KR102212322B1

KR102212322B1 - 전기 흡착 탈이온 전극, 그 제조 방법 및 이를 포함한 전기흡착 탈이온 장치

Info

Publication number: KR102212322B1
Application number: KR1020130162971A
Authority: KR
Inventors: 양유성; 김재은; 김현석; 이승재; 강효랑; 정준선
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2021-02-03
Also published as: US9758391B2; KR20150074822A; US20150175449A1

Abstract

탄소 재료; 및 상기 도전성 재료의 표면에 존재하는 1개 이상의 관능기를 가진 폴리머를 포함하는 전기흡착 탈이온 전극이 제공된다.

Description

전기 흡착 탈이온 전극, 그 제조 방법 및 이를 포함한 전기흡착 탈이온 장치 {ELECTRODE MATERIAL FOR CAPACITIVE DEIONIZATION, METHODS OF PRODUCING THE SAME AND CAPACITIVE DEIONIZATION APPARATUS INCLUDING THE SAME}

전기 흡착 탈이온 전극 재료, 그 제조 방법 및 이를 포함한 전기흡착 탈이온 전극에 관한 것이다.

지역에 따라, 가정용수(domestic water)도 높은 함량의 미네랄을 포함할 수 있다. 특히, 석회암 성분이 지하수로 많이 유입되는 유럽 등지에서는 수돗물 내의 미네랄 함량이 높다. 미네랄 함량이 높은 물(즉, 경수)을 가정용 설비, 예컨대 열 교환기 또는 보일러에 사용할 경우, 관 내벽에 스케일이 생기기 쉽고, 에너지 효율이 크게 감소하는 문제가 있다. 또, 경수는 세탁 용수로 사용하기에도 부적합하다. 이 때문에, 경수로부터, 특히 친환경적으로, 이온을 제거하여 연수로 만들 수 있는 기술이 요구되고 있다. 한편, 최근 물 부족 지역의 증가와 함께 해수의 담수화를 위한 기술에 대한 수요도 증가하고 있다.

전기 흡착 탈이온화 (Capacitive Deionization: CDI) 장치는, 나노 사이즈의 세공을 포함한 다공성 전극에 전압을 인가하여, 상기 전극이 극성을 띠게 함으로써, 경수 등의 매질로부터 이온성 물질을 전극 표면에 흡착시켜 제거하는 장치이다. CDI 장치에 있어서 양극 및 음극의 두 전극 사이로 용존 이온을 함유하는 매질이 흐르도록 하면서 낮은 전위차의 직류 전원을 인가하면 용존 이온 중에서 음이온 성분은 양극에, 양이온 성분은 음극에 흡착되어 농축된다. 한편, 두 전극을 단락시키거나 두 전극 사이에 역방향의 전류가 흐르도록 하면 상기 농축된 이온들이 상기 각 전극으로부터 탈리된다. CDI 장치는 높은 전위차를 필요로 하지 않으므로 에너지 효율이 높고, 이온 흡착시 경도 성분과 함께 유해 이온까지 제거할 수 있으며, 재생 시 화학약품을 필요하지 않은 장점이 있다. 이러한 CDI 장치를 보다 효율적으로 운전하기 위해서는, 향상된 탈이온 효율을 나타낼 수 있는 전극 재료의 개발이 필요하다.

본 발명의 일 구현예는 향상된 탈이온 효율을 나타낼 수 있는 전기 흡착 탈이온 전극에 관한 것이다.

본 발명의 다른 구현예는 상기 전기 흡착 탈이온 전극의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 구현예는 상기 전기 흡착 탈이온 전극을 포함한 전기흡착 탈이온 장치에 대한 것이다.

일 구현예에서, 도전성 재료; 및 상기 도전성 재료의 표면에 존재하는 하나의 폴리머 사슬(single polymer chain) 내에 1개 이상의 관능기를 갖는 폴리머를 포함하는 전기흡착 탈이온 전극이 제공된다.

상기 도전성 재료는, TiO₂, TiN, SiO₂, 및 Si₃N₄로 이루어진 군으로부터 선택되는 다공성 재료; 탄소 재료; 도전성 금속 산화물; 또는 이들의 조합일 수 있다.

상기 탄소 재료는, 활성탄(activated carbon), 탄소 나노 튜브, 활성탄소 섬유, 탄소 에어로겔, 메조다공성 탄소, 및 흑연 산화물로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

상기 탄소 재료는, 탄소를 제외한 성분들의 총 중량을 기준으로, 알루미늄 함량이 5 내지 30 %, 실리콘 함량이 15 내지 20 %일 수 있고, 비표면적이 900 m²/g 이상일 수 있고, 평균 입자 크기가 100 ㎛ 이하일 수 있다.

상기 전기 흡착 탈이온 전극은 도전 조제 및 바인더를 더 포함할 수 있다.

상기 도전성 재료는, 그 표면에 상기 폴리머를 포함하는 코팅을 가질 수 있다.

상기 폴리머는, 하나의 폴리머 분자 내에 카르복시기(-COOH), -NO₂, N, 암모늄염기(-NR₃ ⁺), 인산염기(PO₄ ³ ^-), 술폰산염기, 및 히드록시기로부터 선택된 1개 내지 10개의 관능기를 가질 수 있다.

상기 폴리머는, 폴리에스테르 반복 단위, 폴리에테르 반복 단위, 탄소수 이상의 알킬잔기, 폴리아미노아미드 반복단위, 폴리우레탄 반복 단위 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 폴리머는, 말단에 관능기를 가지는 분기형 (branched) 폴리머일 수 있다.

상기 폴리머는, 10만 이상의 분자량을 가질 수 있다.

상기 폴리머는, 산가(acid value)가 30 이상이고, 아민가가 30 이상의 범위일 수 있다.

