KR100770736B1 - Ceramic Electrode for Water Treatment And Making Method of The Same and Electrode Apparatus using The Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전류의 손실을 최소화함과 동시에 전기화학적 반응이 일어나는 표면으로만 전류를 유도하여 전력비를 최소화시키고 전극의 발열에 의한 온도상승을 방지할 수 있는 수처리용 세라믹 전극 및 그 제조방법 그리고 전극구성체에 관한 것이다.The present invention minimizes the loss of current and at the same time induces a current only to the surface of the electrochemical reaction to minimize the power ratio and to prevent the temperature rise due to the heating of the electrode, and a method and manufacturing method It is about.

본 발명의 수처리용 세라믹 전극은 세라믹 모재와, 이 세라믹 모재의 표면에, 이리듐(Ir)화합물, 루테늄(Ru)화합물 및 주석(Sn)화합물을 주성분으로 하고, 여기에 티타늄(Ti)화합물, 몰리브덴(Mo)화합물, 탄탈륨(Ta)화합물 및 지르코늄(Zr)화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 화합물로 형성된 코팅층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The ceramic electrode for water treatment of the present invention has a ceramic base material and an iridium (Ir) compound, a ruthenium (Ru) compound, and a tin (Sn) compound as main components on the surface of the ceramic base material, and includes a titanium (Ti) compound and molybdenum And a coating layer formed of a compound including at least one selected from a (Mo) compound, a tantalum (Ta) compound, and a zirconium (Zr) compound.

수처리, 세라믹 전극 Water treatment, ceramic electrode

Description

수처리용 세라믹 전극 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 전극구성체{Ceramic Electrode for Water Treatment And Making Method of The Same and Electrode Apparatus using The Same}Ceramic Electrode for Water Treatment and Manufacturing Method Thereof and Electrode Construct Using the Same {Ceramic Electrode for Water Treatment And Making Method of The Same and Electrode Apparatus using The Same}

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 비드 형상과 플레이트 형상의 세라믹을 나타내는 사진,1 is a photograph showing a bead-shaped and plate-shaped ceramic prepared according to an embodiment of the present invention,

도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 세라믹과 코팅처리한 후의 세라믹 전극을 나타내는 사진,2a and 2b is a photograph showing a ceramic electrode after the coating treatment with the ceramic shown in Figure 1,

도 3 및 도 4는 도 2a에 도시된 비드(Bead)형상의 세라믹 전극을 이용하여 만든 전극구성체를 나타내는 도면과 사진,3 and 4 are views and photographs showing an electrode structure made using the bead-shaped ceramic electrode shown in FIG.

도 5는 본 발명에 따른 수처리용 세라믹 전극의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.5 is a process chart for explaining a method of manufacturing a ceramic electrode for water treatment according to the present invention.

본 발명은 수처리용 세라믹 전극 및 그 제조방법과 이를 이용한 전극구성체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐수를 전기 분해 처리할 때나, 물을 전기분해 할 때 또는 식염의 전기분해 등에 사용되는 전극의 소비 전력량을 감소시킬 수 있 고, 분해율을 높일 수 있도록 개선된 수처리용 세라믹 전극 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 전극구성체에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic electrode for water treatment, a method for manufacturing the same, and an electrode structure using the same, and more particularly, an amount of power consumption of an electrode used when electrolyzing wastewater, electrolyzing water, or electrolysis of salt. The present invention relates to an improved ceramic electrode for water treatment, a method for manufacturing the same, and an electrode structure using the same, which can reduce the amount of water and increase the decomposition rate.

일반적으로 전기화학 시스템의 3대 요소로는 음극(cathode), 양극(anode) 및 전해질(electrolyte)를 꼽을 수 있으며, 전기화학 반응이 일어나면, 음극에서는 금속의 환원, 도금층 형성, 수소가스 발생 등의 환원 반응을 일으키며, 양극에서는 금속전극의 용해, 산소 및 염소가스 발생 등의 산화반응이 일어나며, 전해질은 이러한 반응에 필요한 이온을 공급함으로써 전도성의 향상을 가져온다.Generally, three elements of an electrochemical system include a cathode, an anode, and an electrolyte. When an electrochemical reaction occurs, the cathode reduces metal, forms a plating layer, and generates hydrogen gas. A reduction reaction occurs, and an oxidation reaction such as dissolution of a metal electrode, generation of oxygen and chlorine gas occurs at the anode, and the electrolyte provides an improvement in conductivity by supplying ions necessary for such a reaction.

여기서, 상기한 전극에서의 반응은 전극과 용액의 계면을 가로지르는 전자의 이동에 기인하는 비균질 반응으로, 반응속도는 전극의 종류, 성질 및 형태 등의 영향을 받지만, 전극 자신은 반응의 전·후 변하지 않기 때문에 일반적으로 전극재료를 전극반응에 있어서의 촉매로 간주하며 이를 촉매전극(electro-catalysis)이라 한다. Here, the reaction at the electrode is a heterogeneous reaction due to the movement of electrons across the interface between the electrode and the solution. The reaction rate is affected by the type, property and shape of the electrode, but the electrode itself Since it does not change afterwards, the electrode material is generally regarded as a catalyst in the electrode reaction and is called a catalyst electrode (electro-catalysis).

이렇듯 전기화학 반응에서 적절한 전극재료의 선택은 상당히 중요하며, 상기한 바와 같이 전극반응의 최적화에 매우 핵심적인 역할을 하기 때문에 전기화학 반응연구에서 아주 중요한 부분이다. As such, the selection of an appropriate electrode material in the electrochemical reaction is very important and, as described above, plays a very important role in the optimization of the electrode reaction, which is a very important part in the electrochemical reaction research.

특히, 양극은 그 특성에 따라 전기화학 반응의 산화환원 속도에 크게 영향을 주므로, 전기화학을 기본으로 하는 공업 전해 공정시스템에서 매우 중요한 요소이다. In particular, since the anode greatly influences the redox rate of the electrochemical reaction according to its characteristics, it is a very important factor in the industrial electrolytic process system based on electrochemistry.

이러한 양극은 소모성 양극과 비소모성 양극으로 나누어지는데, 이중 소모성 양극은 금속전극으로 음극에서 환원되어 전해질 내에 이온 농도의 감소 및 고갈을 방지하는 역할을 하는 것으로, 니켈 도금에 필요한 니켈 양극, 구리 도금에 필요한 구리 양극 등을 예로 들 수 있으며, 비소모성 양극은 양극자체가 용해되는 것이 아니라 양극반응의 장소만 제공함으로써 반응에 참여하지 않고 반응속도에만 관여하여, 이러한 이유로 비소모성 양극은 전기화학촉매전극(electrocatalytic electode)으로도 불리며, 식염전해(chlor-alkali) 공정에서 치수안정양극(DSA, dimensionally stable anode), 알루미늄 제련공정에서의 탄소양극, 귀금속 도금 공정에서의 백금 양극, 전기방식에서의 양극 등을 대표적 예로 들 수 있다. These anodes are divided into consumable anodes and non-consumable anodes. The double consumable anode is a metal electrode, which is reduced at the cathode to prevent ion depletion and depletion in the electrolyte. For example, the required copper anode is used, and the non-consumable anode does not participate in the reaction by providing only a place for the anode reaction, but rather dissolves the anode itself. Therefore, the non-consumable anode is an electrochemical catalyst electrode. Also called electrocatalytic electodes, dimensionally stable anodes (DSA) in chlor-alkali processes, carbon anodes in aluminum smelting processes, platinum anodes in precious metal plating processes, and anodes in electrical methods. Representative example.

