KR102600649B1 - Tritium removal device using redox-based electrochemical multichannel membrane, multichannel membrane stack type module using the same and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소제거 장치, 그를 기반으로 한 다중채널 막 스택형 모듈 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 삼중수소 오염수가 유입되는 유입수채널(Feed Channel, FC), 상기 유입수채널의 일측에 배치된 양이온 교환막, 상기 유입수채널의 타측에 배치된 음이온 교환막 및 상기 양이온 교환막 일측에 배치된 제1전극을 포함하는 제1유로 및 상기 음이온 교환막 타측에 배치된 제2전극을 포함하는 제2유로;가 포함된 반응채널(Side Channel, SC)로 이루어지되, 상기 유입수채널(Feed Channel)에 이온교환레진이 충진된 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소제거 장치를 제공하며, 전압인가시 상기 유입수채널 내 이온교환레진 표면에서 전기화학적으로 이온화된 삼중수소수가 양쪽 전극이 위치한 반응채널(side channel)로 분리됨으로써, 열과 전기 에너지소비 측면에서 효율적이고, 비교적 간단한 막 모듈을 통해 삼중수소 제거를 제어할 수 있으므로 삼중수소 유출발생 사고시에도 즉각적으로 대응할 수 있다.The present invention relates to a tritium removal device including a redox-based electrochemical multi-channel membrane, a multi-channel membrane stacked module based thereon, and a method of manufacturing the same.
The present invention relates to an inflow channel (FC) through which tritium-contaminated water flows, a cation exchange membrane disposed on one side of the inflow channel, an anion exchange membrane disposed on the other side of the inflow water channel, and a first electrode disposed on one side of the cation exchange membrane. It is composed of a reaction channel (Side Channel, SC) including a first flow path including a second flow path and a second electrode disposed on the other side of the anion exchange membrane, and an ion exchange resin in the inflow channel (Feed Channel). A tritium removal device including a filled redox-based electrochemical multi-channel membrane is provided, and when voltage is applied, electrochemically ionized tritium water is released from the surface of the ion exchange resin in the inflow channel into the reaction channel (side channel) where both electrodes are located. ), it is efficient in terms of heat and electric energy consumption, and tritium removal can be controlled through a relatively simple membrane module, allowing immediate response even in the event of a tritium leak.
Description
본 발명은 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소제거 장치, 그를 기반으로 한 다중채널 막 스택형 모듈 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 삼중수소 오염수가 유입되는 유입수채널(Feed Channel, FC), 상기 유입수채널의 일측에 배치된 양이온 교환막, 상기 유입수채널의 타측에 배치된 음이온 교환막 및 상기 양이온 교환막 일측에 배치된 제1전극을 포함하는 제1유로 및 상기 음이온 교환막 타측에 배치된 제2전극을 포함하는 제2유로;를 포함하는 반응채널(Side Channel, SC)로 이루어지되, 상기 유입수채널(Feed Channel)에 이온교환레진이 충진되고, 전압인가시 상기 유입수채널 내 이온교환레진 표면에서 전기화학적으로 이온화된 삼중수소수가 양쪽 전극이 위치한 반응채널로 분리되고, 그 제거성능을 최적화한, 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소제거 장치, 그를 기반으로 한 다중채널 막 스택형 모듈 및 그의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a tritium removal device including a redox-based electrochemical multi-channel membrane, a multi-channel membrane stacked module based thereon, and a manufacturing method thereof. More specifically, it relates to an inlet water channel (Feed) into which tritium-contaminated water flows. Channel, FC), a cation exchange membrane disposed on one side of the inflow water channel, an anion exchange membrane disposed on the other side of the inflow water channel, and a first flow path including a first electrode disposed on one side of the cation exchange membrane and disposed on the other side of the anion exchange membrane. It consists of a reaction channel (Side Channel, SC) including a second flow path including a second electrode, wherein the inflow channel (Feed Channel) is filled with an ion exchange resin, and when voltage is applied, ion exchange within the inlet water channel A tritium removal device including a redox-based electrochemical multi-channel membrane in which tritium water electrochemically ionized on the resin surface is separated into a reaction channel where both electrodes are located, and the removal performance is optimized, and a multi-channel membrane based thereon. It relates to a stacked module and its manufacturing method.
삼중수소(Tritium, T)는 반감기가 12.32년으로 길고 붕괴당 최대 18.6 keV, 평균 5.7 keV의 베타선을 방출하는 방사성 동위원소이다. Tritium (T) is a radioactive isotope that has a long half-life of 12.32 years and emits beta rays of up to 18.6 keV and an average of 5.7 keV per decay.
원자로 핵연료에서 일어나는 핵분열 과정에서 핵분열당 0.01% 정도가 발생되고, 중수로의 감속재로 사용되는 중수의 중수소에 중성자가 포획되어 삼중수소로 변환되기도 한다. During the nuclear fission process that occurs in nuclear reactor fuel, about 0.01% of nuclear fission is generated, and neutrons are captured in the deuterium of heavy water used as a moderator in heavy water reactors and converted into tritium.
2D + n → 3T (σγ= 0.508 mb) 2 D + n → 3 T (σ γ = 0.508 mb)
또한, 경수로의 임계도제어를 위해 사용하는 붕산과 냉각수관리를 위해 사용하는 리튬의 중성자 포획도 삼중수소의 발생원이 된다. In addition, boric acid used to control the criticality of light water reactors and neutron capture of lithium used for cooling water management are also sources of tritium.
6Li + n → 4He + 3T (σγ= 940b) 6 Li + n → 4 He + 3 T (σ γ = 940b)
10B + n → 24He + 3T (σγ= 10.6mb) 10 B + n → 2 4 He + 3 T (σ γ = 10.6 mb)
비록 삼중수소는 순수한 베타선 방출 핵종으로 감마선을 방출하지 않지만 다량의 삼중수소를 물과 함께 섭취할 경우 문제가 되는데, 유럽방사성위원회에서는 삼중수소가 DNA 구성에 사용된 후 헬륨으로 붕괴하면 DNA 이상이 발생할 수 있다고 밝힌 바 있다. 따라서, 물 또는 수증기의 형태로 인체 내로 흡입되어 내부 피폭문제를 일으키기 쉬우므로 방사선 방어 관점에서 삼중수소 방사능은 중요한 관심 사항이다. Although tritium is a pure beta-emitting nuclide and does not emit gamma rays, it is a problem if a large amount of tritium is ingested with water. The European Radiological Commission states that if tritium is used to construct DNA and then decays to helium, DNA abnormalities may occur. It has been said that it can be done. Therefore, tritium radioactivity is an important concern from a radiation defense perspective because it is easily inhaled into the human body in the form of water or vapor and can cause internal radiation exposure problems.
삼중수소에 의한 피폭의 영향을 저감하기 위해 중수로원전에서는 삼중수소제거설비(TRF; Tritium Removal Facility)가 가동되고 있다. To reduce the effects of exposure to tritium, the Tritium Removal Facility (TRF) is in operation at heavy water reactor nuclear power plants.
