KR102564058B1 - Desalination apparatus using transpiration electricity generation and desalination method using the same - Google Patents

Desalination apparatus using transpiration electricity generation and desalination method using the same Download PDF

Info

Publication number
KR102564058B1
KR102564058B1 KR1020210050082A KR20210050082A KR102564058B1 KR 102564058 B1 KR102564058 B1 KR 102564058B1 KR 1020210050082 A KR1020210050082 A KR 1020210050082A KR 20210050082 A KR20210050082 A KR 20210050082A KR 102564058 B1 KR102564058 B1 KR 102564058B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power generation
desalination
transpirational
polar solvent
column
Prior art date
Application number
KR1020210050082A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220143499A (en
KR102564058B9 (en
Inventor
정다운
조인희
이승환
Original Assignee
한국생산기술연구원
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 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020210050082A priority Critical patent/KR102564058B1/en
Priority to PCT/KR2022/005369 priority patent/WO2022220592A1/en
Publication of KR20220143499A publication Critical patent/KR20220143499A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102564058B1 publication Critical patent/KR102564058B1/en
Publication of KR102564058B9 publication Critical patent/KR102564058B9/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/469Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
    • C02F1/4693Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis electrodialysis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D15/00Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/10Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features
    • B01D15/22Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to the construction of the column
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H02N11/002Generators
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08Seawater, e.g. for desalination
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/009Apparatus with independent power supply, e.g. solar cells, windpower or fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124Water desalination

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 발명의 일실시예는 증산 발전에 의해 전력을 생산하는 증산 발전 모듈부; 및 상기 생산된 전력을 이용하여 전기 투석 담수화를 수행하는 담수화 모듈부;를 포함하는 증산 발전을 이용하는 담수화 장치를 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 담수화 장치는 공기 중의 습도를 활용한 증산 발전 모듈을 이용하므로 친환경적이면서도 장소 제한성을 탈피한 지속 가능한 전력 생산이 가능하여 전력이 들어오지 않는 열악한 환경에서도 담수를 생산할 수 있다.One embodiment of the present invention is the incremental power generation module unit for generating power by incremental power generation; and a desalination module unit configured to perform electrodialysis desalination using the generated power. Since the desalination device according to an embodiment of the present invention uses a transpirational power generation module that utilizes humidity in the air, it is possible to produce eco-friendly and sustainable power that is free from site limitations, and thus can produce fresh water even in a poor environment where no power is supplied.

Description

증산 발전을 이용하는 담수화 장치 및 그에 의한 담수화 방법{Desalination apparatus using transpiration electricity generation and desalination method using the same}Desalination apparatus using transpiration electricity generation and desalination method using the same}

본 발명은 담수화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증산 발전을 이용하는 담수화 장치 및 그에 의한 담수화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a desalination device, and more particularly, to a desalination device using transpirational power generation and a desalination method using the same.

지구 표면의 약 70%를 덮은 물은 13.9억 톤 정도이다. 이 가운데 약 97%는 바닷물이고, 나머지 3%가 사람이 먹을 수 있는 물(담수)이다. 육지 물은 대부분 빙산과 빙하로 되어있거나 지하수이다. 즉 인간이 사용 가능한 수자원은 전 지구에 분포하는 물의 3% 이내로 한정되어 있다.About 70% of the Earth's surface is covered by 1.39 billion tonnes of water. About 97% of this is seawater, and the remaining 3% is drinking water (freshwater). Land water is mostly icebergs and glaciers or groundwater. In other words, water resources usable by humans are limited to less than 3% of the water distributed throughout the earth.

이에, 해수를 담수화하여 인간 생활에 사용할 수 있도록 하는 기술, 즉 해수담수화 기술을 실용화한다면 부족한 물 사용 문제에 대한 대안으로 삼을 수 있을 것이다. 담수화란 염분을 포함하고 있는 해수 등에서 음료수나 기타 용도로 이용할 수 있도록 염분을 제거하여 담수를 얻는 것을 말하며, 이 과정에서 Cl-, Na+ 뿐만 아니라 다수의 무기 염류가 제거된다.Therefore, if a technology that desalinates seawater and uses it for human life, that is, seawater desalination technology is put to practical use, it will be possible to use it as an alternative to the problem of insufficient water use. Desalination refers to obtaining fresh water by removing salt from seawater containing salt so that it can be used for drinking or other purposes. In this process, Cl - and Na + as well as a number of inorganic salts are removed.

해수 담수화 기술로는 삼투현상(Osmosis)을 역으로 이용하여 해수를 반투막(Semi-permeable Membrane)을 통과시켜 담수를 생산하는 역삼투법(Reverse Osmosis) 과 열원을 이용하여 해수를 가열하고 발생한 증기를 응축시켜 담수를 얻는 증발법이 대표적이다.Seawater desalination technologies include the reverse osmosis method, which produces fresh water by passing seawater through a semi-permeable membrane by using osmosis reversely, and heats the seawater using a heat source and condenses the generated steam. An example is the evaporation method of obtaining fresh water.

그 밖에도, 활성탄소 전극에 약1.4 볼트의 직류전원만을 인가하여 해수나 짠물 중의 염분을 탄소표면으로 이동시켜 흡착제거하는 축전식 탈염기술인 전기흡착법(CDI: Capacitive Deionization), 전기투석조 (Electrodialysis Stack) 양단에서 공급되는 직류전원에 의해 형성되는 전기장을 구동력으로 하여 이온교환막을 이용하여 이온성 물질을 분리하는 전기투석법(ED: Electrodialysis Process)법, 고-액간의 상변화를 이용한 것으로 염수가 얼 때 얼음결정 에는 염분이 배제되는 원리에 착안한 냉동법, 소수성 막(Membrane)에서 Vapor Pressure의 차이로 Vapor가 이동 응축시켜 담수를 얻는 방식인 막 증발법(MD: Membrane Distillation) 등을 이용할 수 있다.In addition, by applying only about 1.4 volts of DC power to the activated carbon electrode, the salt in seawater or salty water is moved to the carbon surface to be adsorbed and removed. CDI (Capacitive Deionization), Electrodialysis Stack Electrodialysis Process (ED: Electrodialysis Process) method that separates ionic substances using an ion exchange membrane using the electric field formed by DC power supplied from both ends as a driving force. A freezing method focusing on the principle that salt is excluded from ice crystals, and a membrane distillation (MD) method in which fresh water is obtained by vapor moving and condensing due to a difference in vapor pressure in a hydrophobic membrane can be used.

한편, 전력을 친환경적으로 공급하기 위한 에너지 하베스팅(Energy harvesting) 기술이 많은 관심을 받고 있는데, 에너지 하베스팅은 자연에 존재하는 물, 공기 및 태양과 같은 친환경적이고 풍부한 물질 또는 자연스럽게 얻어지는 에너지를 전기에너지로 바꾸어 활용 가능하도록 하는 신재생 에너지 기술이다. 이 기술을 이용하면 기존에 사용했던 일회용의 화석 연료를 대체하여 에너지 수급이 가능하며 지속 가능한 에너지를 얻을 수 있다. 또한, 화석 연료 등의 에너지원에 대한 대규모 비용을 지불하는 발전소와는 달리, 에너지 하베스팅 기술은 주변 환경에서 낭비되는 에너지를 이용하기 때문에 비용 소모가 거의 없다는 장점이 있다.On the other hand, energy harvesting technology for supplying electricity in an eco-friendly way is receiving a lot of attention. Energy harvesting is an eco-friendly and abundant material such as water, air, and sun that exists in nature or energy obtained naturally as electric energy. It is a new and renewable energy technology that can be used by converting it into By using this technology, it is possible to obtain energy supply and demand and obtain sustainable energy by replacing the disposable fossil fuel that was previously used. In addition, unlike power plants that pay large-scale costs for energy sources such as fossil fuels, energy harvesting technology has an advantage in that it consumes little cost because it uses energy wasted in the surrounding environment.

그러나, 에너지 하베스팅 기술은 복잡한 에너지 생산 장비 및 구성이 요구되거나, 또는 생성 가능한 전압 및 전류가 상당히 낮아 실제 상용화를 위한 충분한 전력 생산량 또는 발전 출력을 제공하지 못한다는 문제점이 있었다.However, energy harvesting technology has problems in that it does not provide sufficient power production or power generation output for actual commercialization, because complex energy production equipment and configuration are required, or the voltage and current that can be generated are considerably low.

따라서, 해수 담수화에 필요한 전력을 충분히 공급할 수 있는 에너지 하베스팅 기술과, 친환경적으로 탈염 공정을 동시에 제공할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for an energy harvesting technology capable of sufficiently supplying electricity required for seawater desalination and a technology capable of simultaneously providing an eco-friendly desalination process.

일본 공개특허공보 제2014-058903호Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-058903

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 증산 발전을 이용하는 담수화 장치 및 그에 의한 담수화 방법을 제공하는 것이다.A technical problem to be achieved by the present invention is to provide a desalination device using transpirational power generation and a desalination method using the same.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problem, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 증산 발전을 이용하는 담수화 장치를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, one embodiment of the present invention provides a desalination device using transpirational power generation.

