KR101284009B1 - Manufacturing Method of Capacitive Deionization Electrode - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이온교환기를 갖는 고분자의 구조, 아민화도 내지 술폰화도 또는 용액의 농도 등을 제어하여 탄소재 전극에 고분자를 직접 코팅할 수 있도록 하여 이온교환막과 전극 간의 계면 저항을 줄여 저항 손실을 줄이고 공정을 단순화함으로써 기존의 정수 처리율을 유지하며, 공정 단순화로 인해 제조비용을 절감할 수 있는 전기 흡착식 이온제거용 전극의 제조방법을 개시한다.   The present invention is to control the structure of the polymer having an ion exchange group, the degree of amination to sulfonation or the concentration of the solution to directly coat the polymer on the carbon-based electrode to reduce the interface resistance between the ion exchange membrane and the electrode to reduce the resistance loss process Disclosed is a method for manufacturing an electrode for electrosorption ion removal, which maintains a conventional water treatment rate and reduces manufacturing costs due to a simplified process.

Description

전기 흡착식 이온제거용 전극의 제조방법{Manufacturing Method of Capacitive Deionization Electrode} Manufacturing Method of Electrosorption Type Ion Removal Electrode {Manufacturing Method of Capacitive Deionization Electrode}

본 발명은 전기 흡착식 이온제거용 전극의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 이온교환막이 직접 코팅된 전기 흡착식 이온제거용 전극의 제조방법, 이로부터 얻어지는 전극 및 이를 포함하는 단위 셀에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing an electrode for electrosorption ion removal, and more particularly, to a method for manufacturing an electrode for electrosorption ion removal electrode directly coated with an ion exchange membrane, an electrode obtained therefrom, and a unit cell including the same.

전 세계적으로 지구 온난화에 의한 가뭄 현상 심화, 지하수 고갈, 사막화 진행과, 인구 증가, 산업화에 의한 생활·산업 용수 사용 증가로 인하여 물의 자원으로서의 가치가 증대되고 있어, 해수의 담수화나 생활·산업 폐수의 재활용화 등이 새로운 이슈로 등장하고 있다. 또한 산업용 초순수의 제조에 대한 관심이 높아지고, 생활면에서는 먹고, 씻을 맑은 물의 수요가 증가함에 따라 고효율의 이온 제거 장치의 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Globally, drought phenomena due to global warming, groundwater depletion, desertification progress, population growth, and industrial and industrial water use are increasing, and as a resource of water is increasing, desalination of seawater and living and industrial wastewater Recycling is emerging as a new issue. In addition, as the interest in the production of industrial ultrapure water increases, and the demand for clear water to eat and wash in terms of life, research on the development of a high efficiency ion removal device is being actively conducted.

현재 이온물질을 제거하는 기술은 주로 증발법, 역삼투막법 및 이온교환수지법을 이용하고 있으며, 증발법과 역삼투막법은 높은 에너지 소비에 따른 운전비용 및 운전상의 문제점 등을 가지고 있고 가장 폭 넓게 사용하는 이온교환수지법은 재생할 때 산(Acid)이나 소금(NaCl)을 과량 사용하므로 2차 오염물질을 만드는 단점을 가지고 있다.Currently, technologies for removing ions are mainly used by evaporation, reverse osmosis membrane method and ion exchange resin method. Evaporation and reverse osmosis membrane methods have high operating cost and operating problems due to high energy consumption. The exchange resin method has a disadvantage of making secondary pollutants because of excessive use of acid (Acid) or salt (NaCl) during regeneration.

기존의 용존 이온 제거기술들이 가진 단점들을 보완하고 저 에너지 소비형의 새로운 이온 제거기술을 개발하고자 세계 여러 나라에서 연구들이 진행 중이며, 이러한 신 개념의 이온 제거기술에는 미국 LLNL, Sabrex of Texas 등에서 개발 중에 있는 전기 흡착식 이온제거(CDI ; Capacitive Deionization) 기술이 있다.In order to make up for the shortcomings of existing dissolved ion removal technologies and to develop new energy removal technologies with low energy consumption, researches are being conducted in various countries around the world. These new ion removal technologies are being developed in the US, LLNL and Sabrex of Texas. Capacitive deionization (CDI) technology.

전기 흡착식 이온 제거기술인 CDI기술은 다른 방법들에 비해 에너지 소비량이 적으며 기존의 이온 제거기술에서와 달리 화학약품에 의한 세정이 필요 없어 2차 오염이 없는 환경 친화적인 새로운 이온 제거기술이며 유지보수가 간편하다는 장점이 있어 차세대 용존 이온 제거기술로 연구가 활발히 진행되고 있다. 최초의 CDI 공정연구는 1960년대 미국 오클라호마대학 연구진이 다공성 활성탄 전극을 사용하여 해수의 담수화 연구를 하였고 이후 Johnson 등은 활성탄소를 이용하여 CDI 실험을 수행한 바 있다. 그러나 핵심 요소인 전극의 성능저하로 인하여 지속적인 공정의 어려움으로 개발하지 못하였으나 미국의 LLNL(Lawrence Livermore National Laboratory)에서 90년대 중반에 탄소에어로젤 전극을 이용한 CDI 공정을 개발하는 등의 연구가 진행되었고 그 밖에 활성 탄소 섬유, 탄소나노튜브 등을 전극 활물질로 사용한 CDI 공정 개발에 대한 연구도 진행된 바 있다.CDI technology, which is an electrosorption type ion removal technology, consumes less energy than other methods. Unlike conventional ion removal technology, CDI technology does not require cleaning by chemicals, so it is an eco-friendly new ion removal technology without secondary pollution. Due to its simplicity, research is being actively conducted on next-generation dissolved ion removal technology. The first CDI process research was carried out in the 1960s by researchers at the University of Oklahoma, USA using a porous activated carbon electrode for desalination of seawater, and Johnson et al. Conducted a CDI experiment using activated carbon. However, due to the deterioration of the electrode, which is a key factor, it has not been developed due to the difficulty of continuous process. However, in the mid-'90s, the LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) developed a CDI process using a carbon aerogel electrode. In addition, research on the development of the CDI process using activated carbon fibers, carbon nanotubes, etc. as an electrode active material has also been conducted.

이러한 탄소 재료의 전극만으로 이루어진 CDI 공정에서는 흡착된 이온의 탈착 과정에 있어서 반대편 전극으로의 재흡착은 물론 기 흡착 완료된 전극으로부터 이온이 모두 탈착되지 못하는 문제점이 발생된다. In the CDI process using only carbon-based electrodes, a problem arises in that the adsorption of ions from the adsorbed ions is desorbed to the opposite electrode as well as the ions are not desorbed from the electrode.

이를 보완하기 위해 전극 간에 이온교환막을 삽입하는 기술이 있으며, 이를 채용하는 단위 셀의 개요도는 도 1로 도시한 것을 들 수 있다. 하지만, 기 제조된 이온교환막을 전극 표면에 위치시키고 압착이나 열융착 등의 방법을 이용하여 개발된 CDI 공정의 경우 이온교환막과 전극 표면 사이에 큰 계면 저항이 작용하여 전반적인 정수 처리율을 감소시키는 단점이 있을 뿐만 아니라 제조 원가 절감을 위한 추가적인 공정 단순화에 대한 요구가 여전히 존재하고 있는 실정이다. 또한 이온교환막을 제조시 중합체를 제조한 뒤 용매나 미반응 물질들을 제거하는 후처리 공정을 수반한다. In order to compensate for this, there is a technique of inserting an ion exchange membrane between electrodes, and a schematic diagram of a unit cell employing the same may be illustrated in FIG. 1. However, in the case of the CDI process developed by placing the prepared ion exchange membrane on the electrode surface and using a method such as compression or heat fusion, a large interface resistance between the ion exchange membrane and the electrode surface acts to reduce the overall water treatment rate. In addition, there is still a need for additional process simplification to reduce manufacturing costs. In addition, the preparation of the ion exchange membrane involves a post-treatment process for preparing a polymer and then removing solvents or unreacted materials.

본 발명의 일 구현예에서는 탄소재 전극과 이온교환막 간의 계면 저항을 최소화함은 물론 이온교환막을 형성하는 데 있어서 공정을 단순화하여 제조원가를 절감할 수 있는 전기 흡착식 이온제거용 전극의 제조방법을 제공하고자 한다. In one embodiment of the present invention to minimize the interfacial resistance between the carbon-based electrode and the ion exchange membrane as well as to provide a method of manufacturing an electrode for the electrosorption ion removal electrode that can reduce the manufacturing cost by simplifying the process in forming the ion exchange membrane. do.

본 발명의 일 구현예에서는 탄소재 전극과 이온교환막 간의 계면 저항을 최소화할 수 있는 전기 흡착식 이온제거용 전극을 제공하고자 한다. In one embodiment of the present invention to provide an electrode for the electrosorption type ion removal that can minimize the interface resistance between the carbon material electrode and the ion exchange membrane.

본 발명의 일 구현예에서는 별도로 이온교환막을 제막하여 단위 셀로 포함시키는 공정을 생략할 수 있음에 따라 공정을 단순화할 수 있고, 탄소재 전극과 이온교환막 간의 계면저항을 최소화할 수 있음에 따라 이온의 흡탈착 특성 및 이온제거율 효율이 향상된 전기 흡착식 이온 장치의 단위셀을 제공하고자 한다. In an embodiment of the present invention, the process of forming an ion exchange membrane separately and including the unit cell may be omitted, and the process may be simplified, and the interface resistance between the carbonaceous electrode and the ion exchange membrane may be minimized. The present invention provides a unit cell of an electroadsorption type ion apparatus having improved adsorption and desorption characteristics and ion removal rate efficiency.

