KR101696599B1 - Electrochemical system by using ionic solution for the effective treatment of water-insoluble organic compound - Google Patents

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Abstract

According to the present invention, an electrolysis system for removing aromatic compounds comprises the following steps of: a) preparing a solution containing an electric activated catalyst containing transition metal halides by injecting and dissolving a precursor of the electric activated catalyst containing transition metal halides in an ionic solution; b) activating the electric activated catalyst by injecting the solution obtained from step a) to a reactor, and applying an electric current; and c) removing the aromatic compound by injecting an aromatic compound in the reactor.

Description

비수용성 유기 화합물의 효율적인 처리방안으로 이온 용액을 활용하는 전해시스템{Electrochemical system by using ionic solution for the effective treatment of water-insoluble organic compound}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an electrolytic system using an ionic solution as an efficient treatment method of a water-insoluble organic compound,

본 발명은 이온 용액을 포함하는 전해셀을 이용하여 비수용성 유기 화합물을 효과적으로 제거하는 전해시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 친환경적이며, 내습성이 높고, 공기와의 안정성이 높은 소수성의 상온 이온 용액을 사용하여 방향족 화합물의 제거에 활용하는 전해시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an electrolytic system which effectively removes non-water-soluble organic compounds using an electrolytic cell including an ionic solution, and more particularly to an electrolytic system which is environmentally friendly, has high moisture resistance, To the removal of aromatic compounds.

다양한 배출원에서 발생되는 대기오염물질은 휘발성유기화합물(VOCs), 악취물질, 및 SOx, NOx 등과 같이 그 종류가 다양하고, 이러한 대기오염물질들의 지속적 배출은 산성비와 같은 직접적 환경오염 유발 문제에 그치지 않고 기상 이변과 초지의 사막화 그리고 수자원의 고갈 등 직/간접적으로 인류의 생존을 위협하는 심각한 사회문제를 야기하고 있다. Air pollutants emitted from various sources are classified into various types such as volatile organic compounds (VOCs), odorous substances, and SOx and NOx. The continuous emission of these air pollutants is not limited to direct environmental pollution such as acid rain Desertification of meteorology and grassland and depletion of water resources are causing serious social problems that directly or indirectly threaten the survival of humankind.

이와 같은 오염물질들의 처리를 위하여 흡착, 열 소각, 촉매 반응 등의 건식법, 흡수와 같은 습식법, 생물학적 처리법 등이 다양하게 제시되어 왔다. In order to treat such pollutants, various methods such as a dry method such as adsorption, thermal incineration, catalytic reaction, a wet method such as absorption, and a biological treatment method have been proposed variously.

현재 사용되고 있는 처리기술들의 문제점들은 고온공정을 사용하면서 다량의 탄소배출과 다이옥신 등의 2차 오염물이 발생되고, 많은 양의 산화제나 흡수제를 지속적으로 필요로 하여 폐수와 슬러리가 발생하고, 폐흡착제, 폐촉매 등의 폐기물 발생량도 많아 환경오염의 악순환을 유발하고 있다.Problems of currently used treatment technologies are that high-temperature processes are used to generate large amounts of carbon emissions, secondary pollutants such as dioxins, and a large amount of oxidizing agents and absorbents continuously required, resulting in wastewater and slurry, And waste catalysts such as waste catalysts generate a vicious circle of environmental pollution.

이에, 환경오염의 악순환 고리를 끊고 범세계적인 저탄소 녹색성장을 주도하기 위해서는 오염물 처리 후에 배출되는 많은 양의 폐산화제, 폐수, 폐촉매, 승러지 등의 2차 오염물 발생을 원천적으로 줄여서 무배출을 실현하고 탄소 배출을 획기적으로 저감하여야 한다. In order to cut off the vicious cycle of environmental pollution and lead the global low carbon green growth, it is necessary to reduce the secondary pollutants such as a large amount of waste oxidizing agent, wastewater, waste catalyst, And carbon emissions should be drastically reduced.

이를 실현하기 위해서는 기존 패러다임의 기술과 근본적으로 다른 방법으로, 화학약품의 추가 공급이 필요없고 폐기물, 폐수의 발생이 없이 상온, 상압하에서 전류의 공급만으로 운전될 수 있고 지속적으로 운전가능한 매개 전기화학적 산화(MEO: Mediated Electrochemical Oxidation) 공정이 적합하다. In order to realize this, it is possible to operate with supply of current only at normal temperature and atmospheric pressure without the need of additional supply of chemicals and without generation of wastes and wastewater, (MEO: Mediated Electrochemical Oxidation) process is suitable.

상기 전기화학적 매개산화공정은 전해조의 양극에서 전기활성촉매를 산화시키고, 산화된 매개체는 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 매개체는 또 다시 전극표면에서 산화됨으로써 재생되고 연속적으로 유기물과 반응하게 되는 원리를 이용하고 있다 (대한민국공개특허공보 제2006-0105969호, 대한민국공개특허공보 제2004-0012770호, 일본공개특허공보 제1998-500900호).The electrochemical mediated oxidation process is an aqueous process in which an electrocatalyst is oxidized at the anode of an electrolytic cell and the oxidized medium is oxidized and decomposed in the bulk of the electrolyte. This process almost destroys the organic matter, and ultimately converts the carbon and hydrogen in the organic matter into carbon dioxide and water, which is mostly mineralized. At this time, the reduced medium is again used by being oxidized at the surface of the electrode to be regenerated and reacted with the organic material continuously (Korean Patent Publication No. 2006-0105969, Korean Patent Publication No. 2004-0012770, Japanese Patent Laid- Publication No. 1998-500900).

다만, 상기 매개산화공정에 있어, 상기 전해질은 주로 수용액에 강산을 투입한 후 사용하여야 상기 수용성 공정이 원할하게 수행될 수 있다는 것을 발견하였다. 그러나, 이러한 수용성 공정은 방향족 탄화수소와 같은 비수용성 유기화합물을 분해 또는 제거하는데 애로점이 있다. However, in the above intermediate oxidation process, it has been found that the electrolyte is mainly used after a strong acid is added to an aqueous solution, so that the aqueous process can be performed smoothly. However, such an aqueous process has difficulties in decomposing or removing non-aqueous organic compounds such as aromatic hydrocarbons.

이에, 상기 수용성 공정을 대체할 수 있는 방법으로 전해질로서 이온 용액(ionic solution)를 사용하는 공정을 들 수 있다. 상기 이온 용액은 상온에서 액체 상태로 존재하는 염 등으로 정의될 수 있으며, 양이온과 음이온으로 이루어지는 것으로 알려져 있다. Accordingly, a process that uses an ionic solution as an electrolyte may be used as a substitute for the water-soluble process. The ionic solution may be defined as a salt present in a liquid state at room temperature, and is known to be composed of a cation and an anion.

이러한 이온성액체는 다양한 유기, 무기 물질들과 가스들을 용해시키는 특성을 갖고, 증기압이 매우 낮아 환경적 안정성이 있고, 약 300도까지 열적으로 안정하며, 단순한 양이온과 음이온 조합만으로 특정 응용 목적에 부합하는 다양한 특성 변형이 가능하여 현재 다양한 화학 산업 분야에서 널리 이용되고 있다. These ionic liquids are characterized by their ability to dissolve various organic and inorganic substances and gases, have very low vapor pressure, are environmentally stable, are thermally stable up to about 300 ° C and are only suitable for specific application purposes with a combination of cation and anion It is widely used in various chemical industry fields.

다만, 현재 상용화된 이온 용액은 전해질로서 사용하기에는 단가가 고가이고, 이온 용액을 활용한 전해시스템은 아직 본격적인 연구가 이루어지지 않은 초기 단계이므로 여러가지 문제점을 내포할 수 있다. 이를테면, 상술한 전기활성촉매와 함께 상기 이온 용액을 이용하여 매개산화반응을 수행할 시, 상기 이온 용액이 오염물질과의 접촉(또는 반응) 후에 연속적으로 구동할 수 있는 안정성 문제, 즉, 대기(또는 공기)와의 안정성 및 내습성이 요구되며, 더불어 경제적인 측면에서 오염물질의 제거효율의 향상을 위한 전해셀(또는 격막셀)의 개발, 및 이를 이용한 공정 개발 등을 포함하는 전해시스템이 요구된다. However, the commercialized ionic solution has a high unit price to be used as an electrolyte, and an electrolytic system utilizing an ionic solution can present various problems since it is an initial stage in which full-scale research has not been conducted yet. For example, when performing the mediated oxidation reaction using the ionic solution together with the above-mentioned electroactive catalyst, stability problems that the ionic solution can be continuously driven after contact (or reaction) with contaminants, that is, (Air or air), and an electrolytic system including the development of an electrolytic cell (or a diaphragm cell) and a process development using the electrolytic cell .

대한민국공개특허공보 제2006-0105969호 (2006.10.12)Korean Patent Publication No. 2006-0105969 (October 12, 2006) 대한민국공개특허공보 제2004-0012770호 (2004.02.11)Korean Patent Publication No. 2004-0012770 (Feb. 일본공개특허공보 제1998-500900호 (1998.01.27)Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1998-500900 (1998.01.27)

본 발명은 이온 용액을 활용하는 전해시스템을 이용함으로써, 비수용성 방향족 화합물의 제거 효율이 향상되고, 내구성 및 내습성이 우수하며, 연속적 운전이 가능한 전해시스템을 제공한다. The present invention provides an electrolytic system capable of improving the removal efficiency of a non-aqueous aromatic compound, having excellent durability and moisture resistance, and capable of continuous operation by using an electrolytic system utilizing an ionic solution.

또한 본 발명은 본 발명의 전해시스템을 이용한 방향족 화합물의 제거장치를 제공한다. The present invention also provides an apparatus for removing aromatic compounds using the electrolysis system of the present invention.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

양극부, 음극부, 및 양극부와 음극부를 구획하는 분리막을 포함하는 격막셀; 이온 용액을 수용하는 탱크; 및 전원공급부;를 포함하는 방향족 화합물 제거용 전해시스템으로서, A diaphragm cell including an anode portion, a cathode portion, and a separator separating the anode portion and the cathode portion; A tank for containing the ionic solution; And an electric power supply unit,

a) 전이금속 할로겐화물을 포함하는 전기활성촉매의 전구체를 이온 용액에 투입 및 용해하여, 상기 전기활성촉매를 함유하는 용액을 제조하는 단계; b) 상기 a) 단계의 제조된 용액을 상기 양극부의 양극실과 음극부의 음극실에 각각 투입한 후, 상기 전원공급부에 의해 전류를 인가함으로써, 상기 전기활성촉매가 활성화되는 단계; 및 c) 상기 b) 단계의 전기활성촉매를 포함하는 양극실에 방향족 화합물을 투입하여, 상기 방향족 화합물이 제거되는 단계를 포함한다.a) introducing and dissolving a precursor of an electroactive catalyst comprising a transition metal halide into an ionic solution to produce a solution containing said electroactive catalyst; b) activating the electrocatalyst by applying the solution prepared in step a) to the anode chamber of the anode section and the cathode chamber of the cathode section, respectively, and then applying current by the power supply section; And c) introducing an aromatic compound into the anode chamber containing the electroactive catalyst of step b), thereby removing the aromatic compound.

