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Yoon, Kwangsuk,Jung, Jong-Min,Cho, Dong-Wan,Tsang, Daniel C.W.,Kwon, Eilhann E.,Song, Hocheol Elsevier 2019 Journal of hazardous materials Vol.366 No.-
<P><B>Abstract</B></P> <P>Co-pyrolysis of lipid waste and red mud was investigated to achieve valorization of red mud by fabricating biochar composite. For the further sustainable approach, this study intentionally employed carbon dioxide (CO<SUB>2</SUB>) as reaction medium in the co-pyrolysis process. The use of CO<SUB>2</SUB> on co-pyrolysis of lipid waste and red mud enabled manipulation of the carbon distributions between pyrogenic products. CO<SUB>2</SUB> expedited the thermal cracking of lipid waste and further reacted with lipid waste during the thermolysis. These mechanistic roles of CO<SUB>2</SUB> were catalytically enhanced by the presence of mineral phases (Fe<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>) in red mud, thereby resulting in the enhanced formation of CO (40 times more at 550 °C). However, CO<SUB>2</SUB> suppressed dehydrogenation of lipid waste (∼ 50%), which resulted in the different pathway for reducing iron oxide in red mud. Moreover, as an aspect of valorization of red mud, catalytic capability of biochar composite was evaluated. As a case study, biodiesel (FAMEs) were synthesized, and all experimental findings suggested that biochar composite could be an effective catalyst for biodiesel synthesis. As compare to biodiesel synthesis using silica (92% yield at 360 °C), the equivalent biodiesel yield was achieved with the biochar at much lower temperature (130 °C).</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Valorization of red mud and lipid waste via the thermo-chemical process. </LI> <LI> Enhanced energy recovery in the thermo-chemical process using CO<SUB>2</SUB>. </LI> <LI> Fabrication of biochar composite from red mud and lipid waste. </LI> <LI> Biodiesel synthesis using biochar composite. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
오렌지껍질 및 적니의 공동-열분해를 통한 금속-탄소 복합체 제조 및 이를 활용한 비소(V) 및 니켈(II)의 동시 처리
윤광석 ( Kwangsuk Yoon ),권기훈 ( Gihoon Kwon ),송호철 ( Hocheol Song ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2020 No.-
본 연구는 N<sub>2</sub>와 CO<sub>2</sub> 환경에서 산업폐기물인 적니와 음식물 쓰레기인 오렌지 껍질의 열분해를 통해 금속-탄소 복합체(N<sub>2</sub>C 및 CO<sub>2</sub>C)를 새롭게 제조하였다. 이 복합체의 제조 과정 중 합성가스(syngas) 발생량을 비교하였으며, 제조된 복합체를 활용하여 비소(V)와 니켈(II)의 공동-흡착 실험을 수행하였다. 열분해 과정 중 발생한 합성가스는 N<sub>2</sub> 환경보다 CO<sub>2</sub> 환경에서 더 많은 CO를 발생시킬 수 있다는 이점을 확인하였다. 또한, 제조된 복합체의 특성분석(Fe-SEM 및 BET, XRD, FT-IR) 결과, 두 종류의 복합체의 형상은 큰 차이가 없었지만, 적니 내의 철(Fe)상이 변한 것을 확인하였다(적니: Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, N<sub>2</sub>C: Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> 및 Fe<sup>0</sup>, CO<sub>2</sub>C: Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>). 흡착 실험의 경우 공동-흡착량과 비교하기 위해 비소(V)와 니켈(II)의 단일 흡착 실험도 함께 수행하였다. 단일 흡착 결과, 두 복합체의 흡착능은 유사했으며(N<sub>2</sub>C - As(V): 7.5 mg g<sup>-1</sup>, Ni(II): 16.2 mg g<sup>-1</sup>, CO<sub>2</sub>C - 비소(V): 5.6 mg g<sup>-1</sup>, 니켈(II): 15.1 mg g<sup>-1</sup>), 공동-흡착도 두 복합체의 흡착량은 유사했다. 하지만, 단일 흡착보다 공동-흡착에서 더 향상된 흡착능을 보여주었다. 예를 들어, CO<sub>2</sub>C의 경우 13.4 mg g<sup>-1</sup> 비소(V)와 17.6 mg g<sup>-1</sup> 니켈(II)의 흡착능이 관찰되었다. 이는 니켈(II)와 비소(V)가 복합화(complexation)에 의해 추가적인 제거가 일어난 것으로 추정된다. 따라서 본 연구의 전반적인 결과를 통해 CO<sub>2</sub> 열분해는 폐기물을 효율적인 환경 매체로 전환할 수 있는 실행 가능한 플랫폼을 제공할 수 있으며, CO<sub>2</sub> 열분해를 통해 제조된 복합체는 폐수 처리에서 실용적으로 큰 의미를 갖는 양이온성 및 음이온성 중금속을 동시에 처리 가능하다는 것을 증명하였다.
