KR101361651B1 - A device using electrolyzer with a bipolar membrane and the method of producing hypochlorite solution and hydrogen gas thereby - Google Patents

A device using electrolyzer with a bipolar membrane and the method of producing hypochlorite solution and hydrogen gas thereby Download PDF

Info

Publication number
KR101361651B1
KR101361651B1 KR1020120107842A KR20120107842A KR101361651B1 KR 101361651 B1 KR101361651 B1 KR 101361651B1 KR 1020120107842 A KR1020120107842 A KR 1020120107842A KR 20120107842 A KR20120107842 A KR 20120107842A KR 101361651 B1 KR101361651 B1 KR 101361651B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
seawater
gas
positive electrode
liquid separator
hydrogen
Prior art date
Application number
KR1020120107842A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김광욱
신현수
김정식
정붕익
Original Assignee
(주) 테크윈
한국원자력연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주) 테크윈, 한국원자력연구원 filed Critical (주) 테크윈
Priority to KR1020120107842A priority Critical patent/KR101361651B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101361651B1 publication Critical patent/KR101361651B1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
    • B01D19/0042—Degasification of liquids modifying the liquid flow
    • B01D19/0052—Degasification of liquids modifying the liquid flow in rotating vessels, vessels containing movable parts or in which centrifugal movement is caused
    • B01D19/0057—Degasification of liquids modifying the liquid flow in rotating vessels, vessels containing movable parts or in which centrifugal movement is caused the centrifugal movement being caused by a vortex, e.g. using a cyclone, or by a tangential inlet
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/24—Halogens or compounds thereof
    • C25B1/26—Chlorine; Compounds thereof
    • C25B1/265—Chlorates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
    • C25B13/02—Diaphragms; Spacing elements characterised by shape or form
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

The purpose of the present invention is to provide a seawater electrolysis device using a bipolar membrane and a method for producing hypochlorite and hydrogen using the same. For the purpose, the present invention provides a seawater electrolysis device using a bipolar membrane, comprising an electrolysis reaction part which is separated into an anode part and a cathode part by a bipolar membrane in the middle, wherein the anode part includes an anode to generate a hypochlorite solution and oxygen gas by receiving and electrolyzing seawater, and the cathode part includes a cathode to generate hydrogen gas by receiving and electrolyzing seawater; and a first gas-liquid separator for receiving the hydrogen gas generated by the cathode part of the electrolysis reaction part and the seawater and separating the hydrogen gas and the seawater. Also, the present invention provides a method for producing hypochlorite and hydrogen via seawater electrolysis using the device. According to the present invention, the reproduction of ocean life can be prevented in a seawater inflow pipe for cooling a power plant condenser by producing a hypochlorite solution and high-purity hydrogen and oxygen simultaneously from seawater. And additional electricity can be produced using the generated hydrogen and oxygen. [Reference numerals] (100) Electrolytic cell; (200) First gas-liquid separator; (300) Second gas-liquid separator; (AA) O_2 (Discharge); (BB) Seawater cooling water; (CC) Fuel cell; (DD) NaCl (Discharge)

Description

양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치 및 이를 사용한 차아염소산 용액과 수소의 제조방법{A device using electrolyzer with a bipolar membrane and the method of producing hypochlorite solution and hydrogen gas thereby}A device using electrolyzer with a bipolar membrane and the method of producing hypochlorite solution and hydrogen gas

본 발명은 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치 및 이를 사용한 차아염소산용액과 수소의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a seawater electrolytic apparatus using a bipolar membrane and a method for producing hypochlorous acid solution and hydrogen using the same.

일반적으로 해안가에 위치하는 원자력 및 화력 발전소에서는 발전장치의 발전과정에서 바닷물을 냉각수로 사용하고 있다. 이때, 발전소에서는 복수기 등의 냉각을 위하여 해수를 끌어들이는 관 벽에 해조류 및 따개비 등의 해양 생물 발생을 억제하기 위하여 해수를 전해 분해하여 살균력을 갖는 차아염소산 용액을 만들어 냉각수관에 공급하는 방법을 사용한다.
In general, nuclear and thermal power plants located near the coast use seawater as cooling water during power generation. At this time, in order to suppress the generation of marine organisms such as algae and barnacles on the pipe wall that draws seawater for cooling the condenser, the power plant makes a hypochlorous acid solution having sterilizing power and supplies it to the cooling water pipe. use.

한편, 최근 지구 온난화 등의 문제로 발전소의 총 발전량의 일정 부분을 신재생에너지 전력으로 생산하는 것이 의무화되고 있는 추세이다. 이러한 신재생에너지 생산의 한 방법으로 차아염소산을 생산하는 전해공정의 음전극에서 발생하는 수소를 이용하여 연료전지를 통하여 전기를 생산할 수 있다. 이를 위해서는 전해 반응기에서 90 % 이상의 고순도 수소를 분리하여야 한다.
Meanwhile, recently, due to global warming and the like, it is mandatory to produce a portion of the total power generation of the power plant as renewable energy. As a method of producing renewable energy, it is possible to produce electricity through a fuel cell using hydrogen generated from the negative electrode of the electrolytic process for producing hypochlorous acid. For this purpose, more than 90% high purity hydrogen must be separated in the electrolytic reactor.

지금까지 발전소에서는 냉각수 관에 공급하기 위한 차아염소산을 생산하기 위해서 양전극과 음전극 사이에 별도의 격막이 없는 무격막식 전해조를 사용해왔다.
To date, power plants have used a diaphragm-free electrolytic cell without a separate diaphragm between the positive electrode and the negative electrode to produce hypochlorous acid for supplying cooling water pipes.

차아염소산 용액을 생성시키기 위한 무격막식 전해조에서는 전해조에 해수가 주입이 되면 하기 반응식 1과 같이 양극에서는 해수의 염소이온 (Cl-)이 산화되어 염소 기체(Cl2)와 부반응인 물분해에 의해 산소 가스와 수소이온(H+)이 발생하고, 동시에 음극에서는 물이 분해되면서 수소 가스가 발생하면서 수산화 이온 (OH-)이 발생하게 된다.
In the non-diaphragm type electrolytic cell for producing hypochlorite solution to when the water is injected into the electrolytic cell the anode as shown in Scheme 1, chloride ions in water (Cl -) is the oxidation by the chlorine gas (Cl 2) and the side reaction of water decomposition the oxygen gas and hydrogen ions (H +) occurs, and, at the same time the negative electrode as the water decomposition hydroxide ions (OH -) and hydrogen gas is generated is generated.

염소 기체는 산성 용액에서는 물에 용해되지 않고 용액 밖으로 배출되지만 접촉되는 용액의 pH가 중성 이상에서는 용해되어 OCl- 이온으로 성질을 가지므로 분리막이 없는 무격막식 전해조에서는 전해 용액의 pH가 8-10 정도를 가지므로 양극에서 생성되는 염소 기체가 용액에 용해되어 전해 NaOCl 용액이 만들어진다(도 1 참조):
In acidic solution, chlorine gas is not dissolved in water but is discharged out of solution, but the pH of the contacted solution is dissolved above neutral and becomes OCl - ion. As such, the chlorine gas produced at the anode is dissolved in the solution, resulting in an electrolytic NaOCl solution (see FIG. 1):

<반응식 1><Reaction Scheme 1>

양극반응 : 2Cl- → Cl2 + 2e- Anode reaction: 2Cl - → Cl 2 + 2e -

2H2O → 4H+ + O2 + 4e- 2H 2 O → 4H + + O 2 + 4e -

음극반응 : 2H2O + 2Na+ + 2e- → 2NaOH + H2 Cathode reaction: 2H 2 O + 2Na + + 2e - → 2NaOH + H 2

전체반응 : Cl2 + 2NaOH → NaOCl + NaCl + H2O.
Total reaction: Cl 2 + 2NaOH → NaOCl + NaCl + H 2 O.

염소 화합물은 용액의 pH에 따라 pH 1 내지 5에서는 Cl2, pH 5 내지 7에서는 HOCl, pH 8 이상에서는 OCl- 형태로 존재하며, HOCl, OCl- 모두 살균력이 있지만 차아염소산 분자(HOCl)가 보다 효과적인 것으로 알려져 있다.
The chlorine compound is present in the form of Cl 2 at pH 1 to 5, HOCl at pH 5 to 7, and OCl -at pH 8 and above. Both HOCl and OCl - are bactericidal, but hypochlorous acid molecules (HOCl) It is known to be effective.

그러나 상기와 같이 무격막식 전해조를 사용하여 해수 전해 반응을 수행하는 경우 산소와 수소가 동시에 발생하여 이를 분리하기 위한 공정을 거쳐야 한다는 문제점이 있고, 염기성 용액으로 인하여 살균력이 더욱 우수한 차아염소산 분자(HOCl)를 얻기 어렵다는 문제점이 있다.
However, when performing seawater electrolysis using a membrane-free electrolytic cell as described above, there is a problem that oxygen and hydrogen are generated at the same time and have to go through a process for separating them. ) Is difficult to obtain.

대한민국 공개특허 제 10-2012-0002074 호는 고농도 차아염소산나트륨 수용액을 제조하기 위한 장치에 관한 것으로, 염화나트륨 수용액과 물을 제공받아 전기분해하여 염소가스와 수소 가스 및 수산화나트륨을 생성하는 전기분해반응부; 상기 전기분해반응부에 의해 생성된 염소가스 및 저농도의 염화나트륨 수용액을 제공받아 이 염소가스와 염화나트륨 수용액을 분리하는 제 1 기액분리부; 상기 제 1 기액분리부에 의해 분리된 염소가스를 제공받아 저장하는 제 1 저장부; 상기 전기분해반응부에 의해 생성된 수소 가스 및 수산화나트륨 수용액을 제공받아 이 수산화나트륨 수용액과 수소 가스를 분리하는 제 2 기액분리부; 상기 제 2 기액분리부에 의해 분리된 수산화나트륨 수용액을 제공받아 저장하는 제 2 저장부, 상기 제 1 저장부에 저장된 염소가스와 상기 제 2 저장부에 저장된 수산화나트륨 수용액을 제공받아 고온저압의 환경에서 상호반응시켜 차아염소산나트륨 수용액을 생성하는 저온반응부; 상기 저온반응부에서 생성된 차아염소산나트륨 수용액을 제공받아 저장하는 제 3 저장부를 포함하는 장치에 대해 기재하고 있다.
Republic of Korea Patent Publication No. 10-2012-0002074 relates to a device for producing a high concentration of sodium hypochlorite aqueous solution, an electrolysis reaction unit for generating chlorine gas, hydrogen gas and sodium hydroxide by electrolysis by receiving an aqueous sodium chloride solution and water ; A first gas-liquid separator for separating the chlorine gas and the sodium chloride aqueous solution by receiving the chlorine gas and the low concentration aqueous sodium chloride solution generated by the electrolysis reaction unit; A first storage unit receiving and storing chlorine gas separated by the first gas-liquid separator; A second gas-liquid separator which receives the hydrogen gas and the sodium hydroxide aqueous solution generated by the electrolysis reaction unit and separates the sodium hydroxide aqueous solution and the hydrogen gas; A second storage part for receiving and storing an aqueous sodium hydroxide solution separated by the second gas-liquid separator, and a high temperature and low pressure environment for receiving a chlorine gas stored in the first storage part and an aqueous sodium hydroxide solution stored in the second storage part. A low temperature reaction unit for generating an aqueous sodium hypochlorite solution by interacting with each other in a low temperature reaction unit; It describes a device including a third storage unit for receiving and storing the aqueous sodium hypochlorite solution generated in the low temperature reaction unit.

