KR102180564B1 - 산화환원 짝반응 물질을 도입한 다중 채널 막 결합형 축전식 탈염장치 - Google Patents

산화환원 짝반응 물질을 도입한 다중 채널 막 결합형 축전식 탈염장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102180564B1
KR102180564B1 KR1020190099563A KR20190099563A KR102180564B1 KR 102180564 B1 KR102180564 B1 KR 102180564B1 KR 1020190099563 A KR1020190099563 A KR 1020190099563A KR 20190099563 A KR20190099563 A KR 20190099563A KR 102180564 B1 KR102180564 B1 KR 102180564B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exchange membrane
electrode
flow path
disposed
capacitive
Prior art date
Application number
KR1020190099563A
Other languages
English (en)
Inventor
윤제용
홍성필
김나영
김춘수
Original Assignee
서울대학교 산학협력단
공주대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교 산학협력단, 공주대학교 산학협력단 filed Critical 서울대학교 산학협력단
Priority to KR1020190099563A priority Critical patent/KR102180564B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102180564B1 publication Critical patent/KR102180564B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
    • C02F1/4691—Capacitive deionisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/70—Treatment of water, waste water, or sewage by reduction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation

Abstract

본 발명은 해수, 염수 또는 폐수가 유입되고, 처리된 처리수가 배출되는 경로를 제공하는 중심 유로; 상기 중심 유로의 일측에 배치된 양이온 교환막; 상기 중심 유로의 타측에 배치된 음이온 교환막; 상기 양이온 교환막 일측에 배치된 제1유로; 상기 음이온 교환막 타측에 배치된 제2유로; 상기 제1유로 및 상기 제2유로 내에 각각 배치된 한 쌍의 전극 및 상기 제1유로 및 상기 제2유로 내에서 유동하며, 산화환원 반응 물질을 포함하는 전해액; 을 포함하는 산화환원 짝반응 물질을 도입한 다중 채널 막 결합형 축전식 탈염장치를 제공한다.

Description

산화환원 짝반응 물질을 도입한 다중 채널 막 결합형 축전식 탈염장치 {CAPACITIVE DEIONIZATION DEVICE USING FERRIC/FERRO CYANIDE REDOX COUPLE}
본 발명은 산화환원 짝반응 물질을 도입한 다중 채널 막 결합형 축전식 탈염장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 탈염 용량이 향상된 산화환원 짝반응 물질을 도입한 다중 채널 막 결합형 축전식 탈염장치 에 관한 것이다.
세계는 현재 지구 온난화에 의한 가뭄 현상 심화, 지하수 고갈, 사막화 진행과, 인구 증가, 산업화에 의한 생활 및 산업 용수 사용 증가로 인하여 물의 자원으로서의 가치가 증대되고 있어, 해수의 담수화나 생활 및 산업 폐수의 재활용화 등이 새로운 이슈로 등장하고 있다. 또한, 산업용 초순수의 제조에 대한 관심이 높아지고, 생활면에서는 먹고, 씻을 맑은 물의 수요가 증가함에 따라 고효율의 이온 제거 장치의 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
또한, 경수(hard water)를 공업용수 및 생활용수로 사용할 경우 세제가 잘 풀리지 않을 뿐만 아니라 이가 양이온(Ca2+, Mg2+ 등)에 의한 스케일의 형성으로 공업적, 위생적 문제를 야기한다. 따라서 경수의 사용으로 인한 피해를 줄이기 위해서는 연수화 공정이 필수적이며, 이에 대한 기술력 개발이 활발히 진행되고 있다. 또한, 수중에 존재하는 방사성 Cs+ 이온의 제거 및 Li+ 이온 등의 회수는 환경 및 공업 분양에서 중요하게 인식되고 있다
현재 이온물질을 제거하는 기술은 주로 증발법, 역삼투막법 및 이온교환수지법을 이용하고 있으며, 증발법과 역삼투막법은 높은 에너지 소비에 따른 운전비용 및 운전상의 문제점 등이 있고 가장 폭넓게 사용하는 이온교환수지법은 재생할 때 산(Acid)이나 소금(NaCl)을 과량 사용하므로 2차 오염물질을 만드는 단점을 가지고 있다.
