KR100979028B1 - Separator Membrane for Capacitive Deionization of Waste Water or Saltwater, and Method for Deionization of Waste Water or Saltwater By Using the Separator Membrane - Google Patents

Separator Membrane for Capacitive Deionization of Waste Water or Saltwater, and Method for Deionization of Waste Water or Saltwater By Using the Separator Membrane Download PDF

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KR100979028B1 KR1020030067423A KR20030067423A KR100979028B1 KR 100979028 B1 KR100979028 B1 KR 100979028B1 KR 1020030067423 A KR1020030067423 A KR 1020030067423A KR 20030067423 A KR20030067423 A KR 20030067423A KR 100979028 B1 KR100979028 B1 KR 100979028B1
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Abstract

본 발명은 이온 제거용 분리막에 있어서, 폴리카보네이트, 테프론, 아크릴 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌로 구성된 그룹으로부터 선택된 재질로 이루어지며, 양쪽면 혹은 한쪽면으로부터 1~2mm미만의 두께로 파여진 홈 형태의 다수의 채널을 갖고, 일측에 연결된 원수 유입구와 타측에 연결된 배출구를 포함함을 특징으로 하는, 폐수 또는 염수의 축전 탈이온화(capacitive deionization, CDI)용 분리막 , 및 상기 분리막을 이용한 폐수 또는 염수의 이온제거방법이 제공된다.The present invention is a separator for ion removal, consisting of a material selected from the group consisting of polycarbonate, Teflon, acrylic and polychlorotrifluoroethylene, the groove shape is dug to less than 1 ~ 2mm from both sides or one side Separator for capacitive deionization (CDI) of wastewater or brine, characterized in that it has a plurality of channels of, and comprises a source inlet connected to one side and an outlet connected to the other side, and the wastewater or brine using the separator An ion removal method is provided.

본 발명의 분리막은 CDI 공정시 탄소양극과 탄소음극의 접촉을 방지시켜 전기단락을 방지하고, 균일한 채널을 가져 처리대상 폐액의 흐름을 원활하게 하며, 처리대상 폐액과 탄소양극과 음극과의 충분한 반응성을 일으키게 할 수 있는 효과를 나타낸다.The separator of the present invention prevents electrical shorts by preventing the contact between the carbon anode and the carbon cathode during the CDI process, and has a uniform channel to facilitate the flow of the waste liquid to be treated, and sufficient separation between the waste liquid to be treated and the carbon anode and the cathode. It has the effect of causing reactivity.

분리막, 이온 제거, 폐수, 염수, 폴리카보네이트Membrane, Ion Removal, Wastewater, Brine, Polycarbonate

Description

폐수 또는 염수의 축전 탈이온화용 분리막 및 이를 이용한 폐수 또는 염수의 이온제거방법{Separator Membrane for Capacitive Deionization of Waste Water or Saltwater, and Method for Deionization of Waste Water or Saltwater By Using the Separator Membrane}Separator Membrane for Capacitive Deionization of Waste Water or Saltwater, and Method for Deionization of Waste Water or Saltwater By Using the Separator Membrane

도 1은 축전 탈이온법의 원리를 나타내는 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram which shows the principle of an electrical storage deionization method.

도 2는 본 발명의 분리막의 상세한 구조도이다.2 is a detailed structural diagram of the separator of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분리막을 사용한 CDI 장치의 개략도이다.3 is a schematic diagram of a CDI apparatus using a separator according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1..... 음극 2..... 양극1 ..... cathode 2 ..... anode

3..... 폐수 또는 염수 4..... 순수3 ..... waste water or brine 4 ..... pure

5..... 원수 유입구 6..... 배출구5 ..... Raw water inlet 6 ..... Outlet

7..... 분리막 채널 8..... 집전체 (current collector)7 ..... Membrane Channel 8 ..... current collector