상기 발명과 같은 차아염소산 용액을 생성시키기 위한 격막식 전해조에서는 양극방에서 해수의 Cl- 이온의 산화에 의한 염소 가스(Cl2)의 생성과 동시에 물이 분해에 의한 산소 가스와 H+ 이온이 발생되고, 이때 용액에 남게 되는 Na+ 이온은 격막을 통하여 음극방으로 전기이동이 되며, 용액은 생성된 H+ 이온에 산성화되어 염소 기체를 용액에 용해시키지 못해 동반 생성된 산소와 같이 용액 밖으로 방출된다. (도 2 참조)
In the diaphragm-type electrolytic cell for generating hypochlorous acid solution as described above, oxygen gas and H + ions are generated by the decomposition of water simultaneously with the generation of chlorine gas (Cl 2 ) by oxidation of Cl − ions of seawater in the anode chamber. In this case, Na + ions remaining in the solution are electrophoretically transferred to the cathode room through the diaphragm, and the solution is acidified to the generated H + ions so that the chlorine gas cannot be dissolved in the solution and released out of the solution together with the generated oxygen. . (See Figure 2)

한편, 음극방에서는 물 분해 반응에 의해 수소와 OH- 이온이 생성이 되어 양극방에서 넘어온 Na+ 이온과 결합되어 수소 기체와 NaOH가 생성된다. 상기에서 설명한 바와 같이 염소 기체는 알카리 용액에서 OCl- 이온으로 흡수되므로 양극방에서 생성된 염소 기체를 음극방에서 생성되는 수소와 NaOH를 가진 알카리 해수 용액을 분리 후 분리된 알카리 해수 용액과 접촉시킴으로서 차아염소산 용액을 제조할 수 있다. (도 2 참조)
On the other hand, in the cathode room, hydrogen and OH - ions are generated by the water decomposition reaction, and are combined with Na + ions from the anode room to form hydrogen gas and NaOH. As described above, the chlorine gas is absorbed as OCl - ion in the alkaline solution, so the chlorine gas generated in the anode room is separated from the alkaline seawater solution having hydrogen and NaOH generated in the cathode room and then contacted with the separated alkaline seawater solution. Chloric acid solution can be prepared. (See Figure 2)

그러나 상기와 같은 격막식 전해조의 경우 음극방에서 알카리 해수에서는 하기 반응식 2와 같이 해수의 Ca, Mg 이온이 가수분해되어 Ca(OH)2, Mg(OH)2의 침전이 일어나 격막의 기공을 막거나 음극 표면에 붙어 전해 반응에 영향을 줄 수 있다는 문제점이 있다:
However, in the case of the diaphragm type electrolyzer as described above, Ca and Mg ions of seawater are hydrolyzed in alkaline seawater in the cathode room to precipitate Ca (OH) 2 and Mg (OH) 2 as shown in Scheme 2 below to prevent pores of the diaphragm. Or stick to the surface of the cathode, which can affect the electrolytic reaction:

<반응식 2><Reaction Scheme 2>

2NaOH + CaCl2 → Ca(OH)2 + NaCl 2NaOH + CaCl 2 → Ca (OH ) 2 + NaCl

2NaOH + MgCl2 → Mg(OH)2 + NaCl.
 2 NaOH + MgCl 2 → Mg (OH) 2 + NaCl.

또한 양전극부에서 발생하는 산성화된 해수와 염소 기체가 서로 용해되지 않으므로, 염소 기체와 산성화 해수를 기-액 분리 후 얻은 염소 기체를 음전극부에서 생성된 알카리화된 해수를 이용하여 용해시켜 차아염소산으로 회수하는 과정이 필요하므로, 차아염소산과 고순도 수소를 생산하는 공정이 복잡해진다는 문제점이 있다.
In addition, since acidified seawater and chlorine gas generated in the positive electrode portion are not dissolved in each other, chlorine gas obtained after gas-liquid separation of chlorine gas and acidified seawater is dissolved using alkaline seawater generated in the negative electrode portion to form hypochlorous acid. Since the recovery process is necessary, there is a problem that the process for producing hypochlorous acid and high purity hydrogen becomes complicated.

이에 본 발명의 발명자들은 전해조 내부에 격막으로 양극성 막을 사용하면 기체 흡수탑의 설치 및 음전극부의 산세척 공정없이 해수로부터 차아염소산 용액 및 고순도 수소와 산소를 얻을 수 있다는 효과가 있음을 알게되어 본 발명을 완성하였다.
The inventors of the present invention have found that the use of a bipolar membrane as a diaphragm in the electrolytic cell has the effect of obtaining a hypochlorous acid solution and high purity hydrogen and oxygen from seawater without installing a gas absorption tower and pickling process of the negative electrode portion. Completed.

본 발명의 목적은 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치 및 이를 사용한 차아염소산 용액과 수소의 제조방법을 제공하는 데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a seawater electrolytic apparatus using a bipolar membrane and a method of producing hypochlorous acid solution and hydrogen using the same.

이를 위하여 본 발명은 To this end,

중앙에 위치하는 양극성 막에 의하여 양전극부 및 음전극부로 구분되며, 상기 양전극부는 양전극을 포함하여 해수를 공급받아 전기분해하여 차아염소산 용액 및 산소가스를 생성하고, 상기 음전극부는 음전극을 포함하여 해수를 공급받아 전기분해하여 수소가스를 생성하는 전기분해반응부; 및The positive electrode part is divided into a positive electrode part and a negative electrode part by a centrally located bipolar membrane. The positive electrode part includes a positive electrode and is electrolyzed to generate hypochlorous acid solution and oxygen gas, and the negative electrode part includes a negative electrode to supply seawater. An electrolysis reaction unit receiving and electrolyzing to generate hydrogen gas; And

상기 전기분해반응부의 음전극부에서 생성된 수소 가스와 해수를 제공받아 수소 가스와 해수를 분리하는 제 1 기액분리기;A first gas-liquid separator receiving hydrogen gas and seawater generated in the negative electrode portion of the electrolysis reaction unit and separating the hydrogen gas and seawater;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치를 제공한다.
It provides a seawater electrolytic apparatus using a bipolar membrane comprising a.

또한, 본 발명은 In addition,

전해조의 음전극부의 제 1 유입관로 및 양전극부의 제 2 유입관로를 통해 해수를 주입하는 단계(단계 1);Injecting seawater through a first inlet pipe of the negative electrode part and a second inlet pipe of the positive electrode part of the electrolytic cell (step 1);

상기 단계 1에서 제 1 유입관로로 주입된 해수가 음전극부의 음전극에서 전기분해되어 수소 가스가 발생하고, 제 2 유입관로로 주입된 해수가 양전극부의 양전극에서 전기분해되어 차아염소산 용액과 산소 가스가 발생하는 단계(단계 2);The seawater injected into the first inlet pipe in step 1 is electrolyzed at the negative electrode of the negative electrode part to generate hydrogen gas, and the seawater injected into the second inlet pipe is electrolyzed at the positive electrode of the positive electrode part to generate hypochlorous acid solution and oxygen gas. (Step 2);

상기 단계 2에서 발생한 수소 가스 및 해수가 제 1 유출관로를 통해 제 1 기액분리기로 배출되는 단계(단계 3); 및Discharging hydrogen gas and seawater generated in the step 2 to the first gas-liquid separator through the first outlet pipe (step 3); And

제 1 기액분리기 상단의 기체 배출구로 수소 가스가 분리되고, 하단의 액체 배출구로 해수가 분리되는 단계(단계 4);Separating hydrogen gas into a gas outlet at the top of the first gas-liquid separator and separating seawater into a liquid outlet at the bottom (step 4);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기의 장치를 사용한 해수 전해를 통한 차아염소산 및 수소의 제조 방법을 제공한다.
It provides a method for producing hypochlorous acid and hydrogen through seawater electrolysis using the above device comprising a.

본 발명에 따르면 종래의 격막식 전해조를 사용하는 경우와 달리 차아염소산 용액을 생성하기 위한 기체 흡수탑 없이 해수로부터 차아염소산 용액과 고순도 수소 및 산소 가스를 동시에 생산할 수 있다. 또한, 양극성 막을 사용하여 전해조의 산성도를 중성으로 유지할 수 있으므로 기존의 격막식 전해조를 사용하는 경우와 같이 해수가 알칼리화하여 수산화 칼슘 및 수산화 마그네슘 등의 침전물이 발생하지 않으므로, 이들 침천물을 제거하기 위한 산 세척 공정이 생략될 수 있다. 생산된 차아염소산 용액을 발전소 복수기 냉각을 위한 해수 유입관으로 공급하여 해양 생물의 번식을 방지할 수 있고, 생성된 고순도 수소 및 산소 가스를 이용하여 연료전지를 통한 신재생 에너지 전력을 추가로 생산함으로써 종래의 발전소 에너지 생산 효율을 높여 보다 친환경적인 발전설비를 갖출 수 있다.
According to the present invention, unlike the case of using a conventional diaphragm electrolyzer, it is possible to simultaneously produce the hypochlorous acid solution and the high-purity hydrogen and oxygen gas from the seawater without the gas absorption tower for generating the hypochlorous acid solution. In addition, since the acidity of the electrolyzer can be maintained neutral by using a bipolar membrane, as in the case of using a conventional diaphragm electrolyzer, since seawater is alkalinized and no precipitates such as calcium hydroxide and magnesium hydroxide are generated, The acid wash process can be omitted. By supplying the produced hypochlorous acid solution to the seawater inlet pipe for cooling the condenser of the power plant, it is possible to prevent the reproduction of marine life, and by further producing renewable energy power through the fuel cell by using the generated high purity hydrogen and oxygen gas. Increasing the efficiency of energy generation of conventional power plants can be equipped with more environmentally friendly power generation facilities.