또한, 상기 이온 용액은 크게 한정하지 않으나, 용융점이 0 ℃ 이하인 것이 본 발명의 목적달성에 좋다.The ionic solution is not particularly limited, but it is preferable for the purpose of the present invention that the melting point is 0 DEG C or less.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 이온 용액의 전기전도도는 1×10-4 내지 9×10-2 S/cm 이면 좋으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. In the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the ionic solution may have an electrical conductivity of 1 × 10 -4 to 9 × 10 -2 S / cm, but the present invention is not limited thereto.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 방향족 화합물은 양극 반쪽반응에 의해 처리되고, 상기 양극 반쪽반응의 산화포텐셜은 0.5 내지 3 V 이면 좋으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. Also, in the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the aromatic compound is treated by the anode half reaction, and the oxidation potential of the anode half reaction may be 0.5 to 3 V, but the present invention is not limited thereto.

또한, 상기 방향족 화합물의 제거 온도는 0 내지 100 ℃ 이면 좋으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. The removal temperature of the aromatic compound may be 0 to 100 ° C, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 전기활성촉매의 전구체는 크게 한정하지는 않으나, 코발트 및 니켈에서 적어도 하나 이상 포함하는 전이금속 할로겐화물일 수 있다. 더욱 구체적으로는 상기 전기활성촉매의 전구체는 코발트를 함유하는 염화물일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. In the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the precursor of the electroactive catalyst is not limited but may be a transition metal halide including at least one of cobalt and nickel. More specifically, the precursor of the electroactive catalyst may be a chloride containing cobalt, but is not necessarily limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 이온 용액은 피롤리디늄계 양이온을 포함하는 것이 본 발명의 목적 달성에 좋으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. In the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the ionic solution includes a pyrrolidinium-based cation for achieving the object of the present invention, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 반응기는 격막셀을 이용할 수 있고, 상기 격막셀은 양극부, 음극부, 및 양성자의 이동을 제어하는 분리막을 포함하고, 상기 양극부는 양극, 양극실, 및 양극탭을 구비하며, 상기 음극부는 음극, 음극실, 및 음극탭을 구비하며, 상기 양극실 및 음극실은 상기 a)단계에서 제조된 용액이 각각 주입되는 것이 본 발명의 목적달성에 좋으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. In the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the reactor may use a diaphragm cell, and the diaphragm cell includes an anode portion, a cathode portion, and a separator for controlling the movement of the proton, An anode chamber, and a cathode tab, wherein the cathode section has a cathode, a cathode chamber, and a cathode tab, wherein the anode chamber and the cathode chamber are each filled with the solution prepared in the step a) But is not necessarily limited thereto.

또한, 상기 분리막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판틀형으로 이루어지고, 상기 분리막의 전면은 양극과 대향하는 것일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 양극은 백금으로 이루어지고, 상기 음극은 은으로 이루어지면 더욱 좋으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.In addition, the separation membrane may have a plate-like shape including a front surface and a rear surface opposite to the front surface, and the front surface of the separation membrane may be opposed to the anode, but is not limited thereto. Further, the anode is made of platinum, and the cathode is made of silver, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, b)단계의 전류 밀도는 1 내지 100 mA/cm2 일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 더불어, 상기 b)단계의 반응기에 전류를 인가함과 동시에, 초음파를 인가하는 것이 본 발명의 목적달성에 더욱 좋을 수 있다. In the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the current density in step b) may be 1 to 100 mA / cm 2 , but is not limited thereto. In addition, it is more preferable to apply the electric current to the reactor in the step b) and to apply the ultrasonic wave to achieve the object of the present invention.

또한, 상기 b)단계 시, 전기활성촉매의 활성화는 전기활성촉매의 전이금속이 양극 반쪽반응에 의해 산화되거나, 음극 반쪽반응에 의해 환원되는 것이 본 발명의 목적달성에 좋으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. In addition, in the step b), the activation of the electrocatalyst is advantageous in that the transition metal of the electrocatalyst is oxidized by the anode half reaction or reduced by the cathode half reaction, but the present invention is not limited thereto It does not.

또한, 상기 c)단계시, 상기 양극실에 초음파를 인가하는 것이 본 발명의 목적달성에 좋으나 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. In the step c), it is preferable to apply ultrasonic waves to the anode chamber to achieve the object of the present invention, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 방향족 화합물은 크게 한정하지는 않으나, 벤젠, 톨루엔, 및 자일렌 에서 적어도 하나 이상 포함하는 방향족 탄화수소일 수 있다. In the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the aromatic compound is not limited to a great extent, but may be an aromatic hydrocarbon containing at least one or more of benzene, toluene, and xylene.

또한, 본 발명은 b)단계의 양극실에 초음파를 인가하는 것이 좋으며, 상기 c)단계에서 수득한 용액을 b)단계의 양극실에 투입할 수 있다. 이는 크게 한정하지는 않으나, 본 발명에 따른 방향족 화합물의 연속적인 제거에 좋다. In the present invention, it is preferable to apply ultrasonic waves to the anode chamber of step b), and the solution obtained in step c) may be introduced into the anode chamber of step b). This is not limited, but is suitable for the continuous removal of the aromatic compound according to the present invention.

또한, 본 발명은 상술한 전해시스템을 이용한 방향족 화합물의 제거에 사용되는 매개 산화 장치, 물품 또한 개시될 수 있다.Further, the present invention can also disclose an intermediate oxidation apparatus and article used for removing aromatic compounds using the above-described electrolytic system.

본 발명에 따른 방향족 화합물 제거용 전해시스템은 전이금속 할로겐화물을 포함하는 전기활성촉매의 전구체 및 이온 용액을 이용함으로써, 방향족 화합물의 제거 효율이 향상되고, 상기 이온 용액의 내구성 및 내습성이 우수하다. The electrolytic system for removing aromatic compounds according to the present invention improves the removal efficiency of aromatic compounds and the durability and moisture resistance of the ionic solution by using a precursor and an ionic solution of an electrocatalyst including a transition metal halide .

또한 본 발명은 본 발명에 따른 반응기는 격막셀을 이용하는 것으로, 이로 둘 이상의 용액을 연속적으로 반응시킬 수 있으며, 둘 이상의 방향족 화합물을 연속적으로 제거할 수 있다. In addition, the reactor according to the present invention uses a diaphragm cell in which two or more solutions can be continuously reacted, and two or more aromatic compounds can be continuously removed.

또한 본 발명은 본 발명의 전해시스템을 응용한 장치, 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. In addition, the present invention provides a device and system using the electrolytic system of the present invention to reduce greenhouse gas emissions by using sustainable green technology capable of overcoming the problems of existing environmental technologies, that is, using clean energy at low temperature and atmospheric pressure No additional supply of oxidizers or chemicals is required, which can provide guidelines for the development of zero emission technology without the emission of secondary pollutants.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향족 화합물 제거용 전해시스템의 공정도이며,
도 2는 종래의 매개 산화 공정을 수행하는 장치를 도시한 모식도이며,
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 방향족 화합물 제거용 전해시스템의 장치를 도시한 모식도이며,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 격막셀을 도시한 모식도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기활성촉매의 순환-전류전압 특성을 도시한 그래프이며,
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기활성촉매의 또 다른 순환-전류전압 특성을 도시한 그래프이며,
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기활성촉매의 또 다른 순환-전류전압 특성을 도시한 그래프이며,
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기활성촉매의 또 다른 순환-전류전압 특성을 도시한 그래프이며,
도 9은 본 발명의 실시예 1 및 비교예들에 따른 방향족 화합물의 제거특성을 도시한 그래프이며,
도 10은 본 발명의 실시예 2 및 비교예들에 따른 방향족 화합물의 제거특성을 도시한 그래프이며,
도 11은 본 발명의 실시예 3 및 비교예들에 따른 방향족 화합물의 제거특성을 도시한 그래프이다.
1 is a process diagram of an electrolytic system for removing aromatic compounds according to an embodiment of the present invention,
2 is a schematic diagram showing an apparatus for performing a conventional intermediate oxidation process,
3 is a schematic diagram showing an apparatus of an electrolytic system for removing aromatic compounds according to Example 1 of the present invention,
4 is a schematic diagram showing a diaphragm cell according to Embodiment 1 of the present invention,
FIG. 5 is a graph showing cyclic-current voltage characteristics of an electrocatalyst according to an embodiment of the present invention,
FIG. 6 is a graph showing another cyclic-current voltage characteristic of an electrocatalyst according to an embodiment of the present invention,
FIG. 7 is a graph showing another cyclic-current voltage characteristic of an electrocatalyst according to an embodiment of the present invention,
FIG. 8 is a graph showing another cyclic-current voltage characteristic of an electrocatalyst according to an embodiment of the present invention,
9 is a graph showing removal characteristics of aromatic compounds according to Example 1 of the present invention and Comparative Examples,
10 is a graph showing the removal characteristics of aromatic compounds according to Example 2 of the present invention and Comparative Examples,
11 is a graph showing removal characteristics of aromatic compounds according to Example 3 of the present invention and Comparative Examples.

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. Hereinafter, the electrolytic system of the present invention will be described in detail. The following embodiments and drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. In addition, unless otherwise defined in the technical and scientific terms used herein, unless otherwise defined, the meaning of what is commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs is as follows, A description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions. The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by terms. Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. Hereinafter, the same member numbers are used for the same members in order to facilitate understanding. In the present specification, the term " connected "includes not only a direct connection but also a connection via another member in the middle.

본 발명을 상술함에 있어, 용어 "격막셀"은 양극과 음극 사이에 구비되는 격막 또는 분리막을 가지는 전기화학셀을 의미할 수 있고, 양극과 음극을 포함하는 2전극 시스템을 지칭할 수 있다. In describing the present invention, the term "diaphragm cell" may refer to an electrochemical cell having a diaphragm or separator provided between an anode and a cathode, and may refer to a two-electrode system including an anode and a cathode.

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. In describing the present invention, the term " intermediate oxidation reaction (MEO) "may mean intermolecular exchange of electrons around the anode. As a specific example, an intermediate oxidation reaction may mean a transition of a metal ion of a mediator to a high oxidation potential by losing electrons around the anode.

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. In describing the present invention, the term " intermediate reduction reaction (MER) "may mean intermolecular electron exchange around the cathode. As a specific example, an intermediate reduction reaction may mean a reaction in which a metal ion of an electrocatalyst receives electrons around a cathode to cause a transition to a low oxidation state.

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. In describing the present invention, the term "mediator" may refer to a substance capable of directly receiving electrons (oxidation or reduction) around the anode or cathode and participating in an electrochemical reaction. Specific, an example non-limiting days, the medium is [M x + (HA)] y (z) - can be represented as such -, [M (x-1 ) + (HA)] y (z + 1) . Wherein x means a natural number of 1 to 6, y means a natural number of 1 to 10, and z means a natural number of 1 to 10.

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.In the above formula, M may be a transition metal, M (x-1) + may be a reduced metal ion or metal, and M (x) + means an oxidized metal ion . Further, HA means a halogen material.

