• Title, Summary, Keyword: 산화환원 생성물

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LiCl 용융염 전해환원 공정 희토류원소 산화물의 화학적 거동

  • Park, Byeong-Heung;Choe, In-Gyu;Jeong, Myeong-Su;Heo, Jin-Mok
    • Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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    • pp.346-346
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    • 2009
  • 산화물 형태 사용후핵연료의 효율적 처분 혹은 재활용을 위한 연구 가운데, 고온의 LiCl 용융염 중에서 전해환원하여 금속으로 환원시킨 후, 환원된 금속을 고온의 LiCl-KCl 용융염에서 전해정련하는 연구가 국내외적으로 활발하게 진행되고 있다. 전해환원을 위해 일정 농도 $Li_2O$가 LiCl 용융염에 첨가되며 $Li_2O$ 농도가 높으면 반응 재질의 부식성이 크게 증가하므로 일반적으로 우라늄 산화물은 1wt% 이하의 $Li_2O$ 농도에서 전해환원 된다. 우라늄 산화물의 전해환원 전위는 $Li_2O$의 전해환원 전위 보다 표준 상태를 기준으로 공정온도인 650 $^{\circ}C$ 에서 약 70 mV 정도 낮기 때문에 전해환원 과정에서 $Li_2O$ 의 환원으로 Li 금속이 생성될 가능성이 있으며 우라늄 산화물은 대부분 직접 전해환원 되지만 일부 Li에 의해 화학적으로 환원되기도 한다. 전해환원 공정에서 환원되지 않은 희토류 산화물은 전해정련 공정에서 $UCl_3$와 반응하여 $UO_2$를 생성시켜 공정 효율을 떨어뜨린다. 따라서 전해환원 공정에서 가능하연 최대한 희토류 산화물을 금속으로 환원시키는 조건을 찾아내는 것이 바람직하고 이를 위해서 우선 전해환원 공정에서 희토류 산화물의 화학적 거동의 이해가 요구된다. 본 연구에서 열역학적 검토를 통하여 희토류 산화물의 환원 조건을 조사한 결과 희토류 산화물은 매운 낮은 $Li_2O$ 농도에서 Li에 의해 환원되고, 1wt% 이하의 $Li_2O$ 농도에서는 Sc와 Lu의 산화물이 $Li_2O$와 복합산화물을 형성하고 이들 복합산화물은 Li에 의해 환원되지 않는 것으로 나타났다. 또한 희토류 원소 별로 희토류 원소 산화물의 Li에 의한 환원 조건으로서 평형상태에서의 $Li_2O$ 농도 즉 환원 임계 $Li_2O$ 농도를 실험적으로 측정하였으며 1wt% $Li_2O$ 농도 이하에서 열역학적 해석과 동일하게 Sc와 Lu만이 복합산화물을 형성하여 Li에 의해 직접환원 되지 않는 것으로 관찰되었다.

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Hydrogen Reduction Characteristics of Ni-based Mixed Oxides: TPR and XRD Study (니켈 기반 혼합 산화물의 수소 환원 특성: TPR 및 XRD 연구)

  • Ryu, Jae-Chun;Cha, Kwang-Seo;Lee, Dong-Hee;Lee, Young-Seak;Park, Chu-Sik;Kim, Young-Ho
    • Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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    • v.21 no.2
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    • pp.89-97
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    • 2010
  • $Al_2O_3$, $TiO_2$, $ZrO_2$, $Al_2O_3-TiO_2$, $Al_2O_3-ZrO_2$, 및 $TiO_2-ZrO_2$ 혼합 산화물을 지지체로 한 Ni 기반 혼합 산화물을 졸-겔법으로 제조하였다. 제조된 혼합 산화물은 1173K에서 열처리 한 후 구조적 특성 변화를 전자현미경 및 X-선 회절 분석을 이용하여 관찰하였으며, 수소를 이용한 승온 환원(TPR; temperature-programmed reduction) 실험을 통하여 1173K 까지 각 시료들의 환원 피크를 비교 고찰하였다. $Al_2O_3$ 또는 $TiO_2$ 가 혼합된 시료의 경우 1173K 에서의 열처리 후 니켈 알루미네이트 또는 니켈 티타네이트와 같은 새로운 결정상의 생성이 관찰되었으나 $ZrO_2$가 혼합된 경우에는 새로운 결정상의 생성이 관찰되지 않았다. TPR 결과에 의하면, $Al_2O_3$ 또는 $TiO_2$를 혼합된 시료의 경우 벌크 NiO의 TPR 결과와는 달리 생성된 새로운 결정상에 기인한 여러 개의 환원 피크가 나타났으나 $ZrO_2$를 혼합한 경우 벌크 NiO와 비슷한 환원 피크를 보였다. TPR 결과를 기초로 Arrhenius plot 으로부터 각 혼합 산화물들의 수소 환원 활성화 에너지를 도출하였다. $ZrO_2$를 지지체로 사용하는 경우 다른 혼합 산화물들보다 지지체로서 안정한 혼합 산화물상을 형성한다는 것을 지시하듯이 상대적으로 가장 낮은 활성화 에너지를 나타냈다.

