KR101655364B1 - Complex Electrode for Desalination having Ion Exchange Membrane, Manufacturing Method thereof and Deionization Equipment using the Same - Google Patents

Complex Electrode for Desalination having Ion Exchange Membrane, Manufacturing Method thereof and Deionization Equipment using the Same Download PDF

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Abstract

본 발명은 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극, 그의 제조 방법 및 이를 이용한 탈염 장치에 관한 것으로, 탈염용 복합전극은 미세 기공을 갖는 다공성 이온교환 기재; 상기 다공성 이온교환 기재의 일면에 이온교환용액이 전기분사되어 형성된 이온교환막; 및 상기 다공성 이온교환 기재의 타면 또는 전면(全面)에 형성되어 있는 도전성막;을 포함한다.The present invention relates to a composite electrode for desalting having an ion exchange membrane, a method for producing the same, and a desalination apparatus using the same, wherein the composite electrode for desalting is a porous ion exchange substrate having micropores; An ion exchange membrane formed by electrospinning an ion exchange solution on one surface of the porous ion exchange substrate; And a conductive film formed on the other surface or the entire surface of the porous ion-exchange substrate.

Description

이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극, 그의 제조 방법 및 이를 이용한 탈염 장치{Complex Electrode for Desalination having Ion Exchange Membrane, Manufacturing Method thereof and Deionization Equipment using the Same} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a composite electrode for desalting having an ion exchange membrane, a method for producing the same, and a desalination apparatus using the same.

본 발명은 탈염용 복합전극에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 초박형 구조로 고 축전용량을 가질 수 있는 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극, 그의 제조 방법 및 이를 이용한 탈염 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a composite electrode for desalting, and more particularly, to a composite electrode for desalting having an ion exchange membrane capable of having a high storage capacity in an ultra-thin structure, a manufacturing method thereof, and a desalination apparatus using the same.

일반적으로, 지구의 모든 물 중 우리가 사용할 수 있는 양은 고작 0.0086%에 지나지 않는다. 이는 기후변화로 인한 재해를 염두에 둔다면 과히 넉넉한 편은 못된다. In general, only about 0.0086% of all water on Earth is usable. This can not be overly generous if you consider the disaster caused by climate change.

물은 인간 생활에 있어 매우 중요하고, 생활용수나 산업용수로서 물은 다양하게 이용된다. 산업 발전으로 물이 중금속, 질산성 질소, 불소 이온 등으로 오염되고 있고, 오염된 물을 음용했을 때 건강에 매우 해롭다. Water is very important in human life, and water is widely used as living water or industrial water. Water is polluted by heavy metals, nitrate nitrogen, fluoride ions, etc. due to industrial development, and it is very harmful to health when drinking contaminated water.

최근, 오염된 물을 정화하고, 해수를 정화하여 용수로 사용하기 위한 탈염 기술이 다양하게 연구되고 있다.Recently, a variety of desalination techniques have been studied for purifying contaminated water and purifying seawater for use as a water source.

이러한 탈염 기술은, 해수나 폐수 등와 같은 오염수에 함유되는 각종 부유물질이나 이온성분을 제거하여 담수화하는 기술로, 화석연료나 전기 등의 열원을 이용하여 수분을 증발하는 증발법과, 분리막을 이용한 이물질을 걸러 제거하는 여과법과, 전극셀의 전기분해작용을 이용하여 이온들을 제거하는 전기투석법이 있다.This desalination technique is a technique of desalinating by removing various suspended substances and ion components contained in contaminated water such as seawater and wastewater. The desalination technique is an evaporation method in which water is evaporated using a heat source such as fossil fuel or electricity, And an electrodialysis method for removing ions using the electrolytic action of the electrode cell.

증발법은, 화석연료나 전기 등을 열원으로 사용하여 수분을 증발시키는 것으로, 탈염장치의 부피가 커서 비효율적이고, 에너지의 소모량이 증대되어 제조단가가 증대될 뿐만 아니라, 화석연료의 사용으로 인한 대기오염의 원인이 된다.The evaporation method evaporates water by using fossil fuel or electric power as a heat source, and it is not only inefficient due to the large volume of the desalination device, but also consumes a large amount of energy, thereby increasing the manufacturing cost, It causes pollution.

여과법은 분리막에 고압을 가하여 이물질을 제거해야하므로 에너지의 비용이 증대되고, 전기투석법은 지속적으로 전극셀을 교체해야 하므로 전극셀의 교체에 따른 낭비요인이 발생될 뿐만 아니라 전극셀의 교체에 따른 인적 및 물적 부대비용이 증대되는 단점이 있다.The filtration method requires high pressure to remove the foreign materials by applying a high pressure to the separation membrane. Therefore, the energy cost is increased, and the electrodialysis method requires continuous replacement of the electrode cells, which causes wasted factors due to the replacement of the electrode cells. There is a disadvantage that human and material incidental expenses are increased.

한국 등록특허공보 제501417호에는 소정의 압력으로 유입되는 처리수에 대해 1차로 염성분을 제거하는 역삼투막장치; 스페이서, 양전극, 음전극이 원통형의 탱크내에 순차적으로 설치되어 상기 역삼투막장치로에서 1차 처리된 처리수로부터 재차 염성분을 제거하는 전극탈염장치; 상기 역삼투막장치의 브라인측 압력을 전극탈염장치의 입구수 가압용으로 활용하기 위한 에너지회수장치; 상기 전극탈염장치에 구비된 양전극과 음전극에 전원을 공급하는 전원공급수단; 및 상기 전극탈염장치로 유입되는 처리수를 탈염하는 탈염과정과 탈염과정중에 전극에 흡착된 이온들을 탈리시키는 재생과정을 수행하기 위해 처리수가 유동하는 배관들에 구비된 밸브들을 제어하는 제어수단;을 포함하는 역삼투막법/전극법을 이용한 폐수 탈염장치가 개시되어 있다. 그러나, 이러한 폐수 탈염장치는 역삼투막장치 및 전극탈염장치가 개별적으로 구비되어 있어, 탈염 장치의 크기가 크고, 많은 제조 비용이 소요되는 문제점이 있다.Korean Patent Registration No. 501417 discloses a reverse osmosis membrane device that primarily removes salt components from treated water flowing at a predetermined pressure; An electrode desalination device for sequentially removing the salt component from the treated water primarily treated in the reverse osmosis membrane device, wherein the spacer, the positive electrode, and the negative electrode are sequentially disposed in a cylindrical tank; An energy recovery device for utilizing the brine side pressure of the reverse osmosis membrane device to pressurize the inlet of the electrode desalination device; Power supply means for supplying power to the positive and negative electrodes of the electrode desalination apparatus; And control means for controlling the valves provided in the pipes through which the process water flows to carry out a desalination process for desalinating the process water introduced into the electrode desalination device and a regeneration process for desorbing the ions adsorbed on the electrodes during the desalination process A waste water desalination apparatus using a reverse osmosis membrane / electrode method is disclosed. However, such a waste water desalination apparatus is disadvantageous in that a reverse osmosis membrane apparatus and an electrode desalination apparatus are separately provided, and the size of the desalination apparatus is large and a large manufacturing cost is required.