본 발명의 다른 구현예는, 도전 조제 및 바인더를 포함하는 바인더 용액을 제조하는 단계; 도전성 재료 및 하나의 폴리머 사슬 내에 1개 이상의 관능기를 가진 폴리머를 포함하는 수계 분산액이나, 혹은 하나의 폴리머 사슬 내에 1개 이상의 관능기를 가진 폴리머가 표면에 코팅된 도전성 재료를 준비하는 단계; 상기 바인더 용액을 상기 수계 분산액 용액 또는 상기 폴리머가 코팅된 도전성 재료와 혼합하여 슬러리를 얻는 단계; 상기 슬러리를 도전성 기재 (electrically conducting support) 상에 코팅하는 단계를 포함하는 전기흡착 탈이온을 위한 전극의 제조 방법을 제공한다.

상기 폴리머가 표면에 코팅된 도전성 재료를 준비하는 단계는, 상기 도전성 재료와 상기 폴리머를 포함하는 수계 분산액을 제공하는 단계; 상기 수계 분산액을 초음파 처리(ultra-sonification)하는 단계; 및 초음파 처리된 분산액으로부터 상기 폴리머가 표면에 코팅된 도전성 재료를 분리하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예는, 도전성 재료; 및 하나의 폴리머 내에 1개 이상의 관능기를 가진 폴리머를 포함하는 전극을 구비한 전기 흡착 탈이온 장치를 제공한다.

전기 흡착 탈이온 전극 재료(예를 들어, 활물질) 표면에 전하 장벽을 형성하여 원하는 이온을 끌어 당기고 반대 이온을 반대쪽으로 밀어낼 수 있게 하며, 이로써, 전하 분리 효율 및 이온 제거 용량을 높여서 고순도의 처리수를 환경과 비용의 측면에서 효과적인 방식으로 제공할 수 있다. 또, 전기 흡착 탈이온 전극 제조시 사용되는 바인더 양도 감소시킬 수 있다.

도 1은 일구현예에 따른 전기 흡착 탈이온 장치의 예들을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 실시예 3 과 비교예의 전극의 이온 흡착 성능 실험 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 미코팅 활성탄(PGW) 및 실시예 7의 코팅된 활성탄의 제타 포텐셜 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 8의 코팅된 활성탄의 제타 포텐셜 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 5는, ByK 사 제조의 폴리머 Antiterra 250의 가스 크로마토그라피-질량 분석 결과를 나타낸다.
도 6은, ByK 사 제조의 Disperbyk 180의 가스 크로마토그라피-질량 분석 결과를 나타낸다.
도 7 내지 도 9는, 실시예 7 및 실시예 9의 전극에 대한 XPS 분석 결과를 나타낸 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 구현예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 구현예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

본 명세서에서 기술하는 구현예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 개략도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서, "전기 흡착 탈이온 장치" 라 함은, 적어도 한 쌍의 (다공성) 전극 사이에 형성된 유로(flow path)를 통해 1종 이상의 이온 성분을 포함하는 분리 대상 유체 혹은 농축 대상 유체를 통과시키면서 전압을 가하여 상기 전극 (예컨대, 전극 내 포함된 세공)에 상기 이온 성분들을 흡착시켜 분리/농축할 수 있는 장치를 말한다. 상기 "전기 흡착 탈이온 장치"는 후술하는 바와 같이, 임의의 기하학적 형태를 가질 수 있으며, 다양한 구조를 장치가 알려져 있다.

본 명세서에서, "도전성 재료" 라 함은, 전기적 특성을 가진 재료를 의미한다.

일 구현예에서, 전기 흡착 탈이온 전극은, 임의의 전기 흡착 탈이온 장치에서 사용될 수 있으며, 도전성 재료; 및 상기 도전성 재료의 표면에 존재하는 하나의 폴리머 사슬(single polymer chain) 내에 1개 이상의 관능기를 갖는 폴리머를 포함한다. 전술한 바와 같이, 전기 흡착 탈이온 장치는, 한 쌍의 다공성 탄소 전극에 전압을 가하여 전극 사이의 공간(예컨대, 스페이서)을 따라 흐르는 유체로부터 유체 내에 포함된 이온들을 전극 표면에 흡착시켜 제거한다. 상기 전극은 필요에 따라 양극 및/또는 음극으로 사용될 수 있다.

상기 도전성 재료는, TiO₂, TiN, SiO₂, 및 Si₃N₄로 이루어진 군으로부터 선택되는 다공성 재료; 탄소 재료; NiO 등의 금속 산화물; 또는 이들의 조합일 수 있다.

상기 다공성 재료는, 300nm 이하, 예컨대 250nm 이하, 200nm 이하, 100nm 이하, 50nm 이하, 30nm 이하의 평균 세공 크기 및 30 ㎡/g 이상, 예컨대 35 ㎡/g 이상, 50㎡/g 이상, 또는 100 ㎡/g 이상의 비표면적을 가질 수 있다. 상기 다공성 재료는 공지된 방법에 의해 합성할 수 있거나, 혹은 시판되는 제품을 사용할 수 있다. 사용 가능한 시판 제품으로는, Aldrich 사에서 판매되고 있는 TiO₂ (CAS No. 13463-67-7), TiN(CAS No. 25583-20-4), SiO₂ (CAS No. 7631-86-9) 및 Si₃N₄ (CAS No. 12033-89-5) 을 들 수 있다.