즉, 전기 화학적 반응을 이용한 전극은 양극과 음극을 이용한 전극 표면 반응이 주가 되기 때문에 양극과 음극에 대한 적절한 전극의 선택이 중요하다. That is, the electrode using the electrochemical reaction is mainly the electrode surface reaction using the positive electrode and the negative electrode, it is important to select the appropriate electrode for the positive electrode and the negative electrode.

한편, 일반적인 수용액의 전기 분해는 음극에서 수소 발생이 일어나고 양극에서 산소 발생이 일어나는 반응으로, 양극에서는 물 또는 OH-의 산화에 의한 산소의 발생이 경쟁적으로 일어나며, 산성 용액이 아니면 산소 발생의 반응 전위가 염소 발생 반응보다 낮아서 염소 발생 반응이 열역학적으로 불안정한 반응이 되기 때문에, 양극으로 쓰는 전극은 산소 발생에 대하여는 과전위가 크면서 염소 발생에 대해서는 과전위가 작은 것을 사용하여야 한다. On the other hand, electrolysis of a general aqueous solution is a reaction in which hydrogen is generated at the cathode and oxygen is generated at the anode. At the anode, the generation of oxygen by the oxidation of water or OH occurs competitively. Since the chlorine generating reaction is thermodynamically unstable because is lower than the chlorine generating reaction, the electrode used as the anode should have a large overpotential for oxygen generation and a small overpotential for chlorine generation.

이러한 산소 과전압이 높은 양극 재료로는 Pt, Ir 등과 같은 백금족의 원소가 있지만 가격이 매우 비싸다는 단점을 갖는다.The anode material having a high oxygen overvoltage includes platinum group elements such as Pt and Ir, but has a disadvantage that the price is very expensive.

따라서, 백금족의 원소가 갖는 우수한 산소 과전압과 내구성을 지니면서 가격이 비교적 저렴한 전극의 개발이 요구되어 왔으며, 이에 따라 백금계 원소의 대 체 재료로 타이타늄(titanium), 지르코늄(zirconium), 탄탈륨(tantalum), 몰리브덴(molybdenum), 콜롬비윰(columbium), 텅스텐(tungsten) 등과 같은 금속을 이용한 양극 재료의 연구가 20세기 중반에 활발히 이루어졌다.Therefore, development of an electrode having a relatively low cost while having excellent oxygen overvoltage and durability of elements of the platinum group has been required. Accordingly, titanium, zirconium, and tantalum are alternative materials for platinum-based elements. The study of anode materials using metals such as molybdenum, columbium, tungsten, etc. was actively conducted in the mid-20th century.

그런데, 이러한 금속들은 높은 전기 전도성과 산성 또는 알칼리 수용액 중에서 우수한 내구력을 갖지만, 전기를 인가하였을 때 전극 표면에 산화막이 형성되어, 산화막의 성장으로 인해 저항이 급격히 증가 되어 최종적으로는 전극으로서의 성능을 잃게 되는 문제점을 나타내었다.However, these metals have high electrical conductivity and excellent durability in an acidic or alkaline aqueous solution, but when electricity is applied, an oxide film is formed on the electrode surface, and the resistance rapidly increases due to the growth of the oxide film, thereby ultimately losing performance as an electrode. The problem is shown.

따라서, 1950년대 초에 티타늄 표면에 형성된 TiO2의 산화막의 반도체적인 성질을 이용하여 이종 원소를 TiO2 격자 내에 주입시켜 전도도를 갖는 산화물 촉매 전극에 대한 연구가 시작되어, 다이아몬드 샘록 테크놀러지(Diamond Shamrock Technology)사에 의해 개발되어 상품화된 RuO2에 TiO2를 혼입하여 만든 DSA(Dimensionally Stable Anode)전극은 산화물 촉매 전극에 대한 본격적인 활용이 이루어졌지만, 양극에서 발생되는 산소에 의해 RuO2가 RuO4로 용출되어 촉매 활성을 잃어버리는 문제점이 있었다.Therefore, in the early 1950s, studies on the oxide catalyst electrode having conductivity by injecting heterogeneous elements into the TiO 2 lattice using the semiconductor properties of the oxide film of TiO 2 formed on the surface of titanium began, and the diamond Shamrock Technology (Diamond Shamrock Technology) began. The DSA (Dimensionally Stable Anode) electrode made by incorporating TiO 2 into commercially developed RuO 2 has been used for oxide catalyst electrode, but RuO 2 is eluted to RuO 4 by oxygen generated from the anode. There has been a problem of losing the catalytic activity.

이와 같은 문제점을 해소하기 위해 불용성 산화물 촉매 전극을 제조하였으며, 이러한 불용성 산화물 촉매 전극의 일반적인 제조방법은 귀금속 원소를 제공하는 금속 염화물, 질화물, 수화물 등을 혼합하여 전극 표면에 브러싱 또는 도포하여 코팅층을 형성한 후 열분해하여 얻어지며, 이 때 첨가 원소의 종류, 비율, 열처리 온도, 시간, 전극의 전처리 방법 등에 의해 활성이 달라진다.In order to solve such a problem, an insoluble oxide catalyst electrode was manufactured, and a general method of manufacturing an insoluble oxide catalyst electrode is a metal layer, nitride, hydrate, etc., which provides a precious metal element, mixed with a brush or coated on the electrode surface to form a coating layer. After thermal decomposition, the activity varies depending on the type, ratio, heat treatment temperature, time, pretreatment method of the electrode, and the like.

예로, 미국특허 제3,711,385호에서는 금속 티타늄 위에 백금족 원소를 직접 코팅시켜 전극을 제조하였으며, 미국특허 제4,528,084호에서는 티타늄 기지 위에 이리듐, 로듐, 루테늄 화합물에 염산(HCl)을 첨가하여 열분해 하는 방식으로 전극을 코팅하였으며, 미국특허 제5,587,058호에서는 티타늄 기지위에 70∼75mol%의 TiO2를 주로하여 20∼28mol%의 IrO2와 2∼6mol%의 RuO2를 코팅액으로 한 전극에 관하여 개시된 바 있다.For example, in US Pat. No. 3,711,385, an electrode was prepared by directly coating a platinum group element on metal titanium. In US Pat. No. 4,528,084, an electrode was thermally decomposed by adding hydrochloric acid (HCl) to iridium, rhodium, and ruthenium compounds on a titanium base. US Pat. No. 5,587,058 discloses an electrode having a coating solution of 20 to 28 mol% IrO 2 and 2 to 6 mol% RuO 2 mainly based on 70 to 75 mol% of TiO 2 on a titanium matrix.

또한, 대한민국 특허 제403,235호에서는 루테늄-이리듐-티타늄을 기본조성으로 하는 코팅액 제조와, 종래의 기판 에칭법인 옥살릭산을 사용하지 않고 염산 에칭을 통한 전극의 전처리 방법을 개시하고 있다.In addition, Korean Patent No. 403,235 discloses a method of preparing a coating liquid based on ruthenium-iridium-titanium and an electrode pretreatment method through hydrochloric acid etching without using oxalic acid, which is a conventional substrate etching method.

그러나, 이들 전극에 사용되는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨과 같은 코팅모재는 일반적으로 우수한 내식성, 내화학성을 갖는 것으로 알려져 있으나 고온의 염산용액(2~3wt%, 100℃), 고농도의 염산용액(15~37wt%, 35℃), 메틸알콜(99%, 60℃), 옥살산(0~10wt%, 60~100℃), 불산(1wt%, 상온), 황산(1~5wt%, 35℃) 등의 용액에서는 심각한 부식을 일으키는 문제점이 있다. However, coating base materials such as titanium, zirconium, and tantalum used in these electrodes are generally known to have excellent corrosion resistance and chemical resistance, but high temperature hydrochloric acid solution (2 ~ 3wt%, 100 ℃), high concentration hydrochloric acid solution (15 ~ 37wt%, 35 ℃), methyl alcohol (99%, 60 ℃), oxalic acid (0-10wt%, 60-100 ℃), hydrofluoric acid (1wt%, room temperature), sulfuric acid (1-5wt%, 35 ℃) The solution has the problem of causing severe corrosion.