본 발명의 일 구현예에서는 다음 화학식 1로 표시되는 양이온교환기를 갖는 고분자를 포함하는 양이온전도체 용액 또는 다음 화학식 2로 표시되는 음이온교환기를 갖는 고분자를 포함하는 음이온전도체 용액을 탄소재 전극에 도포하고 건조하여 이온교환막을 형성하는 공정을 포함하는 전기 흡착식 이온제거용 전극의 제조방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention, a cationic conductor solution containing a polymer having a cation exchange group represented by the following Chemical Formula 1 or an anion conductor solution containing a polymer having an anion exchange group represented by the following Chemical Formula 2 is applied to a carbonaceous electrode and dried It provides a method for producing an electrode for electroadsorption ion removal comprising the step of forming an ion exchange membrane.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112010077432895-pat00001
Figure 112010077432895-pat00001

화학식 1에서, A와 A'는 서로 같거나 다른 것으로 -S-, -SO2-, -NH-, -C(CH3)2- 또는 -C=O-이고, B는 -O-, -SO2-, -C=O- 또는 -C(CF3)2이며, X는 나트륨 또는 칼륨이고, n+m=k이고 n/(n+m)은 0.001 내지 1이다. In Formula 1, A and A 'are the same as or different from each other, -S-, -SO 2- , -NH-, -C (CH 3 ) 2 -or -C = O-, and B is -O-,- SO 2- , -C = O- or -C (CF 3 ) 2 , X is sodium or potassium, n + m = k and n / (n + m) is 0.001 to 1.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112010077432895-pat00002
Figure 112010077432895-pat00002

화학식 2에서, Y는 -, -CO-, -SO2- 또는 -O-이고, Z 및 D는 서로 같거나 다른 것으로 -, -O- 또는 -S-이고, C는 -, -C(CH3)2- 또는 -C(CF3)2-이고, R1은 H 또는 -CH2N+R2R3R4이고, R2, R3, R4는 서로 같거나 다른 것으로 -CH3, -CH2CH3, -(CH2)2CH3, -CH2NH2, -(CH2)2NH2 또는 -(CH2)3NH2이며, x, y는 각각 임의의 반복단위이고, x/(x+y)는 0.001 내지 1이다.In formula 2, Y is-, -CO-, -SO 2 -or -O-, Z and D are the same or different from each other-, -O- or -S-, C is-, -C (CH 3 ) 2 -or -C (CF 3 ) 2- , R 1 is H or -CH 2 N + R 2 R 3 R 4 , R 2 , R 3 , R 4 is the same or different from each other and is -CH 3 , -CH 2 CH 3 ,-(CH 2 ) 2 CH 3 , -CH 2 NH 2 ,-(CH 2 ) 2 NH 2 or-(CH 2 ) 3 NH 2 X and y are each arbitrary repeating unit, and x / (x + y) is 0.001-1.

본 발명의 일 구현예에 의한 전기 흡착식 이온제거용 전극의 제조방법에서, 화학식 1로 표시되는 고분자로는 NMP (N-methyl-α-pyrrolidinone) 상에서 측정한 고유점도가 0.1 이상으로 물에 용해되지 않으며, NMP 상에서 측정된 고유점도가 0.8 이상 2.5 이하의 범위에 존재하는 것을 사용할 수 있다.In the manufacturing method of the electrode for the electrosorption ion removal ion according to an embodiment of the present invention, the polymer represented by the formula (1) is not dissolved in water to the intrinsic viscosity measured on NMP (N-methyl-α-pyrrolidinone) of 0.1 or more And, the intrinsic viscosity measured on the NMP can be used that exists in the range of 0.8 or more and 2.5 or less.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 의한 전기 흡착식 이온제거용 전극의 제조방법에서, 화학식 1로 표시되는 고분자는 n/(n+m)은 0.8 내지 1이고, 화학식 2로 표시되는 고분자는 x/(x+y)는 0.8 내지 1인 것을 사용할 수 있다.In the method for preparing an electrode for electrosorption ion removal according to a preferred embodiment of the present invention, the polymer represented by Formula 1 is n / (n + m) is 0.8 to 1, and the polymer represented by Formula 2 is x / ( x + y) may be used is 0.8 to 1.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 의한 전기 흡착식 이온제거용 전극의 제조방법에서, 양이온전도체 용액은 화학식 1로 표시되는 양이온교환기를 갖는 고분자를 전체 용액 중 10 내지 30중량%로 포함하는 것을 사용할 수 있고, 음이온전도체 용액은 화학식 2로 표시되는 음이온교환기를 갖는 고분자를 전체 용액 중 10 내지 30중량%로 포함하는 것을 사용할 수 있다. In the manufacturing method of the electrode for the electrosorption ion removal ion according to a preferred embodiment of the present invention, the cation conductor solution may be used to include a polymer having a cation exchange group represented by the formula (1) in 10 to 30% by weight of the total solution , Anion conductor solution may be used to include a polymer having an anion exchange group represented by the formula (2) in 10 to 30% by weight of the total solution.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 의한 전기 흡착식 이온제거용 전극의 제조방법에서, 양이온전도체 용액은 화학식 1로 표시되는 양이온교환기를 갖는 고분자의 중합생성물 자체이고, 음이온전도체 용액은 화학식 2로 표시되는 음이온교환기를 갖는 고분자의 중합생성물 자체일 수 있다.In the method for preparing an electrode for electrosorption ion removal according to a preferred embodiment of the present invention, the cation conductor solution is a polymerization product of a polymer having a cation exchange group represented by Formula 1, and the anion conductor solution is an anion represented by Formula 2. It may be a polymerization product itself of a polymer having an exchange group.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 의한 전기 흡착식 이온제거용 전극의 제조방법에서, 이온교환막은 두께가 10 내지 20㎛ 되도록 형성될 수 있다.In the manufacturing method of the electrode for the ion adsorption type ion removal according to a preferred embodiment of the present invention, the ion exchange membrane may be formed to have a thickness of 10 to 20㎛.

본 발명의 일 구현예에 의한 전기 흡착식 이온제거용 전극의 제조방법에서,건조는 55 내지 65℃의 공기 또는 불활성 가스 분위기에서 12 내지 36시간 수행될 수 있다.In the manufacturing method of the electrode for the ion adsorption ion removal according to an embodiment of the present invention, the drying may be performed for 12 to 36 hours in the air or inert gas atmosphere of 55 to 65 ℃.

본 발명의 다른 일 구현예에서는 탄소재 전극; 및 탄소재 전극 표면에 형성되며, 다음 화학식 1로 표시되는 양이온교환기를 포함하는 고분자 또는 다음 화학식 2로 표시되는 음이온교환기를 포함하는 고분자로 되는 이온교환막을 포함하는 전기 흡착식 이온제거용 전극을 제공한다.In another embodiment of the present invention; And an ion exchange membrane formed on the surface of the carbonaceous electrode and comprising a polymer including a cation exchange group represented by the following Chemical Formula 1 or a polymer including an anion exchange group represented by the following Chemical Formula 2; .

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112010077432895-pat00003
Figure 112010077432895-pat00003

화학식 1에서, A와 A'는 서로 같거나 다른 것으로 -S-, -SO2-, -NH-, -C(CH3)2- 또는 -C=O-이고, B는 -O-, -SO2-, -C=O- 또는 -C(CF3)2이며, X는 나트륨 또는 칼륨이고, n+m=k이고 n/(n+m)은 0.001 내지 1이다. In Formula 1, A and A 'are the same as or different from each other, -S-, -SO 2- , -NH-, -C (CH 3 ) 2 -or -C = O-, and B is -O-,- SO 2- , -C = O- or -C (CF 3 ) 2 , X is sodium or potassium, n + m = k and n / (n + m) is 0.001 to 1.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112010077432895-pat00004
Figure 112010077432895-pat00004

화학식 2에서, Y는 -, -CO-, -SO2- 또는 -O-이고, Z 및 D는 서로 같거나 다른 것으로 -, -O- 또는 -S-이고, C는 -, -C(CH3)2- 또는 -C(CF3)2-이고, R1은 H 또는 -CH2N+R2R3R4이고, R2, R3, R4는 서로 같거나 다른 것으로 -CH3, -CH2CH3, -(CH2)2CH3, -CH2NH2, -(CH2)2NH2 또는 -(CH2)3NH2이며, x, y는 각각 임의의 반복단위이고, x/(x+y)는 0.001 내지 1이다.In formula 2, Y is-, -CO-, -SO 2 -or -O-, Z and D are the same or different from each other-, -O- or -S-, C is-, -C (CH 3 ) 2 -or -C (CF 3 ) 2- , R 1 is H or -CH 2 N + R 2 R 3 R 4 , R 2 , R 3 , R 4 is the same or different from each other and is -CH 3 , -CH 2 CH 3 ,-(CH 2 ) 2 CH 3 , -CH 2 NH 2 ,-(CH 2 ) 2 NH 2 or-(CH 2 ) 3 NH 2 X and y are each arbitrary repeating unit, and x / (x + y) is 0.001-1.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 의한 전기 흡착식 이온제거용 전극에서, 화학식 1로 표시되는 고분자는 NMP (N-methyl-α-pyrrolidinone) 상에서 측정한 고유점도가 0.1 이상으로 물에 용해되지 않으며, NMP 상에서 측정된 고유점도가 0.8 이상 2.5 이하의 범위에 존재하는 것일 수 있다.In the electrosorption ion removal electrode according to a preferred embodiment of the present invention, the polymer represented by the formula (1) is insoluble in water with an intrinsic viscosity of 0.1 or more measured on NMP (N-methyl-α-pyrrolidinone), NMP Intrinsic viscosity measured in the phase may be present in the range of 0.8 or more and 2.5 or less.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 의한 전기 흡착식 이온제거용 전극에서, 화학식 1로 표시되는 고분자는 n/(n+m)은 0.8 내지 1이고, 화학식 2로 표시되는 고분자는 x/(x+y)는 0.8 내지 1인 것일 수 있다.In the electrode for electrosorption ion removal ion according to a preferred embodiment of the present invention, the polymer represented by Formula 1 is n / (n + m) is 0.8 to 1, the polymer represented by Formula 2 is x / (x + y ) May be from 0.8 to 1.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 의한 전기 흡착식 이온제거용 전극에서, 이온교환막은 두께가 10 내지 20㎛일 수 있다.In the electrode for the electrosorption ion removal ion according to a preferred embodiment of the present invention, the ion exchange membrane may have a thickness of 10 to 20㎛.

