KR101629171B1 - 다양한 대기오염물질의 효율적인 처리방안으로 양극 반쪽반응과 음극 반쪽반응을 동시에 활용하는 전해시스템 - Google Patents

다양한 대기오염물질의 효율적인 처리방안으로 양극 반쪽반응과 음극 반쪽반응을 동시에 활용하는 전해시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 격막셀을 이용하는 전해시스템은 양극부, 음극부, 양극부와 음극부를 구획하는 분리막을 가지며, 상기 양극부는 양극, 양극실, 및 양극탭을 구비하고, 상기 음극부는 은으로 이루어지는 음극, 음극실, 및 음극탭을 구비하며, 상기 양극부의 양극실은 제1매개체 및 제1대기오염물질이 반응하는 양극액을 포함하고, 상기 음극부의 음극실은 제2매개체 및 제2대기오염물질이 반응하는 음극액을 포함하고, 상기 제1대기오염물질은 양극 반쪽반응에 의해, 상기 제2대기오염물질은 음극 반쪽반응에 의해 처리되는 것을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 격막셀을 이용하는 전해시스템은 전해셀의 양극 반쪽반응과 음극 반쪽반응을 동시에 이용하여 대기오염물질을 효과적으로 제거할 수 있고, 한 종류의 반응으로만 처리가 어려운 대기오염물질을 각기 다른 특성의 매개체와 동시 혹은 순차적으로 반응하여 대기오염물질의 제거가 더욱 향상될 수 있다.

Description

다양한 대기오염물질의 효율적인 처리방안으로 양극 반쪽반응과 음극 반쪽반응을 동시에 활용하는 전해시스템 {Electrochemical system by using both anodic half reaction and cathodic half reaction simultaneously for the effective treatment of various air pollutants}
본 발명은 전해셀의 양극 반쪽반응과 음극 반쪽반응을 동시에 이용하여 대기오염물질을 효과적으로 제거하는 전해시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 한 종류의 반응으로만 처리가 어려운 대기오염물질을 각기 다른 특성의 매개체와 동시 혹은 순차적으로 반응하여 대기오염물질의 제거가 더욱 향상되는 전해시스템의 개발 및 운전에 관한 것이다.
산업 전반에 걸쳐 화석연료의 사용은 수많은 종류의 유/무기 화합물질들이 배출가스나 폐수 같은 형태로 대기나 토양, 물로 배출됨으로써 수많은 환경문제가 발생하여 사회적문제로 대두되기 시작했다. 특히 대기오염은 그 영향이 한 지역이나 국가만의 국한된 문제가 아닌 국제적인 문제로 현재 가장 이슈가 되고 있는 지구 온난화를 통해 잘 보여주고 있어 전 세계적으로 대기오염의 중요성은 더욱 부각되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 전기화학적 공정을 들 수 있는데(대한민국공개특허공보 제2006-0105969호), 기존 패러다임의 기술과 근본적으로 다른 방법으로, 이는 처리하고자하는 물질이 함유된 전해질을 사이에 두고 양극과 음극의 산화/환원 반응을 이용하여 전기화학적 반응을 일으킴으로써 유해물질을 제거하거나 무해한 성분으로 변화시키는 공정이다.
또한 상기 전기화학적 처리공정은 전기화학적 산화법, 전기화학적 환원법으로 구분할 수 있으며, 전기화학적 산화법은 직접 전기화학적 산화와 간접 전기화학적 산화로 나눌 수 있다.
상기 간접 전기화학적 산화 공정은 간접산화를 이용하여 유기화합물을 분해 또는 제거하는 공정으로 전기화학적 매개산화(MEO: Mediated Electrochemical Oxidation)공정으로 불리어진다. 전기화학적 매개산화공정은 전해조의 양극에서 매개 물질을 산화시키고, 산화된 매개 물질은 전해질의 bulk 내에서 유기물을 산화시켜 분해하는 수용성 공정이다. 이 공정을 통해 유기물은 거의 파괴되고, 궁극적으로는 유기물 중의 탄소와 수소가 이산화탄소와 물로 전환되어 대부분 무기물화시킨다. 이때 환원된 산화제는 또 다시 전극표면에서 산화됨으로써 재생되고 연속적으로 유기물과 반응하게 되는 원리를 이용하고 있다 (대한민국공개특허공보 제2006-0105969호, 대한민국공개특허공보 제2004-0012770호, 일본공개특허공보 제1998-500900호).
다만, 상기 매개산화공정에 있어, 확보된 일렉트로 스크러빙(Electro-Scurbbing) 기술은 전해셀의 반쪽 부분인 양극에서 일어나는 산화반응만을 활용하는 기술로써, 나머지 반쪽 부분인 음극에서 일어나는 환원반응은 이용하지 못하고 있으며, 산화가 쉽지 않은 할로겐화합물, VOCs, NO2와 같은 대기오염물질이 제한되는 문제점이 있다. 다시 말하면, 유기염과 같은 오염물질은 매개산화공정(MEO)에 적용이 힘들며, 오히려 매개환원공정(mediated electrochemical reduction, MER)에서 분해 또는 제거가 가능하다.
현재까지 양극 반쪽반응(anodic half reaction)과 음극 반쪽반응(cathodic half reaction)을 동시에 이용하여 매개산화공정(MEO) 및 매개환원공정(MER)을 수행하는 연구는 확인된 바 없다.
이에 본 발명자는 음극액 부분의 환원반응을 활용하는 매개금속 환원(MER)공정을 더욱 연구하여, 매개산화공정(MEO)과 조합함으로써 산화반응과 환원반응 전체를 활용할 수 있고, 상기 반응에서 필히 발생하는 매개 금속 이온의 전착 문제를 해결할 수 있는 안정적인 매개체를 제공하고, 상기 반응에서 산화반응과 환원반응의 효율이 증가하고, 더욱이 다양한 대기오염물질을 연속적으로 처리할 수 있는 전해시스템을 제공하고자 한다.
대한민국공개특허공보 제2006-0105969호 (2006.10.12) 대한민국공개특허공보 제2004-0012770호 (2004.02.11) 일본공개특허공보 제1998-500900호 (1998.01.27)
본 발명은 매개산화공정(MEO)와 매개환원공정(MER)을 모두 수행하고, 대기오염물질의 제거 효율이 우수하며, 다양한 대기오염물질을 제거할 수 있는 격막셀을 이용하는 전해시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 전해시스템을 이용한 대기오염물질의 제거방법을 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
격막셀을 이용하는 전해시스템으로서, 양극부, 음극부, 양극부와 음극부를 구획하는 분리막을 가지며, 상기 양극부는 양극, 양극실, 및 양극탭을 구비하고, 상기 음극부는 은으로 이루어지는 음극, 음극실, 및 음극탭을 구비하며, 상기 양극부의 양극실은 제1매개체 및 제1대기오염물질이 반응하는 양극액을 포함하고, 상기 음극부의 음극실은 제2매개체 및 제2대기오염물질이 반응하는 음극액을 포함한다.
또한, 상기 제1대기오염물질은 양극 반쪽반응에 의해, 상기 제2대기오염물질은 음극 반쪽반응에 의해 처리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 음극액은 알칼리 전해질일 수 있다. 구체적으로 상기 음극액의 pH는 13 이상이면 반쪽반응 측면에서 좋을 수 있고, 더불어 상술한 양극액의 pH가 1 이하이면, 본 발명의 목적 달성에 더욱 좋을 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 제1매개체와 상기 제2매개체는 산화수가 서로 상이한 동종의 착화물일 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 제1매개체는 코발트 착화물이고, 상기 제2매개체는 코발트 및 니켈에서 적어도 하나 이상 선택되는 착화물인 것이 본 발명의 목적달성에 좋으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 분리막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판틀형으로 이루어지고, 상기 분라막의 전면은 양극과 대향하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 분리막은, 크게 한정하지는 않으나, 설포네이트, 카르복실레이트 및 포스페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 이온성 관능기를 포함하는 나피온 고분자 분리막인 것이 본 발명의 목적 달성에 좋다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 크게 한정하지는 않으나 상기 양극은 백금으로 이루어지는 것이 좋다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 격막셀은 양극부, 음극부, 분리막을 포함하는 관형(tubular type)으로 이루어지면 좋고, 상기 분리막은 양이온 교환 성능을 갖는 다공성 세라믹 막일 수 있다.