도 1은 무격막 전해조에서 일어나는 해수로부터 차아염소산 용액을 생산하는 전해반응기구의 개념도이고;
도 2는 격막식 전해조에서 일어나는 해수로부터 차아염소산 용액을 생산하는 전해반응기구의 개념도이고;
도 3은 양극성 막에서 일어나는 물분해 반응기구의 개념도이고;
도 4는 본 발명에 따른 양극성 막을 사용한 전해조에서 일어나는 해수로부터 차아염소산 용액을 생산하는 전해반응기구의 개념도이고;
도 5는 본 발명에 따른 해수전해장치의 개념도이고;
도 6은 본 발명에 따른 실시예 1의 시간에 따른 셀 전압 및 pH농도의 그래프이다.1 is a conceptual diagram of an electrolysis reaction apparatus for producing hypochlorous acid solution from seawater occurring in a diaphragm electrolyzer;
2 is a conceptual diagram of an electrolysis reaction apparatus for producing hypochlorous acid solution from seawater occurring in a diaphragm electrolyzer;
3 is a conceptual diagram of a hydrolysis reactor apparatus occurring in a bipolar membrane;
4 is a conceptual diagram of an electrolysis reaction apparatus for producing hypochlorous acid solution from seawater occurring in an electrolytic cell using a bipolar membrane according to the present invention;
5 is a conceptual diagram of a seawater electrolysis apparatus according to the present invention;
Figure 6 is a graph of the cell voltage and pH concentration over time of Example 1 according to the present invention.

본 발명의 목적은 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치 및 이를 사용한 차아염소산과 수소의 제조방법을 제공하는 데 있다. 이를 위하여 본 발명은 화력 및 원자력 발전소에서 해수 냉각수 살균을 위한 차아염소산 용액의 생산과 동시에 신재생에너지를 전력을 생산하기 위한 연료전지용 고순도 수소를 생산하기 위하여 양극성 막을 사용하는 전해조의 양전극부에서 염소가스 해수에 용해되어 차아염소산 용액이 생산되고 음전극부에서는 수소만을 동시에 직접 생산되는 단순화된 해수 전해 장치 및 상기 장치를 이용한 차아염소산 용액과 수소 가스의 제조방법을 제공한다.
It is an object of the present invention to provide a seawater electrolytic apparatus using a bipolar membrane and a method for producing hypochlorous acid and hydrogen using the same. To this end, the present invention is a chlorine gas in the positive electrode portion of the electrolytic cell using a bipolar membrane to produce high-purity hydrogen for fuel cells for the generation of hypochlorite solution for seawater cooling water sterilization in thermal and nuclear power plants The present invention provides a simplified seawater electrolytic apparatus in which a hypochlorous acid solution is produced by dissolving in seawater and directly producing only hydrogen at the negative electrode portion, and a method of producing hypochlorous acid solution and hydrogen gas using the apparatus.

본 발명은The present invention

중앙에 위치하는 양극성 막에 의하여 양전극부 및 음전극부로 구분되며, 상기 양전극부는 양전극을 포함하여 해수를 공급받아 전기분해하여 차아염소산 용액 및 산소가스를 생성하고, 상기 음전극부는 음전극을 포함하여 해수를 공급받아 전기분해하여 수소가스를 생성하는 전기분해반응부; 및The positive electrode part is divided into a positive electrode part and a negative electrode part by a centrally located bipolar membrane. The positive electrode part includes a positive electrode and is electrolyzed to generate hypochlorous acid solution and oxygen gas, and the negative electrode part includes a negative electrode to supply seawater. An electrolysis reaction unit receiving and electrolyzing to generate hydrogen gas; And

상기 전기분해반응부의 음전극부에서 생성된 수소 가스와 해수를 제공받아 수소 가스와 해수를 분리하는 제 1 기액분리기;A first gas-liquid separator receiving hydrogen gas and seawater generated in the negative electrode portion of the electrolysis reaction unit and separating the hydrogen gas and seawater;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치를 제공한다.
It provides a seawater electrolytic apparatus using a bipolar membrane comprising a.

이하, 본 발명에 따른 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치를 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a seawater electrolytic apparatus using the bipolar membrane according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 장치는 중앙에 위치하는 양극성 막(130)에 의하여 양전극부(120) 및 음전극부(110)로 구분되며, 상기 양전극부(120)는 양전극(123)을 포함하여 해수를 공급받아 전기분해하여 차아염소산 용액 및 산소가스를 생성하고, 상기 음전극부(110)는 음전극(113)을 포함하여 해수를 공급받아 전기분해하여 수소가스를 생성하는 전기분해반응부를 포함한다.
Referring to FIG. 5, the apparatus according to the present invention is divided into a positive electrode portion 120 and a negative electrode portion 110 by a bipolar membrane 130 positioned at the center, and the positive electrode portion 120 may define the positive electrode 123. It includes a seawater supplied electrolysis to generate a hypochlorous acid solution and oxygen gas, the negative electrode unit 110 includes an electrolysis reaction unit for generating a hydrogen gas by electrolysis by receiving seawater including a negative electrode 113 do.

이때, 상기 전기분해반응부는At this time, the electrolysis reaction unit

양전극부(120) 및 음전극부(110)가 서로 대응되게 설치되어 반응공간을 형성하는 전해조(100);An electrolytic cell 100 in which the positive electrode unit 120 and the negative electrode unit 110 are installed to correspond to each other to form a reaction space;

상기 전해조 내부를 양전극부(120) 및 음전극부(110)로 구획하는, 일측면은 양이온교환기이고 다른 일측면은 음이온 교환기로 구성된 양극성 막(130);A bipolar membrane 130 partitioning the interior of the electrolytic cell into a positive electrode portion 120 and a negative electrode portion 110, one side of which is a cation exchanger and the other side of which is an anion exchanger;

상기 전해조 중 음전극부(110)와 연통되면서 해수를 공급받는 제 1 유입관로(111) 및 해수와 수소 가스를 배출하는 제 1 유출관로(112); 및A first inlet pipe 111 which communicates with the negative electrode unit 110 of the electrolyzer and receives seawater, and a first outlet pipe 112 which discharges seawater and hydrogen gas; And

상기 전해조 중 양전극부(120)와 연통되면서 해수를 공급받는 제 2 유입관로(121) 및 차아염소산 용액과 산소 가스를 배출하는 제 2 유출관로(122); A second inlet pipe 121 communicating with the positive electrode unit 120 of the electrolyzer and receiving the seawater, and a second outlet pipe 122 for discharging hypochlorous acid solution and oxygen gas;

를 포함하는 것이 바람직하다.
.

본 발명에 따른 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치에 있어서, 상기 전해조(100)는 외부로부터 밀폐된 반응공간으로, 상기 전해조(100) 내부의 중앙에는 양극성 막(130)이 존재하여 전해조(100) 내부의 반응공간을 양분하여 각 반응공간에 각각 양전극(123) 및 음전극(113)이 서로 대응되게 설치된 양전극부(120) 및 음전극부(110)를 형성한다.
In the seawater electrolytic apparatus using the bipolar membrane according to the present invention, the electrolytic cell 100 is a reaction space sealed from the outside, the bipolar membrane 130 in the center of the inside of the electrolytic cell 100 is present in the electrolytic cell 100 By dividing the reaction space of the positive electrode portion 123 and the negative electrode 113 in each reaction space to form a positive electrode portion 120 and the negative electrode portion 110 are installed to correspond to each other.

본 발명에 따른 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치에 있어서, 상기 양극성 막(Bipolar membrane)(130)은 막의 일측면은 양이온교환기를 가진 양이온 교환막(131)이, 막의 타측면은 음이온교환기를 가진 음이온 교환막(132)이 결합된 것을 특징으로 하는 막으로, 막의 양단에 전압이 걸리면 도 3과 같이 막의 양쪽에서 각각 물이 분해되어 음이온 교환막 측에서는 OH- 이온이, 양이온 교환막 측에서는 H+ 이온이 발생한다. 이러한 양극성 막(130)을 양전극(123)과 음전극(113) 사이에 격막으로 설치하면 양전극부(120)와 음전극부(110)에서 생성되는 기체나 용액이 혼합되는 것이 원칙적으로 차단된다.
In the seawater electrolytic apparatus using a bipolar membrane according to the present invention, the bipolar membrane (130) is a cation exchange membrane 131 having a cation exchange group on one side of the membrane, an anion exchange membrane having an anion exchange group on the other side of the membrane In the membrane characterized by the combination of 132, when voltage is applied to both ends of the membrane, water is decomposed on both sides of the membrane as shown in FIG. 3 to generate OH − ions on the anion exchange membrane side and H + ions on the cation exchange membrane side. When the bipolar membrane 130 is provided as a diaphragm between the positive electrode 123 and the negative electrode 113, the gas or solution generated in the positive electrode unit 120 and the negative electrode unit 110 is blocked in principle.

해수가 주입되는 양전극부(120)에서는 전극 표면에서 해수의 염소 이온의 산화에 의한 염소가스가 생성됨과 동시에 물분해에 의한 산소 가스와 H+ 이온이 발생되나, 양전극(123)과 대면하는 양극성 막(130)의 음이온 교환막(132)에서 물이 분해되어 이론적으로 동일한 농도의 OH-가 생성됨으로서 초기 주입된 중성 이상의 pH를 가지는 해수의 pH가 변화되지 않아, 일반적인 격막을 사용하는 경우에서처럼 양전극부(120)에서 용액 산성화되어 생성된 염소가 염소 기체로 용액으로부터 분리되지 않고 생성된 염소가 용액에 바로 용해되어 양전극부(120)에서는 차아염소산 용액과 산소 기체가 생성된다.(도 4 참조)
In the positive electrode portion 120 into which seawater is injected, chlorine gas is generated by oxidation of chlorine ions in seawater and oxygen gas and H + ions are generated by water decomposition, but the positive electrode film facing the positive electrode 123 is formed. Since water is decomposed in the anion exchange membrane 132 of 130 to generate theoretically the same concentration of OH − , the pH of the seawater having a neutral or higher pH initially injected is not changed, so that the positive electrode portion ( The chlorine produced by solution acidification in step 120 is not separated from the solution by chlorine gas, and the generated chlorine is directly dissolved in the solution, thereby generating the hypochlorous acid solution and the oxygen gas in the positive electrode part 120 (see FIG. 4).