전해환원 금속전환체 잔류염 제거 기초 실험

  • Park, Byeong-Heung;Jeong, Myeong-Su;Jo, Su-Haeng;Heo, Jin-Mok
    • Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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    • pp.296-296
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    • 2009
  • 산화물 사용후핵연료를 대상으로 하는 파이로 공정은 고온 용융염 매질에서 산화물을 금속으로 전환시키는 전해환원 공정으로부터 시작된다. 이후, 전해정련 공정이 도입되어 전해환원 공정에서 금속으로 환원된 생성물을 처리하게 된다. 전기화학적 공정인 이 두 공정에는 전류전달 매질인 전해질로 용융염이 사용된다. 그러나 전해환원 공정은 LiCl 염을 기반으로 하는 반면 전해정련은 LiCl-KCl 공융염 조건에서 운전하여 두 공정의 연계성 향상 및 공정 안정성 확보를 위해서는 전해환원 공정에서 생성되는 금속전환체에 존재하는 잔류염을 제거하는 공정의 도입이 두 공정사이에 고려되고 있다. 전해환원 공정에서 산화물이 금속으로 환원되는 동안 고체입자의 외형이 유지되며 따라서 제거된 산소에 의해 금속전환체에는 공극이 발생하게 된다. 또한, 전해환원에 도입되는 산화물의 물리적 형태가 분말 또는 펠렛 등 다양한 형태로 도입 가능하여 단위 입자들 사이에 많은 공극이 발생하게 된다. 이렇게 기존재하거나 또는 공정 운전에 의해 새롭게 생성된 공극에는 전해환원 매질인 LiCl 염이 침투하여 금속전환체는 염에 의해 젖게 되며 공정 종료시 고화되어 금속전환체에 포함된다. LiCl을 제거하기 위해서는 가열에 의한 증류가 연구되고 있다. 그러나 LiCl의 낮은 증기압에 의해 비교적 낮은 온도에서 증발시키기 위해서는 감압조건이 필수적으로 고려되어야 한다. 한국원자력연구원에서는 다공성 모의 금속전환체를 사용하여 LiCl에 의한 Wetting 후 적절한 증발 조건 결정을 목적으로 온도 및 압력 조건 설정을 위한 기초실험에 결과를 수행하였다. 본 연구의 기초 실험 결과 $700^{\circ}C$온도 조건과 감압조건이 잔류염 제거를 위한 공정조건임을 밝혔다. 또한 모의 금속전환체를 담고 있는 미세 다공성 Basket은 고온조건에서 공극의 변형에 의해 증발에 대한 저항으로 작용하여 증발 효율을 저하시키는 것으로 나타났다. 따라서 잔류염 제거를 위해서는 전해환원 Basket이 비교적 큰 공극을 지녀야 할 것으로 판단된다.

