In order to remediate hazardous waste site, a process of electrokinetically purging chemicals from saturated soil is examined by laboratory experiments. Electrokinetic soil remediation is one of the most promising soil decontamination processes that habe igh removal efficiency and time-effectiveness in low-permeability soils such as clay. Being combined with several mechanisms-electromigration, elec troosmosis, diffusion and electrolysis of water, electrokinetic soil processing can remove non-polar organics as well as ionic contaminants. The objectives of this study are; 1) the exploration of the feasibility of electrokinetic soil processing on the removal of heavy metals, 2) the investigation of applicability to the tailing-soils in aban doned mining area, 3) the examination of effects of soil pH and conductivity on the transport phenomena of elements in soils, and 4) the investigation of the applicability of the ionexchange membrance to the efficient collection of heavy metals removed from contaminated soils. With the result of this study, it is suggested that the removal efficiency is significantly influenced by applied voltage & current, type of purging solutions, soil pH, permeability and zeta potentials of soil. Although further study should be needed, it is possible to collect removed heavy metals with ion-exchange membrance in cathode compartment.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.38
no.3
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pp.903-913
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2021
Three-type PVC membranes denoted by AEM-1, AEM-2, and AEM-3 with a cross-linked anion-exchange group were prepared by substitution reaction of PVC with triethyldiamine (TEDA), 1,4-dimethylpiperazine (DMP), and 1,4-bis(imidazol-1-ylmethyl)benzene (BIB) in cyclohexanone, respectively. We confirmed the successful preparation of the AEM-1, AEM-2, and AEM-3 via ionic conductivity (S/cm), water uptake (%), contact angle, ion-exchange capacity (meq/g), thermal properties, SEM and XPS analysis, respectively. The electrochemical capacitor experiments using PVC membrane with cross-linked anion-exchange group in organic electrolytes were performed. The prepared AEM-1, AEM-2 AEM-3 have a good stability by charge and discharge performance in organic electrolyte. As a result, the AEM-2 and AEM-3 membrane based on PVC prepared by the solvent casting method after substituent reaction is suitable for the use as a separator in organic electrochemical capacitor (supercapacitor).
Continuous Electrodeionization (CEDI) is a hybrid separation process of electrodialysis and ion exchange to produce high purity water under electric field. CEDI system is generally explained with two regimes, ionic removal and electroregeneration. The performance optimization and modification of stack configuration is required for the effective utilization and various applications of a CEDI system. Understanding on various system characterization method and ion transport equation is thus necessary to utilize the CEDI system more effectively. This article provides a general review of continuous electrodeionization, including the basic principles and current stage of technologies of a CEDI system.
Kim, Jung Sik;Cho, Eun Hye;Rhim, Ji Won;Park, Chan Jong;Park, Soo-Gil
Membrane and Water Treatment
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v.6
no.1
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pp.27-42
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2015
In this study, poly (phenylene oxide) (PPO) and poysulfone (PSf) were sulfonated and aminated respectively. Both sulfonated poly (phenylene oxide) (SPPO) and aminated polysulfone (APSf) were characterized via the measurement of FT-IR, swelling degree, ion exchange capacity (IEC), and ion conductivity. Then the surfaces of these membranes were modified by surface fluorination using 2000 ppm $F_2$ gas against $N_2$ gas for 1 h at room temperature. The surface fluorinated SPPO and APSf membranes were characterized again to determine any differences between the pristine and fluorinated membranes. In total, 3 types of bi-polar membranes were prepared by varying the IEC of the APSf and having a fixed value for the IEC of the SPPO. The hypochlorite concentration generated by using the surface fluorinated membranes was dependent on the IEC of the APSf and ranged from 683 to 826 ppm, while there was a considerable improvement in the durability of the surface fluorinated membranes as they remained intact even after operating for 4 h.
Lee, Kyu Ha;Chu, Ji Young;Kim, Ae Rhan;Nahm, Kee Suk;Yoo, Dong Jin
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.34
no.6
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pp.1763-1770
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2013
A series of the block copolymers were successfully synthesized from post-sulfonated hydrophilic and hydrophobic macromers via three-step copolymerization. The degrees of sulfonation (DS) of the copolymers (10%, 30%, or 50%) were controlled by changing the molar ratio of the hydrophilic and hydrophobic parts. The resulting block copolymers were characterized by $^1H$ NMR and other technologies. The membranes were successfully cast using dimethyl sulfoxide (DMSO) solution at $100^{\circ}C$. The copolymers were characterized to confirm chemical structure by $^1H$ NMR and FT-IR. Thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) demonstrated that all sulfonated block copolymers exhibited good thermal stability with an initial weight loss at temperatures above $240^{\circ}C$. The membranes showed acceptable ion exchange capacity (IEC) and water uptake values in accordance with DS. The maximum proton conductivity was 184 mS $cm^{-1}$ in block copolymer-50 at $60^{\circ}C$ and 100% relative humidity, while the conductivity of Nifion-115 was 160 mS $cm^{-1}$ under the same measurement conditions. AFM images of the block copolymer membranes showed well separated the hydrophilic and hydrophobic domains. From the observed results it is that the prepared block membranes can be considered as suitable polymer electrolyte membranes for the application of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC).
Kim, Y.;Yoon, M.;Kim, Y.M.;Volkov, V.;Park, I.W.;Song, H.J.