또한 본 발명은 상기 제1매개체의 산화반응에 의해 상기 제1대기오염물질이 제거되고, 동시에 상기 제2매개체의 환원반응에 의해 상기 제2대기오염물질이 제거될 수 있다.
또한 본 발명은 상기 제1매개체의 산화반응에 의해 상기 제1대기오염물질이 제거된 후, 상기 제2매개체의 환원반응에 의해 상기 제2대기오염물질이 제거될 수 있다. 이와 다르게, 상기 제2매개체의 환원반응에 의해 상기 제2대기오염물질이 제거된 후, 상기 제1매개체의 산화반응에 의해 상기 제1대기오염물질이 제거될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
또한 본 발명은 상기 제1대기오염물질은 폐놀계 화합물을 포함할 수 있고, 상기 제2대기오염물질은 유기염소 화합물을 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 상술한 격막셀의 하단부에 초음파 혼합기를 구비함으로써, 본 발명의 목적달성에 더욱 좋을 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
또한 본 발명의 전해시스템은 상기 양극실과 연통되며, 양극액을 주입 및 배출하는 양극탱크; 및 상기 음극실과 연통되며, 음극액을 주입/배출하는 음극탱크;를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 양극탱크 및 음극탱크는 상단부에 상호 독립적으로 배출구를 구비할 수 있고, 상기 배출구와 연통되는 적어도 하나의 일렉트로 스크러버(Electro-Scrubber)를 더 포함할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상술한 전해시스템을 이용한 대기오염물질의 제거방법, 물품 또한 개시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대기오염물질의 제거방법은, 상술한 전해시스템을 이용한 대기오염물질의 제거방법에 있어서, a) 제1매개체의 전구체를 산성인 양극액에, 제2매개체의 전구체를 염기성인 음극액에 각각 투입 및 용해하여, 상기 제1매개체를 함유하는 제1용액 및 제2매개체를 함유하는 제2용액을 제조하는 단계;
b) 상기 제조된 제1용액을 양극실에 및 음극실에 각각 투입한 후 격막셀에 전류를 인가함으로써, 상기 제1매개체가 산화되고 상기 제2매개체가 환원되는 매개체의 산화/환원 단계; 및
c) 상기 산화된 제1매개체를 포함하는 양극실에 제1대기오염물질을 주입시킨후 양극 반쪽반응하고, 상기 환원된 제2매개체를 포함하는 음극실에 제2대기오염물질을 주입시킨후 음극 반쪽반응함으로써, 상기 제1대기오염물질 및 제2대기오염물질이 제거되는 단계;를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 양극액은 황산, 상기 음극액은 수산화나트륨을 포함하되, 상기 황산 및 수산화나트륨의 몰비는 4:6 내지 1:9 인 것이 매개체의 생성율 상승에 좋으나, 이에 한정하지 않는다.
또한, 상기 b) 단계의 전류 밀도는 1 내지 100 mA/cm2 이면 좋으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
또한, 상기 b)단계시 전류를 인가함과 동시에 초음파를 인가하고, 상기 c)단계에서 수득한 용액을 b)단계의 양극실 및 음극실에 상호 독립적으로 투입하는 것이 본 발명에 따른 대기오염물질의 연속적인 제거에 좋으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 따른 격막셀을 이용하는 전해시스템은 산화 및 환원 반응이 가역적으로 반복 가능하며, 매개산화공정(MEO)와 매개환원공정(MER)을 동시에 수행함으로, 다양한 대기오염물질을 동시에 처리할 수 있는 장점이 있다.
더불어, 본 발명은 종래의 음극액 부분의 에너지를 거의 활용하지 못하는 기술적 한계를 극복함으로써, 인가되는 전기 에너지가 오염물질의 제거에 대부분 사용될 수 있어, 기존 기술 대비 두 배에 가까운 에너지 전환효율을 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래의 매개환원반응에서 사용되는 고가의 환원제를 사용하지 않으므로, 경제적 장점이 있다.
또한 본 발명은 본 발명의 전해시스템을 응용한 제조방법, 시스템을 제공함으로써, 기존 환경기술들의 문제점을 극복할 수 있는 지속가능 한 녹색기술, 즉 저온, 상압에서 청정에너지 사용으로 온실가스 배출을 저감하고 산화제나 화학약품의 추가 공급이 필요치 않아 2차 오염물의 배출이 없는 zero emission 기술의 개발으로의 가이드라인을 제시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전기화학셀의 개략적인 구성을 도시한 모식도이며,
도 2는 종래의 매개 산화 공정을 수행하는 장치를 도시한 모식도이며,
도 3은 실시예 1에 따른 대기오염물질의 매개 산화/환원 장치를 도시한 모식도이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대기오염물질의 제거방법을 도시한 공정도이며,
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 매개 금속 이온의 농도를 도시한 그래프이며,
도 6는 본 발명의 실시예 1에 따른 매개 금속 이온의 산화/환원율을 도시한 그래프이며,
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 대기오염물질의 제거 결과를 도시한 그래프이며,
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 대기오염물질의 제거 결과를 도시한 FTIR 그래프이며,
도 9은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 매개 금속 이온의 산화/환원율을 도시한 그래프이다.
이하 본 발명의 전해시스템에 관하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예 및 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 이하에서는 이해를 돕기 위해 동일한 부재에 대해서는 동일한 부재 번호를 사용한다. 본 명세서에서 "연결된다"는 직접 연결되는 경우 뿐만 아니라 중간에 다른 부재를 매개로 연결되는 경우도 포함한다.
본 발명을 상술함에 있어, 용어 "격막셀"은 양극실과 음극실 사이에 구비되는 격막 또는 분리막을 가지는 전해셀을 의미하며, 이에 본 발명의 격막셀을 이용하는 전해시스템은 양극과 음극을 포함하는 2전극 시스템을 지칭할 수 있다.
본 발명을 상술함에 있어, 용어 "대기오염물질"은 제1대기오염물질과 제2대기오염물질으로 구분되어 포함하며, 제1대기오염물질은 산성 수용액에 녹을 수 있는 유체를 포함하며, 제2대기오염물질은 염기성 수용액에 녹을 수 있는 유체를 포함하나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
본 발명을 상술함에 있어, 용어 "매개산화반응(MEO)"은 양극 주변에서 분자간의 전자 교환을 의미할 수 있다. 구체적인 일 예로, 매개산화반응은 매개체의 금속 이온을 양극 주변에서 전자를 잃게 하여 높은 산화가로 전이시키는 반응을 의미할 수 있다.
본 발명을 상술함에 있어, 용어 "매개환원반응(MER)"은 음극 주변에서 분자간의 전자 교환을 의미할 수 있다. 구체적인 일 예로, 매개환원반응은 전기활성촉매의 금속 이온을 음극 주변에서 전자를 받게 하여 낮은 산화가로 전이시키는 반응을 의미할 수 있다.
본 발명을 상술함에 있어, 용어 "매개체"는 양극 또는 음극 주변에서 직접 전자의 수수를(산화 또는 환원) 받아 전기화학 반응에 관여할 수 있는 물질을 의미할 수 있다. 구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 매개체는 [Mx +(HA)]y (z) -, [M(x-1)+(HA)]y (z+1)- 등으로 표현될 수 있다. 여기서 x는 1 내지 6의 자연수를 의미하고, y는 1 내지 10의 자연수를 의미하고, z는 1 내지 10의 자연수를 의미한다.
또한, 상기 화학식에서 M은 전이금속을 의미할 수 있고, M(x-1)+ 는 환원되어 활성화된 금속 이온 또는 금속을 의미할 수 있고, M(x)+ 는 산화된 금속 이온을 의미할 수 있다. 또한, HA는 할로겐 물질을 의미한다.