본 발명의 실시예에 있어서, 증산 발전을 이용하는 담수화 장치는, 증산 발전에 의해 전력을 생산하는 증산 발전 모듈부; 및 상기 생산된 전력을 이용하여 전기 투석 담수화를 수행하는 담수화 모듈부;를 포함한다.In an embodiment of the present invention, a desalination device using transpirational power generation includes a transpirational power generation module unit for generating power by transpirational power generation; and a desalination module unit performing electrodialysis desalination using the generated power.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 증산 발전 모듈부는 기재에 극성 용매가 흡착되며 발생하는 표면 에너지 변화로 인해 극성 용매가 흡착되지 않은 부분과의 에너지 차이로 발생하는 기전력에 의해 전기 에너지가 생성 되거나, 기재에 극성 용매가 확산되면서 상기 극성 용매가 함유하는 수소 이온(proton)이 함께 이동함에 따라 유발되는 전류로 인해 전기 에너지가 생성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the transpirational power generation module unit generates electrical energy by an electromotive force generated by an energy difference with a portion to which the polar solvent is not adsorbed due to a surface energy change that occurs when the polar solvent is adsorbed on a substrate, Electrical energy may be generated due to a current generated as protons contained in the polar solvent move together while the polar solvent is diffused on the substrate.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 증산 발전 모듈부는 흡착 물질이 코팅된 친수성 나노 섬유 컬럼(column);을 포함하는 컬럼형 증산 발전기를 포함하되, 상기 나노 섬유 컬럼은, 복수개의 나노 섬유 가닥들을 포함하되, 상기 복수개의 나노 섬유 가닥들이 길이 방향으로 평행하게 배열되어 섬유 다발을 형성한 형태인 것을 특징으로 하여, 상기 컬럼의 일단에서 상기 흡착 물질에 극성 용매가 흡착되며 발생하는 표면 에너지 변화로 인한 상기 극성 용매가 흡착되지 않은 상기 컬럼의 타단과의 에너지 차이로 발생하는 기전력으로 인해 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 하고, 상기 컬럼의 나노 섬유 가닥의 흡수력에 의해 극성 용매가 상기 컬럼의 일단에서 타단으로 확산되며 상기 극성 용매가 함유하는 수소 이온(proton)이 함께 이동함에 따라 유발되는 전류로 인해 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the transpirational power generation module unit includes a column-type transpiration generator including a hydrophilic nanofiber column coated with an adsorption material, wherein the nanofiber column includes a plurality of nanofiber strands. However, it is characterized in that the plurality of nanofiber strands are arranged in parallel in the longitudinal direction to form a fiber bundle, and the polar solvent is adsorbed to the adsorption material at one end of the column and the surface energy change caused by the Characterized in that electric energy is generated due to an electromotive force generated by an energy difference with the other end of the column to which the polar solvent is not adsorbed, and the polar solvent is transferred from one end to the other end of the column by the absorption power of the nanofiber strands of the column. It may be characterized in that electrical energy is generated due to a current induced as protons contained in the polar solvent are diffused and moved together.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 흡착 물질은, 수퍼 C(Super C), 기상탄화탄소섬유, 케첸 블랙, 덴카 블랙, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 탄소나노튜브, 다중벽탄소나노튜브 및 메조기공탄소 중 어느 하나로 이루어진 전도성 탄소 물질일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the adsorption material is Super C, gaseous carbonized carbon fiber, Ketjen Black, Denka Black, acetylene black, carbon black, carbon nanotube, multi-walled carbon nanotube, and mesoporous carbon. It may be a conductive carbon material made of any one of.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 친수성 나노 섬유는, 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 하이드록시 에틸셀룰로오스(hydroxyl ethylcellulose), 카복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시프로필 셀룰로오스(hydroxypropyl cellulose) 및 카르복시메틸 에틸셀룰로오스(carboxymethyl ethylcellulose)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the hydrophilic nanofibers, cellulose acetate (cellulose acetate), hydroxy ethyl cellulose (hydroxyl ethylcellulose), carboxymethyl cellulose (carboxymethyl cellulose), hydroxypropyl cellulose (hydroxypropyl cellulose) and carboxymethyl ethyl It may include any one or more selected from the group consisting of cellulose (carboxymethyl ethylcellulose).

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 극성 용매는, 담수 및 해수를 포함하는 물, 아세트산, 에탄올, 아세톤, 아세토니트릴, 메탄올, 아이소프로판올 및 암모니아수로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the polar solvent may include at least one selected from the group consisting of water including fresh water and seawater, acetic acid, ethanol, acetone, acetonitrile, methanol, isopropanol, and aqueous ammonia. .

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 극성 용매가 흡착되는 상기 컬럼의 일단에는 흡습제가 도포된 것을 특징으로 하여, 상기 흡습제가 대기 중의 수분을 흡수하여 상기 수분이 극성 용매의 역할을 함으로써 대기 중에서도 지속적인 전력 생산이 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a moisture absorbent is applied to one end of the column on which the polar solvent is adsorbed, and the moisture absorbent absorbs moisture in the air and the moisture serves as a polar solvent, resulting in continuous power in the air. It can be characterized as capable of production.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 담수화 모듈부는, 양극 및 음극; 및 상기 양극 및 음극 사이에 교대 배치되는 한 쌍 이상의 음이온 교환막 및 양이온 교환막;을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the desalination module unit may include an anode and a cathode; and one or more pairs of anion exchange membranes and cation exchange membranes alternately disposed between the anode and the cathode.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 증산 발전을 이용하는 담수화 일체형 장치를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides an integrated desalination device using transpirational power generation.

본 발명의 실시예에 있어서, 증산 발전을 이용하는 담수화 일체형 장치는 증산 발전에 의해 전력을 생산하는 증산 발전 모듈; 및 양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 교대 배치되는 한 쌍 이상의 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 포함하는 담수화 모듈;을 포함하고, 상기 증산 발전 모듈은 상기 담수화 모듈의 양극 또는 음극일 수 있다.In an embodiment of the present invention, an integrated desalination device using transpirational power generation includes a transpirational power generation module for generating electric power by transpirational power generation; and a desalination module including an anode, a cathode, and one or more pairs of anion exchange membranes and cation exchange membranes alternately disposed between the anode and the cathode, and the transpirational power generation module may be an anode or a cathode of the desalination module.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 증산 발전 모듈은 기재에 극성 용매가 흡착되며 발생하는 표면 에너지 변화로 인해 극성 용매가 흡착되지 않은 부분과의 에너지 차이로 발생하는 기전력에 의해 전기 에너지가 생성 되거나, 기재에 극성 용매가 확산되면서 상기 극성 용매가 함유하는 수소 이온(proton)이 함께 이동함에 따라 유발되는 전류로 인해 전기 에너지가 생성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, in the transpirational power generation module, electrical energy is generated by an electromotive force generated by an energy difference between a surface energy change generated when a polar solvent is adsorbed on a substrate and a portion to which the polar solvent is not adsorbed, Electrical energy may be generated due to a current generated as protons contained in the polar solvent move together while the polar solvent is diffused on the substrate.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 증산 발전 모듈이 상기 담수화 모듈의 양극 또는 음극을 대체하여 일체형으로 제작됨으로써 상기 증산 발전 모듈에서 생산된 전력의 손실을 방지할 수 있다.In an embodiment of the present invention, since the transpirational power generation module replaces the anode or cathode of the desalination module and is integrally manufactured, loss of power generated by the transpirational power generation module can be prevented.

본 발명의 실시예에 있어서, 증산 발전 모듈에서 사용되는 극성 용매로 상기 농축부 내의 농축수를 이용할 수 있다.In an embodiment of the present invention, concentrated water in the enrichment unit may be used as the polar solvent used in the transpirational power generation module.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 증산 발전을 이용하는 담수화 방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides a desalination method using transpirational power generation.

본 발명의 실시예에 있어서, 증산 발전을 이용하는 담수화 방법은, 증산 발전을 이용하는 담수화 장치를 이용한 담수화 방법에 있어서, 상기 증산 발전 모듈부에서 전력을 생산하는 단계; 및 상기 생산된 전력을 이용하여 상기 담수화 모듈부에서 염 포함 용액을 전기 투석하여 담수를 생산하는 단계;를 포함한다.In an embodiment of the present invention, a desalination method using transpirational power generation may include: generating electric power in the transpirational power generation module unit; and producing fresh water by electrodialysis of the salt-containing solution in the desalination module unit using the generated electric power.

본 발명의 실시예에 따른 담수화 장치는 공기 중의 습도를 활용한 증산 발전 모듈을 이용하므로 친환경적이면서도 장소 제한성을 탈피한 지속 가능한 전력 생산이 가능하여 전력이 들어오지 않는 열악한 환경에서도 담수를 생산할 수 있다.Since the desalination device according to an embodiment of the present invention uses a transpirational power generation module that utilizes humidity in the air, it is possible to produce eco-friendly and sustainable power that is free from site limitations, and thus can produce fresh water even in a poor environment where no power is supplied.

또한, 증산 발전 모듈과 일체형으로 제작된 담수화 장치는 도선을 최소화하므로 에너지 손실 없이 효율적으로 담수를 생산할 수 있다.In addition, since the desalination device manufactured integrally with the transpirational power generation module minimizes the number of wires, desalination can be efficiently produced without energy loss.

