Arsenic is a highly toxic element, and its contamination is widespread around the world. The natural materials with high selectivity and efficiency toward pollutants are important in wastewater treatment technology. In this study, the mesoporous synthetic hectorite was synthesized by facile hydrothermal crystallization of gels comprising silica, magnesium hydroxide, and lithium fluoride. Additionally, the naturally available clay was modified using zirconium at room temperature. Both synthetic and modified natural clays were employed in the removal of arsenate from aquatic environments. The materials were fully characterized by scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), and Fourier transform-infrared (FT-IR) analyses. The synthesized materials were used to remove arsenic (V) under varied physicochemical conditions. Both materials, i.e., Zr-bentonite and Zr-hectorite, showed high percentage removal of arsenic (V) at lower pH, and the efficiency decreased in an alkaline medium. The equilibrium-state sorption data agrees well with the Langmuir and Freundlich adsorption isotherms, and the maximum sorption capacity is found to be 4.608 and 2.207 mg/g for Zr-bentonite and Zr-hectorite, respectively. The kinetic data fits well with the pseudo-second order kinetic model. Furthermore, the effect of the background electrolytes study indicated that arsenic (V) is specifically sorbed at the surface of these two nanocomposites. This study demonstrated that zirconium intercalated synthetic hectorite as well as zirconium modified natural clays are effective and efficient materials for the selective removal of arsenic (V) from aqueous medium.
MALDI-TOF-MS technique was applied to obtain structural and compositional information of synthetic polyamides, Nylon6 and Nylon66. Mass spectra of both the original and the hydrolyzed polyamide samples were analyzed using the self calibration method as well as the internal calibration method with the standard materials of known masses. The MALDI-TOF mass spectra of Nylon6 samples showed the presence of protonated, sodiated, and potassiated ions that were assigned to cyclic and NH2/COOH terminated linear oligomers. From the MALDI-TOF mass spectra of Nylon66 samples, the potassiated linear oligomers with three different end groups are identified as well as the cyclic oligomers, i.e., NH2/COOH terminated oligomers, NH2/NH2 terminated oligomers, and COOH/COOH terminated oligomers. Full characterization of the molecular species and end groups present in the polyamide samples has been achieved, and also the changes in mass spectral patterns after the hydrolysis of the samples are presented.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.17-18
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2011
Plasma in liquid phase has attracted great attention in the last few years by the wide domain of applications in material processing, decomposition of organic and inorganic chemical compounds and sterilization of water. The plasma in liquid is characterized by three main regions which interact each - other during the plasma operation: the liquid phase, which supply the plasma gas phase with various chemical compounds and ions, the plasma in the gas phase at atmospheric pressure and the interface between these two regions. The most complex region, but extremely interesting from the fundamental, chemical and physical processes which occur here, is the boundary between the liquid phase and the plasma gas phase. In our laboratory, plasma in liquid which behaves as a glow discharge type, is generated by using a bipolar pulsed power supply, with variable pulse width, in the range of 0.5~10 ${\mu}s$ and 10 to 30 kHz repetition rate. Plasma in water and other different solutions was characterized by electrical and optical measurements. Strong emissions of OH and H radicals dominate the optical spectra. Generally water with 500 ${\mu}S/cm$ conductivity has a breakdown voltage around 2 kV, depending on the pulse width and the repetition rate of the power supply. The characteristics of the plasma initiated in ultrapure water between pairs of different materials used for electrodes (W and Ta) were investigated by the time-resolved optical emission and the broad-band absorption spectroscopy. The deexcitation processes of the reactive species formed in the water plasma depend on the electrode material, but have been independent on the polarity of the applied voltage pulses. Recently, Coherent anti-Stokes Raman Spectroscopy method was employed to investigate the chemistry in the liquid phase and at the interface between the gas and the liquid phases of the solution plasma system. The use of the solution plasma allows rapid fabrication of the metal nanoparticles without being necessary the addition of different reducing agents, because plasma in the liquid phase provides a reaction field with a highly excited energy radicals. We successfully synthesized gold nanoparticles using a glow discharge in aqueous solution. Nanoparticles with an average size of less than 10 nm were obtained using chlorauric acid solutions as the metal source. Carbon/Pt hybrid nanostructures have been obtained by treating carbon balls, synthesized in a CVD chamber, with hexachloro- platinum acid in a solution plasma system. The solution plasma was successfully used to remove the template remained after the mesoporous silica synthesis. Surface functionalization of the carbon structures and the silica surface with different chemical groups and nanoparticles, was also performed by processing these materials in the liquid plasma.
In this study, the effect of copper content on the NO removal efficiency by Cu/MCM-41 has been investigated. MCM-41 was prepared by hydrothermal synthesis using a gel mixture of colloidal silica solution and cetyltrimethylammonium. Cu/MCM-41 was manufactured with copper content (5, 10, 20, and 40%) in Cu(II) acetylacetonate. The surface properties of MCM-41 were investigated by using pH, XRD, and FT-IR analyses. $N_2/77K$ adsorption isotherm characteristics, including the specific surface area and micropore volume were studied by BET's equation and Boer's t-plot methods. NO removal efficiency was confirmed by gas chromatography technique. From the experimental results, the MCM-41 was analyzed to have the surface functional groups of Si-OH and Si-O-Si and the characteristic diffraction lines (100), (110), (200), and (210) corresponding to a hexagonal arrangement structure. The copper content supported on MCM-41 appeared to increase the NO removal efficiency in spite of decreasing the specific surface areas or micropore volumes. Consequently, it was found that the copper content in Cu/MCM-41 played an important role in improving the NO removal efficiency, which was mainly attributed to the catalytic reactions.