기존의 용존 이온 제거기술들이 가진 단점들을 보완하고 저 에너지 소비형의 새로운 이온 제거기술을 개발하고자 세계 여러 나라에서 연구들이 진행 중이며, 이러한 이온 제거기술에는 미국 LLNL, Sabrex of Texas 등에서 개발 중에 있는 전기 축전식 탈염(CDI ; Capacitive Deionization) 기술이 있다.
전기 흡착식 이온 제거기술인 CDI기술은 다른 방법들에 비해 에너지 소비량이 적으며 기존의 이온 제거 기술에서와 달리 화학약품에 의한 세정이 필요 없어 2차 오염이 없는 환경 친화적인 새로운 이온 제거 기술이며 유지보수가 간편하다는 장점이 있어 차세대 용존 이온 제거기술로 연구가 활발히 진행되고 있다.
최초의 CDI 공정연구는 1960년대 미국 오클라호마대학 연구진이 다공성 활성탄 전극을 사용하여 해수의 담수화 연구를 하였고 이후 Johnson 등은 활성탄소를 이용하여 CDI 실험을 수행한 바 있다. 그러나 핵심 요소인 전극의 성능저하로 인하여 지속적인 공정의 어려움으로 개발하지 못하였으나 미국의 LLNL(Lawrence Livermore National Laboratory)에서 90년대 중반에 탄소에어로젤 전극을 이용한 CDI 공정을 개발하는 등의 연구가 진행되었고 그 밖에 활성 탄소 섬유, 탄소나노튜브 등을 전극 활물질로 사용한 CDI 공정 개발에 대한 연구도 진행된 바 있다.
CDI는 전기화학적 흡/탈착을 이용해 원수의 이온을 가역적으로 제거하는 기술이다. 본 공정은 전위가 인가될 때, 전극 표면의 이중 층 내에 이온을 저장시킴으로써, 원수 내 이온을 제거한다. 그러나 축전식 탈염 공정은 필연적으로 이온 흡착에 필요한 전하의 일부가 낭비된다. 왜냐하면, 전기 이중층이 형성될 때 전극 표면에 존재했던 동전하 이온들 (전극의 전위와 같은 전위를 띄는 이온)을 밀어 내는데 전력을 소모하기 때문이다. 이러한 한계를 극복하기 위해, Membrane capacitive deionization (MCDI) 시스템이 등장했다. MCDI는 이온교환막을 적용함으로써 '동전하 이온반발'을 완화시켜, 탈염 성능과 전하 효율을 비약적으로 향상시켰다.
양쪽 전극 앞에 위치한 이온 선택성 막들은 (cation exchange membrane on cathode and anion exchange membrane on anode) 동전하 이온에 소모되는 전하를 절약시켰다. MCDI 시스템은 저농도 운전, 정전류 운전과 에너지 회수 등 활발하게 개발되어 왔다.
MCDI에 적용되는 이온교환 물질의 개발은 두 가지 방향으로 진행되었다.
첫째로, 이온 교환막의 재료가 개발되었다. 이러한 이온 교환막 개발의 예로는 NaSS-MAA-MMA copolymer를 양이온 교환막으로, 4-vinylbenzylchloride/ styrene/ ethylmethacrylate를 음이온 교환막으로 적용하였다. 또한, Cross-linked quaternised polyvinyl alcohol을 AEM으로 제안하여 약 2배의 탈염 용량 향상을 보였다. 이온교환막 외에, 전극에 코팅용 이온 교환 물질 적용을 통해 성능 향상을 보인 연구들도 보고되어 왔다.
둘째로, 이온 교환 물질을 전극에 코팅하는 방향으로 개발되었다. 이러한 이온 교환물질을 전극에 코팅하는 방법의 개발예로는 양이온교환 수지로써, Polyvinyl alcohol/sulfosuccinic acid을 음전극에 입혀 탈염 성능을 비약적으로 향상시켰다. 또한, 황산, 아민처리가 이루어진 bromomethylated poly(2,6-dimethyl-1,4-phenyleneoxide) (BPPO) 를 양/음 전극에 분사함으로써 이온교환 물질 코팅을 간편하게 성공시켰다. Nie 등은 electrodeposition 법으로 전극에 양이온 교환 수지로써 polyacrylic acid 를 직접 전극에 코팅하여 좋은 regeneration ability(30 cycle)를 달성하였다.
