KR101324742B1 - 아말감 전극, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법 - Google Patents

아말감 전극, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법 Download PDF

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KR101324742B1 KR1020130012029A KR20130012029A KR101324742B1 KR 101324742 B1 KR101324742 B1 KR 101324742B1 KR 1020130012029 A KR1020130012029 A KR 1020130012029A KR 20130012029 A KR20130012029 A KR 20130012029A KR 101324742 B1 KR101324742 B1 KR 101324742B1
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신운섭
오세영
김석규
권기남
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Abstract

본원은 아말감 전극, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법에 관한 것이다.

Description

아말감 전극, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법{AMALGAM ELECTRODE, PRODUCING METHOD THEREOF, AND METHOD OF ELECTROCHEMICAL REDUCTION OF CARBON DIOXIDE USING THE SAME}
본원은 아말감 전극, 특히 치과용 아말감을 포함하는 전극, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법에 관한 것이다.
지구온난화의 주범으로 지목되는 이산화탄소는 대부분 화석 연료의 사용으로 배출된다. 이산화탄소는 가장 낮은 에너지를 갖는 탄소화합물로서 이를 유용한 자원으로 전환하기 위해서는 에너지 투입이 필수적인데, 수소 에너지, 태양 에너지 및 전기 에너지 등의 다양한 형태의 에너지원이 활용 가능하다. 특히 전기 에너지를 이용한 이산화탄소의 전환은 전극 반응을 이용하여, 전극 물질의 종류 및 반응 조건에 따라서 일산화탄소, 포름산, 메탄올, 메탄, 옥살산 등을 상온, 상압 조건에서 다양한 유기화합물로의 전환이 가능하다. 이때, 수용액에서는 이산화탄소의 환원과 수소 발생의 전위차가 상당히 가까워 두 반응 사이의 경쟁에 의해 이산화탄소의 환원이 방해를 받으므로 수소발생에 대한 과전압이 큰 전극과 이산화탄소만 선택적으로 변환시키는 촉매 혹은 전극표면의 사용이 필수적이다. 그러므로, 이를 위해 사용되는 전극 재료는 주로 수소 발생에 대한 과전압(overpotential)이 큰 물질들이 활용되었다. Hg, In, Sn, Pb 등을 전극으로 사용했을 경우 포름산으로의 전환효율이 높은 반면, Zn, Au, Ag 등은 일산화탄소에 대해 선택적인 전환 효율이 높은 것으로 보고되었다. 수은(Hg) 전극을 활용한 결과는 1960년대부터 보고되기 시작했는데, Hg pool 전극을 이용하여 전류밀도가 1 mA/cm2 일 때, 100% 의 전류효율로 포름산을 생성되는 결과가 보고되었다. Zn 아말감 전극을 활용하여 포름산에 대하여 88.6%의 전류효율을 보였고 Pb 아말감 전극을 활용하여 90% 이상의 효율로 포름산으로 전환시켰다. 최근에 Sn 전극을 활용했을 때 63% 효율로 포름산이 생성된 결과가 보고된 바 있다. 포름산으로의 전환에 유용한 전극 물질은 수은을 제외하고는 대부분 전극 물질 자체의 비활성화로 장시간 동안 사용이 어렵다. 수은은 수소과전압이 가장 높아 이산화탄소의 포름산으로의 전환에 있어서 가장 높은 효율을 얻을 수 있을 뿐 아니라 장시간 안정되게 사용할 수 있는 장점이 있지만, 수은은 상온에서 액체로 존재하여 다루기 어려울 뿐만 아니라 수은에 지속적으로 노출될 경우 신경 손상 및 시력 상실 등의 독성 영향이 있어서 사회적으로 가능하면 수은을 사용하지 않으려는 분위기이다. 아말감은 수은과의 합금으로 다양한 형태가 존재하는데, 그 중 치과용 아말감은 사람의 구강에 지금도 사용되고 있는 안전성이 확보된 것이다. 치과용 아말감을 전극재료로 사용하려는 시도는 그 동안 여러번 있었지만, 모두 음극 전위 벗김법(stripping analysis)을 이용한 중금속 분석 등 짧은 시간 분석용으로 사용한 것들이다 (대한민국 공개특허 10-2005-0024547).
