Zhao, Wei;Nam, Seo Dong;Pokhrel, Ashish;Gong, Jianghong;Kim, Ik Jin
한국세라믹학회지
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제50권1호
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pp.1-17
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2013
Since their first discovery, carbon nanotubes (CNTs) have become a material central to the field of nanotechnology. Owing to their splendid physical, structural and chemical properties, they have the potential to impact a wide range of applications, including advanced ceramics, nanoelectronic devices, nanoscale sensors, solar cells, battery electrodes, and field emitters. This review summarizes the synthetic methods of preparing CNTs and focuses on the chemical vapor deposition (CVD) method, especially catalytic CVD. In order to stabilize and disperse the catalyst nanoparticles (NPs) during synthesis, zeolite was implemented as the template to support metal-containing NPs, so that both CNTs in the bulk and on a 2D substrate were successfully synthesized. Despite more challenges ahead, there is always hope for widespread ever-new applications for CNTs with the development of technology.
This study evaluates the adsorption properties of Sr ions in an aqueous solution of the synthetic zeolite (Z-Y1) prepared using coal fly ash generated from a thermal power plant. In order to investigate the adsorption characteristics, the effects of various parameters such as the initial concentrations of Sr ion, contact time, and solution pH were investigated in a batch mode. The Langmuir and Redlich-Peterson model fitted the adsorption isotherm data better than the Freundlich model. The maximum adsorption capacity of Sr ions, as determined the Langmuir model, was 181.68 mg/g. It was found that by varying the Sr ion concentration, pH, and temperature, the pseudo-second-order kinetic model describes the adsorption kinetics of the Sr ion better than the pseudo-first-order kinetic model. The calculated thermodynamic parameters of ${\Delta}H^0$ and ${\Delta}G^0$ showed that the adsorption of Sr ions on Z-Y1 was occurred through a spontaneous and an endothermic reaction. We found that the adsorption of Sr ions by Z-Y1 was more affected by pH than by temperature and Sr ion concentration.
Low Silica X (LSX) 제올라이트를 합성하여 질소 흡착 반응에 적용하였으며, 기존의 상용화된 질소흡착용 제올라이트와 질소 흡착 성능 및 그 특성을 비교하였다. LSX 제올라이트의 제조 변수로 젤 상태에서의 $Na_2O/(Na_2O+K_2O)$비와 결정화 시간을 고려하였다. $Na_2O/(Na_2O+K_2O)$ 비가 0.75일 때 LSX 제올라이트가 합성됨을 XRD, SEM 분석으로부터 확인하였다. 합성된 LSX 제올라이트는 같은 faujasite 구조를 갖는 NaY나 NaX 제올라이트보다 Si/Al 비가 작고 거의 1에 수렴함을 XRF와 FT-IR 결과로부터 확인하였다. 1A(Li, Na, K), 2A(Mg, Ca, Ba) 족 양이온으로 교환된 LSX 제올라이트에 대해 질소 흡착 테스트를 수행한 결과, 양이온의 전하밀도가 증가할수록 질소 흡착량이 증가하였으며, LiLSX의 경우 질소 흡착량이 가장 많았다. LiLSX의 $Li^+$ 이온 함량을 변화시켜 가며 질소 흡착량을 측정한 결과 Li/Al 비가 0.65 이상일 때, 질소 흡착량이 급격히 증가하였다. $Li^+$ 이온은 제올라이트 세공 내의 supercage(site III, III') 에 위치할 때, 질소 흡착점의 역할을 하였다. LiLSX 제올라이트에 $Ca^{2+}$ 이온을 이온교환시킨 결과 질소 흡착 성능이 더 향상되었는데, Ca/Al의 비가 0.26일 때 질소 흡착 성능이 가장 좋았다. LiCaLSX(Ca/Al=0.26) 제올라이트는 기존의 상용 NaX 제올라이트보다 질소 흡착 성능이 우수하였다.
In this study, conventional biofilters packed with flexible synthetic polyurethane (PU) foam carriers were operated to remove toluene from a contaminated air stream. PU foams containing various adsorbents (e.g., zeolite, sepiolite, dolomite and barite) were synthesized for the biofilter media and their adsorption characteristics of toluene were determined. Adsorption capacity of PU-adsorbent foam was in the order of PU-dolomite ${\approx}$ PU-zeolite > PU-sepiolite > PU-barite. During the biofiltration experiment, influent toluene concentration was in the range of 0-160 ppm and EBRT (i.e., empty bed residence time) was 45 seconds. Pressure drop of the biofilter bed was 4-5 mm $H_2O/m$ column height. The maximum removal capacity was in the order of PU-dolomite > PU-zeolite > PU-sepiolite > PU-barite, while the complete removal capacity was in the order of PU-dolomite > PU-sepiolite > PU-zeolite > PU-barite. The better biofiltration performance in PU-dolomite foam was because PU-dolomite foam had lower density and higher porosity than the others providing favorable conditions for microbial growth. The results of biodegradation kinetic analysis showed that PU-dolomite foam had higher maximum removal rate ($V_m\;=\;11.04\;g$ toluene/kg dry material/day) and saturation constant ($K_s\;=\;26.57\;ppm$) than the other PU foams. This supports that PU-dolomite foam was better than the others for biofilteration of toluene.
