In chemical-looping combustion, pure oxygen is transferred to fuel by solid particles called as oxygen carrier. Chemical-looping combustion process usually utilizes a circulating fluidized-bed process for fuel combustion and regeneration of the reduced oxygen carrier. The performance of an oxygen carrier varies with the active metal oxide and the raw support materials used. In this work, spraydried Mn-based oxygen carriers were prepared with different raw support materials and their physical properties and oxygen transfer performance were investigated to determine that the raw support materials used are suitable for spray-dried manganese oxide oxygen carrier. Oxygen carriers composed of 70 wt% $Mn_3O_4$ and 30 wt% support were produced using spray dryer. Two different types of $Al_2O_3$, ${\gamma}-Al_2O_3$ and ${\alpha}-Al_2O_3$, and $MgAl_2O_4$ were applied as starting raw support materials. The oxygen carrier prepared from ${\gamma}-Al_2O_3$ showed high mechanical strength stronger than commercial fluidization catalytic cracking catalyst at calcination temperatures below $1100^{\circ}C$, while the ones prepared from ${\alpha}-Al_2O_3$ and $MgAl_2O_4$ required higher calcination temperatures. Oxygen transfer capacity of the oxygen carrier prepared from ${\gamma}-Al_2O_3$ was less than 3 wt%. In comparison, oxygen carriers prepared from ${\alpha}-Al_2O_3$ and $MgAl_2O_4$ showed higher oxygen transfer capacity, around 3.4 and 4.4 wt%, respectively. Among the prepared Mn-based oxygen carriers, the one made from $MgAl_2O_4$ showed superior oxygen transfer performance in the chemical-looping combustion of $CH_4$, $H_2$, and CO. However, it required a high calcination temperature of $1400^{\circ}C$ to obtain strong mechnical strength. Therefore, further study to develop new support compositions is required to lower the calcination temperature without decline in the oxygen transfer performance.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.4B
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pp.261-266
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2012
In this study, soil environmental impact assessment using risk-based approach was compared with that using concentration-based approach. For this, heavy metal contaminant exposure was characterized in an abandoned mine area. According to the estimated carcinogenic and non-carcinogenic risks, soil ingestion was identified as the most dominant exposure pathway. When contaminant concentrations exceeded the Korean Soil Contamination Warning Standards, their corresponding risk values also exceeded the Total Soil Risk Standard. Even the cases of satisfying the Korean Soil Contamination Warning Standards mostly showed higher risk levels than the Total Soil Risk Standard, re-confirming a more sensitivity of the risk-based assessment than concentration-based assessment. However, the in-depth analysis of the estimated non-carcinogenic risk values revealed a few cases for soil contact pathway showing contaminant concentrations higher than the Korean Soil Contamination Warning Standards although their non-carcinogenic risk values satisfied the level of Hazard Index Standard. The findings from this study support a necessity of shifting policy paradigm from concentration-based approach into risk-based approach for reliable risk assessment in abandoned mine areas, and also suggest a necessity of further fundamental studies regarding risk factors and standards.
Choi, Jin Ho;Jeong, Eun-Mi;Park, Dahee;Yang, Sangsun;Hahn, Yoo-Dong;Yun, Jung-Yeul
Journal of Powder Materials
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v.21
no.4
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pp.266-270
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2014
Metal foams have a cellular structure consisting of a solid metal containing a large volume fraction of pores. In particular, open, penetrating pores are necessary for industrial applications such as in high temperature filters and as a support for catalysts. In this study, Fe foam with above 90% porosity and 2 millimeter pore size was successfully fabricated by a slurry coating process and the pore properties were characterized. The Fe and $Fe_2O_3$ powder mixing ratios were controlled to produce Fe foams with different pore size and porosity. First, the slurry was prepared by uniform mixing with powders, distilled water and polyvinyl alcohol(PVA). After slurry coating on the polyurethane(PU) foam, the sample was dried at $80^{\circ}C$. The PVA and PU foams were then removed by heating at $700^{\circ}C$ for 3 hours. The debinded samples were subsequently sintered at $1250^{\circ}C$ with a holding time of 3 hours under hydrogen atmosphere. The three dimensional geometries of the obtained Fe foams with an open cell structure were investigated using X-ray micro CT(computed tomography) as well as the pore morphology, size and phase. The coated amount of slurry on the PU foam were increased with $Fe_2O_3$ mixing powder ratio but the shrinkage and porosity of Fe foams were decreased with $Fe_2O_3$ mixing powder ratio.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.31
no.5
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pp.345-350
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2018
Nanomaterials have considerable potential to solve several key challenges in various electrochemical devices, such as fuel cells. However, the use of nanoparticles in high-temperature devices like solid-oxide fuel cells (SOFCs) is considered problematic because the nanostructured surface typically prepared by deposition techniques may easily coarsen and thus deactivate, especially when used in high-temperature redox conditions. Herein we report the synthesis of a self-regenerated Pd metal nanoparticle on the perovskite oxide anode surface for SOFCs that exhibit self-recovery from their degradation in redox cycle and $CH_4$ fuel running. Using Pd-doped perovskite, $La(Sr)Fe(Mn,Pd)O_3$, as an anode, fairly high maximum power densities of 0.5 and $0.2cm^{-2}$ were achieved at 1,073 K in $H_2$ and $CH_4$ respectively, despite using thick electrolyte support-type cell. Long-term stability was also examined in $CH_4$ and the redox cycle, when the anode is exposed to air. The cell with Pd-doped perovskite anode had high tolerance against re-oxidation and recovered the behavior of anodic performance from catalytic degradation. This recovery of power density can be explained by the surface segregation of Pd nanoparticles, which are self-recovered via re-oxidation and reduction. In addition, self-recovery of the anode by oxidation treatment was confirmed by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM).
