용액의 pH가 높고 3가 크롬의 첨가량이 많아질 때 크롬의 산화반응을 억제하는 주 요인이 되는 것으로 판단된다.
Oxidation of Cr(III) to Cr(VI) can increase availability and toxicity of chromium. In this study, possible mechanisms by which pH and organic matter can control the chromium oxidation and reduction in soil system were examined using four soils of different pHs and organic matter contents. Reduction of Mn-oxides occurred in the soils of higher organic matter content (4.0%), but Mn-oxide was quite stable during the incubation in the soil of pH 7.0 and 0.5% organic matter content. Manganese oxides can be reductively dissolved at lower pH and higher organic matter conditions. The soil of pH 7.0 and 4.0% organic matter content showed the highest Cr-oxidation potential. Reduction of soluble Cr(VI) was observed in all the soils examined. The most rapid reduction was found in soil of pH 5.5 and 4.0% organic matter content, but the reduction was slow in soil of pH 7.0 and 0.5% organic matter content. Thus, the reductive capacity of organic matter added soils was much higher as compared to other two soils of lower organic matter content. In all the soils examined, the reductive capacity of soluble chromium was much higher than the oxidative capacity. Organic matter was found to be the most important controlling factor in the chromium oxidation and reduction. Reduction of Cr(VI) to Cr(III) could be a potentially useful remediation or detoxification process, and availability and toxicity of chromium in soil would be controlled by controlling organic matter content and pH of the soils.
망간 산화물 birnessite, pyrolusite, hausmannite의 표면에서 일어나는 3가 크롬의 산화현상을 조사하였다. 이들은 zero point of charge, 표면적, 그리고 결정도 등에서 차이가 많은데, 크롬 산화현상은 모두 1차 반응이었으며 반응용액의 pH 및 최초 3가 크롬농도가 반응에 큰 영향을 미쳤다. 일반적으로 hausmannite에 의한 산화가 가장 빨랐으며 pyrolusite에 의한 산화는 상대적으로 매우 느렸다. 용액 pH와 최초 3가 크롬농도의 상호 작용이 전체 반응속도를 조절하는 것 같으며 pH가 높고 3가 크롬농도가 높을 경우 망간산화물 표면에 3가 크롬 침전되거나 complex를 형성할 수 있을 것이다. Birnessite와 hausmannite에서는 $pH\;3.0{\sim}5.0$ 범위에서 pH가 낮을수록 산화력이 높았으나 pyrolusite의 경우에는 pH가 높을수록 산화력이 증가하였다. 반응속도는 온도에 또한 민감했다. pH 3.0에서의 산화반응의 activation energies는 일반적으로 diffusion에 필요한 activation energy보다 크게 나타났으나 반응속도를 결정하는 단계가 무엇인지는 확실하지 않다.
Khanal, Anamika;Hur, Hor-Gil;Fredrickson, James K.;Lee, Ji-Hoon
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제31권11호
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pp.1519-1525
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2021
Hexavalent chromium (Cr(VI)) is recognized to be carcinogenic and toxic and registered as a contaminant in many drinking water regulations. It occurs naturally and is also produced by industrial processes. The reduction of Cr(VI) to Cr(III) has been a central topic for chromium remediation since Cr(III) is less toxic and less mobile. In this study, fermentative Fe(III)-reducing bacterial strains (Cellu-2a, Cellu-5a, and Cellu-5b) were isolated from a groundwater sample and were phylogenetically related to species of Cellulomonas by 16S rRNA gene analysis. One selected strain, Cellu-2a showed its capacity of reduction of both soluble iron (ferric citrate) and solid iron (hydrous ferric oxide, HFO), as well as aqueous Cr(VI). The strain Cellu-2a was able to reduce 15 μM Cr(VI) directly with glucose or sucrose as a sole carbon source under the anaerobic condition and indirectly with one of the substrates and HFO in the same incubations. The heterogeneous reduction of Cr(VI) by the surface-associated reduced iron from HFO by Cellu-2a likely assisted the Cr(VI) reduction. Fermentative features such as large-scale cell growth may impose advantages on the application of bacterial Cr(VI) reduction over anaerobic respiratory reduction.
In this study, we evaluated the effects of acid leaching on the properties of Cr powder synthesized using self-propagating high-temperature synthesis (SHS). Cr powder was synthesized from a mixture of Cr2O3 and magnesium (Mg) powders using the SHS Process, and the byproducts after the reaction were removed using acid leaching. The properties of the recovered Cr powder were analyzed via X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), particle size analysis (PSA), and oxygen content analysis. The results show that perfect selective leaching of Cr is challenging because of various factors such as incomplete reaction, reaction kinetics, the presence of impurities, and incompatibility between the acid and metal mixture. Therefore, this study provides essential information on the properties under acidic conditions during the production of high-quality Cr powder using a self-propagating high-temperature synthesis method.
The purpose of this study was to evaluate the tensile strength of solder joint between gold alloy and nickel-chromium alloy. The specimens were made with type III gold alloys and Ni-Cr-Be alloy and Degular Lot 2 solder. Eighteen paired specimens were made, and subdivided into three groups. Group I specimens were gold alloy-gold alloy combination, Group II specimens were gold alloy-Ni-Cr alloy combination, Group III specimens were Ni-Cr alloy-Ni-Cr alloy combination. Solder block were made with solder investment(Degussa A,G, Germany) and stored in room temperature for 24 hours. To reduce the formation of metallic oxide and increase wetting properties, flux was used before preheating and soldering procedure. The specimens were preheated at $650^{\circ}C$ and flux were applied again and gas-oxygen torch was used to solder the specimen. All soldered specimens were subjected to a tensile force in the Instron universal testing machine : the crosshead speed was 1 mm/mim. Tensile strength values of three soldered joint groups were 1. Gold alloy-Gold alloy solder joint : $$48.8kg/mm^2$$ 2. Gold alloy-Ni-Cr alloy solder joint : $$30.9kg/mm^2$$ 3. Ni-Cr alloy-Ni-Cr alloy solder joint : $$31.8kg/mm^2$$ The microscopic examination of fracture site showed cohesive and combination fracture modes in gold alloy specimens, but showed all adhesive fracture modes in Ni-Cr alloy containing specimens.
대한전자공학회 2001년도 The 6th International Symposium of East Asian Resources Recycling Technology
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pp.357-361
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2001
The possibility of producing Cr$_2$O$_3$powder from waste magnesia-chromium refractory was investigated by sulfuric acid reaction, alkali fusion, water leaching & purification and heat treatment. The effects of temperature, the amount of NaOH added and the flow rate of air on chromium extraction efficiency in an alkali fusion step were investigated. The fusion product was leached with methanol to solve free-NaOH, and then leached with water to produce a Na$_2$CrO$_4$solution. The purity of chrome(Ⅵ) oxides, prepared both from monochromate with an impurity content and monochromate purified with $CO_2$were also examined. The purified monochromate solution was reduced from Cr(Ⅵ) to Cr(III) with NaHSO$_3$solution. The reduced solution was neutralized with NaOH to produce Cr(OH)$_3$. Water washing was treated to eliminate Na$_2$SO$_4$from neutralized Cr(OH)$_3$slurry. The washed Cr(OH)$_3$was dried and thermally treated to produce Cr$_2$O$_3$powder. The properties like lightness and hue of Cr$_2$O$_3$fabricated in this study were L=47.47, a=-14.40 and b=17.21.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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