반면, 음전극부(110)에서는 음전극(113) 표면에서 물 분해 반응에 의해 수소 기체와 OH- 이온이 생성되고, 양전극부에서와 같이 음전극부(110)의 용액이 전체적으로 중성을 유지하기 위하여 음전극(113)과 대면하는 양극성 막(130)의 양이온 교환막(131) 측에서 물이 분해되어 이론적으로 동일한 농도의 H+가 생성됨으로서 초기 주입된 중성이상의 pH를 가지는 해수의 pH가 변화되지 않아 용액이 알칼리화되지 않는다.
On the other hand, in the negative electrode unit 110, hydrogen gas and OH − ions are generated by the water decomposition reaction on the surface of the negative electrode 113, and as in the positive electrode unit, the solution of the negative electrode unit 110 maintains the neutrality as a whole. Water is decomposed on the cation exchange membrane 131 side of the bipolar membrane 130 facing 113 to theoretically produce the same concentration of H + , so that the pH of the seawater having the neutral phase of the initially injected neutral phase does not change and the solution becomes alkaline. It doesn't work.

종래의 다공성 단순 분리막 또는 양이온 교환막을 사용하는 격막식 전해조에 따르면 양전극에서 해수가 산성화되어 염소가스가 용액에서 분리되므로, 전해조에서 분리된 염소가스를 차아염소산으로 만들기 위하여 음극방에서 생성되는 알칼리 용액을 사용하여 전해조 외부에 설치된 흡수탑에서 염소가스를 용액에 흡수하여 차아염소산 용액을 만드는 가스 흡수탑이 필요하며, 음전극부에서는 해수가 알카리화되면서 해수에 포함된 칼슘 및 마그네슘 이온이 금속수산화물질로 침전되어 막과 전극에 영향을 주고, 이들 침전물을 제거하기 위한 산 세척 공정을 추가로 설치하여야 한다.
According to the conventional diaphragm type electrolytic cell using a porous simple membrane or a cation exchange membrane, since the seawater is acidified at the positive electrode and chlorine gas is separated from the solution, an alkaline solution generated in the cathode room is used to make hypochloric acid from the chlorine gas separated from the electrolytic cell. In the absorption tower installed outside the electrolytic cell, a gas absorption tower is needed to absorb chlorine gas into the solution to make hypochlorous acid solution.In the negative electrode part, calcium and magnesium ions contained in the seawater are precipitated as metal hydroxide while the seawater is alkalinized. Additional acid cleaning processes should be installed to affect the membranes and electrodes and to remove these deposits.

그러나 본 발명과 같이 양극성 막(130)을 포함하는 전해조(100)를 사용하면 양전극부(120)에서 직접 차아염소산이 생성되어 종래의 격막식 전해조에서 사용하는 가스 흡수탑이 필요하지 않고, 음전극부(110)에서는 해수가 알칼리화되지 않아 금속수산화 물질의 침전현상이 발생하지 않으므로, 금속 수산화물질의 침전물이 격막의 기공을 막아 주기적으로 산 세척 공정을 수행할 필요가 없고, 침전물에 의한 전극 표면의 오염이 없으므로 장치를 장기간 안정적으로 운전할 수 있다는 장점이 있다.
However, when the electrolytic cell 100 including the bipolar membrane 130 is used as in the present invention, hypochlorous acid is generated directly from the positive electrode unit 120, so that a gas absorption tower used in a conventional diaphragm type electrolytic cell is not required. Since the seawater does not alkalinize and precipitation of metal hydroxide does not occur at 110, the metal hydroxide precipitate does not need to periodically perform an acid washing process by blocking the pores of the diaphragm, and contaminates the electrode surface by the precipitate. There is no advantage in that the device can be operated stably for a long time.

본 발명에 따른 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치에 있어서, 상기 양전극(123)은 백금족 금속산화물이 코팅된 불용성 양극을 사용하는 것이 바람직하다.
In the seawater electrolytic apparatus using the bipolar membrane according to the present invention, it is preferable that the positive electrode 123 uses an insoluble anode coated with a platinum group metal oxide.

양전극(anode)(123)에서는 금속전극의 용해, 산소 및 염소가스가 발생하는 산화반응이 일어나는데, 이러한 화학반응에서 전극재료는 전극반응의 최적화에 핵심적인 역할을 하며, 특히 양전극(123)은 화학반응의 속도 등을 결정하는 중요한 인자이다. 양전극은 소모성 양극과 비소모성 양극으로 나누어지는데, 이중 비소모성 양극은 양극 자체가 용해되는 것이 아니라 양극이 반응하는 장소만 제공하며 반응에 참여하지 않고 반응속도에만 관여한다.
In the anode 123, an oxidation reaction occurs in which the metal electrode is dissolved and oxygen and chlorine gas are generated. In this chemical reaction, the electrode material plays a key role in optimizing the electrode reaction. It is an important factor in determining the speed of the reaction. The positive electrode is divided into a consumable positive electrode and a non-consumable positive electrode. The double non-consumable positive electrode only provides a place where the positive electrode reacts and does not participate in the reaction.

백금족 금속산화물인 루테늄산화물(RuO2), 이리듐산화물(IrO2) 및 루테늄과 이리듐의 복합산화물(RuO2-IrO2) 등을 불용성 양극에 코팅한 전극을 사용하면, 비저항성이 낮으며 열화학적 안정성이 높고 산화물임에도 불구하고 금속성 전기전도도를 가지므로 전기촉매 및 확산 방지막으로서 우수한 기능을 가진다는 장점이 있다.
When the electrode coated with an insoluble anode is coated with platinum group metal oxides ruthenium oxide (RuO 2 ), iridium oxide (IrO 2 ), and a composite oxide of ruthenium and iridium (RuO 2 -IrO 2 ), thermochemical Despite the high stability and the oxide, it has a metallic electrical conductivity, which has the advantage of having an excellent function as an electrocatalyst and a diffusion barrier.

또한, 이러한 불용성 양극을 사용하면 부식성이 강한 염소 이온을 함유한 해수로부터 염소 이온이 산화되어 염소 가스가 발생하고 물이 분해되어 발생하는 수소 이온이 발생하는 환경에서 양극을 장시간 운전하여도 전극이 용해되지 않고 구조적으로 안정하며 일정한 전극 특성을 유지하게 한다는 장점이 있다.
In addition, when such an insoluble anode is used, the electrode dissolves even after long-term operation of the anode in an environment where chlorine ions are oxidized from seawater containing highly corrosive chlorine ions to generate chlorine gas and hydrogen ions generated by decomposition of water. There is an advantage in that it is structurally stable and maintains constant electrode characteristics.

본 발명에 따른 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치에 있어서, 상기 음전극(113)은 티타늄, 니켈합금, 스테인레스강, 헤스탈로이 및 가스확산전극으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 전극재료들은 염소 이온을 함유한 해수의 물 분해 반응에 의한 수산기 이온이 발생하는 환경에서 내부식성을 가지며 전해 물분해 반응에 대한 낮은 과전압과 높은 전기전도성을 갖도록 하여 안정적인 음전극으로 사용할 수 있다.
In the seawater electrolytic apparatus using the bipolar membrane according to the present invention, it is preferable that the negative electrode 113 is one selected from the group consisting of titanium, nickel alloy, stainless steel, hestalloy and gas diffusion electrode. The electrode materials have corrosion resistance in an environment in which hydroxyl ions are generated by water decomposition reaction of seawater containing chlorine ions, and have low overvoltage and high electrical conductivity for electrolytic hydrolysis reaction.

본 발명에 따른 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치에 있어서, 상기 제 1 유입관로(111)는 전해조(100) 중 음전극(113)이 설치된 공간과 연통되어 이를 통해 해수를 공급받을 수 있고, 음전극부(110)에서의 해수 전해반응을 통해 생성된 수소 가스 및 해수를 제 1 유출관로(112)를 통해 제 1 기액분리기(200)로 배출할 수 있다.
In the seawater electrolytic apparatus using the bipolar membrane according to the present invention, the first inlet pipe 111 is in communication with the space in which the negative electrode 113 is installed in the electrolytic cell 100 can be supplied sea water through this, the negative electrode portion ( Hydrogen gas and seawater generated through the seawater electrolysis in 110 may be discharged to the first gas-liquid separator 200 through the first outlet pipe 112.

본 발명에 따른 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치에 있어서, 상기 해수 전해 장치는 상기 전기분해반응부의 양전극부(120)에서 생성된 차아염소산 용액과 산소가스를 제공받아 차아염소산 용액과 산소 가스를 분리하는 제 2 기액분리기(300)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
In the seawater electrolytic apparatus using the bipolar membrane according to the present invention, the seawater electrolytic apparatus is provided with the hypochlorous acid solution and the oxygen gas generated in the positive electrode portion 120 of the electrolysis reaction unit to separate the hypochlorous acid solution and oxygen gas It is preferable to further include a second gas-liquid separator (300).

본 발명에 따른 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치에 있어서, 상기 제 2 유입관로(121)는 전해조 중 양전극(123)이 설치된 공간과 연통되어 이를 통해 해수를 공급받을 수 있고, 양전극부(120)에서의 해수 전해반응을 통해 생성된 차아염소산 용액과 산소 가스를 상기 제 2 유출관로(122)를 통해 제 2 기액분리기(300)로 배출할 수 있다.
In the seawater electrolytic apparatus using the bipolar membrane according to the present invention, the second inlet pipe 121 is in communication with the space in which the positive electrode 123 is installed in the electrolytic cell can be supplied seawater through this, in the positive electrode portion 120 The hypochlorous acid solution and the oxygen gas generated through the electrolysis of seawater may be discharged to the second gas-liquid separator 300 through the second outlet pipe 122.

본 발명에 따르면 전해조(100)가 양극성 막(130)으로 분리되어 발생가스인 수소 가스와 산소 가스가 각각 제 1 기액분리기(200)와 제 2 기액분리기(300)에서 분리되므로 수소 가스와 산소 가스를 분리하는 공정이 없이 고순도의 수소를 생산할 수 있다.
According to the present invention, since the electrolytic cell 100 is separated into the bipolar membrane 130, hydrogen gas and oxygen gas, which are generated gases, are separated from the first gas-liquid separator 200 and the second gas-liquid separator 300, respectively. It is possible to produce high purity hydrogen without the process of separating.