본 발명을 상술함에 있어, 용어 "내습성" 은 수분에 견디어 사용할 수 있는 성능을 의미하며, 전기 기기, 전해시스템 등에서는 습도가 높은 환경에서 사용 가능한 성능이 있는 경우를 지칭한다. 비한정적이며 구체적인 일 예로, 내습성을 가진 이온 용액은 습윤(wetting) 또는 하나 이상의 타입들의 습기에 의한 침투에 저항할 수도 있거나, 그것은 하나 이상의 타입들의 습기가 스며들지 않거나 실질적으로 스며들지 않는 것을 의미할 수 있다.In describing the present invention, the term "moisture resistance " refers to a performance that can be used to withstand moisture, and refers to a case where there is performance that can be used in an environment with high humidity in an electric device, an electrolytic system and the like. As a non-limiting, specific example, an ionic solution with moisture resistance may resist wetting or penetration by one or more types of moisture, or that it is impermeable or substantially impermeable to moisture of one or more types can do.

본 발명을 상술함에 있어, 용어 "공기(air)"는 대기 공기로 제한되는 것은 아니며, 산소를 포함하는 가스의 조합, 또는 순수 산소 가스를 포함할 수 있다.In describing the present invention, the term "air" is not limited to atmospheric air, but may include a combination of gases containing oxygen, or pure oxygen gas.

종래의 오염물질 제거를 위한 전해시스템은, 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. 2, the conventional electrolytic system for removing contaminants includes a diaphragm cell 10 including an anode portion, a cathode portion, and a separator, a power supply portion 50 for supplying power to the diaphragm cell, A positive electrode tank 60 for supplying an anolyte to the diaphragm cell, and a negative electrode tank 70 for supplying a catholyte to the diaphragm cell.

도 2의 전해시스템을 참조하면, 본 발명의 격막셀을 이용하는 전해시스템과 다른점은 종래 기술이 매개산화공정(MEO)으로만 이루어진다는 것이며, 상기 매개산화공정에 사용되는 전해질이 수용액을 기반으로 사용된다는 점이다. 이러한 수용성 기반의 매개산화공정은 비수용성 유기화합물의 제거가 어려울 뿐아니라, 상기 매개산화공정에 인가되는 에너지가 매개산화에 의한 오염물질의 제거보다는 물 분해에 크게 기여한다는 문제점이 발생한다. Referring to the electrolysis system of FIG. 2, the electrolysis system of the present invention differs from the electrolysis system using the diaphragm cell in that the prior art consists only of an intermediate oxidation process (MEO), in which the electrolyte used in the intermediate oxidation process is based on an aqueous solution Is used. This water-based oxidation process is difficult to remove non-water-soluble organic compounds, and energy applied to the intermediate oxidation process contributes greatly to water decomposition, rather than removal of contaminants by mediated oxidation.

본 발명자는 격막셀을 이용하는 전해시스템에 있어, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 매개산화공정(MEO) 수행하기 위해, 수년간 각고의 노력끝에, 상기 공정에 적용하여 운전할 수 있는 이온 용액을 개발하였고, 상기 액체에 용해되고 상기 공정에서 매우 안정적인 전기활성촉매를 개발하였으며, 오염물질의 제거효율을 극대화 할 수 있는 분리막의 방향(orientation) 및 전극의 종류를 각각 개발하여, 이를 출원하기에 이르렀다.The inventor of the present invention has developed an ionic solution which can be applied to the above process after several years of efforts to perform an intermediate oxidation process (MEO) which can solve the above problems in an electrolytic system using diaphragm cells, An electroactive catalyst which is dissolved in the liquid and which is very stable in the process has been developed and the orientations of the separator and the types of electrodes capable of maximizing the removal efficiency of the pollutants have been developed and applied.

본 발명에 따른 전해시스템은 방향족 화합물을 제거하고 이의 제거효율을 향상시키기 위해서 매개산화반응(MEO)을 이용하는 전해시스템에 있어서, An electrolytic system according to the present invention is an electrolytic system that uses an intermediate oxidation reaction (MEO) to remove an aromatic compound and improve its removal efficiency,

상기 전해시스템은 양극부, 음극부, 및 양극부와 음극부를 구획하는 분리막을 포함하는 격막셀; 이온 용액을 수용하는 탱크; 및 전원공급부;를 포함하는 할로겐 화합물 제거용 전해시스템으로서,Wherein the electrolytic system comprises: a diaphragm cell including an anode portion, a cathode portion, and a separator separating the anode portion and the cathode portion; A tank for containing the ionic solution; And a power supply unit, the electrolytic system comprising:

a)전이금속 할로겐화물을 포함하는 전기활성촉매의 전구체를 이온 용액에 투입 및 용해하여, 상기 전기활성촉매를 함유하는 용액을 제조하는 단계; b)상기 a)단계의 제조된 용액을 상기 양극부의 양극실과 상기 음극부의 음극실에 각각 투입한 후, 상기 전원공급부에 의해 전류를 인가함으로써, 상기 전기활성촉매가 활성화되는 단계; 및 c)상기 b)단계의 전기활성촉매를 포함하는 양극실에 방향족 화합물을 투입하여, 상기 방향족 화합물이 제거되는 단계를 포함한다. a) introducing and dissolving a precursor of an electroactive catalyst comprising a transition metal halide into an ionic solution to produce a solution containing said electroactive catalyst; b) activating the electroactive catalyst by applying the solution prepared in step a) to the anode chamber of the anode section and the cathode chamber of the cathode section, respectively, and then applying current by the power supply section; And c) introducing an aromatic compound into the anode chamber containing the electroactive catalyst of step b), thereby removing the aromatic compound.

또한, 상기 이온 용액은 크게 한정하지 않으나, 용융점이 0 ℃ 이하인 것이 본 발명의 목적달성에 좋다. 구체적으로, 상기 이온 용액의 용융점은 -30 ℃ 내지 0 ℃ 이면 좋고, 더 좋게는 -25 ℃ 내지 10 ℃일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. The ionic solution is not particularly limited, but it is preferable for the purpose of the present invention that the melting point is 0 DEG C or less. Specifically, the melting point of the ionic solution may be -30 ° C to 0 ° C, and more preferably -25 ° C to 10 ° C, but is not limited thereto.

또한, 상기 방향족 화합물은 양극 반쪽반응에 의해 처리되고, 상기 양극 반쪽반응의 산화포텐셜은 0.5 내지 3 V 이면 좋으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. Further, the aromatic compound is treated by the reaction of the anode half reaction, and the oxidation potential of the anode half reaction may be 0.5 to 3 V, but the present invention is not limited thereto.

또한, 상기 이온 용액은 크게 한정하지 않으나 피롤리디늄계 양이온을 포함할 수 있다. 이는 공기와의 안정성 및 내습성을 향상시키는 측면에서 좋다. In addition, the ionic solution is not limited to a specific one, but may include a pyrrolidinium-based cation. This is preferable in terms of improving stability with air and moisture resistance.

또한, 상기 반응기는 격막셀을 이용할 수 있고, 상기 격막셀은 양극부, 음극부, 및 양성자의 이동을 제어하는 분리막을 포함하고, 상기 양극부는 양극, 양극실, 및 양극탭을 구비하며, 상기 음극부는 음극, 음극실, 및 음극탭을 구비하며, 상기 음극실은 a)단계에서 제조된 용액이 주입될 수 있다. The diaphragm cell may include an anode, a cathode, and a separator for controlling the movement of the proton, and the anode includes an anode, an anode chamber, and a cathode tab, The cathode portion includes a cathode, a cathode chamber, and a cathode tab, wherein the cathode chamber can be filled with the solution prepared in the step a).

또한, 상기 분리막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판틀형으로 이루어지고, 상기 분리막의 전면은 양극과 대향하는 것일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 양극은 백금으로 이루어지고, 상기 음극은 은으로 이루어지면 더욱 좋으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 이는 본 발명의 전기활성촉매의 활성화에 좋다. In addition, the separation membrane may have a plate-like shape including a front surface and a rear surface opposite to the front surface, and the front surface of the separation membrane may be opposed to the anode, but is not limited thereto. Further, the anode is made of platinum, and the cathode is made of silver, but is not limited thereto. Which is good for activating the electroactive catalyst of the present invention.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에는 본 발명에 따른 방향족 화합물 제거용 전해시스템의 공정도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전해시스템은 전기활성촉매의 전구체 및 이온 용액의 선정 단계(S10), 전구체 및 이온 용액의 혼합 단계(S20), 반응기에 투입 단계(S30), 전류 인가 단계(S40), 및 방향족 화합물 투입 및 제거 단계(S50)를 포함할 수 있다. 1 is a process diagram of an electrolytic system for removing aromatic compounds according to the present invention. As shown in FIG. 1, the electrolytic system according to the present invention includes a step (S10) of selecting a precursor and an ionic solution of an electroactive catalyst, a step (S20) of mixing a precursor and an ionic solution, a step (S30) An application step S40, and an aromatic compound injection and removal step S50.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 (S10) 단계의 전기활성촉매의 전구체는 본 발명에 따른 이온 용액에 용해되고, 본 발명에 따른 전해시스템의 연속적인 운전을 실시함에 있어 안정적인 물질이면 족하다. 일 예로, 상기 전기활성촉매의 전구체는 전이금속 할로겐화물을 포함하는 물질을 포함할 수 있다. In the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the precursor of the electrocatalyst of the step (S10) is dissolved in the ionic solution according to the present invention, and in the continuous operation of the electrolytic system according to the present invention, A substance is enough. In one example, the precursor of the electroactive catalyst may comprise a material comprising a transition metal halide.

구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 전이금속 할로겐화물은 전이금속 불화물, 전이금속 염화물, 전이금속 브롬화물, 전이금속 요오드화물 또는 이들의 조합일 수 있다. In a specific, non-limiting example, the transition metal halide can be a transition metal fluoride, a transition metal chloride, a transition metal bromide, a transition metal iodide, or a combination thereof.

보다 더 구체적으로, 전이금속 할로겐화물은, MnF3, MnF4, MnCl2, MnCl3, MnBr2, MnI2, FeF2, FeF3, FeCl3, FeCl2, FeBr2, FeBr3, FeI2, FeI3, CoF2, CoF3, CoF4, CoCl2, CoCl3, CoBr2, CoI2, NiF2, NiCl2, NiI2, CrF2, CrF3, CrF4, CrF5, CrF6, CrCl2, CrCl3, CrCl4, CrBr2, CrBr3, CrBr4, CrI2, CrI3, CrI4, VF2, VF3, VF4, VF5, VCl2, VCl3, VCl4, VBr2, VBr3, VBr4, VI2, VI3, VI4, CuF, CuF2, CuCl, CuCl2, CuBr2, CuI, 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. More specifically, the transition metal halide is selected from the group consisting of MnF 3 , MnF 4 , MnCl 2 , MnCl 3 , MnBr 2 , MnI 2 , FeF 2 , FeF 3 , FeCl 3 , FeCl 2 , FeBr 2 , FeBr 3 , FeI 2 , FeI 3, CoF 2, CoF 3 , CoF 4, CoCl 2, CoCl 3, CoBr 2, CoI 2, NiF 2, NiCl 2, NiI 2, CrF 2, CrF 3, CrF 4, CrF 5, CrF 6, CrCl 2 , CrCl 3 , CrCl 4 , CrBr 2 , CrBr 3 , CrBr 4 , CrI 2 , CrI 3 , CrI 4 , VF 2 , VF 3 , VF 4 , VF 5 , VCl 2 , VCl 3 , VCl 4 , VBr 2 , VBr 3 , VBr 4 , VI 2 , VI 3 , VI 4 , CuF, CuF 2 , CuCl, CuCl 2 , CuBr 2 , CuI, or mixtures thereof, but the present invention is not limited thereto.