따라서, 본 발명자들은 탈염 장치를 슬림화시키고, 제조 경비를 감소시킬 수 있는 기술에 대한 연구를 지속적으로 진행하여 고 축전용량을 가짐과 동시에 초박막형의 집전체를 구현할 수 있는 집전체 모듈의 구조적인 특징을 도출하여 발명함으로써, 보다 경제적이고, 활용 가능하고 경쟁력있는 본 발명을 완성하였다. Therefore, the inventors of the present invention have continued to carry out researches on a technology capable of reducing the desalination apparatus and reducing the manufacturing cost, so that the structural characteristics of the current collector module capable of having a high storage capacitance and simultaneously realizing a thin film- The present invention has been completed, which is more economical, utilizable and competitive.

한국 등록특허공보 제501417호Korean Patent Registration No. 501417

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 다공성 이온교환 기재 일면에 이온교환막을 형성하고, 다공성 이온교환 기재 타면 또는 전면에 도전성막을 형성하는 초박형 구조로 고 축전용량을 가질 수 있는 탈염용 복합전극을 구현할 수 있는 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극, 그의 제조 방법 및 이를 이용한 탈염 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an ion exchange membrane having an ultra-thin structure having a high storage capacity A composite electrode for desalting having an ion exchange membrane capable of implementing a desalting composite electrode, a method for manufacturing the same, and a desalination apparatus using the same.

본 발명의 다른 목적은 다공성 이온교환 기재의 미세 기공에 도전성 물질을 침투시켜 집전체를 적용하여, 제조 경비를 감소시키고, 고 축전용량을 가질 수 있으며, 비표면적을 매우 높일 수 있는 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극, 그의 제조 방법 및 이를 이용한 탈염 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an ion exchange membrane capable of applying a current collector to a micropores of a porous ion-exchange base material to reduce the manufacturing cost, have a high storage capacity, and increase the specific surface area A composite electrode for desalting, a manufacturing method thereof, and a desalination apparatus using the same.

본 발명의 또 다른 목적은 전극과 집전체를 일체화함으로써 초박막화하여 탈염 장치를 슬림화시킬 수 있는 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극, 그의 제조 방법 및 이를 이용한 탈염 장치를 제공하는 데 있다.Still another object of the present invention is to provide a composite electrode for desalting having an ion exchange membrane capable of forming an ultra thin film by integrating an electrode and a current collector to make the desalination apparatus slimmer, a manufacturing method thereof, and a desalination apparatus using the same.

본 발명의 또 다른 목적은 플렉서블한 탈염 모듈을 구현할 수 있는 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극, 그의 제조 방법 및 이를 이용한 탈염 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a composite electrode for desalting having an ion exchange membrane capable of implementing a flexible desalination module, a method of manufacturing the same, and a desalination apparatus using the same.

상술된 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예는, 미세 기공을 갖는 다공성 이온교환 기재; 상기 다공성 이온교환 기재의 일면에 이온교환용액이 전기분사되어 형성된 이온교환막; 및 상기 다공성 이온교환 기재의 타면 또는 전면(全面)에 형성되어 있는 도전성막;을 포함하는 탈염용 복합전극을 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, an embodiment of the present invention is a porous ion-exchange substrate having micropores; An ion exchange membrane formed by electrospinning an ion exchange solution on one surface of the porous ion exchange substrate; And a conductive film formed on the other surface or the entire surface of the porous ion-exchange substrate.

또한, 본 발명의 일 실시예는, 미세 기공을 갖는 다공성 이온교환 기재를 형성하는 단계; 상기 다공성 이온교환 기재의 일면에 이온교환용액을 전기분사하여 분사 액적이 축적되어 이루어진 이온교환막을 형성하는 단계; 및 상기 다공성 이온교환 기재의 타면에 도전성 물질을 증착하여 도전성막을 형성하는 단계;를 포함하는 탈염용 복합전극의 제조 방법을 제공한다.Also, an embodiment of the present invention provides a method of forming a porous ion-exchange substrate, comprising: forming a porous ion-exchange substrate having micropores; A step of forming an ion exchange membrane by spraying an ion exchange solution on one surface of the porous ion exchange substrate to accumulate droplets of droplets; And depositing a conductive material on the other surface of the porous ion-exchange substrate to form an electroconductive film.

더불어, 본 발명의 일 실시예는, 고분자 물질을 전기방사하여 얻어진 나노섬유가 축적되어 있고 3차원 미세 기공을 갖는 나노섬유 웹, 및 부직포 중 선택된 하나 또는 양자의 적층 구조의 다공성 이온교환 기재를 형성하는 단계; 상기 다공성 이온교환 기재의 타면 또는 전면에 도전성 물질을 증착하여 도전성막을 형성하는 단계; 상기 다공성 이온교환 기재의 타면에 형성된 도전성막에 금속 물질을 도금하여 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 다공성 이온교환 기재의 일면에 이온교환용액을 코팅하여 이온교환막을 형성하는 단계;를 포함하는 탈염용 복합전극의 제조 방법을 제공한다.In addition, one embodiment of the present invention provides a method of forming a porous ion-exchange substrate having a laminated structure of one or both selected from a nanofiber web having accumulated nanofibers obtained by electrospinning a polymer material and having three-dimensional micropores, and a nonwoven fabric ; Depositing a conductive material on the other surface or the entire surface of the porous ion-exchange substrate to form a conductive film; Forming a plating layer by plating a conductive material formed on the other surface of the porous ion-exchange substrate with a metal material; And coating an ion exchange solution on one surface of the porous ion-exchange substrate to form an ion-exchange membrane.

게다가, 본 발명의 일 실시예는, 미세 기공을 갖는 다공성 이온교환 기재, 다공성 이온교환 기재의 타면에 형성되어 있는 도전성막, 다공성 이온교환 기재의 일면에 형성된 이온교환막을 포함하는 제1 탈염용 복합전극; 및 상기 제1 탈염용 복합전극과 공간을 사이에 두고 대향하고 있으며, 미세 기공을 갖는 다공성 이온교환 기재, 다공성 이온교환 기재의 타면에 형성되어 있는 도전성막, 다공성 이온교환 기재의 일면에 형성된 이온교환막을 포함하는 제2 탈염용 복합전극;을 포함하는 탈염 장치를 제공한다.In addition, one embodiment of the present invention is directed to a porous membrane, comprising: a porous ion-exchange substrate having micropores; a conductive membrane formed on the other surface of the porous ion-exchange substrate; and a first desalination complex electrode; And a porous ion-exchange substrate having micropores, which faces the first desalting composite electrode with a space therebetween, a conductive film formed on the other surface of the porous ion-exchange substrate, ion exchange formed on one surface of the porous ion- And a second desalting composite electrode including a membrane.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 다공성 이온교환 기재 일면에 이온교환용액을 전기 방사하여 이온교환 나노섬유 웹을 형성하고, 다공성 이온교환 기재 타면 또는 전면에 도전성막을 형성하는 초박형 구조를 구현하여 저렴한 비용으로 고 축전용량을 가질 수 있는 탈염용 복합전극을 구현할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, an ultra-thin structure that forms an ion-exchange nanofiber web by electrospinning an ion exchange solution on one surface of a porous ion-exchange substrate and forms a conductive film on the other surface or the entire surface of the porous ion- There is an advantage that a composite electrode for desalting having a high storage capacity can be realized.

