Andriantsiferana, Caroline;Mohamed, Elham Farouk;Delmas, Henri
Environmental Engineering Research
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제20권2호
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pp.181-189
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2015
A composite material was tested to eliminate phenol in aqueous solution combining adsorption on activated carbon and photocatalysis with $TiO_2$ in two different ways. A first implementation involved a sequential process with a loop reactor. The aim was to reuse this material as adsorbent several times with in situ photocatalytic regeneration. This process alternated a step of adsorption in the dark and a step of photocatalytic oxidation under UV irradiation with or without $H_2O_2$. Without $H_2O_2$, the composite material was poorly regenerated due to the accumulation of phenol and intermediates in the solution and on $TiO_2$ particles. In presence of $H_2O_2$, the regeneration of the composite material was clearly enhanced. After five consecutive adsorption runs, the amount of eliminated phenol was twice the maximum adsorption capacity. The phenol degradation could be described by a pseudo first-order kinetic model where constants were much higher with $H_2O_2$ (about tenfold) due to additional ${\bullet}OH$ radicals. The second implementation was in a continuous process as with a fixed bed reactor where adsorption and photocatalysis occurred simultaneously. The results were promising as a steady state was reached indicating stabilized behavior for both adsorption and photocatalysis.
Lignocellulosic biomass including acetosolv ricestraw and spruce lignin were liquefied and converted into liquid hydrocarbons by catalytic hydroliquefaction reaction. These experimental works were carried out in 1-liter-capacity autoclave using 50% tetralin and m-cresol solution respectively as soluble solvent and Ni. Pd. Fe and red mud as catalyst. $H_2$ gas was supplied into the reactor for escaltion of deoxhydroenolysis reaction. Catalyst concentrations were 1 % of raw material based on weight. The ratio between raw materials and soluble solvent are 1g and 10cc. The reaction conditions are 400-$700^{\circ}C$ of reaction temperature, 10-50 atms of reaction pressure. The highest yield of hydrocarbon, so called "product oil" showed 32% and 5.5% of lowest char formation when red mud was used as catalyst. The product oil yields from those of other catalysts were in the range of 20-29%. The influence of different initial hydrogen pressures was examined in the range d 30-50 atms. A minimum pressure of 35 atms was necessary to obtain a complete recovery of souble solvent for recycling.
This study investigated the effect of nitriding on the hardness and adhesion properties of $TiB_2$ coatings. Inductively coupled plasma (ICP) was used for both nitriding and deposition. By applying ICP, H13 steel was nitrided at a high rate of $50\;{\mu}m/hr$. After nitriding, a Fe4N compound layer or a diffusion layer was formed according to the hydrogen/nitrogen ratio. Both layers could improve the load-bearing capacity of the substrate by increasing the substrate hardness. The adhesion of the $TiB_2$ coatings increased to $\~30N$ after nitriding, but the hardness of the coating was lowered to 20-30 GPa. However, the adhesion of the $TiB_2$ coatings with a high hardness (>60 GPa) could not be improved substantially by nitriding due to the large difference in hardness between the coating and the substrate. The grain size of the $TiB_2$ coating was larger on the nitrided substrates, resulting in a decrease in the hardness of the coating.
The adsorption of sulfamethoxazole (SMX) onto a NaOH-activated pine wood-derived biochar was investigated via batch experiments and models. Surprisingly, the maximum adsorption capacity of activated biochar for SMX (397.29 mg/g) was superior than those of pristine biochars from various feedstock, but comparable to those of commercially available activated carbons. Elovich kinetic and Freundlich isotherm models revealed the best fitted ones for the adsorption of SMX onto the activated biochar indicating chemisorptive interaction occurred on surface of the activated biochar. In addition, the intraparticle diffusion limitation was thought to be the major barrier for the adsorption of SMX on the activated biochar. The main mechanisms for the activated biochar would include hydrophobic, π-π interactions and hydrogen bonding. This was consistent with the changes in physicochemical properties of the activated biochar (e.g., increase in sp2 and surface area, but decrease in the ratios of O/C and H/C).
We report a simple route for synthesizing multi-dimensional structured silicon anode materials from commercially available bulk silicon powders via metal-assisted chemical etching process. In the first step, silver catalyst was deposited onto the surface of bulk silicon via a galvanic displacement reaction. Next, the silver-decorated silicon particles were chemically etched in a mixture of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide to make multi-dimensional silicon consisting of one-dimensional silicon nanowires and micro-scale silicon cores. As-synthesized silicon particles were coated with a carbon via thermal decomposition of acetylene gas. The carbon-coated multi-dimensional silicon anodes exhibited excellent electrochemical properties, including a high specific capacity (1800 mAh/g), a stable cycling retention (cycling retention of 89% after 20 cycles), and a high rate capability (71% at 3 C rate, compared to 0.1 C rate). This process is a simple and mass-productive (yield of 40-50%), thus opens up an effective route to make a high-performance silicon anode materials for lithiumion batteries.
