KR101372034B1 - 폐수에 함유된 글리콜 환원방법 및 이를 이용한 글리콜 환원장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 글리콜을 환원하는 방법, 환원장치 및 글리콜 환원용 전해질에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 글리콜을 전기화학적으로 환원하여 알칸 및 수소 등의 신재생에너지를 생산하는 것을 특징으로 하는 글리콜 환원방법, 글리콜 환원장치 및 글리콜 환원용 전해질에 관한 것이다.

Description

폐수에 함유된 글리콜 환원방법 및 이를 이용한 글리콜 환원장치{Method for reducing of glycol including wastewater and reductor glycol using the same}
본 발명은 글리콜을 알칸과 수소가스로 환원하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해질 내에 용해된 글리콜이 전기화학적 분해에 의해 신재생에너지인 알칸 및 수소가스 등으로 우수하게 전환 생산되고, 글리콜을 획기적으로 저감하고 환원할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
폴리에스테르 공정에서는 에틸렌 글리콜, 폴리 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 헥실렌 글리콜과 같은 난분해성 유기물질이 포함된 산업폐수가 배출되며, 이러한 글리콜류는 고도 산화 처리(Advanced Oxidation Process; AOP)공정, 혐기성 소화법 등의 폐수처리공정을 거쳐 제거된다.
종래에 폴리에스테르 공정에서 발생하는 폐수는 일반적으로 혐기성 소화법 등의 수처리기법을 적용하여 처리하고 있다. 상기한 종래의 폴리에스테르 공정 중에 난분해성 유기물질인 에틸렌 글리콜이 함유된 폴리에스테르 중합폐수는 오존 및 활성탄과 같은 고도수처리 시설을 설치하여 처리하고 있다. 이때 중합폐수에 함유되어 있는 에틸렌 글리콜은 석유와 천연가스에서 추출하는 폴리에스테르 원자재로 전량 수입에 의존하고 있어 다수의 공정을 거쳐 재사용하고 있다. 그러나 상기의 재사용공정에도 불구하고 폐수로 일부 유출되는 에틸렌 글리콜은 여러 단계의 폐수설비를 거쳐 일정 농도 이하로 처리하고 있다. 따라서, 에틸렌 글리콜을 좀 더 효율적으로 제거할 수 있는 폐수처리 공정이 필요한 실정이다.
하지만 상기한 문제를 해결하기 위한 선행기술들은 폐수처리에만 목적을 두고 있으며 그 사용기술도 다량의 폐수를 처리하는 데는 부적합하다. 선행문헌 중 일부는 전위차 및 pH의 변화를 이용하여 처리하는 공정을 개시하고 있으나 상기 개시된 처리공정은 다량의 폐수를 효과적으로 처리하기에는 적합하지 않고, 특히 폴리에스테르 중합공정에서 발생하는 다량의 폐수를 처리하는 데는 처리 효율이 높지 않아 처리 비용이 높다는 실질적인 문제점이 있어 실용적으로 이용되지 못하고 있다.
또한, 기존의 글리콜을 처리하는 방법 및 장치는 글리콜을 환원하여 알칸 및 수소가스를 생산하는 것까지 이어지지 않았으며, 글리콜 환원반응을 위해 여러 단계의 공정을 거쳐야해서 많은 비용과 시간이 필요하였다.
나아가 기존의 글리콜 처리공정에서는 글리콜 이외의 1,4-다이옥산을 효과적으로 처리하지 못하여 추가의 공정이 필요하여 글리콜 이외의 1,4-다이옥산을 추가로 처리하기 위해서는 많은 비용과 많은 시간이 필요하였다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 글리콜을 전기화학적 단일 공정으로 환원하여 높은 수율 및 적은 비용으로 알칸 및 수소 등의 신재생에너지로 전환시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 (1) 양극 및 음극을 포함하는 반응기에 알코올, 석출보조제 및 글리콜류를 포함하는 전해질을 주입하는 단계; 및
(2) 상기 반응기에 전압을 인가하여 상기 전해질 내에 포함된 글리콜을 전기분해하는 단계;
를 포함하는 글리콜 환원방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 글리콜류는 C1 ~ C6 글리콜 중에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 글리콜류는 에틸렌 글리콜, 폴리 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 헥실렌 글리콜로 이뤄진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 글리콜류는 폴리에스테르 공정 중 발생하는 폐수에 포함된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 알코올은 C1 ~ C5 알코올 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 알코올은 메탄올을 사용할수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 석출보조제는 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화루비듐(RbOH), 수산화세슘(CsOH), 수산화프랑슘(FrOH)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 석출보조제는 수산화칼륨 및 수산화나트륨을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 알코올, 석출보조제 및 글리콜류를 포함하는 전해질을 포함하는 반응기;
상기 반응기 내에 구비되며 전해질에 일부 또는 전부 침지된 양극; 및
상기 반응기 내에 구비되어 양극에 대향되며 전해질에 일부 또는 전부 침지된 음극;
을 포함하는 글리콜 환원장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 글리콜류가 폴리에스테르 공정 중 발생하는 폐수에 포함된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 글리콜류가 C1 ~ C6 글리콜 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 글리콜류가 에틸렌 글리콜, 폴리 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 헥실렌 글리콜로 이뤄진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 석출보조제가 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화루비듐(RbOH), 수산화세슘(CsOH), 수산화프랑슘(FrOH)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 석출보조제가 수산화칼륨 및 수산화나트륨일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 석출보조제가 수산화칼륨 및 수산화나트륨을 수산화칼륨 100 중량부에 대해 100 ~ 300 중량비의 수산화나트륨을 혼합한 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 양극과 음극 사이에 이들을 분할하는 이온투과성 격막을 더 포함하는 반응기를 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 알코올은 C1 ~ C5 알코올 중 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 알코올은 메탄올을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 전해질 1L에 0.05 ~ 1 mol의 글리콜을 포함하는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 전해질 100 중량부에 글리콜을 100 ~ 300 중량부를 포함하는 전해질을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 석출보조제가 전해질 1L당 0.1 ~ 0.6 mol 포함된 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 글리콜 환원장치는 알칸 및 수소를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명은 알코올, 석출보조제 및 글리콜류를 포함하는 글리콜 환원용 전해질을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 석출보조제가 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화루비듐(RbOH), 수산화세슘(CsOH), 수산화프랑슘(FrOH)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 석출보조제가 수산화칼륨 및 수산화나트륨인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 석출보조제는 수산화칼륨 및 수산화나트륨을 수산화칼륨 100 중량부에 대해 100 ~ 300 중량비의 수산화나트륨을 혼합한 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 알코올은 C1 ~ C5 알코올 중 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 알코올은 메탄올을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 글리콜류가 에틸렌 글리콜, 폴리 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 헥실렌 글리콜로 이뤄진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 글리콜류가 폴리에스테르 공중 중 발생하는 폐수에 포함된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 전해질은 석출보조제가 전해질 1L당 0.1 ~ 0.6 mol 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 전해질은 전해질 100 중량부에 글리콜을 100 ~ 300 중량부를 포함하는 전해질을 사용할 수 있다.
