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SCR 탈질 폐촉매로부터 강염기성 음이온교환수지를 이용한 바나듐/텅스텐 분리거동 고찰
허서진,전종혁,김철주,정경우,전호석,윤도영,윤호성 한국자원리싸이클링학회 2020 資源 리싸이클링 Vol.29 No.5
In this study, factors affecting the adsorption reaction for the separation/recovery of V and W using Lewatit monoplus MP 600, a strong basic anion exchange resin, from the leachate obtained through the soda roasting-water leaching process from the spent SCR DeNOX catalyst investigated and the adsorption mechanism was discussed based on the results. In the case of the mixed solution of V and W, both ions showed a high adsorption ratio at pH 2-6, but the adsorption of W was greatly reduced at pH 8. In the adsorption isothermal experiment, both V and W were fitted well at the Langmuir adsorption isotherm, and the reaction kinetics were fitted well at pseudo-second-order. As a result of conducting an adsorption experiment by adjusting the pH with H2SO4 to remove Si, which inhibits the adsorption of V and W from the leachate, the lowest W adsorption ratio was shown at pH 8.5. Desorption of W was hardly achieved in strongly acidic solutions, and desorption of V was well performed in both strongly acidic and strongly basic solutions. 본 연구에서는 SCR 탈질 폐촉매의 소다배소-수침출 공정을 통해 얻은 침출액으로부터 강염기성 음이온교환수지인 Lewatit monoplus MP 600을 사용하여, V과 W의 분리/회수를 위한 흡착반응에 영향을 미치는 인자들에 대하여 알아보고, 이를 통하여 흡착 메커니즘을 조사하였다. V과 W 혼합용액의 경우 pH 2-6에서는 두 이온 모두 높은 흡착률을 보였지만, pH 8에서 W의 흡착은 크게 저하되었다. 흡착등온실험에서 V과 W 모두 Langmuir 흡착등온식에 적합하였고, 반응속도론적 고찰 결과 pseudo-second-order에 적합하였다. 침출액에서 V과W의 흡착을 저해하는 Si를 제거하기 위하여 H2SO4로 pH를 조절하여 흡착실험을 수행한 결과, pH 8.5에서 가장 낮은 W 흡착률을 보였다. W의 탈착은 강산성 용액에서 거의 이루어지지 않았으며 V은 강산성 용액과 강염기성 용액 모두에서 탈착이 잘 이루어졌다.
이중 패널 벽체구조 무도류벽 원형 물탱크의 보강 및 구조 상세에 따른 거동특성 분석
허서진,여경윤,김진국 한국강구조학회 2023 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.35 No.2
The purpose of this study is to analyze behavior characteristics according to structural details based on FEM analysis for optimal design of a circular water tank with double panel wall. Design seismic load and distribution of hydrodynamic pressure from design codes are investigated in order to determine a proper application to the seismic design of the circular water tank. Based on the full-scale FEM analysis using shell elements, the influence of X-bracing and L-angle stiffener are investigated. From the numerical analysis, it is confirmed that using the X-bracing at the upper wall and the L-angle stiffener at the outer lower wall is more efficient to reinforce the tank. In addition, for the same capacity, the change in the behavior of the wall according to the spacing between interior and exterior walls is negligible. The inner wall, which hydrostatic pressure is balanced inside and outside, is exposed to buckling due to the hydrodynamic pressure in compression direction, and reinforcement details using the L-angle stiffener are proposed. 이 연구는 이중 패널 벽체구조 원형 물탱크의 최적 설계를 위해 FEM 해석을 기반으로 보강 상세에 따른 거동 분석을 목표로 한다. 이중 패널 벽체구조 원형 물탱크의 내진설계를 위해 내진하중 산정 및 동수압의 분포를 정립하였으며, 이를 기반으로 실제규모의 shell 요소 기반 유한요소해석모델을 구축하였다. 벽체 보강재인 X 브레이싱의 설치 상세에 따른 거동 분석을 기반으로 최적설치 형태를 제시하였으며, L-앵글의 설치 간격에 따른 외벽 거동을 분석하였다. 또한, 이중 패널 벽체구조 원형 물탱크에서 정수압이안팎으로 상쇄되는 내벽은 압축 방향 동수압에 의해 좌굴 위험에 노출됨에 따라, L-앵글을 사용한 내벽 좌굴 보강안을 제안하였다.
벤조산 추출을 위한 Sieve-tray Extraction Column의 CFD 설계
허서진,윤도영 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0
순수한 물질을 제조하는 화학 공정에서 추출은 정제과정으로 널리 쓰이는 방법이다. 추출은 액-액 추출, 기-액 등의 다양한 추출법이 있고, 본 연구에서는 액-액 추출에 대한 연구를 수행하였다. 액-액 추출을 위한 탑의 종류에는 packed-bed, sieve-tray 등이 있는데, 이 중에서 sieve-tray 추출탑을 모델링하고자 하였고, 참고 문헌과 CFD 해석으로 얻은 결과를 비교하여 다상모델 유동장(flow field and multi-phase volume fraction contribution)의 신뢰성을 확보하였다. 그리고 물질전달 방적식을 추가로 적용하여 벤젠 상에 포함된 벤조산이 물로 추출되는 현상을 구현하였다. CFD로 모델링한 추출탑을 불로 채워둔 후, 무거운 상인 물을 위에서 유입하고 가벼운 상인 벤조산이 섞인 벤젠을 아래에서 유입시켜 공정을 진행 하였다. 아래에서 유입된 벤젠은 밀도차에 의해 다공판을 통과하여 위쪽으로 이동되어 배출되었고 벤젠으로부터 추출된 벤조산이 포함된 물은 downcomer를 통해 아래쪽으로 이동하여 배출되었다. 정상상태 및 비정상상태 해석을 적절한 방법으로 결합하여 추출능력과 맥동이 존재하는 경우의 성능을 CFD로 해석하였다.