본 발명의 다른 일 구현예에서는 상기 일 구현예들에 의한 제조방법에 따라 얻어지는 전극을 포함하는 전기 흡착식 이온제거장치의 단위 셀을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a unit cell of an electroadsorbing ion removing device including an electrode obtained according to the manufacturing method according to the above embodiments.

본 발명의 다른 일 구현예에서는 상기 일 구현예들에 의한 전극을 포함하는 전기 흡착식 이온제거장치의 단위셀을 제공한다.
Another embodiment of the present invention provides a unit cell of an electroadsorption type ion removing device including the electrode according to the embodiments.

본 발명에 따르면 탄소재 전극과 이온교환막 간의 계면 저항을 최소화함은 물론 이온교환막을 형성하는 데 있어서 가격절감과 공정의 단순화를 통해 제조원가 절감 효과를 얻을 수 있고, 별도로 이온교환막을 제막하여 단위 셀로 포함시키는 공정을 생략할 수 있음에 따라 공정을 단순화할 수 있으며, 탄소재 전극과 이온교환막 간의 계면저항을 최소화할 수 있음에 따라 이온의 흡탈착 특성 및 이온제거율 효율을 향상시켜, 일예로 전기 흡착식 이온제거 공정의 정수 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, it is possible to minimize the interface resistance between the carbon material electrode and the ion exchange membrane, and to reduce the manufacturing cost by simplifying the cost and simplifying the process in forming the ion exchange membrane, and separately forming the ion exchange membrane as a unit cell. Since the process can be omitted, the process can be simplified, and the interface resistance between the carbonaceous electrode and the ion exchange membrane can be minimized, thereby improving the adsorption and desorption characteristics and the ion removal efficiency of the ions. The water treatment efficiency of the removal process can be improved.

도 1은 종래 이온교환막을 포함하는 전기흡착 단위셀의 구조에 대한 개요도.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따라 얻어진 전기 흡착식 이온제거용 전극을 음극으로 이용한 단위 셀에 대하여 전극의 종류를 달리하여 시간의 경과에 따른 이온제거율을 평가한 결과 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 얻어진 전기 흡착식 이온제거용 전극을 음극으로 이용한 단위 셀에 대하여 전극의 종류에 따른 정수처리율을 평가한 결과 그래프.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따라 얻어진 전기 흡착식 이온제거용 전극을 양극으로 이용한 단위 셀에 대하여 시간에 따른 이온 흡착 및/또는 탈착 특성을 비교 실험한 결과 그래프.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따라 얻어진 전기 흡착식 이온제거용 전극을 양극으로 이용한 단위 셀에 대하여 시간에 따른 이온 제거율을 평가한 결과 그래프.
1 is a schematic diagram of the structure of an electroadsorption unit cell including a conventional ion exchange membrane.
FIG. 2 is a graph illustrating a result of evaluating ion removal rate over time by varying the type of electrode with respect to a unit cell using the electroadsorbing ion removing electrode obtained as an anode according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph of the result of evaluating the water treatment rate according to the type of electrode for the unit cell using the electroadsorption type ion removal electrode obtained according to an embodiment of the present invention as a cathode.
Figure 4 is a graph of the results of comparing the adsorption and / or desorption characteristics of the ion adsorption and / or desorption characteristics with respect to the unit cell using the electrosorption type ion removal electrode obtained as an anode according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the result of evaluating the ion removal rate with time for the unit cell using the electroadsorption type ion removal electrode obtained as an anode according to one embodiment of the present invention.

본 발명은 전기 흡착식 이온제거용 전극을 제조하는 방법으로 구체적으로는 특정 구조식으로 되는 이온교환기를 갖는 고분자 용액을 직접 코팅하여 이온교환막을 갖는 전기 흡착식 이온제거용 전극을 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing an electrode for electrosorption ion removal, specifically to a method for producing an electrode for electrosorption ion removal having an ion exchange membrane by directly coating a polymer solution having an ion exchange group having a specific structural formula.

본 발명의 일 구현예에서 전극이 양극이거나 음극인 것에 따라서 이온교환기를 갖는 고분자 용액은 음이온교환기를 갖는 고분자이거나 양이온교환기를 갖는 고분자일 수 있음은 물론이다. In one embodiment of the present invention, depending on whether the electrode is an anode or a cathode, the polymer solution having an ion exchange group may be a polymer having an anion exchange group or a polymer having a cation exchange group.

본 발명의 일 구현예에서 양이온교환기를 갖는 고분자는 다음 화학식 1로 표시되는 것이 탄소재 전극에의 직접 코팅성 측면에서 유리할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the polymer having a cation exchange group may be advantageous in terms of direct coating property on the carbonaceous electrode represented by the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112010077432895-pat00005
Figure 112010077432895-pat00005

화학식 1에서, A와 A'는 서로 같거나 다른 것으로 -S-, -SO2-, -NH-, -C(CH3)2- 또는 -C=O-이고, B는 -O-, -SO2-, -C=O- 또는 -C(CF3)2이며, X는 나트륨 또는 칼륨이고, n+m=k이고 n/(n+m)은 0.001 내지 1이다. In Formula 1, A and A 'are the same as or different from each other, -S-, -SO 2- , -NH-, -C (CH 3 ) 2 -or -C = O-, and B is -O-,- SO 2- , -C = O- or -C (CF 3 ) 2 , X is sodium or potassium, n + m = k and n / (n + m) is 0.001 to 1.

구체적으로 화학식 1로 표시되는 고분자는 NMP (N-methyl-α-pyrrolidinone) 상에서 측정한 고유점도가 최소 0.1 이상으로 물에 용해되지 않는다. 다만, 양이온전도체로 적용 시 NMP 상에서 측정된 고유점도가 0.8 이상 2.5 이하의 범위에 존재하는 것이 더욱 바람직하다. 고유점도가 0.1 이하인 경우 후 처리 및 막 제조공정에 어려움이 발생되며, 전극에 직접적으로 코팅하기 위해서는 이 값이 0.8 이상 2.5 이하에 존재하는 것이 바람직하다. 여기서, 최종 공중합체의 점도는 반응온도 및 반응시간, 술폰화된 단량체 함량 등의 반응환경을 조절함으로써 정밀하게 제어할 수 있다. Specifically, the polymer represented by Chemical Formula 1 is insoluble in water at least 0.1 having an intrinsic viscosity measured on NMP (N-methyl-α-pyrrolidinone). However, when applied as a cationic conductor, it is more preferable that the intrinsic viscosity measured on the NMP exists in the range of 0.8 or more and 2.5 or less. If the intrinsic viscosity is 0.1 or less, difficulty occurs in the post-treatment and film manufacturing process, and in order to coat the electrode directly, the value is preferably present in the range of 0.8 or more and 2.5 or less. Here, the viscosity of the final copolymer can be precisely controlled by adjusting the reaction environment, such as reaction temperature and reaction time, sulfonated monomer content.

상기 화학식 1로 표현되는 술폰산기 함유 폴리아릴렌에테르 고분자 화합물은 술폰화된 방향족 단량체와 술폰산기를 포함하지 않는 단량체, 비스 페놀계 단량체 간의 직접 중합법에 의하여 얻어지며, 전체 화합물 내의 술폰화도는 술폰화 단량체의 함량에 따라 결정된다. 아래의 반응식 1에 표기된 C는 활성화된 각 단량체의 반응 시작점으로 작용하는 이탈그룹을 의미하며 F, Cl 등의 할로겐족 원소 혹은 -NO2 등의 형태를 가진다. 일반적인 반응구조를 하기 반응식 1에 나타내었다. 여기서 술폰화된 단량체 내의 A와 술폰화되지 않은 단량체 내의 A'는 동일성의 의무를 갖지 않으며, 이탈그룹 C를 활성화 시킬 수 있는 -S-, -SO2-, -NH-, -C(CH3)2- -C=O- 등으로부터 자유롭게 선택된다. 비스 페놀계 단량체 구조 내의 B 그룹에 있어서도 특별한 제한이 없으나 선택되는 화합물의 입체 구조에 따라 반응성의 현저한 차이가 수반될 수 있다. 참고로, 반응식 1에 표현된 각 페닐구조의 화합물들은 나프틸(napthyl-) 그룹과 같은 다른 형태의 방향족 알킬 그룹에서 선택 혹은 조합될 수 있다.The sulfonic acid group-containing polyarylene ether polymer compound represented by Chemical Formula 1 is obtained by a direct polymerization method between a sulfonated aromatic monomer, a monomer not containing a sulfonic acid group, and a bisphenol-based monomer, and the degree of sulfonation in the entire compound is sulfonated. It depends on the content of the monomers. C shown in Scheme 1 below means a leaving group that acts as a starting point of the reaction of each activated monomer, and has a form of halogenated elements such as F and Cl or -NO 2 . The general reaction structure is shown in Scheme 1 below. Wherein A in the sulfonated monomer and A 'in the unsulfonated monomer have no obligation of identity, and are -S-, -SO 2- , -NH-, -C (CH 3) capable of activating leaving group C ) 2 --C = O- and the like freely selected. The B group in the bisphenol-based monomer structure is not particularly limited, but may be accompanied by a significant difference in reactivity depending on the steric structure of the compound to be selected. For reference, the compounds of each phenyl structure represented in Scheme 1 may be selected or combined from other types of aromatic alkyl groups such as naphthyl- groups.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112010077432895-pat00006
Figure 112010077432895-pat00006

상기 반응식 1에서 A, A', B 및 X는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다. In Scheme 1, A, A ′, B, and X are as defined in Chemical Formula 1.