이하, 본 명세서에서 사용된 용어에 대해 간략히 설명한다.
본 발명의 "석출보조제"라 함은 환원되는 알칸 및 수소의 석출량을 극대화하기 위한 제제이며, 본 발명에서 석출보조제 첨가시 전도보조제의 역할도 수행할 수 있다.
본 발명의 "전도보조제"라 함은 비전해질인 모든 알코올 내에 투입되어 전류의 생성과 흐름에 관여하는 물질을 의미한다.
본 발명의 글리콜 환원장치 및 환원방법은 글리콜류를 전기화학적으로 환원하여 알칸과 수소와 같은 신재생에너지를 생산할 수 있으며 전해질 내에 용해된 글리콜 및 1,4-다이옥산을 획기적으로 저감할 수 있는 우수한 글리콜 환원방법을 제공할 수 있다. 또한, 기존의 글리콜 처리방법에서 필요했던 여러 단계의 처리공정 없이 글리콜을 환원 및 처리할 수 있어 기존의 글리콜 처리방법보다 적은 비용으로 글리콜을 처리할 수 있으며, 부가적으로 신재생에너지인 알칼 및 수소가스도 생산할 수 있으며 1,4-다이옥산을 효과적으로 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 글리콜 환원장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 글리콜 환원장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따른 이온투과성 격막을 포함하는 글리콜 환원장치의 단면도이다.
도 4는 실시예 1을 실시하여 생성된 알칸 및 수소의 시간에 따른 농도변화그래프이다.
도 5는 실시예 2를 실시하여 생성된 알칸 및 수소의 시간에 따른 농도변화그래프이다.
도 6은 실시예 3을 실시하여 생성된 알칸 및 수소의 시간에 따른 농도변화그래프이다.
도 7은 실시예 4를 실시하여 생성된 알칸 및 수소의 시간에 따른 농도변화그래프이다.
도 8은 실시예 5를 실시하여 생성된 알칸 및 수소의 시간에 따른 농도변화그래프이다.
도 9는 실시예 1 및 실시예 6 내지 9를 실시하여 생성된 알칸 및 수소의 시간에 따른 농도변화그래프이다.
도 10은 실시예 10 내지 12를 실시하여 생성된 알칸 및 수소의 시간에 따른 농도변화그래프이다.
도 11은 실시예 13을 실시하여 생성된 알칸 및 수소의 시간에 따른 농도변화그래프이다.
도 12는 실시예 19 내지 20을 실시하여 생성된 알칸 및 수소의 시간에 따른 농도변화그래프이다.
도 13은 이온투과성 격막이 있는 환원장치를 사용한 실시예 22에서 생성된 알칸 및 수소의 시간에 따른 농도변화그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이 기존의 글리콜 환원방법은 글리콜을 처리하기 위하여 여러 단계의 공정이 필요하여 많은 비용 및 많은 시간이 필요하였다.
이에 본 발명에서는 알코올, 석출보조제 및 글리콜류를 포함하는 반응기, 상기 반응기 내에 구비되며 전해질에 일부 또는 전부 침지된 양극 및 상기 반응기 내에 구비되어 양극에 대향되며 전해질에 일부 또는 전부 침지된 음극을 포함하는 글리콜 환원장치 및 이의 환원방법을 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 또한 본 발명의 글리콜 환원장치는 글리콜을 전기화학적으로 환원하여 알칸 및 수소와 같은 신재생에너지를 생산할 수 있으며 글리콜을 획기적으로 저감할 수 있는 우수한 글리콜 환원방법을 제공할 수 있다. 또한, 기존의 글리콜 처리 방법 및 장치에서 필요했던 여러 단계의 처리공정이 필요하지 않아 보다 저렴한 비용과 시간으로 글리콜을 환원하여 신재생에너지를 생산할 수 있다. 또한 추가 공정 없이도 1,4-다이옥산을 효과적으로 저감할 수 있어 기존의 처리방법보다 현저하게 저렴한 비용으로 글리콜 및 1,4-다이옥산을 처리할 수 있다.
