KR20120033135A

KR20120033135A - Electrode for capacitive deionization, and capacitive deionization device using the same

Info

Publication number: KR20120033135A
Application number: KR1020100094744A
Authority: KR
Inventors: 안희수; 윤석원; 박필양; 박광규; 박승수
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-04-06

Abstract

PURPOSE: An electrode for capacitive deionization and a capacitive deionization device using the same are provided to improve the electrosorption efficiency due to a wide specific surface area and low concentration polarization. CONSTITUTION: An electrode for capacitive deionization comprises a magnetic material(20) and an electrode active material(10). The magnetic material is metal, a magnetic body, or a magnetic alloy. The electrode active material includes one or more selected from the group consisting of activated charcoal, carbon nanotube(CNT), mesoporous carbon, active carbon fiber, graphite oxide, metal oxide, and the composition thereof.

Description

Electrodes for capacitive deionization, and capacitive deionization device using the same}

본 발명은, 전기 흡착 탈 이온화용 전극 및 이를 이용한 전기 흡착 탈 이온화 장치에 관한 것이다. 본 발명의 전기 흡착 탈 이온화용 전극 및 이를 이용한 전기 흡착 탈 이온화 장치는 예를 들어, 해수의 담수화, 염수의 담수화, 폐수처리, 실험실용 용수처리, 가정의 목용용, 식기 세척용 등에 활용될 수 있다.
The present invention relates to an electrode for electrosorption deionization and an electrosorption deionization apparatus using the same. Electrode adsorption deionization electrode and the electrosorption deionization apparatus using the same of the present invention, for example, can be utilized for desalination of seawater, desalination of salt water, wastewater treatment, laboratory water treatment, household wood, dish washing, etc. have.

일반적으로 대용량의 물 정화방법에는 이온교환수지법, 역삼투막법, 증발법 등이 있으나, 대용량의 물을 처리하기 위해서 다량의 폴리머 수지와 화학약품을 사용해야 하므로 비경제적이고, 에너지 소비가 높으며 2차 오염물 발생 및 유지관리의 곤란성 등의 많은 단점이 있다. In general, large-scale water purification methods include ion exchange resin, reverse osmosis membrane, and evaporation. However, large amounts of polymer resins and chemicals must be used to treat large amounts of water, which is uneconomical, high energy consumption, and secondary pollutants. And many difficulties such as difficulty in maintenance.

최근에는 이러한 단점을 극복하기 위하여 전기흡착 탈 이온화(Capacitive Deionization: 이하 'CDI'라 한다) 장치를 이용한 전기흡착법이 최근 널리 사용되고 있다.Recently, in order to overcome these disadvantages, an electrosorption method using an electrosorption deionization (CDI) device has been widely used.

이러한 CDI 기술은 도 1에 도시한 바와 같이 다공성의(porous) 두 전극 사이에 전압을 인가하여 양극 전극(Positiveelectrode)에는 음이온이, 음극 전극(Negative electrode)에는 양이온이 전기적으로 흡착하여 물과 같은 유체 속에 용존하는 이온을 제거하는 간단한 원리에 기초한다. 이러한 CDI 기술은 전극에 이온의 흡착이 포화상태가 되면 전극의 극성을 반대로 바꾸어 주거나 전원 공급을 차단하는 방법을 통해 흡착된 이온들을 분리(탈착)시킬 수 있어 전극의 재생이 간편하다. 또한 CDI 기술은 전극의 재생을 위해 이온교환수지법이나 역삼투압법과 같이 산이나 염기 등의 세척용액을 사용하지 않으므로 2차적으로 발생하는 화학적 폐기물이 전혀 없고, 전극의 부식이나 오염이 거의 없어 수명이 반영구적이라는 장점을 갖추고 있다.
In this CDI technique, as shown in FIG. 1, a voltage is applied between two porous electrodes, and negative ions are positively adsorbed on the positive electrode and negative ions are electrically adsorbed on the negative electrode. It is based on the simple principle of removing ions dissolved in the stomach. When the adsorption of ions to the electrode is saturated, the CDI technology is capable of separating (desorbing) the adsorbed ions by reversely changing the polarity of the electrode or cutting off the power supply, thereby simplifying the regeneration of the electrode. In addition, CDI technology does not use cleaning solutions such as acids and bases such as ion exchange resin or reverse osmosis for regeneration of the electrode, so there is no secondary chemical waste and almost no corrosion or contamination of the electrode. It has the advantage of being permanent.

그러나, 기존 전기흡착 탈 이온화 장치에 사용되는 전극은 활성탄소섬유로 직조된 시트, 활성탄소섬유 부직포 시트, 활성탄분말을 시트상으로 성형한 전극 또는 전도성 탄소흡착전극 등 시트상으로 성형된 판상의 전극을 사용하고 있으나, 이러한 판상의 흡착전극을 이용할 경우, 처리대상수가 흡착전극의 표면을 따라 이동하며 흡착전극의 표면에 가장 인접한 이온상부터 흡착이 진행됨으로 인해 표면에서 농도분극이 발생하게 되어 흡착효율이 급격히 저하되는 단점이 있었다. 또한 판상의 흡착전극은 그 구조상 접촉면적이 제한될 수 밖에 없어, 이온의 흡착효율을 높이기 위해서는 모듈을 직렬로 여러 단 구성하는 방법을 사용하여야 함으로써 장치가 복잡해지고 제작비용이 상승하며, 긴 배관으로 인해 재생효율이 떨어지는 단점이 있다.
However, the electrode used in the existing electrosorption deionization apparatus is a sheet-shaped electrode such as a sheet woven from activated carbon fibers, a sheet of activated carbon fiber nonwoven fabric, an activated carbon powder into a sheet form, or a conductive carbon adsorption electrode. However, when the plate-shaped adsorption electrode is used, concentration polarization occurs on the surface because the number of treated objects moves along the surface of the adsorption electrode and adsorption proceeds from the ion phase closest to the surface of the adsorption electrode. There was a disadvantage that this sharply lowers. In addition, the plate-shaped adsorption electrode has a limited contact area due to its structure, and in order to increase the adsorption efficiency of ions, a multi-stage module must be used in series to increase the complexity of the device and increase the manufacturing cost. Due to the disadvantage of low regeneration efficiency.

