Desalination is a key technology to overcome water shortage problem in a near future. High energy consumption is an Achilles' heel in desalination technology. Osmotically driven membrane processes like forward osmosis(FO) was introduced to address this energy issue. Characterizing membrane properties such as water permeability(A), salt permeability(B), and the resistance to salt diffusion within the support layer($K_{ICP}$) are very important to predict the performance of scaled-up FO processes. Currently, most of researches reported that the water permeability of FO membrane was measured by reverse osmosis(RO) type test. Permeating direction of RO and FO are different and RO test needs hydraulic pressure so that several problems can be occurred(i.e. membrane deformation, compaction and effect of concentration polarization). This study focuses on measuring water permeability of FO membrane by FO type test results in various experimental conditions. A statistical approach was developed to evaluate the three FO membrane properties(A, B, and $K_{ICP}$) and it predicted test result by the internal and external concentration polarization model.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.55
no.2
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pp.21-27
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2013
The present study explored the way to desalinate seawater for agricultural irrigation using forward osmosis (FO) process using liquid fertilizer as draw solution. FO experiments were performed in a cross flow mode using flat sheet FO membrane. The effect of membrane orientation, flow rate, and draw solution concentration on the performance of forward osmosis was investigated by measuring water flux of forward osmosis membrane. The water flux when the draw solution was placed against the membrane active layer was lower than the water flux when the feed solution was placed against the membrane active layer. This results indicated that the decrease of effective osmotic pressure by dilutive internal concentration polarization was less than that by concentrative internal concentration polarization. Increasing flow rate from 66.7 to 133.1 $cm^3$/min resulted in increase of the water flux when the membrane active layer orient to draw solution and feed solution, respectively. The reduction of resistance to water flow increased water flux at higher flow rate. The water flux of FO membrane increased with increasing draw solution concentration from 10000 to 30000 mg/L. The water flux for $KH_2PO_4$ draw solution was similar to that for commercial fertilizer. Optimization of FO process would contribute to economically desalinate brackish water for agricultural use.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.64
no.4
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pp.303-307
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2015
The effects of additive such as $H_2O_2$ in KOH electrolyte solution for the Aluminum/Air fuel cell were investigated with regard to electric power characteristics. The power generated by a Al/Air fuel cell was controlled by the KOH electrolyte solution and $H_2O_2$ depolarizer. Higher cell power was achieved when higher KOH electrolyte concentration and higher $H_2O_2$ depolarizer amount. The maximum power was increased by the increase amount $H_2O_2$ depolarizer, it was found that $H_2O_2$ depolarizer inhibits the generation of hydrogen and the polarization effect was reduced as a result. Internal resistance analysis was employed to elucidate the maximum power variation. Higher internal resistance created internal potential differences that drive current dissipating energy. In order to improve the output characteristics of the Al/Air fuel cell, it is thought to be desirable to increase the KOH electrolyte concentration and increase the $H_2O_2$ addition amounts.
Thin film composite (TFC) polyamide (PA) membranes were prepared on polyester (PET) nonwoven reinforced polysulfone supports for forward osmosis (FO) processes. PSF (polysulfone) supports were prepared via the phase inversion process from PSF casting solutions in dimethyl formamide (DMF) solvents (19 wt%) by using a PET nonwoven (thickness of $100{\mu}m$) as a mechanical reinforcing material for reverse osmosis (RO) membrane. The PSF support from 19 wt% of DMF/PSF casting solution showed sponge-like morphology and asymmetric internal structure. To reduce the internal concentration polarization in FO operation, thin ($20{\mu}m$ of thickness) nonwoven-supported PSF supports were prepared by using PSF/DMF casting solution (9~19 wt%). A desirable support structure with a highly porous sponge-like morphology were achieved from the thin nonwoven-supported PSF layer prepared with 9~12 wt% casting solution. A crosslinked aromatic polyamide layer was fabricated on top of each support to form a TFC PA membrane. The tested sample from 12 wt% of DMF/PSF casting solution presented outstanding FO performance, almost 5.5 times higher water flux (24.3 LMH) with low reverse salt flux (RDF, 1.5 GMH) compared to a thick nonwoven rainforced membrane (4.5 LMH of flux and 3.47 GMH of RSF). By reducing the thickness of the nonwoven and optimizing PSF concentration of casting solution, the morphology of the prepared membranes were changed from a dense structure to a porous sponge structure in the boundary area between nonwoven and PET support layer.
The variations of the positive and negative electrode potentials, and of internal pressure were measured during the charge of the sealed type Ni-Cd cell. Both polarization characteristics of a paste type Cd-electrode as a gas diffusion electrode in 30% KOH solution and the effects of active carbon electrode as an oxygen consuming auxiliary electrode of the Ni-Cd cell on the charging characteristics of the cell were studied. Peak voltage at the end of charge of the cell is ascribed to the peak at the negative electrode potential, which is due to the concentration polarization by the lack of $Cd^{++}$ ion and oxygen concentration. And the recovery of the negative electrode potential is resulted from depolarization by the increasing diffusion limiting current density with the increasing oxygen pressure. The active carbon electrode was effective as an oxygen consuming auxiliary electrode. The internal pressure of the cell could be maintained below 200mmHg even at one hour rate charge and overcharge by the use of active carbon electrode as an auxiliary electrode.