본 발명을 상술함에 있어, 용어 "전해시스템"은 매개 산화/환원 장치를 포함할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되지는 않는다.
종래의 오염물질 제거를 위한 전해시스템은, 본 발명과 다르게 도 2에 도시한 바와 같이, 양극부, 음극부, 및 분리막을 포함하는 격막셀(10), 상기 격막셀에 전원을 공급하는 전원공급부(50), 상기 격막셀에 양극액을 공급하는 양극탱크(60), 및 상기 격막셀에 음극액을 공급하는 음극탱크(70)을 포함할 수 있다.
도 2의 전해시스템을 참조하면, 본 발명의 격막셀을 이용하는 전해시스템과 다른점은 종래 기술이 매개산화공정(MEO)으로만 이루어진다는 것이며, 특히 음극이 dummy value이므로 인가되는 에너지의 절반이 무용하다는 단점이 있다. 또한 양극 및 음극에서의 전해질이 산성 용액으로만 사용된다는 차이점이 있다.
본 발명자는 매개산화공정(MEO)와 매개산화공정(MER)을 동시에 수행하기 위해, 수년간 각고의 노력끝에, 상기 각기 다른 공정에 적용하여 운전할 수 있는 전해질을 개발하였고, 그 전해질에 용해되고 강산성, 강염기에서 매우 안정적인 착제를 개발하였으며, 오염물질의 제거효율을 극대화 할 수 있는 분리막의 방향(orientation) 및 동시 공정에 따른 전극의 종류를 각각 개발하여, 이를 출원하기에 이르렀다.
본 발명에 따른 격막셀을 이용하는 전해시스템은 대기오염물질의 제거효율을 향상시키기 위해서 매개산화반응(MEO)과 매개환원반응(MER)을 동시에 만족시키는 구조로 형성됨에 있어서, 양극부, 음극부, 양극부와 음극부를 구획하는 분리막을 가지며, 상기 양극부는 양극, 양극실, 및 양극탭을 구비하고, 상기 음극부는 은으로 이루어지는 음극, 음극실, 및 음극탭을 구비하며, 상기 양극부의 양극실은 제1매개체 및 제1대기오염물질이 반응하는 양극액을 포함하고, 상기 음극부의 음극실은 제2매개체 및 제2대기오염물질이 반응하는 음극액을 포함한다.
또한, 상기 제1대기오염물질은 양극 반쪽반응에 의해, 상기 제2대기오염물질은 음극 반쪽반응에 의해 처리될 수 있다.
또한, 상기 매개산화반응 및 매개환원반응이 수행됨에 있어, 상기 양극액의 pH는 1 이하이고 음극액의 pH는 13 이상인 것이 본 발명의 매개체의 생성율 상승에 바람직하다. 이는 본 발명의 매개체의 금속 이온의 전위창(potential window)를 매우 확장하여 반응성을 높인 것으로 볼 수 있다.
또한, 상기 제1매개체는 코발트 착화물이고, 상기 제2매개체는 코발트 및 니켈에서 적어도 하나 이상 선택되는 착화물인 것이 본 발명의 안정적인 산화/환원 반응에 좋다.
또한, 상기 분리막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판틀형으로 이루어지고, 상기 분리막의 전면은 양극과 대향하는 것이 본 발명의 제거효율 상승에 좋다.
또한, 상기 양극은 백금으로 이루어지고, 상기 음극이 은으로 이루어지는 경우, 본 발명의 목적달성에 더욱 좋을 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따른 전기화학셀의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 전기화학셀(1000)은 양극부(200)와 음극부(300)를 구획하는 분리막(100); 상기 분리막의 일측에 양극(210)을 포함하는 양극부(200)가 구비되며, 그 내부에 양극액이 흐르는 밀폐된 양극실(미도시)을 포함하고; 상기 분리막의 타측에 음극(310)을 포함하는 음극부(300)가 구비되며, 그 내부에 음극액이 흐르는 밀폐된 음극실(320);을 포함할 수 있다.
상기 분리막(100)의 종류는 본 발명의 목적 달성에 크게 제한하지는 않으나 수소이온을 전달할 수 있는 물질이면 충분하며, 강산 및 강염기 용액에서 안정한 물질이면 더욱 좋다. 구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 분리막(100)은 설포네이트, 카르복실레이트 및 포스페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 이온성 관능기를 포함하는 나피온 고분자 분리막일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 분리막(100)은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판틀형으로 이루어지고, 상기 분리막(100)의 전면은 양극(210)과 대향하는 것일 수 있다.
이때, 상기 분리막의 전면이 양극(210)과 대향하는 경우, 양극액에서 매개산화반응시 생성된 수소 이온(H+), H3O+ 등이 음극(또는 염기성 용액)으로의 이동이 제한될 수 있다. 이로, 상기 분리막의 전면이 양극에 대향하는 경우 그렇지 않은 경우에 비하여 Co1 + 및 Co3 +의 생성율이 10 내지 50% 향상될 수 있다. 이러한 매개체 금속이온의 생성율 상승은 대기오염물질의 제거율 상승과 직결될 수 있다.
이로 분리막의 방향(orientation)은 기존의 매개산화공정(MEO)과 대비하여 반대방향이며, 더불어 매개산화공정(MEO) 및 매개환원공정(MER)의 결합시 또는 동시운전시 발생할 수 있는 매개이온의 산화율, 환원율 저하를 방지하고 다양한 대기오염물질을 더욱 효율적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 양극부(200)는 상기 분리막(100)의 일측의 양극공간에 위치하며, 내부에 산성인 양극액, 오목하게 움푹 파인 형태의 밀폐된 양극실(미도시), 및 반쪽 전극(half-cell)인 양극(210)을 포함할 수 있다.
상기 음극부(300)은 상기 분리막(100)의 타측의 음극공간에 위치하며, 내부에 염기성인 음극액, 오목하게 움푹 파인 형태의 밀폐된 음극실(320), 및 반쪽 전극(half-cell)인 양극(310)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 분리막(100), 양극부(200), 및 음극부(300)은 복수개의 홀을 가질 수 있으며 이들을 관통하여 고정시키는 고정수단(미도시)을 포함하는 케이스(410, 420)에 의해 결합될 수 있다.
또한, 양극부(200)은 양극(210)으로부터 연장되는 양극탭(211), 음극(310)으로부터 연장되는 음극탭(311)을 포함할 수 있다. 상기 양극탭 및 음극탭은 본 발명의 전원공급부(미도시)와 연결되어 전기적 신호, 즉 전류, 전류밀도 등이 제어될 수 있다.
또한, 상기 음극(310)은 은으로 이루어지며, 양극(210)은 백금, 은, 타이타늄, 및 구리에서 적어도 하나 이상 선택되는 금속 또는 합금을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 양극은 백금을 포함할 수 있고, 상기 음극은 은을 포함할 수 있으며, 이는 대기오염물질의 반응 속도, 제거 효율 면에서 바람직할 수 있다.
상술한 케이스(410, 420)은 상술한 분리막(100), 양극부(200), 및 음극부(300)를 포함하는 전지부의 일측 또는 타측에 위치할 수 있다. 상기 케이스는 복수개의 홀을 가지며 상기 전지부를 관통하여 결합하거나 상기 전지부를 밀폐시킬 수 있다.
또한, 상기 케이스(410, 420)의 일측 또는 타측에 주입구(411, 412) 및/또는 배출구(421, 422)을 포함할 수 있고, 상기 주입구 및 배출구는 상호 독립적으로 양극실(미도시), 또는 음극실(320)과 연통될 수 있다. 이에 본 발명의 양극액 및 음극액은 상기 주입구 및 배출구를 통하여 양극부 및/또는 음극부로 연속적으로 공급되고 순환될 수 있다.
