원저우 대학교(Wenzhou University)의 야오 샤오(Yao Xiao) 교수 연구팀이 주도한 최근 연구는 다음을 밝혀냈습니다.벌크 결함 공학과 통합된 표면 재구성이 나트륨(Na) 층상 산화물 양극의 오랜 안정성 한계를 어떻게 극복할 수 있는지 보여줍니다. 이론적 계산, 방사광 X선 흡수 분광법, 공명 비탄성 X선 산란, 구면 수차 보정 주사 투과 전자 현미경, 작동 중 전기화학 질량 분석법 및 주사 전자 현미경을 조합하여 사용한 연구진은 Y 유도 벌크 결함 조절과 견고한 재구성 표면층이 함께 작용하여 벌크 및 계면 화학을 모두 안정화할 수 있음을 입증했습니다. 이 전략은 과도한 격자 산소 산화와 O-O 이머 형성을 억제하고, 나트륨 이온 수송을 개선하며, 전이 금속 용출을 줄이고, 격자 변형을 완화하며, 산소 산화-환원 가역성을 향상시킵니다. 그 결과 고전압 나트륨 층상 산화물 양극의 반응 속도론, 사이클 안정성 및 전기화학적 성능이 크게 향상되었습니다. 이 연구는 다음 제목으로 발표되었습니다. “나트륨 층상 산화물 양극을 위한 기존 화학적 변조를 뛰어넘는 표면 재구성 통합 벌크 결함 공학” 이 연구는 Advanced Materials에 2026년에 게재되었습니다. 나트륨 층상 산화물 양극에 더 나은 안정화가 필요한 이유 비용 절감과 수명 연장이라는 두 가지 목표가 에너지 저장 시스템의 개발을 계속해서 견인하고 있습니다. 나트륨 이온 배터리는 나트륨 자원이 풍부하고 비용이 비교적 저렴하기 때문에 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 작동 메커니즘 또한 리튬 이온 배터리와 유사하여 대규모 에너지 저장을 위한 유망한 경로가 되고 있습니다. 후보 양극 재료 중 일반식 O3형 NaTMO2인 전이 금속 층상 산화물은 비교적 높은 이론적 용량, 간단한 합성, 비교적 높은 탭 밀도로 인해 특히 매력적입니다. 그러나 고전압에서의 심층 탈나트륨화는 일련의 구조적 및 계면 문제를 야기합니다. 여기에는 상전이, 전이 금속 이동, 격자 산소 손실 및 계면 부반응이 포함될 수 있습니다. 이러한 과정이 함께 작용하면 구조 붕괴, 용량 감소, 입자 균열 및 분쇄가 발생할 수 있습니다. 표면 코팅, 벌크 도핑, 산소 공공 조절과 같은 기존 전략은 벌크, 표면 또는 계면 거동의 특정 측면을 개선할 수 있지만, 세 가지를 동시에 최적화하기는 여전히 어렵습니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 원저우 대학교의 야오 샤오 교수 연구팀은 다중 스케일 특성 분석 워크플로우의 일환으로 CIQTEK 주사 전자 현미경을 사용하여 심층 조사를 수행했습니다. O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2를 모델 양극으로 사용하여 연구진은 표면 재구성 통합 벌크 결함 공학 전략을 개발하여 벌크, 표면 및 계면 안정성을 동시에 조절했습니다. 연구진은 재료에 적절한 양의 Y를 도입함으로써 국부적인 전자 구조와 결함 화학을 조절했습니다. 