One-dimensional (1D) piezoelectric nanostructures are attractive candidates for energy generation because of their excellent piezoelectric properties attributed to their high aspect ratios and large surface areas. Vertically grown BaTiO3 nanotube (NT) arrays on conducting substrates are intensively studied because they can be easily synthesized with excellent uniformity and anisotropic orientation. In this study, we demonstrate the synthesis of 1D BaTiO3 NT arrays on a conductive Ti substrate by electrochemical anodization and sequential hydrothermal reactions. Subsequently, we explore the effect of hydrothermal reaction conditions on the piezoelectric energy conversion efficiency of the BaTiO3 NT arrays. Vertically aligned TiO2 NT arrays, which act as the initial template, are converted into BaTiO3 NT arrays using hydrothermal reaction with various concentrations of the Ba source and reaction times. To validate the electrical output performance of the BaTiO3 NT arrays, we measure the electricity generated from each NT array packaged with a conductive metal foil and epoxy under mechanical pushings. The generated output voltage signals from the BaTiO3 NT arrays increase with increasing concentration of the Ba source and reaction time. These results provide a new strategy for fabricating advanced 1D piezoelectric nanostructures by demonstrating the correlation between hydrothermal reaction conditions and piezoelectric output performance.

Magnesium hydroxide sulfate hydrate (MHSH) whiskers were synthesized via a hydrothermal reaction by using MgO as the reactant as well as the acid solution. The effects of the H2SO4 amount and reaction time at the same temperature were studied. In general, MHSH whiskers were prepared using MgSO4 in aqueous ammonia. In this work, to reduce the formation of impurities and increase the purity of MHSH, we employed a synthesis technique that did not require the addition of a basic solution. Furthermore, the pH value, which was controlled by the H2SO4 amount, acted as an important factor for the formation of high-purity MHSH. MgO was used as the raw material because it easily reacts in water and forms Mg+ and MgOH+ ions that bind with SO4 2- ions to produce MHSH. Their morphologies and structures were determined using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM).

고준위폐기물처분장에서 완충재는 오랜 기간 동안 방사성핵종의 붕괴열과 여러가지 화학조건의 지하 수에 노출되며, 이러한 열수조건은 완충재물질의 차수 및 핵종저지 방벽성능에 심각한 영향을 줄 수 있 다. 본 연구에서는 국산 스멕타이트를 대상으로 열수실험을 수행하고, 열수반응에 의한 스멕타이트 점토 의 팽창도, 층전하, 양이온교환능의 변화를 조사하였다. 열수실험 결과, 온도와 용액 중 칼륨농도를 증가 시켰을 때, 스멕타이트의 팽창도는 감소하였고, 층전하는 더 큰 음전하를 가졌으며, 양이온교환능도 감소 하였다.

This study was carried out to synthesis the zeolite using the bituminous coal fly ash emitted from power plant that occurs several environmental problems. In spite of fly ash has contained high content of SiO2 and Al2O3, it disposed mainly landfill. If the effective methods to recover the SiO2 and Al2O3 were developed, the fly ash could be utilized valuable raw materials. In this study, fly ash was used as raw material to synthesize the zeolite by pressurized hydrothermal reaction. Also, experimental parameters included temperature(70~110℃, and pressure(140~200 psi) of crystallization were investigated. The more crystallization pressure was increased, the more Zeolite 4A was synthesized at 70 and 90℃. Zeolite 4A of metastable phase tend to be transformed into sodalite of stable phase at 110℃.