또한, 상기 양극액은 제1매개체, 상기 음극액은 제2매개체를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1매개체 강산에서 안정적인 물질이면 좋고, 제2매개체는 강염기에서 안정적인 물질이면 족하며, 상기 양극액 및 음극액에 대한 용해도가 높은 물질이면 더욱 바람직할 수 있다.
구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 매개체는 은, 코발트, 세륨, 망간, 니켈, 구리 등을 적어도 하나 이상 포함하는 금속 술폭산 화합물 또는 금속 시안화 화합물을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 상기 양극액에 포함되는 제1매개체는 코발트 술폰산 화합물이고 상기 음극액에 포함되는 제2매개체는 코발트 시안화 화합물이 본 발명의 강산 및 강염기 조건에서 높은 용해도를 가져 바람직하며, 이는 전지부, 또는 양극실 및 음극실 내부에 상기 이온 및/또는 침전물의 전착을 방지하고, 본 발명의 전해시스템을 용액의 추가적 투입 없이 연속적으로 구동할 수 있으므로 더욱 바람직하다.
또한, 상기 코발트를 포함하는 술폰산 또는 시안화 화합물, 즉 코발트 착제는 다른 금속을 포함하는 착제보다 산화력이 좋을 수 있다. 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, Co3 +의 산화포텐셜은 1.83 V을 나타내며, Ag2 + 는 1.98 V, Ce4 +는 1.61 V, Mn3 +는 1.54 V 를 각각 나타낸다. 또한, SHE는 표준수소전극(standard hydrogen electrode)을 지칭할 수 있다.
[표 1]
Figure 112015099500700-pat00001
다만, Ag2 +는 Co3 +에 비해 산화력이 높으므로 반응성 측면에서 좋을 수 있으나, 폐놀계 화합물의 산화전위(약 0.9 V)와의 큰 차이로 인한 전극과 페놀 간의 빠른 전자 전이가 발생할 수 있다. 이로, 매개산화반응시 분리막을 경유하여 음극으로 이동할 수 있다. 이에 음극 또는 음극부에서 Ag2 +가 전이되어 금속의 전착이 발생할 수 있으며(하기 표 2 참조), 전극의 열화, 화학셀의 내구성 문제를 유발할 수 있다.
또한, Ag2 +는 Co3 +에 비해 상대적으로 고가이며, 산화 및 환원 반응시 비가역성을 나타내므로 본 발명에 따른 전해시스템의 적용에 이점이 없을 수 있다.
또한, Ni2 + 또는 Cu2 +를 포함하는 금속은 Ag2 + 보다 산화포텐셜(산화력)이 상대적으로 낮아서 반응성이 낮으므로 상기 매개산화공정의 적용에 이점이 없을 수 있다.
더욱이, 본 발명의 목적달성에 있어, 코발트 착제는 상술한 강산 및 강염기 용액 분위기에서 안정하고, 산화 및/또는 환원 반응을 가역적으로 반복가능하게 수행하므로 더욱 좋다.
또한, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이, Co2 + 착제의 환원포텐셜은 -1.2 V을 나타내며, Ni2 + 착제는 -0.8 V, Cu2 + 착제는 -0.42 V 를 각각 나타낸다.
[표 2]
Figure 112015099500700-pat00002
이와 같은 코발트 착제를 포함하는 양극액 또는 음극액은 실버 착제보다 가격이 저렴하며, 더욱이 양극액, 음극액에서 용해도가 높은 것을 확인하였고 상술한 반응성 및 오염물질 제거효율면에서 장점으로 들 수 있다.
또한, 상기 양극액은 질산 수용액, 황산 수용액, 및 메탄술폰산 수용액 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 수용액일 수 있다. 구체적으로는 상기 양극액은 황산 수용액이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 음극액은 수산화나트륨 수용액, 수산화칼륨 수용액, 수산화망간 수용액, 및 알킬아민류(Alkylamines) 수용액 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 수용액일 수 있다. 구체적으로는 상기 음극액은 수산화칼륨 수용액이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
더불어, 본 발명에 따른 전기화학셀(1000)은 전원공급부(미도시)를 더 포함하고, 상기 전원공급부는 양극 (210)으로부터 연장되고 상기 양극의 일측에 위치하는 양극탭(211), 및 음극(310)으로부터 연장되고 상기 음극의 일측에 위치하는 음극탭(311)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이는 본 발명의 대기오염물질 제거의 주요 인자인 전류밀도 등의 전기적 신호를 제어하기 위한 장치로서, 전기적 신호를 인가하면 제1매개체의 이온이 상기 양극부(200)의 양극실에서 양극 반쪽반응에 의해 산화되도록 하며, 산화된 제1매개체의 이온이 제1대기오염물질과 반응하여 환원되며 제1대기오염물질은 무해한 물질로 남게된다. 또한, 상기 제2매개체의 이온이 상기 음극부(300)의 음극실(320)에서 음극 반쪽반응에 의해 환원되며, 환원된 제2매개체의 이온이 제2대기오염물질과 반응하여 산화되며 제2대기오염물질은 무해한 물질로 남게된다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학셀에 있어, 상기 대기오염물질은 탄소수 6 내지 30의 페놀류, 아세트산 알릴, 염화알릴 등의 유기염소 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로는 강산에 용해될 수 있는 페놀계 화합물이 제1대기오염물질로 좋으며, 강염기에 용해될 수 있는 염화알릴이 제2대기오염물질로 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
이외에도, 본 발명에서는 메틸멜캅탄(CH3SH), 아세트 알데히드(CH3CHO), 암모니아(NH3), 황화수소(H2S), 리메틸아민((CH3)3N), n-부틸 알데히드(C4H8CHO)의 대기오염물질을 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
상술한 양극 반쪽반응에 의해 제1매개체의 이온이 산화되는 것을 하기 식 1에 나타내었다. 여기서, 제1매개체는 Co 착제인 것을 나타내었으나, 이에 한정하지는 않는다.
[식 1]
Figure 112015099500700-pat00003
상기 음극 반쪽반응에 의해 제2매개체의 이온이 환원되는 반응을 하기 식 2에 나타내었다. 여기서, 제2매개체는 Co 착제인 것을 나타내었으나, 이에 한정하지는 않는다.
[식 2]
Figure 112015099500700-pat00004
상술한 바와 같이, 상기 양극액 및 음극액은 상호 독립적으로 산화수가 서로 상이한 동종의 금속이온을 포함할 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 전기화학셀은 상기 대기오염물질이 산화수가 서로 상이한 매개 금속 이온과 동시에 반응시킬 수 있으며, 음극액 및 양극액이 상기 전기화학셀 내부로 연속적으로 주입/배출됨으로써 전극의 전착으로 인한 열화, 분리막의 막힘(clogging) 현상을 해결할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 전기화학셀은 상기와 같은 구조로 대기오염물질의 제거율이 향상되고, 다양하고 많은 양의 대기오염물질을 동시에 제거할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 양극(210)의 종류는 매개산화반응에 적합한 물질이면 좋으며, 강산 용액 분위기에서 안정적으로 운전할 수 있는 물질이면 더 좋다. 상기 양극(210)은 크게 한정하지는 않으나 백금(Pt)가 더 좋을 수 있다. 또한 상기 음극(310)의 종류는 매개환원반응에 적합한 물질이면 좋으나, 강염기 용액 분위기에서 안정적으로 운전할 수 있는 물질이면 좋다.
일 예로, 본 발명에서는 상기 양극(210)이 백금이고 상기 음극(310)이 은(Ag)인 경우, 상기 양극이 백금이고 상기 음극이 구리(Cu)인 경우에 비하여, Co2 + 환원율이 200 내지 300% 향상될 수 있다. 이로 제2대기오염물질의 제거효율이 크게 향상될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학셀에 있어, 상기 양극부(200)에서 상술한 금속 술폭산 화합물이 산화반응한 후 제1대기오염물질을 먼저 제거할 수 있으며, 순차적으로, 상기 제1대기오염물질이 제거된 양극액을 상기 음극부(300)로 이송하여 환원반응시킨 후 제2대기오염물질을 제거할 수 있다.
