Naik, Brundabana;Kim, Sun Mi;Jung, Chan Ho;Park, Jeong Young
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.669-669
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2013
Hierarchical N doped TiO2 nanostructured catalyst with micro, meso and macro porosity have been synthesized by a facile self-formation route using ammonia and titanium isopropoxide precursor. The samples were calcined in different calcination temperature ranging from $300^{\circ}C$ to $800^{\circ}C$ at slow heating rate ($5^{\circ}C$/min) and designated as NHPT-300 to NHPT-800. $TiO_2$ nanostructured catalyst have been characterized by physico-chemical and spectroscopy methods to explore the structural, electronic and optical properties. UV-Vis diffuse reflectance spectra confirmed the red shift and band gap narrowing due to the doping of N species in TiO2 nanoporous catalyst. Hierarchical macro porosity with fibrous channel patterning was observed (confirmed from FESEM) and well preserved even after calcination at $800^{\circ}C$, indicating the thermal stability. BET results showed that micro and mesoporosity was lost after $500^{\circ}C$ calcination. The photocatalytic activity has been evaluated for methanol oxidation to formaldehyde in visible light. The enhanced photocatalytic activity is attributed to combined synergetic effect of N doping for visible light absorption, micro and mesoporosity for increase of effective surface area and light harvestation, and hierarchical macroporous fibrous structure for multiple reflection and effective charge transfer.
To improve the dispersion of platinum catalyst, the effects of carbon black surface treatment, solvents, surfactants, and ultrasonic homogenizing were examined. Upon introducing the hydrophilic groups acting as an anchorage center of the catalyst on the surface of carbon black by oxidation, the migrating and growing of platinum particles(or ions) during reduction could be restricted. When mixed solvents, surfactants, or ultrasonic homogenizer were used to disperse catalysts on the carbon black, the dispersion of catalyst could be improved, due to the good permeation of chloroplatinic acid through the pore of carbon black. Among the impregnation methods, the method using ultrasonic homogenizer with mixed solvent was the most excellent. Using this method the particle sized could be minimized in less than $30A^{\circ}$ and distributed homogeneously.
Jeong Soo-Jin;Lee Sang Jin;Kim Woo-Seung;Lee Chun Beom
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.1
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pp.68-78
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2006
In the past few years, considerable efforts have been directed towards the further development of Urea-SCR(selective catalytic reduction) technique for diesel-driven vehicle. Although urea possesses considerable advantages over Ammonia$(NH_3)$ in terms of toxicity and handling, its necessary decomposition into Ammonia and carbon dioxide complicates the DeNOx process. Moreover, a mobile SCR system has only a short distance between engine exhaust and the catalyst entrance. Hence, this leads to not enough residence times of urea, and therefore evaporation and thermolysis cannot be completed at the catalyst entrance. This may cause high secondary emissions of Ammonia and isocyanic acid from the reducing agent and also leads to the fact that a considerable section of the catalyst may be misused for the purely thermal steps of water evaporation and thermolysis of urea. Hence the key factor to implementation of SCR technology on automobile is fast thermolysis, good mixing of Ammonia and gas, and reducing Ammonia slip. In this context, this study performs three-dimensional numerical simulation of urea injection of heavy-duty diesel engine under various injection pressure, injector locations and number of injector hole. This study employs Eulerian-Lagrangian approach to consider break-up, evaporation and heat and mass-transfer between droplet and exhaust gas with considering thermolysis and the turbulence dispersion effect of droplet. The SCR-monolith brick has been treated as porous medium. The effect of location and number of hole of urea injector on the uniformity of Ammonia concentration distribution and the amount of water at the entrance of SCR-monolith has been examined in detail under various injection pressures. The present results show useful guidelines for the optimum design of urea injector for reducing Ammonia slip and improving DeNOx performance.