또한, 일반적으로 기존의 전기흡착 탈 이온화 장치에서는 운전이 진행됨에 따라, 양극과 음극의 흡착전극 상에 각각 음이온과 양이온의 흡착이 진행되어 농도가 높아지게 된다. 이 상태에서 재생을 위해 인가되는 전압을 반대로 걸어주게 되면, 각 흡착전극에 흡착되어 있던 이온들이 동시에 탈착되고, 탈착된 고농도의 이온이 반대 전압을 띄고 있는 마주보고 있는 흡착전극 쪽으로 이동하게 된다. 마주보고 있는 흡착전극으로 이동된 이온은 장치의 정상 운전시와 같이 흡착전극에 일시에 흡착되어 재생효율을 심각하게 떨어뜨리게 된다. 이때 이온교환막은 이동한 이온이 흡착전극에 흡착되는 것을 막아주는 장벽의 역할을 하게 됨에 따라, 탈착된 이온들이 유로를 따라 외부로 배출될 수 있게 된다. 따라서 기존의 전기흡착 탈 이온화 장치의 구성에서 이온교환막은 반드시 사용하여야 하나, 이온교환막의 높은 가격으로 인한 제조비용의 상승으로 인해 역삼투막 공정이나 증발법 등 다른 공정에 비해 가격 경쟁력이 낮아지는 문제가 있다.
In addition, in the conventional electrosorption deionization apparatus, as the operation proceeds, adsorption of anions and cations on the adsorption electrodes of the anode and the cathode proceeds to increase the concentration. In this state, when the voltage applied for regeneration is reversed, the ions adsorbed on each adsorption electrode are desorbed at the same time, and the desorbed high concentration ions move toward the opposite adsorption electrode with the opposite voltage. The ions moved to the opposite adsorption electrode are adsorbed to the adsorption electrode at the same time as in the normal operation of the device, thereby seriously reducing the regeneration efficiency. At this time, the ion exchange membrane serves as a barrier to prevent the transported ions are adsorbed on the adsorption electrode, the desorbed ions can be discharged to the outside along the flow path. Therefore, the ion exchange membrane must be used in the structure of the existing electrosorption deionization apparatus, but the price competitiveness is lowered compared to other processes such as the reverse osmosis membrane process or the evaporation method due to the increase in manufacturing cost due to the high price of the ion exchange membrane. .

본 발명의 목적은 자성 물질 및 전극활물질을 포함하는 전기 흡착 탈 이온화용 전극을 이용하여 다양한 형상의 전극을 형성시킬 수 있고, 이를 통해 반응에 필요한 넓은 비표면적 및 낮은 농도분극을 제공하여 흡착효율을 증가시키는 전기 흡착 탈 이온화용 전극을 제공하기 위한 것이다. It is an object of the present invention to form electrodes of various shapes using an electrode for electrosorption deionization comprising a magnetic material and an electrode active material, thereby providing a wide specific surface area and low concentration polarization required for the reaction to improve adsorption efficiency. It is to provide an electrode for increasing the electrosorption deionization.

본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 전기 흡착 탈 이온화용 전극을 포함하여 흡착효율과 재생효율을 높이고 제작비용을 줄일 수 있는 전기 흡착 탈 이온화 장치 및 이를 이용한 전기흡착식 수처리 방법을 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to provide an electroadsorption deionization apparatus and an electroadsorption water treatment method using the same, which can increase the adsorption efficiency and regeneration efficiency and reduce the manufacturing cost, including the electrode for electrosorption deionization according to the present invention.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 전기 흡착 탈 이온화 장치의 자력을 제거하여 전극을 재생하는 전기 흡착 탈 이온화 장치의 전극 재생 방법을 제공하기 위한 것이다.
Still another object of the present invention is to provide an electrode regeneration method of an electroadsorption deionization device which regenerates an electrode by removing the magnetic force of the electrosorption deionization device according to the present invention.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 자성 물질 및 전극활물질을 포함하는 전기 흡착 탈 이온화용 전극을 제공한다. The present invention provides an electrode for electrosorption deionization comprising a magnetic material and an electrode active material as a means for solving the above problems.