또, 본 발명에서는 다공성 이온교환 기재의 미세 기공에 도전성 물질이 침투된 전극 구조를 구현하여 비표면적이 매우 높은 전극, 및 초박막 전극을 제작할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention realizes an electrode structure in which a conductive material is infiltrated into micropores of a porous ion-exchange base material, thereby producing an electrode having a very high specific surface area and an ultra-thin electrode.

또한, 본 발명에서는 가요성이 우수한 나노섬유 웹 또는 부직포를 전극 지지체로 적용하여 플렉서블한 탈염 전극복합체를 구현할 수 있는 잇점이 있다.In addition, the present invention has an advantage that a flexible desalination electrode composite can be realized by applying a nanofiber web or nonwoven fabric having excellent flexibility to an electrode support.

또, 본 발명에서는 전극 지지체의 기공 크기를 쉽게 조절할 수 있고, 균일한 크기의 기공을 갖는 전극 구현이 가능하여, 이온의 흡착 및 탈착 효율을 향상시킬 수 있으며, 바인더를 사용하지 않아 바인더의 용출 우려를 해소하고, 간단한 제조 공정으로 제조 경비를 감소시킬 수 있는 탈염용 복합전극을 제작할 수 있는 기술을 제공한다.In addition, in the present invention, it is possible to easily adjust the pore size of the electrode support and to realize an electrode having pores of uniform size, so that the efficiency of adsorption and desorption of ions can be improved, and the binder is not used, And to manufacture a composite electrode for desalting which can reduce the production cost by a simple manufacturing process.

더불어, 본 발명에서는 다공성 이온교환 기재의 미세 기공에 도전성 물질을 침투시켜 전극을 제작함으로써, 제조 경비를 감소시키고, 저렴한 비용으로 고 축전용량을 가질 수 있는 탈염용 복합전극을 구현할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, there is an advantage in that a composite electrode for desalting can be realized by impregnating a conductive material into fine pores of a porous ion-exchange base material to produce an electrode, thereby reducing manufacturing costs and having a high storage capacity at low cost .

게다가, 본 발명에서는 미세 기공을 갖는 다공성 이온교환 기재에 도전성막을 형성하여 초박형의 탈염용 복합전극을 구현함으로써, 초박형 탈염 장치를 구현할 수 있다.In addition, in the present invention, by forming a conductive film on a porous ion-exchange substrate having micropores to realize an ultra-thin composite electrode for desalting, an ultra-thin desalination device can be realized.

아울러, 본 발명에서는 이온교환용액을 전기분사하고, 분사된 액적을 축적하여 이온교환막을 형성함으로써, 치밀한 구조의 무기공 필름 형태를 구현할 수 있고, 초박막의 두께를 가질 수 있어, 선택된 이온만이 자유자제로 이동할 수 있고, 이온들이 이동하는 저항을 낮출 수 있는 잇점이 있다.In addition, in the present invention, an ion exchange membrane is formed by electrospraying an ion exchange solution and accumulating droplets ejected therefrom. Thus, it is possible to form an inorganic hollow film having a dense structure and to have an ultra thin film thickness, It is possible to move to the scion, and the resistance of the ions to move can be lowered.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극을 설명하기 위한 개념적인 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극에 도금층이 형성된 것을 설명하기 위한 개념적인 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극의 제조 방법의 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극의 제조 방법의 일부 공정을 설명하기 위한 개념적인 도면이고,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 탈염 장치를 설명하기 위한 개념적인 도면이고,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 탈염 장치를 설명하기 위한 개념적인 도면이고,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 탈염 장치를 설명하기 위한 개념적인 도면이고,
도 8은 도 7의 필터 모듈이 적층된 구조를 설명하기 위한 개념적인 도면이다.
1 is a conceptual sectional view for explaining a desalting composite electrode having an ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention,
2 is a conceptual cross-sectional view illustrating a plating layer formed on a desalting composite electrode having an ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention,
3 is a flowchart of a method of manufacturing a desalting composite electrode having an ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention,
4 is a conceptual view for explaining some steps of a method for manufacturing a desalting composite electrode having an ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention,
FIG. 5 is a conceptual view for explaining a desalination apparatus according to the first embodiment of the present invention,
FIG. 6 is a conceptual view for explaining a desalination apparatus according to a second embodiment of the present invention,
7 is a conceptual view for explaining a desalination apparatus according to a third embodiment of the present invention,
FIG. 8 is a conceptual view for explaining a structure in which the filter module of FIG. 7 is stacked. FIG.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

본 발명의 실시예들은 다공성 이온교환 기재 일면에 이온교환용액을 전기 분사하여 무기공 이온교환막을 형성하고, 다공성 이온교환 기재 타면 또는 전면에 도전성막을 형성하는 초박형 구조를 구현하여 저렴한 비용으로 고 축전용량을 가질 수 있는 탈염용 복합전극을 구현하는 것이다.Embodiments of the present invention can realize an ultra-thin structure that forms an inorganic ion exchange membrane by electrospraying an ion exchange solution on one surface of a porous ion exchange substrate and forms a conductive film on the other surface or whole surface of the porous ion exchange body, To thereby obtain a desalting composite electrode.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극을 설명하기 위한 개념적인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극에 도금층이 형성된 것을 설명하기 위한 개념적인 단면도이다.FIG. 1 is a conceptual sectional view for explaining a desalting composite electrode having an ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a desalting composite electrode having an ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention. And is a conceptual cross-sectional view for explaining formation of a plating layer.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 탈염용 복합전극은 미세 기공을 갖는 다공성 이온교환 기재(110); 다공성 이온교환 기재(110)의 일면(111)에 이온교환용액이 전기분사되어 형성된 무기공성 이온교환막(120); 다공성 이온교환 기재(110)의 타면(112) 또는 전면에 형성되어 있는 도전성막(130)을 포함한다. 1, a desalting composite electrode according to an embodiment of the present invention includes a porous ion exchange substrate 110 having micropores; An inorganic ion exchange membrane 120 formed by electrospinning an ion exchange solution on one surface 111 of the porous ion exchange substrate 110; And a conductive film 130 formed on the other surface 112 or the entire surface of the porous ion-exchange substrate 110.

본 발명에서는 다공성 이온교환 기재(110)의 일면에 이온교환용액을 전기분사시키게 되면, 노즐에서 액적이 분사됨과 동시에 대부분의 용매가 휘발되고, 액적이 축적됨으로써, 기공이 없는 무기공성 이온교환막(120)을 형성할 수 있기에, 별도의 건조 공정이 불필요하여 생산성을 극대화시킬 수 있다.In the present invention, when the ion exchange solution is injected on one surface of the porous ion exchange substrate 110, the droplets are injected from the nozzles, and most of the solvent is volatilized and the droplets are accumulated, thereby forming the inorganic porous ion exchange membrane 120 ) Can be formed, so that a separate drying step is unnecessary and productivity can be maximized.