강력한 Y-O-TM 결합 효과는 산소 공공과 관련된 전하 보상과 함께 O 2p 궤도 전자 구조를 조절하고, 과도한 격자 산소 산화와 전하 국소화로 인한 O-O 이머 형성을 억제합니다. 동시에 재구성된 표면상은 계면 나트륨 이온 수송을 개선할 뿐만 아니라 계면 부반응과 전이 금속 용출을 억제하는 데 도움이 되는 기계적으로 견고한 장벽을 제공합니다. 그 결과, 산소-산화환원 가역성과 국부적 배위 안정성이 모두 크게 향상되어 전기화학적 동역학 및 전하 전달 효율이 개선되었습니다. 연구팀은 이론적 계산, 싱크로트론 X선 흡수 분광법, 공명 비탄성 X선 산란, 구면 수차 보정 주사 투과 전자 현미경, 작동 중 전기화학 질량 분석법 및 기타 고급 특성 분석 방법을 사용하여 이러한 결론을 뒷받침했습니다. CIQTEK 주사 전자 현미경 또한 구조 분석을 뒷받침하는 중요한 형태학적 증거를 제공하는 데 사용되었습니다. 그림 1. 순수 및 Y-개질 Na-층상 산화물 양극의 구조 및 조성 특성 분석. 구조 및 조성 특성 분석 첫 번째 결과 그룹은 순수 및 개질된 재료의 결정 구조, 전자 상태, 원소 분포 및 다중 스케일 형태를 조사합니다. 분말 X선 회절 및 Rietveld 정밀화 분석 결과, 개질된 샘플은 육방정계 O3 층상 구조를 유지하며, Y 함유 개질과 관련된 약한 특성 회절 피크만 나타납니다. 약간 확장된 격자 매개변수는 개질이 전체 층상 골격을 파괴하지 않으면서 측정 가능한 구조적 효과를 생성함을 나타냅니다. Ni K-edge X선 흡수 분광법 및 푸리에 변환된 확장 X선 흡수 미세 구조 측정은 개질이 평균 국부 배위 환경을 변화시키는 동시에 NiO6 팔면체 골격의 안정성을 향상시킨다는 것을 추가로 입증합니다. O K-edge 연 X선 흡수 분광법은 전자 상자성 공명 측정과 함께 개질된 재료 내 산소 공공 농도가 증가했음을 확인합니다. 깊이 분해능 하드 X선 광전자 분광법은 표면에서 벌크로 갈수록 Na와 Y의 화학적 상태 변화를 추가로 밝혀냅니다. 결과는 Y 함유 배위 환경의 존재를 뒷받침하며, Y가 국부적인 Y-O-TM 배위 구조에 참여함을 나타냅니다. 주사 전자 현미경은 개질된 양극이 구형 이차 입자 형태를 유지함을 보여줍니다. 선택 영역 전자 회절 및 고해상도 전자 현미경은 개질된 샘플이 층상 벌크 상을 보존하면서 표면 재구성 층을 포함하고 있음을 추가로 밝혀냅니다. 원소 매핑은 Ni, Fe, Mn이 입자 전체에 비교적 균일하게 분포되어 있는 반면, Y는 표면 근처에 농축되어 내부로 갈수록 구배를 이룸을 보여줍니다. 종합하면, 이러한 관찰 결과는 벌크 및 표면 영역 모두에서 성공적인 개질이 이루어졌음을 확인시켜 줍니다. 그림 2. 순수 및 Y-개질 Na-층상 산화물 양극의 전기화학적 성능 및 동역학적 거동. 전기화학적 성능 및 반응 동역학 전기화학 데이터는 개질된 양극이 명확한 성능 이점을 가짐을 입증합니다. 0.1 C에서의 정전류 충방전 곡선은 순수 재료가 뚜렷한 전압 히스테리시스와 비교적 낮은 초기 쿨롱 효율을 가짐을 보여줍니다. 반면, 개질된 샘플은 더 낮은 충방전 히스테리시스와 약 94.1%의 초기 쿨롱 효율을 보여 반응 가역성이 향상되었음을 나타냅니다. 미분 용량 분석은 개질된 샘플의 ...

