KR101592892B1 - 다단형 이온 트랜지스터 구조를 이용한 고효율 담수화 시스템 및 방법 - Google Patents

다단형 이온 트랜지스터 구조를 이용한 고효율 담수화 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해수 또는 폐수 등의 유체를 나노채널에 통과시켜 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 제거하여 순도 높은 음용수, 생활용수, 공업용수 등을 얻어낼 수 있는 담수화 시스템에 관한 것으로서, 기존의 역삼투압을 이용한 담수화 방식보다 상대적으로 적은 양의 에너지를 투입하면서 낮은 압력 조건에서 빠르게 담수화를 이루어낼 수 있는 고효율 담수화 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은, 해수 또는 폐수 등의 유체를 나노채널에 통과시켜 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 제거하는 담수화 시스템에 있어서, 상기 나노채널은 그 길이방향을 따라 복수 개가 일정 간격을 두고 배열 형성되고, 상기 각각의 나노채널 주변에는 게이트(gate) 전극이 순차적으로 배열 설치되어, 서로 인접된 게이트 전극에 서로 다른 극성의 전압을 인가하여 나노채널의 표면 전위를 순차적으로 제어함으로써, 나노채널을 통과하는 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 순차적으로 걸러내어 담수화를 이루어낼 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

다단형 이온 트랜지스터 구조를 이용한 고효율 담수화 시스템 및 방법{Highly efficient desalination system and method using multi-stage ionic field-effect transistor}
본 발명은 해수 또는 폐수 등의 유체를 나노채널에 통과시켜 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 제거함으로써 순도 높은 담수를 얻어낼 수 있는 담수화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 역삼투압을 이용한 담수화 방식보다 상대적으로 적은 양의 에너지를 투입하여 낮은 압력 조건에서 빠르게 담수화를 이루어낼 수 있는 고효율 담수화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
해수 담수화 기술은 국내외의 물 수요를 해결하고 대체수자원 확보기술을 제공함과 동시에 해외시장을 개척하며 고부가가치의 창출이 가능한 대표적인 기술분야이다. 또한 해수 담수화 기술은 국내외 물부족 지역에 대한 대체수자원 제공의 해결책이 되고 있으며, 특히 환경문제의 논란이 야기되고 있는 댐 공사를 통한 수자원 확보 방안을 대체함으로써 비용을 절감하고 환경적 문제를 개선할 수 있기 때문에 향후에도 그 수요가 지속적으로 증가할 것으로 예상된다.
현재 상업적으로 주로 이용하고 있는 해수 담수화 방법으로는 증발법과 역삼투법을 들 수 있다. 역삼투법은 증발법에 비하여 단위 부피의 물을 생산하기 위한 에너지 필요량이 상대적으로 작기 때문에 최근에는 역삼투법이 널리 사용되고 있다.
이러한 역삼투법을 이용한 해수 담수화 방법에 관한 일 예는 한국 특허등록 제10-1051345호에도 상세하게 개시되어 있는 바, 기존의 역삼투법을 이용한 담수화 방법은 해수나 기수(汽水)에 함유되어 있는 성분을 고분자 분리막(역삼투막)을 이용하여 생산수(또는 처리수)와 농축수로 분리시키며, 생산수는 성분농도를 희석하여 용수 및 음용수로 활용하고 농축수는 다시 바다로 배출하는 수처리 과정을 거치게 된다.