그러나 TRF에 있는 삼중수소가 타이타늄에 결합돼 있기 때문에 분리하기가 쉽지 않고, 보통 온도를 700℃로 높여야 하는데 이 과정에서 삼중수소가 새 나와 주변 지역에 방사능 오염을 일으킬 수 있고, 수증기 형태의 삼중수소를 완벽히 제거하지 못한 채 바닷물로 희석하여 온배수로 방출하고 있는 실정이다. 따라서 바닷물을 식수원으로 이용할 때에는 해수 중의 삼중수소(T2O)가 큰 문제가 될 수 있다.However, because the tritium in TRF is bound to titanium, it is not easy to separate, and the temperature usually has to be raised to 700℃. During this process, tritium may leak out and cause radioactive contamination in the surrounding area, and tritium in the form of water vapor The situation is that it is not completely removed and is diluted with seawater and discharged into warm waste water. Therefore, when using seawater as a source of drinking water, tritium (T 2 O) in seawater can be a major problem.
비특허문헌 1은 하나로 연구용 원자로의 중수 내 포함되어 있는 삼중수소로 인해 그 효율이 감소하여 이의 생성 기작을 파악하고 제거하고자 안출된 보고서로서, 종래 삼중수소제거 방법은 물증류공정, 전기분해공정과 같은 저온증류공정으로 크게 나눌 수 있는데 저온증류공정은 삼중수소화 중수중의 삼중수소를 중수소 가스쪽으로 이동시키는 방법에 따라 증기상 촉매교환(VPCE), 액상촉매교환(LPCE), 전기분해와 촉매교환결합(CECE)으로 구분된다.Non-patent Document 1 is a report designed to identify and eliminate the generation mechanism of tritium contained in heavy water of a Hanaro research reactor due to a decrease in its efficiency. Conventional methods for removing tritium include water distillation process, electrolysis process and It can be broadly divided into the same low-temperature distillation process. The low-temperature distillation process is vapor phase catalytic exchange (VPCE), liquid phase catalytic exchange (LPCE), electrolysis and catalyst exchange combination according to the method of moving tritium in tritiated heavy water to deuterium gas. It is classified into (CECE).
상기 물증류(Water Distillation)공정은 중수에서 삼중수소를 분리하는 가장 간단한 방법의 하나로서, 수소 동위원소 사이의 끓는점 차이를 이용해 분리하는 기술이며, 마이너스 250℃로 냉각시켜 증류하면 상대적으로 가벼운 중수소는 기체로, 무거운 삼중수소는 액체로 분리 농축된다. 중수소와 삼중수소의 액화 온도를 유지하기 위한 초저온 냉매로는 액화 수소 또는 저온 헬륨 가스를 이용한다. 그러나 이런 과정을 거쳐도 완벽한 삼중수소 분리는 불가능하다.The water distillation process is one of the simplest methods of separating tritium from heavy water. It is a separation technology that uses the difference in boiling points between hydrogen isotopes. When distilled by cooling to minus 250°C, the relatively light deuterium is released. As a gas, the heavy tritium is separated and concentrated into a liquid. Liquefied hydrogen or low-temperature helium gas is used as a cryogenic refrigerant to maintain the liquefaction temperature of deuterium and tritium. However, even through this process, it is impossible to completely separate tritium.
또한, 상기 보고서상 전기분해공정은 전해 시 발생하는 산소(O2)와 중수의 산소 (D2) 기체로 인해 용액 내 삼중수소의 농도가 높아지는 것으로 농축된 삼중수소를 액상으로 회수하는 방법을 제시하고 있다. In addition, according to the report, the electrolysis process increases the concentration of tritium in the solution due to oxygen (O 2 ) and oxygen (D 2 ) gases from heavy water generated during electrolysis, suggesting a method of recovering concentrated tritium in liquid form. I'm doing it.
그러나 이상의 종래방법과 달리, 높은 열과 전기에너지를 소비하지 않으면서 보다 효율적인 수중 삼중수소 제거 기술의 개발이 요구된다. However, unlike the above conventional methods, the development of a more efficient underwater tritium removal technology without consuming high heat and electrical energy is required.
이러한 요구에 따라, 특허문헌 1은 원전 폐수 혹은 자연 해수에 포함되어 수중의 일반 물 분자와 유사 거동을 하는 삼중수소를 광합성을 하는 미세조류를 이용하는 생물공학적 방법을 적용하여 빠르게 흡수하여 농축하여 삼중수소를 제거하는 방법 및 장치를 제시하고 있으며, 방사성 물질인 삼중수소가 주변으로 확산되고 위해를 주는 부분을 생물공학적인 방법 및 장치를 이용해 친환경적으로 차단 및 정화할 수 있고, 해수와 같은 부피가 큰 수 톤 규모 이상의 대용량 수처리도 가능하다고 보고하고 있다. In response to this request, Patent Document 1 applies a biotechnological method using microalgae that photosynthesizes tritium, which is contained in nuclear power plant wastewater or natural seawater and behaves similarly to ordinary water molecules in water, and quickly absorbs and concentrates tritium. A method and device for removing tritium, a radioactive material, can be blocked and purified in an eco-friendly way using biotechnological methods and devices in areas where tritium, a radioactive material, spreads to the surroundings and causes harm. It is reported that large-capacity water treatment of more than a ton is possible.
이에, 본 발명자들은 종래 문제점을 해소하고자 노력한 결과, 비특허문헌 2 및 비특허문헌 3에 기반하되, 유입수채널(Feed Channel)에 이온교환레진을 충진한 레독스(redox) 기반의 전기화학적 다중채널 막을 개발하고, 전압인가시 상기 유입수채널 내 이온교환레진 표면에서 전기화학적으로 이온화된 삼중수소수가 양쪽 전극이 위치한 반응채널(side channel)로 분리되어, 높은 열과 전기에너지를 소비하지 않으면서 보다 효율적인 수중 삼중수소 제거하고 그 제거성능을 최적화하여 원전 폐수중의 삼중수소를 비교적 제어가 간단한 막 모듈을 통해 효율적으로 제거 가능함을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors have tried to solve the conventional problems, and as a result, based on Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3, a redox-based electrochemical multi-channel in which the inflow channel (Feed Channel) is filled with ion exchange resin A membrane is developed, and when voltage is applied, the electrochemically ionized tritium water on the surface of the ion exchange resin in the inflow water channel is separated into a reaction channel (side channel) where both electrodes are located, making water more efficient without consuming high heat and electrical energy. The present invention was completed by removing tritium and optimizing its removal performance, confirming that tritium in nuclear power plant wastewater can be efficiently removed through a membrane module that is relatively simple to control.
본 발명의 목적은 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치를 제공하는 것이다. The purpose of the present invention is to provide a tritium removal device including a redox-based electrochemical multi-channel membrane.
본 발명의 다른 목적은 다중채널 막 스택형 모듈을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a multi-channel membrane stacked module.
본 발명의 또 다른 목적은 다중채널 막 스택형 모듈의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a multi-channel membrane stacked module.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a tritium removal device including a redox-based electrochemical multi-channel membrane.