라디칼 중간체의 형성을 이해하는 것은 전기화학 반응 속도와 선택성을 제어하는 데 핵심적입니다. 전극 계면에서 수명이 짧은 이러한 중간체는 반응 결과에 큰 영향을 미치며, 최종 생성물에만 의존하면 추측에 불과한 메커니즘으로 이어질 수 있습니다. Operando EPR 사용 CIQTEK 벤치탑 EPR200M 연구자들은 라디칼을 현장에서 직접 포착하여 생성 순서와 구조적 특징을 파악하고, 이를 통해 강력한 메커니즘적 증거를 확보할 수 있습니다. 최근 베이징 기술대학교(Sun Zaicheng/Liu Yichang), 칭화대학교(Yang Haijun), 우한대학교(Lei Aiwen)가 협력하여 소설을 소개했습니다. 3D 프린팅 전해 전지 맞춤 제작됨 현장 EPR 고정밀 디지털 광처리(DLP) 기술로 제작된 이 평면 셀은 전기화학 시스템과의 재현 가능한 통합을 가능하게 합니다. 연구 결과는 다음 학술지에 발표되었습니다. 화학공학저널 제목 아래 작동 중 EPR 테스트를 위한 맞춤형 전해 셀: 아미노 및 페놀 라디칼의 생성 및 정확한 구조 규명 이 워크플로우가 대표적인 반응 전반에 걸쳐 급진적인 구조를 밝혀내는 능력을 보여줍니다. 방법론적 혁신: 재현 가능한 작동 중 EPR 측정을 위한 3D 프린팅 평면 전해 셀 전기화학 전지에 일반적으로 사용되는 고유전율 용매는 감소시킵니다. EPR 신호 대 잡음비 이로 인해 방사성 물질 검출이 어려워집니다. 평면 셀 설계는 유전 손실을 줄이고 공진기의 Q 인자를 향상시켜 성능을 개선합니다. Operando EPR 성능. 물리적 원리를 넘어, 이 셀은 재현성을 고려하여 설계되었습니다. DLP 3D 프린팅 기술을 사용하여 전극 채널, 위치 고정 구조 및 단락 보호 장치를 제작 과정에서 고정합니다. 이를 통해 수작업으로 인한 변동성을 제거하고 시스템 저항을 줄이며 신호 품질을 향상시키는 동시에 기계적 강도, 용매 호환성 및 비용 효율성을 유지합니다. 이 접근 방식은 변화를 가져옵니다. Operando EPR 워크플로로 "표준화된 구조적 구성 요소 + 재현 가능한 절차" 이를 통해 팀 간 및 시스템 간 재현성과 메커니즘 비교가 가능해집니다. 시간 경과에 따른 증거를 통해 C-N 결합에서 급진적 형성 과정을 추적함 현장 EPR 시간 분해능 획득을 통해 실시간으로 염기서열을 매핑하여 어떤 종이 먼저 나타나고 어떻게 진화하는지 보여줄 수 있습니다. 이는 중간 단계에서 재현 가능한 증거 사슬을 제공하여, 생성물 기반 추론을 넘어 기계론적 이해를 심화시킵니다. 고리첨가 반응 중간체는 반응 선택성을 나타낸다 기질별 스펙트럼을 비교하고 스핀 밀도를 계산함으로써, EPR 신호 직접 번역됩니다 급진적인 구�

다음의 지원으로 CIQTEK 스캐닝 NV 현미경(SNVM) 칭화대학교 연구진은 다강체 BiFeO₃에서 나노 규모의 스핀 사이클로이드 구조를 직접 시각화했습니다. 이 연구는 에 발표되었습니다. 첨단 기능성 소재 이는 결정 대칭성, 자기 구조 및 이방성 마그논 전송을 연결하는 데 부족했던 미시적 증거를 제공하며, SNVM이 마그노닉스 및 저전력 스핀트로닉스 연구에 결정적인 도구임을 강조합니다. 연구 CIQTEK 스캐닝 NV 프로브 현미경(SNVM)을 사용했습니다. 연구 배경: 다강체 산화물에서의 마그논 수송 마그논 매개 스핀 전류는 자기적으로 정렬된 절연체에서 거의 에너지 손실 없이 전파될 수 있어 차세대 저전력 스핀트로닉스 소자에 매우 적합합니다. BiFeO₃와 같은 다강체 물질에서는 강유전성 및 반강자성 질서 간의 결합으로 인해 스핀트로닉스 분야의 오랜 목표인 마그논의 전기장 제어가 가능해집니다. 이러한 가능성에도 불구하고, 일반적으로 R-BFO라고 불리는 마름모꼴 구조의 BiFeO₃에서 나타나는 약한 이방성 마그논 수송의 미시적 기원은 아직 규명되지 않았습니다. 