한편, 상기와 같은 역삼투법을 이용한 기존의 담수화 시스템은 유체가 통과되는 나노채널의 내부 유로 직경이 보통 1nm 수준의 작은 직경을 갖는 제올라이트 멤브레인(zeolite membrane)을 사용하고 있다. 그러나, 이와 같은 작은 직경 크기를 갖는 나노채널에 유체를 통과시키기 위해서는 엄청나게 높은 압력이 필요하다. 이는, 수처리 규모가 대용량일 경우 수처리 효율을 현저하게 떨어뜨리는 단점으로 작용하게 되고, 유체에 높은 압력을 가하기 위하여 고가의 장치비용이 추가적으로 투입되어야만 하기 때문에 에너지 효율이 낮은 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 기존의 역삼투 방식을 이용한 담수화 방법의 단점으로 인식되던 낮은 에너지효율을 극복하기 위하여, 유체의 이동 방향을 따라 일정 간격으로 두고 배열된 복수의 나노채널에 게이트 전극을 순차적으로 배열 설치하고, 서로 이웃하는 게이트 전극에 서로 다른 극성의 전압을 인가하여 나노채널의 표면 전위를 능동적으로 제어함으로써 낮은 압력 하에서 빠르게 담수화를 이루어낼 수 있는 고효율 담수화 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
특히, 각각의 나노채널에 설치되는 게이트 전극을 나노채널을 사이에 두고 서로 마주보는 위치에 한 쌍으로 설치한 이중 게이트 구조로 구성하거나, 또는 게이트 전극을 나노채널을 감싸는 형태로 설치한 전방위 게이트 구조로 구성함으로써, 불순물 이온의 제거 성능을 높여 담수화 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 고효율 담수화 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 해수 또는 폐수 등의 유체를 나노채널에 통과시켜 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 제거하는 담수화 시스템에 있어서, 상기 나노채널은 그 길이방향을 따라 복수 개가 일정 간격을 두고 배열 형성되고, 상기 각각의 나노채널 주변에는 게이트(gate) 전극이 순차적으로 배열 설치되어, 서로 인접된 게이트 전극에 서로 다른 극성의 전압을 인가하여 나노채널의 표면전위를 순차적으로 제어함으로써, 나노채널을 통과하는 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 순차적으로 걸러내어 담수화를 이루어낼 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 게이트 전극은 각 나노채널 주변에 복수 개가 서로 마주보는 형태로 배치될 수 있다.
또는, 상기 게이트 전극은 각 나노채널 주변을 둘러싸는 형태로 배치될 수도 있다.
한편, 상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 형태에 따른 담수화 시스템은, 게이트 전극 내에 복수의 나노채널이 일정 간격을 두고 하나의 다발 형태를 이루며 형성된 나노채널 군(群)이 유체의 이동방향을 따라 일정 간격을 두고 복수 개 배열되어, 서로 인접된 나노채널 군의 각 게이트 전극에 서로 다른 극성의 전압을 인가하여 나노채널의 표면전위를 순차적으로 제어함으로써, 나노채널을 통과하는 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 순차적으로 걸러내어 담수화를 이루어낼 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 해수 또는 폐수 등의 유체를 나노채널에 통과시켜 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 제거하는 담수화 방법은, 복수 개가 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 배열된 나노채널 구조에서, 서로 인접된 나노채널 주변에 배치된 각각의 게이트 전극에 서로 다른 극성의 전압을 인가하여 나노채널의 표면전위를 순차적으로 제어함으로써, 나노채널을 통과하는 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 순차적으로 걸러내어 담수화를 이루어내는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 담수화 시스템에 따르면, 유체의 이동 방향을 따라 일정 간격으로 배열된 복수의 나노채널에 게이트 전극을 순차적으로 배열 설치하고, 서로 이웃하는 게이트 전극에 서로 다른 극성의 전압을 인가하여 나노채널의 표면 전위를 순차적으로 제어함으로써 나노채널 표면에서 발생하는 디바이 차폐(debye screening) 효과를 통해 유체 중에 포함된 불순물 이온을 순차적으로 제거하여 낮은 압력 조건 하에서 빠르게 담수화를 이루어낼 수 있는 장점이 있다.