이때, 전해조의 양전극부(120)에서 생성되는 차아염소산의 농도는 공급되는 전기량과 이때 양전극부로 주입되는 해수의 유량에 의해 결정된다. 예를 들어 일정한 전류가 공급되는 경우 주입되는 해수의 유량이 빨라지면 방출되는 해수 내의 차아염소산 농도는 낮아지고, 유량이 느려지면 방출되는 해수 내의 차아염소산 농도는 높아지게 된다. 따라서 전해조에 공급되는 전기량과 유속을 조절하여 발전소에서 요구되는 해수 냉각수의 유량과 차아염소산의 농도를 조절할 수 있다.
At this time, the concentration of hypochlorous acid generated in the positive electrode portion 120 of the electrolytic cell is determined by the amount of electricity supplied and the flow rate of seawater injected into the positive electrode portion. For example, when a constant current is supplied, the faster the flow rate of the injected seawater, the lower the concentration of hypochlorous acid in the discharged seawater, and the lower the flow rate, the higher the concentration of hypochlorous acid in the discharged seawater. Therefore, it is possible to control the flow rate of the seawater cooling water and the concentration of hypochlorous acid required by the power plant by adjusting the amount of electricity and the flow rate supplied to the electrolyzer.

본 발명에 따른 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치에 있어서, 상기 제 1 기액분리기(200) 또는 제 2 기액분리기(300)는 기체 및 액체의 혼합 유체의 유입구가 중단부에 위치하고, 분리된 기체는 상단으로 분리되고 분리된 액체는 하단으로 배출되도록 상단에 기체배출구(202,302), 하단에 액체 배출구(201,301)가 설치되며, 기액분리기 하단의 액체 배출구에 연결되어 수직으로 일정 높이를 갖는 배출관을 포함하는 것이 바람직하다. 배출관이 기액분리기 하단의 액체 배출구에 연결되어 수직으로 일정 높이를 가지면 기액분리기 내부에서 액체가 일정 수위를 유지할 수 있다.
In the seawater electrolytic apparatus using the bipolar membrane according to the present invention, the first gas-liquid separator 200 or the second gas-liquid separator 300 is the inlet of the mixed fluid of gas and liquid is located in the stop, the separated gas is the top The liquid separated and separated by the gas outlets (202, 302) are installed at the top, and the liquid outlets (201, 301) are installed at the bottom, the liquid is connected to the liquid outlet at the bottom of the gas-liquid separator comprises a discharge pipe having a predetermined height vertically desirable. If the discharge pipe is connected to the liquid outlet at the bottom of the gas-liquid separator to have a vertical height, the liquid can maintain a constant level inside the gas-liquid separator.

본 발명에 따른 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치에 있어서, 상기 기액분리기는 사이클론 기액분리장치를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 사이클론 기액분리장치는 선회류운동을 통해 발생한 원심력에 의해 기체와 액체를 분리하는 물리적인 수단으로 기액분기수단을 소형화하여 협소한 공간에서 활용할 수 있다는 장점이 있다.
In the seawater electrolytic apparatus using the bipolar membrane according to the present invention, the gas-liquid separator preferably comprises a cyclone gas-liquid separator. The cyclone gas-liquid separator is a physical means for separating gas and liquid by the centrifugal force generated through the swirling flow movement has the advantage that can be utilized in a narrow space by miniaturizing the gas-liquid branching means.

본 발명에 따른 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치에 있어서, 제 1 기액분리기(200)에서 분리된 수소 가스는 연료전지의 원료로 사용되고, 해수는 방류시키는 것이 바람직하다. 상기 수소 가스는 제 1 기액분리기(200)에서 99 % 이상의 고순도로 분리될 수 있으므로 고순도로 분리된 수소 가스를 정제하는 과정없이 연료전지의 원료물질로 사용할 수 있다. 또한 제 1 기액분리기(200)에서 분리된 해수는 기타 공정없이 방류시킬 수 있다.
In the seawater electrolytic apparatus using the bipolar membrane according to the present invention, the hydrogen gas separated in the first gas-liquid separator 200 is preferably used as a raw material of the fuel cell, the seawater is preferably discharged. Since the hydrogen gas may be separated by a high purity of 99% or more in the first gas-liquid separator 200, the hydrogen gas may be used as a raw material of a fuel cell without the process of purifying the hydrogen gas separated into high purity. In addition, the seawater separated from the first gas-liquid separator 200 may be discharged without other processes.

본 발명에 따른 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치에 있어서, 제 2 기액분리기(300)에서 분리된 차아염소산 용액은 발전소 복수기 냉각을 위한 해수관으로 이송되는 것이 바람직하다. 차아염소산 용액은 발전소 복수기 냉각을 위한 해수관으로 이송되어 관 벽에서 해양 생물이 발생하는 것을 억제하기 위하여 해수관을 살균할 수 있다.
In the seawater electrolytic apparatus using the bipolar membrane according to the present invention, the hypochlorous acid solution separated in the second gas-liquid separator 300 is preferably transferred to the seawater pipe for cooling the power plant condenser. The hypochlorous acid solution can be transferred to a seawater pipe for cooling the power plant condenser to sterilize the seawater pipe to suppress the generation of marine life on the wall of the pipe.

본 발명에 따른 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치에 있어서, 상기 차아염소산 용액의 생산 전해효율은 80 % 이상일 수 있다. 차아염소산 용액의 생산 전해효율은 하기 수학식 1을 통해 구할 수 있는데, 상기 해수 전해 장치를 이용하여 생성된 차아염소산 용액은 80 % 이상의 전해효율을 갖는다:In the seawater electrolytic apparatus using the bipolar membrane according to the present invention, the production electrolytic efficiency of the hypochlorous acid solution may be 80% or more. The production electrolytic efficiency of hypochlorous acid solution can be obtained from Equation 1, wherein the hypochlorous acid solution produced using the seawater electrolytic device has an electrolytic efficiency of 80% or more:

<수학식 1>&Quot; (1) &quot;

Figure 112012078848631-pat00001
Figure 112012078848631-pat00001

(상기에서, F는 파라데이 상수로 96,487 Coulomb이고,(In the above, F is a Faraday constant of 96,487 Coulomb,

총 차염 생산량은 전해 반응에 의해 생성된 차아염소산의 양(mol)이고,The total salt production is the amount of hypochlorous acid produced by the electrolytic reaction (mol),

총 공급전기량은 전해반응 과정에서 공급되는 전류(A)를 시간에 따라 적분하여 계산된 쿨롱(Coulomb) 값이다).
The total amount of electricity supplied is the Coulomb value calculated by integrating the current (A) supplied in the course of the electrolysis reaction over time.

또한, 본 발명은In addition,

전해조의 음전극부의 제 1 유입관로 및 양전극부의 제 2 유입관로를 통해 해수를 주입하는 단계(단계 1);Injecting seawater through a first inlet pipe of the negative electrode part and a second inlet pipe of the positive electrode part of the electrolytic cell (step 1);

상기 단계 1에서 제 1 유입관로로 주입된 해수가 음전극부의 음전극에서 전기분해되어 수소 가스가 발생하고, 제 2 유입관로로 주입된 해수가 양전극부의 양전극에서 전기분해되어 차아염소산 용액과 산소 가스가 발생하는 단계(단계 2);The seawater injected into the first inlet pipe in step 1 is electrolyzed at the negative electrode of the negative electrode part to generate hydrogen gas, and the seawater injected into the second inlet pipe is electrolyzed at the positive electrode of the positive electrode part to generate hypochlorous acid solution and oxygen gas. (Step 2);

상기 단계 2에서 발생한 수소 가스 및 해수가 제 1 유출관로를 통해 제 1 기액분리기로 배출되는 단계(단계 3); 및Discharging hydrogen gas and seawater generated in the step 2 to the first gas-liquid separator through the first outlet pipe (step 3); And

제 1 기액분리기 상단의 기체 배출구로 수소 가스가 분리되고, 하단의 액체 배출구로 해수가 분리되는 단계(단계 4);Separating hydrogen gas into a gas outlet at the top of the first gas-liquid separator and separating seawater into a liquid outlet at the bottom (step 4);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기의 장치를 사용한 해수 전해를 통한 차아염소산 및 수소의 제조 방법을 제공한다.
It provides a method for producing hypochlorous acid and hydrogen through seawater electrolysis using the above device comprising a.

이하, 본 발명을 도 5를 참조하여 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5.

본 발명에 따른 차아염소산 및 수소의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 전해조의 음전극부(110)의 제 1 유입관로(111) 및 양전극부(120)의 제 2 유입관로(121)를 통해 해수를 주입하는 단계이다. 전해조(100) 내부는 양극성 막(130)으로 분리되어 있고, 이후의 단계에서 양전극부(120) 및 음전극부(110)에서 산화·환원반응에 의해 발생하는 물질이 각각 다르므로 전해조로 주입하는 해수를 서로 다른 유입관로를 통해 주입한다.
In the method for producing hypochlorous acid and hydrogen according to the present invention, the step 1 is seawater through the first inlet pipe 111 of the negative electrode unit 110 and the second inlet pipe 121 of the positive electrode unit 120 of the electrolytic cell. Injecting it. The interior of the electrolytic cell 100 is separated into a bipolar membrane 130, and since the substances generated by the oxidation / reduction reaction in the positive electrode portion 120 and the negative electrode portion 110 are different in subsequent steps, the seawater injected into the electrolytic cell Is injected through different inlet pipes.

본 발명에 따른 차아염소산 및 수소의 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 제 1 유입관로(111)로 주입된 해수가 음전극부(110)의 음전극(113)에서 전기분해되어 수소 가스가 발생하고, 제 2 유입관로(121)로 주입된 해수가 양전극부(120)의 양전극(123)에서 전기분해되어 차아염소산 용액과 산소 가스가 발생하는 단계이다. 제 1 유입관로(111)로 주입된 해수가 음전극(113)에서 환원반응을 일으켜 수소 가스 및 수산화 이온(OH-)이 발생하는데, 양극성 막(130)의 양이온 교환막(131) 측에서 물이 분해되어 동일한 농도의 수소이온(H+)이 생성되므로 용액이 알칼리화되지 않아 수소 가스가 발생한다. 또한, 제 2 유입관로(121)로 주입된 해수가 양전극(123)에서 산화반응을 일으켜 차아염소산 용액과 산소 가스 및 수소이온(H+)이 발생한다. 이때, 양극성 막(130)의 음이온 교환막(132) 측에서 물이 분해되어 이론적으로 동일한 농도의 수산화 이온(OH-)이 발생하여 해수의 pH는 변화하지 않는다.
In the method for producing hypochlorous acid and hydrogen according to the present invention, the step 2 is a hydrogen gas is electrolyzed from the negative electrode 113 of the negative electrode unit 110, the seawater injected into the first inlet pipe 111 in step 1 Is generated, and the seawater injected into the second inlet pipe 121 is electrolyzed at the positive electrode 123 of the positive electrode unit 120 to generate a hypochlorous acid solution and oxygen gas. The seawater injected into the first inlet pipe 111 causes a reduction reaction at the negative electrode 113 to generate hydrogen gas and hydroxide ions (OH − ), and water is decomposed at the cation exchange membrane 131 side of the bipolar membrane 130. As a result, hydrogen ions (H + ) of the same concentration are produced, so that the solution does not become alkaline and hydrogen gas is generated. In addition, the seawater injected into the second inlet pipe 121 causes an oxidation reaction in the positive electrode 123 to generate a hypochlorous acid solution, oxygen gas, and hydrogen ions (H + ). At this time, water is decomposed on the anion exchange membrane 132 side of the bipolar membrane 130 to generate the same concentration of hydroxide ions (OH − ), so that the pH of the seawater does not change.