상기 반응식 1에서 술폰화된 단량체는 발연황산의 방향족 친핵성 치환반응을 통하여 제조되었으며, 나트륨 염 형태의 중합체를 제조하였다. 화학식 1과 반응식 1에서의 최종 생성물인 양이온중합체를 SPAES-DD로 나타내기로 한다. 여기서, DD는 제조된 양이온중합체의 술폰화도(degree of sulfonation), 즉 화학식 1에서 n/(n+m) 를 의미한다. n/(n+m)이 1이면 술폰화도로는 100%로 표시할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서 탄소전극에 고분자를 직접적으로 도포하는 데 있어서 술폰화도 또한 영향을 미치는데 술폰화도는 0.1~100%(n/(n+m)의 비로는 0.001 내지 1)가 가능하나, 좋기로는 80% 내지 100%((n/(n+m)의 비로는 0.8 내지 1)이다. 술폰화도는 또한 수처리에 영향을 미치는 인자이기도 하다.The sulfonated monomer in Scheme 1 was prepared through an aromatic nucleophilic substitution reaction of fuming sulfuric acid, thereby preparing a polymer in the form of sodium salt. The final product in Formula 1 and Scheme 1, cationic polymer, is referred to as SPAES-DD. Here, DD means the degree of sulfonation of the prepared cationic polymer, that is, n / (n + m) in the formula (1). If n / (n + m) is 1, the sulfonation degree may be represented as 100%. In one embodiment of the present invention, the sulfonation also affects the direct application of the polymer to the carbon electrode, the sulfonation degree of 0.1 to 100% (n / (n + m) ratio of 0.001 to 1) , Preferably 80% to 100% (0.8 to 1 in ratio of (n / (n + m)). Sulfonation is also a factor affecting water treatment.

양이온교환기를 갖는 고분자를 함유하는 용액은 바람직하기로는 고분자를 중합하여 얻어지는 중합생성물 자체를 적용하는 것이다. The solution containing the polymer having a cation exchange group is preferably to apply the polymerization product itself obtained by polymerizing the polymer.

양이온교환기를 갖는 고분자를 함유하는 용액 중 양이온교환기를 갖는 고분자의 농도는 탄소 전극에의 코팅시 코팅성 및 막 형성시 박막으로의 이온교환막 형성을 위해 제어될 수 있는데, 바람직하게는 두께 제어 측면에서 양이온교환능을 가진 고분자 함량은 10 내지 30중량% 범위, 좋기로는 10 내지 25중량% 범위로 조절될 수 있다. The concentration of the polymer having a cation exchange group in the solution containing the polymer having a cation exchange group may be controlled for coating property upon coating on the carbon electrode and ion exchange membrane formation into a thin film upon film formation, preferably in terms of thickness control. The polymer content with cation exchange capacity can be adjusted in the range of 10 to 30% by weight, preferably in the range of 10 to 25% by weight.

이와 같은 양이온교환기를 갖는 고분자를 함유하는 용액을 탄소재 전극에 코팅하는 방법은 특별히 한정되지 않고 실시될 수 있으나, 바람직하게는 딥코팅, 스핀코팅, 닥터블레이드 등의 방법을 이용하여 코팅할 수 있다. 상기 코팅 이후 55 내지 65℃의 공기 또는 불활성 가스 분위기에서 12 내지 36시간 건조 또는 감압 건조하는 공정을 수행할 수 있다.The method of coating the solution containing the polymer having such a cation exchange group on the carbon-based electrode can be carried out without particular limitation, but may be preferably coated using a method such as dip coating, spin coating, doctor blade. . After the coating may be carried out to dry or vacuum drying for 12 to 36 hours in an air or inert gas atmosphere of 55 to 65 ℃.

양이온교환기를 갖는 고분자를 함유하는 용액을 전극에 도포하고 건조하여 얻어지는 이온교환막은 그 두께가 10 내지 20㎛ 정도로 박막으로 형성될 수 있으며, 이와 같은 박막으로도 별도의 이온교환막을 형성하는 것과 동등 이상의 효과를 발휘할 수 있다.
The ion exchange membrane obtained by applying a solution containing a polymer having a cation exchange group to the electrode and drying it may be formed into a thin film having a thickness of about 10 to 20㎛, even with such a thin film to form a separate ion exchange membrane or more It can be effective.

한편, 본 발명의 일 구현예에서 음이온교환기를 갖는 고분자는 다음 화학식 2로 표시되는 것이 탄소재 전극에의 직접 코팅성 측면에서 유리할 수 있다. On the other hand, the polymer having an anion exchange group in one embodiment of the present invention may be advantageous in terms of direct coating on the carbon material electrode represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112010077432895-pat00007
Figure 112010077432895-pat00007

화학식 2에서, Y는 -, -CO-, -SO2- 또는 -O-이고, Z 및 D는 서로 같거나 다른 것으로 -, -O- 또는 -S-이고, C는 -, -C(CH3)2- 또는 -C(CF3)2-이고, R1은 H 또는 -CH2N+R2R3R4이고, R2, R3, R4는 서로 같거나 다른 것으로 -CH3, -CH2CH3, -(CH2)2CH3, -CH2NH2, -(CH2)2NH2 또는 -(CH2)3NH2이며, x, y는 각각 임의의 반복단위이고, x/(x+y)는 0.001 내지 1이다.In formula 2, Y is-, -CO-, -SO 2 -or -O-, Z and D are the same or different from each other-, -O- or -S-, C is-, -C (CH 3 ) 2 -or -C (CF 3 ) 2- , R 1 is H or -CH 2 N + R 2 R 3 R 4 , R 2 , R 3 , R 4 is the same or different from each other and is -CH 3 , -CH 2 CH 3 ,-(CH 2 ) 2 CH 3 , -CH 2 NH 2 ,-(CH 2 ) 2 NH 2 or-(CH 2 ) 3 NH 2 X and y are each arbitrary repeating unit, and x / (x + y) is 0.001-1.

화학식 2에서 x/(x+y)는 0.001 내지 1이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 1.0인 것이다. In Formula 2, x / (x + y) is preferably 0.001 to 1, more preferably 0.8 to 1.0.

이와 같은 화학식 2로 표시되는 음이온교환기를 갖는 고분자를 제조하는 방법의 일예로는 탄화수소계 고분자가 용해된 용액을 촉매 존재 하에서 클로로메틸화제와 반응시켜 클로로메틸화하고(단계 1), 이로부터 얻어진 클로로메틸화된 탄화수소계 고분자를 용매에 용해시킨 후 아민화제와 반응시키는(단계 2) 방법을 들 수 있으나, 이에 한정이 있는 것은 아니다. As an example of a method for producing a polymer having an anion exchange group represented by the formula (2) is a chloromethylated by reacting a solution in which a hydrocarbon-based polymer is dissolved with a chloromethylating agent in the presence of a catalyst (step 1), the chloromethylation obtained therefrom The dissolved hydrocarbon-based polymer is dissolved in a solvent and then reacted with an aminizing agent (step 2), but is not limited thereto.

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure 112010077432895-pat00008
Figure 112010077432895-pat00008

상기 반응식 1에서, Y, Z, C, D, R1, x 및 y는 상기 화학식 2에서 정의한 바와 같고, n은 x+y이다.In Scheme 1, Y, Z, C, D, R 1 , x and y are as defined in Formula 2, and n is x + y.

음이온교환기를 갖는 고분자를 함유하는 용액은 바람직하기로는 고분자를 중합하여 얻어지는 중합생성물 자체를 적용하는 것이다. The solution containing the polymer having an anion exchange group is preferably to apply the polymerization product itself obtained by polymerizing the polymer.

음이온교환기를 갖는 고분자를 함유하는 용액 중 음이온교환기를 갖는 고분자의 농도는 탄소 전극에의 코팅시 코팅성 및 막 형성시 박막으로의 이온교환막 형성을 위해 제어될 수 있는데, 바람직하게는 두께 제어 측면에서 음이온교환능을 가진 고분자 함량은 10 내지 30중량% 범위, 좋기로는 10 내지 20중량%, 및 가장 좋기로는 14 내지 16중량% 범위로 조절될 수 있다. The concentration of the polymer having an anion exchange group in the solution containing the polymer having an anion exchange group can be controlled for the coating property when coating on the carbon electrode and the formation of the ion exchange membrane into the thin film when forming the film, preferably in terms of thickness control The polymer content with anion exchange capacity can be adjusted in the range of 10 to 30% by weight, preferably 10 to 20% by weight, and most preferably in the range of 14 to 16% by weight.

이와 같은 음이온교환기를 갖는 고분자를 함유하는 용액을 탄소재 전극에 코팅하는 방법은 특별히 한정되지 않고 실시될 수 있으나, 바람직하게는 딥코팅, 스핀코팅, 닥터블레이드 등의 방법을 이용하여 코팅할 수 있다. 상기 코팅 이후 55 내지 65℃의 공기 또는 불활성 가스 분위기에서 12 내지 36시간 건조 또는 감압 건조하는 공정을 수행할 수 있다.The method of coating the solution containing the polymer having an anion exchange group on the carbon-based electrode can be carried out without particular limitation, but may be preferably coated using a method such as dip coating, spin coating, doctor blade. . After the coating may be carried out to dry or vacuum drying for 12 to 36 hours in an air or inert gas atmosphere of 55 to 65 ℃.