특히, 게이트 전극을 통해 나노채널 표면에 인가되는 표면 전위에 의해 발생되는 디바이 차폐 효과를 이용하여 이온성 불순물을 순차적으로 걸러낼 수 있도록 되어 있기 때문에, 기존의 역삼투압 방식보다 상대적으로 나노채널의 내부 유로 직경을 크게 유지하면서도 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 효과적으로 걸러낼 수 있고, 이로 인해 유체를 나노채널에 통과시키기 위하여 큰 압력 투입이 필요치 않아, 기존과 같이 유체에 높은 압력을 가하기 위한 추가적인 장치비용이 발생되지 않고, 적은 양의 에너지를 투입하면서도 담수화 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
아울러, 각각의 나노채널에 설치되는 게이트 전극을 나노채널을 사이에 두고 서로 마주보는 위치에 한 쌍으로 설치한 이중 게이트 구조로 구성하거나, 또는 게이트 전극을 나노채널을 감싸는 형태로 설치한 전방위 게이트 구조로 구성함으로써, 불순물 이온의 제거 성능을 한층 높여 담수화 효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 액체-고체 계면에서의 디바이 차폐(Debye screening) 효과에 따른 선택적 이온 형성과정을 설명하는 개념도.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 나노채널에 게이트 전극이 설치된 담수화 시스템을 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 담수화 시스템을 도시한 것으로서, 나노채널 주변에 이중 게이트가 설치된 담수화 시스템을 보여주는 개념도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 담수화 시스템을 도시한 것으로서, 게이트 전극이 나노채널 주변을 전방위로 감싸도록 설치된 담수화 시스템을 보여주는 개념도.
도 5는 도 4의 담수화 시스템의 단면 구조를 도시한 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 담수화 시스템에서 게이트 전극을 통해 인가되는 표면 전위에 의한 이온성 불순물 제거 과정에 적용되는 기본원리를 설명하기 위한 것으로서, 액체-고체 계면에서의 디바이 차폐(Debye screening)에 따른 선택적 이온 형성과정을 설명하는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 양이온 및 음이온을 함유한 액체(Bulk liquid)와 고체(Solid) 사이의 계면(S)에 있어서, 고체의 표면에 (-)극성의 전압이 인가될 경우, 도 1의 오른쪽 그림과 같이, 고체의 표면에는 인가된 전압과 반대되는 극성을 갖는 양이온(+)이 인력에 의해 끌어 당겨져서 모여들게 되고, 인가된 전압과 동일한 극성의 음이온(-)은 척력에 의해 고체의 표면으로부터 밀려나가는 현상이 발생된다. 이때, (-)극성의 전압이 인가된 고체의 표면(S) 부근에서는 인가된 전하량만큼 양이온(+)들이 모여들어 밀집된 상태로 재배치되기 때문에 전기적으로 중성을 유지하게 된다.
이와 같이 이온(양이온 및 음이온)이 포함된 액체 내에서 전압을 인가하여 전기장을 발생시킬 경우, 액체 내부의 이온들이 전압이 인가된 고체 표면으로 모여들어 표면상에 재배치되어 전기적 중성을 유지하도록 함으로써 전기장을 없애려는 성질을 갖게 되는데, 이러한 현상을 디바이 차폐(Debye screening 또는 Debye shielding)라고 한다. 그리고, 이러한 영향력이 미치는 범위를 디바이 길이(Debye length)라고 한다.
상기와 같은 디바이 차폐 현상이 발생할 경우, 고체의 표면(S)으로부터 일정한 높이(L), 즉 디바이 길이(Debye length) 범위까지는 고체 표면에 인가된 전압의 극성(-)과 반대되는 극성(+)을 갖는 이온들만이 존재하게 된다. 이때, 고체 표면에 모여져 쌓이게 되는 이온들의 적층 높이(L)는 고체의 표면(S)으로부터 대략 100nm 이내의 범위 내에 존재하게 된다.
이와 같이 전기장 인가시 디바이 차폐 효과가 미치는 디바이 길이 범위(L = 1~100nm) 내에 나노채널의 유로 폭이 존재하도록 설정하고, 복수의 나노채널 주변에 설치된 각각의 게이트 전극에 서로 다른 극성의 전압을 인가하여 나노채널 표면 전위를 능동적으로 제어하게 되면, 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 낮은 압력 하에서 빠르게 걸러내어 효율적으로 담수화시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 담수화 시스템을 도시한 것으로서, 일정 간격으로 이격된 2개의 나노채널 주변에 게이트 전극이 구비된 담수화 시스템을 보여주는 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다단식 이온 트랜지스터를 이용한 담수화 시스템(100)은 유체(해수 또는 폐수)의 이동 방향을 따라 2개의 나노채널(10)(20)이 일정 간격을 두고 배열 설치되고, 각각의 나노채널(10)(20) 주변에는 게이트 전극(Gate electrode)(12)(14)이 설치된다.