구체적으로, 제1실시형태로는 삼중수소 오염수가 유입되는 유입수채널(Feed Channel, FC), 상기 유입수채널의 일측에 배치된 양이온 교환막, 상기 유입수채널의 타측에 배치된 음이온 교환막 및 상기 양이온 교환막 일측에 배치된 제1전극을 포함하는 제1유로 및 상기 음이온 교환막 타측에 배치된 제2전극을 포함하는 제2유로;를 포함하는 반응채널(Side Channel, SC)로 이루어지되, 상기 제1유로 및 상기 제2유로가 연결되어 유동하며, 반응채널 내 산화환원 반응 물질을 포함하는 전해액;이 포함되고, 상기 유입수채널 내 이온교환레진이 충진된 것이다. Specifically, the first embodiment includes an inflow water channel (Feed Channel, FC) through which tritium-contaminated water flows, a cation exchange membrane disposed on one side of the inflow water channel, an anion exchange membrane disposed on the other side of the inflow water channel, and one side of the cation exchange membrane. A first flow path including a first electrode disposed on the other side of the anion exchange membrane and a second flow path including a second electrode disposed on the other side of the anion exchange membrane. It consists of a reaction channel (Side Channel, SC) including the first flow path and The second flow path is connected and flows, and contains an electrolyte solution containing a redox reaction material in the reaction channel, and the inflow channel is filled with an ion exchange resin.
상기 이온교환레진은 유입수채널 공간 부피 내 70 내지 100% 충진되며, 이때, 이온교환레진은 양이온교환레진 및 음이온교환레진이 1:1 중량비율로 혼합되어 충진된 것이 바람직하다. The ion exchange resin is filled in 70 to 100% of the space volume of the inflow water channel. At this time, the ion exchange resin is preferably filled with a 1:1 weight ratio of cation exchange resin and anion exchange resin.
상기 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막 모듈에 전압인가시, 유입수채널(FC) 내 이온교환레진 표면에서 전기화학적으로 이온화된 삼중수소수가 분리 제거되며 이때, 이온교환레진은 삼중수소 오염수(원수)의 저항을 낮춰 낮은 전압에서 구동이 가능하게 하며, 바람직하게는 0.5∼2.0V 전압인 인가되며, 전압인가 시, pH 2 내지 5 조건에서 수행되면, 삼중수소의 제거효율이 증가한다. When voltage is applied to the redox-based electrochemical multi-channel membrane module, electrochemically ionized tritium water is separated and removed from the surface of the ion exchange resin in the inlet water channel (FC), and at this time, the ion exchange resin is tritium-contaminated water (raw water) ) to enable operation at a low voltage. Preferably, a voltage of 0.5 to 2.0 V is applied, and when the voltage is applied and performed under conditions of pH 2 to 5, the removal efficiency of tritium increases.
또한, 전압인가 시, 상기 산화환원 반응 물질이 전극에서 산화 반응 및 환원 반응에 의한 지속적인 이온 분리가 가능하도록 하며, 산화환원 반응 물질은 페로시안 화합물을 포함하는 것이다. In addition, when voltage is applied, the redox-reactive material enables continuous ion separation by oxidation and reduction reactions at the electrode, and the redox-reactive material includes a ferrocyan compound.
상기 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치에서, 제1전극은 상기 양이온 교환막과 이격되며, 상기 제2전극은 상기 음이온 교환막과 이격되어 형성된다.In the tritium removal device including the redox-based electrochemical multi-channel membrane, the first electrode is formed to be spaced apart from the cation exchange membrane, and the second electrode is formed to be spaced apart from the anion exchange membrane.
본 발명은 제2실시형태로서, 제1실시형태의 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 기반으로 하되, 제1유로 내 복수 개의 제1전극 및 제2유로 내 복수 개의 제2전극이 포함된 다중채널 막 스택형 모듈을 제공한다. The present invention, as a second embodiment, is based on the redox-based electrochemical multi-channel membrane of the first embodiment, but includes a plurality of first electrodes in the first flow path and a plurality of second electrodes in the second flow path. Provides a channel membrane stacked module.
또한, 본 발명은 제3실시형태로서, 제1실시형태의 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 기반으로 하되, 상기 다중채널 막이 단위 모듈로 2개 내지 10개가 직렬 결합된 다중채널 막 스택형 모듈을 제공한다. In addition, the present invention, as a third embodiment, is based on the redox-based electrochemical multi-channel membrane of the first embodiment, and is a multi-channel membrane stacked module in which 2 to 10 multi-channel membranes are connected in series as a unit module. provides.
나아가, 본 발명의 다중채널 막 스택형 모듈의 제작방법은 삼중수소 오염수가 유입되어 정체할 수 있도록 일정공간을 유입수채널(Feed Channel, FC)을 제작하고, 상기 유입수채널의 일측에 배치된 양이온 교환막, 상기 양이온 교환막 일측에 배치된 제1전극을 포함하는 제1반응채널(Side Channel, SC)을 제작하고, Furthermore, the manufacturing method of the multi-channel membrane stacked module of the present invention is to manufacture an inflow channel (FC) in a certain space so that tritium-contaminated water can flow in and stagnate, and a cation exchange membrane disposed on one side of the inflow channel. , producing a first reaction channel (Side Channel, SC) including a first electrode disposed on one side of the cation exchange membrane,
상기 유입수채널의 타측에 배치된 음이온 교환막, 상기 음이온 교환막 타측에 배치된 제2전극을 포함하는 제2반응채널(Side Channel, SC)을 제작하고, Manufacturing a second reaction channel (Side Channel, SC) including an anion exchange membrane disposed on the other side of the inflow water channel and a second electrode disposed on the other side of the anion exchange membrane,
상기 제작된 유입수채널(Feed Channel, FC)의 일측에 복수개의 제1반응채널(Side Channel, SC) 및 타측에 복수개의 제2반응채널(Side Channel, SC)을 배치하고 미리 결정된 위치에 나사와 외부 튜빙에 의해 채널간 고정한 다중채널 막 스택형 모듈의 제작방법을 제공한다. A plurality of first reaction channels (Side Channels, SC) are placed on one side of the manufactured inflow channel (Feed Channel, FC) and a plurality of second reaction channels (Side Channels, SC) are placed on the other side, and screws are placed at predetermined positions. A method of manufacturing a multi-channel membrane stacked module fixed between channels by external tubing is provided.
본 발명의 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치에 따라, 종래의 삼중수소 제거 기술과 달리, 전기화학적으로 삼중수소를 분리함으로써, 열과 전기 에너지소비 측면에서 효율적이다. 또한, 비교적 제어가 간단한 다중채널 막 및 그를 다층으로 적층한 다중채널 막 스택형 모듈을 통해 삼중수소 제거할 수 있다.According to the tritium removal device including a redox-based electrochemical multi-channel membrane of the present invention, unlike conventional tritium removal technology, tritium is electrochemically separated, making it efficient in terms of heat and electrical energy consumption. In addition, tritium can be removed through a multi-channel membrane that is relatively simple to control and a multi-channel membrane stacked module in which the membrane is stacked in multiple layers.