다공성 이온교환 기재(110)는 이온교환용액을 전기방사로 만들어진 나노섬유가 축적되어 형성된 기공성 박막으로, 이온교환 물질로 이루어진 비표면적이 높은 다공성 전극을 만들 수 있다.The porous ion exchange substrate 110 may be a porous thin film formed by accumulating nanofibers made by electrospinning an ion exchange solution, and may be a porous electrode made of an ion exchange material and having a high specific surface area.

무기공성 이온교환막(120)은 전극의 극성에 따라 양이온교환막 또는 음이온교환막일 수 있고, 무기공성 이온교환막(120)은 이온들을 전극에 선택적으로 흡착시키는 역할을 한다. 즉, 양극에는 음이온교환막이 결합되고, 음극에는 양이온교환막이 결합되어, 전압이 인가되면 음극에는 양이온만이 흡착되고, 양극에는 음이온만 흡착된다.The inorganic porous ion exchange membrane 120 may be a cation exchange membrane or an anion exchange membrane depending on the polarity of the electrode, and the inorganic porous ion exchange membrane 120 selectively adsorbs ions to the electrode. That is, an anion exchange membrane is coupled to the anode, and a cation exchange membrane is coupled to the cathode. When a voltage is applied, only cations are adsorbed to the cathode and only anions are adsorbed to the anode.

그리고, 이온교환용액을 전기분사하게 되면, 전기분사되는 노즐에서 미세한 크기의 액적이 분사하고, 전기적인 힘에 의해 더 미세하게 분화되어 축적됨으로써 무기공 필름 형태의 무기공성 이온교환막(120)이 형성된다.When the ion exchange solution is sprayed, the droplet of a small size is injected from the nozzle to be sprayed, and the droplet is further finely divided and accumulated by the electric force, so that the inorganic porous ion exchange membrane 120 is formed do.

그러므로, 무기공성 이온교환막(120)은 이온교환용액을 전기분사로 만들어진 액적이 축적되어 형성된 무기공성 박막이므로, 무기공성 이온교환막(120)을 매우 얇고 균일하게 형성할 수 있어, 이온의 흡착 및 탈착 효율을 향상시킬 수 있다.Therefore, since the inorganic porous ion exchange membrane 120 is an inorganic porous membrane formed by accumulating droplets made by electrospinning, the inorganic porous ion exchange membrane 120 can be formed very thinly and uniformly, The efficiency can be improved.

이러한 무기공성 이온교환막(120)은 축전식 탈염 장치에서 이온을 흡착한 후, 탈착시 탈착한 이온이 다시 상대방 전극으로 흡착되는 것을 막아주는 효과가 있다.This inorganic porous ion exchange membrane 120 has the effect of preventing the ions desorbed upon desorption after adsorbing ions from the storage desalination apparatus from being adsorbed again to the counter electrode.

본 발명에서, 무기공성 이온교환막(120)은 무기공 형태를 가짐으로써, 이온의 선택적 투과성을 높일 수 있다. 이와 반대로, 기공을 갖는 이온교환막이 기공을 갖게되면, 전기적인 인력 또는 반발력에도 불구하고 양이온 및 음이온 모두가 기공을 통하여 통과될 수 있기에, 바람직한 구조는 아니다.In the present invention, the inorganic porous ion exchange membrane (120) has an inorganic porous form so that the selective permeability of ions can be increased. On the other hand, if the ion exchange membrane having pores has pores, it is not a desirable structure because both positive ions and negative ions can pass through the pores in spite of the electrical attractive force or the repulsive force.

이와 같이, 본 발명에서는 이온교환용액을 전기분사하고, 분사된 액적을 축적하여 무기공성 이온교환막(120)을 형성함으로써, 치밀한 구조의 무기공 필름 형태를 구현할 수 있고, 초박막의 두께를 가질 수 있어, 선택된 이온만이 자유자제로 이동할 수 있고, 이온들이 이동하는 저항을 낮출 수 있는 장점이 있다. As described above, in the present invention, by forming the inorganic ion exchange membrane 120 by spraying the ion exchange solution and accumulating the injected droplets, it is possible to realize an inorganic hollow film form having a dense structure, , Only the selected ions can move freely, and the resistance to the movement of ions can be lowered.

도전성막(130)은 도전성 물질을 다공성 이온교환 기재(110)의 타면(112)에 증착하여 형성할 수 있다. 도전성 물질로 니켈(Ni), 구리(Cu), 스텐레스 스틸(SUS), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al)과 같은 금속류 중 하나를 적용할 수 있고, 바람직하게는 구리를 증착시켜 증착막을 형성하는 것이다. The conductive film 130 may be formed by depositing a conductive material on the other surface 112 of the porous ion exchange substrate 110. Examples of the conductive material include nickel, copper, stainless steel, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, zinc, molybdenum, One of metals such as molybdenum (Mo), tungsten (W), silver (Ag), gold (Au) and aluminum (Al) can be applied.

이와 같이, 탈염용 복합전극의 다공성 이온교환 기재(110)에 도전성 물질을 증착하게 되면, 증착되는 도전성 물질이 다공성 이온교환 기재(110)의 다수의 기공에 침투되어, 다공성 전극으로 형성되는 것이다.When a conductive material is deposited on the porous ion-exchange substrate 110 of the desalting composite electrode, the conductive material to be deposited is permeated into the plurality of pores of the porous ion-exchange substrate 110 to be formed as a porous electrode.

즉, 다공성 이온교환 기재(110)는 이온교환물질로 이루어진 나노 섬유가 축적되어 형성된 것이어서 다수의 미세 기공을 구비하고 있으므로, 증착된 도전성 물질은 다수의 미세 기공으로 침투되어, 미세 기공 내측에 증착막이 형성되고, 증착된 후(後)의 다공성 이온교환 기재(110)의 기공은 증착되기 전(前)의 다공성 이온교환 기재(110) 기공보다 더 미세해진다. 그러므로, 본 발명의 탈염용 복합전극은 이온을 흡착시킬 수 있는 미세 기공을 갖는 전극 구조가 되어 축전식 탈염 전극으로 사용할 수 있는 것이다.That is, since the porous ion-exchange substrate 110 is formed by accumulating nanofibers composed of an ion exchange material and has a plurality of micropores, the deposited conductive material is permeated into a plurality of micropores, The pores of the porous ion exchange substrate 110 after being formed and deposited are finer than the pores of the porous ion exchange substrate 110 before deposition. Therefore, the desalting composite electrode of the present invention has an electrode structure having micropores capable of adsorbing ions, and thus can be used as a storage desalination electrode.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 탈염용 복합전극은 다공성 이온교환 기재(110)에 형성된 도전성막(130)에 도금되어 있는 도금층(150)이 더 형성되어 있고, 이 도금층(150)은 집전체가 된다.2, a desalting composite electrode according to an embodiment of the present invention further includes a plating layer 150 plated on a conductive film 130 formed on the porous ion-exchange substrate 110, and the plating layer 150 150) becomes the current collector.