The activated carbon "C" was obtained by carbonization followed by activation with steam at 40% of burn-off. Oxidized carbons C-N, C-P and C-H were obtained by oxidizing the activated carbon C with concentrated nitric acid, ammonium peroxysulfate and hydrogen peroxide, respectively. The textural properties of the carbons were determined from nitrogen adsorption at 77 K. The acidic surface functional groups were determined by pH titration, base neutralization capacity and electrophoretic mobility measurements. The cation exchange capacities of un-oxidized and oxidized carbons were determined by the removal of Cu(II) and Ni(II) from their aqueous solutions. The surface area and the total pore volume decreased but the pore radius increased by the treatment of activated carbon with oxidizing agents. These changes were more pronounced in case of oxidation with $HNO_3$. The surface pH of un-oxidized carbon was basic whereas those of the oxidized derivative were acidic. The removal of Cu(II) and Ni(II) was pH dependent and the maximum removal of the both ions was obtained at pH of 5-6. Cu(II) was more adsorbed, a phenomenon which was ascribed to its particular electronic configuration.
Highly toxic gases such as hydrogen sulfide ($H_2S$), carbon dioxide ($CO_2$), and ammonia ($NH_3$) are generated by both nature and human activities and affect human health. In this research, activated carbon combined with $Ca(OH)_2$ and $CaCO_3$ (AC-CO and AC-CC, respectively) were fabricated and applied in absorbing toxic gases from air pollutants. Activated charcoal powder was compressed in the form of pellets and used in the designated conditions. The optimum operating conditions and material properties, such as adsorption capacity, effect of weight ratio of the mixture, and hardness, have been investigated after combining with the calcium derivative. The good performance exhibited in this study suggests that this material is expected to be an effective and economically viable adsorbent for $NH_3$, $CO_2$, and $H_2S$ removal from the air system.
The reformer system is a chemical device that drives the conversion of hydrocarbon to hydrogen rich gas under high temperature environment($600-1,000^{\circ}C$). Generally, NG(Natural Gas) or AOG(Anode Off Gas) is used as fuel of fuel cell reformer combustion system. The experimental study to analyze the combustion characteristics of a premixed ceramic burner used for 0.5-1.0 kW fuel cell reformer was performed. Ceramic burner experiments using NG and AOG were carried out to investigate the flame stability characteristics by heating capacity, equivalence ratio and different fuels respectively. The results show that surface flames can be classified into green, red, blue and lift-off flames as the equivalence ratio of methane-air mixture decreases. And the stable flames can be established using NG and AOG as reformer fuel in the perforated ceramic burner. In particular, the blue flame is found to be stable at a lean equivalence ratio under different mixture conditions of NG and AOG for the 0.5 to 1.0 kW fuel cell system power range. NOx emission is under 60 ppm between 0.70 to 0.78 of equivalence ratio and CO emission is under 50 ppm between 0.70 to 0.84 of equivalence ratio.
Mg-Sn nanoparticles were prepared by an arc-discharge method in a mixture atmosphere of argon and hydrogen gases. Phases, morphologies, and microstructures of the nanoparticles were investigated by means of X-ray diffraction (XRD) and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). It was found that the intermetallic compound of $Mg_2Sn$ was generated and coexisted with metallic phases of Mg and Sn within nanoparticles. Basedon the model cell, the electrochemical properties were also explored by discharge-charge cycling, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy. The initial capacity of the first cycle reached 430 mAh/g. Two visible plateaus at 0.2-0.3 and 0.5-0.75V were observed in the potential profiles, which can attributed to alloying/de-alloying reactions between Li and Mg2Sn, respectively.
As fuel cell system is environmental friendly generator, its performance depends on its air supply system. Because, fuel cell stack generates electrical energy by electron and the electron is generated by reacting between air and hydrogen. So, more and more compressed air is supplied, more and more the energy can be obtained. In this study, turbo-expander supported by air foil bearing is introduced as the air supply system used by fuel cell systems. The turbo-expander is a turbo machine which operates at high speed, so air foil bearings suit its purpose for the bearing elements. Analysis for confirming the stability and endurance is conducted. Based on FDM and Newton-Raphson method, characteristics of air foil bearing, dynamic coefficients, pressure field and load capacity, are obtained. Using the characteristics of air foil bearing, the rotordynamic analysis is performed by finite element method. The analysis (stability analysis and critical speed map) shows that turbo-expander is stability at running speed. After the analysis, the test process and results are presented. The goals of test are running up to 90,000 RPM, flow rate of 150 $m^3/h$ and pressure ratio of 1.15. The test results show that the aerodynamic performance and stability of turbo-expander are satisfied to the primary goals.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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