In the present work, we address the new route for the green synthesis of manganese dioxide (MnO2) by an innovative method named the solution plasma process (SPP). The reaction mechanism of both colloidal and nanostructured MnO2 was investigated. Firstly, colloidal MnO2 was synthesized by plasma discharging in KMnO4 aqueous solution without any additives such as reducing agents, acids, or base chemicals. As a function of the discharge time, the purple color solution of MnO4- (oxidation state +7) was changed to the brown color of MnO2 (oxidation state +4) and then light yellow of Mn2+ (oxidation state +2). Based on the UV-vis analysis we found the optimal discharging time for the synthesis of stable colloidal MnO2 and also reaction mechanism was verified by optical emission spectroscopy (OES) analysis. Secondly, MnO2 nanoparticles were synthesized by SPP with a small amount of reducing sugar. The precipitation of brown color was observed after 8 min of plasma discharge and then completely separated into colorless solution and precipitation. It was confirmed layered type of nanoporous birnessite-MnO2 by X-ray powder diffraction (XRD), fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), and electron microscopes. The most important merits of this approach are environmentally friendly process within a short time compared to the conventional method. Moreover, the morphology and the microstructure could be controllable by discharge conditions for the appropriate potential applications, such as secondary batteries, supercapacitors, adsorbents, and catalysts.
$^7Li$ nuclear magnetic resonance (NMR) spectra have been observed for $LiMPO_4$ (M = Fe, Mn) samples, as a promising cathode material of lithium ion battery. Observed $^7Li$ shifts of $LiFe_{1-x}Mn_xPO_4$ (x = 0, 0.6, 0.8, and 1) synthesized with solid-state reaction are compared with calculated $^7Li$ shift ranges based on the supertranferred hyperfine interaction of Li-O-M. Ex situ $^7Li$ NMR study of $LiFe_{0.4}Mn_{0.6}PO_4$ in different cut-off voltage for the first charge process is also performed to understand the relationship between $^7Li$ chemical shift and oxidation state of metals affected by delithiation process. The increment of oxidation state for metals makes to downfield shift of $^7Li$ by influencing the supertranferred hyperfine interaction.
Alexandra Kuriganova;Igor Leontyev;Nikolay Leontyev;Nina Smirnova
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.15
no.3
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pp.345-352
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2024
The synthesis of Pt nanoparticles and catalytically active materials using the electrochemical top-down approach involves dispersing Pt electrodes in an electrolyte solution containing alkali metal cations and support material powder using an alternating pulsed current. Platinum is dispersed to form particles with a predominant crystallographic orientation of Pt(100) and a particle size of approximately 7.6±1.0 nm. The dispersed platinum particles have an insignificant content of PtOx phase (0.25±0.03 wt.%). The average formation rate was 9.7±0.5 mg cm-2 h-1. The nature of the support (carbon material, metal oxide, carbon-metal oxide hybrid) had almost no effect on the formation rate of the Pt nanoparticles as well as their crystallographic properties. Depending on the nature of the support material, Pt-containing catalytic materials obtained by the electrochemical top-down approach showed good functional performance in fuel cell technologies (Pt/C), catalytic oxidation of CO (Pt/Al2O3) and electrochemical oxidation of methanol (Pt/TiO2-C) and ethanol (Pt/SnO2-C).
Sim, Mun Yong;Bu, Gyeong Min;Im, Jeong Hun;U, Hye Jin;Kim, Chang Won
Journal of Environmental Science International
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v.13
no.3
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pp.245-250
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2004
The SBR(Sequencing Batch Reactor) process is ideally suited to treat high loading wastewater due to its high dilution rate. SBR operates by a cycle of periods consisting of filling, reacting, settling, decanting and idling. The react phases such as aeration or non-aeration, organic oxidation, nitrification, denitrification and other bio-logical reactions can be achieved in a reactor. Although the whole reactions can be achieved in a SBR with time distributing, it is hard to manage the SBR as a normal condition without recognizing a present state. The present state can be observed with nutrient sensors such as ${NH_{4}}^{+}-N$, ${NO_{2}}^{-}-N$, ${NO_{3}}^{-}-N} and ${PO_{4}}^{ 3-}-P.$ However, there is still a disadvantage to use the nutrient sensors because of their high expense and inconvenience to manage. Therefore, it is very useful to use common on-line sensors such as DO, ORP and pH, which are less expensive and more convient. Moreover, the present states and unexpected changes of SBR might be predicted by using of them. This study was conducted to get basic materials for making an inference of SBR process from ORP(oxidation reduction potential) of synthetic wastewater. The profiles of ORP, DO, and pH were under normal nitrification and denitrification were obtained to compare abnormal condition. And also, nitrite and nitrate accumulation were investigated during reaction of SBR. The bending point on ORP profile was not entirely in the low COD/NOx ratio condition. In this case, NOx was not entirely removed, and minimum ORP value was presented over -300mV. Under suitable COD/NOx ratio which complete denitrification was achieved, ORP bending point was observed and minimum ORP value was under -300m V. Under high COD/NOx ratio, ORP bending point was not detected at the first subcycle because of the fast denitrification and minimum ORP value was under -300mV at the time.