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Electrochemical Studies on Some Substituted Thiadiazoles (몇 가지 치환 Thiadiazole에 대한 전기화학적 연구)

  • El Maghraby, A. A.;Abou-Elenien, G. M.;Abdel-Reheem, N. A.;Abdel-Tawab, H. R.
    • Journal of the Korean Chemical Society
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    • v.50 no.4
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    • pp.307-314
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    • 2006
  • The redox characteristics of 2-ketohydrazono-3-phenyl-5-substituted-2,3-dihydro-1,3,4-thiadiazoles and its derivatives (1a-h) has been investigated in nonaqueous solvents such as 1,2-dichloroethane (DCE), dichloromethane (DCM), acetonitrile (AN), tetrahydrofuran (THF), and dimethylsulfoxide (DMSO) containing 0.1 mol.dm-3 tetra n-butylammonium perchlorate (TBAP) as supporting electrolyte at platinum ectrode. Through controlled potential electrolysis, the oxidation and reduction products of the investigated compounds can be separated and indentified. The redox mechanism is suggested and proved. It was found that all the investigated compounds are oxidized in two irreversible one-electron processes following the well known pattern of EC-mechanism. On the other hand, these compounds are reduced in a single two electron or in a successive two one electron processes following the well known pattern of EEC-mechanism according to the nature of the substituent

Pyro-Electrochemical Reduction of a Mixture of Rare Earth Oxides and NiO in LiCl molten Salt (LiCl 용융염에서 NiO를 혼합한 희토류 산화물의 파이로 전해환원 특성)

  • Lee, Min-Woo;Jeong, Sang Mun
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.55 no.3
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    • pp.379-384
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    • 2017
  • An electrochemical reduction of a mixture of NiO and rare earth oxides has been conducted to increase the reduction degree of rare earth oxides. Cyclic voltammetry (CV) measurement was carried out to determine the electrochemical reduction behavior of the mixed oxide in molten LiCl medium. Constant voltage electrolysis was performed with various supplied charges to understand the mechanism of electrochemical reduction of the mixed oxide as a working electrode. After completion of the electrochemical reduction, crystal structure of the reaction intermediates was characterized by using an X-ray diffraction method. The results clearly demonstrate that the rare earth oxide was converted to RE-Ni intermetallics via co-reduction with NiO.

Preparation of La0.5Nd0.5Ni5 Alloy by an Electrochemical Reduction in Molten LiCl (LiCl 용융염에서 전해환원법을 통한 La0.5Nd0.5Ni5 합금 제조)

  • Lim, Jong Gil;Jeong, Sang Mun
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.53 no.2
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    • pp.145-149
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    • 2015
  • The electrochemical behavior of $Nd_2O_3-La_2O_3-NiO$ mixed oxide including rare earth resources has been studied to synthesize $La_{0.5}Nd_{0.5}Ni_5$ alloy in a LiCl molten salt. The $Nd_2O_3-La_2O_3-NiO$ mixed oxide was converted to $NiNd_2O_4$ (spinel) and $LaNiO_3$ (perovskite) structures at a sintering temperature of $1100^{\circ}C$. The spinel and perovskite structures led a speed-up in the electrolytic reduction of the mixed oxide. Various reaction intermediates such as Ni, $NiLa_2O_4$ were observed during the electrochemical reduction by XRD analysis. A possible reaction route to $La_{0.5}Nd_{0.5}Ni_5$ in the LiCl molten salt was proposed based on the analysis result.

Morphological Effect of Hematite on the Synthesis of Fayalite in Reducing Atmosphere (환원성 분위기에서의 규산철의 합성에 미치는 산화 제2철의 형태학적 효과에 관한 연구)

  • 임응극;권명수
    • Journal of the Korean Ceramic Society
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    • v.12 no.4
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    • pp.37-42
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    • 1975
  • 철(II)이온을 안정화 하기위하여, 2산화 규소와, 구상, 입방체상 및 침상의 서로 다른형태의 산화 제2철로부터 규산철을 합성하였다. 메타놀증기로 포화시킨 질소까스를 튜브로에 도입시켜 얻은 환원성 분위기속에서, 114$0^{\circ}C$에서 11$65^{\circ}C$의 온도범위에서, 가스유속을 0.13 및 0.25l/min. 로서, 환원시간 4-150분동안 교상반응을 진행하였다. 반응생성의 동태를 오르자트 가스분석으로 검토하였으며, 생성물의 확인은 X-선 회절시험 및 감량정량에 의하였으며, 결과는 다음과 같다. 1 : 1.1의 몰비로 혼합한 산화제2철과 2산화 규소의 경우, 가스유속이 0.13l/min일 때, 규산철 합성반응시간은 구상, 입방체상 및 침상산화철에 있어서 각기 8-27분, 10-16분 및 6-7분으로 구상의 경우가 범위가 가장 넓었다. 또한, 반응속도는 산화제2철의 표면적의 평방근에 비례하였고 반응시간의 평방근에 역비례하였다.