이에, 본원은 아말감, 특히, 치과용 아말감을 전극 재료로 사용하여 아말감 전극을 제조하고 이를 이용한 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, Hg, Ag, Sn, Cu, Zn 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 아말감 전극을 제공한다.
본원의 제 2 측면은, Hg, Ag, Sn, Cu, Zn 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 아말감을 이용하여 전극을 형성하는 것을 포함하는, 아말감 전극의 제조 방법을 제공한다.
본원의 제 3 측면은, 상기 제 1 측면에 따른 아말감 전극을 이용한 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법을 제공한다.
본원에 따른 아말감 전극은 수은에 의한 독성을 무시할 수 있는 수준의 안전한 치과용 아말감을 이용하여 안전할 뿐 아니라, 오랜 시간 안정적으로 이산화탄소를 전기화학적으로 환원시켜 포름산으로 전환시킬 수 있어, 이산화탄소의 처리와 동시에 저렴한 비용으로 유용한 물질로 재전환하여 높은 부가가치를 생산할 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 아말감 전극의 형성 방법을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 아말감 전극을 이용한 이산화탄소의 전기분해시 환원전극의 전압을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 아말감 전극을 이용한 이산화탄소의 전기분해시 환원전극의 전압을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 아말감 전극을 이용한 이산화탄소의 전기분해시 환원전극의 전압을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 아말감 전극을 이용한 이산화탄소의 전기분해시 환원전극의 전압을 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 상에 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 이들의 조합(들)의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원의 제 1 측면은, Hg, Ag, Sn, Cu, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 아말감 전극을 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아말감 전극은 약 35 내지 약 55 중량부의 Hg, 약 14 내지 약 34 중량부의 Ag, 약 7 내지 약 17 중량부의 Sn 및 약 4 내지 약 24 중량부의 Cu를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아말감 전극은 치과용 아말감을 사용하여 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 치과용 아말감은 수은과 아말감 파우더를 혼합하여 제조될 수 있으며, 상기 아말감 파우더는 구리(Cu)의 함량에 따라 저동(low-copper)과 고동(high-copper) 아말감으로 분류될 수 있다. 상기 저동 아말감이 상대적으로 쉽게 부식이 일어나는 것으로 알려져 있기 때문에 상기 고동 아말감을 최종 전극 재료로 사용하는 것이 바람직할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 액체 수은과 상기 아말감 파우더를 아말가메이터(Amalgamator)를 이용하여 빠른 속도로 혼합하며 섞어 주면 아말감이 형성되는데, 이 과정을 아말감화 반응 (Amalgam setting reaction)이라고 한다. 예를 들어 Nordiska사의 ANA 2000 아말감 파우더는 Ag, Sn 및 Cu 가 각각 43.1 wt%, 30.8 wt% 및 26.1 wt% 포함되어 있다. 무게비로 이 아말감 파우더를 55%, 액체 수은을 45%가 되도록 하여 잘 혼합하면 치과용 아말감이 만들어진다. 예를 들어, 최종적으로 Hg(45 wt%), Ag(24 wt%), Sn (17 wt%), Cu(14 wt%)의 조성으로 치과용 아말감을 제조할 수 있다. 치과용 아말감을 이용하여 아말감 전극을 형성시, 제조된 직후의 아말감은 찰흙 같아서 원하는 모양으로 가공이 가능하다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아말감 전극은 필요에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 로드(rod) 또는 판형(planar)일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 또한, 상기 아말감 전극은 아말감에 전기가 잘 통할 수 있도록 일면에 구리 또는 주석 전극을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 2 측면은, Hg, Ag, Sn, Cu, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 아말감을 이용하여 전극을 형성하는 것을 포함하는, 아말감 전극의 제조 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면,, 상기 아말감 전극은 약 35 내지 약 55 중량부의 Hg, 약 14 내지 약 34 중량부의 Ag, 약 7 내지 약 17 중량부의 Sn 및 약 4 내지 약 24 중량부의 Cu를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아말감 전극은 치과용 아말감을 사용하여 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 치과용 아말감은 수은과 아말감 파우더를 혼합하여 제조될 수 있으며, 상기 아말감 파우더는 구리(Cu)의 함량에 따라 저동(low-copper)과 고동(high-copper) 아말감으로 분류될 수 있다. 