As a result of the recent social transformation towards a hydrogen economy and carbon-neutrality, the demands for hydrogen energy have been increasing rapidly worldwide. As such, eco-friendly hydrogen production technologies that do not produce carbon dioxide (CO2) emissions are being focused on. Among them, ammonia (NH3) is an economical hydrogen carrier that can easily produce hydrogen (H2). In this study, Ru/Al2O3 catalyst coated onmetallic monolith for hydrogen production from ammonia was prepared by a dip-coating method using a catalyst slurry mixture composed of Ru/Al2O3 catalyst, inorganic binder (alumina sol) and organic binder (methyl cellulose). At the optimized 1:1:0.1 weight ratio of catalyst/inorganic binder/organic binder, the amount of catalyst coated on the metallic monolith after one cycle coating was about 61.6 g L-1. The uniform thickness (about 42 ㎛) and crystal structure of the catalyst coated on the metallic monolith surface were confirmed through scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis. Also, a numerical optimization regression equation for NH3 conversion according to the independent variables of reaction temperature (400-600 ℃) and gas hourly space velocity (1,000-5,000 h-1) was calculated by response surface methodology (RSM). This model indicated a determination coefficient (R2) of 0.991 and had statistically significant predictors. This regression model could contribute to the commercial process design of hydrogen production by ammonia decomposition.
Hyun-Jong Kim;Jong-Deok Lim;Hang-Goo Kim;Jei-Pil Wang
Resources Recycling
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v.31
no.6
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pp.44-51
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2022
In the steelmaking process using an electric arc furnace (EAF), light-burnt dolomite, which is a flux containing MgO, is used to protect refractory materials and improve desulfurization ability. Furthermore, a recarburizing agent is added to reduce energy consumption via slag foaming and to induce the deoxidation effect. Herein, a waste MgO-C based refractory material was used to achieve the aforementioned effects economically. The waste MgO-C refractory materials contain a significant amount of MgO and graphite components; however, most of these materials are currently discarded instead of being recycled. The mass recycling of waste MgO-C refractory materials would be achievable if their applicability as a flux for steelmaking is proven. Therefore, experiments were performed using a target composition range similar to the commercial EAF slag composition. A pre-melted base slag was prepared by mixing SiO2, Al2O3, and FeO in an alumina crucible and heating at 1450℃ for 1 h or more. Subsequently, a mixed flux #2 (a mixture of light-burnt dolomite, waste MgO-C based refractory material, and limestone) was added to the prepared pre-melted base slag and a melting reaction test was performed. Injecting the pre-melted base slag with the flux facilitates the formation of the target EAF slag. These results were compared with that of mixed flux #1 (a mixture of light-burnt dolomite and limestone), which is a conventional steelmaking flux, and the possibility of replacement was evaluated. To obtain a reliable evaluation, characterization techniques like X-ray diffraction (XRD) analysis and X-ray fluorescence (XRF) spectrometry were used, and slag foam height, slag basicity, and Fe recovery were calculated.
Excess nitrogen (N) flowing from livestock manure to water systems poses a serious threat to the natural environment. Thus, livestock wastewater management has recently drawn attention to this related field. This study first attempted to obtain the optimal conditions for the further volatilization of NH3 gas generated from pig wastewater by adjusting the amount of injected magnesia (MgO). At 0.8 wt.% of MgO (by pig wastewater weight), the volatility rate of NH3 increased to 75.5% after a day of aeration compared to untreated samples (pig wastewater itself). This phenomenon was attributed to increases in the pH of pig wastewater as MgO dissolved in it, increasing the volatilization efficiency of NH3. The initial pH of pig wastewater was 8.4, and the pH was 9.2 when MgO was added up to 0.8 wt.%. Second, the residual ammonia nitrogen (NH4+-N) in pig wastewater was removed by precipitation in the form of struvite (NH4MgPO4·6H2O) by adjusting the pH after adding MgO and H3PO4. Struvite produced in the pig wastewater was identified by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis. White precipitates began to form at pH 6, and the higher the pH, the lower the concentration of NH4+-N in pig wastewater. Of the total 86.1% of NH4+-N removed, 62.4% was achieved at pH 6, which was the highest removal rate. Furthermore, how struvite changes with pH was investigated. Under conditions of pH 11 or higher, the synthesized struvite was completely decomposed. The yield of struvite in the precipitate was determined to be between 68% and 84% through a variety of analyses.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.34
no.4
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pp.109-116
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2024
β-Ga2O3 is a representative ultra-wide bandgap (UWBG) semiconductor that has attracted much attention for power device applications due to its wide-bandgap of 4.9 eV and high-breakdown voltage of 8 MV/cm. In addition, because solution growth is possible, it has advantages such as fast growth rate and lower production cost compared to SiC and GaN [1-2]. In this study, we have successfully grown Si-doped 10 mm thick Si-doped β-Ga2O3 single crystals by the EFG (Edge-defined Film-fed Growth) method. The growth direction and growth principal plane were set to [010] / (010), respectively, and the growth speed was 7~20 mm/h. The as-grown β-Ga2O3 single crystal was cut into various crystal planes (001, 100, ${\bar{2}}01$) and off-angles (1o, 3o, 4o), and then surface processed. After processed, the homoepitaxial layer was grown on the epi-ready substrate using the HVPE (Halide vapor phase epitaxy) method. The processed samples and the epi-layer grown samples were analyzed by XRD, AFM, OM, and Etching to compare the surface properties according to the crystal plane and off-angle.