적니와 유기성 폐기물의 공동열분해를 통한 금속 바이오차의 제조 및 활용
윤광석 ( Kwangsuk Yoon ),장희진 ( Heejin Jang ),송호철 ( Hocheol Song ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
적니(red mud)는 알루미늄 생산을 위해 보크사이트(bauxite)를 Bayer 공정(전 세계적으로 95% 이상 사용)을 통해 처리하는 과정에서 필연적으로 발생하는 고체 폐기물이다. 이 적니는 생산과정에서 알루미늄 1톤당 약 1-1.5 톤이 발생한다. International Aluminium Institute(IAI)에 따르면, 전 세계적으로 2020년에 연간 약 1억3천4백만 톤의 알루미늄을 생산되었으며, 이 생산에 의해 발생된 적니는 약 1억3천4백만-2억1백만 톤으로 추정된다. 이 막대한 양의 적니는 대부분 매립 부지를 조성하여 매립 후 복토하는 방법으로 처리하고 있다, 하지만, 이는 부지의 부족 문제뿐만 아니라 독성 및 높은 알칼리성(> pH 11), 높은 금속 함량(예, Fe 및 Ti, Al 등) 때문에 심각한 생태계 및 환경적 문제를 야기할 수 있다. 이에 따라 많은 연구자들은 매립 후 복토에 대한 대처 방안을 위해 많은 노력을 시도하고 있다. 예를 들어, 건설 재료(시멘트 및 벽돌 등)로의 재이용 및 토양 개량, 중금속 흡착, 중화제, 철 회수, 탄소 광물화 등의 다양한 연구를 수행하고 있다. 하지만, 매년 막대한 양의 발생에 비해 처리할 수 있는 기술은 한계가 있다. 따라서 더 다양한 처리 연구 및 기술이 필요하며, 본 연구에서는 적니와 유기성 폐기물(리그닌 및 톱밥, 오렌지 껍질 등)을 혼합하여 공동열분해(co-pyrolysis)를 금속 바이오차를 제조하고 이를 환경(흡착 및 환원) 및 에너지(촉매) 분야에 활용하는 연구를 수행하였다.