It was investigated in this study that a preparation method, activation energy, surface area, pore volume, pore size distribution and DTA analysis of the dry gel in process of producing monolithic porous gel in Li2O-Al2O3-TiO2-SiO2 system by the sol-gel technique using metal alkoxides. Activation energy for gellation according to the variation of water concentration and the kind of catalysts ranged from 10 to 20kcal/mole. Monolithic dry gels were prepared after drying at 9$0^{\circ}C$ when the amount of water for gellation was 4~8 times more than the stoichiometric amount, that was necessary for the full hydrolysis of the mixed metal alkoxide. The specific surface area, the pore volume, the average pore radius of the dried gel at 18$0^{\circ}C$ according to the various kinds of catalyst were about 348~734$m^2$/g, 0.35~0.70ml/g and 10~35$\AA$, respectively. It showed that the dry gels were porous body. As a result ofthe analysis of DTA, it was confirmed that the exothermaic peaks at 715$^{\circ}C$ and 77$0^{\circ}C$ was clue to the crystallization of dried gel.
Jeong, Jae-Min;Jang, Sukhyeun;Kim, Yunsu;Kim, Hyun Bin;Kim, Do Hyun
Korean Chemical Engineering Research
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v.56
no.3
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pp.404-409
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2018
The integration of organic and inorganic building blocks into hierarchical porous architectures makes potentially desirable catalytic material in many catalytic applications due to their combination of dissimilar components and well-constructed reactant transport path. In this study, we prepared the hierarchical porous $Co_3O_4@graphene$ 3D gel by hydrothermal method to achieve high catalytic performance in PET glycolysis reaction. Obtained $Co_3O_4@graphene$ 3D gel consisted of interconnected networks of $Co_3O_4$ and graphene sheets, providing large number of accessible active sites for efficient catalytic reaction. These structural merits from synergistic effect of $Co_3O_4$ and graphene gave a high performance in the PET degradation reaction giving high conversion yield of BHET, fast degradation rate of PET, and remarkable stability.
A platinum-catalyzed polyelectrolyte porous membrane was prepared by solid-state compression of electrospun polystyrene (PS) fibers and in-situ metallization of counter-balanced ionic metal sources on the polymer surface. Using this ion-exchange metal-polymer composite system, fiber entangled pores were formed in the interstitial space of the fibers, which were surrounded by sulfonic acid sites ($SO_3^-$) to give a cation-selective polyelectrolyte porous bed with an ion exchange capacity ($I_{EC}$) of 3.0 meq/g and an ionic conductivity of 0.09 S/cm. The Pt loading was estimated to be 16.32 wt% from the $SO_3^-$ ions on the surface of the sulfonated PS fibers, which interact with the cationic platinum complex, $Pt(NH_3)_4^{2+}$, at a ratio of 3:1 based on steric hindrance and the arrangement of interacting ions. This is in good agreement with the Pt loading of 15.82 wt% measured by inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy (ICP-OES). The Pt-loaded sulfonated PS media showed an ionic conductivity of 0.32 S/cm. The in-situ metallized platinum provided a nano-sized and strongly-bound catalyst in robust porous media, which highlights its potential use in various electrochemical and catalytic systems.
NiO and Co3O4-doped porous La(CoNi)O3 perovskite oxides were prepared from excess Ni addition by a hydrothermal method using porous silica template, and characterized as bifunctional catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) for Zn-air rechargeable batteries in alkaline solution. Excess Ni induced to form NiO and Co3O4 in La(CoNi)O3 particles. The NiO and Co3O4-doped porous La(CoNi)O3 showed high specific surface area, up to nine times of conventionally synthesized perovskite oxide, and abundant pore volume with similar structure. Extra added Ni was partially substituted for Co as B site of ABO3 perovskite structure and formed to NiO and Co3O4 which was highly dispersed in particles. Excess Ni in La(CoNi)O3 catalysts increased OER performance (259 mA/㎠ at 2.4 V) in alkaline solution, although the activities (211 mA/㎠ at 0.5 V) for ORR were not changed with the content of excess Ni. La(CoNi)O3 with excess Ni showed very stable cyclability and low capacity fading rate (0.38 & 0.07 ㎶/hour for ORR & OER) until 300 hours (~70 cycles) but more excess content of Ni in La(CoNi)O3 gave negative effect to cyclability.