Cobalt titanates($CoTiO_x$), such as $CoTiO_3$ and $Co_2TiO_4$, have been synthesized via a solid-state reaction and characterized using X-ray diffraction(XRD) and X-ray photoelectron spectroscopic(XPS) measurement techniques, prior to being used for continuous wet trichloroethylene(TCE) oxidation at $36^{\circ}C$, to support our earlier chemical structure model for Co species in 5 wt% $CoO_x/TiO_2$(fresh) and(spent) catalysts. Each XRD pattern for the synthesized $CoTiO_3$ and $Co_2TiO_4$ was very close to those obtained from the respective standard XRD data files. The two $CoTiO_x$ samples gave Co 2p XPS spectra consisting of very strong main peaks for Co $2p_{3/2}$ and $2p_{1/2}$ with corresponding satellite structures at higher binding energies. The Co $2p_{3/2}$ main structure appeared at 781.3 eV for the $CoTiO_3$, and it was indicated at 781.1 eV with the $Co_2TiO_4$. Not only could these binding energy values be very similar to that exhibited for the 5 wt% $CoO_x/TiO_2$(fresh), but the spin-orbit splitting(${\Delta}E$) had also no noticeable difference between the cobalt titanates and a sample of the fresh catalyst. Neither of all the $CoTiO_x$ samples were active for the wet TCE oxidation, as expected, but a sample of pure $Co_3O_4$ had a good activity for this reaction. The earlier proposed model for the surface $CoO_x$ species existing with the fresh and spent catalysts is very consistent with the XPS characterization and activity measurements for the cobalt titanates.
Undoped $SnO_x$ thin films were deposited on Si(100) substrate by using reactive ioassisted deposition technique (R-IAD). In order to investigate the effect of initial oxygen content and heat treatment on the oxidation state and crystalline structure of tin oxide films, $SnO_x$ thin films were post-annealed at 400~$600^{\circ}C$ for 1 hr. in a vacuum ~$5 \times 10^{-3}$ -3/ Torr or were directly deposited on the substrate of $400^{\circ}C$ and the relative arrival ration ($Gamma$) of oxygen ion to Sn metal varied from 0.025 to 0.1, i.e., average impinging energy ($E_a$) form 25 to 100 eV/atom. As $E_a$ increased, the composition ratio of $N_ON{sn}$ changed from 1.25 to 1.93 in post-annealing, treatment and 1.21 to 1.87 in in-situ substrate heating. In case of post-annealing, the oxidation from SnO to $SnO_2$ was closely related to initial oxygen contents and post-annealing temperature, and the perfect oxidation of $SnO_2$ in the film was obtained at higher than $E_a$=75 eV/atom and $600^{\circ}C$. The temperature for perfect oxidation of $SnO_2$ was reduced as low as $400^{\circ}C$ through in-situ substrate heating. The variation of the chemical state of $SnO_x$ thin films with changing $E_a$'s and heating method were also observed by Auger electron spectroscopy.
Characteristic of partial oxidation of methane using arc-jet plasma by AC power is investigated. Arc-jet reactor used in this work is slightly modified from typical arc jet reactor so that it can make and sustain stable state of plasma. Methane conversion, selectivity of chemicals such as hydrogen and hydrocarbon materials in the product are analyzed. Parametric approach on the performance of the reactor or detail on the partial oxidation process is carried with $O_2/C$ ratio as parameter. In addition to the results, SED and arc length is changed to understand the effect of current-voltage correlation on the reforming performance and relative role of thermal process.
Magnetite for Water-based ferrofluid was synthesized by air oxidation of aqueous suspension in the pH range 7-12 at $65^{\circ}C$. The optimum condition of magneite formation was delineated by examining various physicochemcial properties such as Fe2+ content, phase characteristics, MHC and $\sigma$max. The point of zero charge of iron oxide powders obtained at various pH conditions were correlated with the oxidation state of Fe in the iron oxide. The magnetite powder prepared at pH 9 ws dispersed using sodium oleate and sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS) as dispersants, and the dispersion characteristics of the magnetite ferrofluid were examined by means of the fraction of solid dispersed, zeta potential data and FT-IR spectrum. A simple calculation on the potential energy of two interacting magnetite particles showed that the dispersion stability was directly correlated with height of the potential energy barrier or the shape of zeta potential.
This paper was studied about the influence of oxidized films on workability in cold pressure welding. In preceding studies, the principal foci of the studies about pressure welding were considered several factors(surface manufacturing methods, surface roughness, pressure welding speed and surface temperature). But the influence to the growth of oxidation have hardly known well. So the purpose of this paper consists in solving the question above and proposing the optimal states of the pressure welding. Therefore the results obtained is as the following; When the oxidation time is within about 2 minutes, the bonding strength is very good after surface manufacturing of the neighboring to be bonded. The more surfaces are fine the more bonding strength is excellent. Above all, the optimal condition of cold pressure welding is the state that the characteristic value is 38% with smooth surface and without oxidation.
Proceedings of the Korean Environmental Health Society Conference
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2005.06a
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pp.351-354
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2005
The removal of 1,4-dioxane and the biodegradability enhancement of dioxane contaminated water was investigated using $O_3-H_2O_2$ based advanced oxidation process. Experiments were conducted using a bubble column reactor under different dioxane and peroxide concentrations as well as PH. The $O_3-H_2O_2$ process effectively converted dioxane to more biodegradable intermediates and increased the biodegradability and average oxidation state of dioxane in the solution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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