본 발명은 또한 외부전원으로부터 전원을 인가 받기 위한 음극집전체와 양극집전체; 상기 음극집전체 또는 양극집전체의 일면에 자기장을 인가하는 자기장 발생 장치; 상기 음극집전체와 양극집전체 사이에 유동 가능하고, 전극활물질을 함유하는 제1전극; 상기 자기장이 인가된 집전체에 결합할 수 있도록 자성 물질 및 전극활물질을 함유하는 제2전극을 포함하는 전기 흡착 탈 이온화 장치를 제공한다.The present invention also provides a negative electrode current collector and a positive electrode current collector for receiving power from an external power source; A magnetic field generator for applying a magnetic field to one surface of the negative electrode current collector or the positive electrode current collector; A first electrode capable of flowing between the negative electrode current collector and the positive electrode current collector and containing an electrode active material; Provided is an electroadsorption deionization apparatus including a second electrode containing a magnetic material and an electrode active material so that the magnetic field can be coupled to an applied current collector.

더욱이, 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 전기 흡착 탈 이온화 장치를 사용하여 처리 대상수를 처리하는 방법에 있어서, 음극집전체 및 양극집전체에 자기장을 인가하는 단계; 읍극집전체와 양극집전체 사이로 처리대상수를 유입시키는 단계; 음극집전체 또는 양극집전체의 일면에 전류를 인가하는 단계; 및 처리대상수 중 이온을 흡착시키는 단계를 포함하는 전기흡착식 수처리 방법을 제공한다.Furthermore, as another means for solving the above problems, a method for treating the water to be treated using the electrosorption deionization apparatus according to the present invention, comprising: applying a magnetic field to the negative electrode current collector and the positive electrode current collector; Introducing a water to be treated between the current collector and the cathode collector; Applying a current to one surface of the negative electrode current collector or the positive electrode current collector; And adsorbing ions in the water to be treated.

또한, 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 전기 흡착 탈 이온화 장치의 전극 재생 방법에 있어서, 상기 자기장 발생 장치의 자기장을 제거하는 단계를 포함하는 전기 흡착 탈 이온화 장치의 전극 재생 방법을 제공한다.
In addition, as another means for solving the above problems, in the electrode regeneration method of the electrosorption deionization apparatus according to the present invention, the electrode regeneration of the electrosorption deionization apparatus comprising the step of removing the magnetic field of the magnetic field generating device Provide a method.

본 발명에서는, 자성 물질 및 전극활물질을 포함하는 전기 흡착 탈 이온화용 전극을 통해 다양한 형상의 전극을 형성시킬 수 있고, 반응에 필요한 넓은 비표면적 및 낮은 농도분극을 제공하여 흡착효율을 증가시키는 전기 흡착 탈 이온화용 전극을 제공할 수 있으며, 높은 재생효율을 갖고, 산이나 염기 등의 세척용액을 사용하지 않으므로 환경적으로 안전하며, 이온교환막이 필요하지 않아 제조비용을 감소시킬 수 있는 전기 흡착 탈 이온화 장치와 전기흡착식 수처리 방법 및 전기 흡착 탈 이온화 장치의 전극 재생 방법을 제공할 수 있다.
In the present invention, it is possible to form electrodes of various shapes through the electrode for electroadsorption deionization comprising a magnetic material and an electrode active material, and to provide a large specific surface area and low concentration polarization required for the reaction to increase the adsorption efficiency of the electrosorption Electrode deionization which can provide deionization electrode, has high regeneration efficiency, is environmentally safe because no cleaning solution such as acid or base is used, and does not require ion exchange membrane to reduce manufacturing cost A device, an electrosorption water treatment method, and an electrode regeneration method of an electrosorption deionization device can be provided.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성물체의 단면도이다.
도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 흡착 탈 이온화 장치의 개략적인 구성도이다. 1 is a cross-sectional view of an active object according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are schematic configuration diagrams of an electroadsorption deionization apparatus according to an embodiment of the present invention.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외부전원으로부터 전원을 인가 받기 위한 음극집전체와 양극집전체; 상기 음극집전체 또는 양극집전체의 일면에 자기장을 인가하는 자기장 발생 장치; 상기 음극집전체와 양극집전체 사이에 유동 가능하고, 전극활물질을 함유하는 제1전극; 상기 자기장이 인가된 집전체에 결합할 수 있도록 자성 물질 및 전극활물질을 함유하는 제2전극을 포함하는 전기 흡착 탈 이온화 장치를 제공한다.
The present invention to achieve the above object, the negative electrode current collector and the positive electrode current collector for receiving power from an external power source; A magnetic field generator for applying a magnetic field to one surface of the negative electrode current collector or the positive electrode current collector; A first electrode capable of flowing between the negative electrode current collector and the positive electrode current collector and containing an electrode active material; Provided is an electroadsorption deionization apparatus including a second electrode containing a magnetic material and an electrode active material so that the magnetic field can be coupled to an applied current collector.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As can be easily understood by those skilled in the art, the embodiments described below may be modified in various forms without departing from the concept and scope of the present invention.

도 1은 본 발명에서 사용되는 제1전극(40)과 제2전극(30)의 단면도 이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 흡착 탈 이온화 장치(100)의 개략적인 구성도를 보인 것이다.1 is a cross-sectional view of the first electrode 40 and the second electrode 30 used in the present invention, Figure 2 is a schematic configuration diagram of the electrosorption deionization apparatus 100 according to an embodiment of the present invention It is seen.