따라서, 이러한 모재의 부식 저항성을 증가시키기 위하여 내식성 표면처리의 일종인 대기산화, 양극산화, 귀금속 코팅 등의 처리나 티타늄 합금 조성 중에 탄탈륨(0.1wt%)을 혼합하여 내식성을 높인 제품이 출시되고 있다. 그러나 이러한 내식성 표면처리의 경우 티타늄 모재의 부식속도를 늦출 수는 있지만 완벽한 부식 저항성을 부여하기는 힘든 실정이다. 예로 귀금속 코팅의 일종인 불용성 산화물 촉매막 의 표면처리는 대부분 열분해법에 의해 생성되기 때문에 촉매 전극의 표면은 세라믹 소결 중 치밀화 과정에서 입계 크랙이 형성되어 전기를 인가할 경우 표면에 비해 상대적으로 취약한 입계를 따라 전자가 방출되어 입계 크랙이 확장됨으로써, 결과적으로 모재가 노출되어 손상을 입는 문제점을 갖는다.Therefore, in order to increase the corrosion resistance of such a base material, products having enhanced corrosion resistance by treating tantalum (0.1 wt%) in titanium alloy composition or treatment such as atmospheric oxidation, anodization, and precious metal coating, which are one of corrosion resistant surface treatments, have been released. . However, such corrosion-resistant surface treatment can slow down the corrosion rate of the titanium base material, but it is difficult to provide perfect corrosion resistance. For example, the surface treatment of the insoluble oxide catalyst film, which is a kind of precious metal coating, is mostly produced by pyrolysis. Therefore, the surface of the catalyst electrode has a grain boundary that is relatively weak compared to the surface when electricity is applied due to the formation of grain boundary cracks during densification during ceramic sintering. The electrons are emitted along the surface to expand the grain boundary cracks, and as a result, the base material is exposed and damaged.

또한, 종래의 전극은 모재에 손상을 주는 환경에서 촉매 전극의 수명이 가속화 되어 불용성 전극으로서의 역할이 제한되며, 티타늄 모재의 경우는 전기비저항이 40mΩ·cm로서 구리(1.7mΩ·cm)에 비해 25배 가량 높아서 각종 수처리에 전극으로 사용시 전력량 즉 전력비 상승과 전기 저항에 의해 티타늄 모재가 발열하여 용액의 수온을 상승시키는 문제점이 있다. In addition, the conventional electrode is accelerated the life of the catalyst electrode in an environment that damages the base material, thereby limiting the role as an insoluble electrode, the titanium base material has an electrical resistivity of 40mΩ · cm, compared to copper (1.7mΩ · cm) 25 Since it is about twice as high as the electrode in various water treatments, there is a problem of increasing the temperature of the solution by heating the titanium base material by the amount of power, that is, the power ratio and the electrical resistance.

또한, 본 출원인이 제안한 대한민국 등록특허 제0553364에는 표면에 미세요철이 형성된 티타늄 전극기판에 각종 이온성화합물, 난분해성 물질 등의 제거에 탁월한 고효율의 코팅층을 형성시킨 금속 혼합 산화물 전극 및 그 제조방법을 개시되어 있다.In addition, Korean Patent No. 0553364 proposed by the present applicant discloses a metal mixed oxide electrode in which a highly efficient coating layer excellent for removing various ionic compounds, hardly decomposable substances, etc. is formed on a titanium electrode substrate having fine irregularities formed on a surface thereof, and a manufacturing method thereof. Is disclosed.

그러나, 상기 종래의 금속 혼합 산화물 전극 역시 모재가 티타늄과 같은 금속에 한정되어 있기 때문에, 금속모재 사용에 따른 다양한 전극 손상 우려의 문제점이 있었다.However, since the base metal is also limited to a metal such as titanium, the conventional metal mixed oxide electrode has a problem of various electrode damages caused by the use of the metal base material.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 전기화학적 반응을 이용한 기존 전극이 사용될 수 없는 환경 또는 과도한 전력비, 발열에 의한 온도 상승 등의 문제를 갖는 전해조 및 전기분해 시스템에 적용할 수 있는 수처리용 세라믹 전극 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 전극구성체를 제공하는 데 있다. Accordingly, the present invention has been made in view of the problems of the prior art, the purpose of which is an electrolytic cell and electrolysis having problems such as environment or excessive power ratio, temperature rise due to heat generation, which cannot be used conventional electrode using an electrochemical reaction The present invention provides a ceramic electrode for water treatment, a method of manufacturing the same, and an electrode structure using the same.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 내식성, 내마모성, 내화학성 등이 우수한 세라믹 모재 위에 전도성을 갖는 불용성 산화물 촉매 코팅층을 형성하여 전기의 직접 인가가 아닌 용액 또는 전도성의 매질 내에서 전기를 대전시키는 방법으로 세라믹 모재 표면의 전자 및 전하를 제어하고, 다양한 조성을 갖는 화합물을 표면에 피복시킴으로 고효율의 수처리용 세라믹 전극 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 전극구성체를 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to form a conductive insoluble oxide catalyst coating layer on a ceramic base material having excellent corrosion resistance, abrasion resistance, chemical resistance, and the like, and to charge electricity in a solution or a conductive medium instead of directly applying electricity. The present invention provides a highly efficient water treatment ceramic electrode, a method of manufacturing the same, and an electrode structure using the same by controlling electrons and charges on the surface of the ceramic base material and coating a compound having various compositions on the surface.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 부도체인 세라믹을 모재로 사용하여 내부로의 전류 흐름을 방지하여 전류의 손실을 최소화함과 동시에 전기화학적 반응이 일어나는 표면으로만 전류를 유도하여 전력비를 최소화시켜 전극의 발열에 의한 온도상승의 문제점을 해결하는 방법을 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention, by using a non-conductive ceramic as a base material to prevent the current flow to the inside to minimize the loss of current and at the same time to induce the current only to the surface of the electrochemical reaction to minimize the power ratio It is to provide a method for solving the problem of temperature rise caused by the heating of the electrode.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the invention will be described below and will be appreciated by the embodiments of the invention. Furthermore, the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations indicated in the claims.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1특징에 따르면, 본 발명은 세라믹 모재와; 상기 세라믹 모재의 표면에, 이리듐(Ir)화합물, 루테늄(Ru)화합물 및 주석(Sn)화합물을 주성분으로 하고, 여기에 티타늄(Ti)화합물, 몰리브덴(Mo)화합물, 탄탈륨(Ta)화합물 및 지르코늄(Zr)화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하 는 화합물로 형성된 코팅층;으로 구성되는 수처리용 세라믹 전극을 제공한다.In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, the present invention comprises a ceramic base material; On the surface of the ceramic base material, iridium (Ir) compound, ruthenium (Ru) compound and tin (Sn) compound are main components, and titanium (Ti) compound, molybdenum (Mo) compound, tantalum (Ta) compound and zirconium It provides a ceramic electrode for water treatment consisting of; a coating layer formed of a compound containing at least one selected from (Zr) compound.