음이온교환기를 갖는 고분자를 함유하는 용액을 전극에 도포하고 건조하여 얻어지는 이온교환막은 그 두께가 10 내지 20㎛ 정도로 박막으로 형성될 수 있으며, 이와 같은 박막으로도 별도의 이온교환막을 형성하는 것과 동등 이상의 효과를 발휘할 수 있다.
An ion exchange membrane obtained by applying a solution containing a polymer having an anion exchange group to an electrode and drying the same may be formed into a thin film having a thickness of about 10 to 20 μm, and such a thin film may be equivalent to or more than forming a separate ion exchange membrane. It can be effective.

상기 및 이하의 기재에서 탄소재 전극은 탄소, 탄소와 금속의 혼합물, 탄소와 금속의 화합물, 탄소와 결합제의 혼합물 또는 탄소와 기능성 물질의 혼합물을 재료로 하는 전극을 모두 포함할 수 있으며, 여기서 탄소는 에어로겔, 활성탄소, 그라파이트, 나노튜브, 섬유, 파우더 등의 형태로 포함될 수 있음은 물론이다.
In the above and the following description, the carbonaceous electrode may include an electrode made of carbon, a mixture of carbon and metal, a compound of carbon and metal, a mixture of carbon and a binder, or a mixture of carbon and a functional material, wherein carbon Of course, it may be included in the form of aerogels, activated carbon, graphite, nanotubes, fibers, powders and the like.

본 발명의 전극 제조방법에 따르면 화학식 1로 표시되는 고분자 또는 화학식 2로 표시되는 고분자를 함유하는 용액을 여과 과정만을 거친 후 바로 탄소재 전극에 코팅하고 건조함에 따라, 반응용액을 별도의 침전/분리를 통해서 아민화된 고분자를 얻고, 이를 다시 막의 형태로 제조하는 공정이 포함된 종래의 방법과는 차별화될 수 있다. 따라서, 공정 단순화로 인해 제조비용을 절감할 수 있으며, 전극과 이온교환막간의 계면 저항을 줄여 저항 손실을 최소화하여 정수 처리율을 높일 수 있다. 이러한 특징으로부터 본 발명의 전기 흡착식 이온제거 장치용 전극 및 그를 구비한 전기 흡착식 이온제거 장치의 성능개선을 기대할 수 있다.
According to the electrode manufacturing method of the present invention, the solution containing the polymer represented by the formula (1) or the polymer represented by the formula (2) is coated on the carbon material electrode immediately after the filtration process and dried, the reaction solution is sedimented / separated separately It can be differentiated from the conventional method including the step of obtaining the aminated polymer through, and again to form it in the form of a membrane. Therefore, the manufacturing cost can be reduced by simplifying the process, and the interface resistance between the electrode and the ion exchange membrane can be reduced, thereby minimizing the resistance loss and increasing the water treatment rate. From these characteristics, the improvement of the performance of the electrode for electrosorption type ion removal apparatus of this invention, and the electrosorption type ion removal apparatus provided with the same can be expected.

이하에서 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하고자 하지만, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

[실시예 1] 양이온교환기를 갖는 고분자로 코팅된 전극 및 단위 셀의 제조Example 1 Preparation of Electrode and Unit Cell Coated with Polymer Having Cation Exchange Group

(1) 술폰화 폴리아릴에테르 술폰(SPAES-DD)의 제조 (1) Preparation of sulfonated polyarylether sulfone (SPAES-DD)

100 ml의 가지달린 둥근 플라스크에 가스 주입구, 온도계, 딘-스탁(dean stark) 트랩, 냉각기(condenser) 및 교반기(mechanical stirrer)를 설치하고 질소를 사용하여 수분 동안 공기 및 기타 불순물을 제거한 후, 8.2141 g의 DCDPS(4,4'-dichlorodiphenylsulfone; 1.5mol), 7.1019 g의 BP(4,4'-biphenol; 2mol), 4.6840 g의 SDCDPS(3,3'-disulfonated-4,4'-dichloro- diphenylsulfone; 0.5mol), 6.0618 g의 K2CO3(1.15 mol)와 44.4 g의 NMP, 22.2 ml의 톨루엔 (NMP/toluene=2/1, V/V)을 투입하고 80℃ 이상에서 1시간 동안 교반시키면서 단량체를 용해시켰다. 이 후 반응용액의 온도를 160℃로 승온시킨 후 4시간 동안 톨루엔으로 환류시키면서 반응 생성물인 물을 제거한 다음 다시 190℃로 승온시켜 딘-스탁 트랩에서 잔류 톨루엔을 완전 제거하고 24시간 동안 반응시켰다. 반응이 종료되면 상온까지 냉각하여 술폰화도 25%의 양이온중합체를 제조하였다. 하기의 표1에 술폰화도가 각기 다른 술폰화 폴리아릴에테르 술폰의 특성을 나타내었다.In a 100 ml branched round flask, a gas inlet, thermometer, dean stark trap, condenser and mechanical stirrer were installed and nitrogen was used to remove air and other impurities for a few minutes. g DCDPS (4,4'-dichlorodiphenylsulfone; 1.5 mol), 7.1019 g BP (4,4'-biphenol; 2 mol), 4.6840 g SDCDPS (3,3'-disulfonated-4,4'-dichloro- diphenylsulfone 0.5 mol), 6.0618 g K 2 CO 3 (1.15 mol), 44.4 g NMP, 22.2 ml toluene (NMP / toluene = 2/1, V / V) were added and stirred at 80 ° C. or higher for 1 hour. The monomer was dissolved. Thereafter, the temperature of the reaction solution was raised to 160 ° C., and the reaction product was refluxed with toluene for 4 hours to remove water, and then heated up to 190 ° C. to completely remove residual toluene from the Dean-Stark trap and react for 24 hours. After the reaction was completed, the reaction mixture was cooled to room temperature, thereby preparing a cationic polymer having a sulfonation degree of 25%. Table 1 below shows the characteristics of sulfonated polyarylether sulfones having different degrees of sulfonation.

하기 표 1에서 SPAES에 병기된 숫자는 술폰화 폴리아릴에테르 술폰의 술폰화도를 나타낸다. The numbers written in SPAES in Table 1 below indicate the degree of sulfonation of sulfonated polyarylether sulfones.

하기 표 1에서 고유점도(IV)는 상온(25℃) NMP 상에서 측정한 고유점도이다.Intrinsic viscosity (IV) in Table 1 is the intrinsic viscosity measured on a room temperature (25 ℃) NMP.

Figure 112010077432895-pat00009
Figure 112010077432895-pat00009

(2) 술폰화 폴리아릴에테르 술폰(SPAES-DD)이 코팅된 전기 흡착식 이온제거용 전극의 제조 (2) Preparation of Electrosorption Type Ion Removal Electrode Coated with Sulfonated Polyarylether Sulfone (SPAES-DD)

상기에서 제조된 SPAES-30 양이온중합체를 10~30 wt%의 농도로 탄소재 전극 위에 닥터블레이드로 한 면의 코팅층의 두께가 10~20 ㎛가 되도록 직접코팅한 후 55℃에서 36시간 감압 건조하여 양이온교환막이 코팅된 전기 흡착식 이온제거용 전극을 제조하였다. 상기에서 제조된 코팅층의 두께가 10㎛ 미만이면 이온의 제거 및 정수처리가 이루어지지 않으며, 20㎛ 초과하여 코팅을 하게 되면 막의 계면저항이 급격히 증가하고 불필요한 이온전도체를 소모하게 되어 적합하지 않기 때문에 10~20 ㎛가 바람직하다.
The SPAES-30 cationic polymer prepared above was coated directly with a doctor blade on the carbonaceous electrode at a concentration of 10 to 30 wt% to have a thickness of 10 to 20 μm, and then 36 hours at 55 ° C. After drying under reduced pressure, an electrode for ion adsorption ion removal coated with a cation exchange membrane was prepared. If the thickness of the coating layer prepared above is less than 10㎛ does not remove ions and water purification treatment, if the coating is more than 20 10 because the interface resistance of the membrane is rapidly increased and unnecessary ion conductor is consumed because it is not suitable 10 Preference is given to ˜20 μm.

(3) 술폰화 폴리아릴에테르 술폰(SPAES-DD)이 코팅된 전극을 이용한 전기 흡착식 이온제거 실험 (3) Electrosorption type ion removal experiment using sulfonated polyarylether sulfone (SPAES-DD) coated electrode

상기 (2)로부터 얻어지는 술폰화 폴리아릴에테르 술폰으로 코팅된 전극을 음극으로 사용하고 양극으로는 코팅되지 않은 상용 음이온교환막을 사용하여 전극을 제조한 후, 제조된 전극을 10 × 10 ㎠로 절단한 후 양극과 음극이 접촉하여 단락되는 것을 막고 유체가 흐를 수 있는 통로 역할을 하는 100 ㎛ 두께의 스페이서(200 mesh, 폴리아미드)를 장착하였고, 전극의 중앙에 반경 1 ㎝의 구멍을 뚫어 용액이 전극의 사면에서 스페이서를 통과해 중앙으로 빠져 나갈 수 있도록 제조하였다. 양극과 음극의 외부에 15 × 15 ㎠ 크기의 아크릴 판을 대고 고정하여 전기 흡착식 이온제거용 단일 셀을 구성하였다.After using the electrode coated with the sulfonated polyarylether sulfone obtained from the above (2) as a negative electrode and using a commercially available anion exchange membrane not coated as a positive electrode, The prepared electrode was cut into 10 × 10 cm 2, and 100 μm-thick spacers (200 mesh, polyamide) were installed to prevent short-circuits due to contact between the anode and the cathode and to serve as a flow path for the flow of fluid. A hole having a radius of 1 cm was prepared to allow the solution to pass through the spacer on the four sides of the electrode and to exit to the center. A 15 × 15 cm 2 acrylic plate was fixed to the outside of the positive electrode and the negative electrode to form a single cell for electrosorption ion removal.