첨부된 도 1과 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 전기 흡착 탈 이온화 장치(100)는 베셀(120)의 내부에 외부전원(110)으로부터 전류를 인가 받기 위한 음극집전체(51)와 양극집전체(52)가 형성되고, 상기 음극집전체(51)와 양극집전체(52) 사이에 유동 가능하고, 전극활물질(10)을 함유하는 제1전극(40)이 형성되며 상기 음극집전체(51)의 적어도 일면에는 음극집전체(51)에 자기장을 인가하는 자기장 발생 장치(60)인 전자석이 형성되고, 상기 자기장이 인가된 음극집전체(51)에 결합할 수 있도록 자성 물질(20) 및 전극활물질(10)을 함유하는 제2전극(30)으로 구성된다.1 and 2, the electrosorption deionization apparatus 100 according to the present invention includes a negative electrode current collector 51 for receiving a current from an external power source 110 inside the vessel 120. And a positive electrode current collector 52, a first electrode 40 containing an electrode active material 10, which is movable between the negative electrode current collector 51 and the positive electrode current collector 52, and is formed. On at least one surface of the current collector 51, an electromagnet, which is a magnetic field generating device 60 for applying a magnetic field to the negative electrode current collector 51, is formed, and a magnetic material to be coupled to the negative electrode current collector 51 to which the magnetic field is applied. And the second electrode 30 containing the electrode active material 10.

더욱이, 상기 전기 흡착 탈 이온화 장치(100)에 포함되는 제2전극(30)은 자성 물질(20) 및 전극활물질(10)을 교반하여 형성되는 것으로 보다 상세한 구성에 대하여는 뒤에서 더욱 상세하게 설명한다. In addition, the second electrode 30 included in the electroadsorption deionization apparatus 100 is formed by stirring the magnetic material 20 and the electrode active material 10, which will be described in more detail later.

상기 베셀(120)의 형태는 원형이나 직사각형의 형태로 제작하여도 흡착 전극(30,40)의 충진 및 전기의 인가가 가능하나, 원통형 타입을 사용하는 것이 바람직하며 도전성이 없는 플라스틱이나 엔지니어링플라스틱 또는 고분자물질을 사용할 수 있고 스테인레스스틸, 철 또는 카본스틸에 고분자물질을 코팅하여 사용할 수 있다. 베셀(120)로 금속을 사용할 경우 베셀(120)의 내부 표면을 집전체(50)로 사용하는 것도 가능하다. Although the vessel 120 may be formed in a circular or rectangular shape, the adsorption electrodes 30 and 40 may be filled and applied with electricity, but it is preferable to use a cylindrical type. The polymer material can be used and the polymer material can be coated on stainless steel, iron or carbon steel. When the metal is used as the vessel 120, the inner surface of the vessel 120 may be used as the current collector 50.

상기 집전체(50)는 전기인가가 가능한 금속재질 또는 탄소재질이 사용 가능하고 티타늄, 스테인레스스틸 등 알로이 계통 또는 백금, 이리듐 또는 루세늄 등의 귀금속 또는 전이금속을 코팅하여 사용할 수 있으며, Cu, Al, Ni, Fe, Co 및 Ti으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 집전체(50)의 형태는 특별히 제한하는 것은 아니나, 원판에 하나 이상의 타공을 형성하여 원판의 내부로도 유로가 형성될 수 있는 구조를 사용할 수 있다.The current collector 50 may be a metal or carbon material that can be electrically applied, and may be used by coating an alloy system such as titanium or stainless steel or a precious metal or transition metal such as platinum, iridium or ruthenium, and Cu, Al It is preferred to include at least one metal selected from the group consisting of Ni, Fe, Co and Ti. In addition, the shape of the current collector 50 is not particularly limited, but one or more perforations may be formed in the disc to use a structure in which a flow path may be formed inside the disc.

상기 자기장 발생 장치(60)는 음극집전체(51) 또는 양극집전체(52)의 일면에 선택적으로 형성될 수 있으나, 상기 자기장 발생 장치(60)가 양극집전체(52)의 일면에 형성될 경우, 과전압시 발생되는 수분해로 인해, 자성 물질(20) 및 전극활물질(10)을 함유하는 제2전극(30)의 부식을 유발하거나, 자화력을 낮추어 흡착효율을 낮출 수 있다는 문제점이 있을 수 있어, 상기 도 2에서 보인 바와 같이 음극집전체(51)의 일면에 형성 되는 것이 바람직하다.The magnetic field generating device 60 may be selectively formed on one surface of the negative electrode current collector 51 or the positive electrode current collector 52, but the magnetic field generating device 60 may be formed on one surface of the positive electrode current collector 52. In this case, due to hydrolysis generated during overvoltage, there is a problem that may cause corrosion of the second electrode 30 containing the magnetic material 20 and the electrode active material 10, or lower the magnetization force to lower the adsorption efficiency. As shown in FIG. 2, it is preferable to be formed on one surface of the negative electrode current collector 51.

더욱이, 상기 자기장 발생 장치(60)는 영구적으로 자기장을 발생하는 영구자석과 일시적으로 자기장을 발생하는 일시자석을 선택하여 사용할 수 있으나, 일시자석을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 일시자석 중 전류를 흘릴 때 만 자기장을 형성하는 전자석을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. Furthermore, the magnetic field generating device 60 may select and use a permanent magnet for permanently generating a magnetic field and a temporary magnet for temporarily generating a magnetic field, but it is preferable to use a temporary magnet, and to flow a current among the temporary magnets. It is more preferable to use an electromagnet that forms a magnetic field only when.