또한, 증산 발전 모듈부에 컬럼형 증산 발전기를 포함함으로써, 물 전기 분해에 충분한 전력을 공급할 수 있다.In addition, by including a column-type transpirational generator in the transpirational power generation module unit, it is possible to supply sufficient power for water electrolysis.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 증산 발전을 담수화 장치의 구성도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 셀룰로오스 컬럼의 개략적인 모식도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 증산 발전을 이용하는 담수화 일체형 장치의 모식도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 증산 발전을 이용하는 담수화 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬럼형 증산 발전기 윗면의 SEM 이미지이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컬럼형 증산 발전기 옆면의 SEM 이미지이다.
도 7은 본 발명의 제조예를 이용한 컬럼형 증산 발전기의 전류 및 전압을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 비교예 1을 이용한 증산 발전기의 전류 및 전압을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 비교예 2를 이용한 증산 발전기의 전류 및 전압을 측정하여 나타낸 그래프이다.
1 is a block diagram of a desalination device for transpiration and power generation according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic schematic diagram of a cellulose column according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of an integrated desalination device using transpirational power generation according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of a desalination method using transpirational power generation according to an embodiment of the present invention.
5 is a SEM image of an upper surface of a column-type transpirational generator according to an embodiment of the present invention.
6 is a SEM image of a side surface of a column type transpiration generator according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the measured current and voltage of a column-type transpirational generator using a manufacturing example of the present invention.
8 is a graph showing the measured current and voltage of the transpirational generator using Comparative Example 1 of the present invention.
9 is a graph showing the measured current and voltage of the transpirational generator using Comparative Example 2 of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in between. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

본 발명의 일 실시예에 따른 증산 발전을 이용하는 담수화 장치를 설명한다.A desalination device using transpirational power generation according to an embodiment of the present invention will be described.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 증산 발전을 담수화 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a desalination device for transpiration and power generation according to an embodiment of the present invention.

도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증산 발전을 이용하는 담수화 장치는, 증산 발전에 의해 전력을 생산하는 증산 발전 모듈부(10); 및 상기 생산된 전력을 이용하여 전기 투석 담수화를 수행하는 담수화 모듈부(20);를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a desalination device using transpirational power generation according to an embodiment of the present invention includes a transpirational power generation module unit 10 that generates power by transpirational power generation; and a desalination module unit 20 performing electrodialysis desalination using the generated power.

먼저, 상기 증산 발전 모듈부(10)는 증산 발전을 이용하여 전력을 생산할 수 있다.First, the incremental generation module unit 10 may generate power using incremental generation.

먼저, 상기 증산 발전 모듈부(10)는 기재에 극성 용매가 흡착되며 발생하는 표면 에너지 변화로 인해 극성 용매가 흡착되지 않은 부분과의 에너지 차이로 발생하는 기전력에 의해 전기 에너지가 생성 되거나, 기재에 극성 용매가 확산되면서 상기 극성 용매가 함유하는 수소 이온(proton)이 함께 이동함에 따라 유발되는 전류로 인해 전기 에너지가 생성될 수 있다.First, in the transpirational power generation module unit 10, electrical energy is generated by an electromotive force generated by an energy difference with a portion where the polar solvent is not adsorbed due to a change in surface energy that occurs when the polar solvent is adsorbed on the substrate, or As the polar solvent diffuses, electric energy may be generated due to a current induced as hydrogen ions (protons) contained in the polar solvent move together.

예를 들어, 상기 증산 발전 모듈부(10)는 흡착 물질이 코팅된 친수성 나노 섬유 컬럼(column)을 포함하는 컬럼형 증산 발전기를 포함하되, 상기 나노 섬유 컬럼은, 복수개의 나노 섬유 가닥들을 포함하되, 상기 복수개의 나노 섬유 가닥들이 길이 방향으로 평행하게 배열되어 섬유 다발을 형성한 형태인 것을 특징으로 하여, 상기 컬럼의 일단에서 상기 흡착 물질에 극성 용매가 흡착되며 발생하는 표면 에너지 변화로 인한 상기 극성 용매가 흡착되지 않은 상기 컬럼의 타단과의 에너지 차이로 발생하는 기전력으로 인해 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 하고, 상기 컬럼의 나노 섬유 가닥의 흡수력에 의해 극성 용매가 상기 컬럼의 일단에서 타단으로 확산되며 상기 극성 용매가 함유하는 수소 이온(proton)이 함께 이동함에 따라 유발되는 전류로 인해 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 한다.For example, the transpirational power generation module unit 10 includes a column-type transpiration generator including a hydrophilic nanofiber column coated with an adsorption material, the nanofiber column including a plurality of nanofiber strands, , Characterized in that the plurality of nanofiber strands are arranged in parallel in the longitudinal direction to form a fiber bundle, the polar solvent is adsorbed on the adsorption material at one end of the column and the polarity due to surface energy change Characterized in that electric energy is generated due to an electromotive force generated by an energy difference with the other end of the column to which the solvent is not adsorbed, and the polar solvent diffuses from one end of the column to the other end by the absorption force of the nanofiber strands of the column. It is characterized in that electric energy is generated due to a current induced as hydrogen ions (protons) contained in the polar solvent move together.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 셀룰로오스 컬럼의 개략적인 모식도이다.Figure 2 is a schematic schematic diagram of a cellulose column according to an embodiment of the present invention.

도2를 참조하면 상기 친수성 나노 섬유가 나노 섬유 가닥들이 길이 방향으로 평행하게 배열되어 섬유 다발을 형성하여 컬럼 형태로 제조될 수 있다.Referring to FIG. 2 , the hydrophilic nanofibers may be prepared in the form of a column by forming a fiber bundle by arranging nanofiber strands in parallel in a longitudinal direction.

본 발명의 친수성 나노 섬유 컬럼(column)의 전기 에너지 생성 원리는 '증산 발전 원리'를 이용한 것으로, 상기 증산 발전 원리를 더욱 자세하게 설명하면, 상기와 같이 상기 친수성 나노 섬유에 상기 전도성을 갖는 탄소 물질이 코팅된 상태에서, 상기 컬럼의 일단에만 극성 용매가 상기 탄소 물질에 흡착되게 되면, 표면 에너지를 낮추기 위하여 이온들의 물리적 흡착이 상기 탄소 물질 표면에 이루어지게 된다. 이로 인해 전기 이중층(double layer)이 형성되고 커패시턴스(Capacitance) 차이에 의해 유도된 전위차가 상기 극성 용매가 흡착된 젖은 부분과 상기 극성 용매가 흡착되지 않은 마른 부분 간에 형성되게 된다. 이러한 커패시턴스의 차이에 의해 형성된 전위차는 극성 용매가 완전히 증발하기 전까지 유지되게 된다. 여기에, 상기와 같이 다공성 셀룰로오스로 이루어진 친수성 나노 섬유 가닥은, 극성 용매에 대한 높은 흡수력을 갖는 것을 특징으로 하므로, 모세관 현상에 따라 극성 용매가 상기 친수성 나노 섬유 가닥의 일단에서 타단으로 자연스럽게 확산 및 증발되며 이와 함께 사이 극성 용매가 함유하고 있는 수소 이온(proton)이 함께 이동하며, 이와 전하적인 중성(charge neutrality)을 유지하기 위하여 탄소 흡착 물질 내부의 전자도 같은 방향으로 이동하게 되어 전류가 흐를 수 있게 된다.The electric energy generation principle of the hydrophilic nanofiber column of the present invention uses the 'transpirational power generation principle'. If the transpirational power generation principle is described in more detail, the carbon material having the conductivity in the hydrophilic nanofibers as described above In the coated state, when the polar solvent is adsorbed on the carbon material only at one end of the column, ions are physically adsorbed on the surface of the carbon material to lower the surface energy. As a result, an electric double layer is formed, and a potential difference induced by a difference in capacitance is formed between a wet part where the polar solvent is adsorbed and a dry part where the polar solvent is not adsorbed. The potential difference formed by the difference in capacitance is maintained until the polar solvent completely evaporates. Here, since the hydrophilic nanofiber strands made of porous cellulose as described above are characterized by having a high absorption capacity for polar solvents, the polar solvent naturally diffuses and evaporates from one end of the hydrophilic nanofiber strands to the other end according to the capillary phenomenon. Along with this, the hydrogen ion (proton) contained in the polar solvent moves together, and in order to maintain charge neutrality, the electrons inside the carbon adsorption material also move in the same direction so that current can flow do.

상기 친수성 나노 섬유 가닥들을 길이 방향으로 평행하게 배열하여 다발 형태의 컬럼(column)으로 구성함으로써 용매의 용이한 이동을 가능하게 하여 용매 확산 속도를 향상시켰을 뿐 아니라, 상기 친수성 나노 섬유 소재를 용매의 흡습과 증발이 빠르면서도 생분해 가능한 특성을 갖는 셀룰로오스 계열의 소재로 구성함으로써 생산 가능한 전력량을 향상시키고 친환경적 특성을 향상시켰다.By arranging the hydrophilic nanofiber strands in parallel in the longitudinal direction to form a bundle-type column, the solvent diffusion rate is improved by enabling easy movement of the solvent, and the hydrophilic nanofiber material absorbs moisture from the solvent It is composed of cellulose-based materials with fast over-evaporation and biodegradable properties to improve the amount of power that can be produced and to improve eco-friendly characteristics.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 흡착 물질은, 수퍼 C(Super C), 기상탄화탄소섬유, 케첸 블랙, 덴카 블랙, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 탄소나노튜브, 다중벽탄소나노튜브 및 메조기공탄소 중 어느 하나로 이루어진 전도성 탄소 물질일 수 있으나, 전술한 본 발명의 증산 발전을 위한 커패시턴스 구배를 형성 가능한 물질이라면 제한 없이 이용 가능하다.In one embodiment of the present invention, the adsorption material is Super C (Super C), gaseous carbonized carbon fiber, Ketjen Black, Denka Black, acetylene black, carbon black, carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes and mesopores It may be a conductive carbon material made of any one of carbon, but any material capable of forming a capacitance gradient for transpirational power generation of the present invention described above may be used without limitation.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 친수성 나노 섬유는, 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 하이드록시 에틸셀룰로오스(hydroxyl ethylcellulose), 카복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시프로필 셀룰로오스(hydroxypropyl cellulose) 및 카르복시메틸 에틸셀룰로오스(carboxymethyl ethylcellulose)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 할 수 있으며, 가장 바람직하게는, 시중에서 쉽게 공정 가능하여 제조 원가 절감이 가능한 특성을 갖는 셀룰로오스 아세테이트를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the hydrophilic nanofibers, cellulose acetate (cellulose acetate), hydroxy ethyl cellulose (hydroxyl ethylcellulose), carboxymethyl cellulose (carboxymethyl cellulose), hydroxypropyl cellulose (hydroxypropyl cellulose) and carboxymethyl It may include at least one selected from the group consisting of ethyl cellulose (carboxymethyl ethylcellulose), and most preferably, it may include cellulose acetate having characteristics that can be easily processed on the market to reduce manufacturing cost.