도금층(150)은 탈염용 복합전극의 전기전도도를 향상시키고, 별도의 집전체를 필요로하지 않기 때문에 초박막화하여 슬림화시킬 수 있어, 탈염장치를 소형화시킬 수 있다. 여기서, 도금층(150)은 다공성 이온교환 기재(110)에 형성된 도전성막(130)에 도금되며, 다공성 이온교환 기재(110)의 일면에만 도금층(150)을 형성한다. 즉, 본 발명에 적용된 탈염용 복합 전극이 하나의 시트로서 전극 및 집전체의 역할을 동시에 수행하기 위한 것으로, 증착하여 형성된 도전성막(130)으로는 탈염용 복합 전극을 위한 충분한 전기전도성을 갖지 못하므로, 도금층(150)이 필요한 것이다.The plating layer 150 improves the electrical conductivity of the desalination composite electrode and does not require a separate current collector. Therefore, the plating layer 150 can be made ultra thin and slim, and the desalination device can be downsized. Here, the plating layer 150 is plated on the conductive film 130 formed on the porous ion-exchange substrate 110, and the plating layer 150 is formed on only one side of the porous ion-exchange substrate 110. That is, the composite electrode for desalting applied to the present invention serves to simultaneously serve as an electrode and a current collector as one sheet, and the conductive film 130 formed by vapor deposition does not have sufficient electrical conductivity for a desalting composite electrode The plating layer 150 is required.

그리고, 다공성 이온교환 기재(110)의 일면에만 도금층(150)을 형성하는 이유는 통상 도금을 하면 기공이 막히게 되는바, 탈염용 복합전극의 전극부는 다공성이어야 함으로, 전극부에는 도금층(150)을 형성하지 않는다.The reason for forming the plating layer 150 on only one surface of the porous ion exchange substrate 110 is that if the plating is performed, the pores are clogged, and the electrode portion of the desalting composite electrode must be porous. Do not form.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 탈염용 복합전극은 나노섬유 웹과 같은 다공성 이온교환 기재의 미세 기공에 도전성 물질이 침투된 전극 구조임으로, 비표면적이 매우 높은 전극, 및 1㎛-50㎛ 두께의 초박막 전극을 제작할 수 있는 장점이 있다.Accordingly, the desalting composite electrode according to an embodiment of the present invention is an electrode structure in which a conductive material is permeated into micropores of a porous ion-exchange base material such as a nanofiber web, and has an electrode having a very high specific surface area, It is advantageous to fabricate an ultra thin electrode having a thickness of about 20 탆.

또한, 본 발명에서는 가요성이 우수한 나노섬유로 이루어진 다공성 이온교환 기재를 전극 지지체로 제작하여 플렉서블한 탈염용 복합전극을 구현할 수 있고, 이와 동시에, 휘어진 극한 형상의 탈염장치에도 탈염용 복합전극을 장착할 수 있는 잇점이 있다.In addition, in the present invention, a porous ion exchange base made of nanofibers excellent in flexibility can be fabricated as an electrode support to realize a flexible composite electrode for desalting, and at the same time, a composite electrode for desalting There is an advantage to be able to do.

더불어, 본 발명에서는 기공 크기를 쉽게 조절할 수 있고, 균일한 크기의 기공을 갖는 전극 구현이 가능하여, 이온의 흡착 및 탈착 효율을 극대화시킬 수 있다.In addition, in the present invention, it is possible to easily adjust the pore size and to realize an electrode having pores of uniform size, thereby maximizing the adsorption and desorption efficiency of ions.

아울러, 본 발명에서는 바인더를 사용하지 않아 바인더의 용출 우려가 없으며, 공정이 간단해 경제성 있는 전극을 만들수 있다.In addition, in the present invention, there is no risk of elution of the binder because no binder is used, and an economical electrode can be produced with a simple process.

게다가, 본 발명에서는 다공성 이온교환 기재의 미세 기공에 도전성 물질을 침투시켜 전극을 제작함으로써, 제조 경비를 감소시키고, 저렴한 비용으로 고 축전용량을 가질 수 있는 탈염용 복합전극을 제공할 수 있다.In addition, in the present invention, it is possible to provide a composite electrode for desalting capable of reducing manufacturing costs and having a high storage capacity at a low cost by forming an electrode by penetrating a conductive material into the micropores of the porous ion-exchange base.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극의 제조 방법의 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극의 제조 방법의 일부 공정을 설명하기 위한 개념적인 도면이다.FIG. 3 is a flow chart of a method for manufacturing a desalting composite electrode having an ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a desalting composite electrode having an ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention FIG. 3 is a conceptual view for explaining a part of the process of FIG.

도 3을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극은 먼저, 이온교환용액을 전기방사하여 얻어진 나노섬유가 축적되어 있고 3차원 미세 기공을 갖는 다공성 이온교환 기재를 형성한다(S100). Referring to FIG. 3, a desalting composite electrode having an ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention includes a porous ion-exchange substrate having nanofibers accumulated therein by electrospinning ion exchange solution and having three-dimensional micropores (S100).

그 다음, 다공성 이온교환 기재의 일면에 이온교환용액을 전기분사하여 분사된 액적이 축적되어 이루어진 이온교환막을 형성하고(S110), 다공성 이온교환 기재의 타면 또는 전면에 도전성 물질을 증착하여 도전성막을 형성한다(S120).Then, an ion exchange membrane is formed by accumulating the injected droplets by electrospinning the ion exchange solution on one surface of the porous ion exchange substrate (S110), and a conductive substance is deposited on the other surface or entire surface of the porous ion exchange substrate to form a conductive film (S120).

한편, 도전성막은 도전성 물질의 재료에 따라 CVD(Chemical Vapor Deposition:화학적 기상성장) 방법 또는 PVD(Physical Vapor Deposition :물리적 기상 성장) 방법을 이용하여 증착 공정을 수행한다.On the other hand, the conductive film is deposited using CVD (Chemical Vapor Deposition) or PVD (Physical Vapor Deposition) depending on the material of the conductive material.