In this work, we have prepared organophilic MMT having thermal stability by ion exchange reaction of various aromatic ammonium salts with MMT containing sodium ion. The organic modifiers having alkyl side chains and amine functional group were successfully synthesized by effectively introducing the surfaces of MMT via ion exchange reaction to form organophilic MMTs with a view to improve the reactivity and thermal stability. The WAXD patterns of organophilic MMT showed the more increased gallery spacing by $3.3{\AA}$ than that of the pristine MMT and also the onset of initial decomposition of organophilic MMT was $275^{\circ}C$ as determined by a thermogravimetric analysis. The polyimide (PI) nanocomposite films based on poly(amic acid) and organophilic MMT were prepared by a solution blending followed by cyclodehydration reaction. We have investigated the dispersity of organophilic MMTs in PI matrix by using WAXD and the effect of the organophilic MMT content on the mechanical properties of PI nanocomposite films was studied.
A.C. impedance properties of HA/Ti compound layer coated Ti-30Ta-($3{\sim}15$)Nb alloys have been studied by electrochemical method. Ti-30Ta binary alloys contained 3, 7, 10 and 15 wt% Nb were manufactured by the vacuum furnace system. And then specimen was homogenized at $1000^{\circ}C$ for 24 hrs. The sample was cut and polished for corrosion test and coating. It was coated with HA/Ti compound layer by magnetron sputter. The non-coated and coated morphology of Ti alloy were analyzed by X-ray diffractometer (XRD), energy X-ray dispersive spectroscopy (EDX) and filed emission scanning electron microscope (FE-SEM). The corrosion behaviors were investigated using A.C. impedance test (PARSTAT 2273, USA) in 0.9% NaCl solution at $36.5{\pm}1^{\circ}C$. Ti-30Ta-($3{\sim}15\;wt%$)Nb alloys showed the ${\alpha}+{\beta}$ phase, and $\beta$ phase peak was predominantly appeared in the case of increasingly Nb contents. The microstructures of Ti alloy were transformed from needle-like structure to equiaxed structure as Nb content increased. From the analysis of coating surface, HA/Ti composite surface uniformed coating layer with 750 nm thickness. The growth directions of film were (211), (112), (300) and (202) for HA/Ti composite coating on the surface after heat treatment at $550^{\circ}C$, whereas, the growth direction of film was (110) for Ti coating. The polarization resistance ($R_p$) of HA/Ti composite coated Ti-alloys were higher than those of the Ti and HA coated samples in 0.9% NaCl solution at $36.5{\pm}1^{\circ}C$. Especially, corrosion resistance of Ti-Ta-Nb system increased as Nb content increased.
This study was carried out to find out potential use of ochre as an agent to reduce phosphorus content in water. Ochre is a by-product from treatment of acid mine drainage (AMD) which is composed mostly of $Fe_2O_3$, $Fe_2O_3{\cdot}H_2O$, $FeO{\cdot}OH$ and $Fe(OH)_3$. Three ochre samples (ochre-H, ochre-D and ochre-S) were collected from three treatment facilities in Gangwon province. Physico-chemical characteristics of three ochre samples including pH, electrical conductivity, total phosphorus, available phosphorus, particle size distribution were analyzed. Scanning electron microscopy (SEM) energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD) and X-ray fluorescence (XRF) analysis were also carried out. In addition, experiments for phosphorus removal from water was performed. Calcium content of ochre-H was higher than that of ochre-D and ochre-S, whereas iron content of ochre-H was lower than that of ochre-D and ochre-S. All the phosphorus in water up to maximum 191,411 mg $kg^{-1}$ per unit mass of ochre was removed with ochre-H. Ochre has immense potential as an agent to reduce phosphorus content in water.