구체적으로, 도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 글리콜 환원장치(100)의 단면도이다. 글리콜 환원장치(100)은 알코올, 석출보조제 및 글리콜류를 포함하는 전해질(110)을 포함하며, 반응기(150) 내에 구비되며 전해질에 일부 또는 전부 침지된 양극(120) 및 반응기 내에 구비되어 양극에 대향되며 전해질에 일부 또는 전부 침지된 음극(130)을 포함한다. 또한 양극 및 음극에 전압을 인가하는 전원부(140)를 포함한다.
먼저, 반응기(150)에 대해 설명한다. 반응기는 통상적으로 사용하는 것이라면 특별한 제한이 없으나, 바람직하게는 반응기의 재질이 파이렉스 내지 아크릴 내지 폴리염화비닐(PVC; PolyVinyl Chloride)인 것, 반응기의 크기는 0.1 ~ 100 m3인 것을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 상기 반응기(150) 내부에 포함되는 전해질(110)을 설명한다. 전해질은 글리콜류를 용해하며 전류를 흐르게 하여 글리콜이 환원되어 알칸 및 수소 등의 신재생에너지를 전환시키는 역할을 할 수 있다. 본 발명의 전해질은 알코올, 석출보조제 및 글리콜류를 포함하는 용액을 사용할 수 있다. 또한, 전해질에 포함되는 알코올, 석출보조제 및 글리콜류는 각각 순차적으로 용해하거나 한꺼번에 모두 용해하여 사용할 수 있다.
다음은 상기 전해질(110)에 포함된 알코올을 설명한다. 알코올은 중합폐수 내 함유된 글리콜류의 하이드록시기(-OH)를 치환하여 탄소와 수소로만 결합된 화합물로 변화시키는 역할을 할 수 있다. 본 발명의 알코올은 알코올류라면 특별한 제한이 없으나, 보다 바람직하게는 C1 ~ C5 알코올 중 선택된 1종 이상인 것, 더 바람직하게는 메탄올을 사용하는 것이 글리콜의 환원효율을 극대화하는데 매우 유리하다(표2 참조).
또한, 전해질(110)에 포함된 알코올의 함량은 전체 전해질 중량에 25 ~ 75 중량% 포함될 수 있다. 만일 알코올의 함량이 25 중량% 미만이면 알칸이 발생하지 않으며 수소의 순도가 낮은 문제가 발생할 수 있으며, 75 중량% 초과면 글리콜류의 환원에 의한 알칸보다 기화된 메탄올 가스가 다량 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 전해질(110)이 포함하는 석출보조제는 열역학적으로 안정한 글리콜을 전기분해, 즉 글리콜 내의 전자와 결합하여 글리콜를 라디칼화할 수 있는 것이라면 제한없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 알칼리족 수산화물을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화루비듐(RbOH), 수산화세슘(CsOH), 수산화프랑슘(FrOH)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다. 한편 가장 바람직하게는 수산화칼륨 및 수산화나트륨을 혼합 사용하는 것이 알칸 및 수소와 같은 신재생에너지 생산효율을 극대화하는데 가장 유리하다(표 2 참조). 또한, 상기 전해질에 석출보조제를 첨가하지 않을 경우, 글리콜의 환원이 원활하지 않아 글리콜을 알칸 및 수소와 같은 신재생에너지로 환원시키기 힘들 수 있다.
또한, 수산화칼륨 및 수산화나트륨을 석출보조제로 사용할 경우, 수산화칼륨 및 수산화나트륨의 혼합비는 바람직하게는 수산화나트륨 100 중량부 대비 100 ~ 300 중량부의 수산화나트륨을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 전해질 1ℓ에 수산화칼륨을 0.1 ~ 0.3 mol 용해한 것을 사용할 수 있으며, 전해질 1ℓ에 수산화나트륨을 0.1 ~ 0.3 mol 용해한 것을 사용할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 만일 수산화칼륨 및/또는 수산화나트륨의 농도가 0.1 mol 미만일 경우 메탄과 수소와 같은 신재생에너지의 순도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있으며, 농도가 0.6 mol 초과일 경우 이산화탄소가 다량 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 알코올, 석출보조제 및 글리콜류를 포함하는 전해질(110)은 석출보조제를 전해질 1L당 0.1 ~ 0.6 mol의 농도로 포함될 수 있다. 상기 농도가 0.1 mol/L 미만일 경우 알칸 및 수소와 같은 신재생에너지의 순도가 낮은 문제가 있으며, 0.6 mol/L 초과일 경우 이산화탄소가 다량 발생하는 문제점이 있을 수 있다.
상기 전해질(110)에 용해된 글리콜류는 통상적으로 산업공정 중 발생하는 것이라면 특별한 제한이 없으나, 보다 바람직하게는 폴리에스테르 공정 중 발생하는 폐수에 포함된 것 또는 C1 ~ C6 글리콜 중에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있으다. 더욱 바람직하게는 에틸렌 글리콜, 폴리 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 헥실렌 글리콜로 이뤄진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 전해질 내에 글리콜은 전해질 1L에 0.05 ~ 1mol의 글리콜을 포함하는 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 나아가, 전해질 100 중량부에 글리콜을 100 ~ 300 중량부를 포함하는 전해질을 사용할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 전해질은 통상적으로 전기화학적 환원방법의 전해질에 사용되는 물질들이 더 포함될 수 있으며, 바람직하게는 증류수, 네온가스, 아르곤가스, 질산, 탄산가스, NaCl, HCl, HNO3, KOH, KCl, CH3COOH, CuSO4 및 HgCl2 등을 추가로 더 포함할 수 있다.