윤여원(Yoon Yeowon),채광석(Chae Kwangsuk),송규환(Song Kyuhwan) 한국지반환경공학회 2009 한국지반환경공학회논문집 Vol.10 No.3
본 연구는 발전소의 적치장에서 채취한 석탄회의 정적 및 동적 강도를 제시하였다. 석탄회는 주로 저회로 이루어져 있으며 정적 및 동적 강도를 평가하기 위하여 NGI형 단순전단시험, 반복단순전단시험 및 직접전단시험을 수행하였으며, 이러한 시험으로 부터의 강도를 모래의 강도와 비교하였다. 본 연구에 사용된 석탄회 속에 있는 저회는 입도분포에 의하면 모래로 분류되었으며 모래보다 높은 강도 특성을 보였다. 석탄회를 토목공사에 활용되기 위해서 사질토와 석탄회를 50:50의 비율로 배치플랜트에서 섞어 사용하는 것은 사질토층과 석탄회층을 교대로 층별 시공하는 것보다 비효율적이다. 혼합시공과 층별시공을 모사하기 위하여 모래와 석탄회가 50:50으로 조성된 시료를 준비하였다. 시험결과 혼합에 의한 시료가 층별시료보다 약간 큰 정적 및 동적 강도를 나타내었다. 높은 강도는 주로 저회의 모난 입자로부터 기인된 것으로 보인다. 혼합시료에서 액상화시의 반복응력비는 반복횟수가 증가함에 따라 층별시료보다 급격히 감소하였다. This study presents static and dynamic strength of coal ashes collected from disposal site of power plant. Main compositions of coal ashes were bottom ashes. In order to evaluate static and dynamic characteristics of coal ash, NGI direct-simple shear tests, cyclic simple shear tests and direct shear tests were conducted. The strengths of coal ashes from those tests were compared to those of sands. Bottom ashes among coal ashes used for this study were classified as sand from the grain size distribution and show higher strength properties than the sands. For utilization of coal ashes in civil engineering project, mixing coal ashes with sandy soil using batch plant is inconvenient and the cost is higher than the spreading sand layer and coal layer alternately. In order to simulate both mixing type and layered type construction, sands and coal ashes were mixed with volume ratio 50:50 and prepared sand and coal ash layers alternately with the same volume ratio. From the tests mixed coal ashes-specimen shows slightly higher static and cyclic strength than the layered specimen at the same density. The higher strength seems due to the angular grain of bottom ashes. The cyclic stress ratio at liquefaction decreases rapidly as the number of cycle increases at mixed specimen than that of layered specimen.
Cho, Dong-Wan,Yoon, Kwangsuk,Ahn, Yongtae,Sun, Yuqing,Tsang, Daniel C.W.,Hou, Deyi,Ok, Yong Sik,Song, Hocheol Elsevier 2019 Journal of hazardous materials Vol.374 No.-
<P><B>Abstract</B></P> <P>This study fabricated a new and multifunctional mixed metal-biochar composites (MMBC) using the mixture of two abundant industrial wastes, red mud (RM) and lignin, via pyrolysis under N<SUB>2</SUB> atmosphere, and its ability to treat wastewater containing various contaminants was comprehensively evaluated. A porous structure (BET surface area = 100.8 m<SUP>2</SUP> g<SUP>−1</SUP>) was created and metallic Fe was formed in the MMBC owing to reduction of Fe oxides present in RM by lignin decomposition products during pyrolysis at 700 °C, which was closely associated with the transformation of liquid to gaseous pyrogenic products. The potential application of the MMBC was investigated for the removal of heavy metals (Pb(II) and Ni(II)), oxyanions (As(V) and Cr(VI)), dye (methylene blue), and pharmaceutical/personal care products (para-nitrophenol and <I>p</I>CBA). The aluminosilicate mineral, metallic Fe, and porous carbon matrix derived from the incorporation of RM and lignin contributed to the multifunctionality (<I>i.e.</I>, adsorption, chemical reduction, and catalytic reaction) of the MMBC. Thus, engineered biochar composites synthesized from selected industrial wastes can be a potential candidate for environmental applications.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Novel MMBC fabrication from RM and lignin wastes via one-step pyrolysis in N<SUB>2</SUB> atmosphere. </LI> <LI> MMBC exhibited hierarchical porous structure, various functional groups, and metallic Fe. </LI> <LI> Incorporated RM promoted syngas generation and hydrocarbons decomposition of lignin. </LI> <LI> Demonstrated multifunctionality (adsorption, reduction, and catalysis) of MMBC. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>