상기 탄소 재료는, 다공성의 도전성 재료이며, 분말 활성탄 또는 과립형 활성탄 등과 같은 활성탄(activated carbon), 탄소 나노 튜브, 활성탄소 섬유, 탄소 에어로겔, 메조다공성 탄소, 및 흑연 산화물로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

활성탄을 탄소 재료로 사용하는 경우, 상기 활성탄에서 탄소 이외의 성분의 총 중량을 기준으로, 알루미늄 함량이 5 내지 30 %, 실리콘 함량이 15 내지 20 %일 수 있다. 상기 탄소 재료는, 약 500 ㎡/g 이상의 비표면적, 예컨대 900 m²/g 이상의 비표면적을 가질 수 있다. 상기 비표면적은, 1500 ㎡/g 이하, 예컨대, 1200 ㎡/g 이하일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 탄소 재료는, 평균 입자 크기가 100 ㎛ 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 금속 산화물은 공지된 방법에 의해 합성할 수 있거나, 혹은 시판되는 제품을 사용할 수 있다. 사용 가능한 시판 제품으로는, 알드리치사에서 판매되고 있는 NiO (CAS No. 1313-99-1)을 들 수 있다. 상기 전기 흡착 탈이온 전극에서, 하나의 폴리머 사슬 내에 1개 이상의 관능기를 가진 폴리머는 상기 도전성 재료 (예컨대, 탄소 재료)의 표면을 개질하거나 혹은 상기 표면의 적어도 일부에 코팅으로 존재할 수 있다. 일실시예에서, 상기 폴리머는, 하나의 폴리머 사슬 내에 카르복시기(-COOH), -NO₂, N, 암모늄염기(-NR₃ ⁺), 인산염기(-PO₄ ³ ^-), 술폰산염기, 및 히드록시기로부터 선택된 1개 이상의 관능기를 가질 수 있다. 다른 비제한적 실시예에서, 상기 폴리머는, 하나의 폴리머 사슬 내에 카르복시기(-COOH), -NO₂, N, 암모늄염기(-NR₃ ⁺), 인산염기(-PO₄ ³ ^-), 술폰산염기, 및 히드록시기로부터 선택된 2개 이상, 예컨대 2개 내지 10개의 관능기를 가질 수 있다. 상기 폴리머는, 하나의 (분기형) 폴리머 분자에 관능기로서 음이온을 형성할 수 있는 기와 양이온을 형성할 수 있는 기를 모두 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 폴리머는 양쪽성 폴리머일 수 있다.

상기 폴리머는, 폴리에스테르 반복 단위, 폴리에테르 반복 단위, 폴리알킬렌 반복단위, 폴리아미노아미드 반복단위, 폴리우레탄 반복 단위, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 폴리머는, 말단에 관능기를 가지는 분기형 구조의 폴리머일 수 있다. 상기 폴리머는, 고분자량의 산성 폴리머의 알키롤 암모늄염 화합물일 수 있다. 비제한적인 예에서, 상기 폴리머는, (예컨대, 1개 또는 3개의 관능기를 가지는 경우) 아래와 같이 모식적으로 도시할 수 있다:

상기 모식도와 같이, 전술한 폴리머는, 작용기와 꼬리 성분을 포함한다. 특정 이론에 구속되려 함은 아니지만, 상기 전기 흡착 탈이온 전극에서, 이러한 구조의 폴리머는 활성탄 등 다공성 탄소 재료와 같은 도전성 재료의 표면을 개질(코팅)하거나 혹은 이들 표면에 인접하여 존재할 수 있어서, 전극 활물질 (예컨대, 탄소재료) 표면으로 원하는 이온을 끌어당기고 반대 이온을 반대극으로 밀어내는 전하 장벽 (charge barrier)으로서의 역할을 할 수 있고, 전극 단락시, 흡착된 이온을 보다 오랜 시간 가지고 있을 수 있다고 생각된다. 이에 따라, 상기 전극을 사용하여 전기 흡착 탈이온을 수행하는 경우, 매질로부터의 이온 분리 효율이 높아지고 탈이온 흡착 성능도 향상될 수 있다.

1개 이상 (예컨대, 1개의 관능기 또는 2개 내지 5개의 관능기)를 가지는 전술한 구조의 폴리머는, 공지된 방법에 의해 합성할 수 있거나, 혹은 시판되는 제품을 사용할 수 있다. 비제한적인 예에서, 전술한 구조의 폴리머는, 미국특허 제2,759,975호, 미국특허 제7312260호, PCT 공보 제WO2005/097872호, 미국특허 제6111054호 등에 개시된 방법에 의해 합성할 수 있다. 비제한적인 예에서, 상기 폴리머로서, BYK 사의 Anti-Terra 계열(family) 제품, 예컨대 Anti-Terra 250, 202, 203, 206, 207 또는 Byk사의 Disperbyk-180 계열 제품, 예컨대, Disperbyk-180, 181, 182, 183, 184, 185, 187등을 사용할 수 있다. 비제한적인 예에서 사용될 수 있는 폴리머로서, ByK 사의 Antiterra 250의 가스 크로마토그라프-질량 분석 결과를 도 5에 나타낸다. 도 5로부터, 말단에 아민기 및 히드록시기를 포함하는 구조를 가지는 폴리머임을 확인한다. 비제한적인 폴리머로서, ByK 사의 디스펄빅 180의 가스 크로마토그라프-질량분석 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6으로부터 디스펄빅 180는 폴리에틸렌 옥시드 단위를 가지며, 히드록시 말단을 가짐을 확인한다.