한편, 글리콜 이외의 1,4-다이옥산을 처리하기 위해서는 추가의 공정이 요구되었다. 하지만 본원 발명의 글리콜 환원장치 및 방법은 단일 공정으로 글리콜뿐만 아니라 1,4-다이옥산을 저감시키는 효과를 제공한다. 상기 전해질은 1,4-다이옥산을 더 포함할 수 있으며, 1,4-다이옥산은 전해질 내에서 전기화학적 처리로 생성된 OH 라디칼에 의해 산화-환원되어 CO2와 H2O로 저감될 수 있다. 발생된 CO2는 기화되거나 전해질 내에서 전기화학적으로 환원되어 알칸 또는 수소와 같은 가연성 가스를 수득할 수 있다.
1,4-다이옥산은 산업공정 중 발생하는 것이라면 특별한 제한이 없으나, 보다 바람직하게는 폴리에스테르 공정 중 발생하는 폐수에 포함된 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
다음으로, 상기 전해질(110)에 일부 또는 전부 침지된 음극(130)을 설명한다. 음극은 통상적으로 전기화학적 환원장치의 음극재질로 사용되는 것이라면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 금속전극일 수 있으며, 보다 바람직하게는 구리(Cu) 또는 수은(Hg)전극을 사용할 수 있다. 구리 전극은 탄화수소 가스에 대한 효율이 뛰어나며, 전기분해 과정에서 발생하는 이산화탄소에 대한 흡착력이 우수하여 본원 발명의 음극으로 사용하기에 가장 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.
다음은 상기 음극(130)에 대향되며 전해질(110)에 일부 또는 전부 침지된 양극(120)을 설명한다. 양극은 통상적으로 전기화학적 환원장치의 양극재질로 사용되는 것이라면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 산화물에 내구성이 있는 것일 수 있으며, 보다 바람직하게는 백금(Pt), 스테인레스 스틸, 금(Au) 및 은(Ag)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상, 더 바람직하게는 백금 또는 스테인레스 스틸을 사용할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
상기 양극(120)과 음극(130)에 전압을 인가하는 전원부(140)는 양극 및 음극에 모두 연결되거나 하나에만 연결될 수 있으며, 본 발명의 글리콜 환원장치는 1개 이상의 전원부를 포함할 수 있다.
상기 전원부(140)가 인가하는 전압은 특별히 한정하지 않으나, 보다 바람직하게는 10 ~ 100 볼트를 사용할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 만약 10 볼트 미만으로 전압을 인가할 경우, OH 라디칼 생성에 관여하는 전압이 낮아 글리콜과 1,4-다이옥산 환원이 원활하지 않아 알칸과 수소의 순도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있으며, 100볼트 초과의 전압을 인가할 경우, CO2와 H2O가 다량 발생하여 알칸 및 수소의 순도가 희석되어 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 글리콜 환원장치에 의해 생산된 알칸가스는 메탄, 에탄, 프로판일 수 있다.
또한, 본 발명의 글리콜 환원장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 양극(230)이 침지된 제 1반응조(270)와 음극(220)이 침지된 제 2 반응조(210) 사이에 전해질(260)이 흐를 수 있는 유로(280) 및 신재생에너지 포집부(250)를 더 포함하는 글리콜 환원장치(200)를 제공할 수 있다. 상기 유로는 제 1반응조 및 제 2반응조 사이에 존재하며 전기 분해에 의해 생성된 전자 이동 통로 및 양극과 음극에서 생성되는 알칸 또는 수소를 1차적으로 분리하는 역할을 할 수 있다. 상기 신재생에너지 포집부는 글리콜 환원장치에 의해 생산된 알칸 및 수소 등의 신재생에너지를 포집하는 역할을 한다.
또한, 본 발명의 글리콜 환원장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 양극(320)과 음극(330)의 사이에서 이들을 분할하는 이온투과성 격막(340)을 더 포함하는 글리콜 환원장치(300)를 제공할 수 있다. 상기 이온투과성 격막(340)은 통상적으로 전기화학적 환원장치의 이온투과성 격막으로 사용되는 것이라면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 이온교환 수지를 막 모양으로 성형 제조한 것일 수 있으며, 보다 바람직하게는 과플루오르화 술폰산 중합체 재질일 수 있고, 더 바람직하게는 듀폰사의 나피온 112, 나피온 115 및 나피온 117로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 이온투과성 격막을 전해질에 담근 후 상기 전해질에 전류를 인가하면 상기 이온투과성 격막은 양이온은 통과시키지만 음이온 통과에는 100%에 가까운 저항을 나타낸다.
통상적으로는 이온투과성 격막을 포함하는 도 3에 도시된 바와 같은 장치를 사용하지만, 본원 발명의 이온투과성 격막이 없는 환원장치는 이온투과성 격막이 존재하는 상태보다 전류의 통과효율이 높기 때문에 알칸 및 수소 가스와 같은 신재생에너지의 생산이 보다 효율적일 수 있다. 즉, 이온투과성 격막이 없는 장치를 이용한 전기분해시 전류의 통과효율이 높아져 알칸 및 수소 가스와 같은 신재생에너지의 생성량이 더 많다는 장점이 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 글리콜 환원장치는 일정 전위기(Potentiostat; 미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 일정 전위기는 정전위 전해시에 양극 또는 음극의 전위를 일정하게 유지하는 역할을 할 수 있으며, 통상적으로 전기화학장치에서 사용하는 것이면 특별한 제한이 없다.
또한, 본 발명의 실시형태에 따른 글리콜 환원방법을 설명하면, (1) 양극 및 음극을 포함하는 반응기에 알코올, 석출보조제 및 글리콜류를 포함하는 전해질을 주입하는 단계; 및 (2) 상기 반응기에 전압을 인가하여 상기 전해질 내에 포함된 글리콜을 전기분해하는 단계; 를 포함하는 글리콜 환원방법을 제공한다.
