The aminated polypropylene melt blown ion exchange fibers were synthesized with acrylic acid monomer onto polypropylene melt blown fibers by radiation-induced polymerization and subsequent amination. Degree of grafting was increased with increasing the acrylic acid monomer concentration and total dose. The highest degree of grafting was obtained 140% at a monomer concentration of 20 v/v% acrylic acid and total dose of 4 kGy. Optimum condition of Mohr's salt was 5.0 $\times10^{-3}$ M. Degree of amination was increased with increasing degree of grafting. Water content was about 1.5 times higher than that of trunk polymer. The maximum ion-exchange capacity was 7.3 meq/g which was 2$\sim$3 times higher than a commercial ion exchange fiber. The average pore size was decreased and BET surface area was increased in order of PPmb, PPmb- g- AAc and APPmb- g- AAc. The average pore size and BET surface area of synthesised fibers were $366.1\;{\AA},\;3.71m^2/g,\;143.3\;{\AA},\;4.94m^2/g,\;40.97\;{\AA},\;8.98m^2/g$, respectively.
To investigate the sorption characteristics of Cs, which is one of the major isotopes of nuclear waste, on natural zeolite chabazite, XRD, EPMA, EC, pH, and ICP analysis were performed to obtain the informations on chemical composition, cation exchange capacity, sorption kinetics and isotherm of chabazite as well as competitive adsorption with other cations ($Li^+$, $Na^+$, $K^+$, $Rb^+$, $Sr^{2+}$). The chabazite used in this experiment has chemical composition of $Ca_{1.15}Na_{0.99}K_{1.20}Mg_{0.01}Ba_{0.16}Al_{4.79}Si_{7.21}O_{24}$ and its Si/Al ratio and cation exchange capacity (CEC) were 1.50 and 238.1 meq/100 g, respectively. Using the adsorption data at different times and concentrations, pseudo-second order and Freundlich isotherm equation were the most adequate ones for kinetic and isotherm models, indicating that there are multi sorption layers with more than two layers, and the sorption capacity was estimated by the derived constant from those equations. We also observed that equivalent molar fractions of Cs exchanged in chabazite were different depending on the ionic species from competitive ion exchange experiment. The selectivity sequence of Cs in chabazite with other cations in solution was in the order of $Na^+$, $Li^+$, $Sr^{2+}$, $K^+$ and $Rb^+$ which seems to be related to the hydrated diameters of those caions. When the exchange equilibrium relationship of Cs with other cations were plotted by Kielland plot, $Sr^{2+}$ showed the highest selectivity followed by $Na^+$, $Li^+$, $K^+$, $Rb^+$ and Cs showed positive values with all cations. Equilibrium constants from Kielland plot, which can explain thermodynamics and reaction kinetics for ionic exchange condition, suggest that chabazite has a higher preference for Cs in pores when it exists with $Sr^{2+}$ in solution, which is supposed to be due to the different hydration diameters of cations. Our rsults show that the high selectivity of Cs on chabazite can be used for the selective exchange of Cs in the water contaminated by radioactive nuclei.
The cation-exchange membrane which was sulfonated styrene-ethylene/buthlene-styrene(SEBS) block copolymer containing the high impact polystyrene (HIPS) was prepared via post-sulfonation and casting method using the epoxidized polybutadiene and divinylbenzene as crosslinking agents. Post-sulfonation was carried out with sulfuric acid as sulfonating agent and silver sulfate as initiator in the nitrogen atmosphere. The basic properties of membranes, degree of sulfonation (DS), water uptake, ion-exchange capacity (IEC), electrical resistance, and modulus have been examined. DS of membrane increased with increasing the sulfonation time. The maximum DS of membrane containing 10 wt% HIPS was 83.6 %. The water uptake and IEC of membranes gradually increased as increasing the DS. The maximum water uptake and IEC of membranes were 43.8 % and 1.14 meq/g, respectively. The lowest electrical resistance of membrane containing the 20 wt% HIPS was $83\;\Omega{\cdot}cm^2$. The electrical conductivity of membrane containing 10 wt% HIPS was $1.22\times10^{-4}S/cm$. The modulus of membrane increased with increasing DS and these values were 153 and $204\;kgf/cm^2$ before and after sulfonation, respectively.