이 문제를 해결하기 위해서는 나노 규모 자기 구조에 대한 직접적인 실공간 특성 분석이 필요한데, 이는 기존 기술로는 오랫동안 불가능했던 일입니다. 기술적 병목 현상: 자기 구조에 대한 직접적인 증거 부족 이론 연구에 따르면 R-BFO는 마그논 전송에서 강한 이방성을 억제하는 데 중요한 역할을 하는 사이클로이드 스핀 구조를 가지고 있다고 예측되었지만, 실험적 확인은 아직 이루어지지 않았다. X선 자기 선형 이색성(X-ray magnetic linear dichroism)과 같은 기존의 특성 분석 기술은 공간적으로 평균화된 자기 정보를 제공하며 나노 규모의 스핀 구조를 분석할 수 없습니다. 결과적으로, 직접적인 미시적 자기 이미징이 불가능했기 때문에 결정 대칭성, 자기 구조 및 마그논 전송 사이의 논리적 연관성은 아직 완전히 밝혀지지 않았습니다. CIQTEK SNVM 접근 방식: 나노 규모 직접 자기 이미징 CIQTEK 스캐닝 NV 현미경(SNVM) 이 기술은 나노미터 규모의 공간 해상도와 전자 스핀 수준의 자기장 감도를 결합하여 이러한 한계를 극복합니다. 이를 통해 기능성 소재 내부의 복잡한 스핀 구조에 의해 생성되는 국소 자기장을 비침습적이고 정량적으로 이미징할 수 있습니다. 본 연구에서는 국가신소재세라믹재료연구실의 이디(Yi Di) 교수와 칭화대학교 집적회로학과의 난톈샹(Nan Tianxiang) 교수가 이끄는 연구팀이 다음과 같은 방법을 활용하였다. CIQTEK SNVM 자기 영상 R-BFO의 고유 자기 구조를 직접적으로 조사하기 위�

핵융합은 높은 효율과 청정 에너지 생산으로 인해 미래 핵심 에너지원으로 여겨집니다. 핵융합로에서는 기술적으로 성숙하고 비용 효율적이며 뛰어난 냉각 성능을 갖춘 수냉 시스템이 널리 사용됩니다. 그러나 중요한 과제가 남아 있습니다. 고온 고압에서 물과 증기는 구조재를 심하게 부식시킵니다. 이 문제는 핵분열로에서 연구되었지만, 핵융합 환경은 훨씬 더 복잡합니다. 핵융합 장치의 고강도 불균일하게 분포된 자기장은 부식 과정과 상호 작용하여 새로운 기술적 과제를 야기하며, 이에 대한 상세한 연구가 필요합니다. 이를 해결하기 위해 중국 과학기술대학의 Peng Lei 부교수 팀은 다음을 사용하여 심층 연구를 수행했습니다. 시크텍 주사전자현미경(SEM) 그리고 듀얼 빔 전자 현미경 . 그들은 고온 자기장 증기 부식 및 고온 물 부식 설비를 구축했습니다. SEM, EBSD, FIB 기술 그들은 0T, 0.28T, 0.46T 자기장에서 400°C에서 0~300시간의 증기 부식 후 CLF-1 강철에 형성된 산화 피막을 분석했고, 300°C에서 1000시간의 고온 물 부식 후 CLF-1 강철에 형성된 산화 피막을 분석했습니다. 연구에 사용된 CIQTEK SEM5000X 초고분해능 전계 방출 SEM 그리고 FIB-SEM DB500 이 연구에서는 산화막이 크롬이 풍부한 내층과 철이 풍부한 외층으로 이루어진 다층 구조를 형성한다는 것을 발견했습니다. 산화막 형성은 다섯 단계로 진행됩니다. 초기 산화물 입자, 플록(floc) 형태의 구조, 치밀층 형성, 치밀층 위에 스피넬(spinel) 구조 성장, 마지막으로 스피넬 균열이 적층 산화물로 변하는 것입니다. 자기장의 존재는 부식을 상당히 가속화하고, 외층 자철석(Fe₃O₄)이 적철석(Fe₂O₃)으로 변하는 것을 촉진하며, 적층 산화물 형성을 향상시킵니다. 이 연구는 부식 과학 , 아 최고 수준의 저널 부식 및 재료 저하 분야에서 다음과 같은 제목으로 연구되었습니다. " 환원 활성화 페라이트/마르텐사이트 강의 고온 증기 부식 거동에 대한 자기장의 효과. " 표면 산화막 특성화 고온 증기(HTS)에서 CLF-1 강 표면은 시간 경과에 따라 다양한 부식 상태를 보입니다. 연마된 표면에서는 초기 산화(60시간)가 작고 분산된 입자로 나타납니다. Fe/Cr 비는 모재와 유사하여 산화층이 아직 완성되지 않았음을 나타냅니다. 