상기 저동 아말감이 상대적으로 쉽게 부식이 일어나는 것으로 알려져 있기 때문에 상기 고동 아말감을 최종 전극 재료로 사용하는 것이 바람직할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 액체 수은과 상기 아말감 파우더를 아말가메이터(Amalgamator)를 이용하여 빠른 속도로 혼합하며 섞어 주면 아말감이 형성되는데, 이 과정을 아말감화 반응 (Amalgam setting reaction)이라고 한다. 예를 들어 Nordiska사의 ANA 2000 아말감 파우더는 Ag, Sn 및 Cu 가 각각 43.1 wt%, 30.8 wt% 및 26.1 wt% 포함되어 있다. 무게비로 이 아말감 파우더를 55%, 액체 수은을 45%가 되도록 하여 잘 혼합하면 치과용 아말감이 만들어진다. 예를 들어, 최종적으로 Hg(45 wt%), Ag(24 wt%), Sn (17 wt%), Cu(14 wt%)의 조성으로 치과용 아말감을 제조할 수 있다. 치과용 아말감을 이용하여 아말감 전극을 형성시, 제조된 직후의 아말감은 찰흙 같아서 원하는 모양으로 가공이 가능하다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아말감 전극은 필요에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 로드(rod) 또는 판형(planar)일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 또한, 상기 아말감 전극은 아말감에 전기가 잘 통할 수 있도록 일면에 구리 또는 주석 전극을 형성하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
예를 들어, 로드 형태의 아말감 전극의 형성은 도 1에 도시된 바와 같다. 구리 막대의 앞부분을 뾰족하게 가공한 뒤, 테프론 튜빙을 맞춰서 끼워 상기 구리 막대와 상기 튜빙 사이의 빈 공간을 치과용 아말감으로 채워 넣는다. 아말감의 경화는 아말감이 만들어진 후 약 24 시간이 지나면 약 90 % 이상 완료되는데, 완전한 경화를 위해 약 48 시간까지 기다린 후 상기 테프론 튜빙을 제거하여 전극으로 사용할 수 있다. 구리 막대를 사용함으로써 아말감에 전기가 잘 통할 수 있게 해주고 동시에 지지체 역할을 해준다. 더불어, 상기 구리 막대가 전기분해 시 반응하는 것을 방지하기 위하여 상기 아말감과 상기 구리 막대의 경계 부분을 테프론 테이프와 열 수축 튜브로 봉하여 구리가 용액 상에 노출되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 판 형태의 아말감 전극은 아말가메이터(amalgamator)를 사용하여 혼합된 아말감을 적당한 크기로 아크릴, 스테인레스틸 등으로 만들어진 주형물의 해당 공간에 힘을 가하여 밀어 넣어 성형한다. 전극의 표면을 평평하게 하기 위해서는 전체에 균등한 힘을 가할 수 있는 끌 형태의 도구를 활용할 수도 있다. 또한 아말감 전극이 제작되는 주형물에는 전기적 연결을 위해 구리판 등과 같은 다양한 형태의 도체를 추가할 수 있다. 판형 아말감 전극 역시 최소 24 시간의 아말감 경화 과정을 거친 후 사용한다.
본원의 제 3 측면은, 상기 제 1 측면의 아말감 전극을 이용한 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법은 전기화학적 반응기의 환원전극부에 이산화탄소를 포함하는 용액을 공급하는 단계; 및 상기 아말감 전극을 포함하는 작업전극, 및 상대전극에 전류를 인가하여 이산화탄소를 환원시키는 단계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용액은 NaHCO3, K2SO4, NaCl, KCl 및 이들의 조합들로부터 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전류는 약 2 mA/cm2 내지 약 50 mA/cm2, 예를 들어, 5 mA/cm2 내지 30 mA/cm2, 8 mA/cm2 내지 15 mA/cm2, 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법에 의해 이산화탄소가 포름산으로 전환될 수 있으며, 전환 전류 효율이 약 50% 이상, 예를 들어, 약 60% 이상, 약 70% 이상, 약 80% 이상, 약 90% 이상, 또는 약 55% 내지 약 95%, 약 60% 내지 약 95%, 약 70% 내지 약 95%, 약 80% 내지 약 95%, 약 55% 내지 약 90%, 약 55% 내지 약 80%, 약 55% 내지 약 70% 또는 약 55% 내지 약 60%일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
실시예 1 : 로드형 아말감 전극의 제조
Nordiska사의 ANA 2000 아말감 파우더를 사용하여 아말감 전극을 제조하였다. 액체 수은 0.32 g과 아말감 파우더 0.36 g를 아말가메이터(Amalgamator)를 이용하여 빠른 속도로 혼합하여 아말감을 형성하였다.