일 예로, 상기 금속염을 코발트, 니켈에서 적어도 하나 이상 선택되는 전이금속 할로겐화물로 선정할 시, 본 발명에 따른 전기활성촉매는 산화력이 향상되며, 매개산화반응시 금속의 전착을 방지할 수 있다. For example, when the metal salt is selected as at least one transition metal halide selected from cobalt and nickel, the electrocatalyst according to the present invention has improved oxidizing power and can prevent electrodeposition of metal during the mediated oxidation reaction.

또한, 본 발명에 따른 전해시스템에 있어, 상기 (S10) 단계의 이온 용액은 공기에 대한 안정성이 높아 물성이 쉽게 변하지 않는 물질이면 족하고, 더불어 내습성이 높은 물질이면 더 좋다. Further, in the electrolytic system according to the present invention, the ionic solution in the step (S10) may be a substance that has high stability to air and does not easily change its physical properties, and is preferably a substance having high moisture resistance.

또한, 상기 이온 용액은 상온에서 액체 상태로 존재하는 염 등으로 정의될 수 있으며, 양이온과 음이온으로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 이온 용액의 용융점이 0 ℃ 이하이면 본 발명의 목적달성에 좋으나, 이에 한정되지는 않는다. In addition, the ionic solution may be defined as a salt present in a liquid state at room temperature, and may be composed of a cation and an anion. More specifically, if the melting point of the ionic solution is 0 캜 or lower, it is preferable to achieve the object of the present invention, but the present invention is not limited thereto.

더불어, 상기 이온 용액의 전기전도도는 크게 한정하지는 않으나, 1×10-4 내지 9×10-2 S/cm 일 수 있다. 상기 범주 이내를 갖는 이온 용액을 사용함으로써, 본 발명에 따른 전해시스템의 안정적인 운전에 좋다. In addition, the electrical conductivity of the ionic solution is not particularly limited, but may be 1 x 10 -4 to 9 x 10 -2 S / cm. By using an ionic solution within the above range, it is good for stable operation of the electrolytic system according to the present invention.

구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 이온 용액의 전기전도도 측정방법은 상온에서 4단자법(또는 4-wire 방법)으로 하는 것이 좋으며, 통상적으로 알려진 전기전도도 측정법을 사용해도 무방하다. As a specific and non-limiting example, the ion conductivity of the ionic solution may be measured by a four-terminal method (or a 4-wire method) at room temperature, and a conventionally known electric conductivity measurement method may be used.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 이온 용액은 피롤리디늄계 양이온을 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. In addition, in the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the ionic solution may include a pyrrolidinium-based cation, but the present invention is not limited thereto.

더욱더 구체적인 일 예로, 상기 이온 용액은 부틸메틸 피롤리디늄비스(트리플루오로설포닐)이미드(BMPyrTFSI), 프로필메틸 피페리디늄비스(트리플루오로설포닐)이미드(PMPipTFSI), 프로필부틸 피라졸리움비스(트리플루오로설포닐)이미드(PBPyraTFSI), 메틸피롤리디늄 메틸포스페이트([MPyrr][MHPO3]), 에틸메틸피롤리디늄 에틸포스페이트([EMPyrr][EHPO3]), 부틸에틸피롤리디늄 에틸포스페이트([BEPyrr][EHPO3]), 다이부틸피롤리디늄 부틸포스페이트([DBPyrr][BHPO3]), 헥실피롤리디늄 헥실포스페이트([HxPyrr][HxHPO3]), 옥틸피롤리디늄 옥틸포스페이트(OcPyrr][OcHPO3]), 부틸메틸피롤리디늄 부틸포스페이트([BMPyrr][BHPO3]) 중에서 선택된 1 종 또는 2종 이상일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. In a more specific example, the ionic solution is selected from the group consisting of butyl methylpyrrolidinium bis (trifluorosulfonyl) imide (BMPyrTFSI), propylmethylpiperidinium bis (trifluorosulfonyl) imide (PMPipTFSI) ([EMPyrr] [EHPO 3 ]), butyl ethyl (methyl) pyrrolidinium methyl phosphate ([MPyrr] [MHPO 3 ]), ethyl methyl pyrrolidinium ethyl phosphate pyrrolidin pyridinium ethyl phosphate ([BEPyrr] [EHPO 3] ), dibutyl-pyrrolidin pyridinium butyl phosphate ([DBPyrr] [BHPO 3] ), hexyl silpi Raleigh pyridinium hexyl phosphate ([HxPyrr] [HxHPO 3] ), octanoic tilpi Raleigh pyridinium octyl phosphate (OcPyrr] [OcHPO 3]) , butyl methylpyrrolidin pyridinium butyl phosphate ([BMPyrr] [BHPO 3] ) , but may alone or in combination of two or more selected from, the present invention is not limited to this.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 전구체 및 이온 용액의 혼합 단계(S20)는, 상술한 전기활성촉매의 전구체 및 이온 용액을 탱크 등의 용기에 적가하여 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 이로 균일한 전기활성촉매를 함유하는 용액을 제조할 수 있다. In the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the step (S20) of mixing the precursor and the ion solution includes a step of dropping the precursor of the electrocatalyst and the ionic solution into a container such as a tank . Thus, a solution containing a homogeneous electroactive catalyst can be prepared.

상기 혼합하는 방법은 당업자에게 통상적으로 알려진 방법에 의해 수행될 수 있고, 상기 전구체의 종류나 농도, 이온 용액의 종류나 농도에 따라 세부 혼합방법의 변경이 가능하며, 열 에너지를 가하여 혼합하는 것도 가능하다. The mixing method can be carried out by a method known to a person skilled in the art and the detailed mixing method can be changed according to the kind and concentration of the precursor and the kind and concentration of the ion solution. Do.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 반응기에 투입(S30) 단계는 상기 전기활성촉매가 함유된 용액을 반응기에 투입하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 반응기는 크게 제한하지는 않으나, 후술할 양극실, 음극실, 격막셀 등을 의미할 수 있다. 상기 반응기에 용액을 투입하는 방법은 당업자에게 통상적으로 알려진 방법에 의해 수행될 수 있고, 구체적인 일 예로는 연동 펌프를 사용하여 상술한 용기로부터 소정의 유량으로 공급할 수 있다. In the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the step of injecting (S30) into the reactor may include the step of injecting the solution containing the electroactive catalyst into the reactor. The reactor is not particularly limited, but may mean an anode chamber, a cathode chamber, a diaphragm cell, or the like, which will be described later. The method of injecting the solution into the reactor can be carried out by a method known to those skilled in the art, and a specific example can be supplied at a predetermined flow rate from the above-described vessel using a peristaltic pump.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 전류 인가(S40) 단계는 상기 전기활성촉매가 함유된 용액이 수용된 반응기에, 전류를 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 상기 반응기에 전류를 인가함으로써, 상기 전기활성촉매가 활성화될 수 있다. In the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the current application (S40) may include applying a current to a reactor containing a solution containing the electroactive catalyst. That is, by applying an electric current to the reactor, the electroactive catalyst can be activated.

상기 전기활성촉매가 활성화된다는 것은 크게 한정하지는 않으나, 상술한 전기활성촉매의 전이금속 이온이 양극 반쪽반응에 의해 산화되어 제조될 수 있음을 의미한다. 이는 하기 식 1 및 식 2에 의해 표현될 수 있으나, 전기활성촉매의 물질이 코발트 및 염소로 한정되지는 않는다. The activation of the electrocatalyst is not critical, but it means that the transition metal ion of the above-mentioned electrocatalyst can be prepared by oxidation by the anion half reaction. This can be expressed by the following equations 1 and 2, but the material of the electroactive catalyst is not limited to cobalt and chlorine.

[식 1]

Figure 112015099502094-pat00001
[Formula 1]
Figure 112015099502094-pat00001

상기 식 1은 양극 반쪽반응에 의해 코발트 이온이 산화됨으로써 전기활성촉매가 활성화되는 반응식을 나타낸 것일 수 있다. The formula (1) may be a reaction formula in which an electroactive catalyst is activated by oxidation of cobalt ions by an anode half reaction.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상기 전류 인가(S40) 단계에서는, 구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 인가되는 전류 밀도가 1 내지 100 mA/cm2 일 수 있으며, 좋게는 10 내지 50 mA/cm2, 더 좋게는 20 내지 40 mA/cm2 일 수 있다. 상기 범주 이내로 운전될 시 매개체의 반응속도, 반응율 등의 측면에서 좋다. In the electrolysis system according to an embodiment of the present invention, in the current application step (S40), the applied current density may be 1 to 100 mA / cm < 2 > to about 50 mA / cm 2, more preferably from 20 to 40 mA / cm 2 Lt; / RTI > It is preferable in terms of the reaction rate, the reaction rate, etc. of the medium when operated within the above range.

이로 본 발명에 따른 전기활성촉매의 전이금속은 양극 반쪽반응에 의해 산화될 수 있다. As a result, the transition metal of the electroactive catalyst according to the present invention can be oxidized by an anode half reaction.

또한, 본 발명에 따른 전기활성촉매의 활성화는 양극 반쪽반응 뿐만 아니라, 음극 반쪽반응에 의해 실시될 수 있다. 다시 말하면, 상기 전기활성촉매의 활성화는 전기활성촉매의 전이금속이 양극 반쪽반응에 의해 산화되고, 동시에 다른 종의 전이금속이 음극 반쪽반응에 의해 환원되어 제조되는 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. In addition, the activation of the electrocatalyst according to the present invention can be performed not only by the anode half reaction but also by the cathode half reaction. In other words, activation of the electrocatalyst may be performed by oxidizing the transition metal of the electrocatalyst by the anion half reaction, and at the same time, reducing the transition metal of the other species by the anion half reaction.

구체적으로, 상기 다른 종의 전이금속은 양극 반쪽반응에 의해 산화되는 전이금속과 다른 종류의 전이금속을 의미할 수 있으며, 예컨대 양극 반쪽반응에 의해 산화되는 전이금속이 Co 이면, 음극 반쪽 반응에 의해 환원되는 전이금속은 Ni 일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. Specifically, the transition metal of the other species may mean a transition metal that is oxidized by the reaction of the anode halide and a transition metal of another kind. For example, if the transition metal oxidized by the reaction of the anode halide is Co, The transition metal to be reduced may be Ni, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 방향족 화합물 투입 및 제거(S50) 단계는, 상기 (S40) 단계에서 활성화된 전기활성촉매가 함유된 용액이 수용된 반응기에 방향족 화합물을 투입하여, 상기 방향족 화합물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. In the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the introduction and removal of the aromatic compound (S50) may be performed by injecting an aromatic compound into a reactor containing a solution containing the electroactive catalyst activated in the step (S40) And removing the aromatic compound.

상기 방향족 화합물의 주입량은 크게 한정하지는 않으나, 분당 1 내지 500 rpm 일 수 있다. The amount of the aromatic compound to be injected is not particularly limited, but may be 1 to 500 rpm per minute.