또한, 상기 자기장 발생 장치(60)에서 생성되는 자기장의 세기는 50 내지 10000 가우스인 것이 바람직하고, 100 내지 8000가우스인 것이 보다 바람직하며, 100 내지 5000 가우스인 것이 가장 바람직하다. 상기 자기장의 세기가 50 가우스 미만일 경우 낮은 자기장의 세기로 인해 제2전극(30)과 집전체(50)의 결합 형성이 어려울 수 있고, 10000 가우스를 초과할 경우 과도한 자기장으로 인해 에너지 낭비 및 장치 오작동의 문제점이 있을 수 있다.
In addition, the strength of the magnetic field generated by the magnetic field generating device 60 is preferably 50 to 10000 gauss, more preferably 100 to 8000 gauss, and most preferably 100 to 5000 gauss. When the strength of the magnetic field is less than 50 gauss, it may be difficult to form a bond between the second electrode 30 and the current collector 50 due to the low magnetic field strength, and when the magnetic field exceeds 10000 gauss, energy waste and device malfunction due to excessive magnetic field. There may be a problem.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 흡착 탈 이온화용 전극 및 그 제조방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, an electrode for electrosorption deionization and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.

상기 도 2에서 보인 바와 같이 음극집전체(51)의 일면에 자기장 발생 장치(60)가 형성된 전기 흡착 탈 이온화 장치(100)를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 흡착 탈 이온화용 전극의 제조방법을 설명하면, 자성 물질(20)과 전극활물질(10)을 함유하는 제2전극(30)은 상기 자기장 발생 장치(60)의 자기장에 끌려 음극집전체(51)와 결합함으로써 전압을 인가 받을 수 있고, 자성 물질(20)을 함유하지 않고 전극활물질을 함유하는 제1전극은 후술하는 처리대상수의 유속에 의해 양극집전체(52)로 이동하여 전압을 인가받을 수 있게 된다. As shown in FIG. 2, an electrode for electrosorption deionization according to an embodiment of the present invention is manufactured through an electrosorption deionization apparatus 100 in which a magnetic field generating device 60 is formed on one surface of a negative electrode current collector 51. Referring to the method, the second electrode 30 containing the magnetic material 20 and the electrode active material 10 is attracted to the magnetic field of the magnetic field generating device 60 and coupled with the negative electrode current collector 51 to receive a voltage. The first electrode, which does not contain the magnetic material 20 and contains the electrode active material, may move to the positive electrode current collector 52 and receive a voltage by the flow rate of the water to be treated later.

이때, 상기 음극집전체(51)와 양극집전체(52)의 거리는 20 내지 200cm일 수 있고, 처리대상수의 (레이놀즈수(Reynolds number)가 100 내지 5000인 것이 이온흡착효율 향상과 전극의 내구성 측면에서 바람직하다.In this case, the distance between the negative electrode current collector 51 and the positive electrode current collector 52 may be 20 to 200 cm, and the (Reynolds number) of the number of objects to be treated is 100 to 5000 to improve ion adsorption efficiency and durability of the electrode. It is preferable in terms of.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 흡착 탈 이온화용 전극(제2전극)은 자성 물질(20) 및 전극활물질(10)을 포함하여 형성된다. Electrode adsorption deionization electrode (second electrode) according to an embodiment of the present invention is formed including a magnetic material 20 and the electrode active material (10).

본 발명의 전극활물질(10)은 활성탄, 카본나노튜브(CNT), 메조포러스 카본(mesoporous carbon), 활성탄소 섬유, 흑연 산화물, 금속 산화물 및 그 복합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. Electrode active material 10 of the present invention may be used at least one selected from the group consisting of activated carbon, carbon nanotubes (CNT), mesoporous carbon (mesoporous carbon), activated carbon fibers, graphite oxide, metal oxides and composites thereof.

본 발명의 자성 물질(20)로서는 자성을 갖는 것이면 특별히 제한하는 것은 아니나, 금속, 자성체, 또는 자성 합금인 것이 바람직하다. The magnetic material 20 of the present invention is not particularly limited as long as it has magnetic properties, but is preferably metal, magnetic material, or magnetic alloy.

상기 금속은 특별히 제한하지는 않으나, Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. The metal is not particularly limited, but one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, Ag, Cu, and Au may be used.

상기 자성체는 특별히 제한하지는 않으나, Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM'₂O₄, 및 M_xO_y (M 및 M'는 각각 독립적으로 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, 또는 Cr을 나타내고, x 및 y는 각각 식 "0 < x ≤ 3" 및 "0 < y ≤ 5"을 만족한다.)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. The magnetic material is not particularly limited, but Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM ' ₂ O ₄ , and M _x O _y (M and M' are each independently Co, Fe, Ni, Mn, Zn, One or more selected from the group consisting of Gd, or Cr, and x and y satisfy the formulas "0 < x < = 3 " and " 0 " y < = 5 "

상기 자성 합금은 특별히 제한하지는 않으나, CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe, 및 NiFeCo로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. The magnetic alloy is not particularly limited, but one or more selected from the group consisting of CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe, and NiFeCo may be used.

또한, 상기 자성 물질(20)의 함량은 특별히 제한되지 않으나, 전극활물질 100 중량부에 대하여 2 내지 50 중량부를 사용할 수 있고, 바람직하게는 20 내지 30 중량부를 사용할 수 있다. In addition, the content of the magnetic material 20 is not particularly limited, but may be 2 to 50 parts by weight, preferably 20 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material.

