We investigated the electrochemical behavior of an electrode coated with a nickel hexacyanoferrate/graphene oxide (NiPB/GO) composite to evaluate its potential use for the electrochemical separation of radioactive Cs as a promising approach for reducing secondary Cs waste after decontamination. The NiPB/GO-modified electrode showed electrochemically switched ion exchange capability with excellent selectivity for Cs over other alkali metals. Furthermore, the repetitive ion insertion and desertion test for assessing the electrode stability showed that the electrochemical ion exchange capacity of the NiPB/GO-modified electrode increased further with potential cycling in 1 M of $NaNO_3$. In particular, this electrochemical treatment enhanced Cs uptake by nearly two times compared to that of NiPB/GO and still retained the ion selectivity of NiPB, suggesting that the electrochemically treated NiPB/GO composite shows promise for nuclear wastewater treatment.
In consideration that a high tensile strength and ion exchange capacity are maintained as the swelling of membrane is controlled by the coagulation of PSf with the introduction of ion exchange groups and PPSS without the introduction of ion exchange groups, the block copolymer of PSf and PPSS were synthesized. The cation exchange membrane was prepared by sulfonation with CSA and casted. The synthesized block copolymer and cation exchange membrane were characterized by FT-IR and their thermal stability was confirmed by TGA. The optimum sulfonation could be accomplished at a mole ratio of BPSf to CSA 1:3. The best electrochemical properties obtained by the optimal condition were area resistance of 4.37 $\Omega$ㆍ$\textrm{cm}^2$, ion exchange capacity of 1.71 meq/g dry membrane, water content of 0.2941 g $H_2O$/g dry membrane, and fixed ion concentration of 5.81 meq/g $H_2O$. When GBL was used as an additive, area resistance was increased by 13.7 % and ion exchange capacity was increased by 14.6%. When the membrane was fabricated in a form of composite using non woven cloth as a support. the tensile strength of membrane could be improved, but the electrochemical characteristics were not influenced.
Microbial fuel cells (MFCs) are a bioelectrochemical system where electrochemically active bacteria convert organic waste into electricity. Poly(vinyl alcohol) (PVA) and chitosan (CS) are polymers that have been studied as potential alternative ion exchange membranes to Nafion for many electrochemical systems. This study examined the optimal mixing ratio of PVA and chitosan CS in a PVA:CS composite membrane for MFC applications. PVA:CS composite membranes with 1:1, 2:1, and 3:1 ratios were synthesized and tested. The water uptake and ion exchange capacity, Fourier transform infrared spectra, and scanning electron microscopy images were analyzed to determine the physicochemical properties of PVA:CS membranes. The prepared membranes were applied to the ion exchange membrane of the MFC system, and their effects on the electrochemical performance were evaluated. These results showed that the composite membrane with a 3:1 (PVA:CS) ratio showed comparable performance to the commercialized Nafion membrane and produced more electricity than the other synthesized membranes. The PVA:CS membrane implemented MFCs produced a maximum power density of 0.026 mW cm-2 from organic waste with stable performance. Therefore, it can be applied to a cost-effective MFC system.
Thin pore-filled cation and anion-exchange membranes (PFCEM and PFAEMs, $t_m=25-30{\mu}m$) were prepared using a porous polymeric substrate for efficient all-vanadium redox flow battery (VRB). The electrochemical and charge-discharge performances of the membranes have been systematically investigated and compared with those of commercially available ion-exchange membranes. The pore-filled membranes were shown to have higher permselectivity as well as lower electrical resistances than those of the commercial membranes. In addition, the VRBs employing the pore-filled membranes exhibited the respectable charge-discharge performances, showing the energy efficiencies (EE) of 82.4% and 84.9% for the PFCEM and PFAEM, respectively (cf. EE = 87.2% for Nafion 1135). The results demonstrated that the pore-filled ion-exchange membranes could be successfully used in VRBs as an efficient separator by replacing expensive Nafion membrane.
For the study on the ion exchange of nickel hexacyanoferrate(NiHCNFe) electrode with the several cations, the film of hexacyanoferrate was prepared on the bare nickel surface by the electrochemical and chemical methods in the solution composed with 5mM K3Fe(CN)6 and 100mM KNO3. To compare the capability of the ion exchange of NiHCNFe film electrode, the repeated cyclic voltammograms were measured in the 0.5M cation nitrate solutions at $25^{\circ}C$ and pH7. It was found that the capacity of the electrochemically derivatized NiHCNFe reduced in the rate of 0.5~0.7%/cycle and was nearly exhausted at the 150th potential cycle. Better result was obtained from that the capacity loss of the chemically assembled NiHCNFe was less than 0.02%/cycle for 5,000cycles. Furthermore, the residual capacity was more than 30% at the 5,000th cycle.