9..... 분리막 10..... 지지체(supporter)       9 ... Membrane 10 ..... supporter

본 발명은 폐수 또는 염수의 축전 탈이온화(capacitive deionization, CDI) 용 분리막에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 폐수 또는 염수의 이온을 제거하는 CDI 장치의 분리막에 있어서 CDI 공정시 처리대상용액의 유로흐름을 원활하게 유지하면서도 양극과 음극의 접촉을 방지할 수 있는 폐수 또는 염수의 축전 탈이온화용 분리막 및 이를 이용한 폐수 또는 염수의 이온제거방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a membrane for capacitive deionization (CDI) of wastewater or brine. More specifically, the flow path of a solution to be treated during a CDI process in a separator of a CDI apparatus for removing ions of wastewater or brine. The present invention relates to a membrane for deionization of wastewater or brine capable of preventing the contact between the positive electrode and the negative electrode while maintaining a smooth state, and a method for removing ions of the wastewater or brine using the same.

종래에 분리막을 사용하는 적용처로는 고체고분자 전해질형 연료전지의 개발에 있어 사용된 바 있으며(대한민국 특허 공개번호 특 2001-0070030), 폐수처리에서 양이온 및/또는 음이온 선택형 멤브레인을 분리막으로 사용한 경우(Salem 등, Desalination, 101(1995) 123)가 있다. 그러나, CDI 공정에서는 처리대상용액의 유로흐름을 원활하게 하기위해 분리막을 별도로 사용하지 않고있다. Conventionally, applications using a separator have been used in the development of a solid polymer electrolyte fuel cell (Korean Patent Publication No. 2001-0070030), and in the case of using a cationic and / or anion selective membrane as a separator in wastewater treatment ( Salem et al., Desalination, 101 (1995) 123). However, in the CDI process, a separator is not used separately to smoothly flow the solution.

CDI 공정은 미국 캘리포니아의 Lawrence Livermore National Laboratory의 Joseph C. Farmer에 의해 처음 개발되었으며, 다공성의 탄소전극을 스택(stack) 형태로 구성함으로써 물에 포함된 불순물과 염이 제거되는 원리를 이용한 공정이다(Lawrence W. Hrubesh, Journal of Non-Crystalline Solids, 225 (1998) 335; J. C. Farmer et al., Journal of Non-Crystalline Solids, 225 (1998) 74). 양이온, 음이온이 포함된 용액이 두개의 다공성 탄소전극 층의 사이를 통과할 때 정전기력을 인가함으로써 물속에 포함된 이온이 제거되게 된다. 정전기력에 의하여 양극(positive electrode)으로 Cl-와 같은 음이온이 이동하고, 음극(negative electrode)으로는 Na+와 같은 양이온이 이동하여 대전이 이루어지게 되며, 물은 이 온이 제거된 순수 형태로 배출되게 된다. CDI 공정에서는 깨끗한 물을 흘려줌으로써 전기 이중층에 대전된 이온이 물로 방전되어 전극의 재생이 간단하게 이루어지는 장점을 지니고 있다.The CDI process was first developed by Joseph C. Farmer of Lawrence Livermore National Laboratory, California, USA, using a principle that removes impurities and salts from water by constructing a porous carbon electrode in stack form ( Lawrence W. Hrubesh, Journal of Non-Crystalline Solids, 225 (1998) 335; JC Farmer et al., Journal of Non-Crystalline Solids, 225 (1998) 74). When a solution containing a cation and an anion passes between two porous carbon electrode layers, ions contained in water are removed by applying an electrostatic force. Anions such as Cl are moved to the positive electrode by the electrostatic force, and cations such as Na + are transferred to the negative electrode, so that charging is performed, and water is discharged in a pure form in which ions are removed. Will be. In the CDI process, by flowing clean water, ions charged in the electric double layer are discharged into water, thereby simplifying the regeneration of the electrode.