상기 자성 물질(20)의 함량이 2 중량부 미만이면 전극형성시 집전체와의 결합력이 저조할 수 있고, 50 중량부를 초과하면 과도한 첨가로 인해 전극활성물질이 상대적으로 감소되고 이로 인해 목적하는 전위차를 형성하기 어려운 문제가 있을 수 있다. When the content of the magnetic material 20 is less than 2 parts by weight, the bonding strength with the current collector may be low when forming an electrode. When the content of the magnetic material 20 is more than 50 parts by weight, the electrode active material is relatively reduced due to excessive addition, thereby causing a desired potential difference. There may be a problem that is difficult to form.

본 발명의 전기 흡착 탈 이온화용 전극(제2전극(30))과 제 1전극(40)은 구형 또는 다각형인 것이 넓은 접촉면적과 농도분극을 감소함으로써 이온흡착효율을 극대화 시킬 수 있다. Electrosorption deionization electrode (second electrode 30) and the first electrode 40 of the present invention is a spherical or polygonal to maximize the ion adsorption efficiency by reducing the large contact area and concentration polarization.

이때 상기 구형 또는 다각형의 전기 흡착 탈 이온화용 전극(제2전극(30))과 제 1전극(40)은 입경이 1 내지 5cm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.At this time, the spherical or polygonal electrosorption deionization electrode (second electrode 30) and the first electrode 40 is preferably used having a particle diameter of 1 to 5cm.

상기 구형 또는 다각형의 전기 흡착 탈 이온화용 전극(제2전극(30))과 제 1전극(40)의 입경이 1cm 미만일 경우 제조 및 취급의 어려움이 있고, 5cm 을 초과할 경우 이온흡착효율이 저하될 우려가 있다. If the particle diameters of the spherical or polygonal electrosorption deionization electrode (second electrode 30) and the first electrode 40 are less than 1 cm, manufacturing and handling are difficult, and if it exceeds 5 cm, ion adsorption efficiency is lowered. There is a concern.

한편, 본 발명의 전기 흡착 탈 이온화용 전극(제2전극(30))과 제 1전극(40)은 자성 물질(20)과 전극활물질(10)의 결합력을 증대시키고, 전극활물질(10)과 전극(30,40)의 물성을 유지시키기 위하여 바인더를 추가로 포함할 수 있으며, 전극(30,40)의 강도를 높이기 위하여 고온에서 소성하여 사용할 수도 있다. 이러한 바인더는 전극형성에 지장을 주지 않으면서 상기 자성 물질(20)과 전극활물질(10)을 결합할 수 있으면 특별히 제한되는 것은 아니나, 폴리테트라 플루오르에틸렌(PTFE)를 사용하는 것이 바람직하다. On the other hand, the electrode for electrosorption deionization (second electrode 30) and the first electrode 40 of the present invention increases the bonding force between the magnetic material 20 and the electrode active material 10, and the electrode active material 10 and A binder may be further included to maintain physical properties of the electrodes 30 and 40, and may be fired at a high temperature to increase the strength of the electrodes 30 and 40. The binder is not particularly limited as long as the magnetic material 20 and the electrode active material 10 can be bonded without affecting electrode formation, but polytetrafluoroethylene (PTFE) is preferably used.

상기 바인더의 함량은 전극활물질(10) 100 중량부에 대하여 3 내지 20 중량부를 사용할 수 있다. 이러한 바인더의 함량이 3 중량부 미만일 경우 전극활물질(10)과 자성 물질(20)의 결합이 저하될 우려가 있고, 20 중량부를 초과할 경우 상대적으로 전극활물질의 함량의 감소로 인해 이온흡착효율이 저하될 수 있다. The binder may be used in an amount of 3 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material 10. When the content of the binder is less than 3 parts by weight, the bonding between the electrode active material 10 and the magnetic material 20 may be deteriorated. When the amount of the binder exceeds 20 parts by weight, the ion adsorption efficiency may be reduced due to the decrease of the content of the electrode active material. Can be degraded.

본 발명의 전기 흡착 탈 이온화용 전극(제2전극(30))과 제 1전극(40)은 전극(30,40)의 소수성을 친수성으로 바꾸기 위하여 이온교환수지를 코팅하여 사용할 수 있다. 이때, 상기 이온교환수지의 함량은 전극활물질 100 중량부에 대하여 1 내지 50 중량부를 사용할 수 있고, 바람직하게는 3 내지 30 중량부를 사용할 수 있다. Electrodesorption deionization electrode (second electrode 30) and the first electrode 40 of the present invention may be used by coating an ion exchange resin to change the hydrophobicity of the electrodes (30, 40) to hydrophilic. In this case, the content of the ion exchange resin may be used 1 to 50 parts by weight, preferably 3 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material.