도 4를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 이온교환막을 구비한 탈염용 복합전극의 제조 방법에서 다공성 이온교환 기재(110) 및 무기공 이온교환막(120)을 형성하는 공정을 설명하면, 먼저 이온교환용액을 방사용액으로 하여, 이온교환용액을 제1노즐(41)로 전기 방사하게 되면, 방사된 나노섬유(111)가 축적되어 다공성 이온교환 기재(110)가 형성된다. 그 후, 형성된 다공성 이온교환 기재(110)는 제2노즐(42) 하부로 이동되고, 제2노즐(42) 하방 방향(125)의 다공성 이온교환 기재(110) 상부로 이온교환용액을 전기분사하게 되면, 분사된 액적(121)은 다공성 이온교환 기재(110)에 축적되어 무기공 이온교환막(120)으로 형성된다.Referring to FIG. 4, a process for forming the porous ion-exchange substrate 110 and the inorganic ion-exchange membrane 120 in the method for manufacturing a desalting composite electrode having an ion-exchange membrane according to an embodiment of the present invention will be described. First, when the ion exchange solution is used as a spinning solution and the ion exchange solution is electrospun by the first nozzle 41, the spun nanofibers 111 are accumulated to form the porous ion exchange base material 110. The formed porous ion exchange substrate 110 is then moved to the bottom of the second nozzle 42 and the ion exchange solution is sprayed onto the porous ion exchange substrate 110 in the downward direction 125 of the second nozzle 42, The injected droplets 121 are accumulated in the porous ion exchange substrate 110 and are formed into the inorganic ion exchange membrane 120.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 탈염 장치를 설명하기 위한 개념적인 도면이고, 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 탈염 장치를 설명하기 위한 개념적인 도면이다.FIG. 5 is a conceptual view for explaining a desalination apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining a desalination apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 탈염 장치는 미세 기공을 갖는 다공성 이온교환 기재, 다공성 이온교환 기재의 타면 또는 전면에 형성되어 있는 도전성막, 다공성 이온교환 기재의 일면에 형성된 이온교환막을 포함하는 제1 탈염용 복합전극(160); 및 제1 탈염용 복합전극(160)과 공간을 사이에 두고 대향하고 있으며, 미세 기공을 갖는 다공성 이온교환 기재, 다공성 이온교환 기재의 타면 또는 전면에 형성되어 있는 도전성막, 다공성 이온교환 기재의 일면에 형성된 이온교환막을 포함하는 제2 탈염용 복합전극(170)을 포함한다.5, the desalination apparatus according to the first embodiment of the present invention comprises a porous ion-exchange substrate having micropores, a conductive membrane formed on the other surface or the entire surface of the porous ion-exchange substrate, a porous membrane formed on one surface of the porous ion- A first desalination composite electrode 160 including an ion exchange membrane; A porous ion-exchange substrate having fine pores, a conductive film formed on the other surface or the entire surface of the porous ion-exchange substrate, and a surface of the porous ion-exchange substrate facing the first desalination composite electrode 160 with a space therebetween, And a second desalting composite electrode 170 including an ion exchange membrane formed on the second electrode 170.

제1 및 제2 탈염용 복합전극(160,170)은 서로 다른 극성의 집전체 또는 전위가 발생될 수 있는 집전체로, 예컨대, 제1 탈염용 복합전극(160)은 음극 집전체이고, 제2 탈염용 복합전극(170)은 양극 집전체이다. The first and second desalination composite electrodes 160 and 170 are collectors of different polarities or potentials capable of generating dislocations. For example, the first desalting composite electrode 160 is a negative electrode collector, and the second desalination The composite electrode 170 is a positive electrode collector.

제1 및 제2 탈염용 복합전극(160,170) 사이에 전위를 인가하게 되면, 제1 및 제2 탈염용 복합전극(160,170)의 표면에 형성되는 전기이중층에서 전기적 인력에 의하여, 탈염 장치의 일측으로 유입되는 해수나 폐수등의 처리수에 포함된 이온들이 제1 및 제2 탈염용 복합전극(160,170)의 표면에 흡착되어 제거됨으로써, 탈염 장치의 타측으로 정화된다. 이때, 전기적인 인력에 의해, 다공성 전극은 해수나 폐수등의 처리수에 포함된 이온을 흡착한다.When the electric potential is applied between the first and second composite desalting electrodes 160 and 170, the electric double layer formed on the surfaces of the first and second composite desalting electrodes 160 and 170 is electrically attracted to one side of the desalter The ions contained in the treated water such as seawater or wastewater are adsorbed and removed on the surface of the first and second desalination composite electrodes 160 and 170 to be purified to the other side of the desalination apparatus. At this time, the porous electrode absorbs the ions contained in the treated water such as seawater and wastewater by an electrical attraction.

도 6을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 탈염 장치는 일실시예에 따른 탈염 장치와 비교하여 제1 및 제2 탈염용 복합전극(160,170) 사이 공간에 위치되어, 처리수가 통과하는 부직포(180)를 더 포함한다.6, the desalination apparatus according to the second embodiment of the present invention is located in a space between the first and second desalination composite electrodes 160 and 170 as compared with the desalination apparatus according to the embodiment, And a nonwoven fabric 180.

본 발명의 제2실시예에 따른 탈염 장치에서는 제1 및 제2 탈염용 복합전극(160,170)에 인가된 전위로 부직포(180)로 통과되는 처리수에서 이온을 흡착함으로써, 축전식 탈염을 구현한다.In the desalination apparatus according to the second embodiment of the present invention, ions are adsorbed in the treated water passing through the nonwoven fabric 180 at a potential applied to the first and second composite desalting electrodes 160 and 170, thereby achieving a storage desalination .

그리고, 부직포(180)에는 불규칙한 형상의 다수의 기공이 형성되어 있어, 제1 및 제2 탈염용 복합전극(160,170) 사이에서 통과되는 처리수의 유동 방향을 다양하게 가변시켜, 제1 및 제2 탈염용 복합전극(160,170) 사이에 인가된 전위에 의해 이온들의 흡착 효율을 증가시킬 수 있다.A plurality of irregularly shaped pores are formed in the nonwoven fabric 180. The flow direction of the treated water passing between the first and second composite desalting composite electrodes 160 and 170 is varied in various ways, The adsorption efficiency of the ions can be increased by the potential applied between the desalting composite electrodes 160 and 170.

이와 같은 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 탈염 장치는 미세 기공을 갖는 다공성 이온교환 기재에 도전성막을 형성하여 초박형의 탈염용 복합전극을 구현함으로써, 초박형 탈염 장치를 구현할 수 있다.In the desalination apparatus according to the first and second embodiments of the present invention, a conductive membrane is formed on the porous ion-exchange substrate having micropores to realize an ultra-thin composite electrode for desalting, thereby realizing an ultra-thin desalination apparatus.

본 발명에서는 제1 및 제2실시예에 따른 탈염 장치에 적용된 도전성막에 전기전도도를 향상시키기 위한 도금층이 더 형성될 수 있다.In the present invention, a plating layer for improving electrical conductivity may be further formed on the conductive film applied to the desalination apparatus according to the first and second embodiments.

한편, 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 탈염 장치는 흡착된 이온이 탈염용 복합전극의 축전용량에 도달하게 되면, 전극전위를 0 볼트(V), 또는 역 전위로 전환하여 탈염용 복합전극에 흡착된 이온들을 탈착시켜 역세척함으로써, 탈염 장치를 재생하여 사용할 수 있다.On the other hand, in the desalination apparatus according to the first and second embodiments of the present invention, when the adsorbed ions reach the storage capacity of the composite electrode for desalting, the electrode potential is switched to 0 volts (V) The desalination apparatus can be regenerated by desorbing the ions adsorbed on the composite electrode and backwashing it.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 탈염 장치를 설명하기 위한 개념적인 도면이고, 도 8은 도 7의 필터 모듈이 적층된 구조를 설명하기 위한 개념적인 도면이다.FIG. 7 is a conceptual view for explaining a desalination apparatus according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining a structure in which the filter module of FIG. 7 is stacked.