This study examined the effect of concentration polarization on permeate flux in forward osmosis (FO) membrane process for saline and sucrose solution. The reduction in permeate flux during the FO membrane process is largely due to the formation of concentration polarization on membrane surfaces. The flux reduction due to internal concentration polarization formed on the porous support layer was larger than that due to the external concentration polarization on the active membrane surface. Water permeate flux through the FO membrane increased nonlinearly with the increase in osmotic pressure. The water permeability coefficient was $1.8081{\times}10^{-7}m/s{\cdot}atm$ for draw solution on active layer (DS-AL) mode and $1.0957{\times}10^{-7}m/s{\cdot}atm$ for draw solution on support layer (DS-SL) mode in NaCl solution system. The corresponding membrane resistance was $5.5306{\times}10^6$ and $9.1266{\times}10^6s{\cdot}atm/m$, respectively. With respect to the sucrose solution, the permeate flux for DS-AL mode was 1.33~1.90 times higher than that for DS-SL mode. The corresponding variation in the permeation flux (J) due to osmotic pressure (${\pi}$) would be expressed as $J=-0.0177+0.4506{\pi}-0.0032{\pi}^2$ for the forward and $J=0.0948+0.3292{\pi}-0.0037{\pi}^2$ for the latter.
Ni-W alloy deposits have lately attracted the interest as an alternative surface treatment method for hard chromium electrodeposits because of higher wear resistance, hardness at high temperature, and corrosion resistance. This study deals with influences of process variables, such as electodeposition current density, plating temperature and pH, on the internal stress of Ni-W nanocrystalline deposits. The internal stress was increased with increasing the applied current density. With increasing applied current density, the grain size of the deposit decreases and concentration of hydrogen in the deposit increases. The subsequent release of the hydrogen results in shrinkage of the deposit and the introduction of tensile stress in the deposit. Consequently, for layers deposited at high current density, cracking occurs readily owing to high tensile stress value. By increasing the temperature of the electrodeposition from $60^{\circ}C$ to $80^{\circ}C$, the internal stress was decreased. It seems that an increase in the number of active ions overcoming the activation energy at elevated temperature caused a decline in the concentration polarization and surface diffusion. It decreased the level of hydrogen absorption due to the lessened hydrogen evolution reaction. Therefore, the lower level of hydrogen absorption degenerated the hydride on the surface of the electrode, resulting in the reduction of the internal stress of the deposits. By increasing the pH of the electrodeposition from 5.6 to 6.8, the internal stress in the deposits were slightly decreased. It is considered that the decrease in internal stess of deposits was due to supply of W complex compound in cathode surface, and hydrogen ion resulted from decrease of activity.
Poly Sulfone nanofibers were electrospun to fabricate membranes of different characteristics. To fabricate the fiber mats, polymer concentration, flowrate, and current density were determined as the most influencing factors affecting the overall performance of the membranes and studied through Response Surface Methodology. The Box-Behnken Design method (three factors at three levels) was used to design, analyze, and optimize the parameters to achieve the best possible performance of the electrospun membranes in forward osmosis process. Also, internal concentration polarization that characterizes the efficiency of the forward osmosis membranes was determined to better assess the overall performance of the fabricated electrospun membranes. Water flux to reverse salt flux was considered as the main response to assess the performance of the membranes. As confirmed experimentally, best membrane performance with the minimal structural parameter value could be achieved when predicted optimal values were used to fabricate the membranes through electrospinning process.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.2
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pp.225-230
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2006
This study investigates drying condition when a small fan is added to a operating the free-breathing proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) with dry $H_2$ and Air. Polarization tests were conducted on PEMFCs at cell temperatures between 30 and $50^{\circ}C$ under dry operation. In the results, the cell performance strongly depended on the cell temperature and the cathode gas stoichiometric flow rates. The cell performance increases as cell temperature decreases from 50 to $30^{\circ}C$. In the domain where the stoichiometry of air is quite large, reduction of the concentration overpotential compensated the increased internal resistance due to drying. The maximum performance was obtained at the small air flow rate beyond which flooding occurs. This indicates that the fan should be operated in the stoichiometry domain with a well designed cell structure to avoid flooding.
Prestressed Concrete steel Cylinder Pipe (PCCP) is extensively used as seawater pipes for cooling in nuclear power plants. The internal surface of PCCP is exposed to seawater, while the external surface is in direct contact with underground soil. Therefore, materials and strategies that would reduce the corrosion of its cylindrical steel body and external steel wiring need to be employed. To prevent against the failure of PCCP, operators provided a cathodic protection to the pre-stressing wires. The efficiency of cathodic protection is governed by the anodic performance of the system. A mixed metal oxide (MMO) electrode was developed to meet criteria of low over potential and high corrosion resistance. Increasing coating cycles improved the performance of the anode, but cycling should be minimized due to high materials cost. In this work, the effects of $RuCl_3$ concentration on the electrochemical properties and lifespan of MMO anode were evaluated. With increasing concentration of $RuCl_3$, the oxygen evolution potential lowered and polarization resistance were also reduced but demonstrated an increase in passive current density and oxygen evolution current density. To improve the electrochemical properties of the MMO anode, $RuCl_3$ concentration was increased. As a result, the number of required coating cycles were reduced substantially and the MMO anode achieved an excellent lifespan of over 80 years. Thus, we concluded that the relationship between $RuCl_3$ concentration and coating cycles can be summarized as follows: No. of coating cycle = 0.48*[$RuCl_3$ concentration, $M]^{-0.97}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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