상기와 같이 극성 용매에 대한 흡습 및 증발 특성이 매우 뛰어난 천연 물질인 셀룰로오스를 컬럼 소재로 이용함으로써, 자연 분해가 가능하면서도 높은 전력 생산이 가능하다.As described above, by using cellulose, which is a natural material with excellent moisture absorption and evaporation characteristics for polar solvents, as a column material, it is possible to produce high power while allowing natural decomposition.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 섬유 다발은, 원기둥 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 극성 용매의 이동을 용이하게 하여 확산 속도를 향상 가능한 형태라면 제한 없이 사용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the fiber bundle may have a cylindrical shape, but is not limited thereto, and any shape capable of improving the diffusion rate by facilitating the movement of the polar solvent may be used without limitation.

또한, 상기 컬럼은, 복잡한 경로를 갖도록 컬럼 여러 개를 연결하여 사용하거나 구부리는 등의 형태적인 변형을 통하여, 극성 용매의 확산 속도를 조절함으로써, 전력 생산량을 제어 가능하도록 다양한 형태로 구성될 수 있다. In addition, the column may be configured in various forms to control power generation by adjusting the diffusion rate of the polar solvent through morphological deformation such as connecting or bending several columns to have a complicated path. .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 극성 용매는, 담수 및 해수를 포함하는 물, 아세트산, 에탄올, 아세톤, 아세토니트릴, 메탄올, 아이소프로판올 및 암모니아수로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 가장 바람직하게는, 풍부한 양으로 존재하여 자원의 효율적 활용이 가능한 해수일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 전술한 상기 증산 발전이 가능한 특성을 갖는 용매라면 제한 없이 이용 가능하다.In one embodiment of the present invention, the polar solvent may include at least one selected from the group consisting of water including fresh water and seawater, acetic acid, ethanol, acetone, acetonitrile, methanol, isopropanol, and aqueous ammonia. And, most preferably, it may be seawater that is present in an abundant amount so that efficient utilization of resources is possible, but is not limited thereto, and any solvent having the above-described characteristics enabling the transpirational power generation can be used without limitation.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 극성 용매가 흡착되는 상기 컬럼의 일단에는, 흡습제가 도포 될 수도 있다.In one embodiment of the present invention, a moisture absorbent may be applied to one end of the column to which the polar solvent is adsorbed.

상기 흡습제는 대기 중의 수분을 흡수하여 상기 수분이 극성 용매의 역할을 함으로써 대기 중에서도 지속적인 전력 생산이 가능하도록 할 수 있다.The desiccant absorbs moisture in the air, and the moisture serves as a polar solvent, enabling continuous power generation even in the air.

즉, 상기 컬럼의 일단에만 흡습제를 도포하면, 상기 흡습제가 대기 중에 존재하는 수분을 자연스럽게 흡수하여, 상기 흡수된 수분이 전술한 바와 같은 농도 구배를 형성함으로써 대기 중의 수분 만으로도 지속적인 자가 발전이 가능하도록 하는 효과가 있다.That is, when a desiccant is applied only to one end of the column, the desiccant naturally absorbs moisture present in the air, and the absorbed moisture forms a concentration gradient as described above, thereby enabling continuous self-power generation with only moisture in the air. It works.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 나노 섬유 컬럼(column)을 을 포함하는 컬럼형 증산 발전기의 제조방법은, 복수개의 친수성 나노 섬유 가닥들이 길이 방향으로 평행하게 배열되어 형성된 다발 형태의 나노 섬유 컬럼(column) 을 준비하는 단계; 상기 나노 섬유 컬럼에 코팅할 흡착 물질을 포함하는 흡착 용액을 준비하는 단계; 상기 나노 섬유 컬럼의 일단을 상기 흡착 용액에 침지시켜, 상기 흡착 용액이 모세관 현상에 의하여 상기 나노 섬유 가닥을 타고 올라가며 상기 나노 섬유 가닥을 1차적으로 코팅시키는 흡착 물질 1차 코팅 단계; 상기 컬럼을 뒤집어서 상기 컬럼의 타단을 흡착 용액에 침지시켜 상기 나노 섬유 가닥을 2차적으로 코팅시키는 흡착 물질 2차 코팅 단계; 및 상기 흡착 물질이 코팅된 상기 나노 섬유 컬럼을 건조시키는 단계;를 포함할 수 있다.In the method for manufacturing a column-type transpiration generator including the nanofiber column according to an embodiment of the present invention, a bundle-type nanofiber column formed by arranging a plurality of hydrophilic nanofiber strands in parallel in the longitudinal direction ( preparing a column); Preparing an adsorption solution containing an adsorption material to be coated on the nanofiber column; a primary coating step of an adsorption material in which one end of the nanofiber column is immersed in the adsorption solution so that the adsorption solution rides up the nanofiber strands by a capillary phenomenon and primarily coats the nanofiber strands; a secondary coating step of the adsorption material of inverting the column and immersing the other end of the column in an adsorption solution to secondarily coat the nanofiber strands; and drying the nanofiber column coated with the adsorption material.

상기 나노 섬유 컬럼을 준비하는 단계에서 준비되는 상기 나노 섬유 컬럼은, 냉간 등방압 가공법(Cold Isostatic Pressing, CIP)을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.The nanofiber column prepared in the step of preparing the nanofiber column may be characterized in that it is manufactured through cold isostatic pressing (CIP).

상기 냉간 등방압 가공법은, 주로 담배 필터를 제조하는데 이용 가능한 재료 가공 방법의 하나로, 액압을 이용해서 피처리체에 등방압을 가하는 것을 특징으로 하므로 등방적인 압력이 작용하기 때문에 밀도가 균일하고 방향성이 적은 성형체를 얻을 수 있는 것을 특징으로 한다.The cold isostatic pressure processing method is one of the material processing methods mainly used for manufacturing cigarette filters, and is characterized in that isostatic pressure is applied to the object to be processed using hydraulic pressure, so that the isotropic pressure acts, so the density is uniform and the directionality is small It is characterized in that a molded article can be obtained.

따라서, 본 발명과 같이 상기 냉간 등방압 가공법을 통해 제조된 나노 섬유 컬럼을 이용하면, 균일한 섬유 밀도를 갖는 컬럼의 제조가 가능하므로, 흡착 물질 코팅이 뭉침 없이 균일하게 코팅 가능하며 극성 용매의 이동 또한 용이한 구조를 갖는 나노 섬유 컬럼을 이용 가능한 효과가 있다.Therefore, when using the nanofiber column prepared through the cold isostatic pressure processing method as in the present invention, it is possible to manufacture a column having a uniform fiber density, so that the adsorption material coating can be uniformly coated without agglomeration and polar solvent movement In addition, there is an effect of using a nanofiber column having an easy structure.

상기 흡착 물질 1차 코팅 단계 및 흡착 물질 2차 코팅 단계에서는, 상기와 같이 준비된 상기 나노 섬유 컬럼의 일단을 상기 흡착 용액에 침지시키고, 상기 컬럼을 뒤집어서 상기 컬럼의 타단을 흡착 용액에 침지시켜 상기 나노 섬유 가닥을 2차적으로 코팅시키는 방식으로 흡착 물질을 코팅할 수 있다.In the first coating step of the adsorbent material and the second coating step of the adsorbent material, one end of the nanofiber column prepared as described above is immersed in the adsorption solution, the column is turned over, and the other end of the column is immersed in the adsorption solution to obtain the nanofiber column. The adsorbent material may be coated in such a way as to secondarily coat the fiber strands.

상기 흡착 용액은, 수퍼 C(Super C), 기상탄화탄소섬유, 케첸 블랙, 덴카 블랙, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 탄소나노튜브, 다중벽탄소나노튜브 및 메조기공탄소 중 어느 하나로 이루어진 전도성 탄소 물질, 증류수 및 계면활성제를 포함할 수 있다.The adsorption solution is a conductive carbon material made of any one of Super C, gaseous carbonized carbon fiber, Ketjen Black, Denka Black, acetylene black, carbon black, carbon nanotube, multi-walled carbon nanotube and mesoporous carbon, Distilled water and a surfactant may be included.

더욱 자세하게는, 상기 흡착 용액은, 탄소 입자가 분산된 용액에 계면 활성제를 첨가하여 음파 처리하여 탄소 입자를 용액 내 고르게 분산시켜 제조된 것일 수 있다. More specifically, the adsorption solution may be prepared by adding a surfactant to a solution in which the carbon particles are dispersed and subjecting the solution to sound waves to evenly disperse the carbon particles in the solution.