상기 (1)단계에서 전해질이 투입되는 시기는 반응기 내에 음극, 양극이 설치되기 전이나 후 모두 가능하여, 상기 반응기는 이온투과성 격막을 더 설치할 수 있다. 또한 상기 단계 (1)에서 전해질에 포함되는 알코올, 석출보조제 및 글리콜은 각각 순차적으로 용해하거나 한꺼번에 모두 용해하여 사용할 수 있다.
상기 (1)단계의 알코올은 알코올류라면 특별한 제한이 없으나, 보다 바람직하게는 C1 ~ C5 알코올 중 선택된 1종 이상인 것, 더 바람직하게는 메탄올을 사용할 수 있다.
또한, 상기 석출보조제는 알칼리족 원소로 이루어진 수산화물이라면 특별한 제한이 없으나, 보다 바람직하게는 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화루비듐(RbOH), 수산화세슘(CsOH), 수산화프랑슘(FrOH)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있으며, 더 바람직하게는 상기 군에서 선택된 2종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 수산화칼륨 및 수산화나트륨을 석출보조제로 사용할 경우, 알칸 및 수소와 같은 신재생에너지 생산에 가장 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 (1)단계에서 알코올, 석출보조제 및 글리콜을 포함하는 전해질은 석출보조제를 전해질 1L당 0.1 ~ 0.6 mol의 농도로 사용할 수 있다. 상기 농도가 0.1 mol/L 미만일 경우 알칸 및 수소와 같은 신재생에너지의 순도가 낮은 문제가 있으며, 0.6 mol/L 초과일 경우 이산화탄소가 다량 발생하는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 상기 전해질에 포함된 글리콜은 통상적으로 산업공정 중 발생하는 것이라면 특별한 제한이 없으나, 보다 바람직하게는 폴리에스테르 중합공정 중 발생되는 것이나 C1 ~ C6 글리콜 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 헥실렌 글리콜로 이뤄진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 (2)단계에서 반응기에 포함된 음극은 통상적인 금속전극을 사용하는 것이라면 특별한 제한이 없으나, 보다 바람직하게는 구리(Cu) 또는 수은(Hg)전극을 사용할 수 있다. 구리 전극은 탄화수소 가스에 대한 효율이 뛰어나며, 전기분해 과정에서 발생하는 이산화탄소에 대한 흡착력이 우수하여 본원 발명의 음극으로 사용하기에 가장 바람직하다.
또한, 상기 (2)단계에서 반응기에 포함된 양극은 통상적으로 산화물에 내구성이 있으면 특별한 제한이 없으나, 보다 바람직하게는 백금(Pt), 스테인레스 스틸, 금(Au) 및 은(Ag)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것, 더 바람직하게는 백금 또는 스테인레스 스틸을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 알코올, 석출보조제 및 글리콜을 포함하는 글리콜 환원용 전해질을 제공한다.
이하, 작동예를 통해 본 발명의 글리콜 전환장치를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 하지만 하기 작동예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
먼저, 알코올, 석출보조제 및 에틸렌 글리콜을 혼합하여 전해질을 제조한 후 전해질을 도 2과 같은 반응기에 넣고 음극 및 양극을 설치한다. 이후 음극 및 양극에 전압을 인가하면 음극에서는 에틸렌 글리콜이 환원되어 알칸 가스가 생성되고, 양극에서는 알코올이 환원되어 수소가스가 생성된다. 이때 별도의 신재생에너지 포집기에 알칸 및 수소가스가 각각 포집되어 농도 및 순도를 측정할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 하지만 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[ 실시예 ]
실시예 1.
메탄올 200㎖와 0.1M 에틸렌 글리콜을 혼합하고, 0.2M 수산화칼륨 및 0.2M 수산화나트륨을 첨가한 후 30분 동안 교반하여 용해시켰다. 교반시킨 혼합용액 200㎖를 도 1과 같은 전기화학장치에 옮겨 양극 및 음극을 연결한 다음 전기분해를 실시하였다. 상기 전기분해시 생성되는 알칸 및 수소의 농도를 반응 시간별로 측정하여 하기 도면 4에 나타내었다.
도 4에서 확인할 수 있듯이, 메탄, 에탄 및 프로판이 검출되는 것을 확인할 수 있었고, 수소는 10%이상 높은 농도로 검출되었다.
실시예 2.
메탄올 200㎖에 0.2M 에틸렌 글리콜을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 생성된 알칸 및 수소의 농도를 반응 시간별로 측정하여 하기 도면 5에 나타내었다.
도 5에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1보다 높은 에틸렌 글리콜의 농도를 사용하여 반응시간이 오래 지날수록 더 많은 메탄 및 수소가 생성되었다.
실시예 3.
메탄올 200㎖에 0.3M 에틸렌 글리콜을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 생성된 알칸 및 수소의 농도를 반응 시간별로 측정하여 하기 도면 6에 나타내었다.
도 6에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1보다 높은 에틸렌 글리콜의 농도를 사용했음에도 불구하고 실시예 1과 비슷한 양의 메탄 및 수소가 생성되었다.
실시예 4.
메탄올 200㎖에 0.4M 에틸렌 글리콜을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 생성된 알칸 및 수소의 농도를 반응 시간별로 측정하여 하기 도면 7에 나타내었다.
도 7에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1보다 높은 에틸렌 글리콜의 농도를 사용했음에도 불구하고 실시예 1보다 적은 양의 메탄 및 수소가 생성되었다.
실시예 5.
메탄올 200㎖에 0.5M 에틸렌 글리콜을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 생성된 알칸 및 수소의 농도를 반응 시간별로 측정하여 하기 도면 8에 나타내었다.