Kim, Ji Eun;Park, Hyeonjung;Choi, Yong Woo;Lee, Jae Hun
Membrane Journal
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v.32
no.5
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pp.283-291
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2022
Hydrogen energy has received much attention as a solution to the supply of renewable energy and to respond to climate change. Hydrogen is the most suitable candidate of storing unused electric power in a large-capacity long cycle. Among the technologies for producing hydrogen, water electrolysis is known as an eco-friendly hydrogen production technology that produces hydrogen without carbon dioxide generation by water splitting reaction. Membranes in water electrolysis system physically separate the anode and the cathode, but also prevent mixing of generated hydrogen and oxygen gases and facilitate ion transfer to complete circuit. In particular, the key to next-generation anion exchange membrane that can compensate for the shortcomings of conventional water electrolysis technologies is to develop high performance anion exchange membrane. Many studies are conducted to have high ion conductivity and excellent durability in an alkaline environment simultaneously, and various materials are being searched. In this review, we will discuss the research trends and points to move forward by looking at the research on anion exchange membranes based on commercial polystyrene-b-poly(ethylene-co-butylene)-b-polystyrene (SEBS) block copolymers.
Park, Geun Il;Cho, Il-Hoon;Kim, Kae-Nam;Lee, Min Ok;Yu, Jae-Hyung
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.22
no.10
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pp.1765-1775
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2000
The removal of radioactive organic iodide generated from high temperature process in nuclear facility was generally performed by silver ion-exchanged synthetic zeolite (AgX). The purpose of this study is to obtain fundamental data for the substitution of natural zeolite(NZ) in stead of synthetic zeolite as supporter for the removal of methyl iodide in high temperature conditions. Therefore, NZ was modified with NaCl, $NaNO_3$ solution, and the analysis of the physical or surface characteristics through XRD, SEM-EDAX, and BET analysis was performed. In order to obtain the optimal surface-modification condition of NZ, adsorption capacities at $150^{\circ}C$ on surface-modified silver ion-exchanged NZ prepared with the variation of solution concentration were evaluated. The optimal condition of surface modification is that concentration of $NaNO_3$ and $AgNO_3$ are 1N and 1.2N, respectively(namely Ag-SMNZ). The adsorption isotherm of methyl iodide on Ag-SMNZ in a range of $100^{\circ}C$ to $300^{\circ}C$ was obtained, which is similar to that of 13X, and the maximum adsorption amount of Ag-SMNZ reached approximately 50% that of AgX. It would be evaluated that the adsorption capacity at $150{\sim}200^{\circ}C$ is relatively higher than other temperature, and the chemisorption between silver and iodide is attributed to a strong binding even after desorption test.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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1998.06a
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pp.43-49
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1998
Retardation effect of heavy metals in soils caused by adsorption onto the surfaces of solids particles is well known phenomena. The adsorption of metal ions has been recognized more strong in clay mineral and organic matter contents rather than sands and gravels. In this study, we investigated the retardation effect in two sandy soils by conducting batch and column tests. The column tests were conducted to obtain the relationship between concentration and time known as breakthrough curve (BTC). We applied pulse type injection of ZnCl$_2$solution on the inlet boundary and monitored the effluent concentration at the exit boundary under steady state condition using EC-meter and ICP-AES. Batch test consisted of an equilibrium procedure for fine fractions collected from two sandy soils for various initial ZnCl$_2$concentrations, and analysis of Zn ions in equilibrated solution using ICP-AES. The results of column test showed that i) the peak concentration of Zn analyzed by ICP was far less than that detected by EC-meter for both soils and ii) travel times for peak concentration were more less identical for two different monitoring techniques. The first result can be explained by ion exchange between Zn and other cations initially present in the soil particles since ICP analysis showed a significant amount of Ca, Mg ions in the effluent. From the second result, we found that retardation effect was not present in these soils due to strong cation exchange capacity of Zn ion over other cations since we did not apply a solution containing more adsorptive cations such as Al. The result of batch test also showed high distribution coefficients (K$_{d}$) for two soils supporting the dominant ion exchange phenomena. Based on the retardation factor obtained from the Kd, we predicted the BTC using CDE model and compared with the BTC of Zn concentration obtained from ICP The predicted BTC, however, disagreed with the monitored in terms of travel time and magnitude of the peak concentrations. The only way to describe the prominent decrease of Zn ion was to introduce decay or sink coefficient in the CDE model to account for irreversible decrease of Zn ions in liquid phase.e.