본 발명에 따른 차아염소산 및 수소의 제조방법에 있어서, 상기 단계 3은 상기 단계 2에서 발생한 수소 가스 및 해수가 제 1 유출관로(112)를 통해 제 1 기액분리기(200)로 배출되는 단계이다. 상기 단계 2에서 전해조(100)의 음전극부(110)에서 발생한 해수 및 수소 가스는 제 1 유출관로(112)를 통해 제 1 기액분리기(200)로 배출되어 분리될 수 있다.
In the method for preparing hypochlorous acid and hydrogen according to the present invention, step 3 is a step of discharging hydrogen gas and seawater generated in step 2 to the first gas-liquid separator 200 through the first outlet pipe 112. Sea water and hydrogen gas generated in the negative electrode unit 110 of the electrolytic cell 100 in step 2 may be discharged to the first gas-liquid separator 200 through the first outlet pipe 112 to be separated.

본 발명에 따른 차아염소산 및 수소의 제조방법에 있어서, 상기 단계 4는 제 1 기액분리기(200) 상단의 기체 배출구(202)로 수소 가스가 분리되고, 하단의 액체 배출구(201)로 해수가 분리되는 단계이다. 제 1 기액분리기(200) 상단의 기체 배출구(202)에서는 수소 가스가 분리되고, 하단의 액체 배출구(201)에서는 해수가 분리된다. 제 1 기액분리기(200) 상단의 기체 배출구(202)로 분리된 수소 가스는 연료전지의 원료물질로 사용되어 신재생에너지 전력을 생산할 수 있다.
In the method for producing hypochlorous acid and hydrogen according to the present invention, the step 4 is hydrogen gas is separated into the gas outlet 202 of the upper end of the first gas-liquid separator 200, seawater is separated into the liquid outlet 201 of the lower It is a step. Hydrogen gas is separated from the gas outlet 202 at the upper end of the first gas-liquid separator 200, and seawater is separated from the liquid outlet 201 at the lower end. The hydrogen gas separated by the gas outlet 202 on the top of the first gas-liquid separator 200 may be used as a raw material of the fuel cell to produce renewable energy power.

본 발명에 따른 차아염소산 및 수소의 제조방법에 있어서, 상기 단계 2의 양전극부(120)에서 발생한 차아염소산 용액과 산소 가스가 제 2 유출관로(122)를 통해 제 2 기액분리기(300)로 배출된 후 제 2 기액분리기(300) 상단의 기체 배출구(302)로 산소 가스가 분리되고, 하단의 액체 배출구(301)로 차아염소산 용액이 분리되는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 전해조(100)의 양전극부(120)에서 발생한 차아염소산 용액과 산소 가스는 제 2 유출관로(122)를 통해 제 2 기액분리기(300)로 배출되고, 제 2 기액분리기(300) 상단의 기체배출구(302)으로는 산소가스가 분리될 수 있다. 제 2 기액분리기(300) 하단의 액체배출구(301)에서 배출된 차아염소산 용액은 발전소 복수기 냉각을 위한 해수 유입관으로 이송되어 관을 살균하는데 사용될 수 있다.
In the method for producing hypochlorous acid and hydrogen according to the present invention, the hypochlorous acid solution and oxygen gas generated in the positive electrode unit 120 of step 2 are discharged to the second gas-liquid separator 300 through the second outlet pipe 122. After the oxygen gas is separated into the gas outlet 302 of the upper end of the second gas-liquid separator 300, the hypochlorous acid solution is preferably further separated into the liquid outlet 301. The hypochlorous acid solution and the oxygen gas generated in the positive electrode unit 120 of the electrolytic cell 100 are discharged to the second gas-liquid separator 300 through the second outlet pipe 122, and the gas discharge port at the top of the second gas-liquid separator 300. In 302, oxygen gas may be separated. The hypochlorous acid solution discharged from the liquid outlet 301 at the bottom of the second gas-liquid separator 300 may be transferred to a seawater inlet pipe for cooling the power plant condenser and used to sterilize the pipe.

이하 본 발명을 실시예를 통해 더욱 구체적으로 설명한다. 단 하기 실시예들은 본 발명의 설명을 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

단계 1: 이리듐 루테늄 복합 산화막(IrO2-RuO2)을 가진 양극과 티타늄 음극 사이에 약 5 mm 간격을 두고 양극성 막을 설치한 전해조의 제 1 유입관로 및 제 2 유입관로를 통해 각 양전극부 및 음전극부로의 주입 해수가 약 20초간 체류할 수 있도록 부유물이 제거된 해수가 주입되었다. 이때, 전해조에 120 mA/cm2의 전류가 공급되었다. Step 1: Each positive electrode portion and the negative electrode through the first inlet and the second inlet of the electrolyzer having a bipolar membrane spaced about 5 mm between the positive electrode having an iridium ruthenium composite oxide film (IrO 2 -RuO 2 ) and the titanium negative electrode Injection into the sea The seawater with the float removed was injected so that the seawater could stay for about 20 seconds. At this time, a current of 120 mA / cm 2 was supplied to the electrolyzer.

단계 2: 상기 단계 1에서 제 1 유입관로로 주입된 해수가 음전극에서 전기분해되어 수소 가스가 발생하고, 제 2 유입관로로 주입된 해수가 양전극에서 전기분해되어 차아염소산 용액과 산소 가스가 발생하였다. Step 2: The seawater injected into the first inlet pipe in step 1 is electrolyzed at the negative electrode to generate hydrogen gas, and the seawater injected into the second inlet pipe is electrolyzed at the positive electrode to generate hypochlorous acid solution and oxygen gas. .

단계 3: 상기 단계 2에서 발생한 수소가스 및 해수가 제 1 유출관로를 통해 제 1 기액분리기로 배출되고, 차아염소산 용액과 산소 가스는 제 2 유출관로를 통해 제 2 기액분리기로 배출되었다. Step 3: Hydrogen gas and seawater generated in step 2 are discharged to the first gas-liquid separator through the first outlet pipe, and hypochlorous acid solution and oxygen gas are discharged to the second gas-liquid separator through the second outlet pipe.

단계 4: 제 2 기액분리기 상단의 기체 배출구로 산소 가스가 분리되고, 하단의 액체 배출구로 차아염소산 용액이 분리되며, 제 1 기액분리기 상단의 기체 배출구로 수소 가스가 분리되고, 하단의 액체 배출구로 해수가 분리되었다.
Step 4: Oxygen gas is separated by the gas outlet at the top of the second gas-liquid separator, hypochlorous acid solution is separated by the liquid outlet at the bottom, hydrogen gas is separated by the gas outlet at the top of the first gas-liquid separator, and by the liquid outlet at the bottom Seawater was separated.

<실험예 1> 수소생성량 및 순도 분석Experimental Example 1 Analysis of Hydrogen Production and Purity

본 발명에 따른 실시예 1의 수소 생성량 및 순도를 분석하기 위하여, 제 2 기액분리기로부터 분리된 수소를 포집하여 가스크로마토그래피(DONAM, DS6200)을 이용하여 수소 생성량 및 순도를 분석하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
In order to analyze the amount of hydrogen production and purity of Example 1 according to the present invention, the hydrogen separated from the second gas-liquid separator was collected and analyzed using the gas chromatography (DONAM, DS6200), the amount of hydrogen production and purity, and the results It is shown in Table 1 below.

수소생성량Hydrogen production amount 수소의 순도Hydrogen purity 실시예 1Example 1 9.5 ml/min9.5 ml / min 99.9% 99.9%

본 발명에 따른 실시예 1에서 생성되는 수소량은 100 의 전류 효율시에 얻을 수 있는 9.6 ml/min이고, 이때 수소의 순도는 99.9%로 거의 100 %에 가까운 고순도임을 확인할 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 장치에서 분리된 수소 가스는90 % 이상의 고순도이므로 연료전지의 원료물질로 사용되어 신재생에너지 전력을 생산할 수 있음을 알 수 있다.
The amount of hydrogen produced in Example 1 according to the present invention is 9.6 ml / min that can be obtained at a current efficiency of 100, wherein the purity of hydrogen is 99.9% and it can be confirmed that the high purity is almost 100%. Through this, it can be seen that the hydrogen gas separated in the apparatus according to the present invention can be used as a raw material of the fuel cell because the high purity of more than 90% can produce renewable energy power.

<실험예 2><Experimental Example 2>

본 발명에 따른 실시예 1의 차아염소산 생산 전해효율을 알아보기 위하여, 차아염소산의 농도를 티오황산나트륨(Sodium thiosulfate)를 사용하는 적정법을 통해 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
In order to determine the hypochlorous acid production electrolytic efficiency of Example 1 according to the present invention, the concentration of hypochlorous acid was measured by a titration method using sodium thiosulfate, and the results are shown in Table 2.

해수의 차아염소산 농도Hypochlorite Concentration in Seawater 차아염소산 생산 전해효율Hypochlorite Production Electrolytic Efficiency 실시예 1Example 1 600 ppm600 ppm 82 % 82%

표 2에 따르면, 양전극부에서 배출되는 해수의 차아염소산 농도는 약 600 ppm으로, 본 발명에 따른 실시예 1의 생산 전해효율은 82 %인 것을 확인할 수 있다. 이때, 차아염소산 생산 전해효율은 전해조에 공급되는 해수에 포함된 차아염소산 용액의 농도 및 생성된 차아염소산 용액의 농도를 통해 총 차염생산량을 구하여 하기 수학식 1에 따라 계산하여 구할 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 장치를 사용한 차아염소산 생산 전해 효율은 80 % 이상의 우수한 효율을 보임을 알 수 있다.
According to Table 2, the hypochlorous acid concentration of the seawater discharged from the positive electrode portion is about 600 ppm, it can be seen that the production electrolytic efficiency of Example 1 according to the present invention is 82%. At this time, hypochlorous acid production electrolytic efficiency can be calculated by calculating the total hypochlorite production through the concentration of hypochlorous acid solution contained in the seawater supplied to the electrolytic cell and the resulting hypochlorous acid solution to calculate according to the following equation (1). Through this, it can be seen that the hypochlorous acid production electrolytic efficiency using the device according to the present invention shows an excellent efficiency of more than 80%.