도 8에서 확인할 수 있듯이, 실시예 4보다 높은 에틸렌 글리콜의 농도를 사용하여 반응 시간이 지날수록 실시예 4보다 많은 양의 메탄 및 수소가 생성되었다.
실시예 6.
메탄올 200㎖에 0.1M 수산화칼륨 및 0.1M 수산화나트륨을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 생성된 알칸 및 수소의 농도를 반응 시간별로 측정하여 하기 도면 9에 나타내었다.
실시예 7.
메탄올 200㎖에 0.15M 수산화칼륨 및 0.15M 수산화나트륨을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 생성된 알칸 및 수소의 농도를 반응 시간별로 측정하여 하기 도면 9에 나타내었다.
실시예 8.
메탄올 200㎖에 0.25M 수산화칼륨 및 0.25M 수산화나트륨을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 생성된 알칸 및 수소의 농도를 반응 시간별로 측정하여 하기 도면 9에 나타내었다.
실시예 9.
메탄올 200㎖에 0.3M 수산화칼륨 및 0.3M 수산화나트륨을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 생성된 알칸 및 수소의 농도를 반응 시간별로 측정하여 하기 도면 9에 나타내었다.
실시예 10.
메탄올 200㎖에 0.5M 프로필렌 글리콜을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 생성된 알칸 및 수소의 농도를 반응 시간별로 측정하여 하기 도면 10에 나타내었다.
실시예 11.
메탄올 200㎖에 0.5M 헥실렌 글리콜을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 생성된 알칸 및 수소의 농도를 반응 시간별로 측정하여 하기 도면 10에 나타내었다.
실시예 12.
메탄올 200㎖에 0.5M 부틸렌 글리콜을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 생성된 알칸 및 수소의 농도를 반응 시간별로 측정하여 하기 도면 10에 나타내었다.
실시예 13.
메탄올 200㎖에 0.05M 폴리 에틸렌 글리콜을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 생성된 알칸 및 수소의 농도를 반응 시간별로 측정하여 하기 도면 11에 나타내었다.
도 11에서 확인할 수 있듯이, 반응시간이 지날수록 더 많은 메탄, 에탄 및 프로판이 검출되는 것을 확인할 수 있었고, 수소는 14%이상의 뛰어나게 높은 농도로 검출되었다.
실시예 14.
실시예 1에서 사용한 메탄올 대신에 에탄올을 사용한 것 말고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 생성되는 알칸 또는 수소와 같은 가연성 가스는 측정되지 않았다.
실시예 15.
실시예 1에서 사용한 메탄올 대신에 부탄올을 사용한 것 말고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 생성되는 알칸 또는 수소와 같은 가연성 가스는 측정되지 않았다.
실시예 16.
실시예 1에서 사용한 메탄올 대신에 부탄올을 사용한 것 말고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 생성되는 알칸 또는 수소와 같은 가연성 가스는 측정되지 않았다.
실시예 17.
메탄올 200㎖에 0.2M 수산화칼륨만을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 생성되는 알칸 및 수소의 농도를 측정하였으나 알칸 또는 수소와 같은 가연성 가스의 측정 농도는 미비하였다. 메탄, 에탄 및 프로판은 측정되지 않았고, 수소는 1% 이하로 측정되었다.
실시예 18.
메탄올 200㎖에 0.2M 수산화나트륨만을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 생성되는 알칸 및 수소의 농도를 측정하였으나 알칸 또는 수소와 같은 가연성 가스의 측정 농도는 미비하였다. 메탄, 에탄 및 프로판은 측정되지 않았고, 수소는 1% 이하로 측정되었다.
실험예 1.
실시예 1 및 실시예 6 내지 9에서 제작된 글리콜 환원용 전해질을 전기분해하여 생성되는 메탄 및 수소의 농도를 측정하여 도면 9에 나타내었다. 또한, 실시예 10 내지 12에서 제작된 글리콜 환원용 전해질을 전기분해하여 생성되는 메탄 및 수소의 농도를 측정하여 도면 10에 나타내었다.
도 9에서 확인되는 바와 같이, 측정된 메탄의 농도는 반응시간이 4시간 미만일 경우, 0.25M의 수산화나트륨 및 0.25M의 수산화칼륨을 사용하는 것이 가장 좋았고, 반응시간이 4시간 이상일 경우 0.2M의 수산화나트륨과 0.2M의 수산화칼륨을 사용하는 것이 가장 높은 많은 양의 메탄을 생성할 수 있었다. 또한, 측정된 수소의 농도는 0.3M의 수산화나트륨 및 0.3M의 수산화칼륨을 사용하는 것이 가장 많은 수소를 생성할 수 있는 것으로 확인되었다.
도 10에서 확인되는 바와 같이, 측정된 메탄의 농도는 반응시간이 늘어남에 따라 프로필렌 글리콜을 사용하는 것이 더 많은 양의 메탄을 생성하였으며, 생성되는 수소의 농도는 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜 및 헥실렌 글리콜 모두 비슷한 것으로 확인되었다.
비교예 1.
실시예 1에 메탄올 대신 증류수를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 생성되는 알칸 및 수소의 농도를 측정하였으나 알칸 또는 수소와 가연성 가스의 측정 농도는 미비하였다. 메탄, 에탄 및 프로판은 측정되지 않았고, 수소는 1% 이하로 측정되었다.
비교예 2.
실시예 1에 메탄올 대신 증류수를 사용하고 석출보조제로 0.2M 수산화칼륨만을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 생성되는 알칸 및 수소의 농도를 측정하였으나 알칸 또는 수소와 가연성 가스의 측정 농도는 미비하였다. 메탄, 에탄 및 프로판은 측정되지 않았고, 수소는 0.5% 이하로 측정되었다.