따라서, 원자력 발전소에서 배출되는 물에 포함된 삼중 수소제거는 물론 원전 사고에 의한 삼중수소 유출발생시에도 즉각적으로 대응할 수 있다. Therefore, it is possible to immediately respond not only to the removal of tritium contained in water discharged from a nuclear power plant, but also to the occurrence of a tritium leak due to a nuclear power plant accident.
도 1은 본 발명의 제1실시형태로서 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치의 모식도이고,
도 2는 본 발명의 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치에 전압인가시 삼중수소의 제거 결과이고,
도 3은 본 발명의 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치에 전압인가시 유입수채널 내 pH 조건에 따른 삼중수소의 제거 결과이고,
도 4는 본 발명의 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치에서 전극 수 증가에 따른 삼중수소의 제거 결과이고,
도 5는 본 발명의 제2실시형태로서 다중채널 막 스택형 모듈을 포함한 삼중수소 제거 장치의 모식도이고,
도 6은 상기 다중채널 막의 스택형 모듈의 결합도이고,
도 7은 상기 다중채널 막 스택형 모듈에서 단위 전극체의 구성도이고,
도 8은 본 발명의 다중채널 막 스택형 모듈의 주요 제작 공정을 촬영한 것이다. 1 is a schematic diagram of a tritium removal device including a redox-based electrochemical multi-channel membrane as a first embodiment of the present invention;
Figure 2 shows the results of tritium removal when voltage is applied to the tritium removal device including the redox-based electrochemical multi-channel membrane of the present invention;
Figure 3 shows the results of tritium removal according to the pH conditions in the influent channel when voltage is applied to the tritium removal device including the redox-based electrochemical multi-channel membrane of the present invention;
Figure 4 shows the results of tritium removal as the number of electrodes increases in the tritium removal device including the redox-based electrochemical multi-channel membrane of the present invention;
Figure 5 is a schematic diagram of a tritium removal device including a multi-channel membrane stacked module as a second embodiment of the present invention;
Figure 6 is an assembly diagram of the stacked module of the multi-channel membrane;
7 is a configuration diagram of a unit electrode body in the multi-channel membrane stacked module;
Figure 8 is a photograph of the main manufacturing process of the multi-channel membrane stacked module of the present invention.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 삼중수소 오염수가 유입되는 유입수채널(Feed Channel, FC), The present invention is an inflow channel (Feed Channel, FC) through which tritium-contaminated water flows,
상기 유입수채널의 일측에 배치된 양이온 교환막(11), A cation exchange membrane (11) disposed on one side of the inflow water channel,
상기 유입수채널의 타측에 배치된 음이온 교환막(12) 및 An anion exchange membrane 12 disposed on the other side of the inflow water channel, and
상기 양이온 교환막 일측에 배치된 제1전극(21)을 포함하는 제1유로(31) 및 상기 음이온 교환막 타측에 배치된 제2전극(22)을 포함하는 제2유로(32);를 포함하는 반응채널(Side Channel, SC)로 이루어지되, 상기 제1유로 및 상기 제2유로가 연결되어 유동하며, 반응채널 내 산화환원 반응 물질을 포함하는 전해액(40);이 포함되고, 상기 유입수채널 내 이온교환레진(50)이 충진된, 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치(1)를 제공한다. A first passage 31 including a first electrode 21 disposed on one side of the cation exchange membrane and a second passage 32 including a second electrode 22 disposed on the other side of the anion exchange membrane. It is composed of a channel (Side Channel, SC), and the first flow path and the second flow path are connected and flow, and includes an electrolyte solution 40 containing redox reaction substances in the reaction channel, and ions in the inlet water channel. A tritium removal device (1) including a redox-based electrochemical multi-channel membrane filled with an exchange resin (50) is provided.
도 1은 본 발명의 제1실시형태의 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치의 모식도를 나타낸 것이다. Figure 1 shows a schematic diagram of a tritium removal device including a redox-based electrochemical multi-channel membrane according to the first embodiment of the present invention.
본 발명의 삼중수소 제거 장치는 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막과 유입수채널(FC)에 충진된 이온교환레진에 의해 삼중수소를 전기화학적으로 분해 및 이온화하여 분리하는 것을 특징으로 한다. The tritium removal device of the present invention is characterized by electrochemically decomposing and ionizing tritium to separate it using a redox-based electrochemical multi-channel membrane and ion exchange resin filled in the influent channel (FC).
상기 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막에 의한 삼중수소제거 기작을 설명하면, 본 발명의 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치(1)는 유입수채널(Feed Channel, FC)에 이온교환레진(50)이 충진된 것을 특징으로 하며, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 이온교환레진(50)을 통해 물의 분해가 일어나고, 삼중수소수 역시 하기 반응식 1 및 2와 같이 분해가 일어난다. In explaining the tritium removal mechanism by the redox-based electrochemical multi-channel membrane, the tritium removal device (1) including the redox-based electrochemical multi-channel membrane of the present invention is connected to the feed channel (FC). It is characterized by being filled with ion exchange resin 50, and as shown in FIG. 1, water is decomposed through the ion exchange resin 50, and tritium water is also decomposed as shown in Schemes 1 and 2 below. .
반응식 1Scheme 1
HTO → T+ + OH- HTO → T + + OH -
반응식 2Scheme 2
HTO → H+ + OT- HTO → H + + OT -
상기 삼중수소수가 이온으로 분해되면서 전기화학적으로 전하특성에 따라 양쪽 전극으로 분리가 일어나면서 처리된 물에서 삼중수소가 제거된다. As the tritium water decomposes into ions, electrochemical separation occurs into both electrodes according to charge characteristics, and tritium is removed from the treated water.
상기 이온교환레진(50)은 유입수채널(FC) 공간 부피 내 70 내지 100% 충진되는 것이 바람직하며, 본 발명의 실시예로는 유입수채널(FC) 내부를 100%로 가득 채워 수행하고 있으나, 적어도 70% 수준으로 충진될 때 삼중수소 제거효율을 충족시킬 수 있다. The ion exchange resin 50 is preferably filled by 70 to 100% of the space volume of the influent channel (FC). In the embodiment of the present invention, the inside of the influent channel (FC) is filled to 100%, but at least When charged to 70%, the tritium removal efficiency can be met.
또한, 이온교환레진(50)은 양이온교환레진 및 음이온교환레진이 혼합되어 충진된 것이며, 상기 레진의 강산성, 약산성, 강염기성, 약염기성의 선택 또는 겔 타입이나 다공성 타입의 선택은 삼중수소 제거효율을 고려하여 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능할 것이다. 이때, 본 발명의 바람직한 실시예로는 상용제품(삼양 트리라이트)의 양이온교환레진 및 음이온교환레진이 1:1중량비율로 충진하여 실시한다. In addition, the ion exchange resin 50 is filled with a mixture of cation exchange resin and anion exchange resin, and the selection of strong acidity, weak acidity, strong base, weak base, or gel type or porous type of the resin depends on the tritium removal efficiency. In consideration of this, various variations and modifications will be possible within the technical scope of the present invention. At this time, in a preferred embodiment of the present invention, the cation exchange resin and anion exchange resin of a commercial product (Samyang Trilite) are filled in a 1:1 weight ratio.