이와 다르게, 상기 금속 시안화 화합물이 환원반응한 후 제2대기오염물질을 먼저 제거하고, 이후 상기 제2대기오염물질이 제거된 음극액을 양극실로 투입하여, 양극부의 산화반응에 의해 상기 제1대기오염물질이 순차적으로 제거될 수 있다. 이는 한 물질로 둘 이상의 대기오염물질을 제거할 수 있고 두가지 이상의 종류의 용액을 쓰지 않으므로 경제적이다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 격막셀은 양극부, 음극부, 분리막을 포함하는 관형(tubular type)으로 이루어지고, 상기 분리막은 양이온 교환 성능을 갖는 다공성 세라믹 막일 수 있다.
상세하게, 관형으로 이루어지는 격막셀은 상술한 바와 동일하게 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 분리막을 포함할 수 있다. 또한, 상기 양극부, 음극부, 및 분리막은 관형으로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
더불어, 관형으로 이루어진 분리막(관형 분리막)은 다공성 세라믹을 포함하는 막으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 관형으로 이루어진 다공성 세라믹 분리막은, 본 발명의 전기화학셀(1000)이 보다 많은 용량을 처리하기 위한 형태의 보다 큰 전기화학셀로 구성하는 경우, 소형의 전기화학셀보다 응력을 더 받을 수 있으므로 기계적 안정성이 확보되는데 유리하다.
구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 판틀형 분리막 또는 관형 분리막은 강산 및 강염기 용액에서 안정한 물질이면 좋고, 더욱 구체적으로는 상기 분리막은 0.001 내지 100 μm의 평균 기공 크기를 가질 수 있고, 상기 양극 및 음극 상에 적층 형태의 기공크기가 다른 복합층으로 형성될 수 있다. 이는 양극 또는 음극으로 유입된 침전물을 담지하여 효과적으로 제거하는데 유리하다. 또한 상기 분리막을 교체하여 사용함으로써 본 발명의 매개 산화/환원 장치를 영구적으로 운전할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 양극 및 음극이 적층 형태의 분리막을 포함하는 경우 대기오염물질의 제거효율이 10 내지 50% 향상되고 시간에 따른 제거 성능이 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 다공막층은 무기 나노입자를 포함할 수 있고, 무기 나노입자의 크기는 0.001 내지 100 μm의 평균 크기를 가지며, SiO2, TiO2, Al2O3, ZrO2 및 BaTiO3 으로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 2종 이상의 혼합 형태일 수 있다. 또한, 상기 무기나노입자가 고분자 바인더 또는 실란계 무기 바인더에 의해 연결되어 무기 나노입자사이에 공극 구조가 형성된 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
도 3에는 본 발명에 따른 격막셀을 이용하는 전해시스템에 있어, 상술한 전기화학셀(1000)을 포함하는 전해시스템의 일 실시예를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 도 3에 도시한 바와 같이, 전해시스템은 상술한 전기화학셀(1000); 상기 전기화학셀의 양극실과 연통되며, 양극액을 주입/배출하는 양극탱크(600); 및 상기 전기화학셀의 음극실과 연통되며, 음극액을 주입/배출하는 음극탱크(700);를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전기화학셀로부터 연장된 양극탭(211) 및 음극탭(311)과 전기적으로 연결되는 전원공급장치(500)을 더 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 전원공급장치에서 공급되는 전류 밀도는 1 내지 100 mA/cm2 으로 인가될 수 있으나, 이에 본 발명이 한정되지 않는다.
또한, 상기 양극탱크(600)와 전기화학셀을 연통시키고 상기 음극탱크(700)와 전기화학셀을 연통시키는 주입관 및 배출관을 구비할 수 있다. 상기 주입관에 펌프가 부착되어 양극액 및 음극액의 유량을 제어할 수 있다.
상세하게, 상기 유량은, 본 발명의 목적달성에 한정되지는 않으나, 10 내지 500 mL/min 일 수 있으며, 상기 양극액 및 음극액을 상호 독립적으로 양극실, 음극실 등의 반응기에 투입할 수 있다. 예컨대, 상술한 제1매개체 또는 제2매개체의 농도에 따라, 상술한 반응매질의 종류 및 농도에 따라 이들에 대응하는 유량을 선택함으로써 본 발명에 따른 매개체의 반응율의 향상에 유리할 수 있다.
또한, 상기 투입된 양극액 또는 음극액은 각각 양극실에서 양극탱크(600), 음극실에서 음극탱크(700)로 상기 범주 이내의 유량으로 회귀될 수 있다.
더불어, 상기 양극탱크(600) 및 음극탱크(700)는 상호 독립적으로 상단부에 가스가 배출되는 배출구(620, 720)를 구비할 수 있다. 상기 배출구는 압력이 차서 개폐하는 방식으로 운전될 수 있으며, 이는 산화, 환원 반응시 발생할 수 있는 황산 가스, 염화 가스 등의 누출을 방지할 수 있고, 반응에 필요한 유효성분의 탈리를 최소할 수 있다. 또한 상기 대기오염물질이 주입되는 주입구(610,710)도 동시에 구비될 수 있다.
또한, 상기 양극탱크(600) 및 음극탱크(700)는 상단부에 상호 독립적으로 배출구(620, 720)를 구비하고, 상기 배출구와 연통되는 적어도 하나의 일렉트로 스크러버(Electro-Scrubber, 미도시)를 더 포함할 수 있다. 이는 상술한 매개산화반응에 의해 대기오염물질이 완전산화되어도 배출되는 기체에는 염소 등이 함께 배출된다는 점에 착안한 구성이며, 일 예로, 상기 양극탱크(600)의 후단에 상기 일렉트로 스크러버를 구비함으로써, 배출되는 기체를 최소하하는 것이 바람직하다.
더불어, 본 발명에서 사용되는 상기 일렉트로 스크러버는 화학공정에서 사용되는 스크러버이면 가능하며, 필요에 따라 상기 스크러버를 복수로 구비하여 서로 다른 기체를 순차적으로 스크러빙(scrubbing)함으로써 대기중에 배출되는 기체를 더욱 최소화 할 수 있다.
또한 상기 전기화학셀과 양극탱크 사이에 필터부(미도시)를 포함할 수 있으며, 이는 상술한 매개 금속 이온과 대기오염물질과의 산화 반응시 생성되는 침전물, 불순물 등을 제거하는데 효과적이다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학셀에 있어, 도 1의 양극부(200) 및/또는 상기 음극부(300)의 하단에 구비되거나 도 3의 전기화학셀(1000)의 하단부에 구비되는 초음파 혼합기를 이용하여 초음파 혼합을 함으로써, 대기오염물질과 매개 금속 이온의 반응속도를 높일 수 있고, 전극에 전착을 방지하고 분리막의 막힘(clogging)을 방지할 수 있다. 일 실시예로서, 초음파 혼합공정으로 본 발명의 대기오염물질 제거 효율이 10 내지 50% 향상됨을 알 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 대기오염물질의 제거방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대기오염물질의 제거방법은, 상술한 전해시스템을 이용하며, a) 제1매개체의 전구체를 산성인 양극액에, 제2매개체의 전구체를 염기성인 음극액에 각각 투입 및 용해하여, 상기 제1매개체를 함유하는 제1용액 및 제2매개체를 함유하는 제2용액을 제조하는 단계; b) 상기 제조된 제1용액을 양극실에 투입하고 상기 제2용액을 음극실에 투입한 후, 전원공급부에 의해 전류를 인가함으로써, 상기 제1매개체가 산화되고 상기 제2매개체가 환원되는 매개체의 산화/환원 단계; 및 c) 상기 산화된 제1매개체를 포함하는 양극실에 제1대기오염물질을 주입시킨후 양극 반쪽반응하고, 상기 환원된 제2매개체를 포함하는 음극실에 제2대기오염물질을 주입시킨후 음극 반쪽반응함으로써, 상기 제1대기오염물질 및 제2대기오염물질이 제거되는 단계;를 포함할 수 있다.