현재까지 소금 성분 또는 중금속 등을 포함하는 물의 정화를 위해서 여러가지 종류의 방법중, 이온교환수지(Ion exchange resin)를 이용한 방법이 많이 사용되고 있다. 그러나, 이온교환수지를 사용하는 방법은 수지의 재생시 산이나 염기성 용액을 사용해야 하고, 대용량의 물을 처리하기 위해서 많은 량의 폴리머수지와 화학약품을 사용해야 하므로 비경제적인 단점이 있다. 그러나, CDI 공정은 용액내의 이온을 효과적으로 제거하면서도 재생이 간단하고 재료가 차지하는 비중이 적기때문에 경제적이고 효과적인 공정이라 할 수 있다.Until now, among various kinds of methods for purifying water containing salt components or heavy metals, many methods using ion exchange resins have been used. However, the method of using an ion exchange resin has an economical disadvantage because an acid or basic solution should be used when regenerating the resin, and a large amount of polymer resin and chemicals should be used to treat a large amount of water. However, the CDI process is an economical and effective process because it effectively removes the ions in the solution and is simple in regeneration and has a low specific gravity.

현재까지 CDI 공정의 핵심이 되는 부분으로 인식되어져 온 것은 다공성의 탄소전극으로 효과적인 이중층 대전을 이루기 위해서는 일반적으로 표면적이 약 600~1000㎡/g 정도가 되어야 하며, 이온의 침투 및 확산이 빠르게 일어나도록 공극 크기가 마이크로포어(micropore)가 아닌 메소포어(mesopore)의 형태를 가져야 한다. 또한, 탄소전극의 내구성을 위한 전해조의 제작이 중요하며, 탄소전극을 집전체(current collector)와 함께 사용하여 내구성을 증가시킬 수 있다.It has been recognized as a core part of the CDI process until now to achieve effective double layer charging with a porous carbon electrode. In general, the surface area should be about 600 ~ 1000㎡ / g. The pore size should be in the form of mesopores, not micropores. In addition, it is important to manufacture an electrolytic cell for durability of the carbon electrode, and durability can be increased by using the carbon electrode together with a current collector.

그러나 CDI 공정에서는 유체의 빠른 흐름에 견딜 수 있도록 전해조를 설계하기 위해서는 최적 분리막의 제조가 무엇보다도 중요한 부분이다. 기존의 CDI 관련 연구들은 대부분 분리막을 사용하지 않았다(미국특허 제 5,954,937호; 미국특허 제 5,538,611; 미국특허 6,906,179호 등). However, in the CDI process, the manufacture of the optimum separator is the most important part in designing the electrolytic cell to withstand the rapid flow of the fluid. Most existing CDI related studies have not used a separator (US Patent No. 5,954,937; US Patent 5,538,611; US Patent 6,906,179, etc.).                         

CDI 반응의 원리를 보다 자세하게 살펴보면 CDI 장치는 양극과 음극에 동일 폐수(이온용액)를 공급하는 것에 의해, 양극 측 및 음극 측에 있어서 각각 하기 식 1 및 2로 이루어지는 전기화학적 흡착반응을 나타낸다.Looking at the principle of the CDI reaction in more detail, the CDI apparatus exhibits an electrochemical adsorption reaction consisting of the following formulas 1 and 2 on the anode side and the cathode side by supplying the same wastewater (ion solution) to the anode and the cathode.

[반응식 1]Scheme 1

Xm+ → Xm+ad/탄소X m + → X m + ad / carbon

[반응식 2]Scheme 2

Yn- → Yn-ad/탄소Y n- → Y n- ad / carbon

(상기 반응식 1 및 2에서, X = 양이온(예, 금속이온), Y = 음이온(예, Cl-, SO4 2-, NO3- 등), m= 반응에 사용되는 양이온의 전자의 수, n= 반응에 사용되는 음이온의 전자의 수(예, SO4 2-인 경우 n은 2이고, Cl-인 경우 n은 1이 됨), 그리고 ad=흡착(adsorption)을 의미함)(In the scheme 1 and 2, X = cations (e. G., Metal ions), Y = anion (e.g., Cl -, SO 4 2-, NO 3 - , and so on), the number of the cations used for reaction m = E, n = number of electrons of the anions used in the reaction means (for example, SO 4 2-, and when the n is 2, Cl when n is 1, the search), and ad = adsorption (adsorption))

이와 같은 화학반응에 의해 음이온 및 양이온을 고효율로 흡착 제거할 수 있는 것이다. 즉, 이때 음이온과 양이온은 산화 환원반응이 일어나지 않고, 탄소전극 표면에 탄소의 축전능에 의해 강하게 머무르게 된다.By such a chemical reaction, the anion and the cation can be removed by adsorption with high efficiency. That is, at this time, the anion and the cation do not undergo a redox reaction, and remain strong by the capacitive ability of carbon on the surface of the carbon electrode.