또한, 본 발명의 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치는 삼중수소 오염수가 유입되는 유입수채널(Feed Channel, FC)과 반응채널(Side Channel, SC)로 이루어지며 상기 반응채널에서 포함되는 전해액의 산화환원 반응 물질의 레독스 반응에 의해 유입수 내 이온화된 삼중수소의 분리를 가속화시킨다.In addition, the tritium removal device including the redox-based electrochemical multi-channel membrane of the present invention consists of an inflow channel (Feed Channel, FC) through which tritium-contaminated water flows and a reaction channel (Side Channel, SC). The separation of ionized tritium in the influent is accelerated by the redox reaction of the redox reaction substances in the electrolyte solution.
상기 산화환원 반응 물질은 페로시안 화합물(Ferro cyanide)을 포함할 수 있다. The redox reactive material may include ferro cyanide.
바람직한 일례로는 Na4Fe(CN)6을 선택할 수 있으며, 산화환원 반응 물질은 하기 반응식 3과 같이 산화 환원 반응이 가역적으로 일어난다.As a preferred example, Na 4 Fe(CN) 6 can be selected, and the redox reaction material undergoes a reversible redox reaction as shown in Scheme 3 below.
반응식 3Scheme 3
Fe(CN)6 3- + e- ↔ Fe(CN)6 4- Fe(CN) 6 3- + e- ↔ Fe(CN) 6 4-
상기의 레독스 커플의 산화환원 반응 물질은 전극에서 반응하면서 이온 분리를 가속화하므로 본 발명에서의 삼중수소를 분리한다. The redox reaction material of the redox couple accelerates ion separation while reacting at the electrode, thereby separating tritium in the present invention.
상기 분리된 양이온 및 음이온은 양이온 교환막(Cation Exchange Membrane, 11)을 통해 양이온이 선택적으로 투과되고, 음이온 교환막(Anion Exchange Membrane, 12)을 통해 음이온이 선택적으로 투과될 수 있다.As for the separated cations and anions, cations may be selectively transmitted through a cation exchange membrane (Cation Exchange Membrane, 11), and anions may be selectively transmitted through an anion exchange membrane (Anion Exchange Membrane, 12).
상기 양이온 교환막(11) 및 음이온 교환막(12)은 미세공 절연 분리막이고, 이온교환(전도)막일 수 있다. 양이온 교환막(11) 및 음이온 교환막(12)은 전기물리적 분리를 위해 설치되는 것으로 미세공 절연 분리막(separator)은 이온 이동만이 가능하고, 이온교환(전도)막은 양이온(cation) 또는 음이온(anion)만을 선택적으로 이동시킬 수 있다.The cation exchange membrane 11 and the anion exchange membrane 12 are microporous insulating membranes and may be ion exchange (conducting) membranes. The cation exchange membrane 11 and the anion exchange membrane 12 are installed for electrophysical separation. The microporous insulating separator allows only ion movement, and the ion exchange (conducting) membrane allows movement of cations or anions. Only can be moved selectively.
따라서, 상기 유입수채널(FC)의 일측에 배치된 양이온 교환막(11) 및 상기 유입수채널의 타측에 배치된 음이온 교환막(12)은 특정이온의 분리를 유도하고 유입수채널(FC)과 반응채널(SC)의 오염을 방지한다. Therefore, the cation exchange membrane 11 disposed on one side of the inflow water channel (FC) and the anion exchange membrane 12 disposed on the other side of the inflow water channel induce separation of specific ions and induce separation of specific ions from the inflow channel (FC) and the reaction channel (SC). ) to prevent contamination.
본 발명의 이온 교환막(11, 12) 및 전극(21, 22)은 종래 전지, 축전지 등에 사용되어 오고 있는 것들이라면 어느 것이나 다 사용 가능하며, 당해 기술분야에 속하는 통상의 전문가가 그 사용목적 및 조건에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.The ion exchange membranes (11, 12) and electrodes (21, 22) of the present invention can be used in any of the conventional batteries, storage batteries, etc., and an ordinary expert in the relevant technical field can determine the purpose and conditions of their use. It can be selected and used appropriately.
본 발명의 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치를 통해 원전폐수의 삼중수소를 전기화학적으로 이온 분리하여 제거할 수 있으며, 그 제거효율 향상을 최적화할 수 있다. Through the tritium removal device including the redox-based electrochemical multi-channel membrane of the present invention, tritium in nuclear power plant wastewater can be removed by electrochemical ion separation, and the improvement in removal efficiency can be optimized.
또한, 이온교환레진(50)은 삼중수소 오염수(원수)의 저항을 낮춰 낮은 전압에서 구동이 가능하게 하며, 바람직하게는 0.5∼2.0V 전압인 인가되며, 전압인가 시, pH 2 내지 5 조건에서 수행되면, 삼중수소의 제거효율이 증가한다.In addition, the ion exchange resin 50 lowers the resistance of tritium-contaminated water (raw water) to enable operation at a low voltage. Preferably, a voltage of 0.5 to 2.0 V is applied, and when the voltage is applied, pH 2 to 5 conditions. When performed in , the removal efficiency of tritium increases.
도 2는 본 발명의 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치에 전압(전위) 인가시 삼중수소의 제거 결과를 도시한 것이다. Figure 2 shows the results of tritium removal when voltage (potential) is applied to the tritium removal device including the redox-based electrochemical multi-channel membrane of the present invention.
구체적으로, 삼중수소수 농도(0.125 mCi/L + 증류수)를 유지하고, 유속 5㎖/min 조건하에 전압을 0V 또는 1.2V를 인가하고 시간별로 삼중수소 제거결과를 비교 관찰한 결과, 전압인가가 없을 때(0V)는 1∼2% 제거효율을 보이나, 전압인가시(1.2V) 10% 제거효율을 구현함을 확인할 수 있다. Specifically, the concentration of tritium water (0.125 mCi/L + distilled water) was maintained, a voltage of 0V or 1.2V was applied under the condition of a flow rate of 5ml/min, and the tritium removal results were compared and observed over time, and it was found that the application of voltage When there is no voltage (0V), the removal efficiency is 1-2%, but when voltage is applied (1.2V), it can be confirmed that 10% removal efficiency is achieved.
따라서, 외부로부터 공급되는 발생한 전위차, 바람직하게는 0.5∼2.0V 범위의 전위차가 제1전극(21)과 제2전극(22)에 인가되면, 전극에는 일정한 전하량이 하전된다.Therefore, when a potential difference supplied from the outside, preferably in the range of 0.5 to 2.0 V, is applied to the first electrode 21 and the second electrode 22, the electrodes are charged with a certain amount of electric charge.