상기 폴리머는, 분자량이 1만 이상, 예컨대, 5만 이상, 또는 10만 이상일 수 있다. 10만 이상의 높은 분자량을 가지는 폴리머를 사용하면, 탄소 재료의 표면 개질 또는 코팅이 보다 용이하게 이루어질 수 있다. 상기 폴리머는, 산가가 약 30 KOH/g 이상, 예컨대, 약 35 내지 약 95 mg KOH/g 일 수 있다. 상기 폴리머는, 아민가가 약 30 KOH/g 이상, 예컨대, 약 35 내지 약 95 mg KOH/g 일 수 있다. 산가 및 아민가가 전술한 범위인 경우, 폴리머 사슬간 얽힘 효과를 나타낼 수 있으며, 전극 재료에 쉽게 고정(anchoring)되는 동시에 전하 장벽으로서의 향상된 역할을 나타낼 수 있다. 도전성 재료의 양을 기준으로, 상기 1개 이상의 관능기를 가지는 폴리머의 함량은, 약 0.01 내지 60 중량%, 예컨대, 1 내지 30 중량%의 범위일 수 있다. 도전성 재료 및 그 표면에 상기 1개 이상의 관능기를 가지는 폴리머를 포함하는 전극은, 감소된 양의 바인더를 사용하여 제조될 수 있으며, 기존의 바인더를 사용하여 얻은 전극(예컨대, 탄소재료)의 BET 표면적보다 더 높은 BET 표면적을 나타낼 수 있으므로, 탈이온 흡착 전극으로서 더 향상된 성능을 나타낼 수 있다.

상기 전극은, 상기 도전성 재료 (예컨대, 탄소 재료)를 서로 연결시켜 연속적인 구조물을 형성케 하고 각각의 전극을 집전체에 잘 부착되게 하는 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 바인더의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 전극의 제조에 사용할 수 있는 통상의 바인더가 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 바인더는 친수성 고분자일 수 있다. 비제한적인 예로서, 친수성 고분자의 구체적 예들은, 폴리아크릴산, 폴리(아크릴산-말레산)공중합체, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스 (카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈 포함), 폴리비닐아민, 키토산, 폴리아크릴아미드, 폴리(아크릴아미드-아크릴산) 공중합체, 폴리(스티렌-아크릴산)공중합체를 들 수 있다. 상기 바인더는 필요에 따라 술폰산기(-SO₃H), 카르복실기 (-COOH), 포스포닉기(-PO₃H₂), 포스피닉기 (-HPO₃H), 아소닉기(-AsO₃H₂), 또는 셀리노닉기(-SeO₃H)기 등의 양이온 교환기 또는 4급 암모늄염(-NH₃), 1급 내지 3급 아민기(-NH₂, -NHR, -NR₂), 4급 포스포늄기(-PR₄), 3급 술포늄기 (-SR₃)기 등의 음이온 교환기를 가질 수 있다. 바인더로 사용될 수 있는 상기 이온 교환기를 가진 폴리머의 합성 방법은 알려져 있으며, 시판 중인 제품을 사용할 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 바인더는, 폴리스티렌, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 바인더로서의 폴리머 분자량은 특별히 제한되지 않으며, 폴리머 종류에 따라 적절히 선택할 수 있다. 바인더 사용량은 특별히 제한되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 바인더 사용량은, 도전성 재료의 총 부피를 기준으로 15 내지 27 부피%로 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 전극은, 도전성을 강화할 수 있는 도전 조제를 더 포함할 수 있다. 상기 도전 조제는, 특별히 제한되지 않으며, 통상의 전극 제조에 사용되는 물질을 사용할 수 있다. 비제한적인 예로서, 상기 도전 조제는, 카본블랙, VGCF(Vapor Growth Carbon Fiber), 천연 흑연, 인조 흑연, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, XCF 카본, SRF 카본, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 도전조제 사용량은 특별히 제한되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다. 도전조제 사용량은 특별히 제한되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 도전 조제 사용량은, 도전성 재료의 총 중량을 기준으로 30 내지 60 중량%로 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 전극은 이온분리 효율을 높이기 위해 탈염 증진제를 더 포함할 수 있다. 비제한적인 예에서, 상기 탈염 증진제의 구체적인 예는, 4급 부틸암모늄히드록시드, 4급 부틸암모늄아세테이트, 설포아세트산을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 전극의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 전극의 두께는, 약 50 ㎛ 내지 500 ㎛ 의 범위, 구체적으로는, 약 100 ㎛ 내지 300 ㎛ 의 범위일 수 있다.

상기 전극은, 도전성 기재, 예컨대 집전체에 결합될 수 있다. 복수개의 전극 쌍을 포함하는 경우, 상기 집전체의 양쪽 면에 각각 전극이 결합될 수 있다. 상기 집전체는, 전원에 전기적으로 연결되어 전극에 전압을 인가하는 역할을 한다. 상기 도전성 재료(예컨대, 집전체)는, 흑연 플레이트 또는 그래파이트 호일이거나, 혹은 Cu, Al, Ni, Fe, Co, 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속, 금속 혼합물 또는 합금을 포함할 수 있다.

다른 구현 예에서, 전술한 전기 흡착 탈이온 전극을 제조하는 방법은, 도전 조제 및 바인더를 포함하는 바인더 용액을 제조하는 단계; 도전성 재료 (예컨대, 탄소 재료) 및 하나의 폴리머 사슬 내에 1개 이상의 관능기를 가진 폴리머를 포함하는 수계 분산액 또는 하나의 폴리머 사슬 내에 1개 이상의 관능기를 가진 폴리머가 표면에 코팅된 도전성 재료 (예를 들어 탄소 재료)를 얻는 단계; 상기 바인더 용액을 상기 수계 분산액 용액 또는 상기 폴리머가 코팅된 도전성 재료 (예컨대 탄소 재료)와 혼합하여 슬러리를 얻는 단계; 상기 슬러리를 도전성 기재 상에 코팅하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 상기 도전성 기재 상에 코팅된 슬러리를 약 50 도씨 이상의 온도, 예컨대, 약 50도씨 내지 150도씨의 온도, 또는, 120 도씨 이상의 온도에서 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

도전 조제, 바인더, 도전성 재료, 1개 이상의 관능기를 가지는 폴리머, 및 도전성 기재(e.g., 집전체)에 대한 상세 내용은 전술한 바와 같다. 바인더 용액의 제조는 임의의 방식에 따라 이루어질 수 있다. 도전 조제와 바인더의 혼합비율, 농도, 혼합 방법은 적절히 선택할 수 있다. 탄소 재료 및 1개 이상의 관능기를 가진 폴리머를 포함하는 수계 분산액의 준비도 임의의 방식에 따라 수행될 수 있다. 예컨대, 소정량의 탄소재료와 소정량의 폴리머를 물에서 균질화시킴에 의해 제조할 수 있다. 균질화 시간 및 온도는 적절히 선택할 수 있다. 상기 바인더 용액은, 숙신산 무수물과 같은 경화제, 숙신산과 같은 이온성 첨가제 등을 더 포함할 수 있다.