Proton conducting solid polymer electrolyte (SPE) membranes have been used in many energy technological applications such as water electolysis, fuel cells, redox-flow battery, and other electrochemical devices. The availability of stable membranes with good electrochemical characteristics as proton conductivity at high temperatures above 80 $^{\circ}C$ and low cost are very important for its applications. However, the presently available perfluorinated ionomers are not applicable because of high manufacturing cost and high temperature use to the decrease in the proton conductivity and mechanical strength. In order to make up for the weak points, the block copolymer (BPSf) of polysulfone and poly (phenylene sulfide sulfone) were synthesized and sulfonated. The electrolyte membranes were prepared with phosphotungstic acid (HPA)/sulfonated BPSf via solution blending. This study would be desirable to investigate the interaction between the HPA and sulfonated polysulfone. The results showed that the characteristics of SPSf/HPA blend membrane was a better than Nafion at high temperature, 100 $^{\circ}C$. These membranes proved to have a high proton conductivity, $6.29{\times}10-2$ S/cm, a water content, 23.9%, and a ion exchange capacity, 1.97 meq./g dry membrane. Moreover, some of the membranes kept their high thermal and mechanical stability.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.1
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pp.1-8
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2012
Since the cement industry is expected to face serious setbacks in the near future associated with environmental concerns. With the advent of new technologies and increased public awareness about global environmental issues, the cement industry is actively seeking to adopt new technologies as part of an effort to diversity its resources. This study is designed to assess the fundamental properties of zeolite cement concrete which consists mainly of natural zeolite, which is known for removal of and harmful gas, ion exchange capacity removing cation contaminant including heavy metals and ammonia, absorptive capacity and molecular sieving effect together with excellent insulation capacity as a porous material, and recently draws much attention for its possibility as an alternative material to cement. The study was conducted to show the compressive strength of concrete, slump, bleeding and air volume according to the changes of natural zeolite and alkali activator(NaOH). As a result of measuring the compressive strength of natural zeolite concrete, it was almost 40MPa and displayed similar to general concrete in the tests of slump, bleeding and air volume, with which it was considered that it may be used as a future high performance, high performance construction material.
Until recently, only perfluorinated ionomer membrane such as Nation and Aciflex practically could be successfully used in water splitting. However, these membrane are limited by high cost and loss of membrane performance such as proton conductivity at elevated temperature above 80$^{\circ}C$. The sulfonated aromatic polymers such as PEEK and PSf, polyimides, and polybenzimidazoles are expected to have lower production cost as well as satisfactory chemical and electrochemical properties. HPAs and sulfonated polymers could have a significant influence on water electrolysis performance at elevated temperatures above 80$^{\circ}C$, but these phenomena have received relatively little attention until now. Therefore, it would be desirable to investigate the interrelation between the HPA and sulfonated polymer, such as SPEEK. The SPEEK membrane were prepared by the sulfonation of PEEK, and HPA was blended with SPEEK to increase the mechanical strength and electrochemical characteristics. As a results, electrochemical characteristics such as proton conductivity and ion exchange capacity were improved with the addion of 0.5 g HPA. And the properties of polymer electrolyte, SPEEK/HPA were better than Nation membrane at elevated temperature above 80$^{\circ}C$.
The sewage treatment sludge disposal has become a serious environmental problem because of restricted direct land-filling and oceandumping in spite of their large amounts discharged. So the recycling of sewage treatment sludge is very useful alternative for waste management. Here, we studied the feasibility of zeolite synthesis in open system from the sewage treatment sludge incinerator fly ash by means of hydrothermal synthesis. We considered the concentration of NaOH, reaction time, reaction temperature and reaction step as synthesis variables. The phase of zeolite products was identified by X-ray diffractometer(XRD) and ammonium ion exchange test was performed for the raw fly ash and two zeolite products(Z-3 and Z-5). In leaching test of the raw fly ash, hazard metal is detected very low level compared with regulatory leaching test standard. But in total recoverable test, the total contents of the fly ash were very high in terms of the standard for waste-derived fertilizer. Through hydrothermal reaction, small amount of zeolite P was synthesied in 1 N of NaOH solution and relatively large amount of hydroxysodalite was synthesied in 3 N and 5 N of NaOH solution with similar peak intensity. Addition of an aging step in the synthesis didn't increase the amount of zeolite phase. Maximum $NE_4^+-N$ exchange capacity is 1.49 mg $NH_4^+-N/g$ in Z-3 and 1.38 mg $NH_4^+-N/g$ in Z-5. Most of the ammonium ion is exchanged in 30 minutes and disorption did not occur until 5 hours.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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