120시간에는 플록 형태의 산화물이 나타납니다. 200시간에는 조밀한 산화층이 형성되고, 그 위에 새로운 산화물 입자와 국소적인 스피넬 구조가 형성됩니다. 거친 표면은 더 빨리 부식됩니다. 초기 플록형 산화물은 더 미세하고 균일하게 분포합니다. 200시간이 지나면 스피넬 구조로 변하여 연마된 표면과 더 큰 차이를 보입니다. 고온 고압수(HTPW)에서는 연마된 표면이 유사한 스피넬 구조를 보입니다. HTPW의 스피넬은 더 조밀하고 수가 많은 반면, HTS의 스피넬은 크기가 더 큽니다. 자기장(연마된 표면은 0.28T, 거친 표면은 0.46T)을 인가하면 부식이 더욱 악화됩니다. 60시간 후, 양쪽 표면 모두에 산화물 입자가 나타나며, 거친 표면에서는 더 많이 나타납니다. 120시간이 지나면 연마된 표면은 입자 형태의 산화물을, 거친 표면은 미세한 플록 형태의 막이 형성됩니다. 200시간이 지나면 거친 표면은 스피넬 균열과 표면에 수직인 층상 구조를 보이며, 많은 기공이 형성됩니다. 240시간이 지나면 층이 더욱 조밀해지고 정렬이 잘 됩니다. EDS 분석 결과, 자기장 하에서 시간이 지남에 따라 Fe/Cr 함량은 감소하고 산소 함량은 증가합니다. Cr 함량은 비자성 조건보다 120시간에 더 빨리 감소하는데, 이는 자기장이 철이 풍부한 외층의 형성을 가속화함을 보여줍니다. 그림 1. HTS 및 HTPW 하에서 CLF-1 표면의 SEM 이미지 및 EDS 포인트 스캔(#1–#20). 그림 2. 자기장에 노출된 CLF-1 표면의 SEM 이미지와 EDS 포인트 스캔(#1–#16): 연마(0.28 T), 거친(0.46 T). 산화물 필름 상 분석 그림 3과 4는 HTS, HTPW, 그리고 자기장 하에서 CLF-1 산화강 박막의 라만 스펙트럼을 보여줍니다. 자기장이 없을 때, HTS와 HTPW 박막은 모두 Fe₃O₄와 FeCr₂O₄로 구성된 스피넬 구조입니다. 라만 피크(302, 534, 663, 685 cm⁻¹)가 겹쳐져 있어 구분이 어렵습니다. 적철광(Fe₂O₃)은 240시간 후 거친 HTS 표면에서만 나타납니다. 자기장 하에서 산화는 가속화됩니다. 연마된 표면은 240시간 동안만 작은 Fe₂O₃ 피크를 나타내는 반면, 거친 표면은 120시간 만에 Fe₂O₃ 피크를 나타내며, 240시간 동안 증가합니다. 한편, Fe₃O₄와 FeCr₂O₄ 피크는 약해져 적철석 형성이 더 빠르다는 것을 나타냅니다. 그림 3. HTS 및 HTPW 하에서 CLF-1의 산화막 라만 스펙트럼: (a) 연마됨; (b) 거칠음. 그림 4. 자기장 HTS 하의 라만 스펙트럼: (a) 연마(0.28 T); (b) 거친(0.46 T). 단면 산화막 특성화 300시간 HTS 부식 후 거친 표면에 대한 EBSD 분석(그림 5a, b)은 3중 산화물 구조를 보여줍니다. 얇고 불연속적인 Fe₂O₃ 외층, 조밀한 Fe₃O₄ 중간층, 그리고 Fe₃O₄와 기판 사이의 흑색 크롬 풍부층입니다. FIB로 제조한 단면(그림 5c, d)과 TEM/SAED 분석 결과, 크롬 풍부층은 FeCr₂O₄이고 철 풍부층은 Fe₃O₄임을 확인할 수 있습니다. 계면의 간극은 산화 과정 중 상 분리 및 기공 형성을 나타냅니다. 그림 5. 300시간 HTS 후 거친 CLF-1 표면의 단면 산화막의 미세구조 및 상 분포: (a) EBSD 대비; (b) EBSD 상 분포; (c) FIB 단면; (d) 암시야 TEM 및 SAED. 그림 6은 자기장(HTS, 240시간) 하의 단면을 보여줍니다. EBSD는 Fe₃O₄와 Fe₂O₃로 구성된 외부 산화물을 보여줍니다. Fe₃O₄ 층은 수직으로 정렬되어 있으며, 많은 기공을 가지고 있으며, Fe₂O₃는 표면 간극을 채웁니다. 외부 층과 기판 사이의 크롬이 풍부한 층은 다공성입니다. 비자성 ...