상기한 바와 같은 폐수의 이온들을 제거하는 CDI 장치의 분리막에 있어서는 폐수의 정화를 보다 효과적으로 처리하기 위해서 CDI 공정시 처리대상용액의 유로흐름을 원활하게 유지하면서도 양극과 음극의 접촉을 방지함에 있어서 절연성이 우 수한 재료로 형성하는 것이 요구된다.In the separation membrane of the CDI apparatus that removes the ions of the wastewater as described above, in order to more effectively treat the wastewater, the insulation of the anode and the cathode is prevented while maintaining the flow path of the solution to be treated smoothly during the CDI process. Formation of good materials is required.

이에 본 발명의 목적은 축전 탈이온화 공정시 처리대상용액의 유로흐름을 원활하게 유지하면서도 양극과 음극의 접촉을 방지할 수 있는 폐수 또는 염수의 축전 탈이온화용 분리막을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a separator for deionization of wastewater or brine that can prevent the contact between the positive electrode and the negative electrode while maintaining the flow path of the solution to be treated during the deionization process.

본 발명의 다른 목적은 상기 분리막을 이용한 폐수 또는 염수의 이온제거방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for removing ions of wastewater or brine using the separator.

본 발명의 일견지에 의하면, 이온 제거용 분리막에 있어서, 폴리카보네이트로 이루어지며, 양쪽면 혹은 한쪽면으로부터 1~2mm미만의 두께로 파여진 홈 형태의 다수의 채널을 갖고, 일측에 연결된 원수 유입구와 타측에 연결된 배출구를 포함함을 특징으로 하는, 폐수 또는 염수의 축전 탈이온화(capacitive deionization, CDI)용 분리막이 제공된다. According to one aspect of the present invention, a separator for ion removal, comprising a polycarbonate, having a plurality of groove-shaped channels that are dug to a thickness of less than 1 to 2 mm from both sides or one side, the raw water inlet connected to one side A separator for capacitive deionization (CDI) of wastewater or brine is provided, characterized in that it comprises an outlet connected to the other side.

본 발명의 다른 견지에 의하면, 축전 탈이온화 공정을 통한 폐수 또는 염수의 이온제거방법에 있어서, 적어도 하나의 상기 분리막을 축전 탈이온화 장치의 양극과 음극 사이에 위치시킨 다음, 폐수 또는 염수를 상기 분리막에 통과시켜 상기 폐수 또는 염수를 음이온과 양이온을 포함하는 오수 및 이온제거된 정수로 분리시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 폐수 또는 염수의 이온제거방법이 제공된다.
According to another aspect of the present invention, in the method for removing ions of wastewater or brine through a power storage deionization process, at least one separator is placed between an anode and a cathode of a power storage deionization device, and then the wastewater or brine is separated from the separator. Separation of the wastewater or brine into sewage and deionized water containing anions and cations by passing through the present invention is provided.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.                     

본 발명자들은 절연성이 우수하면서도 충격성, 내열성, 내후성, 자기 소화성, 투명성 등이 우수한 특정 재료를 사용하여 이것을 CDI 장치원리에 최적화하여 분리막을 제조하는 경우, 처리대상용액의 유로흐름을 원활하게 유지하면서도 양극과 음극의 접촉을 방지할 수 있는 폐수 또는 염수의 축전 탈이온화용 분리막을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다. The inventors of the present invention, when using a specific material excellent in insulation, but excellent in impact resistance, heat resistance, weather resistance, self-extinguishing, transparency, etc. to optimize the CDI device principle to produce a separation membrane, the anode while maintaining the flow path of the solution to be treated smoothly The present invention has been completed by finding a separator for deionization of waste water or brine capable of preventing contact between a cathode and a cathode.