또한, 상술한 전이금속 할로겐화물 1몰에 대하여 상기 방향족화합물이 0.1 내지 0.8 몰으로 주입되는 것이 본 발명의 목적달성에 좋으나, 이에 한정하지는 않는다. In addition, the aromatic compound is injected in an amount of 0.1 to 0.8 moles per mole of the transition metal halide described above to achieve the object of the present invention, but the present invention is not limited thereto.

또한, 상기 반응기는 전기활성촉매의 전이금속 이온이 양극 반쪽반응에 의해 산화되어 제조된 용액을 수용하고, 이와 독립적으로 상기 전기활성촉매의 전이금속 이온이 음극 반쪽반응에 의해 환원되어 제조된 용액을 따로 수용할 수 있다. 이로 둘 이상의 동종 또는 다른종의 방향족 화합물을 동시에 제거할 수 있다. The reactor may further include a solution prepared by receiving a solution prepared by oxidizing transition metal ions of an electrocatalyst by an anode half reaction and independently reducing the transition metal ions of the electrocatalyst by a cathode half reaction, It can be accommodated separately. Thereby simultaneously removing two or more same or different kinds of aromatic compounds.

구체적이고 비한정적인 일 예로서, 상기 방향족 화합물이 제거되는 반응식은 하기 식 2로 표현될 수 있으나, 방향족 화합물이 하기 벤젠에 반드시 한정되지 않으며, 전기활성촉매의 금속이온이 반드시 코발트에 한정되는 것은 아니다. As a specific and non-limiting example, the reaction formula in which the aromatic compound is removed can be represented by the following formula 2, but the aromatic compound is not necessarily limited to the following benzene, and the metal ion of the electrocatalyst is necessarily limited to cobalt no.

Figure 112015099502094-pat00002
Figure 112015099502094-pat00002

또한, 상기와 같이 방향족 화합물을 주입한 후 상기 식 2와 같은 반응이 진행된 반응물에 전류를 인가하면, 환원된 전기활성촉매가 처음의 상태인 활성화된 전기활성촉매로 복귀할 수 있다. 이는 하기 식 3로 표현될 수 있다.When an aromatic compound is injected as described above and an electric current is applied to the reaction product having the reaction as shown in Formula 2, the reduced electroactive catalyst can be returned to the activated electroactive catalyst in the initial state. This can be expressed by the following equation (3).

Figure 112015099502094-pat00003
Figure 112015099502094-pat00003

또한, 상기 방향족 화합물의 제거 특성은 적외선을 이용한 분광법 등을 이용하여 측정할 수 있다. 구체적이고 비한정적인 일 예로, 도 9에 도시된 바와 같이, -C=O 신축 진동의 피크에 의해 상기 제거 특성을 확인할 수 있다. 이로 본 발명의 전해시스템에 따른 벤젠의 제거율은 90 % 이상일 수 있다. In addition, the removal characteristics of the aromatic compound can be measured using spectroscopy using infrared rays or the like. As a specific, non-limiting example, the removal characteristic can be confirmed by a peak of -C = O stretching vibration, as shown in FIG. Thus, the removal rate of benzene according to the electrolytic system of the present invention may be 90% or more.

또한, 상기 오염물질 투입 및 제거(S50) 단계는 상술한 방향족 화합물이 주입된 반응기에 초음파를 인가할 수 있다. 이는 활성화된 전기활성촉매가 상기 방향족 화합물과 접촉하여 제거됨에 있어, 상술한 식 2에 따른 대기오염물질의 제거 속도 및 반응율 등을 향상시킬 수 있다. In addition, the step of injecting and removing contaminants (S50) may apply ultrasonic waves to the reactor in which the aromatic compound is injected. This can improve the removal rate and the reaction rate of the air pollutant according to the above-described formula (2) when the activated electrocatalyst is removed by contacting with the aromatic compound.

또한, 상기 오염물질 투입 및 제거(S50) 단계시, 상술한 반응기에 전류가 연속적으로 인가되는 상태에서 방향족 화합물이 투입되고 제거될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, the aromatic compound may be injected and removed in a state where current is continuously applied to the reactor in the step of injecting and removing the contaminants (S50), but the present invention is not limited thereto.

또한, 상기 오염물질 투입 및 제거(S50) 단계에서(또는 S50 단계 이후에) 수득한 용액을 b)단계의 반응기에 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. In addition, the solution obtained in step (S50) (or after step S50) may be introduced into the reactor of step b). This can be used by reactivating the oxidized electroactive catalyst and the reduced electroactive catalyst, and the removal of the aromatics of the electrolysis system according to the present invention can be carried out continuously.

또한, 상기 방향족 화합물을 연속적으로 제거함에 있어, b)단계의 전류를 인가함과 동시에 초음파를 인가할 수 있다. 이는 상기 방향족 화합물이 활성화되는 반응속도를 향상시킬 수 있고, 전극의 전착을 방지하는데 효과적일 수 있다. 더불어, 본 발명에 따른 방향족 화합물의 제거를 위한 전해시스템을 더욱 연속적으로 운전할 수 있다. In addition, when the aromatic compound is continuously removed, ultrasonic waves may be applied while the current of the step b) is applied. This can improve the reaction rate at which the aromatic compound is activated, and can be effective in preventing electrodeposition of the electrode. In addition, the electrolytic system for removing the aromatic compounds according to the present invention can be further continuously operated.

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. For example, the ultrasonic wave may have a frequency (20 kHz) higher than that of the audible frequency region, and the frequency of the ultrasonic wave applied in the ultrasonic wave applying process of the present invention may be more than 20 kHz and less than several hundred kHz. In addition, the removal rate of the aromatic compound of the present invention can be independently increased by 10 to 50% by the ultrasonic wave application process.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상술한 (S10) 단계의 전기활성촉매의 전구체는 코발트, 은, 니켈 및 구리에서 적어도 하나 이상 포함하는 전이금속 할로겐화물일 수 있다. In the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the precursor of the electroactive catalyst in the above-described step (S10) may be a transition metal halide including at least one of cobalt, silver, nickel and copper.

구체적이고 비한정적인 일 예로서, 하기 표 1에 전이금속을 포함하는 전기활성촉매의 산화포텐셜을 나타내었다. As a specific, non-limiting example, the oxidation potential of an electrocatalyst comprising a transition metal is shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure 112015099502094-pat00004
Figure 112015099502094-pat00004

예컨대, 상기 코발트를 포함하는 금속염 또는 금속 화합물, 즉 코발트 금속염은 다른 금속을 포함하는 금속염보다 산화력이 좋을 수 있다. 상기 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.For example, the cobalt-containing metal salt or metal compound, that is, the cobalt metal salt may have better oxidizing power than the metal salt containing other metals. As shown in Table 1, the oxidation potential of Co 3 + represents the 1.83 V, Ag 2 + is 1.98 V, Ce 4 + is 1.61 V, Mn 3 + represents the 1.54 V, respectively. In addition, SHE can refer to a standard hydrogen electrode.

다만, Ag2 +는 Co3 +에 비해 산화력이 높으므로 반응성 측면에서 좋을 수 있으나, 매개산화반응시 분리막을 경유하여 음극으로 이동할 수 있다. 이에 음극 또는 음극부에서 Ag2 +가 전이되어 금속의 전착이 발생할 수 있으며, 전극의 열화, 화학셀의 내구성 문제를 유발할 수 있다. However, since Ag 2 + has a higher oxidizing power than Co 3 + , it may be good in terms of reactivity, but it can migrate to the cathode via the separation membrane during the mediated oxidation reaction. Therefore, Ag 2 + may be transferred from the cathode or the cathode to cause electrodeposition of the metal, deterioration of the electrode, and durability of the chemical cell.

또한, Ag2 +는 Co3 +에 비해 상대적으로 고가이며, 산화 및 환원 반응시 비가역성을 나타내므로 본 발명에 따른 전해시스템의 적용에 이점이 없을 수 있다. In addition, Ag 2 + is relatively expensive compared to Co 3 + and exhibits irreversibility in the oxidation and reduction reaction, so that it may not be advantageous to apply the electrolysis system according to the present invention.

더욱이, 본 발명의 목적달성에 있어, 코발트를 포함하는 금속염은 상술한 이온 용액에서 안정하고, 양극 반쪽반응이 가역적으로 반복가능하므로 매우 좋다. Further, in achieving the object of the present invention, the metal salt containing cobalt is very stable because it is stable in the ionic solution described above and the reaction in the anode half can be reversibly repeated.

도 4를 참조하면, 상기 반응기는 격막셀(1000)을 포함할 수 있다. 상기 격막셀(1000)은 양극부(200), 음극부(300), 및 상기 양극부와 음극부를 구획하고 양성자의 이동을 제어하는 분리막(100)을 포함하고, 상기 분리막(100)은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판틀형으로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 4, the reactor may include a diaphragm cell 1000. The diaphragm cell 1000 includes an anode portion 200, a cathode portion 300, and a separator 100 that separates the anode portion and the cathode portion and controls the movement of protons, And may be formed in a plate-like shape including the opposite rear surface.

상기 분리막(100)의 종류는 본 발명의 목적 달성에 크게 제한하지는 않으나 수소이온을 전달할 수 있는 물질이면 충분하며, 상술한 이온 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. Although the kind of the separation membrane 100 is not limited to achieve the object of the present invention, a substance capable of transferring hydrogen ions is sufficient, and it is more preferable that the substance is stable in the ion solution. As a specific and non-limiting example, the separation membrane 100 may be a Nafion polymer membrane including at least one ionic functional group selected from the group consisting of sulfonate, carboxylate, and phosphate.

구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 양극부(200)의 양극실(미도시)에서는 코발트 금속염이 용해된 이온 용액을 포함할 수 있고, 상기 음극부(300)의 음극실(320)에서는 코발트 금속염이 용해된 이온 용액을 포함할 수 있다. 또한 상기 양극실에 포함된 이온 용액은 양극액을 의미할 수 있고, 상기 음극실에 포함된 이온 용액은 음극액을 의미할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. In an anode chamber (not shown) of the anode part 200, a cobalt metal salt dissolved ion solution may be contained. In the cathode chamber 320 of the cathode part 300, a cobalt metal salt May include a dissolved ionic solution. Also, the ionic solution contained in the anode chamber may mean an anolyte solution, and the ion solution included in the cathode chamber may mean a catholyte solution, but the present invention is not limited thereto.

또한, 상기 분리막(100)의 전면은 + 극성을, 후면은 - 극성을 띄는 것을 의미할 수 있다. 이때, 상기 분리막의 전면이 양극(210)과 대향하는 경우, 양극실내의 용액에서 생성된 수소 이온(H+), H3O+ 등이 음극(또는 음극실)으로의 이동이 제한될 수 있다. 이로 본 발명에 따른 b) 단계의 매개체의 활성화시, Co3 +의 생성율이 증가할 수 있다. 구체적으로, 상기 분리막의 전면이 양극에 대향하는 경우 그렇지 않은 경우에 비하여 Co3 + 의 생성율이 10 내지 50% 향상될 수 있다. In addition, the front surface of the separation membrane 100 may have a positive polarity and a rear surface thereof may have a negative polarity. At this time, when the front surface of the separation membrane is opposed to the anode 210, the movement of the hydrogen ions (H + ), H 3 O +, etc. generated in the solution in the anode chamber to the cathode (or cathode chamber) . During which the activation of the mediators of step b) according to the present invention, it is possible to increase the production rate of Co + 3. Specifically, when the entire surface of the separation membrane is opposed to the anode, the production rate of Co 3 + can be improved by 10 to 50% compared with the case where the separation membrane is not opposed to the anode.