해수 또는 폐수 등에는 각종 이온성 불순물들, 즉 비산화/환원성 유기 또는 무기성 음이온 및 양이온 들이 포함되어 있는데, 이러한 이온성 불순물로는, 예를 들면, OH-, Cl-, F-, HCO3- 등과 같은 음이온이나, Li+, Na+, K+,, Cu2+, Fe2+, Pb2+, Cd2+ 등과 같은 양이온이 있다.
이때, 상기 각각의 나노채널(10)(20)에 구비되는 게이트 전극(12)(14)은 나노채널(10)(20)의 표면(내벽면)과 인접된 위치상에 배치되며 나노채널(10)(20)의 길이방향을 따라 길게 배치된 구조를 갖는다.
이와 같은 구조로 배치된 각각의 게이트 전극(12)(14)에는 도시되지 않은 제어부를 통해 서로 다른 극성을 갖는 전압이 인가된다. 예를 들어, 제1나노채널(10)에 배치된 제1게이트 전극(12)에 (+)전압이, 제2나노채널(20)에 배치된 제2게이트 전극(14)에 (-)전압이 인가될 수 있고, 또는, 상기와 반대로 제1게이트 전극(12)에 (-)전압이, 제2게이트 전극(14)에 (+)전압이 인가되도록 제어할 수 있다. 아울러, 상기 제어부를 통해 상기 제1게이트 전극(12)과 제2게이트 전극(14)에 인가되는 전압의 크기를 제어할 수도 있다.
또한, 상기 나노채널(10)(20)의 내부 폭(L)은, 전술된 도 1에서 설명한 바와 같이, 게이트 전극(12)(14)에 전압 인가시 나노채널(10)(20) 표면(내벽면)에 포집된 이온들에 의한 디바이 차폐(Debye screening) 효과가 발생될 수 있도록 디바이 길이(Debye length) 범위(L = 1~100nm) 내에서 설정된다.
즉, 상기 나노채널(10)(20)의 유로 폭(L)은 디바이 차폐 효과에 의해 인가된 표면 전위와 반대되는 극성의 이온만이 선택적으로 모아져 재배치될 수 있도록 1 ~ 100nm 범위 내에 존재하도록 그 내부 유로 폭(L)이 설정되는데, 이때, 유체(해수)에 낮은 압력을 가하여 유체가 나노채널(10)(20) 내부를 손쉽게 통과할 수 있도록 나노채널(10)(20)의 내부 폭(L)을 최대한 크게 형성하는 것이 바람직하다.(예를 들어, 100nm)
여기서, 나노채널(10)(20)의 내부 유로 폭(L)을 수 nm 정도의 크기로 작게 형성할 경우, 디바이 길이가 짧아지기 때문에 나노채널(10)(20) 표면에는 인가된 전위와 반대되는 극성을 갖는 이온이 많은 양으로 포집되고, 이로 인해 인가된 전위와 동일 극성을 갖는 이온이 나노채널(10)(20) 내부로 들어올 수 없게 된다. 이에 따라, 나노채널(10)(20)의 출구측으로 배출되는 유체에는 인가된 전위와 반대되는 극성을 갖는 이온만이 존재하여 불순물 이온의 제거 효율이 증가된다. 반면, 나노채널(10)(20)의 유로 폭이 좁기 때문에 유체를 통과시키기 위한 높은 압력이 필요하다.