Journal of the Korean Magnetics Society
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v.13
no.2
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pp.59-63
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2003
Superparamagnetic properties of self-aggregated cobalt nanoparticles in the perfluorinated ion-exchange polymeric membrane (MF-4SK) prepared by ion-exchange and recovery methods were investigated by transmission electron microscopy (TEM) and superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer at various temperatures. Our experimental results show that cobalt nanoparticles in MF-4SK for the concentration of $7.8{\times}10^{19}$ atoms per 1 g of polymer membrane exhibit superparamagnetic properties above the average blocking temperature ($T_{B}$), which is determined to be around 185 K at applied field of 500 Oe. The average particle radius of 4.0 nm achieved from Langevin function fit is in good agreement with TEM observations. This experimental evidence suggests that cobalt nanoparticles in polymer film obey a single domain theory. The results are discussed in the light of current theory for the superparamagnetic behavior of magnetic nanoparticles.
One of the nonlinear electrokinetic phenomena around ion exchange membrane is electroconvective instability which can be found in various electrokinetic applications such as electrodialysis, electrochemical battery, microfluidic analysis platform, etc. Such instability acts as a positive transport mechanism for the electrodialysis via amplifying mass transport rate. On the other hands, in the electrochemical battery and the microfluidic applications, the instability provokes unwanted mass transport. In this research, to control the electroconvective instability, the onset of the instability was analyzed as a function of confinement effect as well as applied voltage. As a result, we figured out that the dynamic behavior of electroconvective instability transited as a sequence of stable regime - static regime - chaotic regime depending on the applied voltage and confinement effect. Furthermore, stability curves about the dynamic transition were numerically determined as well. Conclusively, the confinement effect on electroconvective instability can be applied for effective means to control the electrokinetic chaos.
Microfluidic preconcentration technologies, which collect or extract low-abundance analytes in a specific location, have been spotlighted in various applications such as medical and bio-engineering. Here, we conducted extensive studies on the variables to be considered when concentrating target samples based on electrophoresis in an electromembrane system utilizing an ion exchange membrane. Using negatively charged Alexa Fluor 488 and positively charged Rhodamine 6G as fluorescent dyes, we examined the effects of flow velocity of the main channel, channel electrolyte concentration, and applied voltage on sample preconcentration. As a result, it was found that the preconcentration of the target sample occurs much better when the flow velocity is slow and the concentration of the main channel containing the sample is high, given that the channel concentration ratio (main and buffer) is constant. In addition, based on the experimental data acquired in this study, the electrophoretic mobility values of Alexa Fluor 488 and Rhodamine 6G were experimentally calculated and compared.
In this study, we analyzed the effects of current density and electroosmotic phenomena on the desalination performance of electrodialysis (ED). We conducted ED experiments under constant voltage conditions, changing the concentration of the concentrate solution from 10 to 200 g/L. During the ED operation, we measured the current density and charge supplied to the stack, the concentration of the diluted and concentrated solutions, and the amount of water transported by electroosmosis to analyze desalination performance. As the concentration of the concentrated solution increased, the selectivity of the ion exchange membrane decreased, resulting in a decrease in current efficiency. Moreover, the current efficiency was found to be influenced by the current density supplied. When the current density exceeded 15 mA/cm2, back diffusion of ions was suppressed, leading to an increase in current efficiency. We also investigated the specific water transport by electroosmosis during the ED operation. We found that the amount of water transported increased proportionally to the concentration ratio of the concentrated and diluted solutions. When the concentration ratio exceeded 100, the specific water transport rapidly increased due to osmotic pressure, making it challenging to obtain a concentrated solution greater than 200 g/L.
Lab-scale Electrodialysis(ED) system with different membranes combined with before or after pyroma process were carried out to remove nitrate from two pickling acid wastewater containing high concentrations of $NO_3\;^-$(${\approx}$150,000 mg/L) and F($({\approx}$ 160,000 mg/L) and some heavy metals(Fe, Ti, and Cr). The ED system before Pyroma process(Sample A) was not successful in $NO_3\;^-$ removal due to cation membrane fouling by the heavy metals, whereas, in the ED system after Pyroma process(Sample B), about 98% of nitrate was removed because of relatively low $NO_3\;^-$ concentration (about 30,000 mg/L) and no heavy metals. Mono-selective membranes(CIMS/ACS) in ED system have no selectivity for nitrate compared to divalent-selective membranes(CMX/AMX). The operation time for nitrate removal time decreased with increasing the applied voltage from 10V to 15V with no difference in the nitrate removal rate between both voltages. Nitrate adsorption of a strong-base anion exchange resin of $Cl\;^-$ type was also conducted. The Freundlich model($R^2$ > 0.996) was fitted better than Langmuir mode($R^2$ > 0.984) to the adsorption data. The maximum adsorption capacity ($Q^0$) was 492 mg/g for Sample A and 111 mg/g for Sample B due to the difference in initial nitrate concentrations between the two wastewater samples. In the regeneration of ion exchange resins, the nitrate removal rate in the pickling acid wastewater decreased as the adsorption step was repeated because certain amount of adsorbed $NO_3\;^-$ remained in the resins in spite of several desorption steps for regeneration. In conclusion, the optimum system configuration to treat pickling acid wastewater from stainless-steel industry is the multi-processes of the Pyroma-Electrodialysis-Ion exchange.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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