비교예 3.
실시예 1에 메탄올 대신 증류수를 사용하고 석출보조제로 0.2M 수산화나트륨만을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 생성되는 알칸 및 수소의 농도를 측정하였으나 알칸 또는 수소와 가연성 가스의 측정 농도는 미비하였다. 메탄, 에탄 및 프로판은 측정되지 않았고, 수소는 0.85% 이하로 측정되었다.
비교예 4.
메탄올 200㎖에 석출보조제를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 생성되는 알칸 및 수소의 농도를 측정하였으나 알칸 또는 수소와 같은 가연성 가스의 측정 농도는 측정되지 않았다.
비교예 5.
실시예 1에 메탄올 대신 증류수를 사용하고 석출보조제를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 생성되는 알칸 및 수소의 농도를 측정하였으나 알칸 또는 수소와 가연성 가스는 측정되지 않았다.
실시예 19.
혼합 용액으로 메탄올 50㎖ 및 에틸렌 글리콜 150㎖를 혼합하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 생성되는 알칸 및 수소의 농도를 측정하였다. 상기 측정된 알칸 및 수소 농도는 하기 도면 12에 나타내었다.
실시예 20.
혼합용액으로 메탄올 100㎖ 및 에틸렌 글리콜 100㎖를 혼합하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 생성되는 알칸 및 수소의 농도를 측정하였다. 상기 측정된 알칸 및 수소 농도는 하기 도면 12에 나타내었다.
실시예 21.
섬유 중합폐수1(구미국가산업단지 내 합성섬유업체 효성의 중합폐수) 또는 섬유 중합폐수2(구미국가산업단지 내 합성섬유업체 성안합섬(주)의 중합폐수) 및 메탄올을 1:3으로 혼합하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 글리콜 환원효과 및 1,4-다이옥산의 저감효과를 측정하였다. 측정된 1,4-다이옥산의 농도는 하기 표 1에 나타내었고 글리콜 환원효과는 하기 표 2에 나타내었다.
구분 처리 전 1,4-다이옥산의 농도(ppm) 처리 후 1,4-다이옥산의 농도(ppm) 저감효율(%)
섬유 중합폐수1 741.490 212.01 71.41
섬유 중합폐수2 779.930 209.38 73.15
상기 표 1에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 글리콜 환원장치는 폴리에스테르 중합 공정에서 발생하는 폐수에 포함된 1,4-다이옥산을 70% 이상 놀랍게 저감시키는 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 22.
글리콜 환원용 전해질을 도 3과 같은 전기화학장치에 옮겨 양극 및 음극을 연결한 다음 나피온-117의 이온투과성 격막으로 양극과 음극을 분할하여 전기분해한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 상기 전기분해시 생성되는 알칸 및 수소의 농도를 반응 시간별로 측정하여 하기 도면 13에 나타내었다.
도 13에서 확인할 수 있듯이, 측정된 알칸 및 수소의 생성량은 무격막형보다 적은 양이 생성되는 것을 알 수 있었다.
실험예 2.
상기 실시예 1 내지 22 및 비교예 1 내지 5에서 제조한 글리콜 환원용 전해질을 5시간 동안 전기분해하여 얻어진 알칸 및 수소 가스의 농도를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 생성된 메탄가스 농도(ppm) 생성된 에탄가스 농도(ppm) 생성된 프로판가스 농도(ppm) 생성된 수소가스 농도(%)
실시예 1 1473.88 81.09 85.76 14.24
실시예 2 2489.97 109.92 178.77 14.30
실시예 3 1123.36 24.01 검출안됨 11.88
실시예 4 722.01 검출안됨 검출안됨 10.79
실시예 5 3290.06 158.82 245.54 14.05
실시예 6 498.04 검출안됨 검출안됨 12.10
실시예 7 1087.77 검출안됨 검출안됨 13.44
실시예 8 2310.47 77.45 89.11 13.72
실시예 9 1879.68 64.29 80.54 14.99
실시예 10 782.55 16.21 24.62 10.1
실시예 11 289.26 검출안됨 검출안됨 9.6
실시예 12 324.01 검출안됨 검출안됨 8.1
실시예 13 3457.96 376.26 111.10 15.4
실시예 14 검출안됨 검출안됨 검출안됨 검출안됨
실시예 15 검출안됨 검출안됨 검출안됨 검출안됨
실시예 16 검출안됨 검출안됨 검출안됨 검출안됨
실시예 17 검출안됨 검출안됨 검출안됨 1% 이하
실시예 18 검출안됨 검출안됨 검출안됨 1% 이하
실시예 19 3389.40 148.82 190.56 15.41
실시예 20 389.20 검출안됨 검출안됨 14.26
실시예 21
(섬유중합 폐수 1)		 3295.42 141.11 187.55 15.12
실시예 21
(섬유중합 폐수 2)		 3295.42 141.11 187.55 15.12
실시예 22 741.12 116.21 155.16 9.84
비교예 1 검출안됨 검출안됨 검출안됨 1% 이하
비교예 2 검출안됨 검출안됨 검출안됨 0.5% 이하
비교예 3 검출안됨 검출안됨 검출안됨 0.85% 이하
비교예 4 검출안됨 검출안됨 검출안됨 검출안됨
비교예 5 검출안됨 검출안됨 검출안됨 검출안됨
상기 표 2에서 확인되는 바와 같이, 0.2M 또는 0.5M의 에틸렌 글리콜을 사용한 실시예 2 및 실시예 5에서 생성된 알칸 및 수소 가스의 농도가 높은 것을 알 수 있다. 또한, 석출보조제로 수산화칼륨 및 수산화나트륨을 복합 사용하는 것(실시예 1)이 수산화칼륨 또는 수산화나트륨을 단독 사용하는 것(실시예 17 내지 18)보다 알칸 및 수소를 생성하는데 더 바람직한 것으로 확인할 수 있었다.