Tang, Liangguang;Choi, Jonghyun;Lee, Woo Jin;Patel, Jim;Chiang, Ken
Advances in Energy Research
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v.5
no.1
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pp.13-29
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2017
The roles of Na, Mn, W and silica, and the synergistic effects between each metal in the $MnNa_2WO_4/SiO_2$ catalyst have been investigated for oxidative coupling of methane (OCM). The crystallisation of amorphous silica during calcination at $900^{\circ}C$ was promoted primarily by Na, but Mn and W also facilitated this process. The interaction between Na and Mn tended to increase the extent of conversion of $Mn_3O_4$ to $Mn_2O_3$. The formation of $Na_2WO_4$ was dependent on the order in which Na and W were introduced to the catalyst. The impregnation of W before Na resulted in the formation of $Na_2WO_4$, but this did not occur when the impregnation order was reversed. $MnWO_4$ formed in all cases where Mn and W were introduced into the silica support, regardless of the impregnation order; however, the formation of $MnWO_4$ was inhibited in the presence of Na. Of the prepared samples in which a single metal oxide was introduced to silica, only $Mn/SiO_2$ showed OCM activity with significant oxygen conversion, thus demonstrating the important role that Mn plays in promoting oxygen transfer in the reaction. The impregnation order of W and Na is critical for catalyst performance. The active site, which involves a combination of Na-Si-W-O, can be formed in situ when distorted $WO_4^{2-}$ interacts with silica during the crystallisation process facilitated by Na. This can only occur if the impregnation of W occurs before Na addition, or if the two components are introduced simultaneously.
In this research, damage behavior of singly oriented ply (SOP) fiber metal laminate (FML) subjected to concentrated load was studied. The static indentation tests were conducted to study fiber orientation effect on damage behavior of FML. During the static indentation tests, acoustic emission technique (AE) was adopted to study damage characteristics of FML. AE signals were obtained by using AE sensor with 150kHz resonance frequency and the signals were compared with indentation curves of FML. The damage process of SOP FML was divided by three parts, i.e., crack initiation, crack propagation, and penetration. The AE characteristics during crack initiation show that the micro crack is initiated at lower ply of the plate, then propagate along the thickness of the plate with creating tiber debonding. The crack grow along the fiber direction with occurring 60∼80dB AE signal. During the penetration, the fiber breakage was observed. As fiber orientation increases, talc fiber breakage occurs more frequently. The AE signal behaviors support these results. Cumulative AE counts could well predict crack initiation and crack propagation and AE amplitude were useful for the prediction of damage failure mode.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2010.06a
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pp.150-150
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2010
Carbon nanotubes have drawn attention as one of the most promising emitter materials ever known not only due to their nanometer-scale radius of curvature at tip and extremely high aspect ratios but also due to their strong mechanical strength, excellent thermal conductivity, good chemical stability, etc. Some applications of CNTs as emitters, such as X-ray tubes and microwave amplifiers, require high current emission over a small emitter area. The field emission for high current density often damages CNT emitters by Joule heating, field evaporation, or electrostatic interaction. In order to endure the high current density emission, CNT emitters should be optimally fabricated in terms of material properties and morphological aspects: highly crystalline CNT materials, low gas emission during electron emission in vacuum, optimal emitter distribution density, optimal aspect ratio of emitters, uniform emitter height, strong emitter adhesion onto a substrate, etc. We attempted a novel approach to fabricate CNT emitters to meet some of requirements described above, including highly crystalline CNT materials, low gas emission, and strong emitter adhesion. In this study, CNT emitters were fabricated by filtrating an aqueous suspension of highly crystalline thin multiwalled CNTs (Hanwha Nanotech Inc.) through a metal mesh. The metal mesh served as a support and fixture frame of CNT emitters. When 5 ml of the CNT suspension was engaged in filtration through a 400 mesh, the CNT layers were formed to be as thick as the mesh at the mesh openings. The CNT emitter sample of $1{\times}1\;cm^2$ in size was characteristic of the turn-on electrical field of 2.7 V/${\mu}m$ and the current density of 14.5 mA at 5.8 V/${\mu}m$ without noticeable deterioration of emitters. This study seems to provide a novel fabrication route to simply produce small-size CNT emitters for high current emission with reliability.