보다 상세하게, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 대기오염물질의 제거방법은 매개체 및 반응매질 투입(S10), 반응기에 투입(S20), 전류 인가(S30), 대기오염물질 투입(S40), 및 오염물질 분석(S50)을 포함한다.
상기 매개체 및 반응매질 투입(S10) 단계는, 도 1에서 상술한 바와 유사 내지 동일하게, 제1매개체의 전구체, 제2매개체의 전구체, 산성인 양극액, 및 염기성인 음극액을 준비한다. 이후 상술한 양극탱크에 상기 제1매개체의 전구체 및 상기 양극액을 각각 투입하고, 상술한 음극탱크에 상기 제2매개체의 전구체 및 상기 음극액을 각각 투입하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 (S10) 단계에서 교반단계가 추가되어 매개체의 용해 특성과 반응속도 등을 개선할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 양극액은 황산, 상기 음극액은 수산화나트륨을 포함하되, 상기 황산 및 수산화나트륨의 몰비는 4:6 내지 1:9 일 수 있다. 이는 본 발명의 매개 금속 이온의 전위창(potential window)를 확장하여 산화/환원되는 반응속도 및 반응율을 향상시킨 것으로 상기 몰비의 범주이내를 만족하면 좋으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
또한, 상기 (S10) 단계는 상술한 매개체가 상호 독립적으로 양극탱크 주입구(610), 및 음극탱크 주입구(710)를 통하여 투입될 수 있다. 구체적으로 상기 양극액에 투입되는 제1매개체는 크게 한정하지는 않으나 Co(II)SO4 를 전구체 또는 착제로서 사용할 수 있다. 또한, 상기 매개 이온 물질의 농도는 1 mM 내지 50 mM 이면 바람직하나, 이에 한정하지는 않는다.
또한, 상기 음극액에 투입되는 제2매개체는 크게 한정하지는 않으나 Co(II)(CN)5 를 전구체 또는 착제로서 사용할 수 있다. 또한, 상기 매개 이온 물질의 농도는 1 mM 내지 50 mM 이면 바람직하나, 이에 한정하지는 않는다.
반응기에 투입(S20) 단계는 (S10) 단계에서 준비한 대기오염물질 제거용 용액을 양극실 및 음극실에 각각 투입하는 것을 포함할 수 있다. 상기 용액을 투입하기 위하여, 상술한 양극탱크(600)와 전기화학셀을 연통시키고 음극탱크(700)와 전기화학셀을 연통시키는 주입관 및 배출관을 더 구비할 수 있다. 상기 주입관에 펌프가 부착되어 양극액 및 음극액의 유량을 제어할 수 있다. 이를 통해 상기 양극액 및 음극액은 본 발명의 전기화학셀(1000)의 주입구(411,412) 및 배출구(421,422)으로 투입될 수 있다.
상기 양극탱크(600)로부터 주입되는 양극액의 유량은 분당 10 내지 500 mL 일 수 있고, 상기 음극탱크(700)으로부터 주입되는 음극액의 유량은 상기 양극액의 유량과 유사 내지 동일할 수 있으나, 본 발명이 양극액 및 음극액의 유량에 한정되지 않는다. 더불어, 본 발명에 따른 양극액 및 음극액이 상기 범주이내의 유량으로 투입될시, 대기오염물질의 연속적 제거에 좋으며 제거효율 또한 좋을 수 있다.
전류 인가(S30) 단계는 (S20)에서 양극실 및 음극실로 투입된 용액을 전원공급부(500)으로부터 전류를 인가 받음으로써, 상기 용액에 포함된 제1매개체가 산화되고 제2매개체가 환원되는 산화/환원 반응을 포함할 수 있다.
상세하게, 산화수가 다른 매개체 또는 매개금속이온을 제조하기 위해서는, (S20) 단계에서 준비된 용액을 전원공급부가 연결된 양극실 및 음극실에 각각 주입하고, 전류 밀도를 1 내지 100 mA/cm2 으로 인가하여, 상기 용액 즉, 양극액의 Co2 +가 Co3+으로 산화 반응되고, 음극액의 Co2 +가 Co1 +으로 환원 반응되어, 산화수가 다른 매개 금속 이온이 제조될 수 있다.
더욱더 구체적으로, 상기 전류밀도는 좋게는 10 내지 80 mA/cm2 으로 인가될 수 있고, 더 좋게는 40 내지 60 mA/cm2 으로 인가될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
구체적이고 비한정적인 일 예로, 전류 밀도 50 mA/cm2에서 Co3 +의 생성 농도는 전류 밀도 10 mA/cm2 대비 약 300% 향상됨을 확인할 수 있다. 또한, Co1 +의 생성 농도는 전류 밀도가 10 mA/cm2 에서는 거의 생성되지 않으며, 전류 밀도 30 mA/cm2 에서 현저하게 향상됨을 확인할 수 있다.
이후 대기오염물질 투입(S40) 단계는 (S30) 단계에서 산화된 매개금속이온(Co3+)이 포함된 양극액에 제1대기오염물질을 투입함으로써, 제1대기오염물질이 산소를 얻어 산화되어 분해됨과 동시에 양극액의 Co3 +는 전자를 얻어 Co2 +으로 환원 반응될 수 있다. 이는 하기 식 3으로 나타낼 수 있다.
[식 3]
Figure 112015099500700-pat00005
또한, 상기 (S30) 단계에서 환원된 매개금속이온(Co1 +)이 포함된 음극액에 제2대기오염물질을 투입함으로써, 음극액의 Co1 +가 Co2 +으로 산화 반응되므로, 상기 대기오염물질을 제거 또는 분해 시킬 수 있다. 이는 하기 식 4 및 식 5로 나타낼 수 있다.
[식 4]
Figure 112015099500700-pat00006
[식 5]
Figure 112015099500700-pat00007
이후, 오염물질 분석(S50) 단계는 상기 반응기(양극실 및 음극실)에서 반응 후 회귀하는 용액을 in-situ 분석하는 것을 포함할 수 있다. 이로 반응 후 회귀하는 용액의 오염물질의 성분을 확인할 수 있으며, 추후 제거 효율의 개선을 위하여 매개체의 농도, 반응매질의 농도, 전류인가, 유입되는 용액의 유량 속도 등의 인자를 조절하는 데 필요하나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 오염물질 투입(S50) 단계시, 상술한 격막셀(또는 반응기)에 전류가 연속적으로 인가되는 상태에서 대기오염물질이 투입되고 제거될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 오염물질 투입(S40) 단계에서(또는 S40 단계 이후에) 수득한 용액을 b)단계의 격막셀에 투입할 수 있다. 이는 산화된 전기활성촉매 및 환원된 전기활성촉매를 다시 활성화시켜 사용할 수 있고, 본 발명에 따른 전해시스템의 방향족 화합물의 제거를 연속적으로 수행할 수 있다.
상세하게, (S40) 단계에서 제1대기오염물질이 제1매개체와 함께 양극 반쪽반응하여 제거된 용액은 b)단계의 양극실에 투입되며, 제2대기오염물질이 제2매개체와 함께 음극 반쪽반응하여 제거된 다른 용액은 b)단계의 음극실에 투입될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 상기 대기오염물질을 연속적으로 제거함에 있어, b)단계의 전류를 인가함과 동시에 초음파를 인가할 수 있다. 이는 상기 대기오염물질이 활성화되는 반응속도를 향상시킬 수 있고, 전극의 전착을 방지하는데 효과적일 수 있다. 더불어, 본 발명에 따른 대기오염물질의 제거를 위한 전해시스템을 더욱 연속적으로 운전할 수 있다.
구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 초음파는 가청주파수 영역보다 높은 주파수(20kHz)를 지닌 음파를 가리키며, 본 발명의 초음파 인가 공정에서 인가하는 초음파의 주파수는 20 kHz 이상 수백 kHz 이하일 수 있다. 또한, 상기 초음파 인가 공정으로 본 발명의 방향족 화합물의 제거율이 상호 독립적으로 10 내지 50% 향상될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전기화학셀을 연속적으로 운전함에 있어 발생할 수 있는 매개 금속 이온의 열화가 방지되고, 양극액 및 음극액의 보충없이 연속적인 제거공정 또는 운전이 가능할 수 있다.