이처럼 탄소 전극을 이용할 경우 넓은 표면적을 가지고 있어, 수용액 상에서 상대적으로 안정적인 용량 특성에서 우수한 장점이 있기는 하나, 탄소 자체의 저항이 적지 않으며, 표면 특성이 소수성이므로 물과 친하지 않다는 단점이 있으며, 탈염되는 속도면에서도 다소 느린 경향이 있다.
따라서, 탈염이 효율적으로 이루어지면서도 우수한 속도 특성을 갖는 탈염 공정의 개발이 요구되었다.
특허문헌 1: 대한민국등록특허 제1237258호 특허문헌 2: 대한민국등록특허 제1410642호 특허문헌 3: 대한민국공개특허 제2012-0058228
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 축전식 탈염 공정에서 탈염 용량을 향상시킬 수 있는 축전식 탈염 장치를 제공하는 데 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 해수, 염수 또는 폐수가 유입되고, 처리된 처리수가 배출되는 경로를 제공하는 중심 유로; 상기 중심 유로의 일측에 배치된 양이온 교환막; 상기 중심 유로의 타측에 배치된 음이온 교환막; 상기 양이온 교환막 일측에 배치된 제1유로; 상기 음이온 교환막 타측에 배치된 제2유로; 상기 제1유로 및 상기 제2유로 내에 각각 배치된 한 쌍의 전극 및 상기 제1유로 및 상기 제2유로 내에서 유동하며, 산화환원 반응 물질을 포함하는 전해액; 을 포함한다.
또한, 상기 산화환원 반응 물질은 페로시안 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1유로와 상기 제2유로는 연통될 수 있다.
또한, 상기 산화환원 반응 물질은 산화 반응 및 환원 반응을 통한 지속적 탈염이 가능하다.
또한, 상기 전극은 상기 양이온 교환막에 인접하게 배치된 제1전극 및 상기 음이온 교환막에 인접하게 배치된 제2전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1전극은 상기 양이온 교환막과 이격되며, 상기 제2전극은 상기 음이온 교환막과 이격될 수 있다.
본 발명에 따른 축전식 탈염 장치는 전극 측에 흐르는 전해 용액에 산화 환원 반응 물질을 포함시켜, 축전식 탈염 공정에서 탈염 용량을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염 장치를 개략적으로 도시한 예시도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염 장치에서의 이온 제거 기작을 도시한 예시도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염 장치에 따라 반복되는 흡탈착에 따른 농도변화 곡선을 나타낸 것으로, 전해액에서의 산화환원 반응 물질의 농도 변화에 따른 결과를 나타낸 그래프이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염 장치에서 전해액에서의 산화환원 반응 물질의 농도에 따른 탈염 성능을 나타낸 그래프이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염 장치를 통한 탈염 및 재생 공정 중 처리수의 pH 변화를 나타낸 그래프이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염 장치에 따른 순환 전압 전류법 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염 장치를 개략적으로 도시한 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염 장치에서의 이온 제거 기작을 도시한 예시도이다.
본 발명은 축전식 탈염 장치에서 전극 측에 흐르는 전해 용액에 산화 환원 반응 물질을 포함시킨 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염 장치는 해수, 염수 또는 폐수가 유입되고, 처리된 처리수(10)가 배출되는 경로를 제공하는 중심 유로(11), 상기 중심 유로(11)의 일측에 배치된 양이온 교환막(21), 상기 중심 유로(11)의 타측에 배치된 음이온 교환막(22), 상기 양이온 교환막(21) 일측에 배치된 제1유로(31), 상기 음이온 교환막(22) 타측에 배치된 제2유로(32), 상기 제1유로(31) 및 상기 제2유로(32) 내에 각각 배치된 한 쌍의 전극(41, 42) 및 상기 제2유로(32) 내에서 유동하며, 산화환원 반응 물질을 포함하는 전해액(30)을 포함한다.
중심 유로(11)는 해수, 염수 또는 폐수가 유입될 수 있으며 처리된 처리수(10)를 배출하는 경로를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 해수, 염수 또는 폐수는 탈염이 가능한 양이온과 음이온을 포함할 수 있다.
중심 유로(11)의 일측에는 양이온 교환막(21)이 배치되고, 타측에는 음이온 교환막(22)이 배치되어, 해수, 염수 또는 폐수 내의 양이온과 음이온이 교환될 수 있다.