더불어, 상기 Co3 +의 생성율은 하기 식 4를 이용하여 계산할 수 있다.In addition, the production rate of the Co 3 + can be calculated using the following equation (4).

Figure 112015099502094-pat00005
Figure 112015099502094-pat00005

상기 식 4에서 C는 코발트 이온의 농도를 의미할 수 있다. In the formula 4, C may mean the concentration of cobalt ions.

또한, 본 발명에 따른 전해시스템이 a) 단계의 용액을 반응기에 투입한 후, 전류를 인가하여 전기활성촉매의 금속 이온을 활성화함에 있어, 상기 음극(310)은 은으로 이루어지며, 양극(210)은 백금으로 이루어지는 것일 수 있다. Also, in the electrolytic system according to the present invention, after the solution of step a) is put into the reactor, the cathode 310 is made of silver and the anode 210 ) May be made of platinum.

또한 본 발명은 상술한 전해시스템을 이용하여 방향족 화합물의 제거에 사용되는 매개 산화 장치를 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 매개 산화/환원 장치는 격막셀(1000), 상기 격막셀의 양극실과 연통되며, 이온 용액을 주입/배출하는 양극탱크(600), 및 상기 격막셀의 음극실과 연통되며, 이온 용액을 주입/배출하는 음극탱크(700)을 포함할 수 있다.The present invention may also include a mediated oxidizing device used for the removal of aromatic compounds using the above-described electrolysis system. 3, the intermediate oxidation / reduction apparatus includes a diaphragm cell 1000, an anode tank 600 communicating with the anode chamber of the diaphragm cell for injecting / discharging an ionic solution, and a cathode chamber of the diaphragm cell And a negative electrode tank 700 for injecting / discharging an ionic solution.

또한, 상기 격막셀과 전기적으로 연결되는 전원공급장치(500)을 더 포함할 수 있다. 상기 전원공급장치에서 공급되는 전류 밀도는 1 내지 200 mA/cm2 일 수 있으나, 이에 본 발명이 한정되지 않는다. The apparatus may further include a power supply unit 500 electrically connected to the diaphragm cell. The current density supplied from the power supply device may be 1 to 200 mA / cm 2 , but the present invention is not limited thereto.

상세하게, 산화수가 다른 매개체 (또는 각기 다른 성질을 갖는 매개체)를 제조하기 위해서는, 도 1의 (S20) 단계에서 제조한 용액을 전원공급부가 연결된 양극실 및 음극실에 각각 주입하고, 전류 밀도를 10 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. Specifically, in order to prepare mediators having different oxidation numbers (or intermediates having different properties), the solution prepared in step (S20) of FIG. 1 is injected into the anode chamber and the cathode chamber connected to the power supply unit respectively, is from 10 to 100 mA / cm 2 to the solution i.e., the anolyte Co 2 + is oxidation by Co 3 +, the catholyte Co 2 + is a reduction reaction by Co 1 +, oxidation number other parameters metal Ions can be produced.

본 발명의 일 실시예 따른 전해시스템에 있어, 상기 전류 밀도의 크기에 따라 양극 반쪽반응시 Co3 +의 생성율이 달라지며, 음극 반쪽반응시 Co1 +의 생성율이 달라질 수 있다. In the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the production rate of Co 3 + is changed in the half-anion reaction according to the magnitude of the current density, and the production rate of Co 1 + is changed in the half-cathode reaction.

구체적이고 비한정적인 일 예로, 전류 밀도 30 mA에서 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. As a specific and non-limiting example, it can be seen that the production concentration of Co 3 + is increased about 300% compared to the current density 10 mA / cm 2 at a current density of 30 mA. In addition, the generated concentration of Co + 1 is not substantially generated in a current density of 10 mA / cm 2, can identify improved considerably at a current density of 30 mA / cm 2.

또한 본 발명은 도 3의 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. 또한, 상기 양극액 및 음극액은 상술한 전기활성촉매를 함유하는 이온 용액과 유사 내지 동일하다. 이로 본 발명에 따른 전해시스템은 상기 용액을 연속적으로 순환시킬 수 있다.In addition, the present invention may include an injection tube and a discharge tube for allowing the anode tank 600 of FIG. 3 to communicate with the electrochemical cell and the cathode tank 700 to communicate with the electrochemical cell. A pump may be attached to the injection tube to control the flow rates of the catholyte and catholyte. Further, the anolyte and the catholyte are similar or identical to the ionic solution containing the above-mentioned electrocatalyst. Thus, the electrolytic system according to the present invention can circulate the solution continuously.

상기 양극탱크(600)로부터 주입되는 양극액의 유량은 10 내지 500 ml/min 일 수 있고, 상기 음극탱크(700)으로부터 주입되는 음극액의 유량은 상기 양극액의 유량과 유사 내지 동일할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.The flow rate of the catholyte injected from the anode tank 600 may be 10 to 500 ml / min, and the flow rate of the catholyte injected from the cathode tank 700 may be similar to or the same as the flow rate of the anolyte , But the present invention is not limited thereto.

더불어, 상기 양극탱크(600) 및 음극탱크(700)는 상호 독립적으로 상단부에 가스가 배출되는 배출구를 구비할 수 있다. 상기 배출구는 압력이 차서 개폐하는 방식으로 운전될 수 있으며, 이는 매개산화, 매개환원 반응시 발생할 수 있는 황산 가스, 염화 가스 등의 누출을 방지할 수 있고, 반응에 필요한 유효성분의 탈리를 최소할 수 있다. 또한 상기 전기활성촉매의 전구체 및 이온 용액이 주입되는 주입구도 동시에 구비될 수 있다. In addition, the positive electrode tank 600 and the negative electrode tank 700 may have discharge ports through which gas is discharged to the upper end portion independently of each other. The outlet may be operated in a manner of opening and closing under pressure. This can prevent leakage of sulfuric acid gas, chlorine gas and the like, which may occur during the intermediate oxidation and the intermediate reduction reaction, . Also, the precursor of the electroactive catalyst and the injection port into which the ionic solution is injected may be provided at the same time.

또한, 상기 양극탱크(600) 및 음극탱크(700)는 상단부에 상호 독립적으로 배출구를 구비하고, 상기 배출구와 연통되는 적어도 하나의 일렉트로 스크러버(Electro-Scrubber, 미도시)를 더 포함할 수 있다. 이는 상술한 매개산화반응에 의해 배출되는 기체에는 염소 등이 함께 배출된다는 점에 착안한 구성이며, 일 예로, 상기 음극탱크(700)의 후단에 상기 일렉트로 스크러버를 구비함으로써, 배출되는 기체를 최소하하는 것이 바람직하다. The positive electrode tank 600 and the negative electrode tank 700 may further include at least one electro-scrubber (not shown) having an outlet at an upper end independently of each other and communicating with the outlet. This configuration is based on the fact that chlorine or the like is discharged together with the gas discharged by the above-described intermediate oxidation reaction. For example, by providing the electrostatic scrubber at the rear end of the negative electrode tank 700, .

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. In addition, the electro-scrubber used in the present invention may be a scrubber used in a chemical process. If necessary, the electro-scrubber may be provided with a plurality of scrubbers to sequentially scrub different gases, can do.

도 5을 참조하면, 본 발명에 따른 b) 단계시 전기활성촉매의 활성화 특성은 금속염의 종류 및 농도, 이온 용액의 종류 및 농도, 반응시간 등에 따라 상기 전기활성촉매의 활성화 특성이 향상될 수 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 5, the activation characteristics of the electrocatalyst in the step b) according to the present invention may be improved depending on the type and concentration of the metal salt, the type and concentration of the ionic solution, the reaction time, and the like. .

즉, 비한정적이며 구체적인 일 예로서, 상기 금속염은 염화코발트이고, 상기 염화코발트의 함량이 0.01 내지 0.1 M 이며, 이온 용액이 N-부틸-N-메틸피롤리디니움 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드([bmpyr][TFSI])인 경우, Co(II)에서 Co(III)으로의 활성화가 더욱 현저하게 나타남을 확인할 수 있다. That is, as a non-limiting and specific example, the metal salt is cobalt chloride, the content of cobalt chloride is 0.01 to 0.1 M, and the ionic solution is N-butyl-N-methylpyrrolidinium bis ([Bmpyr] [TFSI]), the activation from Co (II) to Co (III) is more conspicuous.

도 5(a)를 참조하면, 도 5(a)는 본 발명에 따른 전기활성촉매의 전구체를 포함하지 않은 경우, 이온 용액만으로 구동되는 연속 순환전류-전압 그래프를 나타내며, 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 산화 또는 환원 피크가 나타나지 않음을 확인할 수 있다. 5 (a) shows a continuous cyclic current-voltage graph driven by only an ionic solution when the precursor of the electrocatalyst according to the present invention is not included, and FIG. 5 (a) As shown, it can be confirmed that no oxidation or reduction peak appears.

반면 도 5(b)를 참조하면, 도 5(b)는 본 발명에 따른 전기활성촉매의 전구체를 포함한 이온 용액로 구동되는 경우, 연속 순환전류-전압 그래프를 나타낸다. 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 약 1.68 V에 양극 반쪽반응에 의한 Co(II)에서 Co(III)으로의 산화 피크와, 약 0.74 V에 Co(III)에서 Co(II)으로의 환원 피크가 각각 현저하게 나타남을 확인할 수 있다. On the other hand, referring to FIG. 5 (b), FIG. 5 (b) shows a continuous circulating current-voltage graph when driven by an ionic solution containing a precursor of the electroactive catalyst according to the present invention. As shown in Fig. 5 (b), the oxidation peak from Co (II) to Co (III) by the anodic half reaction at about 1.68 V and the oxidation peak from Co (III) to Co And the reduction peak are remarkably exhibited respectively.

또한, 본 발명에 따른 전해시스템에 있어, 전이금속 할로겐화물을 포함하는 전기활성촉매의 전구체와 상술한 이온 용액을 포함하여 전기활성촉매를 제조하는 경우, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전이금속 이온의 전위창(potential window)를 더욱 확장하여 매개산화반응의 반응성을 향상시킬 수 있다. In addition, in the electrolytic system according to the present invention, in the case of producing an electrocatalyst comprising a precursor of an electrocatalyst including a transition metal halide and the above-mentioned ionic solution, as shown in FIG. 5, The potential window of the transition metal ion can be further expanded to improve the reactivity of the mediated oxidation reaction.

또한, 상기 Co(II)에서 Co(III)으로의 활성화 피크의 크기(Ia)와 Co(III)에서 Co(II)으로의 복원 피크의 크기(Ib)의 비율에 따라, 본 발명에 따른 b) 단계의 전기활성촉매의 활성화가 향상될 수 있다. 상기 비율은 Ia/Ib 로 표현되며, 주사율 50 mV 에서 상기 비율은 0.5 내지 2일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. In addition, depending on the ratio of the size (Ia) of the activation peak from Co (II) to Co (III) and the size (Ib) of the restored peak from Co (III) to Co ) Activation of the electroactive catalyst can be improved. The ratio is expressed by Ia / Ib, and the rate may be 0.5 to 2 at a scan rate of 50 mV, but the present invention is not limited thereto.