도 7을 참고하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 탈염 장치는 정화수가 배출되는 타단에 설치된 중금속 이온 및 세균성 물질을 필터링할 수 있는 필터 모듈(200)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the desalination apparatus according to the third embodiment of the present invention may further include a filter module 200 capable of filtering heavy metal ions and bacterial substances disposed at the other end of the purified water.

필터 모듈(200)은 탈염 장치의 타단에 설치되어, 중금속 이온 및 박테리아, 미생물 등의 세균성 물질을 제거할 수 있다. 이때, 도 7은 개념적인 도면으로, 필터 모듈(200)이 탈염 장치의 타단으로부터 이격되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 탈염용 복합전극(160,170) 사이를 통과한 제1정화수의 누수를 기본적으로 방지하기 위한 구조로 이루어져 있어야 한다. 예컨대, 필터 모듈(200)이 탈염 장치의 타단에 밀착될 수 있거나, 제1정화수의 누수를 방지하기 위한 가이드가 제1 및 제2 탈염용 복합전극(160,170)과 필터 모듈(200) 사이에 설치될 수 있다.The filter module 200 may be installed at the other end of the desalination device to remove heavy metal ions and bacterial substances such as bacteria and microorganisms. 7 is a conceptual diagram showing the filter module 200 being separated from the other end of the desalination device. However, the present invention is not limited thereto, and may be applied to the first and second desalination composite electrodes 160 and 170 It should be constructed so as to basically prevent leakage of the first purified water. For example, the filter module 200 may be attached to the other end of the desalination device, or a guide for preventing leakage of the first purified water may be installed between the first and second desalination composite electrodes 160 and 170 and the filter module 200 .

필터 모듈(200)은 제1 및 제2 탈염용 복합전극(160,170)에서 이온이 제거된 제1정화수에서 중금속 이온을 제거하기 위한 은(Ag) 메쉬 모듈(220), 및 은 메쉬 모듈(220)에 고정되어, 중금속 이온이 제거된 제2정화수(미도시)에서 세균성 물질을 필터링하기 위한 나노섬유 웹(210)을 포함하여 구성된다.The filter module 200 includes a silver mesh module 220 and a silver mesh module 220 for removing heavy metal ions from the first purified water from which ions are removed from the first and second desalination composite electrodes 160 and 170, And a nanofiber web 210 for filtering the bacterial material in a second purified water (not shown) where heavy metal ions are removed.

나노섬유 웹(210)은 3차원 미세 기공이 형성되어 있어, 제2정화수가 나노섬유 웹(210)을 통과하는 동안 세균성 물질은 나노섬유 웹에 포집된다.The nanofiber web 210 has three-dimensional micropores formed therein, and the bacterial material is collected on the nanofiber web while the second purified water passes through the nanofiber web 210.

그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 필터 모듈(200)은 은 메쉬 모듈(220) 및 나노섬유 웹(210)의 적층 구조가 반복적으로 적층된 구조로 구현할 수 있다.As shown in FIG. 8, the filter module 200 can be realized by repeatedly stacking the silver mesh module 220 and the nanofiber web 210 in a stacked structure.

따라서, 본 발명에서는 탈염 장치에 필터 모듈을 더 포함시켜, 중금속 이온과 세균성 물질을 필터링할 수 있는 것이다.Therefore, in the present invention, a filter module is further included in the desalination device, so that heavy metal ions and bacterial substances can be filtered.

한편, 본 발명에서는 나노섬유 웹(210)이 은나노 물질이 포함되어 있는 나노섬유가 적층된 나노섬유 웹으로 구현할 수 있고, 즉, 은나노 물질이 포함된 나노섬유 웹을 통과한 정화수는 세균 번식을 방지하여 항균 특성을 증가시킬 수 있다.Meanwhile, in the present invention, the nanofiber web 210 can be embodied as a nanofiber web in which nanofibers containing silver nanoparticles are laminated, that is, purified water passing through a nanofiber web containing silver nanoparticles can prevent the propagation of germs Thereby increasing the antibacterial property.

이경우, 은나노 물질, 고분자 물질을 유기용매에 용해하여 방사용액을 제조한 후, 전기방사를 수행하여 나노섬유를 적층하여 나노섬유 웹을 제조한다. In this case, a nanofiber web is prepared by dissolving a silver nanoparticle material and a polymer material in an organic solvent to prepare a spinning solution, and then electrospinning to laminate the nanofibers.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limited to the embodiments set forth herein. Various changes and modifications may be made by those skilled in the art.

본 발명은 다공성 이온교환 기재 일면에 이온교환막을 형성하고, 다공성 이온교환 기재 타면 또는 전면에 도전성막을 형성하는 초박형 구조로 고 축전용량을 가질 수 있는 탈염용 복합전극을 제작함으로써, 초박형 탈염 장치를 제공할 수 있다.The present invention provides an ultra-thin desalination device by forming an ion-exchange membrane on one surface of a porous ion-exchange substrate and fabricating a desalting composite electrode capable of having a high storage capacity with an ultra-thin structure that forms a conductive film on the other surface or entire surface of the porous ion- can do.

100,110a,110b:다공성 이온교환 기재 113:나노섬유
117,210:나노섬유 웹 120,120a,120b:이온교환막
130,130a,130b:도전성막 131:도전성 물질
150:도금층 160,170:탈염용 복합 전극
180:부직포 200:필터 모듈
220:은 메쉬 모듈
100, 110a, 110b: porous ion-exchange substrate 113: nanofiber
117, 210: Nano fiber web 120, 120a, 120b: ion exchange membrane
130, 130a, 130b: conductive film 131: conductive material
150: Plated layer 160, 170: Composite electrode for desalting
180: nonwoven fabric 200: filter module
220: silver mesh module

Claims (15)