도 3은 본 발명의 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치에 전압인가시 유입수채널 내 pH 조건에 따른 삼중수소의 제거 결과를 도시한 것으로, 삼중수소수 농도(0.125 mCi/L + 증류수)를 유지하고, 유속 5㎖/min 조건하에 전압을 1.2V를 인가하되, 삼중수소가 포함된 유입수채널내 조건을 증류수, NaOH (10mM) 및 HCl (10mM) 조건으로 각각 조성한 후 시간별로 삼중수소 제거결과를 비교 관찰한 것이다. Figure 3 shows the results of tritium removal according to the pH conditions in the inflow channel when voltage is applied to the tritium removal device including the redox-based electrochemical multi-channel membrane of the present invention, tritium water concentration (0.125 mCi/L) + distilled water) is maintained, and a voltage of 1.2 V is applied under the flow rate condition of 5 mL/min, and the conditions in the inlet water channel containing tritium are set to distilled water, NaOH (10mM), and HCl (10mM), respectively, and then applied over time. The results of tritium removal were compared and observed.
그 결과, 삼중수소가 포함된 유입수채널내 조건이 증류수 또는 NaOH (10mM) 경우는 10% 수준의 삼중수소 제거효율을 보인 반면, HCl (10mM) 조건인 경우에는 15% 삼중수소 제거효율을 확인할 수 있다. As a result, when the conditions in the inlet water channel containing tritium were distilled water or NaOH (10mM), the tritium removal efficiency was at the level of 10%, whereas when the conditions were HCl (10mM), the tritium removal efficiency was 15%. there is.
상기 결과로부터 바람직하게는 전압인가 시, 유입수채널내 조건을 pH 2 내지 5 조건에서 유지되면, 삼중수소의 제거효율을 향상시킬 수 있음을 제시한다. The above results suggest that the removal efficiency of tritium can be improved if the conditions in the inlet water channel are maintained at pH 2 to 5 when voltage is applied.
본 발명의 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치에서, 전극은 양이온 교환막(11)에 인접하게 배치된 제1전극(21) 및 음이온 교환막(12)에 인접하게 배치된 제2전극(22)을 포함할 수 있다.In the tritium removal device including the redox-based electrochemical multi-channel membrane of the present invention, the electrodes include a first electrode 21 disposed adjacent to the cation exchange membrane 11 and a second electrode disposed adjacent to the anion exchange membrane 12. It may include an electrode 22.
전극(21, 22)에 흡착되는 이온의 양은 사용된 전극의 정전용량(capacitance)에 따라 결정되기 때문에 본 발명에서는 비표면적이 큰 다공성 탄소 전극(carbon electrode)이 사용된다.Since the amount of ions adsorbed on the electrodes 21 and 22 is determined by the capacitance of the electrode used, a porous carbon electrode with a large specific surface area is used in the present invention.
또한, 제1전극(21)은 양이온 교환막(11)의 일측에 배치된 제1유로(31) 내에 배치되고, 제2 전극(22)은 음이온 교환막(12)의 타측에 배치된 제2유로(32) 내에 배치될 수 있다. 상기 제1전극(21)은 양이온 교환막(11)과 이격되어 배치될 수 있고, 제2 전극(22)은 음이온 교환막(12)과 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 제 1 전극(21)에는 음전극 활물질이 코팅되어 있고, 제 2 전극(22)에는 양전극 활물질이 코팅되어 있을 수 있다.In addition, the first electrode 21 is disposed in the first flow path 31 disposed on one side of the cation exchange membrane 11, and the second electrode 22 is disposed in the second flow path (31) disposed on the other side of the anion exchange membrane 12. 32) can be placed within. The first electrode 21 may be arranged to be spaced apart from the cation exchange membrane 11, and the second electrode 22 may be placed to be spaced apart from the anion exchange membrane 12. Additionally, the first electrode 21 may be coated with a negative electrode active material, and the second electrode 22 may be coated with a positive electrode active material.
제1유로(31) 및 제2유로(32)는 상호 연통되는 것이 바람직하며, 제1유로(31) 측으로 유입된 전해액(40)은 제1전극(21) 및 제2전극(22) 측을 거쳐 제2유로(32) 측으로 배출될 수 있다.It is preferable that the first flow path 31 and the second flow path 32 communicate with each other, and the electrolyte solution 40 flowing into the first flow path 31 flows through the first electrode 21 and the second electrode 22. It can be discharged to the second flow passage 32.
도 4는 본 발명의 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치에서 전극 수 증가에 따른 삼중수소의 제거 결과로서, 삼중수소수 농도(0.125 mCi/L + 증류수)를 유지하고, 유속 5㎖/min 조건하에 전압을 1.2V를 인가하되, 카본 스택 수를 0∼3으로 달리한 후 삼중수소 제거결과를 비교 관찰한 것이다. 상기 카본 스택은 타이타늄 메쉬 및 섬유소재(Carbon cloth)의 탄소전극이 순서대로 적층된 구조의 단위 전극체로서, 상기 카본 스택 수 3은 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막에 있어서, 제1전극측 및 제2전극측에 각각 3개의 카본 스택이 구성된 것을 의미한다. Figure 4 shows the results of tritium removal as the number of electrodes increases in the tritium removal device including the redox-based electrochemical multi-channel membrane of the present invention, maintaining the tritium concentration (0.125 mCi/L + distilled water) and flow rate. A voltage of 1.2V was applied under the condition of 5ml/min, and the number of carbon stacks was varied from 0 to 3, and the tritium removal results were compared and observed. The carbon stack is a unit electrode body with a structure in which titanium mesh and carbon electrodes made of carbon cloth are stacked in order, and the carbon stack number 3 is the first electrode side in the redox-based electrochemical multi-channel membrane. This means that three carbon stacks are formed on the second electrode side, respectively.
상기 실험결과, 카본 스택 수가 증가할수록 삼중수소 제거효율이 증가됨을 확인할 수 있다. As a result of the above experiment, it can be seen that the tritium removal efficiency increases as the number of carbon stacks increases.
따라서 본 발명은 삼중수소 제거효율 향상을 위한 제2실시형태로서 상기 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막에 있어서, 제1유로 내 복수 개의 제1전극 및 제2유로 내 복수 개의 제2전극이 포함된 다중채널 막 스택형 모듈을 제공한다. Therefore, the present invention is a second embodiment for improving tritium removal efficiency, and the redox-based electrochemical multi-channel membrane includes a plurality of first electrodes in the first flow path and a plurality of second electrodes in the second flow path. Provides a multi-channel membrane stacked module.