The adsorption properties of $Cs^+$ and $Cu^{2+}$ ions were evaluated by using a polysulfone scoria zeolite (PSf-SZ) composite with synthetic zeolite synthesized from Jeju volcanic rocks (scoria). In order to investigate the adsorption properties, various parameters, such as pH, contact time, reaction rate, concentration, and temperature in aqueous solutions, were evaluated by tests carried out in batch experiments. The adsorption capacities of $Cs^+$ and $Cu^{2+}$ ions increased between pH 2 but achieved equilibrium at pH 4 and above. The adsorption rate increased rapidly up to the initial 24 h, after which it plateaued ; the adsorption rate then sustained at equilibrium from 48 h. The adsorption kinetics of $Cs^+$ and $Cu^{2+}$ ions were described better by the pseudo-second-order kinetic model than the pseudo-first-order kinetic model. The Langmuir model fitted the adsorption isotherm data better than the Freundlich model. The maximum adsorption capacities of $Cs^+$ and $Cu^{2+}$ ions obtained from the Langmuir model were 53.8 mg/g and 84.7 mg/g, respectively. The calculated thermodynamic parameters showed that the adsorption of $Cs^+$ and $Cu^{2+}$ ions on PSf-SZ was feasible, spontaneous and endothermic reaction.
A new process was developed to degrade PVA(polyvinyl alcohol) in desize wastewater. Two symbiotic bacteria of Pseudomonas strain G5Y and PW were immobilized on the media by adsorption. A natural zeolite was chosen as the best media considering cell adhesion capacity, sedimentation rate, and material cost. PVA and COD removal efficiencies of this system for synthetic wastewater were 84% and 85% at the retention time of 6 hr, when the volumetric loading rate was PVA 8g/L·day and COD 8g/L·day, and cell density was 19,775 mg/L. In case of desire wastewater, they were 78% and 72% at the retention time of 6 hr, respectively, when the volumetric loading rate was PVA 8g/L·day and COD 13.2g/L·day, and cell density was 32,899mg/L. In case of desize wastewater, PVA and COD removal efficiencies were lower than synthetic wastewater, but cell density of the desize wastewater was lower than that of the synthetic wastewater, because there were insufficiency of necessary nutrition and variety of desize materials in the desize wastewater. A pilot test was successfully performed showing 88% and 82%, PVA and COD removal efficiencies at the retention time of 24 hr, when volumetric loading rate were 4.7 PVA g/L·day and COD 6.9g/L·day, and cell density was 12,,324 mg/L.
포항지역 널리 분포하고 있는 규질이암으로부터 상업화를 위한 50리터 bench scale 수열장치를 사용하여 Na-A형 제올라이트의 합성을 성공적으로 수행하였고 또한 이 제올라이트를 이용하여 환경 개선재로 활용하는 연구를 수행하였다. 초기물질로 사용된 규질이암은 제올라이트의 주요 성분인 $SiO_2$ 및 $Al_2O_3$가 각각 70.7% 및 10.0% 함유되어 제올라이트의 합성에 유리한 조성을 가지고 있다. 이전의 실험실적 규모에서 수행된 동일한 조건인 $Na_2O/SiO_2\;=\;0.6$, $SiO_2/Al_2O_3\;=\;2.0$, $H_2O/Na_2O\;=\;98.6$의 조성비로 $80^{\circ}C$에서 18시간 동안 합성한 결과, Na-A형 제올라이트의 결정도 및 결정형태는 실험실적 규모와 유사하였고, 회수율 및 양이온 교환능은 각각 95% 및 215 cmol/kg으로 실험실적 규모에서 보다 약간 우수한 결과를 나타냈다. 합성된 Na-A형 제올라이트를 이용하여 모사폐액(Pb, Cd, Cu, Zn 및 Mn)에 중금속 제거율을 조사한 결과, 중금속 제거율은 Pb > Cd > Cu = Zn > Mn의 순서이었다. Mn을 제외한 다른 중금속들은 1500 mg/L에서 99% 이상의 제거율을 보였고, Mn의 경우도 98%의 제거율을 보여 합성된 Na-A형 제올라이트는 중금속 흡착제로서 우수한 특성을 나타냈다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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