상기 이온교환수지의 함량이 1 중량부 미만일 경우, 친수성의 확보가 어려울 수 있고, 50 중량부를 초과할 경우, 상대적으로 전극활물질의 함량의 감소로 인해 이온흡착용량이 저하될 수 있다. When the content of the ion exchange resin is less than 1 part by weight, it may be difficult to secure hydrophilicity, and when the content of the ion exchange resin exceeds 50 parts by weight, the ion adsorption capacity may be lowered due to the decrease in the content of the electrode active material.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 본 발명에 따른 전기 흡착 탈 이온화 장치(100)를 사용하여 처리 대상수를 처리하는 방법에 있어서, 음극집전체(51) 및 양극집전체(52)에 전류를 인가하는 단계; 읍극집전체(61)와 양극집전체(52) 사이로 처리대상수를 유입시키는 단계; 음극집전체(51) 또는 양극집전체(52)의 일면에 자기장을 인가하는 단계; 및 처리대상수 중 이온을 흡착시키는 단계를 포함하는 전기흡착식 수처리 방법을 제공한다. In addition, in order to achieve the above object, the present invention, in the method for treating the water to be treated using the electrosorption deionization apparatus 100 according to the present invention, the negative electrode collector 51 and the positive electrode collector 52 Applying a current to the; Introducing a water to be treated between the township collector 61 and the cathode collector 52; Applying a magnetic field to one surface of the negative electrode current collector 51 or the positive electrode current collector 52; And adsorbing ions in the water to be treated.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the electrosorption water treatment method according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 흡착 탈 이온화 장치를 이용한 전기흡착식 수처리 방법을 나타낸 구성도를 보인 것이다.
Figure 3 shows a block diagram showing an electrosorption water treatment method using an electrosorption deionization apparatus according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 흡착 탈 이온화 장치(100)는 베셀(120);과, 상기 베셀(120)에 처리대상수를 공급하는 유입관(121); 상기 베셀(120)에 외부전압을 공급하는 외부전원(110); 상기 베셀(120)의 내부에서 유동 가능하도록 형성된 제1전극(30)과 제2전극(40); 상기 베셀(120)의 내부에 각 전극에 전류를 인가하는 양극집전체(52)와 음극집전체(51); 상기 양극집전체(52) 또는 음극집전체(51)의 일면에 구비된 자기장 발생 장치(60); 및 이온이 제거된 처리대상수를 배출하는 배출관(122)으로 구성되어 있다.
Referring to FIG. 3, the electroadsorption deionization apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a vessel 120; and an inlet pipe 121 for supplying water to be treated to the vessel 120. ); An external power source 110 for supplying an external voltage to the vessel 120; A first electrode 30 and a second electrode 40 formed to be movable in the vessel 120; A positive electrode current collector 52 and a negative electrode current collector 51 for applying current to each electrode in the vessel 120; A magnetic field generator 60 provided on one surface of the positive electrode collector 52 or the negative electrode collector 51; And a discharge pipe 122 for discharging the treated water from which ions have been removed.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 방법은 유입관(121)을 통해 처리대상수를 상기 양극집전체(52)와 음극집전체(51) 사이로 유입시키고, 상기 양극집전체(52) 또는 음극집전체(51)에 전류를 인가하며, 상기 자기장 발생 장치(60)를 통해 상기 양극집전체(52) 또는 음극집전체(51)에 자기장을 인가하여 상기 제1전극과 제2전극에 전류를 인가함으로써, 유입된 처리대상수 중 이온을 흡착시킴으로써 전기흡착식 수처리를 행할 수 있다.
In the electrosorption water treatment method according to an embodiment of the present invention, the water to be treated is introduced between the positive electrode current collector 52 and the negative electrode current collector 51 through an inlet pipe 121, and the positive electrode current collector 52 or An electric current is applied to the negative electrode current collector 51, and a magnetic field is applied to the positive electrode current collector 52 or the negative electrode current collector 51 through the magnetic field generating device 60 to supply current to the first electrode and the second electrode. By adsorbing, electrosorption-type water treatment can be performed by adsorbing ions in the treated water introduced.

한편, 본 발명에 따른 전기 흡착 탈 이온화 장치의 전극 재생 방법에 있어서, 상기 자기장 발생 장치(60)의 자기장을 제거하는 단계를 포함하는 전기 흡착 탈 이온화 장치의 전극 재생 방법을 제공한다.On the other hand, in the electrode regeneration method of the electrosorption deionization apparatus according to the present invention, there is provided an electrode regeneration method of the electrosorption deionization apparatus comprising the step of removing the magnetic field of the magnetic field generating device (60).

이러한 전기 흡착 탈 이온화 장치(100)의 전극(30,40) 재생 방법은 상기에서 전극(30,40)에 흡착된 이온의 제거를 통해 전극(30,40)을 재생하는 것으로, 상기 자기장 발생 장치(60)의 자기장 발생을 중지(예를 들어, 도 2에서 보인 자기장 발생 장치(60)인 전자석의 전원을 끊어 줌으로써 자기장을 제거할 수 있다)하고, 유입관(121)을 통해 깨끗한 물을 흘러줌으로써, 자기장의 인가에 의해 상기 집전체(50)와 결합되어 있던 전극(30,40)이 집전체(50)에서 떨어지게 되고, 떨어진 전극(30,40)은 상하/좌우 또는 회전운동을 통해 양이온 흡착부위와 음이온 흡착부위가 서로 부딪치게 되며, 이러한 과정을 통해 이온상이 자연스럽게 떨어져 나옴으로써 전극을 재생시킬 수 있다. The method of regenerating the electrodes 30 and 40 of the electrosorption deionization apparatus 100 is to regenerate the electrodes 30 and 40 by removing ions adsorbed to the electrodes 30 and 40. Stop generating the magnetic field of (60) (for example, the magnetic field can be removed by cutting off the power of the electromagnet, which is the magnetic field generating device 60 shown in Figure 2), and flows clean water through the inlet pipe 121 By applying a magnetic field, the electrodes 30 and 40 coupled to the current collector 50 are separated from the current collector 50 by the application of a magnetic field, and the separated electrodes 30 and 40 are positively and positively rotated through up / down / left or right rotations. The adsorption site and the anion adsorption site collide with each other, and through this process, the ion phase naturally falls off, thereby regenerating the electrode.