여기서, 이온 교환막(21, 22) 및 전극(41, 42)은 종래 축전식 전극(전지, 축전지 등)에 사용되어 오고 있는 것들이라면 어느 것이나 다 사용 가능하며, 당해 기술분야에 속하는 통상의 전문가가 그 사용목적 및 조건에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
양이온 교환막(21) 및 음이온 교환막(22)은 미세공 절연 분리막이고, 이온교환(전도)막일 수 있다. 양이온 교환막(21) 및 음이온 교환막(22)은 전기물리적 분리를 위해 설치되는 것으로 미세공 절연 분리막(separator)은 이온 이동만이 가능하고, 이온교환(전도)막은 양이온(cation) 또는 음이온(anion)만을 선택적으로 이동시킬 수 있다.
전극(41, 42)은 양이온 교환막(21)에 인접하게 배치된 제1전극(41) 및 음이온 교환막(22)에 인접하게 배치된 제2전극(42)을 포함할 수 있다.
한편, 전극(41, 42)에 흡착되는 이온의 양은 사용된 전극의 정전용량(capacitance)에 따라 결정되기 때문에 본 발명에서는 비표면적이 큰 다공성 탄소전극(carbon electrode)이 사용될 수 있다.
제1전극(41)은 양이온 교환막(21)의 일측에 배치된 제1유로(31) 내에 배치되고, 제2전극(42)은 음이온 교환막(22)의 타측에 배치된 제2유로(32) 내에 배치될 수 있다.
여기서, 제1전극(41)은 양이온 교환막(21)과 이격되어 배치될 수 있고, 제2전극(42)은 음이온 교환막(22)과 이격되어 배치될 수 있다.
여기서, 도시하지 않았지만, 제1전극(41)에는 양전극 활물질이 코팅되어 있고, 제2전극(42)에는 음전극 활물질이 코팅되어 있을 수 있다.
제1유로(31) 및 제2유로(32)는 상호 연통되는 것이 바람직하며, 제1유로(31) 측으로 유입된 전해액(30)은 제1전극(41) 및 제2전극(42) 측을 거쳐 제2유로(32) 측으로 배출될 수 있다.
전해액(30)은 산화환원 반응 물질을 포함할 수 있다.
여기서, 전해액(30)의 산화환원 반응 물질은 페로시안 화합물(Ferro cyanide)을 포함할 수 있다.
일 예에서, 전해액(30)의 산화환원 반응 물질은 Na4Fe(CN)6 으로 선택될 수 있다.
한편, 전해액(30)의 산화환원 반응 물질은 다음의 [반응식]과 같이 산화 환원 반응할 수 있다.
[반응식]
Figure 112019083544097-pat00001
도 2를 참조하면, 양이온 교환막(21)은 양이온을 선택적으로 투과하고, 음이온 교환막(22)은 음이온을 선택적으로 투과할 수 있다.
또한, 외부로부터 공급되는 발생한 전위차, 예를 들어 0.5~2.0v 범위의 전위차가 제1전극(41)과 제2전극(42)에 인가되면, 전극에는 일정한 전하량이 하전된다.
하전된 전극(41, 42)에 이온을 포함한 염수(brine water)를 통과시키면 하전된 전극과 반대 전하를 가진 이온들이 정전기력에 의해 각각의 전극(41, 42)으로 이동하여 전극(41, 42) 표면에 흡착되고, 전극(41, 42)을 통과한 물은 이온이 제거된 순수(pure water)(처리수)(40)가 된다.
또한, 전극(41, 42)이 배치된 제1유로(31) 및 제2유로(32) 내에는 전해액(30)이 흐르게 되며, 전해액(30)의 산화환원 반응 물질은 전극에 인가된 전압으로 인해 산화환원 반응을 수행하게 되고, 이때 전해액의 전하 균형을 맞추기 위해 양이온 또는 음이온이 양이온 교환막(21)과 음이온 고한 막(22)을 통해 전해액(30)으로 유입되어 중심 유로(11)의 탈염 성능을 높일 수 있다.