상기와 같이 1차와 2차로 나누어 컬럼에 흡착 물질을 코팅 시킴으로써, 상기 흡착 용액이 모세관 현상에 의하여 상기 나노 섬유 가닥을 타고 올라가며 섬유 가닥이 균일하게 코팅되면서도 컬럼의 양 단 또한 균일하게 코팅 가능하다.As described above, by coating the column with the adsorption material in the first and second stages, the adsorption solution rides up the nanofiber strands by capillary action, and both ends of the column can be uniformly coated while the fiber strands are uniformly coated.

따라서, 상기 증산 발전 모듈부(10)는 상기 컬럼형 증산 발전기를 포함함으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.Therefore, the incremental generation module unit 10 can generate electric power by including the column type incremental generator.

상기 컬럼형 증산 발전기는 예를 들어, 셀룰로오스 나노섬유 컬럼형 증산 발전기(Cellulose Nanofiber Column(CNC) generator)일 수 있다.The column-type transpirational generator may be, for example, a Cellulose Nanofiber Column (CNC) generator.

상기 증산 발전 모듈부(10) 상기 컬럼형 증산 발전기를 1개 이상 포함할 수 있다.The transpirational power generation module unit 10 may include one or more column-type transpirational generators.

상기 증산 발전 모듈부(10)에 컬럼형 증산 발전기의 수를 조절하여 전력의 세기를 조절할 수 있다.The intensity of power may be adjusted by adjusting the number of column-type transpirational generators in the transpirational power generation module unit 10 .

상기 증산 발전 모듈부(10)에서 생산된 전력을 상기 담수화 모듈부(20)로 공급하여 전기 투석 담수화를 수행할 수 있도록 할 수 있다.Electric power generated by the transpirational power generation module unit 10 may be supplied to the desalination module unit 20 to perform electrodialysis desalination.

다음으로, 상기 담수화 모듈부(20)는 상기 증산 발전 모듈부(10)에서 생산된 전력을 이용하여 전기 투석 담수화를 수행할 수 있다.Next, the desalination module unit 20 may perform electrodialysis desalination using the power generated by the transpirational power generation module unit 10 .

상기 담수화 모듈부(20)는 양극 및 음극; 및 상기 양극 및 음극 사이에 교대 배치되는 한 쌍 이상의 음이온 교환막 및 양이온 교환막;을 포함할 수 있다.The desalination module unit 20 includes an anode and a cathode; and one or more pairs of anion exchange membranes and cation exchange membranes alternately disposed between the anode and the cathode.

상기 한 쌍 이상의 음이온 교환막 및 양이온 교환막의 이온의 선택적 투과에 의해 그들 사이의 공간들은 담수부 및 농축부로 교대로 형성되게 된다.Due to the selective permeation of ions of the at least one pair of anion exchange membrane and cation exchange membrane, spaces therebetween are alternately formed into a fresh water section and a concentration section.

상기 담수화 모듈부(20)에서 전기투석(Electrodialysis)이 수행되는 원리를 보다 자세히 설명하면 다음과 같다. 양쪽에 양극과 음극을 설치하고, 그 사이에 양이온만이 선택적으로 투과하는 양이온 교환막과 음이온만이 선택적으로 투과하는 음이온 교환막을 교대로 설치하고, 막 사이에는 일정한 두께의 가스킷을 설치하여 막 사이로 전해질 수 있게 용액이 흐르게 한 뒤, 적정량의 직류를 걸어주면 용액중의 양이온과 음이온은 전기적 힘에 의해 서로 반대방향으로 이동한다. 이때 선택성 막에 의해 이온의 종류에 따라 이온 분리가 일어나는데, 양이온은 음극쪽으로 이동하면서 양이온교환막은 통과하지만 음이온교환막은 통과하지 못해 농축부(농축실)에 남아있게 되며 음이온은 양극 쪽으로 이동하면서 음이온교환막은 통과하나 양이온교환막은 통과하지 못해 농축부에 남아 있게 된다. 그리하여 농축부에서는 양이온과 음이온이 계속 축적되어 농축이 일어나고 이웃한 담수부(희석실)에서는 양이온과 음이온이 계속 빠져나가게 되어 탈염이 일어나는 원리이다.The principle of performing electrodialysis in the desalination module unit 20 will be described in more detail below. An anode and a cathode are installed on both sides, and a cation exchange membrane that selectively transmits only cations and an anion exchange membrane that selectively transmits only anions are installed alternately between them, and a gasket of a certain thickness is installed between the membranes so that the electrolyte is passed between the membranes. After allowing the solution to flow, if an appropriate amount of direct current is applied, the cations and anions in the solution move in opposite directions by electric force. At this time, ion separation occurs according to the type of ions by the selective membrane. Cations pass through the cation exchange membrane as they move toward the cathode, but do not pass through the anion exchange membrane and remain in the enrichment section (concentration chamber), while anions move toward the anode through the anion exchange membrane. It passes through, but does not pass through the cation exchange membrane and remains in the concentration section. Thus, cations and anions continue to accumulate in the enrichment unit, condensation occurs, and cations and anions continue to escape from the adjacent fresh water unit (dilution chamber), resulting in desalination.

상기 음이온 교환막, 양이온 교환막, 담수부 및 농축부는 1개 이상의 반복 단위로 형성될 수 있다.The anion exchange membrane, the cation exchange membrane, the fresh water part and the enrichment part may be formed of one or more repeating units.

상기 담수화 모듈부(20) 내에 상기 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 반복 설치하면 그에 따라 교대 구성되는 담수부 및 농축부의 수가 더 증가하여 효율적으로 담수화(탈염) 공정을 진행하는 데 도움이 될 수 있다.If the anion exchange membrane and the cation exchange membrane are repeatedly installed in the desalination module unit 20, the number of desalination units and enrichment units alternately increased accordingly, thereby helping to efficiently perform the desalination (desalination) process.

담수화 공정은 전기가 들어오지 않는 열악한 환경에서도 필요한 경우가 많은데, 본 발명의 담수화 장치는 공기 중의 습도를 활용하기 때문에 친환경적이면서도 장소 제한성을 탈피한 지속 가능한 전력 생산이 가능하여 담수화 장치의 활용도를 극대화 할 수 있다.The desalination process is often necessary even in harsh environments where electricity is not supplied. Since the desalination device of the present invention utilizes humidity in the air, it is possible to generate eco-friendly and sustainable power beyond location limitations, maximizing the utilization of the desalination device. there is.

본 발명의 다른 실시예에 따른 증산 발전을 이용하는 담수화 일체형 장치를 설명한다.An integrated desalination device using transpirational power generation according to another embodiment of the present invention will be described.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 증산 발전을 이용하는 담수화 일체형 장치의 모식도이다.3 is a schematic diagram of an integrated desalination device using transpirational power generation according to an embodiment of the present invention.

도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증산 발전을 이용하는 담수화 일체형 장치는, 증산 발전에 의해 전력을 생산하는 증산 발전 모듈; 및 양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 교대 배치되는 한 쌍 이상의 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 포함하는 담수화 모듈;을 포함하고, 상기 증산 발전 모듈은 상기 담수화 모듈의 양극 또는 음극일 수 있다.Referring to FIG. 3 , an integrated desalination device using transpirational power generation according to an embodiment of the present invention includes a transpirational power generation module for generating electric power by transpirational power generation; and a desalination module including an anode, a cathode, and one or more pairs of anion exchange membranes and cation exchange membranes alternately disposed between the anode and the cathode, and the transpirational power generation module may be an anode or a cathode of the desalination module.

상기 증산 발전 모듈은 기재에 극성 용매가 흡착되며 발생하는 표면 에너지 변화로 인해 극성 용매가 흡착되지 않은 부분과의 에너지 차이로 발생하는 기전력에 의해 전기 에너지가 생성 되거나, 기재에 극성 용매가 확산되면서 상기 극성 용매가 함유하는 수소 이온(proton)이 함께 이동함에 따라 유발되는 전류로 인해 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 한다.In the transpirational power generation module, electrical energy is generated by an electromotive force generated by an energy difference with a portion to which the polar solvent is not adsorbed due to a change in surface energy that occurs when the polar solvent is adsorbed on the substrate, or when the polar solvent is diffused on the substrate, the It is characterized in that electrical energy is generated due to a current induced as hydrogen ions (protons) contained in a polar solvent move together.

상기 증산 발전 모듈은 흡착 물질이 코팅된 친수성 나노 섬유 컬럼(column)을 포함하는 컬럼형 증산 발전기를 포함할 수 있다.The transpirational power generation module may include a column-type transpirational power generator including a hydrophilic nanofiber column coated with an adsorption material.

상기 담수화 모듈은, 양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 교대 배치되는 한 쌍 이상의 음이온 교환막 및 양이온 교환막를 포함하고, 상기 한 쌍 이상의 음이온 교환막 및 양이온 교환막의 사이공간들은 담수부 및 농축부로서 교대 구성될 수 있다.The desalination module includes an anode, a cathode, and at least one pair of anion exchange membrane and a cation exchange membrane alternately disposed between the anode and the cathode, and spaces between the at least one pair of anion exchange membrane and the cation exchange membrane are alternately configured as a fresh water unit and a concentration unit. It can be.