이온교환 용액의 전기방사에 의해 만들어진 이온교환 물질의 나노섬유가 축적되어 형성된 미세기공을 갖는 다공성 이온교환 기재;
상기 다공성 이온교환 기재의 일면에 이온교환 용액이 전기분사되어 형성되는 무기공성 이온교환막; 및
상기 다공성 이온교환 기재의 타면에 형성되는 도전성막;을 포함하며,
상기 도전성막은 상기 다공성 이온교환 기재에 증착된 도전성 물질에 의해 형성되며, 상기 도전성 물질은 상기 미세 기공으로 침투되어 상기 미세 기공이 더 미세해지고 상기 다공성 이온교환 기재는 이온 흡착이 가능한 다공성 전극이 되는 탈염용 복합전극.
A porous ion exchange material having micropores formed by accumulation of nanofibers of an ion exchange material formed by electrospinning of an ion exchange solution;
An inorganic porous ion exchange membrane formed by electrospinning an ion exchange solution on one surface of the porous ion exchange substrate; And
And a conductive film formed on the other surface of the porous ion-exchange substrate,
The conductive membrane is formed of a conductive material deposited on the porous ion-exchange substrate, and the conductive material penetrates into the micropores to make the micropores finer, and the porous ion-exchange substrate becomes a porous electrode capable of ion- Composite electrode for desalting.
제1항에 있어서, 상기 이온교환막은, 양이온교환막 또는 음이온교환막인 탈염용 복합전극.The desalting composite electrode according to claim 1, wherein the ion exchange membrane is a cation exchange membrane or an anion exchange membrane. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 도전성막에 도금된 도금층을 더 포함하는 탈염용 복합전극.The desalting composite electrode according to claim 1, further comprising a plating layer plated on the conductive film. 이온교환 용액을 전기방사하여 만들어진 이온교환 물질의 나노섬유를 축적하여 미세기공을 갖는 다공성 이온교환 기재를 형성하는 단계;
상기 다공성 이온교환 기재의 일면에 이온교환 용액을 전기분사하여 분사 액적이 축적되어 이루어진 무기공성 이온교환막을 형성하는 단계; 및
상기 다공성 이온교환 기재의 타면에 도전성 물질을 증착하여 도전성막을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 도전성 물질은 상기 미세 기공으로 침투되어 상기 미세 기공이 더 미세해지고 상기 다공성 이온교환 기재는 이온 흡착이 가능한 다공성 전극이 되는 탈염용 복합전극의 제조 방법.
Depositing nanofibers of an ion exchange material produced by electrospinning an ion exchange solution to form a porous ion exchange substrate having micropores;
Forming an inorganic porous ion exchange membrane having an injection droplet accumulating by spraying an ion exchange solution on one surface of the porous ion exchange substrate; And
And depositing a conductive material on the other surface of the porous ion-exchange substrate to form a conductive film,
Wherein the conductive material is infiltrated into the micropores to make the micropores finer, and the porous ion-exchange substrate is a porous electrode capable of ion adsorption.
제7항에 있어서, 상기 도전성막에 도금 공정을 수행하여 도금층을 형성하는 단계를 더 포함하는 탈염용 복합전극의 제조 방법.The method of claim 7, further comprising forming a plating layer by performing a plating process on the conductive film. 이온교환 용액을 전기방사하여 만들어진 이온교환 물질의 나노섬유를 축적하여 미세기공을 갖는 다공성 이온교환 기재를 형성하는 단계;
상기 다공성 이온교환 기재의 일면에 도전성 물질을 증착하여 도전성막을 형성하는 단계;
상기 다공성 이온교환 기재에 형성된 도전성막에 금속 물질을 도금하여 도금층을 형성하는 단계; 및
상기 다공성 이온교환 기재의 타면에 이온교환 용액을 코팅하여 무기공성 이온교환막을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 도전성 물질은 상기 미세 기공으로 침투되어 상기 미세 기공이 더 미세해지고 상기 다공성 이온교환 기재는 이온 흡착이 가능한 다공성 전극이 되는 탈염용 복합전극의 제조 방법.
Depositing nanofibers of an ion exchange material produced by electrospinning an ion exchange solution to form a porous ion exchange substrate having micropores;
Depositing a conductive material on one surface of the porous ion-exchange substrate to form a conductive film;
Forming a plating layer on the conductive film formed on the porous ion-exchange substrate by plating a metal material; And
And coating an ion exchange solution on the other surface of the porous ion-exchange substrate to form an inorganic ion exchange membrane,
Wherein the conductive material is infiltrated into the micropores to make the micropores finer, and the porous ion-exchange substrate is a porous electrode capable of ion adsorption.
미세기공을 갖는 제1 다공성 이온교환 기재, 상기 제1 다공성 이온교환 기재의 일면에 형성된 무기공성 이온교환막, 상기 제1 다공성 이온교환 기재의 타면에 형성되어 있는 도전성막을 포함하는 제1 탈염용 복합전극; 및
상기 제1 탈염용 복합전극과 공간을 사이에 두고 대향하고 있으며, 미세 기공을 갖는 제2 다공성 이온교환 기재, 상기 제2 다공성 이온교환 기재의 일면에 형성된 무기공성 이온교환막, 상기 제2 다공성 이온교환 기재의 타면에 형성되어 있는 도전성막을 포함하는 제2 탈염용 복합전극;을 포함하며,
상기 각 도전성막은 각각 상기 제1 및 제2 다공성 이온교환 기재 각각에 증착된 도전성 물질에 의해 형성되며, 상기 도전성 물질은 상기 각 미세 기공으로 침투되어 상기 미세 기공이 더 미세해지고 상기 제1 및 제2 다공성 이온교환 기재는 이온 흡착이 가능한 다공성 전극이 되는 탈염 장치.
A first porous ion-exchange substrate having fine pores, an inorganic porous ion-exchange membrane formed on one surface of the first porous ion-exchange substrate, and a conductive membrane formed on the other surface of the first porous ion- ; And
An inorganic porous ion exchange membrane formed on one surface of the second porous ion exchange substrate, a second porous ion exchange membrane facing the first porous membrane, And a second desalting composite electrode including a conductive film formed on the other surface of the substrate,
Wherein each of the conductive films is formed of a conductive material deposited on each of the first and second porous ion exchange substrates, and the conductive material is infiltrated into each of the micropores to finer the micropores, 2 The porous ion-exchange substrate is a porous electrode capable of ion-adsorbing.
제10항에 있어서, 상기 제1 탈염용 복합전극과 상기 제2 탈염용 복합전극 사이에 처리수가 통과될 수 있는 유로가 형성된 부직포가 개재된 탈염 장치.The desalination apparatus according to claim 10, wherein a nonwoven fabric having a flow path through which process water can pass is disposed between the first desalting composite electrode and the second desalting composite electrode. 제11항에 있어서, 상기 처리수에 포함된 이온이 상기 제1 및 제2 탈염용 복합전극에서 흡착되어 정화된 정화수가 배출되는 영역에, 상기 정화수에서 중금속 이온 및 세균성 물질을 필터링할 수 있는 필터 모듈을 더 포함하는 탈염 장치.12. The method of claim 11, further comprising the steps of: providing a filter capable of filtering heavy metal ions and bacterial material in the purified water in a region where the ions contained in the treated water are adsorbed by the first and second desalting composite electrodes to discharge the purified water; Further comprising a module. 제12항에 있어서, 상기 필터 모듈은,
상기 정화수에서 중금속 이온을 제거하기 위한 은(Ag) 메쉬 모듈; 및
상기 은 메쉬 모듈에 고정되어, 상기 중금속 이온이 제거된 정화수에서 세균성 물질을 필터링하기 위한 나노섬유 웹을 포함하는 탈염 장치.
13. The filter module of claim 12,
A silver (Ag) mesh module for removing heavy metal ions from the purified water; And
Wherein the silver is immobilized on the mesh module and comprises a nanofibrous web for filtering bacterial material in the purified water from which heavy metal ions have been removed.
제13항에 있어서, 상기 필터 모듈은,
상기 은 메쉬 모듈 및 상기 나노섬유 웹의 적층 구조가 반복적으로 적층된 구조를 갖는 탈염 장치.
14. The filter module of claim 13,
Wherein the silver mesh module and the nanofiber web are laminated repeatedly.
제13항에 있어서, 상기 나노섬유 웹은,
은나노 물질이 포함되어 있는 나노 섬유가 적층된 나노섬유 웹인 탈염 장치.





14. The nanofiber web of claim 13,
A desalination unit, which is a nanofiber web with nanofibers laminated with silver nanoparticles.





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