상기 형성된 아말감을 도 1에 도시된 바와 같이, 테프론 튜빙과 구리 막대를 사용하여 성형하였다. 구리 막대의 앞부분을 뾰족하게 가공한 뒤, 테프론 튜빙을 맞춰서 끼워 구리 막대와 튜빙 사이의 빈 공간을 치과용 아말감으로 채워 넣었다. 약 48 시간 후 테프론 튜빙을 제거한 후 아말감과 구리 막대의 경계 부분을 테프론 테이프와 열 수축 튜브로 밀봉하였다.
실시예 2 : 판형 아말감 전극의 제조
아크릴을 이용하여 전극이 들어갈 수 있는 주형을 만든 후, 반대편에 전기가 통할 수 있도록 하는 구리 막대가 들어갈 작은 구멍을 만들었다. 아말감 전극의 크기는 1 cm x 10 cm 로 면적은 10 cm2 이고 높이는 1 mm 가 되도록 하였다. 아말게이터를 사용해 적당한 크기의 아말감을 제작하여 상기 아크릴 주형의 해당 공간에 힘을 가해 밀어 넣었다. 이 때, 최대한 평평하게 전극을 만드는 것이 중요하기 때문에, 끌처럼 힘을 균등하게 배분할 수 있는 스테인레스스틸로 만든 도구를 사용하여 표면을 평평하게 하였다. 전극의 반대편에는 미리 형성한 구멍을 통해 구리 막대를 삽입하여 전기적으로 연결될 수 있도록 하였다. 최소 24 시간 아말감을 경화시킨 후 아말감이 채워진 부분과 아크릴 사이에 물이 침투하는 것을 막기 위해 에폭시를 사용하여 경계면을 채웠다.
실험예 1
H-형 셀(H-type cell)을 이용하여 이산화탄소의 전기분해를 실시하였다. 실시예 1에서와 같이 제조한 로드 형태의 아말감 전극을 이산화탄소 환원을 위한 작업전극(Working electrode)으로, 플래티늄 전극을 상대전극(Counter electrode)으로 사용하였으며 기준 전극으로는 Ag/AgCl 전극을 사용하였다. 전기분해 중에는 환원전극부에 충분한 이산화탄소의 공급을 위하여 지속적으로 용액에 이산화탄소를 흘려주며 용해시켰으며 산화전극부에는 아르곤 가스를 흘려주었다. 환원전극부의 용액은 실험예에 따라 다르지만, 산화전극부의 용액은 특별히 명시하지 않는 한 0.5 M KHCO3를 사용하였다. 실험 방법은 특별히 명시하지 않는 한 전류밀도 5 mA/cm2의 정전류법을 적용하였다. 시간에 따른 아말감 전극의 전위값을 추적하였으며 생성물인 포름산 혹은 포름산염(HCOOK 또는 HCOONa)은 액체크로마토그래피로 정량 분석하였다.
0.5 M KHCO 3 를 전해질로서 사용한 경우
0.5 M KHCO3를 전해질로 사용하고 5 mA/cm2의 정전류를 걸어주어 이산화탄소를 전기분해하고 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에 도시된 바와 같이 -1.8 V vs. Ag/AgCl 부근의 전위에서 이산화탄소의 환원이 진행됨을 알 수 있었다. 처음 1 시간 동안에는 포름산으로의 전환 전류효율이 65%로 우수했지만, 4 시간 후에는 50 % 이하로 감소하며 지속적으로 효율은 감소하였다. 본 실험예에서 10 시간 사용한 전극을 이용하여 새롭게 제조된 0.5 M KHCO3 전해질 조건에서 1 시간 동안 전기분해하였을 때 60% 전류효율을 나타내었는데, 이는 장시간 전기분해 따른 전류효율의 감소는 아말감전극의 성능 감소 이외에 전기분해 용액 내에 포름산염이 축적되는 것도 영향을 미치는 것으로 보인다.