신에너지, 광업, 야금, 전기도금 산업의 급속한 확장으로 수역의 니켈 오염은 환경과 인체 건강에 대한 위협이 커지고 있습니다. 산업 공정에서 니켈 이온은 다양한 화학 첨가제와 상호 작용하여 매우 안정적인 중금속 유기 착물(HMC)을 형성하는 경우가 많습니다. 예를 들어, 니켈 전기도금에서는 코팅 균일성과 휘도 향상을 위해 시트르산(Cit)이 널리 사용되지만, 시트르산의 두 카르복실기는 Ni²⁺와 쉽게 결합하여 Ni-시트르산(Ni-Cit) 착물(logβ = 6.86)을 형성합니다. 이러한 착물은 니켈의 전하, 입체 구조, 이동도, 그리고 생태학적 위험을 크게 변화시키는 동시에, 안정성이 낮아 기존의 침전 또는 흡착 방법으로 제거하기가 어렵습니다. 현재 "복합 분해"는 HMC 제거의 핵심 단계로 여겨집니다. 그러나 일반적인 산화 또는 화학적 처리는 비용이 많이 들고 공정이 복잡하다는 단점이 있습니다. 따라서 산화 및 흡착 기능을 모두 갖춘 다기능 소재가 유망한 대안을 제시합니다. Xiaomin Li 교수와 Wenhong Fan 교수가 이끄는 Beihang University의 연구원들은 사용했다 CIQTEK 주사전자현미경(SEM) 그리고 전자상자성공명(EPR) 분광기 심층적인 조사를 실시하다 . 그들은 KOH 개질제를 사용하여 새로운 전략을 개발했습니다. 아룬도 도낙스 L. 바이오차를 이용하여 물에서 Ni-Cit을 효율적으로 제거합니다. 개질된 바이오차는 높은 제거 효율을 보였을 뿐만 아니라 바이오차 표면에서 니켈 회수도 가능하게 했습니다. “KOH로 개질된 Arundo donax L. Biochar에 의한 니켈-시트르산 제거: 지속성 자유 라디칼의 중요한 역할” , 최근에 출판되었습니다 물 연구 . 재료 특성화 바이오차는 다음에서 생산되었습니다. 아룬도 도낙스 잎에 KOH를 다양한 질량비로 함침시켰습니다. SEM 이미징(그림 1) 결과: 원래 바이오차(BC)는 무질서한 막대 모양의 형태를 보였습니다. 1:1 KOH 대 바이오매스 비율(1KBC)에서, 질서정연한 벌집 모양의 다공성 구조가 형성되었습니다. 0.5:1 또는 1.5:1의 비율에서는 모공이 제대로 발달되지 않았거나 붕괴되었습니다. BET 분석 결과 1KBC의 표면적이 574.2m²/g로 다른 샘플보다 훨씬 높은 것으로 확인되었습니다. SEM 및 BET 특성화 KOH 개질이 흡착과 산화환원 반응성의 핵심 요소인 다공성과 표면적을 극적으로 향상시킨다는 명확한 증거를 제공했습니다. 그림 1. KOH로 개질된 바이오차의 제조 및 특성화. Ni-Cit 제거 성능 그림 2. (a) 다양한 바이오차에 의한 총 Ni 제거 효율 (b) Ni–Cit 처리 중 TOC 변화 (c) 1KBC 제거 효율에 대한 Ni-Cit 농도의 영향; (d) 1KBC 제거 성능에 대한 pH의 영향 (e) 1KBC에 의한 Ni-Cit 제거에 대한 공존 이온의 영향 (f) 1KBC에 의한 Ni-Cit의 연속 흐름 제거 성능. (Ni–Cit = 50 mg/L, 바이오차 투여량 = 1 g/L) 배치 실험은 강력한 제거 성능을 보여주었습니다. 