이와 반대로, 나노채널(10)(20)의 내부 유로 폭(L)을 100 nm 정도의 크기로 크게 형성할 경우, 디바이 길이가 길어지기 때문에, 나노채널(10)(20) 내부에는 인가된 전위와 반대되는 극성을 갖는 이온들과 더불어 인가된 전위와 동일한 극성을 갖는 이온들이 일부 포함될 수 있다. 이에 따라, 나노채널(10)(20)의 출구측으로 배출되는 유체 에는 인가된 전위와 반대되는 극성을 갖는 이온들과 더불어 인가된 전위와 동일한 극성을 갖는 일부 이온들이 포함되어 불순물 이온의 제거 효율이 다소 떨어질 수 있다. 반면, 나노채널(10)(20)의 유로 폭이 넓기 때문에 상대적으로 낮은 압력으로도 나노채널(10)(20) 내부로 유체를 쉽게 통과시킬 수 있다.
이러한 경우, 불순물 이온의 제거 효율을 높이기 위하여, 전술된 구조와 같은 게이트 전극이 설치된 나노채널의 개수를 2개 이상으로 늘려서 각각의 나노채널에 설치된 게이트 전극을 통해 전술한 과정과 같은 불순물 이온 제거 과정을 여러 번 반복적으로 수행하도록 함으로써, 유체 중에 포함된 불순물 이온을 완벽하게 제거할 수 있다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 담수화 시스템(100)에 의한 해수의 담수화 방법을 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2의 (A) 영역은 불순물 이온(양이온 또는 음이온)이 섞여 있는 해수가 저장된 영역이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 담수화 시스템(100)에 있어서, 제1나노채널(10)에 구비된 제1게이트 전극(12)에는 (+) 전압이 인가되고, 제2나노채널(20)에 구비된 제2게이트 전극(14)에는 (-) 전압이 인가된다. 이렇게 되면, (+)로 대전된 제1나노채널(10)의 표면(내벽면)에는 전기적인 인력에 의해 (-)극성을 갖는 이온들이 모여들어 일정 높이로 재배치된다. 이러한 경우, 제1나노채널(10) 표면에 인가된 전압(+)과 동일한 극성을 갖는 (+)극성의 이온들은 반발력에 의해 제1나노채널(10) 내부로 유입되지 못하게 되고 제1나노채널(10)의 표면에는 (-)극성의 이온들만이 존재하게 된다.
이와 같은 이온들의 배치 상태에서, (A) 영역에 저장된 유체에 일정한 압력을 가하게 되면, 제1나노채널(10)의 표면에 모여있던 (-)극성의 이온들만이 유체의 압력에 의해 제1나노채널(10) 출구측으로 밀려나오게 된다. 즉, 제1게이트 전극(12)에 인가된 전압과 동일한 극성을 갖는 (+)이온들은 제1나노채널(10)을 통과하지 못하고, 제1게이트 전극(12)에 인가된 전압과 반대되는 극성을 갖는 (-)이온들만이 제1나노채널(10)을 통과되어, 제1나노채널(10)의 출구측에 위치한 (B) 영역에는 (+)극성의 불순물 이온들이 걸러진 상태의 유체가 모아지게 된다.
그리고, (B) 영역에 저장된 다량의 (-)이온만을 포함한 유체가 제2나노채널(20) 내부를 통과하는 과정에서 제2나노채널(20) 표면에 인가된 (-)전압과 동일한 극성을 갖는 (-)극성의 이온들은 제2나노채널(20)을 통과하지 못하고 걸러지게 됨으로써, 제2나노채널(20)의 출구측에 위치한 (C) 영역에서는 (-)극성의 불순물 이온들이 걸러진 중성 상태의 순도 높은 담수가 얻어지게 되는 것이다.
