Harward, Allison;Gardner, Levi;Oldham, Claire M. Decker;Carlson, Krista;Yoo, Tae-Sic;Fredrickson, Guy;Patterson, Michael;Simpson, Michael F.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.20
no.3
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pp.259-268
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2022
Molten salt consisting primarily of eutectic LiCl-KCl is currently being used in electrorefiners in the Fuel Conditioning Facility at Idaho National Laboratory. Options are currently being evaluated for storing this salt outside of the argon atmosphere hot cell. The hygroscopic nature of eutectic LiCl-KCl makes is susceptible to deliquescence in air followed by extreme corrosion of metallic cannisters. In this study, the effect of occluding the salt into a zeolite on water sorption/desorption was tested. Two zeolites were investigated: Na-Y and zeolite 4A. Na-Y was ineffective at occluding a high percentage of the salt at either 10 or 20wt% loading. Zeolite-4A was effective at occluding the salt with high efficiency at both loading levels. Weight gain in salt occluded zeolite-4A (SOZ) from water sorption at 20% relative humidity and 40℃ was 17wt% for 10% SOZ and 10wt% for 20% SOZ. In both cases, neither deliquescence nor corrosion occurred over a period of 31 days. After hydration, most of the water could be driven off by heating the hydrated salt occluded zeolite to 530℃. However, some HCl forms during dehydration due to salt hydrolysis. Over a wide range of temperatures (320-700℃) and ramp rates (5, 10, and 20℃ min-1), HCl formation was no more than 0.6% of the Cl- in the original salt.
Box experiments were performed to evaluate the removal efficiency of SVE (soil vapor extraction) for gasoline in soil. An activated carbon sorption tower and a biofilter were operated as post-treatment processes to remove VOCs extracted from extraction wells of SVE. An acrylic resin box (65 cm${\times}$20 cm${\times}$30 cm) was used to make artificial soil layers and two injection wells and one extraction well were built for SVE process in the box. Gases from extraction wells flew into the activated carbon sorption tower or the biofilter. Gasoline concentrations of VOCs emitted from the extraction well were compared with those after post treatments. More than 92% of initial gasoline mass in soil were removed by SVE within few days, suggesting that SVE is very available to remove VOCs from contaminated soils. To treat VOCs from extraction wells of SVE, an activated carbon sorption tower and a biofilter were attached to SVE process and their gasoline removal efficiencies were measured. These post treatment systems lowered gasoline concentrations to below 1.0 ppm within few days. Average remediation efficiency was 98% of gasoline for the activated carbon sorption tower and 84.1% for the biofilter. The maximum removal capacity of a biofilter was 10.7 g/L/hr, which was ten times higher than general biofilter removal capacity. Results from the study suggest that the activated carbon sorption tower and the biofilter would be available for the post treatment process to remove VOCs generated from SVE process.
This study proposed a low temperature hydrothermal carbonization to treat and recycle sewage sludge and determined the optimal conditions for the biochar production. The physical and chemical properties of biochar were analyzed and its sorption capacity for heavy metals was evaluated. To produce biochar, 50 g of sewage sludge was heated at 220, 230, and $240^{\circ}C$ for 1, 2, 3, 5, 8, and 10 hours in a reactor. The optimal conditions to produce biochar was $230^{\circ}C$ and 8 hours. Sorption capacity tests were conducted for arsenic (As), cadmium (Cd), copper (Cu), lead (Pb), zinc (Zn) and nickel (Ni). Among them, lead was shown the highest heavy metal adsorption efficiency of biochar, followed by copper, cadmium, zinc, and nickel, but arsenic was hardly adsorbed overall.
Ferrous cement hydrates made from hydrating Portland cement doped with Fe (II) were reported to reductively dechlorinate chlorinated organics and to reduce Cr (VI) to Cr (III). In this study, kinetics of nitrate removal by ferrous cement hydrates were investigated. Nitrate removal kinetics were characterized by experimental variables such as cement hydration, amount of cement addition, Fe (II) dose, pH, and byproducts. As a result, hydrated cement showed better performances than non-hydrated cement due to the formation of LDH (layered double hydroxide). Doping of Fe (II) into the cement was found to improve removal efficiency at high pHs by association with Fe (II) sorbed on cement hydrates as a reactive reductant. Reduction of nitrate produced ammonium as a major product, which accounted for 63.5% of the final products, and nitrite (0.15%) as a minor product. These results indicate that the developed media are effective as sorbent/reducing agents in the nitrate removal and the reaction mechanisms of nitrate removal are sorption and reduction.
The main purpose of this research was to examine the adsorption/ion exchange characteristics of radioactive species such as cesium and strontium onto synthetic Na-birnessite (sodium-birnessite). As part of efforts to investigate the sorption behavior of cesium and strontium onto synthetic Na-birnessite, batch isotherm tests were performed under different experimental conditions. Na-birnessite was synthesized by the oxidation of $Mn^{2+}$ ions in sodium hydroxide solution. The synthetic Na-birnessite was characterized by powder x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive x-ray spectroscopy (EDS), and Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area analysis. Cesium and strontium concentrations were determined by atomic absorption spectroscopy (AAS). The removal efficiency of strontium by Na-birnessite was around 95 % which was much higher than that of cesium (~ 32 %). The results imply that strontium has a higher affinity for Na-birnessite than cesium because strontium, divalent cation leads to larger electrostatic attraction than monovalent cesium.
The sorption kinetic was studied to evaluate feasibility of removing PCBs from mineral oil with activated carbon. Adsorption efficiency for Aroclor 1242 which is composed of lower chlorinated PCB formulations was $\geq$ 95%, whereas the adsorption efficiency for Aroclor 1260 having higher chlorinated constituents was considerably lower with the efficiency falling to 75%. The observed difference in the adsorption efficiency is attributed to the geometry of PCBs with non-planar and coplanar structure. The concentration of coplanar PCBs is appreciably higher in Aroclor 1242. Since toxicity is primarily associated with coplanar congeners, the preferential adsorption of coplanar congeners by activated carbon accounts for the fact that toxicity reduction can be achieved through this process. The efficiency of process was assessed in terms of Toxicity Equivalence Factor (TEF).
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.
Ozone micro-bubble cleaning system was designed, and made to develop a unique technique to clean wafers by using ozone micro-bubbles. The ozone micro-bubble cleaning system consisted of loading, cleaning, rinsing, drying and un-loading zones, respectively. In case of the cleaning the silicon wafers of a solar cell, more than 99 % of cleaning efficiency was obtained by dipping the wafers at 10 ppm of ozone for 10 minutes. Both of long cleaning time and high ozone concentration in the wet-solution with ozone micro-bubbles reduced cleaning efficiency because of the re-sorption of debris. The cleaning technique by ozone micro-bubbles can be also applied to various wafers for an ingot and LED as an eco-friendly method.
This study investigates the use of methyl-esterified eggshell membranes (MESM) for the harvesting of microalgae species under various conditions. Eggshell membranes were esterified with HCl to impact polycationic characteristics. After methyl esterification, the negative surface charge property of eggshell membrane was changed from negative to positive for all pH values to improve microalgae sorption capacity. The harvesting efficiency of microalgae by MESM reached 78-99% for all pH ranges evaluated. In addition, a 150 mesh particle size and $10mg\;L^{-1}$ MESM dose were found to yield up to 98% microalgae harvesting. These results indicate that the high cationic charge of MESM strongly adsorbs the negatively-charged microalgae. MESM is biocompatible and can be applied to the harvest of microalgae.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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