본 발명에 적합한 재료로서 폴리카보네이트(polycabonate), 아크릴, 테프론, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(예, Kel-f(3M)) 등이 사용될 수 있으며, 이것을 CDI 장치원리에 적합하게 가공하여 폐수 유로의 흐름을 원활하게 하는 역할을 하는 분리막을 구성한다.As a material suitable for the present invention, polycarbonate (polycabonate), acrylic, Teflon, polychlorotrifluoroethylene (eg, Kel-f (3M)) and the like can be used, which is processed in accordance with the principle of CDI device to the waste water flow path It constitutes a separator that serves to facilitate the flow.

본 발명의 분리막을 구성하는 재료로 폴리카보네이트가 가장 바람직하게 사용되며, 그 화학식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.Polycarbonate is most preferably used as a material constituting the separator of the present invention, and the chemical formula may be represented as follows.

Figure 112003036174659-pat00001
Figure 112003036174659-pat00001

폴리카보네이트는 탄산(carbonic acid, H2CO3, HO-CO-OH)과 다이올, HO-R-OH의 축합된 구조를 갖는 일종의 폴리에스터로서 상업적으로 비스페놀 에이와 포스젠으로부터 합성된 폴리카보네이트(polycabonate)는 빛의 확산성이 크며, 가시광선 투과율이 높아 판유리와 같이 맑은 표면 광택을 나타내며 내후성이 뛰어나 장기간 높은 물성을 유지하고, 온도변화에도 성능을 유지할 수 있어 폐수처리용 CDI 장치의 분리막 재료로 적합한 특성을 갖는다. Polycarbonate is a kind of polyester having a condensed structure of carbonic acid (H 2 CO 3 , HO-CO-OH), diol and HO-R-OH, and commercially synthesized polycarbonate from bisphenol A and phosgene (Polycabonate) has high light diffusivity, high visible light transmittance, shows clear surface gloss like plate glass, and has excellent weather resistance, so it can maintain high physical properties for a long time and maintain performance even with temperature changes. Has suitable properties.

본 발명에서 상기 폴리카보네이트는 수지층(resin) + 유리섬유층(fiber glass) + 수지층(resin)으로 구성될 수 있다. 이와 같이 구성될 경우, 기존 강화유리의 150배이상의 충격도, 판유리의 250배, 아크릴의 30배의 강도를 가지며, 전기절연성이 우수하고, 비중이 유리의 1/2 정도로 경량이다. The polycarbonate in the present invention may be composed of a resin layer (resin) + glass fiber layer (fiber glass) + resin layer (resin). When configured in this way, it has a strength of 150 times or more of the existing tempered glass, 250 times of the plate glass, 30 times of the acrylic, excellent electrical insulation, and the specific gravity is light weight about 1/2 of the glass.

본 발명의 분리막을 구성하는 재료로 이밖에 테프론, 아크릴 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌(예, Kel-f(3M))가 사용될 수 있으며, 아크릴은 저렴한 비용면에서 경제성을 고려할 때, 테프론은 얇은 분리막을 제조해야 하는 조건에서 그리고 Kel-f는 내구성을 고려할 때 선택하여 사용될 수 있다.
Teflon, acrylic, and polychlorotrifluoroethylene (eg, Kel-f (3M)) may be used as materials for forming the separator of the present invention. Under the conditions in which the membrane is to be manufactured and Kel-f can be selected and used in consideration of durability.