상기 하나의 폴리머 사슬 내에 1개 이상의 관능기를 가진 폴리머가 표면에 코팅된 도전성 재료를 얻는 단계는, 상기 도전성 재료와 상기 폴리머를 포함하는 수계 분산액을 제공하는 단계; 상기 수계 분산액을 초음파 처리(ultra-sonification)하는 단계; 및 초음파 처리된 분산액으로부터 상기 폴리머가 표면에 코팅된 도전성 재료를 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 수계 분산액의 제조 방식은 전술한 바와 같다. 초음파 처리 시간 및 온도도 예컨대 코팅 재료의 양 등에 따라 적절히 (예를 들어, 1분 이상, 실온 이상 등) 선택할 수 있다. 초음파 처리에 의해, 1개 이상의 관능기를 가지는 폴리머가 표면-코팅된(혹은 표면-개질된) 도전성 재료 (예컨대, 탄소재료)를 얻을 수 있으며, 상기 코팅된 도전성 재료는 여과 후, 수세 과정을 거처 건조될 수 있다.

제조된 바인더 용액을, 제조된 수계 분산액 또는 상기 폴리머가 코팅된 탄소 재료와 혼합하여 슬러리를 얻는다. 상기 슬러리를 도전성 기재 (전술한 집전체 등) 상에 코팅하고, 열처리한다. 코팅 방법이나 열처리 조건 (온도, 시간)은 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 코팅은 자동 필름 어플리케이터에 의해 수행할 수 있고, 열처리는 50 도씨 이상의 온도 (예컨대, 약 50 내지 150도씨 또는 120도씨 이상의 온도)에서 소정의 시간 동안 수행될 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예는, 도전성 재료; 및 하나의 폴리머 사슬 내에 1개 이상의 관능기를 가진 폴리머를 포함하는 전극을 가진 전기 흡착 탈이온 장치를 제공한다. 상기 도전성 재료 및 상기 폴리머에 대한 구체적 내용과, 상기 전극에 대한 내용은, 전기 흡착 탈이온 전극에 대하여 전술한 바와 같다.

전기흡착 탈이온 장치의 구체적 타입은 특별히 제한되지 않는다. 비제한적인 예로서, 상기 전기 흡착 탈이온 장치는 도 1(A) 내지 도 1(C)에 나타낸 바의 개략적인 구조를 가질 수 있다. 이하, 이들 도면을 참조하여, 상기 전기 흡착 탈이온 장치를 설명한다. 도 1(A)를 참조하여 설명하면, 집전체(1)에 전극들(2,2')이 코팅되고, 상기 전극들(2,2')사이에 스페이서 구조물(3)이 삽입되어, 유로를 형성한다. 도 1(B)에 도시된 전기 흡착 탈이온 장치의 경우, 집전체(1)에 전극들(2, 2')이 코팅되고, 상기 전극들(2,2')사이에 스페이서 구조물(3)이 삽입되어 유로를 형성하되, 양이온 선택성 투과막(4 또는 4')및 음이온 선택성 투과막(4' 또는 4)이 상기 전극과 상기 스페이서 구조물 사이에 삽입되어 있다. 또, 도 1(C)에 도시된 장치의 경우, 집전체(1)에 전극들(2,2')이 코팅되고, 상기 전극들(2,2')사이에 스페이서 구조물(3)이 삽입되어 유로를 형성하되, 전극(2)는 음이온 (또는 양이온) 교환성 바인더를 사용한 양극 (또는 음극)이고, 전극(2')는 양이온 (또는 음이온) 교환성 바인더를 사용한 음극 (또는 양극)이다.

상기 전기 흡착 탈이온 장치 내로 상기 유체의 흐름을 위한 경로를 통해 이온을 포함한 유체를 공급하면서, 상기 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 이온을 전극에 흡착시킬 수 있다. 상기 한 쌍의 전극 사이에 역방향의 전압을 인가하면, 상기 흡착된 이온들이 탈착될 수 있다.

상기 전기 흡착 탈이온 장치로 공급되는, 상기 이온을 포함한 유체는, 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 해수이거나, 혹은 칼슘이온 또는 마그네슘 이온을 함유한 경수일 수 있다. 본 발명의 일구현예에 따른 전극을 포함한 상기 전기 흡착 탈이온 장치는, 전극 활물질 표면에 형성된 전하 장벽에 의해 높은 전하 분리 효율 및 향상된 탈이온 흡착 성능을 나타내므로 매우 순수한 처리수를 얻을 수 있다. 상기 유체를 공급하는 속도는 특별히 제한되지 않으며, 필요에 따라 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 속도는, 약 5 내지 50 ml/분의 범위일 수 있다.

상기 유체를 공급하면서 상기 전극에 직류(DC) 전압을 인가할 경우, 유체 내에 존재하는 이온이 상기 전극의 표면에 흡착된다. 인가 전압은 셀저항, 용액의 농도 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어, 약 2.5 V 이하, 구체적으로, 1.0 V 내지 2.0 V의 범위일 수 있다. 이러한 전압 인가 단계에서 유체의 이온 전도도 측정으로부터 구해지는 이온 제거 효율은, 약 50 % 이상, 구체적으로는 75 % 이상, 더 구체적으로는 90 % 이상일 수 있다.