상기 제조된 전기 흡착식 이온제거용 단일 셀을 이용하여 음극의 종류에 따른 염의 흡착·탈착 특성과 염의 제거율을 알아보았다. 운전 시 200 ppm NaCl 용액을 30 mL/min의 속도로 공급하고, 전극에 1.5 V의 전압을 인가하였고 3분의 흡착, 2분의 탈착의 과정을 거쳤다. 제조된 셀의 시간에 따른 이온의 흡착·탈착 특성을 이하 도 2 에 나타내었다. The adsorption and desorption characteristics of the salt and the removal rate of the salt according to the type of the negative electrode were investigated using the prepared single cell for the ion adsorption ion removal. In operation, a 200 ppm NaCl solution was supplied at a rate of 30 mL / min, a voltage of 1.5 V was applied to the electrode, followed by 3 minutes of adsorption and 2 minutes of desorption. Adsorption and desorption characteristics of ions over time of the manufactured cell are shown in FIG. 2.

그리고 정수처리율 측정을 위해 이온 제거율을 측정하여 도 3에 나타내었다.
And the ion removal rate was measured to measure the water treatment rate is shown in FIG.

도 2 및 도 3에서 SP-4는 술폰화도가 25%인 상기 화학식 1로 표시되는 술폰화 폴리아릴에테르 술폰으로 코팅된 음극을 적용한 본 발명의 일 구현예이고, SP-1은 술폰화도가 50%인 것이고, SP-3은 술폰화도가 35%이며, SP-2는 술폰화도가 30%인 것이다.In Figures 2 and 3 SP-4 is an embodiment of the present invention applying a negative electrode coated with a sulfonated polyarylether sulfone represented by the formula (1) having a sulfonation degree of 25%, SP-1 is a sulfonation degree of 50 %, SP-3 is 35% sulfonated and SP-2 is 30% sulfonated.

도 2에서 보이는 바와 같이 본 발명의 일 구현예에 따라 양이온교환기를 갖는 특정의 고분자를 전극에 코팅하여 제조한 전극을 이용한 전기 흡착 이온 제거용 단위 셀에서 전기 흡착식 이온제거의 흡착·탈착 특성이 다양한 술폰화도를 가지는 양이온전도체를 적용 시 이온들의 탈착이 우수함을 알 수 있고, 또한 도 3에서 보이는 바와 같이 75%에서 92%까지의 우수한 정수처리율을 나타냄을 알 수가 있다. 따라서 상기에서 제조된 수처리용 이온전도체를 적용시 상용화된 양이온 교환막의 대체 적용 시 에도 우수한 성능을 나타낼 것이다.
As shown in FIG. 2, the adsorption and desorption characteristics of the electrosorption ion removal in the unit cell for the electrosorption ion removal using the electrode prepared by coating a specific polymer having a cation exchange group on the electrode according to the embodiment of the present invention are various. When the cationic conductor having a sulfonation degree is applied, it can be seen that the desorption of ions is excellent, and as shown in FIG. 3, it shows an excellent water treatment ratio of 75% to 92%. Therefore, when applying the ion-conductor for water treatment prepared above will show excellent performance even in the alternative application of the commercialized cation exchange membrane.

[실시예 2] 음이온교환기를 갖는 고분자로 코팅된 전극 및 단위 셀의 제조Example 2 Preparation of Electrode and Unit Cell Coated with Polymer Having Anion Exchanger

(1) 음이온전도체 함유용액의 제조 (1) Preparation of Anion Conductor-Containing Solution

폴리술폰(UDEL Polysulfone, P-3500 LCD MB, Solvay Advanced Polymers) 100g을 100℃ 진공오븐에서 24시간 동안 건조시켜, 건조된 폴리술폰을 기계식 교반기, 가스투입구, 응축기 및 온도 설정을 위한 항온수조가 설치된 1L 4구 둥근 바닥 플라스크에 투입하였다. 이어서, 1,1,2,2-테트라클로로에탄(TCE, 1,1,2,2-tetrachloroethane) 425.8㎖에 대하여 폴리술폰이 12.8 중량%가 되도록 충분히 용해시켜 용액을 제조하였다. 상온에서 완전히 용해시킨 후, 항온수조의 온도를 40℃로 설정하였다. 상기 반응기에 촉매 ZnCl2 8.7327g을 넣고, 약 30분 정도 교반하였다. 이후, 적하 깔대기를 통해 클로로메틸 메틸 에테르(CMME, chloromethyl methyl ether) 103.0㎖를 떨어뜨리는데, 상기 CMME의 첨가량은 폴리술폰 반복 단위 몰 수 당 반응하는 CMME의 몰 수의 6배 {6×(폴리술폰양(g)/반복단위 분자량(g/mol)× 클로로메틸 메틸 에테르 분자량(g/mol)}로 산출하여 적하하였다. 상기 반응기에 부착된 가스투입구를 통해 건조한 비활성 가스를 주입하면서 격렬하게 교반하며 3.5 시간 동안 반응시켰다. 반응 종료된 상기의 반응물을 여과한 후 과량의 메탄올에 침전시키고, 침전된 클로로메틸화 폴리술폰을 분쇄기로 갈고 다시 수차례 메탄올과 3차 증류수로 세척하였다. 세척된 상기 클로로메틸화 폴리술폰을 건조기에서 80℃로 12시간 동안 건조하고, 80℃에서 36시간 진공 건조하였다. 상기 클로로메틸화 반응을 하기 반응식 3에 나타내었다.100 g of polysulfone (UDEL Polysulfone, P-3500 LCD MB, Solvay Advanced Polymers) was dried in a vacuum oven at 100 ° C for 24 hours, and the dried polysulfone was equipped with a mechanical stirrer, gas inlet, condenser and temperature bath for temperature setting. Into a 1 L four-necked round bottom flask installed. Subsequently, the solution was prepared by sufficiently dissolving polysulfone to 12.8 wt% with respect to 425.8 ml of 1,1,2,2-tetrachloroethane (TCE). After complete dissolution at room temperature, the temperature of the constant temperature water bath was set to 40 ° C. 8.7327 g of catalyst ZnCl 2 was added to the reactor, followed by stirring for about 30 minutes. Thereafter, 103.0 ml of chloromethyl methyl ether (CMME) is dropped through a dropping funnel, and the amount of CMME added is 6 times (6 × (poly) of the number of moles of CMME reacted per mole of polysulfone repeat unit. Calculated as the amount of sulfone (g) / repeated unit molecular weight (g / mol) × chloromethyl methyl ether molecular weight (g / mol)} and dripped vigorously while injecting dry inert gas through the gas inlet attached to the reactor. The reaction mixture was filtered and precipitated in excess methanol, and the precipitated chloromethylated polysulfone was ground with a grinder and washed several times with methanol and third distilled water. Methylated polysulfone was dried in a drier at 80 ° C. for 12 hours and vacuum dried at 80 ° C. The chloromethylation reaction is shown in Scheme 3 below.

[반응식 3]Scheme 3

Figure 112010077432895-pat00010
Figure 112010077432895-pat00010

(상기에서, x, y 및 R1은 상기에서 정의한 바와 같으며, n은 임의의 반복 단위이며, x+y=n이다.)(In the above, x, y and R 1 are as defined above, n is any repeating unit, and x + y = n.)

상기 반응에서 클로로메틸화도(degree of chloromethylation, x/n)는 1H NMR (핵자기공명) 분광법에 의하여 분석가능하며 본 실시예에서의 폴리술폰의 클로로메틸화도는 0.95이였다.In the reaction, the degree of chloromethylation (x / n) can be analyzed by 1 H NMR (nuclear magnetic resonance) spectroscopy and the degree of chloromethylation of polysulfone in this example was 0.95.

제조된 클로로메틸화 폴리술폰 200g을 기계식 교반기가 설치된 2L 4구 둥근바닥 플라스크에 넣고 디메틸아세트아미드(DMAc, N,N-dimethylacetamid) 1489.4㎖에 12.5 중량%가 되도록 충분히 용해시켰다. 반응기에 적하 깔대기를 이용하여 트리메틸아민 수용액 366.0 ㎖를 떨어뜨리는데, 이때, 상기 트리메틸아민 수용액의 첨가량은 클로로메틸화 폴리술폰 반복 단위 몰 수 당 반응하는 트리메틸아민의 몰 수의 4배 {4×(클로로메틸화 폴리술폰양(g)/반복단위 분자량(g/mol)×트리메틸아민 분자량(g/mol)}로 산출하여 적하시켰다. 이후, 상온에서 12시간 동안 격렬하게 교반하며 반응시킨 후 여과하여 음이온전도체 함유용액을 얻었다. 상기의 클로로메틸화 폴리술폰의 아민화 반응을 이하 반응식 4에 나타내었다.200 g of the prepared chloromethylated polysulfone was placed in a 2 L four-necked round bottom flask equipped with a mechanical stirrer and sufficiently dissolved in 1489.4 ml of dimethylacetamide (DMAc, N, N-dimethylacetamid) to 12.5 wt%. Dropping 366.0 ml of trimethylamine aqueous solution using a dropping funnel to the reactor, wherein the amount of the trimethylamine aqueous solution added was 4 times (4 × (chloro) of the number of moles of trimethylamine per mole of repeating units of chloromethylated polysulfone. Methylated polysulfone amount (g) / repeated unit molecular weight (g / mol) × trimethylamine molecular weight (g / mol)} was added dropwise, followed by vigorous stirring at room temperature for 12 hours, followed by filtration and anion conductor. The containing solution was obtained, The amination reaction of the said chloromethylated polysulfone is shown by following Reaction Formula 4 .