상기 담수화 모듈은, 전기 투석 원리에 의해 담수화 되는 것으로, 상기 담수화 모듈의 양극 및 음극에 전기를 걸어주면 전기적 힘에 의해 음이온은 양극으로 양이온은 음극으로 이동하고, 이때 상기 양이온 교환막은 양이온만을, 상기 음이온 교환막은 음이온만을 선택적으로 투과하므로 양이온과 음이온이 계속 축적되는 사이공간은 농축부가 되고, 양이온과 음이온이 계속 빠져나가는 이웃한 사이공간은 담수부가 되어서 상기 담수부에서 담수 생산이 이루어 질 수 있다.The desalination module is desalinated by the principle of electrodialysis. When electricity is applied to the anode and the cathode of the desalination module, anions move to the anode and cations to the cathode due to electrical force. Since the anion exchange membrane selectively permeates only negative ions, the space between which cations and anions continuously accumulate becomes a condensation part, and the adjacent space where cations and anions continuously escape become a fresh water part, and fresh water can be produced in the fresh water part.

상기 증산 발전 모듈은 상기 담수화 모듈의 양극 또는 음극일 수 있다The transpirational power generation module may be the anode or cathode of the desalination module.

즉, 상기 증산 발전 모듈이 상기 담수화 모듈의 양극 또는 음극 중에 어느 하나 또는 양극 및 음극 모두를 대체하여 일체형으로 제작될 수 있다.That is, the transpirational power generation module may be integrally manufactured by replacing either one of the anode or the cathode of the desalination module or both of the anode and the cathode.

상기 담수화 일체형 장치는 일체형이 아닌 담수화 장치에 비해 도선이 불필요하거나 도선의 길이를 최소한으로 설치할 수 있어서 에너지 손실이 거의 없어 전력의 손실을 크게 줄일 수 있고 효율적으로 담수 생산이 가능하다는 장점이 있다.Compared to non-integrated desalination devices, the desalination integrated device does not require a wire or the length of the wire can be installed to a minimum, so there is almost no energy loss, so power loss can be greatly reduced and desalination can be efficiently produced.

또한, 본 발명의 담수화 일체형 장치는 구성을 단순화 할 수 있고, 컴팩트 하게 제작 가능하여 다양한 환경에서 용이 사용 가능하다.In addition, the integrated desalination device of the present invention can be easily used in various environments because the configuration can be simplified and compactly manufactured.

예를 들어, 상기 담수화 일체형 장치를 해수에 띄우는 경우, 상기 담수화 일체형 장치의 증산 발전 모듈은 해수 또는 공기중 습도를 흡수하여 증산 발전할 수 있고, 상기 증산 발전을 통해 생산된 전력으로 바로 담수화 모듈에서 담수화 진행이 가능하여 외부에서 별도 공급되는 전기 없이도 담수 생산이 가능할 수 있다.For example, when the desalination-integrated device is floated on seawater, the transpirational power generation module of the desalination-integrated device may absorb seawater or humidity in the air to generate transpirational power generation, and the power generated through the transpirational power generation may be generated directly from the desalination module. Since desalination can be performed, fresh water can be produced without electricity supplied separately from the outside.

상기 담수화 일체형 장치의 증산 발전 모듈에서 사용되는 극성 용매로 상기 농축부 내의 농축수를 이용할 수도 있다.Concentrated water in the concentration unit may be used as a polar solvent used in the transpirational power generation module of the desalination integrated device.

상기 극성 용매로 농축수를 이용하는 경우 극성이 매우 크기 때문에 컬럼의 타단과의 에너지 차이가 커서 더 많은 전기에너지를 생산할 수 있는 장점이 있다.When concentrated water is used as the polar solvent, since the polarity is very high, the energy difference between the column and the other end of the column is large, so more electrical energy can be produced.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 증산 발전을 이용하는 담수화 방법을 설명한다.A desalination method using the transpirational power generation according to another embodiment of the present invention will be described.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 증산 발전을 이용하는 담수화 방법의 순서도이다.4 is a flowchart of a desalination method using transpirational power generation according to an embodiment of the present invention.

도4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 증산 발전을 이용하는 담수화 방법은, 상기 증산 발전 모듈부(10)에서 전력을 생산하는 단계(S100); 및 상기 생산된 전력을 이용하여 상기 담수화 모듈부(20)에서 염 포함 용액을 전기 투석하여 담수를 생산하는 단계(S200);를 포함한다.Referring to FIG. 4 , the desalination method using the transpirational power generation according to another embodiment of the present invention includes generating power in the transpirational power generation module unit 10 (S100); and producing fresh water by electrodialysis of the salt-containing solution in the desalination module unit 20 using the generated power (S200).

첫째 단계에서, 상기 증산 발전 모듈부(10)에서 전력을 생산한다(S100).In the first step, power is produced in the incremental power generation module unit 10 (S100).

상기 증산 발전 모듈부(10)는 기재에 극성 용매가 흡착되며 발생하는 표면 에너지 변화로 인해 극성 용매가 흡착되지 않은 부분과의 에너지 차이로 발생하는 기전력에 의해 전기 에너지가 생성 되거나, 기재에 극성 용매가 확산되면서 상기 극성 용매가 함유하는 수소 이온(proton)이 함께 이동함에 따라 유발되는 전류로 인해 전기 에너지가 생성될 수 있다.In the transpirational power generation module unit 10, electric energy is generated by an electromotive force generated by an energy difference with a part where the polar solvent is not adsorbed due to a change in surface energy generated when the polar solvent is adsorbed on the substrate, or the polar solvent is attached to the substrate. Electric energy may be generated due to a current caused by the diffusion of hydrogen ions (protons) contained in the polar solvent.

예를 들어, 상기 증산 발전 모듈부(10)는 흡착 물질이 코팅된 친수성 나노 섬유 컬럼(column)을 포함하는 컬럼형 증산 발전기를 포함하되, 상기 나노 섬유 컬럼은, 복수개의 나노 섬유 가닥들을 포함하되, 상기 복수개의 나노 섬유 가닥들이 길이 방향으로 평행하게 배열되어 섬유 다발을 형성한 형태인 것을 특징으로 하여, 상기 컬럼의 일단에서 상기 흡착 물질에 극성 용매가 흡착되며 발생하는 표면 에너지 변화로 인한 상기 극성 용매가 흡착되지 않은 상기 컬럼의 타단과의 에너지 차이로 발생하는 기전력으로 인해 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 하고, 상기 컬럼의 나노 섬유 가닥의 흡수력에 의해 극성 용매가 상기 컬럼의 일단에서 타단으로 확산되며 상기 극성 용매가 함유하는 수소 이온(proton)이 함께 이동함에 따라 유발되는 전류로 인해 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 한다.For example, the transpirational power generation module unit 10 includes a column-type transpiration generator including a hydrophilic nanofiber column coated with an adsorption material, the nanofiber column including a plurality of nanofiber strands, , Characterized in that the plurality of nanofiber strands are arranged in parallel in the longitudinal direction to form a fiber bundle, the polar solvent is adsorbed on the adsorption material at one end of the column and the polarity due to surface energy change Characterized in that electric energy is generated due to an electromotive force generated by an energy difference with the other end of the column to which the solvent is not adsorbed, and the polar solvent diffuses from one end of the column to the other end by the absorption force of the nanofiber strands of the column. It is characterized in that electric energy is generated due to a current induced as hydrogen ions (protons) contained in the polar solvent move together.

둘째 단계에서, 상기 생산된 전력을 이용하여 상기 담수화 모듈부(20)에서 염 포함 용액을 전기 투석하여 담수를 생산한다(S200).In the second step, fresh water is produced by electrodialysis of the salt-containing solution in the desalination module unit 20 using the generated power (S200).

상기 담수화 모듈부(20)에서는 전기투석법(Electrodialysis)의 원리로 담수를 생산할 수 있는데, 구체적으로, 양쪽에 양극과 음극을 설치하고, 그 사이에 양이온만이 선택적으로 투과하는 양이온 교환막과 음이온만이 선택적으로 투과하는 음이온 교환막을 교대로 설치하고, 막 사이에는 일정한 두께의 가스킷을 설치하여 막 사이로 전해질 수 있게 용액이 흐르게 한 뒤, 적정량의 직류를 걸어주면 용액중의 양이온과 음이온은 전기적 힘에 의해 서로 반대방향으로 이동한다. 이때 선택성 막에 의해 이온의 종류에 따라 이온 분리가 일어나는데, 양이온은 음극쪽으로 이동하면서 양이온교환막은 통과하지만 음이온교환막은 통과하지 못해 농축부(농축실)에 남아있게 되며 음이온은 양극 쪽으로 이동하면서 음이온교환막은 통과하나 양이온교환막은 통과하지 못해 농축부에 남아 있게 된다. 그리하여 농축부에서는 양이온과 음이온이 계속 축적되어 농축이 일어나고 이웃한 담수부(희석실)에서는 양이온과 음이온이 계속 빠져나가게 되어 탈염이 일어나는 원리로 담수를 생산할 수 있다.In the desalination module unit 20, fresh water can be produced using the principle of electrodialysis. Specifically, an anode and a cathode are installed on both sides, and a cation exchange membrane through which only positive ions selectively transmit and only negative ions are provided between them. This selectively permeable anion exchange membrane is alternately installed, and a gasket of a certain thickness is installed between the membranes so that the solution can flow between the membranes, and then an appropriate amount of direct current is applied to the cations and anions in the solution to move in opposite directions to each other. At this time, ion separation occurs according to the type of ions by the selective membrane. Cations pass through the cation exchange membrane as they move toward the cathode, but do not pass through the anion exchange membrane and remain in the enrichment section (concentration chamber), while anions move toward the anode through the anion exchange membrane. It passes through, but does not pass through the cation exchange membrane and remains in the concentration section. Thus, in the enrichment unit, cations and anions are continuously accumulated, condensation occurs, and cations and anions continue to escape from the adjacent desalination unit (dilution chamber), so fresh water can be produced on the principle that desalination occurs.

