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전기영동법으로 알루미늄에 침적된 영가 철 나노입자에 의한 질산성 질소의 환원
류원선(Won Ryoo) 한국청정기술학회 2009 청정기술 Vol.15 No.3
최근 주요 수질오염 물질로 대두되고 있는 질산성 질소의 제거를 목적으로 영가 철 나노입자에 의한 질산성 질소의 환원반응성을 평가하였다. 영가 철 나노입자의 제조방법에 따른 반응성 차이를 규명하기 위해 유기용매 상에 계면활성제를 첨가하여 나노미터 크기 수준의 수용액 분산상에서 입자를 합성하는 마이크로에멀젼 방법과, 수용액 상의 철 이온을 환원시켜 입자를 합성하는 두 가지 방법으로 영가 철 나노입자를 합성하였다. 또한 전기영동법으로 알루미늄에 침적시킨 영가 철 나노입자에 의한 질산성 질소 제거속도를 측정하고, 고정화되지 않은 나노 철 입자에 의한 반응속도와 비교하였다. 환원반응을 질산성 질소에 대한 1차 반응으로 가정하여 수용액 방법 및 마이크로에멀젼 방법으로 제조된 영가 철 나노입자의 반응성을 평가한 결과, 반응 속도상수는 각각 1.40×10?² min?¹ 와 3.49×10?² min?¹ 로서 비표면적에 비례하여 증가하였다. 알루미늄에 침적된 나노입자는 현탁된 나노입자의 반응과 비교하여 약 30% 감소된 반응속도를 보였으나, 과량의 질산성 질소가 존재하는 경우 나노 철의 단위 질량당 질산성 질소의 제거효율 면에서 더 우수한 특성을 보였다. 나노철 입자의 현탁액은 반응시간 30분 이내에 반응속도가 감소하는 경향을 보였으나, 알루미늄에 침적된 나노철 입자는 3시간 이상 활성을 유지하였으며, 최종 생성물로 기체 질소를 발생시키는 것을 확인하였다. Reductive reactivity of zero-valent iron nanoparticles was investigated for removal of nitratenitrogen which is considered one of the major water pollutants. To elucidate the difference in reactivity between preparation methods, iron nanoparticles were synthesized respectively from microemulsion and aqueous solution of ferric ions. Iron nanoparticles prepared from microemulsion were deposited on aluminum by electrophoretic method, and their reaction kinetics was compared to that of the same nanoparticles suspended in aqueous batch reaction. With an approximation of pseudo-first-order reaction, rate constants for suspended nanoparticles prepared from microemulsion and dilute aqueous solution were 3.49×10?² min?¹ and 1.40×10?² min?¹, respectively. Iron nanoparticles supported on aluminum showed ca. 30% less reaction rate in comparison with the identical nanoparticles in suspended state. However, supported nanoparticles showed the superior effectiveness in terms of nitrate-nitrogen removal per zero-valent iron input especially when excess amounts of nitrates were present. Iron nanoparticles deposited on aluminum maintained reductive reactivity for more than 3 hours, and produced nitrogen gas as a final reduction product of nitrate-nitrogen.
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압력지연삼투(PRO) 발전 시스템에서 채널 입구 압력차의 영향에 대한 수치해석적 연구
홍성수 ( Sung Soo Hong ),류원선 ( Won Ryoo ),전명석 ( Myung Suk Chun ),정귀영 ( Gui Yung Chung ) 한국화학공학회 2014 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.52 No.1
해수-담수 염도 차 발전을 위한 압력지연삼투(pressure-retarded osmosis: PRO) 시스템의 나권형(spiral wound) 모듈 에서 공급채널과 유도채널 사이의 입구 압력차의 영향이 수치적으로 연구되었다. 그리하여 막을 통한 물과 용질-플럭스들의 변화와 전력이 예측되었다. 막을 통한 물-플럭스의 크기는 두 채널 간 입구 압력차가 증가할수록 x축 방향으로 감소하고 y축 방향으로 증가하였다. 반면에 막을 통한 용질-플럭스의 크기는 반대의 경향을 보였다. 공급채널 내 유체 의 농도는 y축 방향으로 크게 증가하였고, 유도채널 내 농도는 x축 방향으로 크게 감소하였다. 본 시스템에서 입구 압력차가 1~11 atm일 때 공급채널 내 유량은 8~13% 가량 감소하였고, 유도채널 내 유량은 그만큼 증가하였다. 전력밀도는 입구 압력 차가 증가할수록 증가하다가 감소하였다. In the spiral wound module of the pressure-retarded osmosis (PRO) system for the salinity gradient power generation, effects of the inlet pressure differences between feed-channel and draw-channel were studied. Fluxes of water and solute through membrane and power were estimated. The water flux through membrane decreased along the x-direction and increased along the y-direction with the increase of inlet pressure differences between two channels. On the other hand, the solute flux through membrane showed the opposite trend. The concentration of flow in the feed-channel increased a lot along the y-direction and that in the draw-channel decreased along the x-direction. In our system, for the inlet pressure differences of 1~11 atm, the flow rate in the feed-channel decreased about 8~13% and that in the drawchannel increased by the same amount. The power density increased and then decreased with the increasing inlet pressure difference.
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