또한, 상술한 대기오염물질은 본 발명의 목적달성에 한정되지 않으나, 상술한 페놀계 화합물 및 염화알릴에서 적어도 하나 이상 선택될 수 있다. 이때, 페놀계 화합물 및 염화알릴의 주입량은 상호 독립적으로 10 내지 500 ppm일 수 있다.
또한, 본 발명에 있어, Co(I)는 Co1 +, Co(II)는 Co2 +, Co(III)는 Co3 +를 지칭할 수 있으며, 다른 금속 이온도 이에 해당될 수 있다.
이하 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 하기의 실시예를 들어 상세하게 설명하겠으나, 본 발명이 다음 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
양극액은 매개 금속 물질인 황산코발트(Co(II)SO4)는 5 M H2SO4에 용해하여 준비하였고, 음극액은 매개 금속 이온 물질인 Co(II)(CN)5 은 53.77g 시안화칼륨(KCN)을 50mL 증류수에 용해시키고, 이를 40g 코발트 질산염(Co(II)(NO3)2)이 용해된 60ml 수용액에 첨가하고 질소분위기 하에서 상온 교반하였다. 이후 110mL 에탄올을 첨가하여 보라색 반응물이 생성되면, 상기 반응물을 여과한 후 이를 에탄올로 세척하고, 이를 진공에서 건조한 후 시안화코발트 착염([Co(II)(CN)5]K3)을 수득하였다.
상기 수득한 시안화코발트 착염 및 황산코발트를 도 1 또는 도 3에 도시한 전기화학셀에 주입하였다. 이때, 상기 전기화학셀은 판틀형이고, 메쉬 형의 Pt 가 코팅된 Ti 음극, Ag 양극, Nafion® 324 분리막을 포함하였고, 상기 음극 및 양극의 표면적은 4 cm2 이었다. 또한, 상기 전극판 사이의 거리는 5 mm로 유지하였고 셀 내부에 둘 이상의 Viton 고무 가스킷을 구비하며, 그 두께는 2 mm 이었다.
상기 제조한 0.2L 양극액은 전기화학셀의 양극실에 주입하였고, 상기 제조한 시안화코발트 착염은 10 M 수산화나트륨이 용해된 증류수에 첨가한 후 0.2 L의 음극액을 음극실에 주입하였다. 상기 양극액 및 음극액은 연동 펌프(Masterflex - L/S, Cole Parmer Instrument Company)를 이용하여 100 ml/min의 유량으로 연속적으로 순환되었다.
또한 전기분해에 필요한 전기는 전원공급기(Korea Switching Instruments)로부터 공급되며 양극과 음극에 일정량의 전압과 전류를 정전압 방식으로 공급하였다. 구체적으로, 전류밀도를 50 mA/cm2 으로 인가하였으며, 이때 활성물질인 Co(I)과 Co(III)이 생성되었다.
상기 활성물질인 Co(I)과 Co(III) 이온의 생성율은 각각 산 및 염기의 종류, 농도 등에 크게 좌우된다. 이에 산 및 염기의 pH는 pH/ISE 측정기(iSTEK, pH-240L, USA)를 이용하고, 상기 측정기와 산화/환원 전위측정기(EMC 133, Germany)를 사용하여 상기 Co(I)과 Co(III)의 농도를 측정하였다. 이때 표준 전극은 Ag/AgCl을 포함하는 6 mm Pt 전극을 사용하고, 표준 용액으로 1 mM Fe(III))2(SO4)3 을 사용하였다. pH 측정 결과, 양극액의 pH는 0.5이며 음극액의 pH는 13.5였다. 이로부터 측정한 각 매개이온의 생성율을 도 5에 도시하였고, 생성율은 하기 식 6 및 식 7를 이용하여 계산하였다.
Figure 112015099500700-pat00008
Figure 112015099500700-pat00009
상기 식 6 및 식 7에서, CCo (I), CCo (II), CCo(III) 는 각각 Co(I), Co(II), Co(III)의 농도를 나타낸다.
이 후, 대기오염물질인 페놀계 화합물을 양극액에 염화알릴을 음극액에 100 ppm 투입하여, 상기 대기오염물질의 제거 특성을 확인하였다. 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기화학셀의 대기오염물질의 제거 특성은 Co(I), Co(III)의 산화/환원율로서 알 수 있다. 도 6에 도시된 약 400분에서 Co(III)의 급격한 감소는 페놀계 화합물의 투입으로 인한 Co(III) 에서 Co(II) 으로의 환원에 의한 것으로 판단된다.
또한, 상기 페놀계 화합물의 제거는 도 7에 도시된 CO2 의 농도로 확인하였다. 상술한 Co(III)의 농도가 30% 일 때, 100 ppm의 페놀계 화합물 주입하였고, 이때 페놀계 화합물이 분해되어 발생하는 CO2를 가스 측정기(BE-PM4-CO2, BERNT)를 이용하여 측정하였다. 도 7에 도시된 바와 같이, 40분 운전조건에서 최대 제거 효과가 나타났고, 이때의 CO2 양은 약 22.6% 으로 확인하였다.
또한, 상기 염화알릴의 제거는 도 8에 도시된 적외선흡수 스펙트럼으로 확인하였다. 상기 스펙트럼은 FTIR(Nicolet-Is10 FTIR spectrometer, Thermo scientific Nicolet-iS)을 이용하여 액상으로 측정되었다. 도 8에 도시한 바와 같이, 도 8(a)는 염화알릴을 주입하기 전의 음극액의 FTIR 분석 그래프이며, 도 8(b)는 100 pm의 염화알릴을 주입하여 1 시간 후에 반응된 음극액의 FTIR 분석 그래프이다. 도 8에 직선으로 표시한 바와 같이 677 cm-1 에 피크가 나타나며, 이는 염화알릴의 C-Cl의 신축 진동에 의한 것이며, 이 피크의 세기에 따라 상기 염화알릴의 제거율을 확인하였다. 이로 측정된 염화알릴 제거율은 36.2 % 이었다.
비교예 1
실시예 1과 동일하게 실시하되, 음극이 Ti 으로 하여 대기오염물질의 제거를 실시하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일하게 실시하되, 음극이 Cu 으로 하여 대기오염물질의 제거를 실시하였다.