상기 염 포함 용액은 해수, 폐수 등 양이온 또는 음이온을 포함하는 용액일 수 있다.The salt-containing solution may be a solution containing cations or anions, such as seawater or wastewater.

따라서, 본 발명의 담수화 장치는 음용수를 생산하기 위한 해수 담수화뿐만 아니라, 리튬 분리를 위한 폐전지 재활용 분야, 폐수 처리 분야 등 탈염 공정이 필요한 분야라면 제한 없이 사용할 수 있다.Therefore, the desalination device of the present invention can be used without limitation in fields requiring a desalination process, such as waste battery recycling for lithium separation and wastewater treatment, as well as desalination of seawater to produce drinking water.

이하에서는 실시예, 비교예 및 실험예를 통해 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples, Comparative Examples and Experimental Examples. However, the present invention is not limited to the following Examples and Experimental Examples.

제조예manufacturing example

먼저, 길이 30 mm, 직경 7.7 mm를 갖는 셀룰로오스 필터(Cellulose filter)를 준비하여, 케첸 블랙 카본 용액에 길이의 1/10씩 양쪽 모서리를 10 초 동안 담구어 흡착 물질을 코팅한 후, 한쪽에 CaCl2(3.3 mol/L) 0.1ml를 뿌려 컬럼형 증산 발전기를 제조하였다.First, a cellulose filter having a length of 30 mm and a diameter of 7.7 mm was prepared, and both edges were immersed in Ketjen black carbon solution by 1/10 of the length for 10 seconds to coat the adsorption material, and CaCl on one side A column-type transpiration generator was prepared by spraying 0.1 ml of 2 (3.3 mol/L).

비교예1Comparative Example 1

2차원 면상의 코튼 패브릭(Cotton fabric)을 준비하여 상기 제조예와 동일한 방법으로 흡착 물질을 코팅하여 비교예 1을 제조하였다.Comparative Example 1 was prepared by preparing a two-dimensional cotton fabric and coating the adsorption material in the same manner as in Preparation Example.

비교예2Comparative Example 2

상기 비교예 1에서, 상기 2차원 면상의 코튼 패브릭 대신에, 셀룰로오스 스폰지(Cellulose sponge)를 이용한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 상기 비교예 2를 제조하였다.In Comparative Example 1, Comparative Example 2 was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that a cellulose sponge was used instead of the two-dimensional cotton fabric.

실험예Experimental example

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬럼형 증산 발전기 윗면의 SEM 이미지이다.5 is a SEM image of an upper surface of a column-type transpirational generator according to an embodiment of the present invention.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컬럼형 증산 발전기 옆면의 SEM 이미지이다.6 is a SEM image of a side surface of a column type transpiration generator according to an embodiment of the present invention.

상기 도5 내지 도6를 참조하면, 셀룰로오스 컬럼의 개략적 형태를 확인할 수 있고, 또한 셀룰로오스 컬럼이 제조된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 5 to 6, it is possible to confirm the schematic shape of the cellulose column, and also to confirm that the cellulose column is manufactured.

또한, 상기 제조예 및 비교예에서 제조된 증산 발전기를 이용하여 전류 및 전압을 측정하는 실험을 진행하였다.In addition, an experiment of measuring current and voltage was conducted using the transpirational generator manufactured in the above Preparation Example and Comparative Example.

도 7은 본 발명의 제조예를 이용한 컬럼형 증산 발전기의 전류 및 전압을 측정하여 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the measured current and voltage of a column-type transpirational generator using a manufacturing example of the present invention.

도 8은 본 발명의 비교예 1을 이용한 증산 발전기의 전류 및 전압을 측정하여 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the measured current and voltage of the transpirational generator using Comparative Example 1 of the present invention.

도 9는 본 발명의 비교예 2를 이용한 증산 발전기의 전류 및 전압을 측정하여 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing measured current and voltage of a transpirational generator using Comparative Example 2 of the present invention.

상기 도7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컬럼형 증산 발전기는 전압 0.3 V 및 전류 300 μA 값을 갖는 것을 확인할 수 있으며, 이는 비교예 및 종래 기술보다 약 10배 이상의 전기를 생산 가능한 특징을 갖는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 7 to 9, it can be seen that the column-type transpiration generator according to an embodiment of the present invention has a voltage of 0.3 V and a current of 300 μA, which is about 10 times more electricity than the comparative example and the prior art. It can be confirmed that it has the characteristics that can produce.

본 발명의 실시예에 따른 담수화 장치는 공기 중의 습도를 활용한 증산 발전 모듈을 이용하므로 친환경적이면서도 장소 제한성을 탈피한 지속 가능한 전력 생산이 가능하여 전력이 들어오지 않는 열악한 환경에서도 담수를 생산할 수 있다.Since the desalination device according to an embodiment of the present invention uses a transpirational power generation module that utilizes humidity in the air, it is possible to produce eco-friendly and sustainable power that is free from site limitations, and thus can produce fresh water even in a poor environment where no power is supplied.

또한, 증산 발전 모듈과 일체형으로 제작된 담수화 장치는 도선을 최소화하므로 에너지 손실 없이 효율적으로 담수를 생산할 수 있다.In addition, since the desalination device manufactured integrally with the transpirational power generation module minimizes the number of wires, desalination can be efficiently produced without energy loss.

또한, 증산 발전 모듈부에 컬럼형 증산 발전기를 포함함으로써, 물 전기 분해에 충분한 전력을 공급할 수 있다.In addition, by including a column-type transpirational generator in the transpirational power generation module unit, it is possible to supply sufficient power for water electrolysis.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

10: 증산 발전 모듈부
20: 담수화 모듈부
10: Increased production module unit
20: desalination module unit

Claims (13)