상기 전기 흡착 탈이온 장치는, 물을 사용하는 대부분의 생활 가전 제품, 예컨대 세탁기, 식기 세척기, 냉장고, 연수기 등에 응용될 수 있으며, 가정용 수처리 장치, 산업 용수 처리 장치에 뿐만 아니라, 해수 담수화, 초수순 제조 등에서도 그 유용성을 찾을 수 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 본 발명이 제한되어서는 아니된다.

[ 실시예 ]

실시예 1:

분자량 Mn 30,000 의 폴리비닐알코올 (제품명:poly vinylalcohol, 제조사: aldrich) 용액 3 g (농도: 0.5g/ml), 숙신산무수물 0.74 g, 및 숙신산 2.89g을 혼합하여 용액을 제조한다 제조된 바인더 용액 20 ml에 도전 조제로서 Super P (제조사: Timcal) 0.45 g을 혼합하여 바인더 용액을 제조한다.

활물질로서 분말형 활성 탄소 PGW (제조사:Kuraray Chemical Co. Ltd.)와, 상기 활물질의 총 중량을 기준으로 Anti-Terra 250 (제조사:ByK) 를 10 중량%의 비율로 물에서 혼합하여 수계 분산액을 제조한다. (활물질 사용량: 3 g)

전술한 방식으로 제조된 바인더 용액과 상기 제조된 수계 분산액을 (바인더 용액 부피: 수계 분산액 내 활성탄 부피) = 27:73 의 비율로 혼합하여 슬러리 (점도: 10k cPs)를 제조한다. 제조된 슬러리를 그라파이트 포일 상에 코팅하고, 120 도씨에서 열처리하여 전극을 제조한다.

실시예 2:

Anti-Terra 250의 함량을 20 중량%로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 전극을 제조한다.

실시예 3:

Anti-Terra 250의 함량을 30 중량%로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 전극을 제조한다.

실시예 4:

제조된 바인더 용액과 상기 제조된 수계 분산액을 (바인더 용액 부피: 수계 분산액 내 활성탄 부피) = 20:80 의 비율로 혼합하여 슬러리를 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 전극을 제조한다.

실시예 5:

제조된 바인더 용액과 상기 제조된 수계 분산액을 (바인더 용액 부피: 수계 분산액 내 활성탄 부피) = 10:90 의 비율로 혼합하여 슬러리를 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 전극을 제조한다.

실시예 6:

제조된 바인더 용액과 상기 제조된 수계 분산액을 (바인더 용액 부피: 수계 분산액 내 활성탄 부피) = 5:95 의 비율로 혼합하여 슬러리를 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 전극을 제조한다.

실시예 7:

폴리비닐알코올 (제품명:poly vinylalcohol, 제조사: aldrich) 용액 3 g, 숙신산무수물 0.74 g, 및 숙신산 2.89g을 혼합하여 바인더 용액을 제조한다 제조된 바인더 용액 20 ml에 도전 조제로서 Super P (제조사: Timcal) 0.45 g을 혼합하여 바인더 용액을 제조한다.

활물질로서 분말형 활성 탄소 PGW (제조사: Kuraray Chemical Co. Ltd.)와, 상기 활물질의 총 중량을 기준으로 Anti-Terra 250 (제조사:ByK) 를 10 중량%의 비율로 물에서 혼합하여 균질화기(homogenizer)로 균일하게 분산시킨다. 얻어진 분산액을 초음파 처리하고, 수세, 여과 및 진공 하에 건조하여, Anti-Terra 250으로 표면 개질(또는 코팅)된 활물질을 얻는다.

전술한 방식으로 제조된 바인더 용액과 상기 제조된 코팅 활물질을 90:10의 부피비로 혼합하여 슬러리를 제조한다. 제조된 슬러리를 그래파이트 호일 상에 코팅하고, 120 도씨에서 열처리하여 전극을 제조한다.

제조된 전극에 대하여, X선 광전자 분광분석 장치, ESCALAB 220i-XL (VG Scientific Instrument) 를 사용하여 XPS 분석을 수행하고, 그 결과를 도 7 내지 도 9에 나타낸다. 도 7 내지 도 9의 결과로부터, 열처리 후, C-OH 성분비가 높아지는 것을 확인한다. 또, 소폭이지만, N 1s 의 베이스라인이 높아지는 것도 확인한다.

실시예 8:

Anti-Terra 250의 함량을 20 중량%로 한 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방식으로 전극을 제조한다.

실시예 9

활물질로서 분말형 활성 탄소 PGW (제조사: Kuraray Chemical Co. Ltd.) 대신 분말형 활성 탄소 SPY (제조사: 주식회사 삼천리)를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방식으로 전극을 제조한다.

제조된 전극에 대하여 X선 광전자 분광분석 장치, ESCALAB 220i-XL (VG Scientific Instrument) 를 사용하여 XPS 분석을 수행하고, 그 결과를 도 7 내지 도 9에 나타낸다. 도 7 내지 도 9의 결과로부터, 열처리 후, C-OH 성분비가 높아지는 것을 확인한다.

비교예:

Anti-Terra 250을 사용하지 않은 활물질과 제조된 바인더 용액을 73:27의 부피비로 혼합하여 슬러리를 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 전극을 제조한다.