Several studies have demonstrated that nanoparticles (NPs) have toxic effects on cultured cell lines, yet there are no clear data describing the overall molecular changes induced by NPs currently in use for human applications. In this study, the in vitro cytotoxicity of three oxide NPs of around 100 nm size, namely, mesoporous silica (MCM-41), iron oxide ($Fe_2O_3$-NPs), and zinc oxide (ZnO-NPs), was evaluated in the human embryonic kidney cell line HEK293. Cell viability assays demonstrated that 100 ${\mu}g/mL$ MCM-41, 100 ${\mu}g/mL$$Fe_2O_3$, and 12.5 ${\mu}g/mL$ ZnO exhibited 20% reductions in HEK293 cell viability in 24 hrs. DNA microarray analysis was performed on cells treated with these oxide NPs and further validated by real time PCR to understand cytotoxic changes occurring at the molecular level. Microarray analysis of NP-treated cells identified a number of up- and down-regulated genes that were found to be associated with inflammation, stress, and the cell death and defense response. At both the cellular and molecular levels, the toxicity was observed in the following order: ZnO-NPs > $Fe_2O_3$-NPs > MCM-41. In conclusion, our study provides important information regarding the toxicity of these three commonly used oxide NPs, which should be useful in future biomedical applications of these nanoparticles.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.3
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pp.1-6
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2017
Functional coatings, such as anti-reflection and self-cleaning, are frequently applied to cover glass for photovoltaic applications. Anti-reflection coatings made of mesoporous silica film have been shown to enhance the light transmittance. $TiO_2$ photocatalyst films are often applied as a self-cleaning coating. In this study, transparent hydrophobic anti-reflective and self-cleaning coatings made of $SiO_2/TiO_2$ thin layers were fabricated on a slide glass substrate by the sol-gel and dip-coating processes. The morphology of the functional coatings was characterized by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and atomic force microscopy (AFM). The optical properties of the functional coatings were investigated using an UV-visible spectrophotometer. Contact angle measurements were performed to confirm the hydrophobicity of the surface. The results showed that the $TiO_2$ films exhibit a high transmittance comparable to that of the bare slide glass substrate. The $TiO_2$ nanoparticles make the film more reflective and lead to a lower transmittance. However, the transmittance of the $SiO_2/TiO_2$ thin layers is 93.5% at 550 nm with a contact angle of $110^{\circ}$, which is higher than that of the bare slide glass (2.0%).
Oh, Hyeonwoo;Kim, Ji Man;Huh, Kwang-Sun;Woo, Hee Chul
Korean Chemical Engineering Research
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v.55
no.4
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pp.567-573
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2017
In this work, tungsten oxide ($WO_x$) supported on SBA-15 (mesoporous silica) were prepared and applied for oxidative desulfurization of sulfur compounds in marine diesel containing about 230 ppmw of sulfur concentration. Prepared catalysts were examined by two steps; at first step, oxidation reaction carried out with hydrogen peroxide as oxidant and then the oxidized sulfur compounds were extracted by acetonitrile as solvent. Catalysts were characterized by using X-ray diffraction, X-ray fluorescence, X-ray photoelectron spectroscopy and $N_2$ adsorption-desorption isotherms. Tungsten oxide exists as monoclinic crystal system on SBA-15 and over about 10 wt% of the $WO_x$ loading took the form of multi-layers on SBA-15. The 13 wt% $WO_x$/SBA-15 catalyst exhibite highest activity, achieving about 76.3% sulfur removal in the reaction conditions, such as catalyst amount of 0.1 g, reaction temperature at $90^{\circ}C$, reaction time for 3 h and O/S molar ratio of 10. One time oxidation reaction is enough oxidize the sulfur compounds in marine diesel completely. The repetition experiment of extraction process indicated that sulfur removal could reach 94.4% after 5 times.
Choi, Kung-Won;Park, Seong-Sook;Kang, Chan-Ung;Lee, Joon Hak;Kim, Sun Joon
Economic and Environmental Geology
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v.54
no.6
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pp.689-698
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2021
Since the mine reclamation scheme was implemented from 2007 in Korea, various remediation programs have been decontaminated the pollution associated with mining and 254 mines were managed to reclamation from 2011 to 2015. However, as the total amount of contaminated mine drainage has been increased due to the discovery of potential hazards and contaminated zone, more efficient and economical treatment technology is required. Therefore, in this study, the adsorption properties of arsenic was evaluated according to the adsorbents which were derived from water treatment sludge(Alum based adsorbent, ABA-500) and granular ferric hydroxide(GFH), already commercialized. The alum sludge and GFH adsorbents consisted of aluminum, silica materials and amorphous iron hydroxide, respectively. The point of zero charge of ABA-500 and GFH were 5.27 and 6.72, respectively. The result of the analysis of BET revealed that the specific surface area of GFH(257 m2·g-1) was larger than ABA-500(126~136 m2·g-1) and all the adsorbents were mesoporous materials inferred from N2 adsorption-desorption isotherm. The adsorption capacity of adsorbents was compared with the batch experiments that were performed at different reaction times, pH, temperature and initial concentrations of arsenic. As a result of kinetic study, it was confirmed that arsenic was adsorbed rapidly in the order of GFH, ABA-500(granule) and ABA-500(3mm). The adsorption kinetics were fitted to the pseudo-second-order kinetic model for all three adsorbents. The amount of adsorbed arsenic was increased with low pH and high temperature regardless of adsorbents. When the adsorbents reacted at different initial concentrations of arsenic in an hour, ABA-500(granule) and GFH could remove the arsenic below the standard of drinking water if the concentration was below 0.2 mg·g-1 and 1 mg·g-1, respectively. The results suggested that the ABA-500(granule), a low-cost adsorbent, had the potential to field application at low contaminated mine drainage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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