도 5는 본 발명의 제2실시형태로서 다중채널 막 스택형 모듈을 포함한 삼중수소 제거 장치의 모식도로서, Figure 5 is a schematic diagram of a tritium removal device including a multi-channel membrane stacked module as a second embodiment of the present invention;
삼중수소 오염수가 유입되는 유입수채널(Feed Channel, FC), Feed Channel (FC) through which tritium-contaminated water flows,
상기 유입수채널의 일측에 배치된 양이온 교환막(110), A cation exchange membrane 110 disposed on one side of the inflow water channel,
상기 유입수채널의 타측에 배치된 음이온 교환막(120) 및 An anion exchange membrane 120 disposed on the other side of the inflow water channel, and
상기 양이온 교환막 일측에 배치된 내 복수 개의 제1전극(210n)을 포함하는 제1유로(310) 및 상기 음이온 교환막 타측에 배치된 복수 개의 제2전극(220n)을 포함하는 제2유로(320);를 포함하는 반응채널(Side Channel, SC)로 이루어지되, 상기 제1유로 및 상기 제2유로가 연결되어 유동하며, 반응채널 내 산화환원 반응 물질을 포함하는 전해액(400);이 포함되고, 상기 유입수채널 내 이온교환레진(500)이 충진된, 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치(2)를 제공한다. A first passage 310 including a plurality of first electrodes 210n disposed on one side of the cation exchange membrane and a second passage 320 including a plurality of second electrodes 220n disposed on the other side of the anion exchange membrane. It consists of a reaction channel (Side Channel, SC) including; wherein the first flow path and the second flow path are connected and flow, and an electrolyte solution 400 containing a redox reaction material in the reaction channel; is included, Provided is a tritium removal device (2) including a redox-based electrochemical multi-channel membrane filled with ion exchange resin (500) in the influent channel.
상기에서 제 1 유로(310)에는 복수의 제 1 전극(210n)이 배치되고, 제 2 유로(320)에는 복수의 제 2 전극(220n)이 배치된다. 예를 들면, 양이온 교환막(110)의 일측에는 복수의 제 1 전극(210a, 210b, 210c, 210d‥‥210n)이 배치되고, 음이온 교환막(22)의 타측에는 복수의 제 2 전극(220a, 220b, 220c, 220d‥‥220n)이 배치된다.In the above, a plurality of first electrodes 210n are disposed in the first passage 310, and a plurality of second electrodes 220n are disposed in the second passage 320. For example, a plurality of first electrodes 210a, 210b, 210c, 210d... 210n are disposed on one side of the cation exchange membrane 110, and a plurality of second electrodes 220a, 220b are disposed on the other side of the anion exchange membrane 22. , 220c, 220d‥‥220n) are arranged.
상기 복수 개의 제1전극(210n) 및 복수 개의 제2전극(220n)의 수는 각각 2개 내지 10개가 바람직하다. The number of first electrodes 210n and second electrodes 220n is preferably 2 to 10, respectively.
또한, 상기 복수 개의 제1전극(210n) 및 복수 개의 제2전극(220n)의 개수는 동일하게 같은 수로 구성되는 것이 바람직하다. 다만, 실시예에 따라서는 양 전극의 개수 차이를 다르게 설계 변경될 수 있다. In addition, it is preferable that the plurality of first electrodes 210n and the plurality of second electrodes 220n are composed of the same number. However, depending on the embodiment, the design may be changed to differ in the number of electrodes.
또한, 상기 복수 개의 제1전극(210n) 및 복수 개의 제2전극(220n)은 전해액에 접촉되도록 구성되며, 상기 복수 개의 제1전극(210n)에 접촉되는 전해액 및 상기 복수 개의 제2전극(220n)에 접촉되는 전해액은 서로 유동된다. In addition, the plurality of first electrodes 210n and the plurality of second electrodes 220n are configured to contact the electrolyte solution, and the electrolyte solution and the plurality of second electrodes 220n are in contact with the plurality of first electrodes 210n. ) Electrolytes in contact with each other flow.
상기 전해액에는 산화환원 반응물질이 포함되고, 바람직하게는 페로시안 화합물(Ferro cyanide)을 포함되는 것을 제1실시형태에서 설명한 바와 동일하다. The electrolyte solution contains redox reactants, preferably ferro cyanide, as described in the first embodiment.
도 6은 본 발명의 다중채널 막의 스택형 모듈의 결합을 모식적으로 도시한 것으로서, 도 7은 상기 다중채널 막 스택형 모듈에서 단위 전극체의 상세 구성을 나타낸 것으로 집전체(current collector)로서 타이타늄 메쉬 및 탄소천 (Carbon cloth) 소재의 탄소전극 유닛이 1∼10 스택으로 확대될 수 있으며, 상호 교대로 순차 배치될 수 있다. Figure 6 schematically shows the combination of the multi-channel film stacked module of the present invention, and Figure 7 shows the detailed configuration of the unit electrode body in the multi-channel film stacked module, which uses titanium as a current collector. Carbon electrode units made of mesh and carbon cloth can be expanded to 1 to 10 stacks, and can be arranged sequentially and alternately.
나아가, 본 발명은 제1실시형태의 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 단위 모듈로 2개 내지 10개가 직렬 결합된 제3실시형태의 다중채널 막 스택형 모듈을 제공한다. Furthermore, the present invention provides a multi-channel membrane stacked module of the third embodiment in which 2 to 10 redox-based electrochemical multi-channel membranes of the first embodiment are connected in series as a unit module.
본 발명의 다중채널 막 스택형 모듈의 제작방법은 The manufacturing method of the multi-channel membrane stacked module of the present invention is
삼중수소 오염수가 유입되어 정체할 수 있도록 일정공간을 유입수채널(Feed Channel, FC)을 제작하고,An inflow channel (FC) is created in a certain space so that tritium-contaminated water can flow in and stagnate.
상기 유입수채널의 일측에 배치된 양이온 교환막, 상기 양이온 교환막 일측에 배치된 제1전극을 포함하는 제1반응채널(Side Channel, SC)을 제작하고, Manufacturing a first reaction channel (Side Channel, SC) including a cation exchange membrane disposed on one side of the inflow water channel and a first electrode disposed on one side of the cation exchange membrane,
상기 유입수채널의 타측에 배치된 음이온 교환막, 상기 음이온 교환막 타측에 배치된 제2전극을 포함하는 제2반응채널(Side Channel, SC)을 제작하고, Manufacturing a second reaction channel (Side Channel, SC) including an anion exchange membrane disposed on the other side of the inflow water channel and a second electrode disposed on the other side of the anion exchange membrane,
상기 제작된 유입수채널(Feed Channel, FC)의 일측에 복수개의 제1반응채널(Side Channel, SC) 및 타측에 복수개의 제2반응채널(Side Channel, SC)을 배치하고 미리 결정된 위치에 나사와 외부 튜빙에 의해 채널간 고정한 다중채널 막 스택형 모듈의 제작방법을 제공한다. A plurality of first reaction channels (Side Channels, SC) are placed on one side of the manufactured inflow channel (Feed Channel, FC) and a plurality of second reaction channels (Side Channels, SC) are placed on the other side, and screws are placed at predetermined positions. A method of manufacturing a multi-channel membrane stacked module fixed between channels by external tubing is provided.
상기 복수개의 제1반응채널 및 제2반응채널의 수가 동일한 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 각각 2개 내지 10개인 것이다. It is preferable that the numbers of the plurality of first reaction channels and the second reaction channels are the same, more preferably 2 to 10 each.