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실험예 1: 전기 흡착 탈이온 장치의 제작 및 이온 흡착 성능 평가

실시예 1 내지 6 및 비교예로부터 제조한 전극을 캐소드로 사용하고, 글루타믹산(GTMAC)을 경화제로 PVA를 기저 폴리머로 사용하여 15 vol% 로 PGW와 혼합하여 제조된 전극을 애노드로서, 폴리아미드 메쉬 (상품명: NITEX 03 (125/45, Sefar AG)를 스페이서로 사용하여 전기 흡착 탈이온 장치를 제작한다. 아래 조건 하에, 제작된 장치의 탈이온 성능을 평가하고, 그 결과를 도 2에 나타내다.

유량: 28mL/분 (5L/분 in 180 cells)

하전/방전 시퀀스: 1분간 1.5V 하전/ 5 분간 -0.8V 방전, 3 싸이클

상기 실험으로부터 얻은 각 전극의 최소 전도도를 아래 표 1에 나타낸다.

	최소 전도도(Minimum conductivity) (uS/cm)
비교예1. PGW-PVA27	110.1
실시예1. PGW-PVA27-AT10	94.8
실시예2. PGW-PVA27-AT20	85.4
실시예3. PGW-PVA27-AT30	43.2
실시예4. PGW-PVA20-AT10	72.4
실시예5. PGW-PVA10-AT10	82.7
실시예6. PGW-PVA5-AT10	87.6

표 1 및 도 2의 결과로부터, 실시예 1 내지 6의 전극들은, 비교예의 전극에 비하여 보다 높은 순도를 가진 물을 제조할 (즉, 더 낮은 전도도를 나타낼) 수 있으며, 흡착된 이온을 더 오래 보유할 수 있음을 확인한다.

실험예 2: 전기 흡착 탈이온 장치의 제작 및 이온 흡착 성능 평가 II

실시예 7 과 실시예 8 로부터 제조한 전극을 캐소드로, 글루타믹산(GTMAC)을 경화제로 PVA를 기저 폴리머로 사용하여 15 vol% 로 PGW와 혼합하여 제조된 전극을 애노드로, 폴리아미드 메쉬(상품명: NITEX 03 (125/45, Sefar AG))를 스페이서로 사용하여 전기 흡착 탈이온 장치를 제작한다. 아래 조건 하에, 제작된 장치의 탈이온 성능을 평가하고, 그 결과를 표 2에 나타내다.

유량: 28mL/분 (5L/분 in 180 cells)

	Minimum conductivity (uS/cm)
실시예7. AT10-PGW-PVA10	64.6
실시예8. AT10-PGW-PVA20	59.2

표 2의 결과로부터, 실시예 7 및 8의 전극들은, Anti-Terra를 활물질 표면에 코팅한 전극의 경우, 코팅된 폴리머의 양 및 바인더의 양이 적은 경우에도 더 낮은 최소 전도도를 보이며, 높은 순도를 가진 물을 제조할 수 있음을 확인한다.

실험예 3: 전극 BET 측정

비교예의 전극과 실시예 1, 4, 및 5의 전극에 대하여, 질소 등온흡착/탈착 실험을 수행하여 BET 비표면적, 세공 부피, T-플롯 u-포어 부피를 측정한다:

그 결과는 표 3에 정리한다.

	BET 표면적(m²/g)	Pore Vol (cc/g) @ P/Po 0.990	T-plot u-pore Vol (cc/g)
비교예1. PGW-PVA27	29.9	0.025	0.016
실시예1. PGW-PVA27-AT10	37	0.034	0.022
실시예4. PGW-PVA20-AT10	46.8	0.113	0.038
실시예5. PGW-PVA10-AT10	50.2	0.067	0.042

상기 표 3의 결과로부터 실시예의 전극들은 더 높은 표면적 및 세공 부피를 나타냄을 알 수 있으며, 더 적은 양의 바인더를 사용한 경우 높은 수준의 표면적/세공 부피를 가질 수 있음을 알 수 있다.

실험예 4: 전극 제타 포텐셜 측정

미코팅 활물질의 제타 포텐셜과 실시예 7 및 실시예 8에서 제조한 Anti-Terra 코팅된 활성탄의 제타 포텐셜을 아래와 같은 방법으로 측정한다:

분석 대상 활물질을 물에 분산시켜 분석용 큐벳에 넣고 외부에서 전기장을 걸어준다. 그 전기장 내에서의 입자속도를 측정하여 이를 통해 입자의 전기적 특성을 전압(단위 mV)으로 표현한다.

그 결과를 아래의 표 4 및 도 3과 도 4에 나타낸다.

	Zeta-potential (mV)
PGW	-36.8
Anti-Terra250 10 wt% Coated PGW	-54.2
Anti-Terra250 20 wt% Coated PGW	-60.3

도 3과 도 4 및 표 4로부터, Anti-Terra 250이 활성탄의 표면에 코팅되어 미코팅 활성탄과는 현저히 다른 제타 포텐셜 값을 가짐을 확인할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 첨부된 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