<수학식 1>&Quot; (1) &quot;

Figure 112012078848631-pat00002
Figure 112012078848631-pat00002

(상기에서, F는 파라데이 상수로 96,487 Coulomb이고,(In the above, F is a Faraday constant of 96,487 Coulomb,

총 차염 생산량은 전해 반응에 의해 생성된 차아염소산의 양(mol)이고,The total salt production is the amount of hypochlorous acid produced by the electrolytic reaction (mol),

총 공급전기량은 전해반응 과정에서 공급되는 전류(A)를 시간에 따라 적분하여 계산된 쿨롱(Coulomb) 값이다).
The total amount of electricity supplied is the Coulomb value calculated by integrating the current (A) supplied in the course of the electrolysis reaction over time.

<실험예 3><Experimental Example 3>

본 발명에 따른 장치의 안정화도를 알아보기 위하여, Potentiostat /Galvanostat을 이용하여 전해 반응기에 걸리는 셀 전압을 측정하였고, 또한 양전극부 및 음전극부으로부터 분리되어 나온 용액의 pH변화를 pH 센서와 data-logger를 통해 측정하였다. 그 결과를 하기 도 6에 나타내었다. In order to determine the stability of the device according to the present invention, the cell voltage applied to the electrolytic reactor was measured using Potentiostat / Galvanostat, and the pH change of the solution separated from the positive electrode part and the negative electrode part was measured using a pH sensor and a data-logger. Measured through. The results are shown in FIG. 6.

도 6에 따르면, 셀 전압은 공정이 작동한 시점으로부터 10 분 내로 약 6.5 V로 안정화되고, 셀 전압이 안정된 후 양전극부에서 분리된 용액의 pH는 약 8.3 ±0.3, 음전극부에서 분리된 용액의 pH는 약 7.6±0.3에서 진폭을 가지며 안정화되는 것을 확인할 수 있다. According to Figure 6, the cell voltage is stabilized to about 6.5 V within 10 minutes from the time the process is operated, the pH of the solution separated from the positive electrode portion after the cell voltage stabilized is about 8.3 ± 0.3, the solution of the solution separated from the negative electrode portion It can be seen that the pH has an amplitude at about 7.6 ± 0.3 and is stabilized.

이때, 당초 양전극부 및 음전극부으로 주입되는 해수의 초기 pH로부터 큰 변화가 없이 안정화되는데, 이를 통해, 양전극 표면에서 발생한 염소 이온이 산화 반응을 통해 염소가스가 생성된 후 바로 해수에 용해되어 차아염소산 용액이 배출되는 것을 알 수 있다. At this time, the initial pH of the seawater injected into the positive electrode portion and the negative electrode portion is stabilized without a large change. Through this, chlorine ions generated on the surface of the positive electrode are dissolved in seawater immediately after chlorine gas is generated through an oxidation reaction. It can be seen that the solution is discharged.

나아가, 음전극부에서 분리된 용액의 pH는 약 7.6±0.3로 알칼리화되지 않으므로, 해수 내에 포함된 마그네슘 및 칼슘 이온이 가수분해되어 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 앙금으로 침전되는 현상이 발생하지 않음을 알 수 있다. 이를 통해, 생성된 침전물이 양극성 격막의 기공을 막거나 음극 표면에 붙어 전해반응에 영향을 주는 현상을 방지할 수 있음을 확인할 수 있다. Furthermore, since the pH of the solution separated from the negative electrode portion is not alkalized to about 7.6 ± 0.3, the magnesium and calcium ions contained in the seawater are hydrolyzed to cause calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ). It can be seen that precipitation does not occur in sediments. Through this, it can be confirmed that the resulting precipitate can prevent the phenomenon affecting the electrolytic reaction by blocking the pores of the bipolar membrane or adhered to the surface of the cathode.

또한, pH 안정화 과정에서 지속적인 진폭이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 양극성 막에서 전극반응에 의한 pH 변화에 대응하기 위하여 양극성 막 표면의 물 분해 반응이 즉시 일어나지 않고 지연된 후 용액이 안정화(평형화)되는 것을 알 수 있다.
In addition, it can be seen that a constant amplitude occurs during the pH stabilization process. Through this, it can be seen that in order to cope with the pH change due to the electrode reaction in the bipolar membrane, the water decomposition reaction of the surface of the bipolar membrane does not occur immediately but is delayed and the solution is stabilized (equilibrated).

100: 전해조
110: 음전극부
111: 제 1 유입관로
112: 제 1 유출관로
113: 음전극
120: 양전극부
121: 제 2 유입관로
122: 제 2 유출관로
123: 양전극
130: 양극성 막
131: 양이온 교환막
132: 음이온 교환막
200: 제 1 기액분리기
201: 액체 배출구
202: 기체 배출구
300: 제 2 기액분리기
301: 액체 배출구
302: 기체 배출구100: electrolytic cell
110: negative electrode portion
111: first inlet pipe
112: first outlet pipe
113: negative electrode
120: positive electrode
121: second inlet pipe
122: second outlet pipe
123: positive electrode
130: bipolar membrane
131: cation exchange membrane
132: anion exchange membrane
200: first gas-liquid separator
201: liquid outlet
202: gas outlet
300: second gas-liquid separator
301: liquid outlet
302: gas outlet

Claims (11)

중앙에 위치하는 양극성 막에 의하여 양전극부 및 음전극부로 구분되며, 상기 양전극부는 양전극을 포함하여 해수를 공급받아 전기분해하여 차아염소산 용액 및 산소가스를 생성하고, 상기 음전극부는 음전극을 포함하여 해수를 공급받아 전기분해하여 수소가스를 생성하는 전기분해반응부; 및
상기 전기분해반응부의 음전극부에서 생성된 수소 가스와 해수를 제공받아 수소 가스와 해수를 분리하는 제 1 기액분리기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치.
The positive electrode part is divided into a positive electrode part and a negative electrode part by a centrally located bipolar membrane. The positive electrode part includes a positive electrode and is electrolyzed to generate hypochlorous acid solution and oxygen gas, and the negative electrode part includes a negative electrode to supply seawater. An electrolysis reaction unit receiving and electrolyzing to generate hydrogen gas; And
A first gas-liquid separator receiving hydrogen gas and seawater generated in the negative electrode portion of the electrolysis reaction unit and separating the hydrogen gas and seawater;
Seawater electrolysis device using a bipolar membrane, comprising a.
제 1 항에 있어서, 상기 해수 전해 장치는
상기 전기분해반응부의 양전극부에서 생성된 차아염소산 용액과 산소 가스를 제공받아 차아염소산 용액과 산소 가스를 분리하는 제 2 기액분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치.
According to claim 1, The seawater electrolytic apparatus
And a second gas-liquid separator which receives the hypochlorous acid solution and the oxygen gas generated in the positive electrode portion of the electrolysis reaction unit and separates the hypochlorous acid solution and the oxygen gas.
제 1 항에 있어서, 상기 전기분해반응부는
양전극부 및 음전극부가 서로 대응되게 설치되어 반응공간을 형성하는 전해조;
상기 전해조 내부를 양전극부 및 음전극부로 구획하는, 일측면은 양이온교환기이고 다른 일측면은 음이온 교환기로 구성된 양극성 막;
상기 전해조 중 음전극부와 연통되면서 해수를 공급받는 제 1 유입관로 및 해수와 수소 가스를 배출하는 제 1 유출관로; 및
상기 전해조 중 양전극부와 연통되면서 해수를 공급받는 제 2 유입관로 및 차아염소산 용액과 산소 가스를 배출하는 제 2 유출관로;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치.
The method of claim 1, wherein the electrolytic reaction unit
An electrolytic cell in which the positive electrode part and the negative electrode part are installed to correspond to each other to form a reaction space;
A bipolar membrane configured to partition the interior of the electrolytic cell into a positive electrode portion and a negative electrode portion, one side of which is a cation exchanger and the other side of which is an anion exchanger;
A first inlet pipe that communicates with the negative electrode part of the electrolyzer and receives seawater, and a first outlet pipe that discharges seawater and hydrogen gas; And
A second inlet pipe for communicating with the positive electrode portion of the electrolyzer and receiving the seawater, and a second outlet pipe for discharging the hypochlorous acid solution and oxygen gas;
Seawater electrolysis device using a bipolar membrane, comprising a.
제 1 항에 있어서, 상기 양전극은 백금족 금속산화물이 코팅된 불용성 양극을 사용하는 것을 특징으로 하는 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치.
The seawater electrolysis apparatus using a bipolar membrane according to claim 1, wherein the positive electrode uses an insoluble anode coated with a platinum group metal oxide.
제 1 항에 있어서, 상기 음전극은 티타늄, 니켈합금, 스테인레스강, 헤스탈로이 및 가스확산전극으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용하는 것을 특징으로 하는 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치.
The seawater electrolytic apparatus using a bipolar membrane according to claim 1, wherein the negative electrode is one selected from the group consisting of titanium, nickel alloys, stainless steel, hestalloy, and gas diffusion electrodes.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 기액분리기 또는 제 2 기액분리기는 기체 및 액체의 혼합 유체의 유입구가 중단부에 위치하고, 분리된 기체는 상단으로 분리되고 분리된 액체는 하단으로 배출되도록 상단 및 하단에 배출구가 설치되며, 기액분리기 하단의 액체 배출구에 연결되어 수직으로 일정 높이를 갖는 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치.
According to claim 1 or 2, wherein the first gas-liquid separator or the second gas-liquid separator is the inlet of the mixed fluid of gas and liquid is located in the stop, the separated gas is separated to the top and the separated liquid is discharged to the bottom Discharge ports are installed at the top and the bottom, and the seawater electrolysis apparatus using a bipolar membrane, characterized in that it comprises a discharge pipe having a vertical height vertically connected to the liquid discharge port of the bottom of the gas-liquid separator.
제 6 항에 있어서, 상기 기액분리기는 사이클론 기액분리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치.
7. The seawater electrolyzer of claim 6, wherein the gas-liquid separator comprises a cyclone gas-liquid separator.
제 1 항에 있어서, 제 1 기액분리기에서 분리된 수소 가스는 연료전지의 원료로 사용되고, 해수는 방류시키는 것을 특징으로 하는 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치.
The seawater electrolysis apparatus using a bipolar membrane according to claim 1, wherein the hydrogen gas separated in the first gas-liquid separator is used as a raw material of the fuel cell, and the seawater is discharged.
제 2 항에 있어서, 제 2 기액분리기에서 분리된 차아염소산 용액은 발전소 복수기 냉각을 위한 해수관으로 이송되는 것을 특징으로 하는 양극성 막을 사용하는 해수 전해 장치.
The seawater electrolytic apparatus using the bipolar membrane of claim 2, wherein the hypochlorous acid solution separated in the second gas-liquid separator is transferred to a seawater pipe for cooling the power plant condenser.
전해조의 음전극부의 제 1 유입관로 및 양전극부의 제 2 유입관로를 통해 해수를 주입하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제 1 유입관로로 주입된 해수가 음전극부의 음전극에서 전기분해되어 수소 가스가 발생하고, 제 2 유입관로로 주입된 해수가 양전극부의 양전극에서 전기분해되어 차아염소산 용액과 산소 가스가 발생하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 발생한 수소 가스 및 해수가 제 1 유출관로를 통해 제 1 기액분리기로 배출되는 단계(단계 3); 및
제 1 기액분리기 상단의 기체 배출구로 수소 가스가 분리되고, 하단의 액체 배출구로 해수가 분리되는 단계(단계 4);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 제 1 항의 장치를 사용한 해수 전해를 통한 차아염소산 및 수소의 제조 방법.
Injecting seawater through a first inlet pipe of the negative electrode part and a second inlet pipe of the positive electrode part of the electrolytic cell (step 1);
The seawater injected into the first inlet pipe in step 1 is electrolyzed at the negative electrode of the negative electrode part to generate hydrogen gas, and the seawater injected into the second inlet pipe is electrolyzed at the positive electrode of the positive electrode part to generate hypochlorous acid solution and oxygen gas. (Step 2);
Discharging hydrogen gas and seawater generated in the step 2 to the first gas-liquid separator through the first outlet pipe (step 3); And
Separating hydrogen gas into a gas outlet at the top of the first gas-liquid separator and separating seawater into a liquid outlet at the bottom (step 4);
Method for producing hypochlorous acid and hydrogen through seawater electrolysis using the apparatus of claim 1 comprising a.
제 10 항에 있어서, 상기 단계 2의 양전극부에서 발생한 차아염소산 용액과 산소 가스가 제 2 유출관로를 통해 제 2 기액분리기로 배출된 후 제 2 기액분리기 상단의 기체 배출구로 산소 가스가 분리되고, 하단의 액체 배출구로 차아염소산 용액이 분리되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용한 해수 전해를 통한 차아염소산 및 수소의 제조방법.