본 발명의 제2특징에 의하면, 세라믹 모재와, 상기 세라믹 모재의 표면에, 이리듐(Ir)화합물, 루테늄(Ru)화합물 및 주석(Sn)화합물을 주성분으로 하고, 여기에 티타늄(Ti)화합물, 몰리브덴(Mo)화합물, 탄탈륨(Ta)화합물 및 지르코늄(Zr)화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 화합물로 형성된 코팅층으로 구성된 다수의 세라믹 전극과; 상기 다수의 세라믹 전극이 단층형식으로 장입될 수 있는 프레임과; 상기 프레임에 결합하여 상기 다수의 세라믹 전극이 흘러내리지 않게 고정하는 고정메쉬를 포함하는 세라믹 전극을 이용한 전극구성체를 제공한다.According to a second aspect of the present invention, an iridium (Ir) compound, a ruthenium (Ru) compound, and a tin (Sn) compound are mainly composed on a ceramic base material and the surface of the ceramic base material, and a titanium (Ti) compound, A plurality of ceramic electrodes comprising a coating layer formed of a compound including at least one selected from a molybdenum (Mo) compound, a tantalum (Ta) compound, and a zirconium (Zr) compound; A frame into which the plurality of ceramic electrodes can be charged in a single layer type; It is coupled to the frame provides an electrode structure using a ceramic electrode comprising a fixed mesh to fix the plurality of ceramic electrodes do not flow down.

본 발명의 제3특징에 의하면, (a) 세라믹 모재를 준비하는 단계; (b) 이리듐(Ir)화합물, 루테늄(Ru)화합물 및 주석(Sn)화합물을 주성분으로 하고, 여기에 티타늄(Ti)화합물, 몰리브덴(Mo)화합물, 탄탈륨(Ta)화합물 및 지르코늄(Zr)화합물 중 선택된 적어도 1종을 유기용제에 혼합하여 코팅액을 얻는 단계; (c) 상기 코팅액을 상기 세라믹 모재에 도포한 뒤 건조시키는 단계, (d) 상기 (c)단계를 거친 상기 세라믹 모재를 열처리하는 단계, (e) 상기 (c)와 (d) 단계를 반복하여 코팅층을 형성하는 단계; (f) 상기 (e)단계를 거친 상기 세라믹 모재를 최종 열처리하는 단계;를 포함하는 수처리용 세라믹 전극의 제조방법을 제공한다.According to a third aspect of the invention, (a) preparing a ceramic base material; (b) Iridium (Ir) compounds, ruthenium (Ru) compounds and tin (Sn) compounds as main components, including titanium (Ti) compounds, molybdenum (Mo) compounds, tantalum (Ta) compounds and zirconium (Zr) compounds Mixing at least one selected from an organic solvent to obtain a coating solution; (c) applying the coating solution to the ceramic base material and drying it; (d) heat treating the ceramic base material passed through step (c); and (e) repeating steps (c) and (d). Forming a coating layer; It provides a method of producing a ceramic electrode for water treatment, comprising the step (f) the final heat treatment of the ceramic base material (e).

여기서, 상기 (d)단계의 열처리는 산화분위기에서 400~700℃ 온도에서 10~30분 동안 이루어지는 것이 바람직하다.Here, the heat treatment of step (d) is preferably made for 10 to 30 minutes at 400 ~ 700 ℃ temperature in the oxidizing atmosphere.

또한, 상기 (f)단계의 최종 열처리는 산화분위기에서 400~700℃ 온도에서 3~10시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the final heat treatment of step (f) is preferably made for 3 to 10 hours at 400 ~ 700 ℃ temperature in the oxidizing atmosphere.

상기한 바와 같이 본 발명은, 세라믹을 모재로 하였기 때문에 내식성, 내마모성, 내화학성 등이 우수하며, 세라믹 모재의 표면에 뛰어난 전도도를 갖는 불용성 산화물 촉매 코팅층을 형성시킴으로써, 전기분해와 같은 입자충진 전극으로 사용할 수 있으며, 전기의 직접 인가가 아닌 용액 또는 전도성의 매질 내에서 전기를 대전시키는 방법으로 세라믹 모재 표면의 전자 및 전하를 제어할 수 있고, 다양한 조성을 갖는 화합물을 세라믹 모재의 표면에 피복시킴으로써 고효율의 수처리용 세라믹 전극을 얻을 수 있다. As described above, the present invention is excellent in corrosion resistance, abrasion resistance, chemical resistance, etc., since the ceramic is used as a base material, and by forming an insoluble oxide catalyst coating layer having excellent conductivity on the surface of the ceramic base material, thereby providing a particle filling electrode such as electrolysis. It is possible to control the electrons and charges on the surface of the ceramic base material by charging the electricity in a solution or conductive medium rather than directly applying electricity, and by coating the surface of the ceramic base material with various compositions A ceramic electrode for water treatment can be obtained.

또한, 본 발명에 따른 세라믹 전극 제조방법은 세라믹 모재의 표면에 코팅층을 형성시켜, 부도체인 상기 세라믹 전극 내부로의 전류 흐름을 방지하여 전류의 손실을 최소화함과 동시에 전기화학적 반응이 일어나는 표면으로만 전류를 유도하여 전력비를 최소화시켜 전극의 발열에 의한 온도상승을 방지할 수 있다. In addition, the method of manufacturing a ceramic electrode according to the present invention forms a coating layer on the surface of the ceramic base material, thereby preventing current flow into the ceramic electrode as a non-conductor, minimizing the loss of current and at the same time only the surface where the electrochemical reaction occurs By inducing a current to minimize the power ratio it can prevent the temperature rise by the heating of the electrode.

한편, 세라믹 전극의 경우, 표면반응이 주가 되는 촉매 전극으로서, 조성의 변화에 따라 전극 표면에서의 전극 전위 즉, 산소발생전위, 염소발생전위가 달라지는데, 루테늄계 전극의 경우 염소발생전위가 낮아 차아염소산(OCl-) 발생공업, 염소소독장치 등에 적용이 되며, 이리듐계 전극의 경우 염소발생전위보다 산소발생 전위가 낮아 폐수처리용, 도금용 양극 등에 사용된다. On the other hand, in the case of the ceramic electrode, the surface electrode is mainly a catalytic electrode, and the electrode potential, that is, the oxygen generation potential and the chlorine generation potential on the electrode surface varies according to the change in composition, but the ruthenium electrode has a low chlorine generation potential. hypochlorite (OCl -) generation industry, and is applied to a chlorine disinfection, is used for an iridium-based electrode when chlorine generating potential than the oxygen evolution potential is low, waste water treatment, the positive electrode for the plating.

이에 따라, 이리듐-루테늄 복합조성으로 이루어진 본 발명의 세라믹 전극은 가장 일반적인 산소발생용 전극 및 염소발생용 전극 모두에 범용으로 사용가능하다. Accordingly, the ceramic electrode of the present invention composed of the iridium-ruthenium complex composition can be used in general for both the most common oxygen generating electrode and chlorine generating electrode.

한편, 본 발명의 세라믹 전극 제조방법에서 실시하는 열처리는 저온에서 건조된 코팅액과 세라믹 모재와의 결합력을 부여하기 위해 실시하는 것으로서, 산화분위기에서 400∼700℃ 온도에서 10∼30분 동안 이루어지는 과정을 4∼15회 반복하여 이루어진다.On the other hand, the heat treatment carried out in the method of manufacturing a ceramic electrode of the present invention is carried out to give a bonding force between the coating liquid and the ceramic base material dried at a low temperature, the process is carried out for 10 to 30 minutes at 400 ~ 700 ℃ temperature in an oxidizing atmosphere It is repeated 4 to 15 times.