* 도면 부호의 간단한 설명

1: 집전체

2, 2': 다공성 전극

3: 스페이서

4, 4': 양이온 (또는 음이온) 선택성 투과막

Claims

도전성 재료; 및 상기 도전성 재료의 표면에 존재하는 하나의 폴리머 사슬(single polymer chain) 내에 1개 이상의 관능기를 가진 폴리머를 포함하고, 상기 도전성 재료는 탄소 재료를 포함하며, 상기 탄소 재료는 탄소를 제외한 성분들의 총 중량을 기준으로, 알루미늄(Al) 함량이 5 내지 30%이고, 실리콘(Si) 함량이 15 내지 20%이고, 비표면적인 900 m²/g 이상이고, 평균 입자 크기가 100 ㎛ 이하인, 전기흡착 탈이온 전극.
제1항에 있어서,
상기 도전성 재료는, TiO₂, TiN, SiO₂, 및 Si₃N₄, 로 이루어진 군으로부터 선택되는 다공성 재료; 금속 산화물; 또는 이들의 조합을 추가로 포함하는, 전기 흡착 탈이온 전극.
제1항에 있어서,
상기 탄소 재료는, 활성탄(activated carbon), 탄소 나노 튜브, 활성탄소 섬유, 탄소 에어로겔, 메조다공성 탄소 및 흑연 산화물에서 선택된 1종 이상인, 전기흡착 탈이온 전극.
삭제
제1항에 있어서,
도전조제 및 바인더를 더 포함하는 전기흡착 탈이온 전극.
제5항에 있어서,
상기 도전 조제는, 카본블랙, VGCF(Vapor Growth Carbon Fiber), 천연 흑연, 인조 흑연, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, XCF 카본, SRF 카본, 탄소섬유; 구리, 니켈, 알루미늄, 또는 은의 금속 분말 또는 금속 섬유; 도전성 폴리머 및 이들의 조합으로부터 선택되고;
상기 바인더는, 양이온 교환기 또는 음이온 교환기를 포함할 수 있고, 폴리아크릴산, 폴리(아크릴산-말레산)공중합체, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스, 폴리비닐아민, 키토산, 폴리아크릴아미드, 폴리(아크릴아미드-아크릴산) 공중합체, 및 폴리(스티렌-아크릴산)공중합체로부터 선택된 1종 이상의 친수성 폴리머이거나, 혹은 폴리스티렌, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 폴리머를 포함하는 전기흡착 탈이온 전극.
제1항에 있어서,
상기 도전성 재료는, 그 표면의 적어도 일부에 상기 폴리머를 포함하는 코팅을 가지는 전기 흡착 탈이온 전극.
제1항에 있어서,
상기 폴리머는, 하나의 폴리머 분자 내에 카르복시기(-COOH), -NO₂, N, 암모늄염기(-NR₃ ⁺), 인산염기(-PO₄ ³ ^-), 술폰산염기, 및 히드록시기로부터 선택된 1개 내지 10개의 관능기를 가지는 전기 흡착 탈이온 전극.
제1항에 있어서,
상기 폴리머는, 폴리에스테르 반복 단위, 폴리에테르 반복 단위, 폴리알킬렌 반복단위, 폴리아미노아미드 반복단위, 폴리우레탄 반복 단위, 또는 이들의 조합을 포함하는 전기 흡착 탈이온 전극.
제1항에 있어서,
상기 폴리머는, 말단에 관능기를 가지는 분기형 (branched) 폴리머인 전기 흡착 탈이온 전극.
제1항에 있어서,
상기 폴리머는, 10만 이상의 분자량을 가지는 전기 흡착 탈이온 전극.
제1항에 있어서,
상기 폴리머는, 산가(acid value)가 30 이상이고, 아민가가 30 이상인 전기 흡착 탈이온 전극.
도전 조제 및 바인더를 포함하는 바인더 용액을 제조하는 단계; 도전성 재료 및 하나의 폴리머 사슬 내에 1개 이상의 관능기를 가진 폴리머를 포함하는 수계 분산액, 혹은 하나의 폴리머 사슬 내에 1개 이상의 관능기를 가진 폴리머가 표면에 코팅된 도전성 재료를 얻는 단계; 상기 바인더 용액을 상기 수계 분산액 또는 상기 폴리머가 표면에 코팅된 도전성 재료와 혼합하여 슬러리를 얻는 단계; 및 상기 슬러리를 도전성 기재 상에 코팅하는 단계를 포함하고,
상기 도전성 재료는 탄소 재료를 포함하며, 상기 탄소 재료는 탄소를 제외한 성분들의 총 중량을 기준으로, 알루미늄(Al) 함량이 5 내지 30%이고, 실리콘(Si) 함량이 15 내지 20%이고, 비표면적인 900 m²/g 이상이고, 평균 입자 크기가 100 ㎛ 이하인, 전기흡착 탈이온 전극의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 도전성 재료는, TiO₂, TiN, SiO₂, 및 Si₃N₄로 이루어진 군으로부터 선택되는 다공성 재료; 탄소 재료; 금속 산화물; 또는 이들의 조합인 전기 흡착 탈이온 전극의 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 탄소 재료는, 활성탄(activated carbon), 탄소 나노 튜브, 활성탄소 섬유, 탄소 에어로겔, 메조다공성 탄소, 및 흑연 산화물 로부터 선택된 1종 이상인 전기흡착 탈이온 전극의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 폴리머가 표면에 코팅된 도전성 재료를 얻는 단계는, 상기 도전성 재료와 상기 폴리머를 포함하는 수계 분산액을 제공하는 단계; 상기 수계 분산액을 초음파 처리(ultra-sonification)하는 단계; 및 초음파 처리된 분산액으로부터 상기 폴리머가 표면에 코팅된 도전성 재료를 분리하는 단계를 포함하는 전기 흡착 탈이온 전극의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 폴리머는, 하나의 폴리머 분자 내에 카르복시기(-COOH), -NO₂, N, 암모늄염기(-NR₃ ⁺), 인산염기(-PO₄ ³ ^-), 술폰산염기, 및 히드록시기로부터 선택된 1개 내지 10개의 관능기를 가지는 전기 흡착 탈이온 전극의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 폴리머는, 폴리에스테르 반복 단위, 폴리에테르 반복 단위, 폴리알킬렌 반복단위, 폴리아미노아미드 반복단위, 폴리우레탄 반복 단위, 또는 이들의 조합을 포함하는 전기 흡착 탈이온 전극의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 폴리머는, 말단에 관능기를 가지는 분기형 폴리머인 전기 흡착 탈이온 전극의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 도전성 기재 상에 코팅된 슬러리를 열처리하는 단계를 더 포함하는 전기 흡착 탈이온 전극의 제조 방법.
제1항의 전기 흡착 탈이온 전극을 포함하는, 전기 흡착 탈이온 장치.