This paper presents an elastic-plastic solution for the circular tunnel of elastic-strain softening behavior considering the pressure-dependent Young's modulus and the nonlinear dilatancy. The proposed solution is verified by the results of the field measuring and numerical simulation from a practical project, and a published closed-form analysis solution. The influence of each factor is discussed in detail, and the ability of Young's modulus and dilatancy characterizing the mechanical response of surrounding rock is investigated. It is found that, in low levels of support pressure, adopting the constant Young's modulus model will seriously misestimate the surrounding rock deformation. Using the constant dilatancy model will underestimate the surrounding rock deformation. When adopting the constant dilatancy model, as the dilation angle increases, the range of the plastic region increases, and the surrounding rock deformation weakens. When adopting the nonlinear dilatancy, the plastic region range and the surrounding rock deformation are the largest. The surrounding rock deformation using pressure-dependent Young's modulus model is between those resulted from two constant Young's modulus models. The constant α of pressuredependent Young's modulus model is the main factor affecting the tunnel displacement. The influence of α using a constant dilatancy model is much more apparent than that using a nonlinear dilatancy model.
Park, Hyoung-Ryun;Oh, Chu-Ha;Lee, Hyeong-Chul;Choi, Jae-Gyu;Jung, Beung-In;Bark, Ki-Min
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.27
no.12
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pp.2002-2010
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2006
This study examined the quenching of ofloxacin (OFL) and flumequine (FLU) fluorescence by $Cuj^{2+}$, $Ni^{2+}$, $Co^{2+}$ and $Mn^{2+}$ in an aqueous solution. The change in the fluorescence intensity and lifetime was measured at various temperatures as a function of the quencher concentration. According to the Stern-Volmer plots, the fluorescence emission was quenched by both collisions (dynamic quenching) and complex formation (static quenching) with the same quencher but the effect of static quenching was larger than that of dynamic quenching. Large static and dynamic quenching constants for both OFL and FLU support significant ion-dipole and orbital-orbital interactions between fluorophore and quencher. For both molecules, the static and dynamic quenching constants by $Cu^{2+}$ were the largest among all the metal quenchers examined in this study. In addition, both the static and dynamic quenching mechanisms by $Cu^{2+}$ were somewhat different from the quenching caused by other metals. Between $Ni^{2+}$ and FLU, a different form of chemical interaction was observed compared with the interaction by other metals. The change in the absorption spectra as a result of the addition of a quencher provided information on static quenching. With all these metals, the static quenching constant of FLU was larger than those of OFL. The fluorescence of OFL was quite insensitive to both the dynamic and static quenching compared with FLU. This property of OFL can be explained by the twisted intramolecular charge transfer in the excited state.
Gold catalysts supported on metal-oxides were prepared by co-precipitation using the various metal nitrates and chloroauric acid as precursors, and effect of water addition on the catalytic activity in CO oxidation was investigated. Among the various supported gold catalysts, Au/$Co_{3}O_{4}$ and Au/ZnO catalysts showed the excellent activity for CO oxidation. Water in the reactant gas had a negative effect on the oxidation activity over Au/$Co_{3}O_{4}$ catalysts and a positive effect on that over Au/ZnO, which means the activity depends strongly on the nature of support. It was also confirmed that no significant change in the particle size of gold was observed after reaction both in dry and wet conditions. This fact suggested that the deactivated catalyst due to a carbonate species could be regenerated by water addition in the reactant gas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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