중금속 이온이나 방사성 양이온을 처리하는 공정으로서 화학약품에 의한 침전법이나 일반 이온교환법을 가장 보편적으로 활용하고 있으나, 이 공정들은 약품의 과다 투여, 유효 금속의 폐기, 고형 폐기물에 의한 2차적인 토양 오염 유발 등과 같은 문제점을 가지고 있다. 이에 따라 최근 들어 선진국을 중심으로 전해환원 전착반응과 이온교환 반응을 결합시킨 전기화학적 이온교환법을 대체 신기술로 개발하고자 많은 관심과 연구가 집중되고 있다. 본 연구에서는 전기화학적 이온교환체 중의 하나인 nickel hexacyanoferrate (NiHCNFe)의 최적 제조조건을 규명하기 위해, 기지금속인 니켈판 표면에 화학적 방법과 전기화학적 방법으로 NiHCNFe 막을 생성하였으며, NiHCNFe의 구조 형태와 조성을 각각 SEM과 EDS 분석을 통하여 조사하였다. 또한 NiHCNFe 막이 생성된 니켈판을 운전전극으로 설치한 단일 평행평판 이온교환 전극반응기에서 산화-환원 전위를 연속적으로 순환시켜 순환전위곡선을 측정하고 피크 전류의 변화 거동을 조사하였다. 본 연구의 실험 결과에 의하면, 화학적으로 제조한 NiHCNFe가 전기화학적으로 제조한 경우보다 우수함을 알 수 있었고, 특히 118 h 화학반응시킨 NiHCNFe 이온교환체의 조밀도, 밀착성, 내구력이 가장 우수하게 나타났다.
Lee, Jongkeun;Cha, Ho Young;Min, Kyung Jin;Cho, Jinwoo;Park, Ki Young
Membrane and Water Treatment
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제9권3호
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pp.189-194
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2018
Electrochemical reduction of nitrate was studied using Zn, Cu and (Ir+Ru)-Ti cathodes and Pt/Ti anode in a cell divided by an ion exchange membrane. During electrolysis, effects of the different cathode types on operating parameters (i.e., voltage, temperature and pH), nitrate removal efficiency and by-products (i.e., nitrite and ammonia) formation were investigated. Ammonia oxidation rate in the presence of NaCl was also determined using the different ratios of hypochlorous acid to ammonia. The operating parameter values were similar for all types of cathode materials and were maintained relatively constant. Nitrate was well reduced and converted mostly to ammonia using Zn and Cu cathodes. Ammonia, produced as a by-product of nitrate reduction, was oxidized in the presence of NaCl in the electrochemical process and the oxidation performance was enhanced upon increasing the hypochlorous acid-to-ammonia ratio to 1.09:1. Zn and Cu cathodes promoted the nitrate reduction to ammonia and the produced ammonia was finally removed from solution by reacting with hypochlorite ions. Using Zn or Cu cathodes, instead of noble metal cathodes, in the electrochemical process can be an alternative technology for nitrate-containing wastewater treatment.
알칼리막 연료전지에 사용되는 음이온 교환막은 OH-을 전달하는 역할을 하며 연료전지의 성능에 많은 영향을 미친다. 따라서 음이온 교환막의 정확한 OH- 전도도를 측정하는 것은 매우 중요하다. 그러나 OH-은 대기 중의 CO2에 의해 중탄산염 형태로 쉽게 피독되어 전해질막의 정확한 OH- 전도도를 측정하는 것은 매우 어렵다. 본 연구에서는 음이온 교환막의 정확한 OH- 전도도를 측정하기 위하여 전기화학적 이온교환 처리법을 검증하였다. 또한 CO2에 노출된 전해질막의 거동을 OH- 전도도 변화를 통하여 확인하였다. 상용 음이온 교환 막인 Fumatech사의 FAA-3-50과 Orion Polymer사의 Orion TM1와 함께 본 연구 그룹에서 개발한 QPP-6F를 사용하여 정확한 OH- 전도도 측정 및 CO2 피독 효과에 대해서 분석하였다.
Electrochemical ion exchange method is expected to be one of the most acceptable techniques for the separation of radioactive cations from nuclear wastewater. In this study a thin film of hexacyanoferrate on nickel surface was derivatized chemically in an aqueous potassium-ferricyanide solution. Electrochemical redox behavior of the nickel hexacyanoferrate(NiHCNFe) film electrode was investigated with the use of cyclic voltammetry potentiostated from -100 to 800 mV versus SCE. The electro-reduction characteristics of the NiHCNFe film were examined in the cobalt solutions. The NiHCNFe ion exchanger was more useful at lower concentration, lower temperature, and pH7 of the cobalt solution. The capacity loss of NiHCNFe was 0.018%/cycle that was less than the average loss of 2~3%/cycle of the convective organic exchanger. The 45~55% of the initial cobalt ions was electro-deposited on the NiHCNFe by using continuous recirculating reactor system. As a result, it was found that the electroactive NiHCNFe films showed better performance than the organic resins for the separation of cobalt ion from the aqueous solutions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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