따라서, 본 발명의 경우, 별도의 이온교환막 없이 전극을 재생시킬 수 있어 가격 경쟁력이 높아질 수 있다.
Therefore, in the case of the present invention, it is possible to regenerate the electrode without a separate ion exchange membrane can be a price competitive.

100: 전기 흡착 탈 이온화 장치 10: 전극활물질
20: 자성 물질 30: 제2전극
40: 제1전극 50: 집전체
51: 음극집전체 52: 양극집전체
60: 자기장 발생 장치 110: 외부전원
120: 베셀 121: 유입관
122: 배출관 100: electrosorption deionization device 10: electrode active material
20: magnetic material 30: second electrode
40: first electrode 50: current collector
51: negative electrode collector 52: positive electrode collector
60: magnetic field generator 110: external power
120: vessel 121: inlet pipe
122: discharge pipe

Claims

Electrosorption deionization electrode comprising a magnetic material and an electrode active material.

The method of claim 1,
The electrode active material is an electrode for electroadsorption deionization comprising at least one selected from the group consisting of activated carbon, carbon nanotubes (CNT), mesoporous carbon, activated carbon fibers, graphite oxide, metal oxides and composites thereof.

The method of claim 1,
Electromagnetic adsorption deionization electrode, characterized in that the magnetic material is a metal, magnetic material, or magnetic alloy.

The method of claim 3, wherein
Electrode adsorption deionization electrode, characterized in that the metal is at least one selected from the group consisting of Pt, Pd, Ag, Cu and Au.

The method of claim 3, wherein
The magnetic material is Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM ' ₂ O ₄ , and MxOy (M and M' each independently represent Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, or Cr, 0 Electrode adsorption deionization electrode, characterized in that at least one selected from the group consisting of <x ≤ 3, 0 <y ≤ 5).

The method of claim 3, wherein
Electromagnetic adsorption deionization electrode, characterized in that the magnetic alloy is selected from the group consisting of CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe and NiFeCo.

The method of claim 1,
The amount of the magnetic material is 2 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material electrode for electrosorption deionization.

The method of claim 1,
The electrode for electrosorption deionization further comprises a binder.

The method of claim 8,
The binder is polytetrafluoroethylene (PTFE), the electrode for electrosorption deionization.

The method of claim 8,
The amount of the binder is 3 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material electrode for electrosorption deionization.

The method of claim 1,
The electrode for electrosorption deionization is an electrode for electrosorption deionization having a spherical or polygonal shape.

The method of claim 1,
The electrode for electrosorption deionization is an electrode for electrosorption deionization coated with ion exchange resin.

The method of claim 12,
Electrode adsorption deionization electrode is the content of the ion exchange resin is 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material.

A negative electrode current collector and a positive electrode current collector for receiving power from an external power source;
A magnetic field generator for applying a magnetic field to one surface of the negative electrode current collector or the positive electrode current collector;
A first electrode capable of flowing between the negative electrode current collector and the positive electrode current collector and containing an electrode active material;
Electrode adsorption deionization apparatus comprising a second electrode containing a magnetic material and an electrode active material so that the magnetic field can be coupled to the applied current collector.

The method of claim 14,
The magnetic field generating device is an electrosorption deionization device formed on one surface of the negative electrode current collector.

The method of claim 14,
The magnetic field generator is a temporary magnet electrosorption deionization device.

The method of claim 14,
And the current collector comprises at least one metal selected from the group consisting of Cu, Al, Ni, Fe, Co, and Ti.

The method of claim 14,
The electrode active material is an electrosorption deionization apparatus comprising at least one selected from the group consisting of activated carbon, carbon nanotubes (CNT), mesoporous carbon, activated carbon fibers, graphite oxide, metal oxides and composites thereof.

The method of claim 14,
Electromagnetic adsorption deionization apparatus, characterized in that the magnetic material of the second electrode is a metal, magnetic material, or magnetic alloy.

The method of claim 19,
And said metal is at least one selected from the group consisting of Pt, Pd, Ag, Cu and Au.

The method of claim 19,
The magnetic material is Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM ' ₂ O ₄ , and M _x O _y (M and M' are each independently Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, or Cr And at least one selected from the group consisting of 0 <x ≦ 3, 0 <y ≦ 5).

The method of claim 19,
Electromagnetic adsorption deionization apparatus, characterized in that the magnetic alloy is selected from the group consisting of CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe and NiFeCo.

The method of claim 14,
The magnetic material content of the second electrode is 2 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material electrosorption deionization apparatus.

The method of claim 14,
And said second electrode further comprises a binder.

25. The method of claim 24,
The binder is polytetrafluoroethylene (PTFE) electrosorption deionization apparatus.

The method of claim 14,
The first electrode and the second electrode is a spherical or polygonal electrosorption deionization device.

The method of claim 14,
The first electrode and the second electrode is electrosorption deionization device coated with an ion exchange resin.

The method of claim 27,
The ion exchange resin content is 3 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material electrosorption deionization apparatus.

In the method of treating the water to be treated using the electrosorption deionization apparatus according to claim 14,
Applying a current to the negative electrode current collector and the positive electrode current collector;
Introducing a water to be treated between the current collector and the cathode collector;
Applying a magnetic field to one surface of the negative electrode current collector or the positive electrode current collector; And
Electrosorption water treatment method comprising the step of adsorbing ions in the water to be treated.

In the electrode regeneration method of the electrosorption deionization apparatus according to claim 14,
And removing the magnetic field of the magnetic field generating device.