예컨대, 제1유로(31) 내의 산화환원 반응 물질은 제1전극(41)에 인가된 - 전압으로 인해 환원반응을 수행할 수 있고, 제2유로(32) 내의 산화환원 반응 물질은 제2전극(42)에 인가된 + 전압으로 인해 산화반응을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염 장치는 전극의 용량(Capacitive)에 따른 이온 처리 기작과 산화환원 반응(Redox Couple)을 통한 전자전달반응에 따른 이온 처리 기작을 동시에 활용할 수 있어, 탈염 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 탈착 과정을 설명하면, 전극(41, 42)의 흡착 용량이 포화되면 더 이상의 이온을 흡착할 수 없게 되어 유입수의 이온들이 그대로 유출수로 나오게 된다. 전극(41, 42)에 흡착된 이온들을 탈착시켜 전극을 재생하기 위해 전극(41, 42)들을 쇼트(short) 시키거나 흡착 전위와 반대 전위를 인가한다. 이 경우 전극들은 전하를 잃거나 반대 전하를 갖게 되어 흡착된 이온들을 빠르게 탈착시켜 전극의 재생이 이루어지게 된다.
<측정 결과>
이하에서는 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염 장치에 따른 탈염 성능을 비교예와 비교하여 설명한다.
비교예
비교예는 전극 측 유로에 흐르는 전해액에서 산화환원 반응 물질을 Na4Fe(CN)6 로 선택하고, 산화환원 반응 물질의 농도를 0 mM로 설정하였다.
실시예
실시예에서는 전극 측 유로에 흐르는 전해액에서 산화환원 반응 물질을 Na4Fe(CN)6 로 선택하고, 산화환원 반응 물질의 농도를 아래의 [표 1]과 같이 설정하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
농도 10 mM 30 mM 50 mM 100 mM
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염 장치에 따라 반복되는 흡탈착에 따른 농도변화 곡선을 나타낸 것으로, 전해액에서의 산화환원 반응 물질의 농도 변화에 따른 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 제1유로 및 제2유로에 흐르는 전해액에서 산화환원 반응 물질의 농도가 증가할수록 중심 유로를 통해 배출되는 처리수의 농도가 감소함을 확인할 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 전해액에서 산화환원 반응 물질의 농도가 증가할수록 배출되는 처리수의 농도가 감소하나 산화환원 반응 물질의 농도가 50 mM를 초과하는 경우에는 배출되는 처리수 농도의 감소량이 증가하지 않는 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 처리수 10 mM 축전식 탈염 장치에서는 전해액에서 산화환원 반응 물질의 농도가 0 mM 초과 50 mM 이하인 것이 바람직하며, 처리수의 농도가 증가할 경우 (>10 mM), 산화환원 반응 물질의 농도가 더 높은 것이 바람직할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염 장치에서 전해액에서의 산화환원 반응 물질의 농도에 따른 탈염 성능을 나타낸 그래프이다.
여기서, Salt adsorption Capcitiy (SAC)는 탈염 성능을 나타내고, Charge efficiency는 전하 효율로 전기에너지 효율을 나타내고, Capacitiy는 전극의 저장용량을 나타낸다.
우선, 탈염 성능과 전극의 저장용량을 살펴보면, 비교예에 비해 실시예 1 내지 4의 탈염 성능(SAC)이 월등히 증감함을 확인할 수 있다.
여기서, 탈염 성능은 전해액에서 산화환원 반응 물질의 농도가 50mM인 경우, 임계 성능에 유사하게 수렴하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 전하 효율을 살펴보면, 비교예 및 실시예 1 내지 4의 모든 조건에서 전하 효율이 감소하지 않고 높은 효율을 유지함을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염 장치를 통한 탈염 및 재생 공정 중 처리수의 pH 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, H+와 OH-에 의한 pH 변화를 측정하기 위한 것으로, 처리수의 pH를 측정하여 나타낸 그래프이다. 일반적으로 pH는 전극에 전기적인 힘을 인가하였을 때 셀 내에서 용액 내 이온들의 흡/탈착 반응 또는 어느 화학종에 의한 산화/환원 반응을 확인할 수 있는 지표로서, 이상적인 축전식 탈염용 전극은 전자에 선호적이어야 한다.