[반응식 4][Reaction Scheme 4]

Figure 112010077432895-pat00011
Figure 112010077432895-pat00011

(상기에서, x, y, R1 및 R1'는 상기에서 정의한 바와 같으며, x+y=n이다.)
(In the above, x, y, R 1 and R 1 ′ are as defined above and x + y = n.)

(2) 전기 흡착식 이온제거 장치용 전극 제조 (2) Preparation of Electrode for Electrosorption Type Ion Removal Device

상기 (1)에서 제조된 음이온교환능을 가진 탄화수소계 고분자가 함유된 음이온전도체 함유용액을 탄소재 전극 상에 닥터 블레이드법을 이용하여 전극 한 면에 코팅층의 두께가 10 내지 20㎛가 되도록 코팅한 후 55℃에서 12시간 건조한 다음, 55℃에서 36시간 감압 건조하여, 탄소재 전극 상에 음이온 교환막이 코팅되어 형성된 전기 흡착식 이온제거 장치용 전극을 제조하였다.
After coating the anion conductor-containing solution containing a hydrocarbon-based polymer having anion-exchange capacity prepared in (1) on the carbon material electrode to the thickness of the coating layer on one side of the electrode by using the doctor blade method 10 to 20㎛ After drying at 55 ° C. for 12 hours, and drying under reduced pressure at 55 ° C. for 36 hours, an electrode for an electroadsorption type ion removal device was formed by coating an anion exchange membrane on a carbon material electrode.

(3) 음이온 교환막이 코팅된 전극을 이용한 단일 셀 제조 (3) Single cell production using an electrode coated with anion exchange membrane

상기 (2)에서 제조된 탄소재 전극 상에 음이온 교환막이 코팅 형성된 전기 흡착식 이온제거용 전극을 양극으로 사용하고, 음극으로는 미코팅처리된 상용 양이온 교환막을 사용하여 전극을 제조하였다. 각각의 전극을 10 ×10㎠로 절단한 후, 100 ㎛ 두께의 스페이서(200 mesh, 폴리아미드)를 장착하여, 상기 양극과 음극이 접촉하여 단락되는 것을 방지하고, 유체가 흐를 수 있는 통로 역할을 제공하였다. 전극의 중앙에 반경 1 ㎝의 구멍을 뚫어 용액이 전극의 사면에서 스페이서를 통과해 중앙으로 빠져 나갈 수 있도록 제조하였다. 양극과 음극의 외곽부에 15 × 15 ㎠ 크기의 아크릴 판을 대고 고정하여 전기 흡착식 이온제거용 단일 셀을 구성하였다. An electrode was prepared using an electroadsorption type ion removal electrode having an anion exchange membrane coated thereon on the carbonaceous electrode prepared in (2) as an anode, and a commercial cation exchange membrane uncoated as a cathode. After cutting each electrode to 10 × 10㎠, 100 μm thick spacers (200 mesh, polyamide) are mounted to prevent short-circuit by contact between the positive electrode and the negative electrode, and serve as a passage through which fluid can flow. Provided. A hole with a radius of 1 cm was drilled in the center of the electrode to prepare a solution to pass through the spacers from the four sides of the electrode to the center. A 15 × 15 cm 2 acrylic plate was fixed to the outer side of the positive electrode and the negative electrode to form a single cell for electrosorption ion removal.

상기 (3)에서 제조된 전기 흡착식 이온제거용 단일 셀을 이용하여 양극의 종류에 따른 염의 흡착 및/또는 탈착 특성과 이온 제거율을 측정하였다. 운전 시 200 ppm NaCl 용액을 30㎖/min의 속도로 공급하고, 전극에 1.5V의 전압을 인가하였으며, 3분의 흡착, 2분의 탈착 과정을 거쳤다. The adsorption and / or desorption characteristics and the ion removal rate of the salt according to the type of the positive electrode were measured using the electrosorption ion removal single cell prepared in (3). In operation, a 200 ppm NaCl solution was supplied at a rate of 30 mL / min, a voltage of 1.5 V was applied to the electrode, and a 3 minute adsorption and a 2 minute desorption process were performed.

반면에, 비교예 1 내지 3은 상용되는 음이온 교환막을 탄소재 전극(양극) 위에 적층하여 각각의 단위 셀을 구성한 후, 상기와 동일 조건 하에서 이온의 흡착 및/또는 탈착 특성과 이온 제거율을 측정한 것이다.On the other hand, Comparative Examples 1 to 3 were formed by stacking a commercially available anion exchange membrane on a carbon-based electrode (anode) to configure each unit cell, and then measured adsorption and / or desorption characteristics and ion removal rate of ions under the same conditions. will be.

구체적으로 비교예 1은 상용화된 Fumatech社의 fumasep??을 음이온교환막으로 하여 단위 셀을 구성한 것이고, 비교예 2는 PCA社을의 PC-SK를 음이온 교환막으로 하여 단위 셀을 구성한 것이며, 비교예 3은 Tokuyama Soda社 Neosepta AMX를 음이온 교환막으로 하여 단위 셀을 구성한 것이다.Specifically, Comparative Example 1 is commercialized fumasep ?? Is a anion exchange membrane and a unit cell is constructed. Comparative Example 2 is a unit cell composed of PCA-based PC-SK as an anion exchange membrane, and Comparative Example 3 is a unit cell formed using Tokuyama Soda Neosepta AMX as an anion exchange membrane. It is made up.

도 4에는 본 발명의 전기 흡착식 이온제거 장치용 전극을 구비한 단위셀에 대하여, 시간에 따른 이온의 흡착 및/또는 탈착 특성을 나타내었고, 도 5에는 이온제거율을 나타내었다. 4 shows the adsorption and / or desorption characteristics of ions over time with respect to the unit cell including the electrode for the electrosorption type ion removal device of the present invention, and FIG. 5 shows the ion removal rate.

도 4 내지 도 5의 결과로부터 종래 상용되는 음이온 교환막을 구비한 경우보다, 본 발명의 일 구현예에 따른 화학식 2로 표시되는 음이온교환기를 갖는 고분자 코팅층을 갖는 전극을 채용한 경우가 전기 흡착식 이온제거의 흡착 및 탈착 특성과 이온제거율이 향상되는 결과를 확인할 수 있다.
From the results of FIGS. 4 to 5, the case of employing an electrode having a polymer coating layer having an anion exchange group represented by the formula (2) according to an embodiment of the present invention is used rather than having a conventionally available anion exchange membrane. Adsorption and desorption properties of and the result can be confirmed that the ion removal rate is improved.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전기 흡착식 이온제거 장치의 단위셀에 있어서, 탄소재 전극 표면에, 액상의 음이온교환능을 가진 탄화수소계 고분자 함유용액을 코팅하여, 탄소재 전극 상에 음이온 교환막을 직접 형성함으로써 상기 탄소재 전극과 음이온 교환막간의 계면저항을 최소화한 전기 흡착식 이온제거 장치의 단위셀을 제공하였다. 이에, 본 발명은 탄소재 전극과 음이온 교환막간의 계면저항을 줄여 저항 손실을 줄이고 공정을 단순화함으로써 정수 처리율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 공정 단순화로 인해 제조비용을 절감할 수 있다. As described above, the present invention, in the unit cell of the electroadsorption ion removal device, by coating a hydrocarbon-based polymer-containing solution having a liquid anion exchange capacity on the surface of the carbon material electrode, the anion exchange membrane directly on the carbon material electrode By providing a unit cell of the electroadsorption type ion removal device to minimize the interface resistance between the carbon material electrode and the anion exchange membrane. Accordingly, the present invention can reduce the interface resistance between the carbon material electrode and the anion exchange membrane to reduce the resistance loss and simplify the process, thereby increasing the water treatment rate, as well as reducing the manufacturing cost due to the process simplification.

또한, 본 발명의 전기 흡착식 이온제거 장치의 단위셀에 대한 이온의 흡탈착 특성 및 이온제거율 효율이 개선되었다. 본 발명은 코팅에 의해 탄소재 전극상에 이온 교환막을 직접 형성시킴으로써, 종래 이온교환막의 제막 공정을 생략할 수 있는 전기 흡착식 이온제거 장치용 전극의 제조방법을 제공하였다. 또한, 본 발명은 신규한 음이온교환능을 가진 탄화수소계 고분자의 제조방법을 제공하였다.
In addition, the adsorption-desorption characteristics and ion removal rate efficiency of ions to the unit cell of the electroadsorption ion removal device of the present invention was improved. The present invention provides a method for producing an electrode for an electroadsorption type ion removal device which can omit the conventional film forming step of the ion exchange membrane by directly forming an ion exchange membrane on the carbonaceous electrode by coating. In addition, the present invention provides a method for producing a hydrocarbon-based polymer having a novel anion exchange capacity.

이상 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 기술 하였지만, 본 발명의 기술사상 범위내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 청구범위에 속함은 당연한 것이다. Although the present invention has been described in detail only with respect to the embodiments described, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and changes are possible within the technical scope of the present invention, and such modifications and modifications belong to the appended claims.