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.Further, in the present invention, Co (I) is 1 + Co, Co (II) is Co 2 +, Co (III) may refer to Co + 3, other metal ions may also be applicable to this.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전해시스템은 주사율에 따라 순환 전류-전압의 특성이 상이할 수 있음을 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상술한 Co(II)에서 Co(III)으로의 산화 피크 및 Co(III)에서 Co(II)으로의 환원피크는 각각 주사율이 커짐에 따라 전류의 크기가 상승하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, the electrolytic system according to the present invention shows that cyclic current-voltage characteristics may vary depending on the refresh rate. As shown in FIG. 6, the oxidation peak from Co (II) to Co (III) and the reduction peak from Co (III) to Co (II) .

구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 도 6의 결과를 이용한 Co(II)에서 Co(III)으로의 확산 계수는 0.1×10-7 내지 9×10-7 cm2/s 일 수 있다. 상기 확산 계수는 Randles-Sevcik 공식에 의하여 측정할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. As a specific, non-limiting example, the diffusion coefficient from Co (II) to Co (III) using the results of FIG. 6 may be 0.1 × 10 -7 to 9 × 10 -7 cm 2 / s. The diffusion coefficient can be measured by the Randles-Sevcik formula, but is not limited thereto.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 전해시스템은 전기활성촉매의 유무에 따라 순환 전류-전압의 특성이 상이할 수 있음을 나타낸다. 상이 전기활성촉매는 염화코발트일 수 있고, 도 7(a)는 전기활성촉매가 첨가되지 않은 이온 용액을 이용한 전해시스템의 톨루엔의 제거특성이며, 도 7(b)는 전기활성촉매가 첨가된 후 이온 용액을 이용한 전해시스템의 톨루엔의 제거특성일 수 있다. 또한, 상기 이온 용액은 N-부틸-N-메틸피롤리디니움 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드([bmpyr][TFSI])일 수 있다. Referring to FIG. 7, the electrolysis system according to the present invention shows that cycling current-voltage characteristics may vary depending on the presence or absence of an electroactive catalyst. 7 (a) shows the removal characteristics of toluene in an electrolytic system using an ionic solution to which an electroactive catalyst is not added, and Fig. 7 (b) It may be a removal characteristic of toluene in an electrolytic system using an ionic solution. The ionic solution may also be N-butyl-N-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide ([bmpyr] [TFSI]).

상세하게, 상기 도 5에서 상술한 바와 같이, 도 7에 나타난 약 0.74 V에서 환원피크, 약 1.68 V에서 산화피크가 각각 나타날 수 있으며, 추가적으로 약 2.0 V에서 톨루엔의 산화피크를 확인할 수 있다. In detail, as described above in Fig. 5, a reduction peak at about 0.74 V shown in Fig. 7, an oxidation peak at about 1.68 V, respectively, and an oxidation peak of toluene at about 2.0 V can be confirmed.

더불어, 도 7(a)의 전기활성촉매가 첨가되지 않은 경우 대비 상기 톨루엔의 산화 피크의 세기는 약 10배 향상됨을 확인할 수 있으며, 이는 본 발명의 이온 용액을 포함하는 전해시스템이 톨루엔을 포함하는 방향족 화합물의 제거에 극대화될 수 있음을 보여주는 것이다. In addition, it can be seen that the intensity of the oxidation peak of toluene is improved about 10 times as compared with the case where the electrocatalyst of FIG. 7 (a) is not added. This is because the electrolytic system containing the ionic solution of the present invention includes toluene It can be maximized in the removal of aromatic compounds.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해시스템에 있어, 상술한 방향족 화합물의 제거 온도는 0 내지 100 ℃ 일 수 있다. 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 전해시스템은 상술한 방향족 화합물의 제거 온도에 따라 순환 전류-전압의 특성이 상이할 수 있음을 나타낸다. In the electrolytic system according to an embodiment of the present invention, the removal temperature of the aromatic compound may be 0 to 100 ° C. Referring to FIG. 8, the electrolysis system according to the present invention shows that the characteristics of the circulating current-voltage may differ depending on the removal temperature of the aromatic compound.

구체적이고 비한정적인 일 예로, 약 80 ℃에서 톨루엔의 산화 피크(약 2.0 V)의 세기는 약 25 ℃에서 톨루엔의 산화 피크(약 2.0 V)의 세기 대비 1.5배 내지 3배 상승함을 알 수 있다. As a specific, non-limiting example, the intensity of the oxidation peak of toluene (about 2.0 V) at about 80 ° C is 1.5 to 3 times higher than the intensity of the oxidation peak of toluene (about 2.0 V) have.

이하 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 하기의 실시예를 들어 상세하게 설명하겠으나, 본 발명이 다음 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1Example 1

전기활성촉매를 함유하는 용액은 0.2 L의 N-부틸-N-메틸피롤리디니움 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드([bmpyr][TFSI])를 도 3에 도시한 양극탱크(600) 및 음극탱크(700)에 각각 투입한 후, 0.05 mmol의 무수 CoCl2를 양극탱크 주입구(610) 및 음극탱크 주입구(710)에 각각 주입하여 혼합한 후 제조하였다. The solution containing the electroactive catalyst was prepared by adding 0.2 L of N-butyl-N-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide ([bmpyr] [TFSI]) to the positive electrode tank 600, and the cathode tank 700, respectively, and 0.05 mmol of anhydrous CoCl 2 was injected into the anode tank inlet 610 and the cathode tank inlet 710, respectively, and mixed.

상기 양극탱크(600)에서 제조된 용액은 도 4에 도시한 격막셀의 양극실에 투입되고, 상기 음극탱크(700)에서 제조된 용액은 음극실(320)에 투입하였다. 이때, 상기 격막셀은 판틀형이고, Pt 가 코팅된 메쉬 형의 양극, Ti 음극, Nafion® 324 분리막을 포함하였고, 상기 음극 및 양극의 표면적은 각각 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 분리막은 판형으로 전면과 후면이 구분된다. 상기 분리막의 방향(orientation), 즉 분리막의 전면이 양극과 대향되게 제어하였다. The solution prepared in the anode tank 600 was introduced into the anode chamber of the diaphragm cell shown in FIG. 4, and the solution prepared in the cathode tank 700 was introduced into the cathode chamber 320. At this time, the diaphragm cell was a plate-shaped, Pt-coated mesh-type anode, a Ti cathode, and a Nafion® 324 separator. The surface areas of the cathode and anode were 4 cm 2 . In addition, the distance between the electrode plates was maintained at 5 mm, and at least two Viton rubber gaskets were provided inside the cells, and the thickness thereof was 2 mm. The separation membrane is plate-shaped and divided into a front surface and a rear surface. The orientation of the separator, that is, the entire surface of the separator, was controlled to face the anode.

또한 상기 두 용액은 연동 펌프(Masterflex - L/S, Cole Parmer Instrument Company)를 이용하여 각각 70 ml/min의 유량으로 연속적으로 순환되었다. 또한 전원공급기(Korea Switching Instruments)를 이용하여 전류 밀도를 30 mA/cm2 으로 인가하였으며, 이때 상기 매개체가 활성화되었다. 구체적으로 상기 매개체가 활성화되는 것은 양극실에서 Co(II) 에서 Co(III)으로, 음극실(320)에서 Co(II) 에서 Co(I) 으로 활성화되었다. The two solutions were continuously circulated at a flow rate of 70 ml / min using a peristaltic pump (Masterflex-L / S, Cole Parmer Instrument Company). The current density was applied at 30 mA / cm 2 using a power supply (Korea Switching Instruments), where the medium was activated. Specifically, activation of the mediator was activated from Co (II) to Co (III) in the anode chamber and from Co (II) to Co (I) in the cathode chamber 320.

이후, 상기 순환되는 양극탱크 주입구(610)에 0.015 mmol의 벤젠을 주입한 후, 본 발명의 전해시스템을 1 시간 동안 운전하여 상기 벤젠의 제거 특성을 확인하였다. Then, 0.015 mmol of benzene was injected into the circulating anode tank inlet 610, and the electrolysis system of the present invention was operated for 1 hour to confirm the removal characteristics of the benzene.

실시예 2Example 2

양극 탱크 주입구(610)에 톨루엔을 주입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The procedure of Example 1 was repeated except that toluene was injected into the anode tank inlet (610).

실시예 3Example 3

양극 탱크 주입구(610)에 자일렌을 주입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. The same procedure as in Example 1 was carried out except that xylene was injected into the anode tank inlet (610).

비교예 1Comparative Example 1

무수 CoCl2 주입하지 않고, 전류를 인가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. The procedure of Example 1 was repeated except that no anhydrous CoCl 2 was injected and no current was applied.

비교예 2Comparative Example 2

무수 CoCl2 주입하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. The procedure of Example 1 was repeated except that no anhydrous CoCl 2 was injected.

비교예 3Comparative Example 3

무수 CoCl2 주입하지 않고, 전류를 인가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 2과 동일하게 실시하였다. The procedure of Example 2 was repeated except that no anhydrous CoCl 2 was injected and no current was applied.

비교예 4Comparative Example 4

무수 CoCl2 주입하지 않은 것을 제외하고는 실시예 2과 동일하게 실시하였다. The procedure of Example 2 was repeated except that no anhydrous CoCl 2 was injected.

비교예 5Comparative Example 5

무수 CoCl2 주입하지 않고, 전류를 인가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 실시하였다. The procedure of Example 3 was repeated except that no anhydrous CoCl 2 was injected and no current was applied.

비교예 6Comparative Example 6

무수 CoCl2 주입하지 않은 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 실시하였다. The procedure of Example 3 was repeated except that no anhydrous CoCl 2 was injected.

상술한 실시예 1~3, 비교예 1~6를 실시하여, 상기 벤젠의 제거는 도 9에, 상기 톨루엔의 제거는 도 10에, 상기 자일렌의 제거는 도 11에 적외선흡수 스펙트럼으로 도시하였다. 상기 스펙트럼은 FTIR(Nicolet-Is10 FT-IR, Thermo scientific)을 이용하여 액상으로 측정되었다. The removal of benzene is shown in Fig. 9, the removal of toluene is shown in Fig. 10, and the removal of the xylene is shown in Fig. 11 by infrared absorption spectrum in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 6 . The spectrum was measured in liquid phase using FTIR (Nicolet-Is10 FT-IR, Thermo scientific).

도 9을 참조하면, 도 9은 본 발명에 따른 벤젠의 제거 특성을 도시한 스펙트럼이다. 도 9(a)는 비교예 1에 따른 FTIR 스펙트럼이고, 도 9(b)는 비교예 2에 따른 FTIR 스펙트럼이며, 도 9(c)는 실시예 1에 따른 FTIR 스펙트럼이다. 벤젠의 제거 특성은 약 1710 cm-1 에 나타나는 -C=O 신축 진동의 유무 또는 이 피크의 세기에 의해 확인하였다. 상기 약 1710 cm-1 에 나타나는 피크는 α,β-불포화 카르보닐 화합물의 케토 그룹(keto group)에 의한 것이며, 이로 본 발명에 따른 전해시스템에 의해 상기 벤젠이 분해 또는 제거되어 나타나는 피크임을 확인하였다. Referring to FIG. 9, FIG. 9 is a spectrum showing the removal characteristics of benzene according to the present invention. FIG. 9 (a) is an FTIR spectrum of Comparative Example 1, FIG. 9 (b) is an FTIR spectrum of Comparative Example 2, and FIG. 9 (c) is an FTIR spectrum of Example 1. The removal characteristics of benzene were confirmed by the presence or absence of -C = O stretching vibration at about 1710 cm -1 or by the intensity of this peak. The peak appearing at about 1710 cm -1 is attributed to the keto group of the α, β-unsaturated carbonyl compound, and it is confirmed that the peak appears when the benzene is decomposed or removed by the electrolysis system according to the present invention .