The method of claim 10, wherein the hypochlorous acid solution and the oxygen gas generated in the positive electrode portion of step 2 is discharged to the second gas-liquid separator through a second outlet pipe and the oxygen gas is separated into the gas outlet on the top of the second gas-liquid separator, Hypochlorite and hydrogen production method using the seawater electrolysis characterized in that it further comprises the step of separating the hypochlorous acid solution to the liquid outlet at the bottom.


KR1020120107842A 2012-09-27 2012-09-27 A device using electrolyzer with a bipolar membrane and the method of producing hypochlorite solution and hydrogen gas thereby KR101361651B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120107842A KR101361651B1 (en) 2012-09-27 2012-09-27 A device using electrolyzer with a bipolar membrane and the method of producing hypochlorite solution and hydrogen gas thereby

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120107842A KR101361651B1 (en) 2012-09-27 2012-09-27 A device using electrolyzer with a bipolar membrane and the method of producing hypochlorite solution and hydrogen gas thereby

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101361651B1 true KR101361651B1 (en) 2014-02-12

Family

ID=50270637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120107842A KR101361651B1 (en) 2012-09-27 2012-09-27 A device using electrolyzer with a bipolar membrane and the method of producing hypochlorite solution and hydrogen gas thereby

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101361651B1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150106032A (en) * 2014-03-10 2015-09-21 한남대학교 산학협력단 Bipolar Membrane and Preparation Method Thereof
KR20150123998A (en) 2014-04-25 2015-11-05 (주) 테크윈 Sodium hypochlorite generator using electrolyzor with 3-compartment
KR20150123996A (en) 2014-04-25 2015-11-05 (주) 테크윈 Diaphragm type electrolyzor with 3-compartment for electrolysis of Chloride solution
KR20170109804A (en) * 2016-03-22 2017-10-10 부산대학교 산학협력단 Dual-chamber type bioelectrochemical apparatus for removing arsenic and nitrogen compounds and the method
KR101882806B1 (en) * 2017-04-24 2018-08-24 (주)테크윈 An apparatus for doing capacitive deionization and wash
CN110042417A (en) * 2019-05-21 2019-07-23 中国水利水电科学研究院 A kind of method and device of electrolytic seawater production javelle water
CN112281180A (en) * 2020-09-30 2021-01-29 浙江工业大学 Method for preparing chlorine by electrolyzing concentrated seawater through bipolar membrane
WO2022119407A1 (en) * 2020-12-03 2022-06-09 한국에너지기술연구원 Seawater electrolysis apparatus and seawater electrolysis fuel cell link system comprising same
WO2023235787A1 (en) * 2022-06-01 2023-12-07 The Regents Of The University Of California Green hydrogen from seawater

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100944539B1 (en) 2009-12-30 2010-03-03 (주) 오씨아드 Method and apparatus for removing carbon dioxide from exhaust gas by combustion using alkalinized sea water
KR20110047677A (en) * 2009-10-30 2011-05-09 (주)엘켐텍 Electrochemically sterilizing device and electrochemical cell comprising the same
KR20120002074A (en) * 2010-06-30 2012-01-05 주식회사 욱영전해씨스템 Device for high density naocl solution
KR20120106601A (en) * 2011-03-18 2012-09-26 가부시키가이샤 오메가 The treating method of waste water

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110047677A (en) * 2009-10-30 2011-05-09 (주)엘켐텍 Electrochemically sterilizing device and electrochemical cell comprising the same
KR100944539B1 (en) 2009-12-30 2010-03-03 (주) 오씨아드 Method and apparatus for removing carbon dioxide from exhaust gas by combustion using alkalinized sea water
KR20120002074A (en) * 2010-06-30 2012-01-05 주식회사 욱영전해씨스템 Device for high density naocl solution
KR20120106601A (en) * 2011-03-18 2012-09-26 가부시키가이샤 오메가 The treating method of waste water

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150106032A (en) * 2014-03-10 2015-09-21 한남대학교 산학협력단 Bipolar Membrane and Preparation Method Thereof
KR101590917B1 (en) * 2014-03-10 2016-02-03 한남대학교 산학협력단 Bipolar Membrane and Preparation Method Thereof
KR20150123998A (en) 2014-04-25 2015-11-05 (주) 테크윈 Sodium hypochlorite generator using electrolyzor with 3-compartment
KR20150123996A (en) 2014-04-25 2015-11-05 (주) 테크윈 Diaphragm type electrolyzor with 3-compartment for electrolysis of Chloride solution
KR101991991B1 (en) * 2016-03-22 2019-06-21 부산대학교 산학협력단 Dual-chamber type bioelectrochemical apparatus for removing arsenic and nitrogen compounds and the method
KR20170109804A (en) * 2016-03-22 2017-10-10 부산대학교 산학협력단 Dual-chamber type bioelectrochemical apparatus for removing arsenic and nitrogen compounds and the method
KR101882806B1 (en) * 2017-04-24 2018-08-24 (주)테크윈 An apparatus for doing capacitive deionization and wash
CN110042417A (en) * 2019-05-21 2019-07-23 中国水利水电科学研究院 A kind of method and device of electrolytic seawater production javelle water
CN112281180A (en) * 2020-09-30 2021-01-29 浙江工业大学 Method for preparing chlorine by electrolyzing concentrated seawater through bipolar membrane
WO2022119407A1 (en) * 2020-12-03 2022-06-09 한국에너지기술연구원 Seawater electrolysis apparatus and seawater electrolysis fuel cell link system comprising same
KR20220078185A (en) * 2020-12-03 2022-06-10 한국에너지기술연구원 Seawater electrolytic apparatus and a system interworiking between the apparatus and fuel cell
KR102433995B1 (en) * 2020-12-03 2022-08-19 한국에너지기술연구원 Seawater electrolytic apparatus and a system interworiking between the apparatus and fuel cell
WO2023235787A1 (en) * 2022-06-01 2023-12-07 The Regents Of The University Of California Green hydrogen from seawater

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101361651B1 (en) A device using electrolyzer with a bipolar membrane and the method of producing hypochlorite solution and hydrogen gas thereby
JP4653708B2 (en) Electrolyzed water generating method and electrolyzed water generating apparatus used therefor
KR101118795B1 (en) High efficient sodium hypochlorite generator for decreasing by-product
JP3716042B2 (en) Acid water production method and electrolytic cell
CA3112140C (en) Improved process for preparing sodium alkoxides
JPH09512861A (en) Electrolytic cell producing mixed oxidant gas
CN102186781A (en) Apparatus for producing hydrogen-dissolved drinking water and process for producing the dissolved drinking water
JPS5949318B2 (en) Electrolytic production method of alkali metal hypohalite salt
KR101427563B1 (en) Seawater electrolytic apparatus
US20010022273A1 (en) Electrochemical treatment of water and aqueous salt solutions
JP5863143B2 (en) Method for producing oxidized water for sterilization
JP6366360B2 (en) Method for producing electrolytic reduced water containing hydrogen molecules and apparatus for producing the same
KR100634889B1 (en) An electrolytic apparatus for producing sodium hypochloride
KR101436139B1 (en) A electrolysis apparatus
KR20210015536A (en) Cooling pipe of titanium material equipped in electrolyzer of the Sodium Hypochlorite generation device of undivided type
JP3561130B2 (en) Electrolyzer for hydrogen peroxide production
KR102120149B1 (en) Sodium Hypochlorite generation device of undivided type with the cooling pipe of titanium material in electrolyzer
KR101390651B1 (en) Sodium Hypochlorite Generator Having Mesh Electrode
KR101313698B1 (en) Generation-system for antiseptic solution including chlorine
KR20130077099A (en) Apparatus for providing purified water and ionized water with the ability to sterilize tanks
JP6891894B2 (en) Chlorine dioxide generator and chlorine dioxide generation method
US20120247970A1 (en) Bubbling air through an electrochemical cell to increase efficiency
Waters et al. Electrolyzed oxidizing water generation methods
RU2349682C2 (en) Electrolytic installation for obtaining sodium hypochlorite
JPH0428438B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170118

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180122

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200120

Year of fee payment: 7