Claims (13)

다음 화학식 1로 표시되는 양이온교환기를 갖는 고분자를 포함하는 양이온전도체 용액 또는 다음 화학식 2로 표시되는 음이온교환기를 갖는 고분자를 포함하는 음이온전도체 용액을 탄소재 전극에 도포하고 건조하여 10 내지 20㎛의 두께의 이온교환막을 형성하는 공정을 포함하는 수처리용 전기 흡착식 이온제거 전극의 제조방법.
[화학식 1]
Figure 112013046752237-pat00012

화학식 1에서, A와 A'는 서로 같거나 다른 것으로 -S-, -SO2-, -NH-, -C(CH3)2- 또는 -C=O-이고, B는 -O-, -SO2-, -C=O- 또는 -C(CF3)2이며, X는 나트륨 또는 칼륨이고, n+m=k이고 n/(n+m)은 0.25 내지 0.5이다.
[화학식 2]
Figure 112013046752237-pat00013

화학식 2에서, Y는 -, -CO-, -SO2- 또는 -O-이고, Z 및 D는 서로 같거나 다른 것으로 -, -O- 또는 -S-이고, C는 -, -C(CH3)2- 또는 -C(CF3)2-이고, R1은 H 또는 -CH2N+R2R3R4이고, R2, R3, R4는 서로 같거나 다른 것으로 -CH3, -CH2CH3, -(CH2)2CH3, -CH2NH2, -(CH2)2NH2 또는 -(CH2)3NH2이며, x, y는 각각 임의의 반복단위이고, x/(x+y)는 0.001 내지 1이다.
Next, a cation conductor solution containing a polymer having a cation exchange group represented by Formula 1 or an anion conductor solution containing a polymer having an anion exchange group represented by Formula 2 is coated on a carbonaceous electrode and dried to have a thickness of 10 to 20 μm. A method for producing an electroadsorption ion removal electrode for water treatment, comprising the step of forming an ion exchange membrane.
[Formula 1]
Figure 112013046752237-pat00012

In Formula 1, A and A 'are the same as or different from each other, -S-, -SO 2- , -NH-, -C (CH 3 ) 2 -or -C = O-, and B is -O-,- SO 2- , -C = O- or -C (CF 3 ) 2 , X is sodium or potassium, n + m = k and n / (n + m) is 0.25 to 0.5.
(2)
Figure 112013046752237-pat00013

In formula 2, Y is-, -CO-, -SO 2 -or -O-, Z and D are the same or different from each other-, -O- or -S-, C is-, -C (CH 3 ) 2 -or -C (CF 3 ) 2- , R 1 is H or -CH 2 N + R 2 R 3 R 4 , R 2 , R 3 , R 4 is the same or different from each other and is -CH 3 , -CH 2 CH 3 ,-(CH 2 ) 2 CH 3 , -CH 2 NH 2 ,-(CH 2 ) 2 NH 2 or-(CH 2 ) 3 NH 2 X and y are each arbitrary repeating unit, and x / (x + y) is 0.001-1.
제 1 항에 있어서,
화학식 1로 표시되는 고분자는 NMP (N-methyl-α-pyrrolidinone) 상에서 측정한 고유점도가 0.1 이상으로 물에 용해되지 않으며, NMP 상에서 측정된 고유점도가 0.8 이상 2.5 이하의 범위에 존재하는 것인 수처리용 전기 흡착식 이온제거 전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The polymer represented by Chemical Formula 1 is insoluble in water having an intrinsic viscosity measured on NMP (N-methyl-α-pyrrolidinone) of 0.1 or more, and the intrinsic viscosity measured on NMP is in a range of 0.8 or more and 2.5 or less. Method for producing an electrosorption ion removal electrode for water treatment.
제 1 항에 있어서,
상기 화학식 2로 표시되는 고분자는 x/(x+y)는 0.8 내지 1인 것인 수처리용 전기 흡착식 이온제거 전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The polymer represented by the formula (2) is x / (x + y) is 0.8 to 1 method of producing an electroadsorption type ion removal electrode for water treatment.
제 1 항에 있어서,
양이온전도체 용액은 화학식 1로 표시되는 양이온교환기를 갖는 고분자를 전체 용액 중 10 내지 30중량%로 포함하는 것이고, 음이온전도체 용액은 화학식 2로 표시되는 음이온교환기를 갖는 고분자를 전체 용액 중 10 내지 30중량%로 포함하는 것인 수처리용 전기 흡착식 이온제거 전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The cation conductor solution comprises 10 to 30% by weight of the polymer having a cation exchange group represented by the formula (1) in the total solution, the anion conductor solution is 10 to 30% by weight of the polymer having an anion exchange group represented by the formula (2) Method for producing an electroadsorption type ion removal electrode for water treatment comprising a%.
제 1 항에 있어서,
양이온전도체 용액은 화학식 1로 표시되는 양이온교환기를 갖는 고분자의 중합생성물 자체이고, 음이온전도체 용액은 화학식 2로 표시되는 음이온교환기를 갖는 고분자의 중합생성물 자체인 것인 수처리용 전기 흡착식 이온제거 전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The cation conductor solution is a polymerization product itself of the polymer having a cation exchange group represented by the formula (1), the anion conductor solution is a polymerization product itself of the polymer having an anion exchange group represented by the formula (2) of the electrosorption type ion removal electrode for water treatment Way.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
건조는 55 내지 65℃의 공기 또는 불활성 가스 분위기에서 12 내지 36시간 수행되는 수처리용 전기 흡착식 이온제거 전극의 제조방법.
The method of claim 1,
Drying is a method for producing an electroadsorption deionization electrode for water treatment is carried out for 12 to 36 hours in the air or inert gas atmosphere of 55 to 65 ℃.
탄소재 전극; 및
탄소재 전극 표면에 형성되며, 다음 화학식 1로 표시되는 양이온교환기를 포함하는 고분자 또는 다음 화학식 2로 표시되는 음이온교환기를 포함하는 고분자로 되는 10 내지 20㎛의 두께의 이온교환막을 포함하는 수처리용 전기 흡착식 이온제거 전극.
[화학식 1]
Figure 112013046752237-pat00014

화학식 1에서, A와 A'는 서로 같거나 다른 것으로 -S-, -SO2-, -NH-, -C(CH3)2- 또는 -C=O-이고, B는 -O-, -SO2-, -C=O- 또는 -C(CF3)2이며, X는 나트륨 또는 칼륨이고, n+m=k이고 n/(n+m)은 0.25 내지 0.5 이다.
[화학식 2]
Figure 112013046752237-pat00015

화학식 2에서, Y는 -, -CO-, -SO2- 또는 -O-이고, Z 및 D는 서로 같거나 다른 것으로 -, -O- 또는 -S-이고, C는 -, -C(CH3)2- 또는 -C(CF3)2-이고, R1은 H 또는 -CH2N+R2R3R4이고, R2, R3, R4는 서로 같거나 다른 것으로 -CH3, -CH2CH3, -(CH2)2CH3, -CH2NH2, -(CH2)2NH2 또는 -(CH2)3NH2이며, x, y는 각각 임의의 반복단위이고, x/(x+y)는 0.001 내지 1이다.
Carbon material electrode; And
Water treatment electric including an ion exchange membrane having a thickness of 10 to 20㎛ formed on the surface of the carbon-based electrode, a polymer comprising a cation exchange group represented by the following formula (1) or a polymer containing an anion exchange group represented by the following formula (2) Adsorption deionization electrode.
[Formula 1]
Figure 112013046752237-pat00014

In Formula 1, A and A 'are the same as or different from each other, -S-, -SO 2- , -NH-, -C (CH 3 ) 2 -or -C = O-, and B is -O-,- SO 2- , -C = O- or -C (CF 3 ) 2 , X is sodium or potassium, n + m = k and n / (n + m) is 0.25 to 0.5.
(2)
Figure 112013046752237-pat00015

In formula 2, Y is-, -CO-, -SO 2 -or -O-, Z and D are the same or different from each other-, -O- or -S-, C is-, -C (CH 3 ) 2 -or -C (CF 3 ) 2- , R 1 is H or -CH 2 N + R 2 R 3 R 4 , R 2 , R 3 , R 4 is the same or different from each other and is -CH 3 , -CH 2 CH 3 ,-(CH 2 ) 2 CH 3 , -CH 2 NH 2 ,-(CH 2 ) 2 NH 2 or-(CH 2 ) 3 NH 2 X and y are each arbitrary repeating unit, and x / (x + y) is 0.001-1.
제 8 항에 있어서,
화학식 1로 표시되는 고분자는 NMP (N-methyl-α-pyrrolidinone) 상에서 측정한 고유점도가 0.1 이상으로 물에 용해되지 않으며, NMP 상에서 측정된 고유점도가 0.8 이상 2.5 이하의 범위에 존재하는 것인 수처리용 전기 흡착식 이온제거 전극.
The method of claim 8,
The polymer represented by Chemical Formula 1 is insoluble in water having an intrinsic viscosity measured on NMP (N-methyl-α-pyrrolidinone) of 0.1 or more, and the intrinsic viscosity measured on NMP is in a range of 0.8 or more and 2.5 or less. Electrodesorption deionization electrode for water treatment.
제 8 항에 있어서,
상기 화학식 2로 표시되는 고분자는 x/(x+y)는 0.8 내지 1인 것인 수처리용 전기 흡착식 이온제거 전극.
The method of claim 8,
The polymer represented by the formula (2) is x / (x + y) is 0.8 to 1, the electrosorption type ion removal electrode for water treatment.
삭제delete 제 1 항 내지 제 5 항 및 제 7항 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 얻어지는 전극을 포함하는 수처리용 전기 흡착식 이온제거장치의 단위셀. A unit cell of an electrosorption type ion removal device for water treatment, comprising an electrode obtained according to any one of claims 1 to 5 and 7. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 전극을 포함하는 수처리용 전기 흡착식 이온제거장치의 단위셀. A unit cell of an electroadsorption type ion removal device for water treatment, comprising the electrode of any one of claims 8 to 10.
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