50mg/L Ni-Cit 및 1g/L 물질 투여량에서 1KBC는 4시간 이내에 총 니켈의 99.2%를 제거한 반면, BC는 32.6%를 제거했습니다. 1KBC의 TOC 제거율은 31%에 달했으며, 이는 Ni-Cit이 복잡한 해리 과정을 거친 후 Ni²⁺ 흡착이 일어난다는 것을 확인시켜 줍니다. 100 mg/L Ni-Cit에서도 제거 효율은 93% 이상으로 유지되었습니다. 1KBC는 광범위한 pH 범위(pH > 5)에서 우수한 성능을 유지했습니다. 인산염은 용액의 산성화와 Ni²⁺와의 경쟁적 착화로 인해 제거를 상당히 방해했습니다. 연속 흐름 테스트에서 1KBC로 채워진 고정층 반응기는 6,900분 동안 작동하여 460개의 층 용량을 처리했으며, 유출물 Ni를 0.5mg/L 미만으로 유지했습니다. 후처리 재료 특성화 그림 3. (a) Ni-Cit 제거 전과 (b) 후의 재료의 형태 및 EDS 비교 (c) 제거 공정 후 표면 Ni 2p의 XPS 스펙트럼. 회수된 바이오차(R1KBC)는 다음과 같은 특징을 보였습니다. 중요한 형태학적 변화는 없습니다. EDS 매핑을 통해 균일한 Ni 분포가 확인되었습니다. XPS 스펙트럼은 Ni²⁺와 Ni³⁺ 피크를 모두 나타냈으며, 이는 산화 복합물 해리의 직접적인 증거입니다. EPR 기반 ROS 식별 그림 4. EPR 측정: (a) 바이오차에 의해 생성된 TEMP-포획된 ¹O₂ (b, c) 바이오차에 의해 생성된 BMPO 포집 •OH 및 O₂•⁻ (d) 패널(c)의 1KBC 신호에 대한 초미세 분할 피팅 분석. 를 사용하여 CIQTEK EPR 분광기 연구팀은 바이오차 표면에서 생성된 활성산소종(ROS)을 확인했습니다. ¹O₂ : 강력한 TEMP–¹O₂ 삼중 신호(1:1:1, AN = 17.32 G)는 1KBC에서만 관찰되었습니다. 오 : BMPO–•OH 사중체는 BC와 1KBC에서 모두 검출되었지만, 1KBC에서 훨씬 더 강했습니다. 산소 •⁻ : 메탄올을 함유하는 시스템에서 BMPO–•OOH 신호를 통해 식별됨. 1KBC는 ¹O₂, •OH 및 O₂의 수준이 상당히 더 높았습니다. •⁻ BC보다 KOH 변형으로 인해 향상된 산화환원 활성이 확인되었습니다. 자유 라디칼 소광 실험 그림 5. (a) ¹O₂의 효과; (b) •OH; 및 (c) O₂ •⁻ Ni-Cit 제거 효율에 관하여; (d) Ni-Cit 제거에 대한 다양한 ROS의 억제율. 소광제 도입을 통해 FFA(¹O₂), p-BQ(O₂ •⁻ ), 그리고 메탄올(•OH)—팀은 다양한 ROS의 기여도를 정량화했습니다. 산소 •⁻ 억제(55%) > ¹O₂ 억제(17%) > •OH 억제(12%) 이 순위는 다음을 나타냅니다. 산소 •⁻ 지배적인 역할을 한다 Ni-Cit 분해 및 복합 분해. PFR과 ROS 생성 메커니즘의 역할 그림 6. (a) 바이오차에서 표면 PFR의 검출 (b) 바이오차에 의한 Ni-Cit 제거에 대한 PFR 담금질의 효과 (c) ¹O₂, (d) •OH, 및 (e) O₂ •⁻ 1KBC 및 TEA 처리 샘플의 신호 (f) R...