상술한 바와 같이, 제1나노채널(10)에 구비된 제1게이트 전극(12)과 제2나노채널(20)에 구비된 제2게이트 전극(14)에 서로 다른 극성의 전압을 인가하여 나노채널(10)(20)의 표면 전위를 능동적으로 제어해 줌으로써, 이온성 불순물을 포함한 유체가 제1나노채널(10)을 통과하는 과정에서 (+)극성의 불순물 이온들이 먼저 걸러지고, 다음으로, 제2나노채널(20)을 통과하는 과정에서 (-)극성의 불순물 이온들이 순차적으로 걸러지게 되어, 최종적으로 이온성 불순물이 포함되지 않은 순도 높은 깨끗한 담수를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 담수화 시스템(100)은 2개의 게이트 전극(12)(14)에 서로 다른 극성의 전위를 인가하여 나노채널(10)(20) 표면 전위를 제어함으로써, 나노채널(10)(20) 내부에서 발생되는 디바이 차폐 효과를 이용하여 이온성 불순물들을 순차적으로 걸러낼 수 있기 때문에, 기존의 역삼투압 방식보다 나노채널의 내부 직경을 크게 유지하면서 유체 중에 포함된 이온성 불순물들을 효과적으로 걸러낼 수 있는 장점이 있다. 이로 인해 유체를 나노채널(10)(20) 내부로 통과시키기 위해 큰 압력 투입이 필요치 않게 되어, 유체에 높은 압력을 가하기 위한 추가적인 장치가 설치될 필요가 없고, 적은 양의 에너지를 투입하고서도 담수화 효율을 높일 수 있는 장점을 갖는다.
한편, 도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 담수화 시스템의 구성을 예시한 개념도이다.
본 발명의 제2실시 예에 의한 따른 담수화 시스템은, 도 3에서 보는 바와 같이, 제1나노채널(10)에 구비되는 한 쌍의 제1게이트전극(12)(13)과 제2나노채널(20)에 구비되는 한 쌍의 제2게이트전극(14)(15)이 각각 나노채널(10)(20)을 사이에 두고 서로 마주보는 형태로 배치되도록 구성된다. 이와 같이, 제1나노채널(10)에 구비되는 제1게이트전극(12)(13)과 제2나노채널(20)에 구비되는 제2게이트전극(14)(15)을 한 쌍으로 이루어진 이중 게이트 전극 구조로 구성함으로써, 상기 각각의 나노채널(10)(20)에 배치된 한 쌍의 게이트 전극(12,13)(14,15)을 통해 보다 많은 양의 표면 전위를 인가할 수 있기 때문에, 하나의 나노채널에 하나의 게이트 전극이 설치된 전술된 도 2와 같은 담수화 시스템 구조보다 더욱 높은 이온제거 성능을 발휘하여 담수화 효율을 극대화시킬 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 담수화 시스템의 구성을 보여주는 개념도이고, 도 5는 도 4의 담수화 시스템의 단면 구조를 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3실시 예에 따른 담수화 시스템은, 원통형 본체(50) 내부에 원기둥 모양을 갖는 게이트 전극 내에 복수의 나노채널이 일정 간격을 두고 다발 형태를 이루며 배열된 나노채널 군(群)이 유체의 이동방향을 따라 일정 간격을 두고 2단으로 배열된 형태를 갖는다.
즉, 제1나노채널군(30)은 원통 형상을 갖는 복수의 제1나노채널(32)이 일정 간격을 두고 다발 형태를 이루며 배열되고, 상기 복수의 제1나노채널(32) 주변을 감싸도록 제1게이트 전극(34)이 설치된 구조를 갖는다.
상기 제1나노채널군(30)으로부터 일정거리 떨어진 후방측(하류측)에는 상기 제1나노채널군(30)과 동일하게, 복수의 제2나노채널(42) 주변을 제2게이트전극(44)으로 둘러싼 형태로 이루어진 제2나노채널군(40)이 구비된다.
그리고, 상기 본체(50)에는 상류 측에 해수 또는 폐수와 같은 유체가 유입되는 유입구(51)가 형성되고, 하류 측에는 상기 제1나노채널군(30) 및 제2나노채널군(40)을 거쳐 정화된 담수가 배출되는 배출구(55)가 형성된다.