침전온도 및 수용액 pH가 암모늄메타바나데이트 침전반응에 미치는 영향
허서진,김리나,정경우,전호석,김철주,윤호성 한국자원리싸이클링학회 2021 資源 리싸이클링 Vol.30 No.6
In this study, the effect of the solubility of ammonium metavanadate and the decomposition ratio of ammonium ions on a precipitation reaction—the precipitation of ammonium metavanadate by adding ammonium chloride to a sodium vanadate solution—was investigated. As the precipitation temperature and pH increased, the decomposition ratio of ammonium ions increased, and the decomposition ratio was greater than 81% at 45 °C and pH 9.3. This was approximately four times higher than that at pH 8. The result of the precipitation reaction, in view of these two factors that significantly influence the precipitation reaction, was that the precipitation yield increased as the temperature increased. However, the effect of temperature was not significant above 35 ℃. A kinetic study of the precipitation reaction revealed that the activation energy of the reaction was 42.3kJ/mol. Therefore, considering the solubility of ammonium metavanadate, the lower the temperature, the better the vanadium recovery yield. Additionally, considering the decomposition of ammonium ions, the lower the pH of the aqueous solution, the more advantageous. However, at pH 8 or less, sodium polyvanadate is precipitated and the purity of vanadium oxide may reduce. 본 연구에서는 소듐바나데이트 수용액에 염화암모늄을 첨가하여 암모늄메타바나데이트를 침전시킬 때, 암모늄메타바나데이트의 용해도와 암모늄이온의 분해율이 침전반응에 미치는 영향을 알아보았다. 침전온도와 수용액 pH가 증가함에 따라 암모늄 이온의 분해율이증가하였으며 45 ℃에서 수용액 pH 9.3일 때 분해율은 81% 이상으로 pH 8일 때와 비교하였을 때 약 4배 정도 증가하였다. 그러므로 침전 반응에 큰 영향을 미치는 침전온도와 수용액 pH 두 인자를 고려하여 침전반응을 수행한 결과, 침전온도가 증가함에 따라 침전속도가증가하였으나 35 ℃ 이상에서는 침전온도의 영향이 크지 않았다. 침전반응 속도론적 고찰을 통하여 얻은 침전반응의 활성화 에너지는42.3 kJ/mol이었다. 이와 같은 연구를 통하여 암모늄메타바나데이트의 용해도를 고려하였을 때 침전온도는 낮을수록 바나듐 회수율에유리하였다. 또한 암모늄 이온의 분해를 고려하였을 때 수용액의 pH는 낮을수록 유리하나 pH 8 이하에서는 소듐폴리바나데이트가 침전되며 바나듐 산화물의 순도 저하가 야기될 수 있었다.
SCR 탈질 폐촉매로부터 이온교환칼럼을 이용한 바나듐과 텅스텐의 분리
허서진,전종혁,김리나,김철주,정경우,전호석,윤호성,Heo, Seo-Jin,Jeon, Jong-Hyuk,Kim, Rina,Kim, Chul-Joo,Chung, Kyeong Woo,Jeon, Ho-Seok,Yoon, Ho-Sung 한국자원리싸이클링학회 2021 資源 리싸이클링 Vol.30 No.4
Vanadium and tungsten can be obtained by separating/recovering the leaching solution from a spent SCR DeNO<sub>X</sub> catalyst using the soda roasting-water leaching process. Therefore, in this study, the adsorption/desorption mechanism of vanadium and tungsten in an ion-exchange column was investigated using Lewatit MonoPlus MP 600, a strong basic anion exchange resin. The operating conditions for the separation of vanadium and tungsten in the ion-exchange column was intended to present. By conducting a continuous adsorption experiment in a pH 8.5 solution, the adsorption capacity of vanadium and tungsten was found to be 44.75 and 64.92 mg/(g of resin), respectively, which showed that the adsorption capacity of tungsten was larger than that of vanadium because of the difference in ion charge. Vanadium has a higher affinity for MP 600 than tungsten. Consequently, as the vanadium-containing solution is eluted through the ion exchange resin onto which tungsten is adsorbed, the adsorbed tungsten is exchanged with vanadium and desorbed. A continuous experiment was performed with a solution of vanadium and tungsten prepared at the same concentration as the spent SCR DeNO<sub>X</sub> catalyst leachate. The adsorption capacity of vanadium was found to be 48.72 mg/(g of resin) and 80% of the supplied vanadium was adsorbed; in contrast, almost no tungsten was adsorbed. Therefore, vanadium and tungsten were separated effectively. The ion exchange resin was treated with 2 M HCl at 15 mL/h, and 97.7% of the vanadium(99% purity) could be desorbed. After desorption, NH<sub>4</sub>Cl was added to precipitate ammonium polyvanadate at 90℃ and recover 93% of the vanadium.