This study discussed the influence of mixtures and curing conditions on the development of strength and microstructure of RPC using ternary pozzolanic materials. Through pilot experiment, various RPC was manufactured by adding single or mixed ternary pozzolanic materials such as silica fume, blast furnace slag and fly ash by mass of cement, up to 0~65%, and cured by using 4 types of method which are water and air-dried curing at $20^{\circ}C$, steam and hot-water curing at $90^{\circ}C$. The results show that the use of ternary pozzolanic materials and a suitable curing method are an effective method for improving development of strength and microstructure of RPC. The unit volume of cement was greatly reduced in RPC with ternary pozzolanic materials and unlike hydration reaction in cement, the pozzolanic reaction noticeably contributes to a reduction in hydration heat and dry shrinkage. A considerable improvement was found in the flexural strength of RPC using ternary pozzolanic materials, and then the utilization of a structural member subjected to bending was expected. The X-ray diffractometer (XRD) analysis and Scanning Electronic Microscope (SEM) revealed that the microstructure of RPC was denser by using the ternary pozzolanic materials than the original RPC containing silica fume only.
This study investigated the crystal growth, crystalline structure and the basic optical properties of $SnSe/BaF_2$ epilayers. The SnSe epilayer was grown on $BaF_2$(111) insulating substrates using a hot wall epitaxy(HWE) technique. It was found from the analysis of X-ray diffraction patterns that $SnSe/BaF_2$ epilayer was growing to single crystal with orthorhombic structure oriented [111] along the growth direction. Using Rutherford back scattering(RBS), the atomic ratios of the SnSe was found to be stoichiometric, almost 50 : 50. The best values for the full width at half maximum (FWHM) of the DCXRD was 163 arcsec for SnSe epilarer. The epilayer-thickness dependence of the FWHM of the DCXRD shows that the quality of the $SnSe/BaF_2$ is as expected. The dielectric function ${\varepsilon}$(E) of a semiconductor is closely related to its electronic energy band structure and such relation can be drawn from features around the critical points in the optical spectra. The real and imaginary parts(${\varepsilon}_1$ and ${\varepsilon}_2$) of the dielectric function ${\varepsilon}$ of SnSe were measured. These data are analyzed using a theoretical model known as the model dielectric function(MDF). The optical constants related to dielectric function such as the complex refractive index(n*-n+ik), absorption coefficient (${\alpha}$) and normal- incidence reflectivity (R) are also presented for $SnSe/BaF_2$.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.25
no.12
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pp.974-978
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2012
The effect of Cu coating on the sensing properties of nano $SnO_2:Cu$ based sensors for the $CH_4$, $CH_3CH_2CH_3$ gas was studied. This work was focussed on investigating the change of sensitivity of nano $SnO_2:Cu$ based sensors for $CH_4$, $CH_3CH_2CH_3$ gas by Cu coating. Nano sized $SnO_2$ powders were prepared by solution reduction method using stannous chloride($SnCl_2{\cdot}2H_2O$), hydrazine($N_2H_2$) and NaOH and subsequent heat treatment. XRD patterns showed that nano $SnO_2$ powders with rutile structure were grown with (110), (101), (211) dominant peak. The particle size of nano $SnO_2:Cu$ powders at 8 wt% Cu was about 50 nm. $SnO_2$ particles were found to contain many pores, according to SEM analysis. The sensitivity of nano $SnO_2:Cu$ based sensors was measured for 5 ppm $CH_4$ gas and $CH_3CH_2CH_3$ gas at room temperature by comparing the resistance in air with that in target gases. The sensitivity for both $CH_4$ and $CH_3CH_2CH_3$ gases was improved by Cu coating on the nano $SnO_2$ surface. The response time and recovery time of the $SnO_2:Cu$ gas sensors for the $CH_4$ and $CH_3CH_2CH_3$ gases were 18~20 seconds, and 13~15 seconds, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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