여기서, 제1나노채널군(30)에 구비된 제1게이트전극(34)에 (-)전압을 인가하고, 제2나노채널군(40)에 구비된 제2게이트전극(44)에 (+)전압을 인가하게 되면, 전술된 도 2의 담수화 시스템에서와 같은 전기화학적 메커니즘에 의해, 본체(50)의 유입구(51)를 통해 유입된 이온성 불순물이 포함된 해수가 제1나노채널군(30)의 상류 측에 위치한 제1공간(52)에 체류한 후, 제1나노채널군(30)의 복수의 제1나노채널(32)을 통과하면서 (-)극성의 불순물 이온들이 걸러져 하류 측 제2공간(63)에서는 (+)극성의 이온들만 남게 되고, 다음으로 제2나노채널군(40)의 복수의 제2나노채널(42)를 통과하면서 다시 (+)극성의 불순물 이온들이 순차적으로 걸려지게 된 다음, 하류 측 제3공간(54)에 체류한 후 본체(50)의 배출구(55)를 통해 배출됨으로써, 최종적으로 불순물 이온들을 포함하지 않은 순도 높은 담수를 효과적으로 추출해낼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
10,32 : 제1나노채널 12,13,34 : 제1게이트 전극
14,15,44 : 제2게이트 전극 20,42 : 제2나노채널
30 : 제1나노채널군 40 : 제2나노채널군
100 : 담수화 시스템

Claims (7)

  1. 해수 또는 폐수 등의 유체를 나노채널에 통과시켜 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 제거하는 담수화 시스템에 있어서,
    상기 나노채널은 그 폭이 디바이 길이 이하로서 길이방향을 따라 복수 개가 일정 간격을 두고 배열 형성되고, 상기 각각의 나노채널 주변에는 게이트(gate) 전극이 각 나노채널 주변을 둘러싸는 형태로 순차적으로 배열 설치되어, 서로 인접된 게이트 전극에 서로 다른 극성의 전압을 인가하여 나노채널의 표면전위를 순차적으로 제어함으로써, 나노채널을 통과하는 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 순차적으로 걸러내어 담수화를 이루어낼 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 다단형 이온 트랜지스터 구조를 이용한 담수화 시스템
  2. 제1항에 있어서, 상기 게이트 전극은 각 나노채널 주변에 복수 개가 서로 마주보는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 다단형 이온 트랜지스터 구조를 이용한 담수화 시스템
  3. 삭제
  4. 해수 또는 폐수 등의 유체를 나노채널에 통과시켜 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 제거하는 담수화 시스템에 있어서,
    게이트 전극 내에 디바이 길이 이하의 폭을 가진 복수의 나노채널이 일정 간격을 두고 하나의 다발 형태를 이루며 형성된 나노채널 군(群)이 유체의 이동방향을 따라 일정 간격을 두고 복수 개 배열되어, 서로 인접된 나노채널 군의 각 게이트 전극에 서로 다른 극성의 전압을 인가하여 나노채널의 표면전위를 순차적으로 제어함으로써, 나노채널을 통과하는 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 순차적으로 걸러내어 담수화를 이루어낼 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 다단형 이온 트랜지스터 구조를 이용한 담수화 시스템
  5. 해수 또는 폐수 등의 유체를 나노채널에 통과시켜 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 제거하는 담수화 방법에 있어서,
    복수 개가 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 배열된 나노채널 구조에서, 서로 인접된 나노채널 주변에 배치된 각각의 게이트 전극에 서로 다른 극성의 전압을 인가하여 나노채널의 표면전위를 순차적으로 제어함으로써, 디바이 길이 이하의 폭을 가진 나노채널을 통과하는 유체 중에 포함된 이온성 불순물을 순차적으로 걸러내어 담수화를 이루어내는 것을 특징으로 하는 다단형 이온 트랜지스터 구조를 이용한 담수화 방법
  6. 제5항에 있어서, 상기 게이트 전극은 각 나노채널 주변에 복수 개가 서로 마주보는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 다단형 이온 트랜지스터 구조를 이용한 담수화 방법
  7. 제5항에 있어서, 상기 게이트 전극은 각 나노채널 주변을 둘러싸는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 다단형 이온 트랜지스터 구조를 이용한 담수화 방법
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