도 9은 상기 실시예와 비교예들을 이용하여 측정한 본 발명에 따른 매개 금속 이온 물질인 Co(I), Co(III) 농도를 도시한 결과이다. 음극을 Ag으로 하였을 때, 약 250% 으로 현저하게 향상됨을 확인하였다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 분리막
200: 양극부, 210: 양극, 211: 양극탭
300: 음극부, 310: 음극, 311: 음극탭, 320: 음극실(반응기)
410, 420: 케이스, 411, 412: 주입구, 421, 422: 배출구
500: 전원공급부
600: 양극탱크, 610: 양극탱크 주입구, 620: 양극탱크 배출구
700: 음극탱크, 710: 음극탱크 주입구, 720: 음극탱크 배출구

Claims (19)

  1. 양극부, 음극부, 양극부와 음극부를 구획하는 분리막을 가지며,
    상기 양극부는 양극, 양극실, 및 양극탭을 구비하고,
    상기 음극부는 은으로 이루어지는 음극, 음극실, 및 음극탭을 구비하며,
    상기 양극부의 양극실은 제1매개체 및 제1대기오염물질이 반응하는 양극액을 포함하고,
    상기 음극부의 음극실은 제2매개체 및 제2대기오염물질이 반응하는 음극액을 포함하고,
    상기 제1대기오염물질은 양극 반쪽반응에 의해, 상기 제2대기오염물질은 음극 반쪽반응에 의해 처리되며,
    상기 제1매개체와 상기 제2매개체는 산화수가 서로 상이한 동종의 착화물인, 격막셀을 이용하는 전해시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 양극액의 pH는 1 이하이고 음극액의 pH는 13 이상인, 격막셀을 이용하는 전해시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1매개체는 코발트 착화물인, 격막셀을 이용하는 전해시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 분리막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판틀형으로 이루어지고,
    상기 분리막의 전면은 양극과 대향하는 것을 특징으로 하는, 격막셀을 이용하는 전해시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 분리막은 설포네이트, 카르복실레이트 및 포스페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 이온성 관능기를 포함하는 나피온 고분자 분리막인, 격막셀을 이용하는 전해시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 격막셀은 양극부, 음극부, 분리막을 포함하는 관형(tubular type)으로 이루어지고, 상기 분리막은 양이온 교환 성능을 갖는 다공성 세라믹 막인, 격막셀을 이용하는 전해시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 양극은 백금으로 이루어지는, 격막셀을 이용하는 전해시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1매개체의 산화반응에 의해 상기 제1대기오염물질이 제거되고, 동시에 상기 제2매개체의 환원반응에 의해 상기 제2대기오염물질이 제거되는, 격막셀을 이용하는 전해시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1매개체의 산화반응에 의해 상기 제1대기오염물질이 제거된 후, 상기 제2매개체의 환원반응에 의해 상기 제2대기오염물질이 제거되는, 격막셀을 이용하는 전해시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제2매개체의 환원반응에 의해 상기 제2대기오염물질이 제거된 후, 상기 제1매개체의 산화반응에 의해 상기 제1대기오염물질이 제거되는, 격막셀을 이용하는 전해시스템.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제1대기오염물질은 폐놀계 화합물을 포함하고, 상기 제2대기오염물질은 유기염소 화합물을 포함하는, 격막셀을 이용하는 전해시스템.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 격막셀의 하단부에 초음파 혼합기를 구비하는, 격막셀을 이용하는 전해시스템.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 양극실과 연통되며, 양극액을 주입 및 배출하는 양극탱크; 및
    상기 음극실과 연통되며, 음극액을 주입 및 배출하는 음극탱크;를 더 포함하는, 격막셀을 이용하는 전해시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 양극탱크 및 음극탱크는 상단부에 상호 독립적으로 배출구를 구비하고,
    상기 배출구와 연통되는 적어도 하나의 일렉트로 스크러버(Electro-Scrubber)를 더 포함하는, 격막셀을 이용하는 전해시스템.
  16. 제 1항, 제 2항, 및 제 4항 내지 제 15항 중 어느 한항에 따른 전해시스템을 이용한 대기오염물질의 제거방법에 있어서,
    a) 제1매개체의 전구체를 산성인 양극액에, 제2매개체의 전구체를 염기성인 음극액에 각각 투입 및 용해하여, 상기 제1매개체를 함유하는 제1용액 및 제2매개체를 함유하는 제2용액을 제조하는 단계;
    b) 상기 제조된 제1용액을 양극실에 투입하고 상기 제2용액을 음극실에 투입한 후, 전원공급부에 의해 전류를 인가함으로써, 상기 제1매개체가 산화되고 상기 제2매개체가 환원되는 매개체의 산화/환원 단계; 및
    c) 상기 산화된 제1매개체를 포함하는 양극실에 제1대기오염물질을 주입시킨후 양극 반쪽반응하고, 상기 환원된 제2매개체를 포함하는 음극실에 제2대기오염물질을 주입시킨후 음극 반쪽반응함으로써, 상기 제1대기오염물질 및 제2대기오염물질이 제거되는 단계;를 포함하는 대기오염물질의 제거방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 양극액은 황산, 상기 음극액은 수산화나트륨을 포함하되, 상기 황산 및 수산화나트륨의 몰비는 4:6 내지 1:9 인 대기오염물질의 제거방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 b) 단계의 전류 밀도는 1 내지 100 mA/cm2 인 대기오염물질의 제거방법.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 b)단계시 전류를 인가함과 동시에 초음파를 인가하고,
    상기 c)단계에서 수득한 용액을 b)단계의 양극실 및 음극실에 상호 독립적으로 투입하는 대기오염물질의 제거방법.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101817193B1 (ko) 2016-12-21 2018-01-10 이엠솔루션 주식회사 전기분해장치용 전해조
KR102006474B1 (ko) * 2019-04-25 2019-08-01 순천대학교 산학협력단 이산화탄소의 매개 전기화학적 환원 방법, 및 그 시스템
KR102029103B1 (ko) 2019-04-25 2019-10-07 순천대학교 산학협력단 아산화질소의 매개 전기화학적 환원 방법, 및 그 시스템
KR102042681B1 (ko) * 2019-04-25 2019-11-08 순천대학교 산학협력단 유동 센서 셀을 포함하는 인 시튜 모니터링 시스템, 및 이를 이용한 인 시튜 모니터링 방법
KR102120679B1 (ko) * 2019-09-06 2020-06-09 순천대학교 산학협력단 Sf6의 매개 전기화학적 제거 방법, 및 그 시스템

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10500900A (ja) 1994-06-04 1998-01-27 エイイーエイ テクノロジー パブリック リミテッド カンパニー 物質の電気化学的酸化
KR20040012770A (ko) 2001-04-24 2004-02-11 씨앤엠 그룹, 엘엘씨 생물학적 폐기물에 대한 매개식 전기화학적 산화 공정 및장치
KR20060105969A (ko) 2005-04-04 2006-10-12 순천대학교 산학협력단 유기폐액의 전기 소각과 매개 산화에 의한 완전산화 장치 및 이를 이용한 완전산화 방법
KR100756491B1 (ko) * 2006-03-30 2007-09-07 순천대학교 산학협력단 물과 질산이 혼합된 용액에서 물 제거를 위한 멤브레인증류 장치
KR20130060404A (ko) * 2011-11-30 2013-06-10 순천대학교 산학협력단 전기활성 촉매 산화 공정을 이용한 악취가스 처리장치 및 처리방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10500900A (ja) 1994-06-04 1998-01-27 エイイーエイ テクノロジー パブリック リミテッド カンパニー 物質の電気化学的酸化
KR20040012770A (ko) 2001-04-24 2004-02-11 씨앤엠 그룹, 엘엘씨 생물학적 폐기물에 대한 매개식 전기화학적 산화 공정 및장치
KR20060105969A (ko) 2005-04-04 2006-10-12 순천대학교 산학협력단 유기폐액의 전기 소각과 매개 산화에 의한 완전산화 장치 및 이를 이용한 완전산화 방법
KR100756491B1 (ko) * 2006-03-30 2007-09-07 순천대학교 산학협력단 물과 질산이 혼합된 용액에서 물 제거를 위한 멤브레인증류 장치
KR20130060404A (ko) * 2011-11-30 2013-06-10 순천대학교 산학협력단 전기활성 촉매 산화 공정을 이용한 악취가스 처리장치 및 처리방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Balaji, S. et al., Chemical Engineering Journal, Vol.126(1), pp.51-57 (2007.) *
Govindan, M. et al., Journal of Hazardous Materials, Vol.260, pp.1064-1072 (2013.) *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101817193B1 (ko) 2016-12-21 2018-01-10 이엠솔루션 주식회사 전기분해장치용 전해조
KR102006474B1 (ko) * 2019-04-25 2019-08-01 순천대학교 산학협력단 이산화탄소의 매개 전기화학적 환원 방법, 및 그 시스템
KR102029103B1 (ko) 2019-04-25 2019-10-07 순천대학교 산학협력단 아산화질소의 매개 전기화학적 환원 방법, 및 그 시스템
KR102042681B1 (ko) * 2019-04-25 2019-11-08 순천대학교 산학협력단 유동 센서 셀을 포함하는 인 시튜 모니터링 시스템, 및 이를 이용한 인 시튜 모니터링 방법
KR102120679B1 (ko) * 2019-09-06 2020-06-09 순천대학교 산학협력단 Sf6의 매개 전기화학적 제거 방법, 및 그 시스템

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