A catalytic plasma reactor was employed for the oxidation of isopropyl alcohol (IPA) classified as a volatile organic compound (VOC). Copper oxide (Cu : 0.5% (w/w)) supported on a multichannel porous ceramic consisting of ${\alpha}-Al_2O_3$ was used as a catalyst, which was directly exposed to the plasma created in it. The effects of discharge voltage and reaction temperature on the concentrations of IPA and its byproducts were examined to understand the behavior of the catalytic plasma reactor. Without thermal insulation, the reactor temperature increased up to $120^{\circ}C$ at an applied voltage of 17 kV (discharge power : 28 W), and the IPA at a flow rate of $1L\;min^{-1}$ ($O_2$ : 10% (v/v); IPA : 1000 ppm) was completely removed. At temperatures below $120^{\circ}C$, however, besides the desirable product $CO_2$, several unwanted byproducts such as acetone, formaldehyde and CO were also formed from IPA. On the other hand, when the reactor was thermally insulated, the plasma discharge increased the temperature up to $265^{\circ}C$ under the same condition and most of IPA was oxidized to $CO_2$. Without loading CuO on the ceramic support, the plasma discharge in the thermally insulated reactor produced nearly equal amounts of $CO_2$ and CO. On comparison, with the catalyst alone (temperature : $265^{\circ}C$), more than 70% of the removed IPA was simply converted into another type of VOC (acetone), indicating that the catalyst assisted by the plasma is more effective in the oxidation of IPA than that of the catalyst-alone process.
Catalytic filter has many advantages for the industrial application owing to its bi-functional ability to treat nitrogen oxides and particulate simultaneously. The technical feasibility of using the catalytic filter in the flue gas treatment process will be more promoted if the high porous ceramic sheet filter is utilized. However, it is not easy to prepare the effective catalytic filter using sheet filter as it has less room for catalyst support due to its thin layer. In this study, catalytic filter using a domestic ceramic sheet filter element has been prepared and conducted the experimental evaluation for NO reduction performance. The current sheet filter element shows the low catalytic activity less than 92% conversion for NO concentration 700 ppm at the face velocity $0.02m\;s^{-1}$. This unexpected low catalytic activity seems to be caused by the present of extraordinary large pores from the lack of uniformity in the pore size distribution of the sheet filter. The large pore size of the sheet filter is reduced by composing the smaller powder as its raw material, which presents improvement in NO conversion more than 96%. More improvement is observed showing 98% NO conversion which is applicable to a commercial plant when the catalyst coating layer is expanded by adding the large $TiO_2$ particles during the catalyst preparation. Both of above two methods is regarded as that the broad gates of the larger pores in the coating layer are effectively filled with the proper catalyst. So these results encourage the utilization of sheet filter as a good catalytic filter material with its potential merit of high permeability.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.32
no.6
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pp.231-238
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2022
To secure the mechanical strength of porous Al2O3 ceramics, which can be utilized for filters and catalyst supports is essential for their functionality and durability. Superior mechanical strength would be obtained by tailoring the densification and grain growth during sintering. This study deals with grain growth behavior of a freeze-casted Al2O3 with addition of La2O3. In a temperature range between 1400 and 1600℃, variations of average grain size with sintering time and temperature were observed and analyzed with Gtn-G0n = kt and with k = k0exp(-Ea/RT). As a result, n value and activation energy (Ea) for grain growth were calculated as 3 and 489.09 kJ/mol, respectively. These commonly confirms retardation effect of the La addition during sintering of Al2O3 porous structure. More accurate analysis on the La effect can be followed to provide useful guidance for the selection of additives for better mechanical strength in Al2O3 porous structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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