수열탄화 (HTC, Hydrothermal Carbonization)는 수분함량이 높은 바이오매스를 바로 적용하여 닫힌계에서(closed system)에서 승온 시키면 150℃∼250℃범위에서 열수(hot water)에 의하여 고형물의 유기물 일부가 분해되기 시작하여, 탈카르복실화(decarboxylation)와 탈수(dehydration)반응이 유도되며 O/C, H/C 비율을 낮추고 탄소고정을 통해 바이오매스 고형연료의 에너지밀도를 높여 연료로서의 특성이 향상된다. 또한 수열탄화 반응시 높은 수분함량을 건조하여 수분을 증발시키지 않고 물로 분리함으로서 수분 제거시 소비되는 에너지를 일반 건조기술 대비 50%이상 절감함으로서 하수슬러지 고형연료화의 경제성을 향상 시킬 수 있다. 이렇게 분리된 액체생성물에는 유기물 분해에 의해서 용해성 유기물이 다량 농축되어 혐기소화의 전처리 기술로도 적용되고 있다. 본 연구에서는 I시 하수슬러지를 1년간 매달 sampling하여 계절별 하수슬러지 물리화학적 특성 변화와 수열탄화 적용 시 반응 및 연료 특성 변화를 확인하였다. 따라서 상용화 수열탄화 기술을 적용시 계절에 상관없이 안정적인 고형연료 확보 가능성을 확인하였다.

지속적인 경제 성장으로 인한 생활 패턴 및 소비구조의 변화에 의해 폐기물 발생량은 급격히 증가하였으며, 발생 및 특성에 따른 적정처리에 대한 어려움을 겪고 있다. 특히, 유기성 폐기물은 2012년 해양 투기의 전면금지에 따라서 대체할 수 있는 처리 방안에 대해 지속적으로 방법을 강구하고 있는 실정이다. 음식물 폐기물의 경우 높은 유기물 함량과 높은 수분함량으로 직접적인 연료화보다는 퇴비화 및 사료화 등으로 처리하고 있으나, 악취 및 폐수 처리문제 등이 야기되고 있다. 본 연구에서는 수열탄화를 이용하여 Biochar를 생산하고, 생산한 Biochar 특성변화에 대한 연구를 진행하였다. 수열탄화의 온도변화에 따라서 음식물퓨 폐기물의 유기물의 특성 변화 및 연료 특성 변화에 대한 상관관계와 적용성에 대한 평가하였으며, 실험조건은 180-240℃에서 1시간동안 반응하였다. Biochar의 특성분석을 위행원소분석, 공업분석, 발열량 및 유기물 변화 등을 분석하였다. 수열탄화를 통해 발열량이 증가하였으며, 탈수성이 향상되는 결과를 얻었다. 음식물의 유기물의 용해에 의해 Product yield는 낮아지는 결과를 보였다. 화학적으로는 탄소함량의 증가를 통해 발열량이 증가하였다고 판단되며, 높은 온도에서는 분해율이 높아서 고형물 및 탄소 함량이 낮아지는 결과를 알수있었다. 수열탄화를 통해 얻어진 Biochar는 국내 Bio-SRF 기준에 적합한 결과를 보였으며, 수열처리는 음식물류 폐기물 처리의 한 방법으로 제시가능하다고 판단된다.

생활폐기물 소각재를 용융시켜 제조한 슬래그에는 제올라이트 합성에 영향을 주는 많은 불순물이 포함되어 있다. 이러한 불순물들은 원하는 제올라이트 합성을 방해하며, 수율과 순도를 저하시킨다. 용융 슬래그에는 특히 Fe2O3, FeO 그리고 CaO가 많이 포함되어 있다. 이런 불순물들을 제거하기 위해 염산으로 슬러리의 초기 pH를 1, 3, 5 그리고 7로 하여 각각 처리하였다. 실험결과, 슬러리의 초기 pH가 낮아질수록 SiO2, Fe2O3, TiO2 등의 함량은 증가되었으나, Al2O3, FeO, CaO, Na2O, K2O, MgO 등의 함량은 감소되었다. 염산처리한 슬래그를 NaOH 용액과 함께 80℃에서 반응시킨 결과, 슬래그, pH 7과 pH 5에서 처리한 시료로부터는 토버모라이트(tobermorite)가, pH 3과 pH 1에서 처리한 시료로부터는 Na-P1형과 Na-X형 제올라이트가 생성되었다. 또한 CaO가 제올라이트 합성을 방해한다는 것을 확인하였다.