2 M KCl 을 포함한 0.5 M KHCO 3 를 전해질로서 사용한 경우
전도도를 높이기 위하여 2 M KCl을 전해질에 첨가하여 이산화탄소의 전기화학적 환원을 실시한 후 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에 도시된 바와 같이 초기 2 시간 동안 70~60% 의 전류효율을 보이며 안정되게 전극의 전위값이 유지되었다.
0.5 M NaCl 을 포함한 0.5 M NaHCO 3 를 전해질로서 사용한 경우
전해질의 양이온을 나트륨(Na+, sodium)으로 바꾸어 이산화탄소의 전기화학적 환원을 실시하고 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타난 바와 같이, 초기 1 시간 동안 80% 의 전류효율을 보였지만, 시간이 지나면서 효율은 떨어졌다. 25 시간 동안 아말감 전극의 전위값은 일정하게 유지되었으며 이 때 전류효율은 50%이고 최종적으로 0.5 M의 포름산이생성되었다. 중탄산나트륨(NaHCO3)의 용해도는 중탄산칼륨(KHCO3)의 용해도에 비해 4 분의 1 수준으로(중탄산나트륨 용해도 : 9.6 g/100 mL, 중탄산칼륨 용해도 : 33.7 g/100 mL) 전기분해가 진행되며 중탄산나트륨의 침전이 관찰되었다.
실험예 2
실시예 1에서와 같이 제조된 아말감 전극을 사용하여 전류밀도를 5 mA/cm2 내지 12.5 mA/cm2로 변경하여 이산화탄소의 전기화학적 환원반응을 진행하며 그에 따른 효과를 평가하였다(도 5). 도 5에 도시된 바와 같이, 전류밀도가 높아지면 전위값은 음의 방향으로 이동하는 경향이 관찰되었다. 전류효율은 전류밀도가 5 mA/cm2일때 87%, 7.5 mA/cm2일 때 83%, 10 mA/cm2일 때 80% 이고 전류밀도가 12.5 mA/cm2일 때 63%이었다. 전류밀도를 높이면 같은 시간 동안 더 많은 양의 이산화탄소를 환원시킬 수 있으나 동시에 수소 발생도 더 쉽게 일어나 효율이 일반적으로 감소한다. 본원의 아말감 전극의 경우는 5 mA/cm2 내지 10 mA/cm2 의 전류밀도로 전기분해했을 때에도 수소 발생은 잘 일어나지 않고 이산화탄소 환원이 잘 일어나는 것으로 확인되었다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다

Claims (10)

  1. 수은과 아말감 파우더를 혼합하여 제조되는 치과용 아말감을 포함하는 이산화탄소 환원용 아말감 전극으로서,
    상기 치과용 아말감은 35 내지 55 중량부의 Hg, 14 내지 34 중량부의 Ag, 7 내지 17 중량부의 Sn, 및 4 내지 24 중량부의 Cu를 포함하는 것인,
    이산화탄소 환원용 아말감 전극.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 환원용 아말감 전극은 로드(rod) 또는 판형(planar)인 것인, 이산화탄소 환원용 아말감 전극.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 환원용 아말감 전극은 일면에 구리 전극 또는 주석 전극을 추가 포함하는 것인, 이산화탄소 환원용 아말감 전극.
  5. 수은과 아말감 파우더를 혼합하여 제조되는 치과용 아말감을 이용하여 전극을 형성하는 것을 포함하는, 이산화탄소 환원용 아말감 전극의 제조 방법으로서,
    상기 치과용 아말감은 35 내지 55 중량부의 Hg, 14 내지 34 중량부의 Ag, 7 내지 17 중량부의 Sn, 및 4 내지 24 중량부의 Cu를 포함하는 것인,
    이산화탄소 환원용 아말감 전극의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 환원용 아말감 전극의 일면에 구리 전극 또는 주석 전극을 형성하는 것을 추가 포함하는, 이산화탄소 환원용 아말감 전극의 제조 방법.
  7. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항의 이산화탄소 환원용 아말감 전극을 이용한, 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    전기화학적 반응기의 환원전극부에 이산화탄소를 포함하는 용액을 공급하는 단계; 및
    상기 아말감 전극을 포함하는 작업전극, 및 상대전극에 전류를 인가하여 이산화탄소를 환원시키는 단계
    를 포함하는, 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 용액은 KHCO3, NaHCO3, K2SO4, NaCl, KCl 및 이들의 조합들로부터 선택된 것을 포함하는 것인, 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법.
  10. 삭제
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