또한, 같은 농도의 프로필렌 글리콜(실시예 10), 부틸렌 글리콜(실시예 12) 또는 헥실렌 글리콜(실시예 11)보다 에틸렌 글리콜(실시예 1)을 사용하여 환원하는 것이 더 많은 수소 및 알칸 가스를 생성하는 것을 확인할 수 있었다.
하지만, 낮은 농도(0.05M)의 폴리에틸렌 글리콜을 사용하는 것(실시예 13)이 보다 높은 농도(0.5M)의 에틸렌 글리콜(실시예 5)을 사용하는 것보다 많은 양의 메탄, 에탄 및 수소 가스를 생성하는 것을 확인하였다.
또한, 알코올로 메탄올을 사용하는 것(실시예 1)이 에탄올(실시예 14),부탄올(실시예 15) 또는 이소프로필알코올(실시예 16)을 사용하는 것보다 알칸 및 수소 가스를 생성하는데 더 바람직한 것으로 확인할 수 있었다.
나아가, 메탄올과 에틸렌 글리콜의 혼합비가 100 중량부 : 100 중량부를 혼합한 것(실시예 20)보다 100 중량부 : 300 중량부 혼합한 것(실시예 19)이 알칸 및 수소 가스를 생성하는데 더 바람직한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 섬유중합 폐수를 사용한 실시예 21이 다량의 알칸 및 수소 가스를 생성하는 것을 확인할 수 있었으며, 이온투과성 격막이 있는 실시예 22 보다 같은 실시 조건에 격막이 없는 실시예 1이 뛰어나게 많은 양의 메탄 및 수소 가스를 생성하는 것을 확인할 수 있었다.
하기 도면 8에서 확인되는 바와 같이, 석출보조제로는 반응시간 4시간 미만인 경우 0.25M의 수산화칼륨 및 0.25M의 수산화나트륨을 사용하는 것(실시예 8)이 가장 많은 알칸 및 수소 가스를 생성하였고, 반응시간 4시간 이상인 경우 0.2M의 수산화칼륨 및 0.2M의 수산화나트륨을 사용하는 것(실시예 1)이 가장 많은 알칸 및 수소 가스를 생성하는 것을 확인하였다.

Claims (30)

  1. (1) 양극 및 음극을 포함하는 반응기에 알코올, 석출보조제 및 글리콜류를 포함하는 전해질을 주입하는 단계; 및
    (2) 상기 반응기에 전압을 인가하여 상기 전해질 내에 포함된 글리콜을 전기분해하는 단계;
    를 포함하는 글리콜 환원방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 글리콜류가 C1 ~ C6 글리콜 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 글리콜 환원방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 글리콜류가 에틸렌 글리콜, 폴리 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 헥실렌 글리콜로 이뤄진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 글리콜 환원방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 글리콜류가 폴리에스테르 공정 중 발생하는 폐수에 포함된 것을 특징으로 하는 글리콜 환원방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 알코올은 C1 ~ C5 알코올 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 글리콜 환원방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 알코올이 메탄올인 것을 특징으로 하는 글리콜 환원방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 석출보조제가 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화루비듐(RbOH), 수산화세슘(CsOH) 및 수산화프랑슘(FrOH)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 글리콜 환원방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 석출보조제가 수산화칼륨 및 수산화나트륨이 혼합된 것을 특징으로 하는 글리콜 환원방법.
  9. 알코올, 석출보조제 및 글리콜류를 포함하는 전해질을 포함하는 반응기;
    상기 반응기 내에 구비되며 전해질에 일부 또는 전부 침지된 양극; 및
    상기 반응기 내에 구비되어 양극에 대향되며 전해질에 일부 또는 전부 침지된 음극;
    을 포함하는 글리콜 환원장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 글리콜류가 폴리에스테르 공정 중 발생하는 폐수에 포함된 것을 특징으로 하는 글리콜 환원장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 글리콜류가 C1 ~ C6 글리콜 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 글리콜 환원장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 글리콜류가 에틸렌 글리콜, 폴리 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 헥실렌 글리콜로 이뤄진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 글리콜 환원장치.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 석출보조제가 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화루비듐(RbOH), 수산화세슘(CsOH) 및 수산화프랑슘(FrOH)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 글리콜 환원장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 석출보조제가 수산화칼륨 및 수산화나트륨인 것을 특징으로 하는 글리콜 환원장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 석출보조제가 수산화칼륨 및 수산화나트륨을 수산화칼륨 100 중량부에 대해 100 ~ 300 중량비의 수산화나트륨을 혼합한 것인 것을 특징으로 하는 글리콜 환원장치.
  16. 제 9항에 있어서, 상기 양극과 음극 사이에 이들을 분할하는 이온투과성 격막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 글리콜 환원장치.
  17. 제 9항에 있어서, 상기 알코올은 C1 ~ C5 알코올 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 글리콜 환원장치.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 알코올이 메탄올인 것을 특징으로 하는 글리콜 환원장치.
  19. 제 9항에 있어서, 상기 전해질 100 중량부에 상기 글리콜을 100 ~ 300 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 글리콜 환원장치.
  20. 제 9항 내지 제 19항 중 선택된 어느 한 항에 있어서, 알칸 및 수소가 생성되는 것을 특징으로 하는 글리콜 환원장치.
  21. 제 9항 내지 제 19항 중 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 석출보조제가 전해질 1L당 0.1 ~ 0.6 mol 포함하는 것을 특징으로 하는 글리콜 환원장치.
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