탄소전극면적이 가로 50mm x 세로 50mm일 경우 집전체와 분리막의 크기는 70mm x 70mm가 되어야 하며, 채널은 탄소크기만큼만 형성되면 된다. 즉 채널부분의 전체크기는 가로 50mm x 세로 50mm가 된다. 본 발명의 분리막에서 채널은 양쪽면에서 1~2mm미만의 두께로 파여진 홈 형태의 다수의 채널을 가지며 물이 통과가능하다. 만일, 채널두께가 1mm미만인 경우는 용액의 흐름이 원활하지 못하여 셀내의 압력을 상승시킬 수 있고, 이로 인해 용액의 누수가 발생할 수 있습니다. 그리고 2mm를 넘는 경우는 용액이 충분히 탄소전극과 접촉하여 반응할 수 없으므로 폐용액 내의 이온들의 제거효율의 감소가 유발됩니다. 이때 상기 채널은 각각의 채널이 상하 좌우로 서로 교차되도록 구성될 수 있다. 상기 채널의 크기는 바람직하게, 채널의 크기 가로, 세로 모두 1 ~ 2mm가 될 수 있다. 또한, 상기 각각의 채널간의 간격은 1~2mm가 바람직하며, 그 간격은 탄소 양극과 음극의 크기 및 사용 갯수에 따라 적절히 선택하여 조절한다. 만일, 전극의 크기가 증가하면 채널의 간격도 증가시켜야 한다. 예를 들면 전극의 크기가 100 mm x 100mm가 되면 채널의 가로 세로 깊이는 각각 최소 2mm 이상 4mm 이하로 되어야 한다.
If the carbon electrode area is 50mm x 50mm in width, the size of the current collector and the separator should be 70mm x 70mm, and the channel only needs to be formed as much as the carbon size. That is, the overall size of the channel portion is 50mm wide x 50mm long. In the separation membrane of the present invention, the channel has a plurality of groove-shaped channels that are dug to a thickness of less than 1 to 2 mm on both sides, and water is allowed to pass through. If the channel thickness is less than 1mm, the flow of the solution may not be smooth and the pressure in the cell may be increased, which may cause the solution to leak. If it exceeds 2mm, the solution cannot contact with the carbon electrode sufficiently to react, which causes a decrease in the removal efficiency of ions in the waste solution. In this case, the channels may be configured such that each channel crosses each other in up, down, left and right. The size of the channel is preferably 1 to 2 mm in both the length and width of the channel. In addition, the interval between each channel is preferably 1 ~ 2mm, the interval is appropriately selected and adjusted according to the size and the number of use of the carbon anode and cathode. If the size of the electrode increases, the spacing of the channels must also increase. For example, if the size of the electrode is 100 mm x 100 mm, the channel depth should be at least 2 mm and no more than 4 mm, respectively.

또한, 본 발명의 분리막은 일측에 연결된 원수 유입구와 타측에 연결된 배출구를 갖는다. 상기 유입구 및 배출구는 원수가 흘러들어오고 나갈 수 있도록 적절한 위치에 배치될 수 있다.In addition, the separator of the present invention has a raw water inlet connected to one side and an outlet connected to the other side. The inlets and outlets may be placed at appropriate locations to allow the raw water to flow in and out.

본 발명의 분리막의 두께는 2~5mm가 바람직하다. 만일 상기 분리막의 두께가 너무 얇은 경우 용액의 흐름이 원활하지 못하여 셀내의 압력을 상승시킬 수 있고, 이로 인해 용액의 누수가 발생할 수 있으며, 또한 너무 두꺼운 경우 용액이 충분히 탄소전극과 접촉하여 반응할 수 없으므로 폐용액 내의 이온들의 제거효율의 감소가 유발될 수 있다. 또한 만일, 분리막의 두께가 2mm미만일 경우는 채널의 크기가 1mm이하가 되고, 그리고 5mm를 넘는 경우는 채널의 크기가 2.5mm 이상이 되도록 하는 것이 바람직하,며 이때 상기 분리막의 두께는 사용하는 탄소 양극과 음극의 크기 및 사용 갯수에 따라 적절히 선택하여 조절한다.
As for the thickness of the separator of this invention, 2-5 mm is preferable. If the thickness of the separator is too thin, the flow of the solution may not be smooth and the pressure in the cell may be increased, which may cause leakage of the solution, and if the thickness is too thick, the solution may sufficiently react with the carbon electrode to react. Therefore, the reduction of the removal efficiency of the ions in the waste solution can be caused. In addition, if the thickness of the separator is less than 2mm, the size of the channel is less than 1mm, and if it exceeds 5mm, it is preferable to make the size of the channel more than 2.5mm, wherein the thickness of the separator is used carbon Select and adjust according to the size and number of anodes and cathodes.