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The Oxidation Study of Pure Tin via Electrochemical Reduction Analysis (전기화학적 환원 분석을 통한 Sn의 산화에 대한 연구)

  • Cho Sungil;Yu Jin;Kang Sung K.;Shih Da-Yuan
    • Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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    • v.11 no.3
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    • pp.55-62
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    • 2004
  • The oxidation of pure Sn and high Pb-Sn alloys was investigated under different oxidizing conditions of temperature and humidity. Both the chemical nature and the amount of oxides were characterized using electrochemical reduction analysis by measuring the electrolytic reduction potential and total transferred electrical charges. For pure tin, SnO grew faster under humid condition than in dry air at $85^{\circ}C$. A very thin (<10 ${\AA}$) layer of SnO, was formed on the top surface under humid condition. The mixture of SnO and $SnO_2$ was found for oxidation at $150^{\circ}C$. XPS and AES were performed to support the result of oxide reduction.

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Thermochemical hydrogen production utilization of M-ferrite (M=Co,Ni,Mn) (M-ferrite를 이용한 열화학적 수소제조(M=Co,Ni,Mn))

  • Cho, Mi-Sun;Kim, Woo-Jin;Woo, Sung-Woong;Park, Chu-Sik;Kang, Kyoung-Soo;Choi, Sang-Il
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.43-46
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    • 2006
  • 본 연구는 페라이트의 Fe 양이온 일부를 Ni, Mn, Co등으로 치환하여 M-ferrites를 제조하여 열화학적 2단계 물 분해 반응의 특성을 비교 평가하였고, XRD, SEM, GC등의 분석으로 각 금속산화물의 특성을 확인하였다. M-ferrites는 고상법으로 제조하였다. 각각의 M-ferrites에 대한 열적환원은 1573K에서 진행하였고 물 분해 반응은 1273K에서 실시하였다. 이 반응에서 생성된 가스는 전량 포집하여 GC를 통해 분석하였다. 반응 전후의 시료에 대하여 SEM, XRD를 분석하여 GC결과와 함께 금속산화물의 산화환원반응 특성을 고찰하였다. 그 결과로서 물 분해 반응 후 M-ferrite (M=Co, Ni, Mn)의 생성을 XRD를 통하여 확인할 수 있었고, 물 분해 반응과의 비교결과 격자상수의 증대가 M-ferrite내의 산소의 환원에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. SEM결과에서는 4cycle의 물 분해 반응 후 Mn-ferrite의 심한 sintering 현상을 확인 할 수 있었다.

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Thermochemical hydrogen production utilization of M-ferrite (M=Co,Ni,Mn) (M-ferrite를 이용한 열화학적 수소제조 (M=Co,Ni,Mn))

  • Cho Mi-Sun;Kim Woo-Jin;Woo Sung-Woong;Park Chu-Sik;Kang Kyoung-Soo;Choi Sang-Il
    • New & Renewable Energy
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    • v.2 no.2
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    • pp.69-74
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    • 2006
  • 본 연구는 페라이트의 Fe 양이온 일부를 Ni, Mn, Co등으로 치환하여 M-ferrite를 제조하여 열화학적 2단계 물 분해 반응의 특성을 비교 평가하였고, XRD, SEM, GC등의 분석으로 각 금속산화물의 특성을 확인하였다. M-ferrites 는 고상법으로 제조하였다. 각각의 M-ferrite에 대한 열적환원은 1573K 에서 진행하였고 물 분해 반응은 1273K 에서 실시하였다. 이 반응에서 생성된 가스는 전량 포집하여 GC를 통해 분석하였다. 반응 전후의 시료에 대하여 SEM, XRD를 분석하여 GC결과와 함께 금속산화물의 산화환원반응 특성을 고찰하였다. 그 결과로서 물 분해 반응 후 M-ferrite (M=Co, Ni, Mn)의 생성을 XRD를 통하여 확인할 수 있었고, 물 분해 반응과의 비교결과 격자상수의 증대가 M-ferrite내의 산소의 환원에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. SEM결과에서는 4cycle의 물 분해 반응 후 Mn-ferrite의 심한 sintering 현상을 확인 할 수 있었다.

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