여기서, 상기 열처리과정의 반복횟수가 4회 미만인 경우에는 코팅층의 형성이 충분히 발달되지 않아 전기 분해시 모재로 사용된 세라믹으로부터 코팅층이 박리될 수 있으며, 코팅횟수가 15회 초과인 경우에는 산화물층의 과도한 성장으로 인하여 전기 전도도가 낮아져 높은 전압이 요구될 수 있다.Here, when the number of repetitions of the heat treatment process is less than four times, the formation of the coating layer may not be sufficiently developed, so that the coating layer may be peeled off from the ceramic used as the base material during electrolysis. Excessive growth may result in low electrical conductivity, requiring a high voltage.

이때, 상기 열처리과정의 반복횟수는, 만약 1회 코팅층 두께가 충분히 두꺼울 경우 적은 횟수로 코팅해도 되며, 반면 코팅층의 두께가 너무 두꺼울 경우에는 전기 전도도가 낮아져 전기 분해를 위한 전류 전달이 어려워질 수 있기 때문에, 코팅층이 박리 되지 않으면서 원활한 전기 분해를 할 수 있는 정도의 두께를 확보해야 한다.In this case, the repeated number of times of the heat treatment process may be applied a small number of times if the thickness of the coating layer is sufficiently thick. On the other hand, if the thickness of the coating layer is too thick, the electrical conductivity may be low, which may make it difficult to transmit current for electrolysis. Therefore, the thickness of the coating layer should be secured to allow smooth electrolysis without peeling.

한편, 상기 최종 열처리는 코팅된 산화물 입자들을 충분히 성장시켜 우수한 결합력과 표면 강도를 부여하기 위하여 실시하는 것으로서, 산화 분위기에서 400∼700℃의 온도로 3∼10시간 동안 이루어진다.On the other hand, the final heat treatment is carried out to give sufficient bonding strength and surface strength by sufficiently growing the coated oxide particles, it is performed for 3 to 10 hours at a temperature of 400 ~ 700 ℃ in an oxidizing atmosphere.

덧붙여, 본 발명에 따른 세라믹 전극의 제조방법에 따른 각 원소는 귀금속 또는 금속이온을 공급할 수 있는 다양한 화합물 즉, 질화물, 황화물, 수화물 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 염화물로 하는 것이 좋다.In addition, each element according to the method of manufacturing a ceramic electrode according to the present invention may use various compounds capable of supplying precious metals or metal ions, that is, nitrides, sulfides, hydrates, and the like, preferably chlorides.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 비드 형상과 플레이트 형상의 세라믹 전극을 나타내는 사진이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 세라믹과 코팅처리한 후의 세라믹 전극을 나타내는 사진이다.1 is a photograph showing a bead-shaped and plate-shaped ceramic electrode manufactured according to the present invention, Figures 2a and 2b is a photograph showing a ceramic electrode after the coating treatment with the ceramic shown in FIG.

먼저, 도 1 내지 도 2b를 참조하면, 본 발명에 의한 상기 세라믹 전극은 알루미나 비드, 지르코니아 비드, 기타 세라믹(Zeolite형태도 가능)비드 또는 플레이트 형상(plate type) 또는 원통형, 타원형, 테트라포트형, 육면체형상(6면체공성) 등의 다양한 형상의 세라믹 담지체도 사용가능하다.First, referring to Figures 1 to 2b, the ceramic electrode according to the present invention is alumina beads, zirconia beads, other ceramics (also available in Zeolite form) beads or plate (plate type) or cylindrical, elliptical, tetrapot type, Ceramic supports of various shapes such as hexahedral (hexahedral porosity) can also be used.

이때, 상기 세라믹 모재는 알루미나(Alumina), 타이타니아(Titania), 지르코니아(Zirconia), 제올라이트(Zeolite), 뮬라이트(Mullite), 페라이트(Ferrite), 실리카(Silica) 중 선택된 단일 성분 또는 복합성분의 분말상을 압축하여 성형시킬 수 있다.In this case, the ceramic base material is a powder form of a single component or a composite selected from alumina, titania, zirconia, zirconia, zeolite, mullite, ferrite, silica, and silica. It can be molded by compression.

또한, 본 발명의 코팅층은 세라믹전극의 경우 표면반응이 주가되는 촉매반응이므로, 박리가 일어나지 않고 전류를 전달할 수 있을 정도의 두께가 형성되면 전극으로서의 성능은 유지되기 되는데, 이 때 코팅층의 두께는 수처리 분야에서 사용되는 세라믹 전극이 수용액 중의 이온성 화합물과의 마찰로 인한 마모(errosion) 발생을 방지할 수 있고, 전극 표면에서 발생되는 미세한 수소공기방울에 의한 코팅층의 탈착현상을 방지할 수 있는 대략 3~10㎛인 것이 바람직하다.In addition, since the coating layer of the present invention is a catalytic reaction in the case of a ceramic electrode, the surface reaction is mainly a catalyst reaction, and thus, when the thickness of the coating layer is formed that can transmit current without peeling, the performance as an electrode is maintained, wherein the thickness of the coating layer is water treatment. Ceramic electrode used in the field can prevent the occurrence of erosion due to friction with the ionic compound in the aqueous solution, and approximately 3 to prevent the desorption of the coating layer by the minute hydrogen air bubbles generated on the electrode surface It is preferable that it is -10 micrometers.

이는, 코팅층의 두께가 3㎛ 미만인 경우에는 마찰 또는 수소공기 방울에 의해 코팅층이 손상될 우려가 있기 때문이며, 두께가 10㎛ 초과시에는 화합물의 열분해 과정 중 소결화에 의한 조대한 결정립 또는 비정상적인 결정립이 형성되어 박리 될 수 있는 여지가 있기 때문이다.This is because when the thickness of the coating layer is less than 3 μm, the coating layer may be damaged by friction or hydrogen air bubbles. When the thickness is more than 10 μm, coarse or abnormal grains are formed by sintering during the thermal decomposition of the compound. This is because there is room for peeling off.

도 3 및 도 4는 도 2a에 도시된 비드(Bead)형상의 세라믹 전극을 이용한 전극구성체를 나타내는 사진과 이를 설명하기 위한 도면이다.3 and 4 are photographs showing the electrode structure using the bead-shaped ceramic electrode shown in Figure 2a and a view for explaining the same.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전극구성체(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 뛰어난 전도도를 갖기 위해 상기한 염화물인 코팅액에 의해 형성된 코팅층이 표면에 형성된 다수의 비드 형상의 세라믹 모재(1)를, 프레임(3)을 통해 단층형식으로 장입하고, 고정메쉬(2)를 이용하여 고정하여 이루어졌으며, 도 4는 상기 전극구성체(10)의 사진이다.Referring to the drawings, the electrode assembly 10 according to the present invention, as shown in Figure 3, in order to have an excellent conductivity, a plurality of bead-shaped ceramic base material formed on the surface of the coating layer formed by the coating solution of the chloride described above ( 1) was inserted into a single layer through the frame 3 and fixed using a fixed mesh 2, and FIG. 4 is a photograph of the electrode assembly 10.

여기서, 상기 프레임과 고정메쉬는 재질은 폴리에틸렌(Polyethylene) 또는 폴리프로필렌(Polypropylene) 또는 ABS수지(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer) 등으로 하는 것이 바람직하며, 이는 상기 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 등이 고분자 물질로 내화학성과 절연성을 갖고 있기 때문이다.Herein, the frame and the fixed mesh may be made of polyethylene, polypropylene, or ABS resin (Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), and the polyethylene and polypropylene may have high chemical resistance. It is because it has insulation.

도 5는 본 발명에 따른 수처리용 세라믹 전극의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.5 is a process chart for explaining a method of manufacturing a ceramic electrode for water treatment according to the present invention.