본 발명의 분리막은 사용시 축전 탈이온화 장치의 양극과 음극 사이에 놓여 지며, 여기에 폐수 또는 염수를 흘려보내면 이온은 양 전극으로 이동하고 이온제거된 정수가 분리막의 배출구로 빠져나오게 되어 정수처리된다.
The separator of the present invention is placed between the positive electrode and the negative electrode of the storage deionization device in use, and when effluent or brine flows into the ions, the ions move to both electrodes and the purified water is discharged to the outlet of the separator to be purified.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail the present invention.

<실시예><Examples>

도 1은 본 발명이 적용되는 CDI장치의 원리를 나타낸 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 탄소음극(1)과 탄소양극(2)에 처리대상용액(3)을 흘려주며, 이때 최적의 전압을 인가하였을때 양극과 음극에 음이온과 양이온이 각각 흡착처리되며, 결과적으로 순수(4)가 얻어질 수 있다.1 is a schematic diagram showing the principle of a CDI apparatus to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the solution to be treated (3) flows through the carbon cathode (1) and the carbon anode (2). At this time, when an optimum voltage is applied, anions and cations are adsorbed to the cathode and the anode, respectively. As a result, pure water 4 can be obtained.

도 2는 본 발명의 폐수 또는 염수의 CDI용 분리막을 상세히 나타낸 도면이다. 분리막의 재질은 폴리카보네이트로 이루어졌으며, 처리용액의 유입구(5)와 배수구(6) 그리고 분리막의 채널(7)로 이루어져 있다. 분리막의 두께는 3mm이고, 채널의 간격은 1mm이며 유입부분의 직경은 2mm로 하여 제조하였다. 채널의 깊이는 양쪽에서 1mm씩으로 하여 상하와 좌우로 엇갈리게 하여 제조하였다. 위에 언급한 분리막 상세크기는 25㎠의 탄소양극과 음극을 각각 5개 사용한 연속식 CDI장치용 분리막에 최적인 수치이다. Figure 2 is a view showing in detail the separation membrane for CDI of the wastewater or brine of the present invention. The material of the separator is made of polycarbonate, and consists of an inlet (5) and a drain (6) of the treatment solution and a channel (7) of the separator. The thickness of the separator was 3mm, the interval of the channel is 1mm and the diameter of the inlet was prepared by 2mm. The depth of the channel was prepared by staggering up and down and left and right by 1mm on each side. The size of the above-mentioned separator is the optimum value for the separator for continuous CDI apparatus using five carbon anodes and cathodes of 25 cm 2 each.

도 3은 본 발명의 분리막과 집전체(current collector) 그리고 탄소전극을 조합하여 완성된 폐수처리용 CDI 장치를 나타내는 도면이다. 연속식 CDI 폐수처리장치로서 모두 5장의 분리막(9)이 사용되었으며, 분리막의 크기는 가로 6cm, 세로 6cm 즉, 36㎠의 면적을 가지며, 두께는 3mm이며 양쪽에서 1mm의 깊이로 홈을 내서 제작한 것이다. 음극과 양극의 탄소의 면적은 각각 25㎠이고, 총 5개의 반응실로 이루어져 있으므로 총 전극면적은 음극이 125㎠ 그리고 양극이 125㎠이다. 셀은 집전체(9)와 알루미늄 지지판(10) 그리고 용액의 누수를 막고 분리막과 처리대상액 그리고 탄소전극과의 우수한 접촉에 따른 셀 저항을 줄이기 위한 조임장치(11)로 구성되어 있다.3 is a view showing a CDI device for wastewater treatment completed by combining the separator, the current collector and the carbon electrode of the present invention. As a continuous CDI wastewater treatment device, all five separators 9 were used. The separators had an area of 6 cm wide and 6 cm long, that is, 36 cm 2, with a thickness of 3 mm and grooved to a depth of 1 mm on both sides. It is. The carbon area of the negative electrode and the positive electrode is 25 cm 2, respectively, and is composed of five reaction chambers. The cell is composed of a current collector 9, an aluminum support plate 10, and a tightening device 11 for preventing leakage of the solution and reducing cell resistance due to excellent contact between the separator, the treatment liquid, and the carbon electrode.