증산 발전에 의해 전력을 생산하는 증산 발전 모듈부; 및
상기 생산된 전력을 이용하여 전기 투석 담수화를 수행하는 담수화 모듈부;를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 증산 발전 모듈부는 기재에 극성 용매가 흡착되며 발생하는 표면 에너지 변화로 인해 극성 용매가 흡착되지 않은 부분과의 에너지 차이로 발생하는 기전력에 의해 전기 에너지가 생성 되거나, 기재에 극성 용매가 확산되면서 상기 극성 용매가 함유하는 수소 이온(proton)이 함께 이동함에 따라 유발되는 전류로 인해 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 하고,
상기 증산 발전 모듈부는 흡착 물질이 코팅된 친수성 나노 섬유 컬럼(column);을 포함하는 컬럼형 증산 발전기를 포함하되, 상기 나노 섬유 컬럼은, 셀룰로오스 계열의 소재로 구성된 복수개의 나노 섬유 가닥들을 포함하되, 상기 복수개의 나노 섬유 가닥들이 길이 방향으로 평행하게 배열되어 섬유 다발을 형성한 형태인 것을 특징으로 하여, 상기 흡착 물질은 상기 나노 섬유 가닥에 코팅된 것을 특징으로 하고, 상기 컬럼의 일단에서 상기 흡착 물질에 극성 용매가 흡착되며 발생하는 표면 에너지 변화로 인한 상기 극성 용매가 흡착되지 않은 상기 컬럼의 타단과의 에너지 차이로 발생하는 기전력으로 인해 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 하고, 상기 컬럼의 나노 섬유 가닥의 흡수력에 의해 극성 용매가 상기 컬럼의 일단에서 타단으로 확산되며 상기 극성 용매가 함유하는 수소 이온(proton)이 함께 이동함에 따라 유발되는 전류로 인해 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 하고,
상기 극성 용매가 흡착되는 상기 컬럼의 일단에는 흡습제가 도포된 것을 특징으로 하여, 상기 흡습제가 대기 중의 수분을 흡수하여 상기 수분이 극성 용매의 역할을 함으로써 대기 중에서도 지속적인 전력 생산이 가능한 것을 특징으로 하는 증산 발전을 이용하는 담수화 장치.
An incremental power generation module unit for generating electric power by incremental power generation; and
Characterized in that it comprises a; desalination module unit for performing electrodialysis desalination using the generated power,
The transpirational power generation module unit generates electrical energy by an electromotive force generated by an energy difference with a portion to which the polar solvent is not adsorbed due to a change in surface energy that occurs when the polar solvent is adsorbed to the substrate, or the polar solvent diffuses to the substrate. Characterized in that electric energy is generated due to a current caused by the movement of hydrogen ions (protons) contained in a polar solvent,
The transpirational power generation module unit includes a column-type transpiration generator including a hydrophilic nanofiber column coated with an adsorption material, wherein the nanofiber column includes a plurality of nanofiber strands composed of a cellulose-based material, Characterized in that the plurality of nanofiber strands are arranged in parallel in the longitudinal direction to form a fiber bundle, characterized in that the adsorption material is coated on the nanofiber strand, and the adsorption material at one end of the column Characterized in that electrical energy is generated due to an electromotive force generated by an energy difference with the other end of the column to which the polar solvent is not adsorbed due to a change in surface energy caused by adsorption of the polar solvent on the column, and nanofiber strands of the column Characterized in that the polar solvent is diffused from one end of the column to the other end by the absorption force of the column, and electrical energy is generated due to a current caused by the protons contained in the polar solvent moving together,
Characterized in that a desiccant is applied to one end of the column on which the polar solvent is adsorbed, and the desiccant absorbs moisture in the air and the moisture serves as a polar solvent, thereby enabling continuous power generation even in the air. Transpiration, characterized in that Desalination device using power generation.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 흡착 물질은, 수퍼 C(Super C), 기상탄화탄소섬유, 케첸 블랙, 덴카 블랙, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 탄소나노튜브, 다중벽탄소나노튜브 및 메조기공탄소 중 어느 하나로 이루어진 전도성 탄소 물질인 것을 특징으로 하는 증산 발전을 이용하는 담수화 장치.
According to claim 1,
The adsorption material is a conductive carbon material made of any one of Super C, gaseous carbonized carbon fiber, Ketjen Black, Denka Black, acetylene black, carbon black, carbon nanotube, multi-walled carbon nanotube, and mesoporous carbon. A desalination device using transpirational power generation, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 친수성 나노 섬유는, 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 하이드록시 에틸셀룰로오스(hydroxyl ethylcellulose), 카복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시프로필 셀룰로오스(hydroxypropyl cellulose) 및 카르복시메틸 에틸셀룰로오스(carboxymethyl ethylcellulose)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 증산 발전을 이용하는 담수화 장치.
According to claim 1,
The hydrophilic nanofibers are a group consisting of cellulose acetate, hydroxyl ethylcellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, and carboxymethyl ethylcellulose. A desalination device using transpiration power generation, characterized in that it comprises at least one selected from.
제1항에 있어서,
상기 극성 용매는, 담수 및 해수를 포함하는 물, 아세트산, 에탄올, 아세톤, 아세토니트릴, 메탄올, 아이소프로판올 및 암모니아수로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 증산 발전을 이용하는 담수화 장치.
According to claim 1,
The polar solvent is a desalination device using transpirational power generation, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of water including fresh water and seawater, acetic acid, ethanol, acetone, acetonitrile, methanol, isopropanol and ammonia water .
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 담수화 모듈부는,
양극 및 음극; 및
상기 양극 및 음극 사이에 교대 배치되는 한 쌍 이상의 음이온 교환막 및 양이온 교환막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 증산 발전을 이용하는 담수화 장치.
According to claim 1,
The desalination module unit,
anode and cathode; and
A desalination device using transpirational power generation, comprising: at least one pair of anion exchange membranes and cation exchange membranes alternately disposed between the anode and the cathode.
증산 발전에 의해 전력을 생산하는 증산 발전 모듈; 및
양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 교대 배치되는 한 쌍 이상의 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 포함하는 담수화 모듈;을 포함하고,
상기 증산 발전 모듈은 상기 담수화 모듈의 양극 또는 음극인 것을 특징으로 하는 증산 발전을 이용하는 담수화 일체형 장치.
A transpirational power generation module that produces power by transpirational power generation; and
A desalination module including an anode, a cathode, and at least one pair of anion exchange membranes and cation exchange membranes alternately disposed between the anode and the cathode;
The transpiration power generation module is a desalination integrated device using transpiration power generation, characterized in that the positive or negative electrode of the desalination module.
제9항에 있어서,
상기 증산 발전 모듈은 기재에 극성 용매가 흡착되며 발생하는 표면 에너지 변화로 인해 극성 용매가 흡착되지 않은 부분과의 에너지 차이로 발생하는 기전력에 의해 전기 에너지가 생성 되거나, 기재에 극성 용매가 확산되면서 상기 극성 용매가 함유하는 수소 이온(proton)이 함께 이동함에 따라 유발되는 전류로 인해 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 하는 증산 발전을 이용하는 담수화 일체형 장치.
According to claim 9,
In the transpirational power generation module, electrical energy is generated by an electromotive force generated by an energy difference with a portion to which the polar solvent is not adsorbed due to a change in surface energy that occurs when the polar solvent is adsorbed on the substrate, or when the polar solvent is diffused on the substrate, the An integrated device for desalination using transpirational power generation, characterized in that electric energy is generated due to a current caused by the movement of hydrogen ions (protons) contained in a polar solvent.
제9항에 있어서,
상기 증산 발전 모듈이 상기 담수화 모듈의 양극 또는 음극을 대체하여 일체형으로 제작됨으로써 상기 증산 발전 모듈에서 생산된 전력의 손실을 방지하는 것을 특징으로 하는 증산 발전을 이용하는 담수화 일체형 장치.
According to claim 9,
Desalination integrated device using transpiration power generation, characterized in that the transpiration power generation module is manufactured integrally by replacing the anode or cathode of the desalination module to prevent loss of power produced by the transpiration power generation module.
삭제delete 제1항의 증산 발전을 이용하는 담수화 장치를 이용한 담수화 방법에 있어서,
상기 증산 발전 모듈부에서 전력을 생산하는 단계; 및
상기 생산된 전력을 이용하여 상기 담수화 모듈부에서 염 포함 용액을 전기 투석하여 담수를 생산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 증산 발전을 이용하는 담수화 방법.
In the desalination method using the desalination device using the transpirational power generation of claim 1,
generating power in the incremental power generation module unit; and
Electrodialysis of a salt-containing solution in the desalination module unit using the generated power to produce fresh water; desalination method using transpiration power generation, characterized in that it comprises.
KR1020210050082A 2021-04-14 2021-04-16 Desalination apparatus using transpiration electricity generation and desalination method using the same KR102564058B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210050082A KR102564058B1 (en) 2021-04-16 2021-04-16 Desalination apparatus using transpiration electricity generation and desalination method using the same
PCT/KR2022/005369 WO2022220592A1 (en) 2021-04-14 2022-04-13 Hydrogen production device using evaporative power generation, hydrogen production method, desalination device, and desalination method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210050082A KR102564058B1 (en) 2021-04-16 2021-04-16 Desalination apparatus using transpiration electricity generation and desalination method using the same

Publications (3)

Publication Number Publication Date
KR20220143499A KR20220143499A (en) 2022-10-25
KR102564058B1 true KR102564058B1 (en) 2023-08-10
KR102564058B9 KR102564058B9 (en) 2023-12-08

Family

ID=83804042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210050082A KR102564058B1 (en) 2021-04-14 2021-04-16 Desalination apparatus using transpiration electricity generation and desalination method using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102564058B1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014058903A (en) 2012-09-18 2014-04-03 Kobe Steel Ltd System combining power generator and desalination device
KR102139866B1 (en) * 2017-11-13 2020-08-11 한국과학기술원 Carbon layer coated hydrophilic fiber membrane based electrical energy generator and manufacturing method thereof
KR102105762B1 (en) * 2018-08-20 2020-04-29 한국과학기술원 Hydroscopic material incorporated carbon layer coated hydrophilic fiber membrane based self-powered electrical energy generator and manufacturing method thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Namra Mir 외 1명, Integration of electrodialysis with renewable energy sources for sustainable freshwater production: A review, Journal of Environmental Management 289 (2021) 112496, 2021.04.08*
셀룰로스, https://ko.wikipedia.org/w/index.php?title=%EC%85%80%EB%A3%B0%EB %A1%9C%EC%8A%A4&oldid=25633982, 위키백과, 2020.01.27*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220143499A (en) 2022-10-25
KR102564058B9 (en) 2023-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huang et al. Graphene oxide assemblies for sustainable clean-water harvesting and green-electricity generation
Xie et al. Biomimetic smart nanochannels for power harvesting
Luan et al. Compressible ionized natural 3D interconnected loofah membrane for salinity gradient power generation
CN111600511B (en) Preparation method of one-dimensional carboxylated carbon material-based photovoltaic and wet gas power generation device
Zhao et al. Water‐Enabled Electricity Generation: A Perspective
KR102172609B1 (en) Conductive polymer coated hydrophilic fiber membrane based large-area electrical energy generator and manufacturing method thereof
KR20170030087A (en) Capacitive Deionization Electrode Module, Manufacturing Method thereof and Deionization Equipment using the Same
Wang et al. Construction of hierarchical and porous cellulosic wood with high mechanical strength towards directional Evaporation-driven electrical generation
KR102019317B1 (en) Hybrid generating device and method for electricity and desalting
Cao et al. Advanced Design of High‐Performance Moist‐Electric Generators
Lim et al. Hydrovoltaic electricity generator with hygroscopic materials: A review and new perspective
Toyoda et al. Carbon materials for solar steam-generation
Jiao et al. Energy harvesting based on water evaporation-induced electrokinetic streaming potential/current in porous carbonized carrots
Mai et al. Two-dimensional metal–organic framework nanocomposite membranes with shortened ion pathways for enhanced salinity gradient power harvesting
Allah et al. Recent progress in nanoparticle-based ion exchange membranes for water desalination
KR102564058B1 (en) Desalination apparatus using transpiration electricity generation and desalination method using the same
Shi et al. Molecular self-assembled cellulose enabling durable, scalable, high-power osmotic energy harvesting
Wang et al. Enhancing the total salt adsorption capacity and monovalent ion selectivity in capacitive deionization using a dual-layer membrane coating electrode
KR102519673B1 (en) Hydrogen production system using transpiration electricity generation and Method for hydrogen production with the same
KR102680479B1 (en) Transpiration electricity generation and desalination apparatus conducting desalination using the power generated by the transpiration electricity generator and Transpiration electricity generator module manufacturing method
KR101944954B1 (en) Deionization and sterilization system including silver electrode and methods of deionization and sterilization using the same
KR20140119545A (en) Capacitive deionization apparatus and deionization system
Zhang et al. Superstable osmotic energy conversion based on strong cellulose membrane
Lee et al. Cost-effective moisture-induced electrical power generators for sustainable electrodialysis desalination
KR20240079575A (en) Technology of manufacturing transpiration electricity generation-electrodialysis desalination large area system using vapor-concentrated water

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]