도 10을 참조하면, 도 10은 본 발명에 따른 톨루엔의 제거 특성을 도시한 스펙트럼이다. 도 10(a)는 비교예 3에 따른 FTIR 스펙트럼이고, 도 10(b)는 실시예 2에 따른 FTIR 스펙트럼이며, 도 10(c)는 비교예 4에 따른 FTIR 스펙트럼이다. 톨루엔의 제거 특성은 약 1710 cm-1 에 나타나는 -C=O 신축 진동의 유무 또는 이 피크의 세기에 의해 확인하였다. 상기 약 1710 cm-1 에 나타나는 피크는 α,β-불포화 카르보닐 화합물의 케토 그룹(keto group)에 의한 것이며, 이로 본 발명에 따른 전해시스템에 의해 상기 톨루엔이 분해 또는 제거되어 나타나는 피크임을 확인하였다. Referring to FIG. 10, FIG. 10 is a spectrum showing the removal characteristics of toluene according to the present invention. 10 (a) is an FTIR spectrum according to Comparative Example 3, FIG. 10 (b) is an FTIR spectrum according to Example 2, and FIG. 10 (c) is an FTIR spectrum according to Comparative Example 4. The removal characteristics of toluene were confirmed by the presence or absence of -C = O stretching vibration at about 1710 cm -1 or by the intensity of this peak. The peak appearing at about 1710 cm -1 is due to the keto group of the α, β-unsaturated carbonyl compound, and it is confirmed that the peak appears when the toluene is decomposed or removed by the electrolysis system according to the present invention .

도 11을 참조하면, 도 11은 본 발명에 따른 자일렌의 제거 특성을 도시한 스펙트럼이다. 도 11(a)는 비교예 5에 따른 FTIR 스펙트럼이고, 도 11(b)는 비교예 6에 따른 FTIR 스펙트럼이며, 도 11(c)는 실시예 3에 따른 FTIR 스펙트럼이다. 자일렌의 제거 특성은 약 1710 cm-1 에 나타나는 -C=O 신축 진동의 유무 또는 이 피크의 세기에 의해 확인하였다. 상기 약 1710 cm-1 에 나타나는 피크는 α,β-불포화 카르보닐 화합물의 케토 그룹(keto group)에 의한 것이며, 이로 본 발명에 따른 전해시스템에 의해 상기 자일렌이 분해 또는 제거되어 나타나는 피크임을 확인하였다. Referring to FIG. 11, FIG. 11 is a spectrum showing the removal characteristics of xylene according to the present invention. 11 (a) is an FTIR spectrum according to Comparative Example 5, FIG. 11 (b) is an FTIR spectrum according to Comparative Example 6, and FIG. 11 (c) is an FTIR spectrum according to Embodiment 3. The removal characteristic of xylene was confirmed by the presence or absence of -C = O stretching vibration at about 1710 cm -1 or by the intensity of this peak. The peak appearing at about 1710 cm -1 is due to the keto group of the α, β-unsaturated carbonyl compound, and it is confirmed that the peak appears when the xylene is decomposed or removed by the electrolytic system according to the present invention Respectively.

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. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will recognize that many modifications and variations are possible in light of the above teachings.

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.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

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
100: membrane
200: anode portion, 210: positive electrode, 211: positive electrode tab
300: cathode part, 310: cathode, 311: negative electrode tab, 320: cathode chamber (reactor)
410, 420: case, 411, 412: inlet port, 421, 422:
500: Power supply
600: anode tank, 610: anode tank inlet, 620: anode tank outlet
700: cathode tank, 710: cathode tank inlet, 720: cathode tank outlet

Claims (14)

양극부, 음극부, 및 양극부와 음극부를 구획하는 분리막을 포함하는 격막셀; 이온 용액을 수용하는 탱크; 및 전원공급부;를 포함하는 전해 장치에서,
a) 전이금속 할로겐화물을 포함하는 전기활성촉매의 전구체를 이온 용액에 투입 및 용해하여, 상기 전기활성촉매를 함유하는 용액을 제조하는 단계;
b) 상기 a) 단계에서 제조된 용액을 상기 양극부의 양극실과 상기 음극부의 음극실에 각각 투입한 후, 상기 전원공급부에 의해 전류를 인가함으로써, 상기 전기활성촉매가 활성화되는 단계; 및
c) 상기 b) 단계의 전기활성촉매를 포함하는 양극실에 비수용성 방향족 화합물을 투입하여, 상기 비수용성 방향족 화합물이 제거되는 단계를 포함하며,
상기 이온 용액의 용융점은 0℃ 이하인 것을 특징으로 하는 비수용성 방향족 화합물의 제거 방법.
A diaphragm cell including an anode portion, a cathode portion, and a separator separating the anode portion and the cathode portion; A tank for containing the ionic solution; And an electric power supply unit,
a) introducing and dissolving a precursor of an electroactive catalyst comprising a transition metal halide into an ionic solution to produce a solution containing said electroactive catalyst;
b) activating the electroactive catalyst by applying the solution prepared in the step a) to the anode chamber of the anode part and the cathode chamber of the cathode part, respectively, and then applying current by the power supply part; And
c) introducing a non-aqueous aromatic compound into the anode chamber containing the electroactive catalyst of step b), thereby removing the non-aqueous aromatic compound,
Wherein the melting point of the ionic solution is 0 占 폚 or lower.
제1항에 있어서,
상기 이온 용액의 전기전도도는 1×10-4 내지 9×10-2 S/cm 인 비수용성 방향족 화합물의 제거 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ionic solution has an electric conductivity of 1 x 10 -4 to 9 x 10 -2 S / cm.
제1항에 있어서,
상기 방향족 화합물은 양극 반쪽반응에 의해 처리되고,
상기 양극 반쪽반응의 산화포텐셜은 0.5 내지 3 V인 것을 특징으로 하는 비수용성 방향족 화합물의 제거 방법.
The method according to claim 1,
The aromatic compound is treated by an anode half reaction,
Wherein the oxidation potential of the anode half reaction is 0.5 to 3 V.
제1항에 있어서,
상기 비수용성 방향족 화합물의 제거 온도는 0 내지 100℃ 인 것을 특징으로 하는 비수용성 방향족 화합물의 제거 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the removal temperature of the water-insoluble aromatic compound is 0 to 100 ° C.
제1항에 있어서,
상기 전기활성촉매의 전구체는 코발트 및 니켈에서 적어도 하나 이상을 포함하는 전이금속 할로겐화물인 비수용성 방향족 화합물의 제거 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the precursor of the electroactive catalyst is a transition metal halide comprising at least one of cobalt and nickel.
제1항에 있어서,
상기 이온 용액은 피롤리디늄계 양이온을 포함하는 비수용성 방향족 화합물의 제거 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ionic solution comprises a pyrrolidinium-based cation.
제1항에 있어서,
상기 양극부는 양극, 양극실, 및 양극탭을 구비하며,
상기 음극부는 음극, 음극실, 및 음극탭을 구비하며,
상기 분리막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판틀형으로 이루어지고,
상기 분리막의 전면은 상기 양극과 대향하는 것을 특징으로 하는 비수용성 방향족 화합물의 제거 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the anode portion includes a cathode, an anode chamber, and a cathode tab,
The cathode section includes a cathode, a cathode chamber, and a cathode tab,
Wherein the separation membrane has a plate-like shape including a front surface and a rear surface opposite to the front surface,
Wherein the surface of the separator is opposed to the anode.
제7항에 있어서,
상기 양극은 백금으로 이루어지고, 상기 음극은 은으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비수용성 방향족 화합물의 제거 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the anode is made of platinum, and the cathode is made of silver.
제1항에 있어서,
상기 b) 단계에서, 전기활성촉매의 활성화는 전기활성촉매의 전이금속이 양극 반쪽반응에 의해 산화되거나, 음극 반쪽반응에 의해 환원되는 것인 비수용성 방향족 화합물의 제거 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the activation of the electrocatalyst in step b) is such that the transition metal of the electrocatalyst is oxidized by the anode half reaction or reduced by the cathode half reaction.
제1항에 있어서,
상기 b) 단계의 전류 밀도는 1 내지 100 mA/cm2 인 것을 특징으로 하는 비수용성 방향족 화합물의 제거 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the current density of step (b) ranges from 1 to 100 mA / cm < 2 >.
제1항에 있어서,
상기 c) 단계 시, 상기 양극실에 초음파를 인가하는 것을 특징으로 하는 비수용성 방향족 화합물의 제거 방법.
The method according to claim 1,
Wherein in step (c), ultrasonic waves are applied to the anode chamber.
제1항에 있어서,
상기 비수용성 방향족 화합물은 벤젠, 톨루엔 및 자일렌 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 방향족 탄화수소인 비수용성 방향족 화합물의 제거 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the water-insoluble aromatic compound is an aromatic hydrocarbon containing at least one of benzene, toluene and xylene.
제1항에 있어서,
상기 b) 단계 시, 양극실에 초음파를 인가하는 것을 특징으로 하고,
상기 c) 단계에서 수득한 용액을 b) 단계의 양극실에 투입하는 것을 특징으로 하는 비수용성 방향족 화합물의 제거 방법.
The method according to claim 1,
In the step b), ultrasonic waves are applied to the anode chamber,
Wherein the solution obtained in step c) is introduced into the anode chamber of step b).
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10500900A (en) 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 Electrochemical oxidation of substances
KR20000011384A (en) * 1998-07-01 2000-02-25 후카시 겐스케 Method of decomposing organic compounds
KR20040012770A (en) 2001-04-24 2004-02-11 씨앤엠 그룹, 엘엘씨 Mediated electrochemical oxidation of biological waste materials
KR20060105969A (en) 2005-04-04 2006-10-12 순천대학교 산학협력단 Apparatus for destroying organic wastes by electric incineration and mediated oxidation
KR20130119847A (en) * 2010-05-21 2013-11-01 바스프 에스이 Process and apparatus for separating nitroaromatics from wastewater

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10500900A (en) 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 Electrochemical oxidation of substances
KR20000011384A (en) * 1998-07-01 2000-02-25 후카시 겐스케 Method of decomposing organic compounds
KR20040012770A (en) 2001-04-24 2004-02-11 씨앤엠 그룹, 엘엘씨 Mediated electrochemical oxidation of biological waste materials
KR20060105969A (en) 2005-04-04 2006-10-12 순천대학교 산학협력단 Apparatus for destroying organic wastes by electric incineration and mediated oxidation
KR20130119847A (en) * 2010-05-21 2013-11-01 바스프 에스이 Process and apparatus for separating nitroaromatics from wastewater

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S. Zein El Abendin등, Journal of the electrochemistry communications : 2004, Vol.6, 422~426쪽 *

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