도 2와 3에서 양극 탄소전극과 음극 탄소전극의 크기를 가로 15cm, 세로 15cm로 하여 전극면적을 225㎠로 하고 사용전극의 갯수를 각 10장 이상으로 할 경우에 분리막의 크기는 (예를들어, 가로 17cm, 세로 17cm 즉, 289㎠의 면적을 갖도록)변화되어야 한다. 왜냐하면 분리막의 두께가 3mm이하일 경우 조임장치에 의해 다층 셀을 조립시 분리막의 모든 부분에 균일하게 힘을 인가할 수 없기 때문이다.
In FIGS. 2 and 3, the size of the anode and cathode carbon electrodes is 15 cm wide and 15 cm long, and the electrode area is 225 cm 2 and the number of electrodes used is 10 or more, respectively. , 17 cm wide by 17 cm long, that is, 289 cm 2). This is because when the thickness of the separator is less than 3mm, it is not possible to apply force uniformly to all parts of the separator when assembling the multilayer cell by the tightening device.

본 발명의 분리막은 CDI 공정시 탄소양극과 탄소음극의 접촉을 방지시켜 전기단락을 방지하고, 균일한 채널을 가져 처리대상 폐액의 흐름을 원활하게 하며, 처리대상 폐액과 탄소양극과 음극과의 충분한 반응성을 일으키게 할 수 있는 효과를 나타낸다.The separator of the present invention prevents electrical shorts by preventing the contact between the carbon anode and the carbon cathode during the CDI process, and has a uniform channel to facilitate the flow of the waste liquid to be treated, and sufficient separation between the waste liquid to be treated and the carbon anode and the cathode. It has the effect of causing reactivity.

Claims (5)

이온 제거용 분리막에 있어서, In the separation membrane for ion removal, 폴리카보네이트, 테프론, 아크릴 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌로 구성된 그룹으로부터 선택된 재질로 이루어지며, 양쪽면 혹은 한쪽면으로부터 1~2mm미만의 두께로 파여진 홈 형태의 다수의 채널을 갖고, 일측에 연결된 원수 유입구와 타측에 연결된 배출구를 포함함을 특징으로 하는, 폐수 또는 염수의 축전 탈이온화(capacitive deionization, CDI)용 분리막.It consists of a material selected from the group consisting of polycarbonate, teflon, acrylic and polychlorotrifluoroethylene, having a plurality of channels in the form of grooves cut into a thickness of less than 1 to 2 mm from both sides or one side, connected to one side Separation membrane for capacitive deionization (CDI) of wastewater or brine, characterized in that it comprises a source inlet and an outlet connected to the other side. 제 1항에 있어서, 상기 분리막의 두께는 2~5mm임을 특징으로 하는 폐수 또는 염수의 축전 탈이온화용 분리막.According to claim 1, wherein the thickness of the separator is characterized in that the waste water or brine separator for deionization of the waste water, characterized in that 2 ~ 5mm. 제 1항에 있어서, 상기 채널은 각각의 채널이 상하 좌우로 서로 교차됨을 특징으로 하는 폐수 또는 염수의 축전 탈이온화용 분리막.The membrane of claim 1, wherein the channels cross each other vertically and horizontally. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 채널간의 간격은 1~3mm임을 특징으로 하는 폐수 또는 염수의 축전 탈이온화용 분리막.The separation membrane for storage deionization of wastewater or brine according to claim 1, wherein the distance between each channel is 1 to 3 mm. 축전 탈이온화 공정을 통한 폐수 또는 염수의 이온제거방법에 있어서,In the deionization method of wastewater or brine through power storage deionization process, 적어도 하나의 제 1항의 분리막을 축전 탈이온화 장치의 양극과 음극 사이에 위치시킨 다음, 폐수 또는 염수를 상기 분리막에 통과시켜 상기 폐수 또는 염수를 음이온과 양이온을 포함하는 오수 및 이온제거된 정수로 분리시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 폐수 또는 염수의 이온제거방법.At least one separator of claim 1 is placed between the positive electrode and the negative electrode of the deionization apparatus, and the wastewater or brine is passed through the separator to separate the wastewater or brine into sewage and deionized water containing anions and cations. Characterized in that it comprises a step of removing, waste water or brine ion removal method.
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