도면을 참조하면, 상기 코팅액의 제조방법은, 유기용제인 이소프로필알콜(S22)에 이리듐(Ir)화합물, 루테늄(Ru)화합물, 주석(Sn)화합물을 주성분으로 하고 티타늄(Ti)화합물, 몰리브덴(Mo)화합물, 탄탈륨(Ta)화합물, 지르코늄(Zr)화합물 중 선택된 적어도 1종(S23)을 칭량하여 투입(S23)한 후 초음파 분산기를 이용하여 1시간 동안 분산 및 혼합시킨다. Referring to the drawings, the method for preparing the coating solution is composed of iridium (Ir) compound, ruthenium (Ru) compound, tin (Sn) compound in isopropyl alcohol (S22) which is an organic solvent, and titanium (Ti) compound, molybdenum At least one selected from the (Mo) compound, tantalum (Ta) compound, and zirconium (Zr) compound (S23) is weighed and added (S23), and then dispersed and mixed for 1 hour using an ultrasonic disperser.

이렇게 분산 처리된 코팅액의 완전한 용해를 위해 자력교반기를 이용하여 2 시간 동안 교반한다(S24). This is stirred for 2 hours using a magnetic stirrer for complete dissolution of the coating solution dispersed (S24).

그런 다음, 세라믹 모재는 표면에 존재하는 미세 먼지와 오염 물질의 세척을 위해 유기용제와 증류수를 이용하여 세척(S12, S13)한 후 100℃의 열풍 건조로에서 수분이 완전히 증발될 때까지 건조한다(S14). Then, the ceramic base material is washed with organic solvents and distilled water (S12, S13) to wash the fine dust and contaminants present on the surface, and then dried until the water is completely evaporated in a hot air drying furnace at 100 ° C. S14).

건조된 세라믹 모재는 코팅액에 딥핑하거나, 코팅액을 붓이나 스프레이를 이용하여 도포(S31)한 후 100~150℃의 저온의 열풍건조로에서 10~20분간 건조한다(S32). The dried ceramic base material is dipped into the coating liquid, or the coating liquid is applied using a brush or spray (S31) and then dried in a hot air drying furnace at 100 to 150 ° C. for 10 to 20 minutes (S32).

그런 다음, 건조된 코팅액과 세라믹 모재의 원활한 결합을 위해 400~700℃의 전기로에서 10~20분간 열처리한다(S33). 이 때, 열처리 시간이 지나치게 경과되면 세라믹 표면에 코팅 조성물질의 산화물층 결정립이 성장하여 반복 코팅시 전극의 전기 전도도가 낮아지는 역효과가 발생될 수 있다.Then, heat treatment for 10 to 20 minutes in an electric furnace of 400 ~ 700 ℃ for smooth coupling of the dried coating solution and the ceramic base material (S33). At this time, when the heat treatment time is excessively over, the oxide layer grains of the coating composition may grow on the ceramic surface, and thus, an adverse effect of lowering the electrical conductivity of the electrode during repeated coating may occur.

열처리 후 냉각된 세라믹 모재는 코팅액을 다시 도포한 후 위와 같은 방법으로 건조한 후에 열처리하며, 이러한 공정을 총 4~15회 수행한다.After the heat treatment, the cooled ceramic base material is re-coated with the coating solution, and then dried and heat-treated in the same manner as above. The process is performed 4 to 15 times in total.

그런 다음, 산화물층의 원활한 성장을 위해 400~700℃에서 3~10시간 동안 최종 열처리 한다(S40). 이때, 온도 조건을 400~700℃로 제한하는 이유는 400℃ 이하의 온도에서는 코팅 원료 물질인 귀금속 또는 전이금속 염화물이 열분해에 의해 완전한 산화물로 변태되기에 충분치 않은 온도이기 때문이며, 700℃ 이상의 온도에서는 일부 산화물이 상호 결합되어 복합상을 형성하거나, 소결효과에 의해 결정립이 크게 형성되는 문제점이 발생하기 때문에, 열처리온도조건은 400~700℃가 적합하다.Then, the final heat treatment for 3 to 10 hours at 400 ~ 700 ℃ for the smooth growth of the oxide layer (S40). At this time, the reason for limiting the temperature condition to 400 ~ 700 ° C is that the temperature of 400 ° C or less is not enough to transform the noble metal or transition metal chloride, which is a coating raw material, into a complete oxide by pyrolysis. Since some oxides are bonded to each other to form a composite phase, or a large amount of crystal grains are formed by the sintering effect, the heat treatment temperature conditions are suitable 400 ~ 700 ℃.

(실시예)(Example)

1. 세라믹 모재의 전처리1. Pretreatment of Ceramic Base Materials

세라믹 전극의 제조를 위해 직경이 각각 5, 10, 20mm인 알루미나 비드를 아세톤-에탄올-증류수 순으로 각각 5분간 초음파 세척한 후 표면 수분제거를 위해 100℃ 진공오븐에서 1시간 동안 건조하였다.To prepare a ceramic electrode, alumina beads having diameters of 5, 10, and 20 mm, respectively, were ultrasonically washed for 5 minutes in acetone-ethanol-distilled water order, and then dried in a vacuum oven at 100 ° C. for 1 hour to remove surface moisture.

2. 코팅액 제조2. Coating solution manufacture

코팅액 제조를 위해 20cc의 이소프로필 알콜(IPA; Mallinckrodt. Co.)에 1.0g의 IrCl3·nH2O(Aldrich. Co.), 0.5g의 RuCl3·nH2O(Aldrich. Co.), 0.5g의 SnCl3(Aldrich. Co.), 2g의 TaCl5(Aldrich. Co.), 0.1g의 ZrCl4(Aldrich. Co.), 0.1g의 MoCl5(Aldrich. Co.) 그리고 3cc의 TiCl4(Junsei. Co.)을 첨가한 후 완전히 용해 될 때까지 교반하여 원하는 코팅액을 제조하였다. 1.0 g of IrCl 3 nH 2 O (Aldrich. Co.), 0.5 g of RuCl 3 nH 2 O (Aldrich. Co.), in 20 cc of isopropyl alcohol (IPA; Mallinckrodt. Co.) for preparing the coating solution 0.5 g SnCl 3 (Aldrich. Co.), 2 g TaCl 5 (Aldrich. Co.), 0.1 g ZrCl 4 (Aldrich. Co.), 0.1 g MoCl 5 (Aldrich. Co.) and 3 cc TiCl 4 (Junsei. Co.) was added and then stirred until completely dissolved to prepare a desired coating solution.

3. 세라믹 전극 제조3. Ceramic Electrode Manufacturing

(가) 세라믹 모재에 코팅액 도포 후 건조(A) Apply coating liquid to ceramic base material and dry

제조된 상기 코팅액에 건조된 알루미나 비드를 딥핑(dipping)한 후 용매인 IPA가 증발될 수 있도록 100℃에서 1차 건조하였다. After dipping the dried alumina beads into the prepared coating solution, the solvent was first dried at 100 ° C. to evaporate IPA.

(나) 1차 열처리 및 반복시행(B) Primary heat treatment and repeated execution

알루미나 비드 표면에서 열분해에 의한 코팅액의 입자성장을 위해 550℃의 노안에서 10분간 열처리하였다. Heat treatment was performed for 10 minutes in presbyopia at 550 ° C. for particle growth of the coating solution by pyrolysis on the surface of alumina beads.

(다) 최종 열처리(C) final heat treatment

알루미나 비드 표면 코팅층의 내구성 향상을 위해 위와 같은 공정을 6회 반복적으로 수행한 후 550℃에서 10시간 열처리하여 최종적으로 세라믹 전극을 제조하였다. In order to improve durability of the alumina bead surface coating layer, the above-described process was repeatedly performed six times, followed by heat treatment at 550 ° C. for 10 hours to finally prepare a ceramic electrode.

4. 시험4. Test

제조된 세라믹 전극을 이용한 암모니아성 질소의 분해거동을 평가하기 위해 1000ml 용량의 반응기를 제작한 후 알루미나 비드가 단층으로 장입될 수 있도록 틀을 제조한 후 폴리에틸렌 고정메쉬(Polyethylene Mesh)를 이용하여 고정하여, 티타늄(Titanium)모재에 불용성 물질(RuO2, IrO2 등)을 코팅하여 제작된 치수안정양극(DSA; dimensionally stable anode)과, 본 발명에 의해 제조된 세라믹 전극의 특성을 서로 비교하였다.In order to evaluate the decomposition behavior of ammonia nitrogen using the manufactured ceramic electrode, a reactor of 1000ml capacity was manufactured, and then a frame was prepared to allow alumina beads to be loaded into a single layer, and then fixed by using a polyethylene fixed mesh. In addition, the characteristics of the dimensionally stable anode (DSA) manufactured by coating an insoluble material (RuO 2 , IrO 2, etc.) on a titanium base material and the ceramic electrode manufactured by the present invention were compared with each other.

이때, 암모니아성 질소의 분해를 위해 NH4Cl을 증류수에 용해하여 암모니아성 질소의 농도가 500ppm인 모사액을 제조하였으며, 용액의 전도성을 증가시키기 위하여 지지전해질로 NaCl을 미량(5g)첨가하여 분말이 용액에 충분히 용해될 때까지 교반하여, 최종 용액의 전도도가 10mS/cm가 되도록 하였다. At this time, NH 4 Cl was dissolved in distilled water to decompose ammonia nitrogen to prepare a simulated liquid having a concentration of 500 ppm of ammonia nitrogen. A small amount (5 g) of NaCl was added as a supporting electrolyte to increase the conductivity of the powder. Stir until fully dissolved in this solution, the conductivity of the final solution was 10mS / cm.

준비된 모사액 1ℓ를 배치타입의 반응기에 채워 놓는다. 각각의 전극 반응 면적을 10ㅧ5cm로 하여 8분간 정전류 60mA/cm2을 인가하여 분해실험을 실시하여, 분해실험의 결과는 표 1과 같다.One liter of the simulated liquid is charged into a batch reactor. Decomposition experiments were performed by applying a constant current of 60 mA / cm 2 for 8 minutes with each electrode reaction area of 10 ㅧ 5cm. The results of the decomposition experiments are shown in Table 1.

구분division 세라믹 전극Ceramic electrode DSADSA NH3-N 분해율NH 3 -N Degradation Rate 95.0%95.0% 95.0%95.0% 전압Voltage 17.0V17.0V 29.5V29.5 V 전류electric current 2.84A2.84A 2.84A2.84A 전력power 48.28w48.28w 83.78w83.78w

표 1은 본 발명의 실시예에 의해 제조된 세라믹 비드를 이용한 세라믹 전극과 종래의 치수안정양극(이하 DSA라고 함)의 시험결과를 나타낸 표이다.Table 1 prepared by Examples of the present invention This table shows the test results of ceramic electrodes using ceramic beads and conventional dimensional stable anodes (hereinafter referred to as DSA).

표1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 비드를 이용한 세라믹 전극과 종래의 DSA를 비교하면, 먼저 본 발명의 세라믹 전극과 종래의 DSA의 NH3-N 분해율을 95.0%로 동등하게 놓았을 때, 소요전압은 58% 낮았으며, 소요전력 또한 58% 낮음을 알 수 있다.Referring to Table 1, when comparing the ceramic electrode using the ceramic beads according to the embodiment of the present invention and the conventional DSA, the NH 3 -N decomposition rate of the ceramic electrode of the present invention and the conventional DSA was equally set to 95.0%. In this case, the required voltage was 58% lower, and the required power was 58% lower.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 전극은 종래의 DSA와 비교하여 동등한 효과대비 소요 전력비를 크게 절감할 수 있다.Therefore, the ceramic electrode according to the embodiment of the present invention can greatly reduce the power consumption ratio compared to the equivalent effect compared to the conventional DSA.

상술한 바와 같이 본 발명의 수처리용 세라믹 전극 및 그 제조방법 그리고 그를 이용한 전극구성체는 다음과 같은 효과를 제공한다.As described above, the ceramic electrode for water treatment, the method of manufacturing the same, and the electrode structure using the same provide the following effects.

첫째, 일반 DSA의 수명은 일반적으로 2~5년 정도임에 반해 세라믹 모재를 사용할 경우, 수명이 반영구적으로 확장될 수 있을 정도로 전극 수명을 증가시킬 수 있다.First, the life of the general DSA is generally about 2 to 5 years, whereas using a ceramic base material can increase the life of the electrode to the extent that the life can be extended semi-permanently.

둘째, 세라믹(bead, plate etc) 전극을 사용할 경우, 동일한 분해율은 내는데 일반 DSA와 비교하여 전력비를 50~60% 수준으로 크게 절감시킬 수 있으며, 폐수의 전기 전도도가 높을수록 대전이 원활하게 일어나므로 효율을 향상시킬 수 있다.Second, when using a ceramic (bead, plate etc) electrode, the same decomposition rate is produced, and compared to general DSA, the power cost can be greatly reduced to 50 ~ 60% level, and the higher the electrical conductivity of the wastewater, the smoother the charging occurs. The efficiency can be improved.

셋째, 모재로 Ti를 사용할 경우와 비교하여, 본원 발명의 세라믹 모재는 동일한 성능대비 가격을 약 20% 절감할 수 있어 재료비를 크게 절감할 수 있다.Third, compared with the case of using Ti as the base material, the ceramic base material of the present invention can reduce the cost compared to the same performance by about 20% can significantly reduce the material cost.

넷째, 폐수 중에 불소(F-) 성분 등이 포함되어 있는 조건에서 Ti 모재를 사용한 DSA를 사용하면, 모재의 심각한 손상으로 적용하기에 어려움이 있었으나, 본 발명의 세라믹 전극을 사용하였을 경우에는 손상되지 않기 때문에 그 적용 범위를 확대시킬 수 있다.Fourth, fluoride (F -) in the waste water by using the DSA with the Ti base metal under the conditions that includes such components, if hayeoteul but is difficult to apply with a serious damage to the base material, using a ceramic electrode of the present invention is not damaged The range of application can be expanded.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

Claims (16)

세라믹 모재와;Ceramic base material; 상기 세라믹 모재의 표면에, 이리듐(Ir)염화물, 루테늄(Ru)염화물 및 주석(Sn)염화물을 주성분으로 하고, 여기에 티타늄(Ti)염화물, 몰리브덴(Mo)염화물, 탄탈륨(Ta)염화물 및 지르코늄(Zr)염화물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 염화물로 형성된 코팅층;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수처리용 세라믹 전극.On the surface of the ceramic base material, iridium (Ir) chloride, ruthenium (Ru) chloride and tin (Sn) chloride are main components, and titanium (Ti) chloride, molybdenum (Mo) chloride, tantalum (Ta) chloride and zirconium (Zr) a coating layer formed of chloride comprising at least one selected from chlorides; ceramic electrode for water treatment, characterized in that consisting of. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 코팅층의 두께는 3~10㎛인 것을 특징으로 하는 수처리용 세라믹 전극.The method of claim 1, wherein the thickness of the coating layer is a ceramic electrode for water treatment, characterized in that 3 ~ 10㎛. 제 1항에 있어서, 상기 세라믹 모재는 알루미나, 타이타니아, 지르코니아, 제올라이트, 뮬라이트, 페라이트, 실리카 중에서 선택된 적어도 1종의 분말상을 압축하여 성형시킨 것을 특징으로 하는 수처리용 세라믹 전극.The ceramic electrode for water treatment according to claim 1, wherein the ceramic base material is formed by compressing at least one powder form selected from alumina, titania, zirconia, zeolite, mullite, ferrite, and silica. 제 1항에 있어서, 상기 세라믹 모재는 비드 형상, 플레이트형상, 원통형, 타원형, 테트라포트형, 육면체형상 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 세라믹 전극.The ceramic electrode according to claim 1, wherein the ceramic base material is any one selected from bead shape, plate shape, cylindrical shape, oval shape, tetrapot shape, and hexahedral shape. 세라믹 모재와, 상기 세라믹 모재의 표면에, 이리듐(Ir)화합물, 루테늄(Ru)화합물 및 주석(Sn)화합물을 주성분으로 하고, 여기에 티타늄(Ti)화합물, 몰리브덴(Mo)화합물, 탄탈륨(Ta)화합물 및 지르코늄(Zr)화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 화합물로 형성된 코팅층으로 구성된 다수의 세라믹 전극과;On the surface of the ceramic base material and the ceramic base material, iridium (Ir) compound, ruthenium (Ru) compound, and tin (Sn) compound are mainly composed of titanium (Ti) compound, molybdenum (Mo) compound, and tantalum (Ta). A plurality of ceramic electrodes comprising a coating layer formed of a compound including at least one selected from a compound and a zirconium compound; 상기 다수의 세라믹 전극이 단층형식으로 장입될 수 있는 프레임과;A frame into which the plurality of ceramic electrodes can be charged in a single layer type; 상기 프레임에 결합하여 상기 다수의 세라믹 전극이 흘러내리지 않게 고정하는 고정메쉬를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극구성체.And a fixed mesh coupled to the frame to fix the plurality of ceramic electrodes so that the plurality of ceramic electrodes do not flow down. 제 6항에 있어서, 상기 코팅층의 각 원소 화합물은 염화물인 것을 특징으로 하는 전극구성체.The electrode assembly according to claim 6, wherein each element compound of the coating layer is a chloride. 제 6항에 있어서, 상기 세라믹 모재는 알루미나, 타이타니아, 지르코니아, 제올라이트, 뮬라이트, 페라이트, 실리카 중에서 선택된 적어도 1종의 분말상을 압축하여 성형시킨 것을 특징으로 하는 전극구성체.7. The electrode assembly according to claim 6, wherein the ceramic base material is formed by compressing at least one powder form selected from alumina, titania, zirconia, zeolite, mullite, ferrite, and silica. 제 6항에 있어서, 상기 프레임과 상기 고정메쉬는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 또는 ABS수지들 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전극구성체.7. The electrode assembly according to claim 6, wherein the frame and the fixed mesh are any one selected from polyethylene, polypropylene or ABS resin. 제 6항에 있어서, 상기 세라믹 모재는 비드 형상, 플레이트형상, 원통형, 타원형, 테트라포트형, 육면체형상 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전극구성체.7. The electrode assembly according to claim 6, wherein the ceramic base material is any one selected from bead shape, plate shape, cylinder shape, oval shape, tetrapot shape and hexahedral shape. (a) 세라믹 모재를 준비하는 단계; (a) preparing a ceramic base material; (b) 이리듐(Ir)화합물, 루테늄(Ru)화합물 및 주석(Sn)화합물을 주성분으로 하고, 여기에 티타늄(Ti)화합물, 몰리브덴(Mo)화합물, 탄탈륨(Ta)화합물 및 지르코늄(Zr)화합물 중 선택된 적어도 1종을 유기용제에 혼합하여 코팅액을 얻는 단계; (b) Iridium (Ir) compounds, ruthenium (Ru) compounds and tin (Sn) compounds as main components, including titanium (Ti) compounds, molybdenum (Mo) compounds, tantalum (Ta) compounds and zirconium (Zr) compounds Mixing at least one selected from an organic solvent to obtain a coating solution; (c) 상기 코팅액을 상기 세라믹 모재에 도포한 뒤 건조시키는 단계;(c) applying the coating solution to the ceramic base material and drying it; (d) 상기 (c)단계를 거친 상기 세라믹 모재를 열처리하는 단계;(d) heat-treating the ceramic base material having undergone the step (c); (e) 상기 (c)와 (d) 단계를 반복하여 코팅층을 형성하는 단계; 및(e) repeating steps (c) and (d) to form a coating layer; And (f) 상기 (e)단계를 거친 상기 세라믹 모재를 최종 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리용 세라믹 전극의 제조방법.(F) a method of producing a ceramic electrode for water treatment, comprising the step of performing a final heat treatment of the ceramic base material (e). 제 11항에 있어서, 상기 (b)단계의 각 원소 화합물은 염화물인 것을 특징으로 하는 수처리용 세라믹 전극의 제조방법.12. The method of claim 11, wherein each of the elemental compounds of step (b) is a chloride. 제 11항에 있어서, 상기 (a)단계의 세라믹 모재는 알루미나, 타이타니아, 지르코니아, 제올라이트, 뮬라이트, 페라이트, 실리카 중에서 선택된 적어도 1종의 분말상을 압축하여 성형시킨 것을 특징으로 하는 수처리용 세라믹 전극의 제조방 법.The method of claim 11, wherein the ceramic base material of step (a) is prepared by compressing and molding at least one powder form selected from alumina, titania, zirconia, zeolite, mullite, ferrite and silica. Way. 제 11항에 있어서, 상기 코팅층의 두께는 3~10㎛로 형성시키는 것을 특징으로 하는 수처리용 세라믹 전극의 제조방법.The method of claim 11, wherein the coating layer has a thickness of about 3 μm to about 10 μm. 제 11항에 있어서, 상기 (d)단계의 열처리는 산화분위기에서 400~700℃ 온도에서 10~30분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 수처리용 세라믹 전극의 제조방법.The method of claim 11, wherein the heat treatment of step (d) is performed for 10 to 30 minutes at 400 to 700 ° C in an oxidizing atmosphere. 제 11항에 있어서, 상기 (f)단계의 최종 열처리는 산화분위기에서 400~700℃ 온도에서 3~10시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 수처리용 세라믹 전극의 제조방법.The method of claim 11, wherein the final heat treatment of step (f) is performed for 3 to 10 hours at 400 to 700 ° C in an oxidizing atmosphere.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5589490A (en) 1978-12-27 1980-07-07 Sumitomo Electric Ind Ltd Ceramic electrode material and its manufacture
JPH05182740A (en) * 1991-12-26 1993-07-23 I N R Kenkyusho:Kk Electric discharge electrode
JP2001286866A (en) 2000-01-31 2001-10-16 Takaaki Maekawa Purifying method of water containing soluble organic matters and trace harmful substance and device thereof
US6607647B2 (en) 2001-04-25 2003-08-19 United States Filter Corporation Electrodeionization apparatus with expanded conductive mesh electrode and method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5589490A (en) 1978-12-27 1980-07-07 Sumitomo Electric Ind Ltd Ceramic electrode material and its manufacture
JPH05182740A (en) * 1991-12-26 1993-07-23 I N R Kenkyusho:Kk Electric discharge electrode
JP2001286866A (en) 2000-01-31 2001-10-16 Takaaki Maekawa Purifying method of water containing soluble organic matters and trace harmful substance and device thereof
US6607647B2 (en) 2001-04-25 2003-08-19 United States Filter Corporation Electrodeionization apparatus with expanded conductive mesh electrode and method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101438495B1 (en) 2012-08-22 2014-09-12 서울대학교산학협력단 Zeolite Composite Electrode For Water Treatment And Method For Manufacturing The Same And Water Treatment System

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