전반적으로 약간의 산성을 띄었으며, 효율이 상당히 높은 실시예와 비교예는 pH에 대한 변화의 폭이 크지 않은 것을 확인할 수 있었다. pH의 변화 폭은 약 ±0.1로 상당히 편차가 상당히 낮았으며, 전극에 인가된 힘이 이온들의 흡/탈착 반응에 더 우호적이었음을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염 장치에 따른 순환 전압 전류법 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
여기서, 물질과 전극에 따라 각기 다른 전위에서 산화와 환원이 일어나기 때문에 순환전압전류도(cyclic voltammogram, CV)에 나타나는 특징적인 전위로부터 정성분석이 가능하며, 이 때의 전류 크기로부터 정량 분석 도한 가능하다.
순환전압전류법은 분석물질의 전기화학적인 산화환원 거동을 보여주고, 전기 용량(Capacitance)은 순환전압전류도 면적에 비례하므로, 이를 통해 전극에서의 전기 용량을 확인할 수 있다.
즉, 도 6을 참조하면, 전해액에 산화환원 반응 물질을 포함시키면, 전기 용량이 증가함을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 산화환원 반응 물질을 이용하여 지속적인 탈염공정을 관찰한 결과를 나타낸 그래프이다.
전해액(30) 내의 산화환원 반응물질이 지속적으로 처리수의 탈염을 가능케 하는 것을 알 수 있으며, 저 농도의 처리수 (10 mM) 뿐만 아니라, 해수 (600 mM)까지도 탈염이 가능하다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 산화환원 반응 물질은 제1전극(41)에서 인가된 - 전압으로 인해 환원반응을 지속적으로 수행할 수 있고, 제2전극(42)에 인가된 + 전압으로 인해 산화반응을 지속적으로 수행할 수 있어, 지속적인 탈염이 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 명백할 것이다.

Claims (6)

  1. 해수, 염수 또는 폐수가 유입되고, 처리된 처리수가 배출되는 경로를 제공하는 중심 유로;
    상기 중심 유로의 일측에 배치된 양이온 교환막;
    상기 중심 유로의 타측에 배치된 음이온 교환막;
    상기 양이온 교환막 일측에 배치된 제1유로;
    상기 음이온 교환막 타측에 배치된 제2유로;
    상기 제1유로 및 상기 제2유로 내에 각각 배치된 한 쌍의 전극; 및
    상기 제1유로 및 상기 제2유로 내에서 유동하며, 산화환원 반응 물질을 포함하는 전해액;
    을 포함하는 축전식 탈염 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화환원 반응 물질은 페로시안 화합물을 포함하는 축전식 탈염 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1유로와 상기 제2유로는 연통된 축전식 탈염 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 산화환원 반응 물질은 산화 반응 및 환원 반응을 통한 지속적 탈염이 가능한 축전식 탈염 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전극은
    상기 양이온 교환막에 인접하게 배치된 제1전극 및
    상기 음이온 교환막에 인접하게 배치된 제2전극을 포함하는 축전식 탈염 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1전극은 상기 양이온 교환막과 이격되며,
    상기 제2전극은 상기 음이온 교환막과 이격되는 축전식 탈염 장치.
KR1020190099563A 2019-08-14 2019-08-14 산화환원 짝반응 물질을 도입한 다중 채널 막 결합형 축전식 탈염장치 KR102180564B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190099563A KR102180564B1 (ko) 2019-08-14 2019-08-14 산화환원 짝반응 물질을 도입한 다중 채널 막 결합형 축전식 탈염장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190099563A KR102180564B1 (ko) 2019-08-14 2019-08-14 산화환원 짝반응 물질을 도입한 다중 채널 막 결합형 축전식 탈염장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102180564B1 true KR102180564B1 (ko) 2020-11-18

Family

ID=73697378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190099563A KR102180564B1 (ko) 2019-08-14 2019-08-14 산화환원 짝반응 물질을 도입한 다중 채널 막 결합형 축전식 탈염장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102180564B1 (ko)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH104916A (ja) * 1996-06-24 1998-01-13 Nisshin Kasei Kk 食品エキスの製造方法及び同方法により得られる食品エキス
KR20120058228A (ko) 2010-11-29 2012-06-07 광주과학기술원 축전식 탈염전극용 탄소복합체 및 이의 제조방법
KR101237258B1 (ko) 2012-06-08 2013-02-27 (주) 시온텍 이온선택성 축전식 탈염 전극 및 이를 포함하는 ｃｄｉ 전극 모듈
KR101410642B1 (ko) 2014-02-20 2014-06-24 (주) 시온텍 축전식 탈염전극 제조방법, 이로부터 제조된 탈염전극 및 이를 포함하는 cdi 모듈