도 8은 본 발명의 다중채널 막 스택형 모듈의 주요 제작 공정을 촬영한 것으로서, a는 상기 유입수채널(Feed Channel, FC), 제1,2반응채널(Side Channel, SC)는 16ⅹ16㎝ 크기의 프레임에 끼우도록 형성되고, 상기 프레임 사방 외측으로 3㎝ 이내에 다수개의 나사구멍과 외부에서 튜빙할 수 있도록 홀을 뚫어 제작한다. Figure 8 is a photograph of the main manufacturing process of the multi-channel membrane stacked module of the present invention, where a is the inflow channel (Feed Channel, FC) and the first and second reaction channels (Side Channel, SC) are 16 × 16 cm in size. It is formed to be inserted into a frame, and is manufactured by drilling a plurality of screw holes within 3 cm on all sides of the frame and holes for tubing from the outside.
도 8의 b는 제1, 2 반응채널에 포함되는 제1전극(또는 제2전극) 또는 복수개의 제1전극(또는 복수개의 제2전극)으로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 집전체(current collector)로서 타이타늄 메쉬와 탄소천 (Carbon cloth) 소재의 탄소전극이 교차 배치된 단위 전극체를 나타낸다. 이때, 상기 단위 전극체 내에서 타이타늄 메쉬와 탄소전극이 교차 배치된 경우, 교차 배치횟수는 1 내지 10 스택까지 확장될 수 있다. 8B is a first electrode (or a second electrode) or a plurality of first electrodes (or a plurality of second electrodes) included in the first and second reaction channels, and as shown in FIG. 7, a current collector ( As a current collector, it represents a unit electrode body in which titanium mesh and carbon electrodes made of carbon cloth are alternately arranged. At this time, when the titanium mesh and the carbon electrode are intersecting within the unit electrode body, the number of intersecting arrangements can be expanded from 1 to 10 stacks.
도 8의 c는 상기 단위 전극체가 2개 내지 10개의 복수개의 전극을 포함하여 결합된 복수개의 제1전극(또는 복수개의 제2전극)의 제작을 제시한 것이고, 도 8의 d는 제1,2반응채널(Side Channel, SC) 내부에 복수개의 제1전극(또는 복수개의 제2전극)가 체결된 구조이다. Figure 8c shows the fabrication of a plurality of first electrodes (or a plurality of second electrodes) in which the unit electrode body includes a plurality of 2 to 10 electrodes, and Figure 8d shows the first, 2 It is a structure in which a plurality of first electrodes (or a plurality of second electrodes) are fastened inside a reaction channel (Side Channel, SC).
도 8의 e는 유입수채널(Feed Channel, FC)의 양측에 복수개의 제1반응채널(Side Channel, SC) 및 복수개의 제2반응채널(Side Channel, SC)을 배치된 체결전이고, 도 8의 f는 미리 결정된 위치에 나사와 외부 튜빙에 의해 채널간 고정된 최종 다중채널 막 스택형 모듈을 나타낸다. Figure 8e is before fastening in which a plurality of first reaction channels (Side Channel, SC) and a plurality of second reaction channels (Side Channel, SC) are arranged on both sides of the inflow channel (Feed Channel, FC). f represents the final multi-channel membrane stacked module, fixed between channels by screws and external tubing at predetermined positions.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.In the above, the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, but it is clear to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the technical scope of the present invention, and it is natural that such changes and modifications fall within the scope of the appended patent claims.
FC: 유입수채널 SC: 반응채널
11: 양이온 교환막 12: 음이온 교환막
21: 제1전극 22: 제2전극
31: 제1유로 32: 제1전극
40: 전해액 50: 이온교환레진
1: 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 포함한 삼중수소 제거 장치FC: Influent channel SC: Reaction channel
11: cation exchange membrane 12: anion exchange membrane
21: first electrode 22: second electrode
31: first flow path 32: first electrode
40: Electrolyte 50: Ion exchange resin
1: Tritium removal device including redox-based electrochemical multi-channel membrane
Claims (20)
상기 유입수채널의 일측에 배치된 양이온 교환막,
상기 유입수채널의 타측에 배치된 음이온 교환막 및
상기 양이온 교환막 일측에 배치된 복수 개의 제1전극을 포함하는 제1유로 및 상기 음이온 교환막 타측에 배치된 복수 개의 제2전극을 포함하는 제2유로;를 포함하는 반응채널(Side Channel, SC)로 이루어진 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막을 기반으로 하되,
상기 제1전극 및 제2전극이 타이타늄 메쉬와 섬유소재의 탄소전극이 교차 배치된 단위 전극체로 이루어지며,
상기 복수의 제 1 전극 및 상기 복수의 제 2 전극은 산화환원 반응 물질을 포함하는 전해액에 접촉되어 서로 유동되며, 반응채널(SC) 내 산화환원 반응 물질을 포함하는 전해액;이 포함되고,
상기 유입수채널(FC)에 유입된 삼중수소 오염수가 전압인가시 유입수채널(FC) 내 이온교환레진 표면에서 전기화학적으로 이온화된 삼중수소가 분리 제거되는, 삼중수소 제거용 다중채널 막의 스택형 모듈.Feed Channel (FC) filled with ion exchange resin,
A cation exchange membrane disposed on one side of the inflow water channel,
An anion exchange membrane disposed on the other side of the inflow water channel and
A first flow path including a plurality of first electrodes disposed on one side of the cation exchange membrane and a second flow path including a plurality of second electrodes disposed on the other side of the anion exchange membrane. Based on a redox-based electrochemical multi-channel membrane,
The first electrode and the second electrode are composed of a unit electrode body in which titanium mesh and carbon electrodes made of fiber material are alternately arranged,
The plurality of first electrodes and the plurality of second electrodes are in contact with an electrolyte solution containing a redox reactive material and flow with each other, and the electrolyte solution containing a redox reactive material in the reaction channel (SC) is included,
A stacked module of a multi-channel membrane for tritium removal, in which tritium contaminated water flowing into the inflow water channel (FC) electrochemically ionized tritium is separated and removed from the surface of the ion exchange resin in the inflow water channel (FC) when voltage is applied.
상기 유입수채널의 일측에 배치된 양이온 교환막,
상기 유입수채널의 타측에 배치된 음이온 교환막 및
상기 양이온 교환막 일측에 배치된 제1전극을 포함하는 제1유로 및 상기 음이온 교환막 타측에 배치된 제2전극을 포함하는 제2유로;를 포함하는 반응채널(Side Channel, SC)로 이루어진 레독스 기반의 전기화학적 다중채널 막이 단위 모듈로 2개 내지 10개가 직렬 결합된 삼중수소 제거용 다중채널 막의 스택형 모듈.Feed Channel (FC) filled with ion exchange resin,
A cation exchange membrane disposed on one side of the inflow water channel,
An anion exchange membrane disposed on the other side of the inflow water channel and
A redox-based system consisting of a reaction channel (Side Channel, SC) including a first flow path including a first electrode disposed on one side of the cation exchange membrane and a second flow path including a second electrode disposed on the other side of the anion exchange membrane. A stacked module of multi-channel membranes for tritium removal in which 2 to 10 electrochemical multi-channel membranes are connected in series as a unit module.
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