KR20150105042A (ko) * 2014-03-07 2015-09-16 한국에너지기술연구원 자가발전 수단을 이용한 이산화탄소 포집 장치 및 방법
JP6246926B2 (ja) * 2013-07-31 2017-12-13 カレラ コーポレイション 金属酸化を使用する電気化学的水酸化物システムおよび方法
JP2018158276A (ja) * 2017-03-22 2018-10-11 国立大学法人山口大学 キャパシタ及び脱塩装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH104916A (ja) * 1996-06-24 1998-01-13 Nisshin Kasei Kk 食品エキスの製造方法及び同方法により得られる食品エキス
KR20120058228A (ko) 2010-11-29 2012-06-07 광주과학기술원 축전식 탈염전극용 탄소복합체 및 이의 제조방법
KR101237258B1 (ko) 2012-06-08 2013-02-27 (주) 시온텍 이온선택성 축전식 탈염 전극 및 이를 포함하는 ｃｄｉ 전극 모듈
JP6246926B2 (ja) * 2013-07-31 2017-12-13 カレラ コーポレイション 金属酸化を使用する電気化学的水酸化物システムおよび方法
KR101410642B1 (ko) 2014-02-20 2014-06-24 (주) 시온텍 축전식 탈염전극 제조방법, 이로부터 제조된 탈염전극 및 이를 포함하는 cdi 모듈
KR20150105042A (ko) * 2014-03-07 2015-09-16 한국에너지기술연구원 자가발전 수단을 이용한 이산화탄소 포집 장치 및 방법
JP2018158276A (ja) * 2017-03-22 2018-10-11 国立大学法人山口大学 キャパシタ及び脱塩装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Choonsoo Kim 외 4명, Semi-continuous capacitive deionization using multi-channel flow stream and ion exchange membranes, Desalination, Volume 425, 1 January 2018, Pages 104-110, 2017.10.18 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tang et al. Various cell architectures of capacitive deionization: Recent advances and future trends
Andres et al. A capacitive deionization system with high energy recovery and effective re-use
Volfkovich Capacitive deionization of water (a review)
Zhao et al. Treatment of low-level Cu (II) wastewater and regeneration through a novel capacitive deionization-electrodeionization (CDI-EDI) technology
US20110042205A1 (en) Capacitive deionization device
KR102268476B1 (ko) 탈염 성능이 증가한 다중 채널 막 결합형 축전식 탈염 장치
KR102093443B1 (ko) 전기 흡착 탈이온 장치 및 이를 사용한 유체 처리 방법
JP6006493B2 (ja) スーパーキャパシタ及びその製造方法
KR20110080893A (ko) 탈이온 장치
CN104495991B (zh) 一种基于流动式电极的高效膜电容去离子阵列
Gao et al. Electrical double layer ion transport with cell voltage-pulse potential coupling circuit for separating dilute lead ions from wastewater
Deng et al. Regulation, quantification and application of the effect of functional groups on anion selectivity in capacitive deionization
EP3226992A2 (en) Potential of zero charge-based capacitive deionization
Delgado et al. Electrical double layers as ion reservoirs: applications to the deionization of solutions
KR20150008348A (ko) 하이브리드 해수 담수화 시스템
CN102718291A (zh) 离子交换树脂改性pvdf炭电极及其制备方法
KR102180564B1 (ko) 산화환원 짝반응 물질을 도입한 다중 채널 막 결합형 축전식 탈염장치
KR102040394B1 (ko) 축전식 탈염 장치
CN217555865U (zh) 一种铜离子氧化还原电解质构筑的多通道电容脱盐装置
KR101944954B1 (ko) 은 전극을 포함하는 탈염 및 살균 시스템, 및 이를 이용한 염수의 탈염 및 살균 방법
CN204400676U (zh) 一种基于流动式电极的高效膜电容去离子装置
KR20190073332A (ko) 에너지를 절약하기 위한 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 방법
KR20150003094A (ko) 흐름전극 축전식 탈염 장치
KR102517536B1 (ko) 탈염 장치
KR101992312B1 (ko) 에너지를 절약하기 위한 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant