KR20150035265A - Capacitive deionization electrodes and production methods thereof, and capacitive deionization apparatus including the same - Google Patents

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KR20150035265A
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이승재
최용석
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삼성전자주식회사
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Abstract

In the present invention, provided are an electro-adsorption deionization electrode, which includes a carbon material; and a fine particle of 5 parts by weight of hydrophilic metal oxide for 100 parts by weight of the carbon material, a manufacturing method thereof and an electro-adsorption deionization device including the same. For this, the electro-adsorption deionization electrode comprises a fine particle of 4 parts by weight of hydrophilic metal oxide for 100 parts by weight of the carbon material.

Description

전기 흡착 탈이온 전극, 그 제조 방법, 및 이를 포함한 전기흡착 탈이온 장치{CAPACITIVE DEIONIZATION ELECTRODES AND PRODUCTION METHODS THEREOF, AND CAPACITIVE DEIONIZATION APPARATUS INCLUDING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrodeposition-type deionization electrode, a production method thereof, and an electrodeposition-

전기 흡착 탈이온 전극, 그 제조방법, 및 이를 포함한 전기 흡착탈이온 장치에 관한 것이다.To an electrodeposition-type deionization electrode, a production method thereof, and an electrodeposition deionization apparatus containing the same.

지역에 따라, 가정용수(domestic water)도 높은 함량의 미네랄을 포함할 수 있다. 특히, 석회암 성분이 지하수로 많이 유입되는 유럽 등지에서는 수돗물 내의 미네랄 함량이 높다. 미네랄 함량이 높은 물(즉, 경수)을 가정용 설비, 예컨대 열 교환기 또는 보일러에 사용할 경우, 관 내벽에 스케일이 생기기 쉽고, 에너지 효율이 크게 감소하는 문제가 있다. 또, 경수는 세탁 용수로 사용하기에도 부적합하다. 이 때문에, 경수로부터, 특히 친환경적으로, 이온을 제거하여 연수로 만들 수 있는 기술이 요구되고 있다. 한편, 최근 물 부족 지역의 증가와 함께 해수의 담수화를 위한 기술에 대한 수요도 증가하고 있다.Depending on the region, domestic water may also contain high levels of minerals. In particular, the mineral content in tap water is high in Europe where limestone components are mainly introduced as groundwater. When water having a high mineral content (i.e., hard water) is used in a domestic facility, such as a heat exchanger or a boiler, there is a problem in that scale is generated on the inner wall of the pipe and energy efficiency is greatly reduced. Also, the hard water is not suitable for use as a washing water. For this reason, there is a demand for a technique capable of removing ions from a light water reactor, in particular, environmentally friendly to make soft water. On the other hand, along with the recent increase in water scarcity area, demand for seawater desalination technology is increasing.

전기 흡착 탈이온화 (Capacitive Deionization: CDI) 장치는, 나노 사이즈의 세공을 포함한 전극에 전압을 인가하여, 상기 전극이 극성을 띠게 함으로써, 경수 또는 해수 등의 매질로부터 이온성 물질을 전극 표면에 흡착시켜 제거하는 장치이다. CDI 장치에 있어서 양극 및 음극의 두 전극 사이로 용존 이온을 함유하는 매질이 흐르도록 하면서 낮은 전위차의 직류 전원을 인가하면 용존 이온 중에서 음이온 성분은 양극에, 양이온 성분은 음극에 흡착되어 농축된다. 한편, 두 전극을 단락시키는 등의 방법으로 두 전극 사이에 역방향의 전류가 흐르도록 하면 상기 농축된 이온들이 상기 각 전극으로부터 탈리된다. CDI 장치는 높은 전위차를 필요로 하지 않으므로 에너지 효율이 높고, 이온 흡착시 경도 성분과 함께 유해 이온까지 제거할 수 있으며, 재생 시 화학약품을 필요하지 않다.In the electrochemical deionization (CDI) apparatus, a voltage is applied to an electrode including nano-sized pores, and the electrode is polarized, thereby adsorbing the ionic substance from the medium such as hard water or seawater to the surface of the electrode It is a device to remove. In the CDI apparatus, when a DC power source having a low potential difference is applied while allowing a medium containing dissolved ions to flow between the two electrodes of the positive and negative electrodes, the anion component is adsorbed on the positive electrode and the positive ion component is adsorbed on the negative electrode. Meanwhile, when a reverse current flows between the two electrodes by shorting the two electrodes, the concentrated ions are separated from the electrodes. Since the CDI device does not require a high potential difference, it has high energy efficiency and can remove harmful ions together with the hardness component in the ion adsorption, and no chemicals are required during regeneration.

일 구현예는 높은 흡착 용량 및 향상된 탈이온 효율을 나타내는 전기 흡착 탈이온 전극에 관한 것이다.One embodiment relates to an electrodeposition-type deionization electrode exhibiting a high adsorption capacity and an improved deionization efficiency.

다른 구현예는 상기 전기흡착 탈이온 전극의 제조 방법에 관한 것이다.Another embodiment relates to a method of manufacturing the above-described electrodeposition-type deionized electrode.

또 다른 구현예는 상기 전기흡착 탈이온 전극을 포함한 전기 흡착 탈이온 장치에 대한 것이다.Another embodiment is directed to an electrodeposition deionization device comprising the electrodeposition deionized electrode.

일 구현예에서, 전기흡착 탈이온 전극은, 탄소 재료; 및 상기 탄소 재료 100 중량부 당 5 중량부 이하의 친수성 금속 산화물의 미립자를 포함한다. In one embodiment, the electrospinning deionization electrode comprises a carbon material; And 5 parts by weight or less of hydrophilic metal oxide particles per 100 parts by weight of the carbon material.

상기 전기흡착 탈이온 전극은, 상기 탄소 재료 100 중량부 당 4 중량부 이하의 친수성 금속 산화물의 미립자를 포함할 수 있다.The electrospinning deionization electrode may include fine particles of a hydrophilic metal oxide of 4 parts by weight or less per 100 parts by weight of the carbon material.

상기 전극은, 바인더를 더 포함하고, 탄소재료, 친수성 금속 산화물 미립자, 및 바인더의 총 함량을 기준으로, 상기 친수성 금속 산화물의 양은 5 중량% 이하일 수 있다. The electrode may further include a binder, and the amount of the hydrophilic metal oxide may be 5 wt% or less based on the total content of the carbon material, the hydrophilic metal oxide fine particles, and the binder.

상기 탄소 재료는, 활성탄(activated carbon), 탄소 나노 튜브, 활성탄소 섬유, 탄소 나노 섬유, 탄소 에어로겔, 메조다공성 탄소, 및 흑연 산화물에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The carbon material may be at least one selected from activated carbon, carbon nanotubes, activated carbon fibers, carbon nanofibers, carbon aerogels, mesoporous carbon, and graphite oxides.

상기 탄소 재료는 활성탄이고, 상기 활성탄은, 탄소를 제외한 성분들의 총 중량을 기준으로, 알루미늄(Al) 함량이 2 내지 35%이고, 실리콘(Si) 함량이 3 내지 25 wt%이고, 산소(O) 함량이 20 내지 50 중량%일 수 있고, 비표면적인 1000 m2/g 이상이고, 평균 기공 직경이 2 내지 5 nm일 수 있다.Wherein the carbon material is activated carbon and the activated carbon has an aluminum (Al) content of 2 to 35%, a silicon (Si) content of 3 to 25 wt% and an oxygen (O) content based on the total weight of components excluding carbon ) Content may be 20 to 50 wt%, the specific surface area may be 1000 m 2 / g or more, and the average pore diameter may be 2 to 5 nm.

상기 친수성 금속 산화물은, SiO2, TiO2, Al2O3, BaTiO3, 또는 이들의 조합일 수 있다. The hydrophilic metal oxide may be SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , BaTiO 3 , or a combination thereof.

상기 친수성 금속 산화물의 미립자는, 평균 입경이 70nm 이하일 수 있다. The fine particles of the hydrophilic metal oxide may have an average particle diameter of 70 nm or less.

상기 친수성 금속 산화물은, 콜로이달 실리카, 실리카 분말, 실리카겔 분말, 콜로이달 티타니아, 또는 이들의 조합일 수 있다. The hydrophilic metal oxide may be colloidal silica, silica powder, silica gel powder, colloidal titania, or a combination thereof.

상기 바인더는, 양이온 교환기 또는 음이온 교환기를 포함할 수 있고, 폴리아크릴산, 폴리(아크릴산-말레산)공중합체, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스, 폴리비닐아민, 키토산, 폴리아크릴아미드, 폴리(아크릴아미드-아크릴산) 공중합체, 및 폴리(스티렌-아크릴산)공중합체로부터 선택된 1종 이상의 친수성 폴리머이거나, 혹은 폴리스티렌, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 폴리머일 수 있다.The binder may comprise a cation exchanger or an anion exchanger and is selected from the group consisting of polyacrylic acid, poly (acrylic acid-maleic acid) copolymer, polyvinyl alcohol, cellulose, polyvinylamine, chitosan, polyacrylamide, poly ) Copolymer or a poly (styrene-acrylic acid) copolymer, or at least one hydrophilic polymer selected from the group consisting of polystyrene, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polyamide, polyvinylpyrrolidone , Polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resins, and mixtures thereof.

상기 양이온 교환기는, 술폰산기(-SO3H), 카르복실기 (-COOH), 포스포닉기(-PO3H2), 포스피닉기 (-HPO3H), 아소닉기(-AsO3H2), 및 셀리노닉기(-SeO3H)에서 선택될 수 있고, 상기 음이온 교환기는, 4급 암모늄염(-NH3), 1급 아민(-NH2), 2급 아민(-NHR), 3급 아민기(-NR2), 4급 포스포늄기(-PR4), 및 3급 술포늄기 (-SR3)에서 선택될 수 있다.The cation exchanger includes a sulfonic acid group (-SO 3 H), a carboxyl group (-COOH), a phosphonic group (-PO 3 H 2 ), a phosphonic group (-HPO 3 H), an acid group (-AsO 3 H 2 (-NH 3 ), primary amine (-NH 2 ), secondary amine (-NHR), and 3-aminocarbonyl group (-SeO 3 H) (-NR 2 ), a quaternary phosphonium group (-PR 4 ), and a tertiary sulfonium group (-SR 3 ).

상기 전극은, 도전 조제, 친수성 작용기와 반응하는 관능기를 하나 이상 가진 다관능성 화합물, 또는 양자를 더 포함할 수 있다. The electrode may further include a conductive additive, a polyfunctional compound having at least one functional group reactive with a hydrophilic functional group, or both.

다른 구현예에서, 전기 흡착 탈이온 전극의 제조 방법은, 탄소 재료; 상기 탄소 재료 100 중량부 당 5 중량부 이하의 친수성 금속 산화물의 미립자; 바인더; 및 용매를 포함하는 슬러리를 얻는 단계; 및 상기 슬러리를 도전성 지지체 상에 도포하고 상기 용매를 제거하여 전극층을 형성하는 단계를 포함한다. In another embodiment, a method of making an electrodeposition-deionized electrode comprises: a carbon material; Fine particles of a hydrophilic metal oxide of 5 parts by weight or less per 100 parts by weight of the carbon material; bookbinder; And a solvent; And applying the slurry onto a conductive support and removing the solvent to form an electrode layer.

상기 탄소 재료는, 활성탄(activated carbon), 탄소 나노 튜브, 활성탄소 섬유, 탄소 나노 섬유, 탄소 에어로겔, 메조다공성 탄소, 흑연 산화물에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The carbon material may be at least one selected from activated carbon, carbon nanotubes, activated carbon fibers, carbon nanofibers, carbon aerogels, mesoporous carbon, and graphite oxides.

상기 친수성 금속 산화물은, SiO2, TiO2, Al2O3, BaTiO3, 또는 이들의 조합일 수 있다.The hydrophilic metal oxide may be SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , BaTiO 3 , or a combination thereof.

상기 친수성 금속 산화물의 미립자는, 평균 입경이 70nm 이하일 수 있다.The fine particles of the hydrophilic metal oxide may have an average particle diameter of 70 nm or less.

상기 슬러리는, 도전 조제, 친수성 작용기와 반응하는 관능기를 하나 이상 가진 다관능성 화합물, 또는 이들 모두를 더 포함할 수 있다.The slurry may further contain a conductive additive, a polyfunctional compound having at least one functional group reactive with a hydrophilic functional group, or both.

상기 방법은, 상기 슬러리가 상기 다관능성 화합물을 포함하고, 상기 전극층을 130 도씨 이상의 온도에서 열처리하여 바인더를 가교시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include the step of cross-linking the binder by heat treating the electrode layer at a temperature of 130 ° C or higher, wherein the slurry contains the polyfunctional compound.

다른 구현예에서, 전기흡착 탈이온 장치는, 탄소 재료; 및 상기 탄소 재료 100 중량부 당 5 중량부 이하의 친수성 금속 산화물의 미립자를 포함하는 전극을 포함할 수 있다.In another embodiment, the electrodeposition deionization apparatus comprises a carbon material; And 5 parts by weight or less of hydrophilic metal oxide particles per 100 parts by weight of the carbon material.

전기 흡착 탈이온 전극은 높은 이온 흡착 능력을 가져서 향상된 경수 처리 능력을 가지며, 빠른 시간 내에 다량의 고순도 처리수를 제공할 수 있다.The electrodeposition-type deionized electrode has a high ion-adsorbing ability and has an improved water-treating ability and can provide a large amount of high-purity water in a short time.

도 1은, 일구현예에 따른 전기 흡착 탈이온 장치의 개략적인 구조를 나타낸 도이다.
도 2는, 비교예 1의 전극 (도전조제 미포함)과 비교예 2의 전극(도전조제 포함)의 탈이온 성능을 나타낸 그래프이다.
도 3은, 비교예 1의 전극과 실시예 2의 전극의 탈이온 성능을 나타낸 그래프이다.
도 4는, SiO2 함량에 따른 흡착단계에서 측정된 이온 전도도 최저값 및 마지막 이온 전도도 값의 변화를 나타낸 것이다.
도 5는, SiO2 함량에 따른 소요시간 및 유지시간의 변화를 나타낸 도이다.
도 6은, SiO2 입자 크기에 따른, 흡착단계에서 측정된 이온 전도도 최저값 및 마지막 이온 전도도 값의 변화를 나타낸 도이다.
도 7은, SiO2 입자 크기에 따른 소요시간 및 유지시간의 변화를 나타낸 도이다.
도 8은, 실시예 1 내지 5의 전극과 비교예 1의 전극의 비 전기저항 (resistivity)을 나타낸 도이다.
도 9는, 실시예 1 내지 5의 전극과 비교예 1의 전극의 워터 업테이크(water uptake)를 나타낸 도이다.
도 10은, 실시예 3의 전극의 단면에 대한 SEM-EDS 분석 결과를 나타낸 도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 shows a schematic structure of an electrodeposition deionization apparatus according to one embodiment. Fig.
2 is a graph showing the deionization performance of the electrode of Comparative Example 1 (without conductive auxiliary agent) and the electrode of Comparative Example 2 (including conductive auxiliary agent).
3 is a graph showing the deionization performance of the electrode of Comparative Example 1 and the electrode of Example 2. Fig.
FIG. 4 shows changes in the lowest ionic conductivity and the last ionic conductivity measured in the adsorption step according to the content of SiO 2 .
FIG. 5 is a diagram showing the change of the required time and the holding time according to the content of SiO 2 .
FIG. 6 is a graph showing changes in the lowest ionic conductivity and the last ionic conductivity measured in the adsorption step, according to the SiO 2 particle size. FIG.
FIG. 7 is a graph showing the change of the required time and the holding time according to the SiO 2 particle size. FIG.
8 is a graph showing the resistivity of the electrodes of Examples 1 to 5 and the electrode of Comparative Example 1. Fig.
9 is a diagram showing a water uptake of the electrodes of Examples 1 to 5 and the electrode of Comparative Example 1. Fig.
10 is a graph showing the results of SEM-EDS analysis of the cross section of the electrode of Example 3. Fig.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 구현예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 구현예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Thus, in some implementations, well-known techniques are not specifically described to avoid an undesirable interpretation of the present invention. Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise. Whenever a component is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise.

또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. Also, singular forms include plural forms unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서 기술하는 구현예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 개략도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. Embodiments described herein will be described with reference to schematic diagrams which are ideal illustrations of the present invention. Thus, the regions illustrated in the figures have schematic attributes and are not intended to limit the scope of the invention. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 명세서에서, "전기 흡착 탈이온 장치" 라 함은, 적어도 한 쌍의 탈이온 전극 사이에 형성된 유로(flow path)를 통해 1종 이상의 이온 성분을 포함하는 분리 대상 유체 혹은 농축 대상 유체를 통과시키면서 전압을 가하여 상기 전극 내에 포함된 세공에 상기 이온 성분들을 흡착시켜 분리/농축할 수 있는 장치를 말한다. 상기 "전기 흡착 탈이온 장치"는 임의의 기하학적 형태를 가질 수 있다.In the present specification, the term " electrodeposition deionization device "refers to a device for passing a separation-target fluid or a concentration-target fluid containing at least one ion component through a flow path formed between at least a pair of deionization electrodes Refers to a device capable of adsorbing and separating / concentrating the ion components to pores contained in the electrode by applying a voltage. The "electrodeposition deionization device" may have any geometric shape.

일구현예에서, 전기흡착 탈이온 전극은, 탄소 재료; 및 상기 탄소 재료 100 중량부 당 5 중량부 이하, 예를 들어, 약 4 중량부 이하의 친수성 금속 산화물의 미립자를 포함한다.In one embodiment, the electrospinning deionization electrode comprises a carbon material; And 5 parts by weight or less, for example, about 4 parts by weight or less, of hydrophilic metal oxide per 100 parts by weight of the carbon material.

상기 탄소 재료는, 활성탄, 탄소 나노튜브, 활성탄소 섬유, 탄소나노 섬유, 탄소 에어로겔, 메조 다공성 탄소 (예컨대, 규칙(ordered) 메조다공성 탄소), 및 흑연 산화물에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 예컨대, 상기 탄소 재료는, 활성탄일 수 있다. 활성탄은 야자껍질, 석탄 등 다양한 공급원으로부터 제조되며, 미세 기공이 잘 발달된 무정형 탄소 집합체이다. 활성탄은 상이한 크기들의 세공을 포함하고, 예컨대 900 m2/g 이상의 높은 비표면적을 가지며, 전기 저항이 작아 전극 재료로서 유용하다. 상기 탄소 재료가 활성탄인 경우, 상기 활성탄은, 탄소를 제외한 성분들의 총 중량을 기준으로, 알루미늄(Al) 함량이 2-35 wt%, 예를 들어, 5 내지 30 wt%이고, 실리콘(Si) 함량이 3-25 wt%, 예를 들어, 7 내지 20 wt%일 수 있다. 또, 상기 활성탄은, 비표면적인 900 m2/g 이상, 예컨대 1,000 m2/g 이상일 수 있고, 평균 기공 직경이 2 내지 5 nm일 수 있다.The carbon material may be at least one selected from activated carbon, carbon nanotubes, activated carbon fibers, carbon nanofibers, carbon aerogels, mesoporous carbon (for example, ordered mesoporous carbon), and graphite oxides. For example, the carbon material may be activated carbon. Activated carbon is an amorphous carbon aggregate that is produced from various sources such as coconut shells and coal, and has well-developed micropores. Activated carbon contains pores of different sizes, has a high specific surface area of, for example, 900 m 2 / g or more, and is useful as an electrode material because of its small electric resistance. When the carbon material is activated carbon, the activated carbon preferably has an aluminum (Al) content of 2-35 wt%, for example, 5 to 30 wt% based on the total weight of components excluding carbon, The content may be 3-25 wt%, for example, 7-20 wt%. The activated carbon may have a specific surface area of 900 m 2 / g or more, for example, 1,000 m 2 / g or more, and an average pore diameter of 2 to 5 nm.

상기 친수성 금속 산화물은, SiO2, TiO2, Al2O3, BaTiO3, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 친수성 금속 산화물의 미립자는, 평균 입경이 70nm 이하, 예컨대, 60nm 이하, 50nm 이하, 40nm 이하, 30nm 이하, 20nm 이하일 수 있다. 이러한 평균 입경을 가진 친수성 금속 산화물을 포함할 경우, 탈이온 전극 사이를 통과한 처리수는 빠른 시간 내에 낮은 이온 전도도를 나타낼 수 있으면서, 이러한 낮은 이온 전도도가 더 장시간 유지될 수 있다. 상기 친수성 금속 산화물은, 콜로이달 실리카, 실리카 분말, 실리카겔 분말, 콜로이달 티타니아, 또는 이들의 조합일 수 있다. The hydrophilic metal oxide may be SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , BaTiO 3 , or a combination thereof. The fine particles of the hydrophilic metal oxide may have an average particle size of 70 nm or less, such as 60 nm or less, 50 nm or less, 40 nm or less, 30 nm or less, and 20 nm or less. When the hydrophilic metal oxide having such an average particle diameter is included, the treated water passing between the deionized electrodes can exhibit a low ion conductivity in a short time, and such a low ion conductivity can be maintained for a longer time. The hydrophilic metal oxide may be colloidal silica, silica powder, silica gel powder, colloidal titania, or a combination thereof.

탄소 재료는 동일 또는 상이한 크기(들)의 세공이 다수 존재할 수 있고, 예컨대 높은 비표면적을 가지면서 전기 저항이 작아 전기 흡착 탈이온 장치를 위한 전극 재료로서 유용하다. 그러나, 이들 탄소 재료의 표면은 소수성을 가지는 경향이 있고, 따라서 이들이 가지고 있는 흡착 용량이 크지만 이들이 처리수 등과 직접 접촉할 수 있는 면적이 제한되고, 그 접촉이 있기까지 오랜 시간이 소요될 수 있다. 이 때문에, 다수의 탄소 재료는 이들이 가지고 있는 다수의 이온 흡착 사이트를 효율적으로 이용하기 어렵고, 이에 따라, 제한된 흡착 용량을 나타낸다. 따라서, 이온 농도가 높은 원액 (예컨대, 경수 또는 해수)을, 예컨대, 빠른 속도로, 처리하기 위해서는 넓은 면적의 전극 또는 많은 양의 탄소 재료의 사용이 불가피하다. The carbon material may have a number of pores of the same or different size (s), and is useful, for example, as an electrode material for an electrodeposition deionization device having a high specific surface area and a low electric resistance. However, the surface of these carbon materials tends to have hydrophobicity, so that they have a large adsorption capacity, but they have a limited area in which they can directly come into contact with treated water and the like, and it may take a long time until the contact occurs. For this reason, it is difficult for many carbonaceous materials to efficiently utilize a large number of ion-adsorbing sites which they possess, and thus, exhibits a limited adsorption capacity. Therefore, it is inevitable to use a large-area electrode or a large amount of carbon material in order to treat, for example, a high-ion-concentration undiluted solution (for example, hard water or seawater) at a high speed.

이와 대조적으로, 전술한 일구현예에 따른 탈이온 전극은, 탄소 재료 및 친수성 금속 산화물을 포함하여, 탄소 내부로 처리수가 쉽게 침투할 수 있어, 흡착 속도가 현저히 증가하고, 더 많은 흡착 사이트를 제공할 수 있어 소량의 탄소 재료를 사용하여도 더 많은 이온을 흡착 및 제거할 수 있다. In contrast, the deionized electrode according to the above-described embodiment includes the carbon material and the hydrophilic metal oxide, so that the treated water can easily penetrate into the carbon, thereby significantly increasing the adsorption rate and providing more adsorption sites So that more ions can be adsorbed and removed even by using a small amount of carbon material.

상기 전극은, 바인더를 더 포함할 수 있다. 탈이온 전극은 반복적인 충방전 하에 놓이므로, 전극의 기계적 강도가 열화되기 쉽고, 탄소 재료의 이탈에 의해 전극 수명이 감소할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 바인더는, 탄소 재료를 전극에 고정시켜 주는 역할을 하며, 따라서 전극의 물리적 특성을 향상시킬 수 있다. 다시 말해, 바인더는, 탄소재료를 서로 연결시켜 연속적인 구조물을 형성할 수 있게 하고 각각의 전극을 집전체에 잘 부착되게 하는 바인더를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 탄소재료, 친수성 금속 산화물 미립자, 및 바인더의 총 함량을 기준으로, 상기 친수성 금속 산화물의 양은 5 중량% 이하, 예컨대, 0.01 내지 5 중량%, 또는 0.1 내지 3 중량% 일 수 있다. 상기 탄소 재료의 함량은, 50 내지 90 중량% 일 수 있다. 상기 바인더의 함량은, 9 내지 45 중량% 일 수 있다.The electrode may further include a binder. Since the deionized electrode is placed under repeated charge and discharge, the mechanical strength of the electrode tends to deteriorate, and the life of the electrode may be reduced due to the release of the carbon material. In order to prevent this, the binder serves to fix the carbon material to the electrode, thereby improving the physical properties of the electrode. In other words, the binder may further comprise a binder that allows the carbon material to be connected to each other to form a continuous structure and to allow each electrode to adhere well to the current collector. In this case, the amount of the hydrophilic metal oxide may be 5 wt% or less, for example, 0.01 to 5 wt%, or 0.1 to 3 wt% based on the total content of the carbon material, the hydrophilic metal oxide fine particles, and the binder. The content of the carbon material may be 50 to 90% by weight. The content of the binder may be 9 to 45% by weight.

상기 바인더는, 폴리아크릴산, 폴리(아크릴산-말레산)공중합체, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스, 폴리비닐아민, 키토산, 폴리아크릴아미드, 폴리(아크릴아미드-아크릴산) 공중합체, 및 폴리(스티렌-아크릴산)공중합체로부터 선택된 1종 이상의 친수성 폴리머일 수 있다. 대안적으로, 상기 바인더는, 폴리스티렌, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 폴리머일 수 있다. 상기 바인더는, 양이온 교환기 또는 음이온 교환기를 포함할 수 있다. 상기 양이온 교환기는, 술폰산기(-SO3H), 카르복실기 (-COOH), 포스포닉기(-PO3H2), 포스피닉기 (-HPO3H), 아소닉기(-AsO3H2), 및 셀리노닉기(-SeO3H)에서 선택될 수 있다. 상기 음이온 교환기는, 4급 암모늄염(-NH3), 1급 아민(-NH2), 2급 아민(-NHR), 3급 아민기(-NR2), 4급 포스포늄기(-PR4), 및 3급 술포늄기 (-SR3)에서 선택될 수 있다.Wherein the binder is selected from the group consisting of polyacrylic acid, poly (acrylic acid-maleic acid) copolymer, polyvinyl alcohol, cellulose, polyvinylamine, chitosan, polyacrylamide, poly (acrylamide- And at least one hydrophilic polymer selected from a copolymer. Alternatively, the binder may be selected from the group consisting of polystyrene, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polyamide, polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride , A polymer selected from polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resins, and mixtures thereof. The binder may include a cation exchanger or an anion exchanger. The cation exchanger includes a sulfonic acid group (-SO 3 H), a carboxyl group (-COOH), a phosphonic group (-PO 3 H 2 ), a phosphonic group (-HPO 3 H), an acid group (-AsO 3 H 2 ), And a selinolytic group (-SeO 3 H). The anion exchanger is a quaternary ammonium (-NH 3), 1 primary amine (-NH 2), 2 amine (-NHR), 3 tertiary amine group (-NR 2), quaternary phosphonium nyumgi (-PR 4 ), And a tertiary sulfonium group (-SR 3 ).

상기 전극은, 도전 조제 및/또는 친수성 작용기(예컨대, 친수성 고분자)와 반응할 수 있는 관능기를 하나 이상 가진 다관능성 화합물 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. The electrode may further include at least one of a conductive additive and / or a polyfunctional compound having at least one functional group capable of reacting with a hydrophilic functional group (e.g., a hydrophilic polymer).

도전 조제는, 전극의 도전성을 강화할 수 있다. 상기 도전 조제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 통상의 전극 제조에 사용되는 물질을 사용할 수 있다. 비제한적인 예로서, 상기 도전 조제는, 카본블랙, VGCF(Vapor Growth Carbon Fiber), 천연 흑연, 인조 흑연, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.The conductive additive can enhance the conductivity of the electrode. The kind of the conductive auxiliary agent is not particularly limited, and materials used for ordinary electrode production can be used. As a non-limiting example, the conductive additive may be a carbon-based material such as carbon black, Vapor Growth Carbon Fiber (VGCF), natural graphite, artificial graphite, acetylene black, Ketjenblack or carbon fiber; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and mixtures thereof.

상기 다관능성 화합물은, 바인더인 폴리머 사슬 간의 가교 결합을 형성하는 역할을 할 수 있다. 상기 다관능성 화합물은, 2개 이상의 카르복시산기를 가지는 화합물, 2개 이상의 히드록시기를 가지는 화합물, 2개 이상의 아민기를 가지는 화합물, 또는 2개 이상의 에폭시기를 가지는 화합물일 수 있다. 상기 다관능성 화합물은, 술폰산기, 카르복시산기, 포스포닉기(-PO3H2), 포스피닉기 (-HPO2H), 아소닉기(-AsO3H2), 셀리노닉기(-SeO3H) 등을 더 가지는 것일 수 있다. 또는, 상기 다관능성 화합물은, 암모늄염기, 1 내지 3급 아민기, 4급 포스포늄기(PR4), 3급 술포늄기(SR3) 등을 가질 수 있다. 이러한 화합물의 예는 술포숙신산, 술포살리실산를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The polyfunctional compound may play a role of forming a cross-link between polymer chains as a binder. The polyfunctional compound may be a compound having two or more carboxylic acid groups, a compound having two or more hydroxyl groups, a compound having two or more amine groups, or a compound having two or more epoxy groups. The polyfunctional compound may be at least one selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphonic group (-PO 3 H 2 ), a phosphonic group (-HPO 2 H), an acidic group (-AsO 3 H 2 ) 3 H), and the like. Alternatively, the polyfunctional compound may have an ammonium salt group, a primary to tertiary amine group, a quaternary phosphonium group (PR 4 ), and a tertiary sulfonium group (SR 3 ). Examples of such compounds include, but are not limited to, sulfosuccinic acid and sulfosalicylic acid.

다른 구현예에서, 전기 흡착 탈이온 전극의 제조 방법은, 탄소 재료; 상기 탄소 재료 100 중량부 당 5 중량부 이하의 친수성 금속 산화물의 미립자; 바인더; 및 용매를 포함하는 슬러리를 얻는 단계; 및 상기 슬러리를 도전성 지지체 상에 도포하고 상기 용매를 제거하여 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.In another embodiment, a method of making an electrodeposition-deionized electrode comprises: a carbon material; Fine particles of a hydrophilic metal oxide of 5 parts by weight or less per 100 parts by weight of the carbon material; bookbinder; And a solvent; And applying the slurry onto a conductive support and removing the solvent to form an electrode layer.

상기 슬러리를 얻는 단계는, 바인더를 용매에 용해시켜 바인더 용액을 얻는 단계; 및 상기 바인더 용액에 탄소재료 및 친수성 금속 산화물을 부가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은, 지지체 상에 도포된 전극층을 가열하여, 바인더 및 다관능성 화합물 간의 가교를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. The step of obtaining the slurry includes a step of dissolving the binder in a solvent to obtain a binder solution; And adding a carbon material and a hydrophilic metal oxide to the binder solution. The method may further include heating the applied electrode layer on the support to perform crosslinking between the binder and the polyfunctional compound.

상기 용매 제거(건조)는, 70도씨 이상의 온도, 예컨대, 100도씨 내지 200도씨, 120도씨 내지 150도씨일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 용매 제거를 위한 시간은, 10분 이상, 예컨대 30분 내지 2시간일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바인더 가교를 위한 전극층의 가열은, 100도씨 이상의 온도, 예컨대, 120 내지 150 도씨에서 20 분 이상, 예컨대, 30 분 내지 2 시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 용매 제거 및 전극층 가열은 동시에 수행될 수도 있다. The solvent removal (drying) may be at a temperature of 70 degrees Celsius or more, such as 100 degrees Celsius to 200 degrees Celsius, 120 degrees Celsius to 150 degrees Celsius, but is not limited thereto. The time for removing the solvent may be 10 minutes or more, for example, 30 minutes to 2 hours, but is not limited thereto. The heating of the electrode layer for the binder crosslinking may be performed at a temperature of 100 DEG C or more, for example, 120 to 150 DEG C for 20 minutes or more, for example, 30 minutes to 2 hours, but is not limited thereto. Solvent removal and electrode layer heating may be performed simultaneously.

탄소 재료, 친수성 금속 산화물 미립자, 바인더에 대한 내용은 전술한 바와 같다. 상기 슬러리에 포함되는 용매의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 용매는 특별히 제한되지 않으나, 바인더를 용해시킬 수 있는 용매를 사용할 수 있다. 상기 용매의 예로서, 물, 디페닐포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 아세톤, 클로로포름, 디클로로메탄, 트리클로로에틸렌, 에탄올, 메탄올, 노르말헥산 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 2종 이상의 용매의 혼합물도 사용할 수 있다. The content of the carbon material, the hydrophilic metal oxide fine particles, and the binder is as described above. The kind of the solvent contained in the slurry is not particularly limited and may be appropriately selected. For example, the solvent is not particularly limited, but a solvent capable of dissolving the binder may be used. Examples of the solvent include water, diphenylformamide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, acetone, chloroform, dichloromethane, trichlorethylene, ethanol, methanol, n-hexane, But is not limited thereto. Mixtures of two or more solvents may also be used.

상기 슬러리는, 도전 조제, 가교제, 및 친수성 작용기와 반응하는 관능기를 하나 이상 가진 다관능성 화합물 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 도전조제, 가교제, 다관능성 화합물에 대한 구체적 내용은 전술한 바와 같다.The slurry may further include at least one of a conductive auxiliary agent, a crosslinking agent, and a polyfunctional compound having at least one functional group reactive with a hydrophilic functional group. Specific details of the conductive auxiliary agent, crosslinking agent and polyfunctional compound are as described above.

상기 전극층의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 전극층의 두께는, 약 50 ㎛ 내지 500 ㎛ 의 범위, 구체적으로는, 약 100 ㎛ 내지 300 ㎛ 의 범위일 수 있다. 상기 도전성 지지체는 집전체일 수 있다. 후술하는 바의 전기흡착 탈이온 장치가 복수개의 전극 쌍을 포함하는 경우, 상기 집전체의 양쪽 면에 각각 전극이 결합될 수 있다. 상기 집전체는, 전원에 전기적으로 연결되어 전극에 전압을 인가하는 역할을 한다. 상기 집전체는, 흑연 플레이트 또는 그래파이트 호일이거나, 혹은 Cu, Al, Ni, Fe, Co, 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속, 금속 혼합물 또는 합금을 포함할 수 있다. 집전체는, 시트, 발포체(foam) 또는 메쉬 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The thickness of the electrode layer is not particularly limited and may be appropriately selected. For example, the thickness of the electrode layer may be in the range of about 50 탆 to 500 탆, specifically about 100 탆 to 300 탆. The conductive support may be a current collector. In the case where the electrodeposition deionization apparatus described later includes a plurality of electrode pairs, electrodes may be coupled to both sides of the current collector. The current collector is electrically connected to a power source to apply a voltage to the electrode. The current collector may be a graphite plate or a graphite foil or may comprise at least one metal, metal mixture or alloy selected from the group consisting of Cu, Al, Ni, Fe, Co, and Ti. The current collector may be in the form of a sheet, a foam or a mesh, but is not limited thereto.

다른 구현예에서, 전기흡착 탈이온 장치는, 탄소 재료; 및 상기 탄소 재료 100 중량부 당 5 중량부 이하의 친수성 금속 산화물의 미립자를 포함하는 전기흡착 탈이온 전극을 포함할 수 있다.In another embodiment, the electrodeposition deionization apparatus comprises a carbon material; And 5 parts by weight or less of hydrophilic metal oxide particles per 100 parts by weight of the carbon material.

탄소 재료, 친수성 금속 산화물의 미립자, 전기 흡착 탈이온 전극에 대한 내용은 전술한 바와 같다. 상기 전기 흡착 탈이온 장치는, 임의의 기하학적 구조로 형성될 수 있다. 비제한적인 예로서, 상기 전기 흡착 탈이온 장치는 도 1(A) 내지 도 1(C)에 나타낸 바의 개략적인 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 공지되었거나 상업적으로 입수 가능한 임의의 구조를 가질 수 있다. 이하, 이들 도면을 참조하여, 상기 전기 흡착 탈이온 장치를 설명한다. 도 1(A)를 참조하여 설명하면, 집전체(1)에 전극들(2,2')이 도포되고, 상기 전극들(2,2') 사이에 스페이서 구조물(3)이 삽입되어, 유로를 형성한다. 도 1(B)에 도시된 전기 흡착 탈이온 장치의 경우, 집전체(1)에 전극들(2, 2')이 코팅되고, 상기 전극들(2,2') 사이에 스페이서 구조물(3)이 삽입되어 유로를 형성하되, 양이온 선택성 투과막(4 또는 4') 및 음이온 선택성 투과막(4' 또는 4)이 상기 전극과 상기 스페이서 구조물 사이에 삽입되어 있다. 또, 도 1(C)에 도시된 장치의 경우, 집전체(1)에 전극들(2,2')이 코팅되고, 상기 전극들(2,2') 사이에 스페이서 구조물(3)이 삽입되어 유로를 형성하되, 전극(2)는 음이온 (또는 양이온) 교환성 바인더를 사용한 양극 (또는 음극)이고, 전극(2')는 양이온 (또는 음이온) 교환성 바인더를 사용한 음극 (또는 양극)이다.Carbon material, fine particles of hydrophilic metal oxide, and electrodeposition-deionized electrode are as described above. The electrodeposition deionization device may be formed into any geometrical structure. By way of non-limiting example, the electrodeposition deionization device may have a schematic structure as shown in Figs. 1 (A) to 1 (C), but is not limited thereto, and may be any known or commercially available structure Lt; / RTI > Hereinafter, the above-described electrodeposition-deionizing apparatus will be described with reference to these drawings. 1 (A), the electrodes 2, 2 'are applied to the current collector 1, and the spacer structure 3 is inserted between the electrodes 2, 2' . In the case of the electrodeposition deionization apparatus shown in Fig. 1 (B), the current collector 1 is coated with electrodes 2 and 2 ', and the spacer structure 3 is formed between the electrodes 2, Is inserted to form a channel, wherein a cation-selective permeable membrane (4 or 4 ') and an anion-selective permeable membrane (4' or 4) are inserted between the electrode and the spacer structure. 1 (C), the current collector 1 is coated with electrodes 2, 2 ', and the spacer structure 3 is inserted between the electrodes 2, 2' (Or a cathode) using an anion (or cation) exchangeable binder and the electrode 2 'is a cathode (or an anode) using a cation (or anion) exchangeable binder .

상기 전기 흡착 탈이온 장치는, 상기 스페이서 구조물과 상기 다공성 전극 사이에 배치된 전하 장벽(charge barrier)을 더 포함할 수 있다. 상기 전하 장벽은, 양이온 선택성 투과막 또는 음이온 선택성 투과막일 수 있다. 상기 양이온 또는 음이온 선택성 투과막은 적절한 방법으로 제조될 수 있거나 혹은 시판 중인 제품을 사용할 수 있다. 상기 전기 흡착 탈이온 장치에서 사용할 수 있는 양이온 또는 음이온 선택성 투과막의 구체적인 예로서, Tokuyama사 제조의 Neosepta CMX 또는 Neosepta AMX 등을 들 수 있으나. 이에 제한되는 것은 아니다. The electrodeposition deionization device may further comprise a charge barrier disposed between the spacer structure and the porous electrode. The charge barrier may be a cation-selective permeable membrane or an anion-selective permeable membrane. The cationic or anionic selective permeable membrane may be prepared by a suitable method or a commercially available product may be used. Specific examples of the cationic or anion-selective permeable membrane that can be used in the above-described electroabsorption deionization device include Neosepta CMX or Neosepta AMX manufactured by Tokuyama Co., But is not limited thereto.

상기 전기 흡착 탈이온 전극은, 전기흡착 탈이온 장치에서 뿐만 아니라, 캐패시터, 이차전지, 연료 전지 등의 전자 소자에서도 그 유용성을 찾을 수 있다. The above-described electrodeposition-type deionization electrode can be found not only in an electrodeposition deionization apparatus but also in electronic devices such as a capacitor, a secondary battery, and a fuel cell.

상기 전기흡착 탈이온 전극을 포함한 전기 흡착 탈이온 장치는, 초순수 제조, 염분을 제거하는 물 정제 공정 (예컨대, 해수의 담수화), 칼슘이온을 제거하는 (경수를 연수로 바꾸는) 탈이온 공정 및 이를 활용한 음료수 제조 공정, 생활가전 제품 (세탁기, 식기세척기, 스팀 청소기, 냉장고, 정수기, 커피 메이커), 증류수 내의 이온을 제거하는 보일러 및 공업용수 제조 공정 분야 등, 광범위한 분야에서 적용할 수 있다.
The electrodeposition deionization apparatus including the above-described electrodeposition-type deionization electrode may be a deionization process for removing ultra-pure water, a water purification process for removing salt (for example, desalination of seawater), a calcium ion removal process It can be applied to a wide range of fields such as used beverage manufacturing process, domestic appliances (washing machine, dishwasher, steam cleaner, refrigerator, water purifier, coffee maker), boiler for removing ions in distilled water and industrial water production process.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. It should be noted, however, that the embodiments described below are only intended to illustrate or explain the invention in detail, and thus the present invention should not be limited thereto.

[[ 실시예Example ]]

실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 4: CDI 전극 제조 Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 : Preparation of CDI Electrode

교반 용기에 활성탄(SPY, 제조사: 삼천리카보텍(주), 탄소를 제외한 성분의 함량= 13 wt%, 탄소를 제외한 성분 중, Al 함량= 30 wt%, Si 함량= 8 wt%, O 함량= 35 wt%, 평균 기공 직경 = 2.7 nm), PVA 수용액(제조사: 알드리치사, 분자량 85,000), 술포숙신산(SSuA), 술포살리실산(SSaA), 콜로이드성 실리카(Ludox, 알드리치사, 40 wt% Si/H2O, 34 wt% Si/H2O)), 실리카 분말(제조사: 알드리치사), KIT-6 (합성 비정형 실리카), super P(제조사: Timcal Graphite & Carbon)를 하기 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같은 양으로 각각 부가하여 슬러리를 제조한다. 제조된 슬러리를 닥터 블레이드로 그라파이트 시트에 도포하고, 130도씨에서 1시간 동안 건조하여 활물질 두께가 150 내지 250 ㎛인 전극을 제조한다. Al content = 30 wt%, Si content = 8 wt%, and O content = 10 wt% in the components other than carbon (SPY, manufactured by Samchully Carbotech Co., (SSAA), colloidal silica (Ludox, Aldrich, 40 wt.% Si / SiO2), and the average pore diameter H 2 O, 34 wt% Si / H 2 O), silica powder (manufactured by Aldrich), KIT-6 (synthetic amorphous silica) and super P (manufactured by Timcal Graphite & Carbon) , Respectively, to prepare a slurry. The prepared slurry is coated on a graphite sheet with a doctor blade and dried at 130 ° C for 1 hour to prepare an electrode having an active material thickness of 150 to 250 μm.

Figure pat00001
Figure pat00001

비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 0 % Si_w/도전재0% Si_w / conductive material 0% Si_w/o도전재0% Si_w / o conductive material 1% Si 분말1% Si powder 1% 합성 실리카 합성물1% synthetic silica composite Si 입자크기(nm)Si particle size (nm) NANA ~100~ 100 ~500 ~ 500 mass(g)mass (g) wt%wt% mass(g)mass (g) wt%wt% mass(g)mass (g) wt%wt% mass(g)mass (g) wt%wt% 10wt% PVA10 wt% PVA 12.612.6 26.826.8 12.612.6 29.629.6 12.612.6 26.826.8 12.612.6 26.826.8 40 wt%Si/H2O40 wt% Si / H 2 O 0.00.0 0.00.0 34 wt%Si/H2O34 wt% Si / H 2 O Si powderSi powder 0.050.05 1.11.1 KIT-6 (powder)KIT-6 (powder) 0.050.05 1.11.1 SsuASsuA 0.7740.774 0.7740.774 0.7740.774 0.7740.774 SsaASsaA 2.8982.898 2.8982.898 2.8982.898 2.8982.898 super Psuper P 0.450.45 9.69.6 SPYSPY 33 63.763.7 33 70.470.4 3.43.4 72.272.2 3.43.4 72.272.2 total(g)total (g) 4.7104.710 100.0100.0 4.2604.260 100.0100.0 4.7104.710 100.0100.0 4.7104.710 100.0100.0 고형분(SC)/total(%)Solids (SC) / total (%) 23.8823.88 22.1022.10 23.8823.88 23.8823.88

전기 흡착 탈이온 실험 I: Electro Adsorption Deionization Experiment I :

실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 4로부터 제조된 전극을 캐소드로, PVA, GTMAc (글리시딜트리메틸암모늄 클로라이드: glucidyl trimethylammonium chloride), 글루타르산(glutaric acid), SPY 활성탄 혼합 슬러리로 제조된 전극을(활물질 두께: 250㎛) 애노드로 사용하고, 폴리아미드 메쉬 (polyamide mesh, 제조사: SEFAR, 두께: 100㎛)를 스페이서로 사용하여, 도 1 (C)에 나타낸 전기 흡착 탈이온 장치를 제조한다. 혼합 이온 농도 200 ppm 의 경수를 제조된 전기 흡착 탈이온 장치에 유속 28cc/분의 속도로 주입하면서, 1.5V에서 1분간 충전 상태와 -0.8V 에서 5분간 방전 상태를 유지하며 충/방전을 반복한다. 상기 장치의 출구에서 측정되는 배출수의 이온 전도도를 측정하여 이온의 흡착/탈착 거동을 관찰한다. 그 결과를 도 2 내지 도 7에 나타낸다.The electrodes prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 were used as cathodes and the electrodes were made of PVA, GTMAc (glucidyl trimethylammonium chloride), glutaric acid, mixed slurry of SPY activated carbon 1C was manufactured using an electrode (active material thickness: 250 μm) as an anode and a polyamide mesh (manufacturer: SEFAR, thickness: 100 μm) as a spacer do. The water of 200 ppm mixed ion concentration was injected into the prepared electrodeposition deionizer at a flow rate of 28 cc / min. While charging at 1.5 V for 1 minute and discharging at -0.8 V for 5 minutes, charging / discharging was repeated do. The ionic conductivity of the effluent measured at the outlet of the apparatus is measured to observe the adsorption / desorption behavior of the ions. The results are shown in Fig. 2 to Fig.

도 2는, 도전 조제로서 super P를 첨가한 비교예 1의 전극과 도전 조제가 없는 비교예 2의 전극의 탈이온 성능을 비교한 것이다. 도 2의 결과에 따르면, 도전 조제의 부가가 최저 이온 농도에 실질적인 영향을 미치지 않으며, 성능 향상에 거의 기여하지 못함을 확인한다.2 compares the deionization performance of the electrode of Comparative Example 1 in which super P is added as a conductive auxiliary agent and the electrode of Comparative Example 2 in which there is no conductive auxiliary agent. According to the results shown in Fig. 2, it is confirmed that the addition of the conductive additive does not substantially affect the lowest ion concentration, and contributes little to the performance improvement.

도 3은, 비교예 1의 전극과 실시예 2의 전극의 탈이온 성능을 비교한 것이다. 도 3의 결과로부터, 친수성 금속 산화물 미립자를 가진 실시예 2의 전극은, 비교예 1의 전극에 비해 현저히 낮은 최소 이온 전도도를 가지며, 충전 1분 경과 시점에서도 비교예 1의 전극에 비해 현저히 낮은 이온 전도도 값을 가짐을 확인한다. 즉, 콜로이드 SiO2 입자의 첨가에 의해 빠른 흡착 거동과 큰 폭의 흡착 용량 증가가 확인된다. 특정 이론에 구속되려 함은 아니지만, 이는, 부가된 친수성 금속 산화물 미립자가 경수를 전극 내부까지 신속하게 이동시키기 때문인 것으로 생각된다. 이러한 결과는 실시예 2의 전극이 비교예 1의 전극에 비해 현저히 향상된 탈이온 성능 및 효율을 가짐을 시사한다.3 compares the deionization performance of the electrode of Comparative Example 1 with that of the electrode of Example 2. Fig. 3, the electrode of Example 2 having hydrophilic metal oxide fine particles had a significantly lower minimum ion conductivity than that of the electrode of Comparative Example 1 and had a significantly lower ion conductivity than the electrode of Comparative Example 1 even after 1 minute of charging Confirm that it has conductivity value. That is, by the addition of colloidal SiO 2 particles, fast adsorption behavior and a large increase in adsorption capacity are confirmed. Without wishing to be bound by any particular theory, this is believed to be due to the fact that the added hydrophilic metal oxide fine particles rapidly transfer the hard water to the inside of the electrode. These results suggest that the electrode of Example 2 has significantly improved deionization performance and efficiency as compared to the electrode of Comparative Example 1.

도 4는, SiO2 함량에 따른 흡착단계(1분간 충전 상태)에서 측정된 이온 전도도 최저값 및 마지막 이온 전도도 값을 그래프로 나타낸 것이다. 도 4로부터, 실시예 1, 2, 3, 4, 및 5에 따라 제조된 전극은, 비교예 1의 전극에 비해 현저히 낮은 이온 전도도 최저값 및 마지막 이온 전도도 값을 가지는 것을 확인한다. 구체적으로, 0.4 wt% SiO2 함량에서 가장 낮은 최소 이온 전도도값을 나타냈으며, 흡착단계의 마지막 이온 전도도 값(탈이온 처리량을 평가하는 지표)도 61 μS/cm로 확인된다. FIG. 4 is a graph showing the values of the lowest ionic conductivity and the final ionic conductivity measured in the adsorption step (charging state for 1 minute) according to the content of SiO 2 . From FIG. 4, it is confirmed that the electrodes manufactured according to Examples 1, 2, 3, 4, and 5 have significantly lower ion conductivity and last ion conductivity than the electrodes of Comparative Example 1. Specifically, the lowest minimum ionic conductivity at 0.4 wt% SiO 2 content was found, and the final ionic conductivity at the adsorption step (an indicator for evaluating deionization throughput) was also found to be 61 μS / cm.

도 5는, SiO2 함량에 따른 소요시간 및 유지시간을 나타낸 것이다. 여기서 "소요시간" 이라 함은, 전극을 통과한 배출수의 이온 전도도가 90 μS/cm에 도달하는 데에 소요되는 시간을 말한다. 여기서 "유지시간" 이라 함은, 배출수가 90 μS/cm 이하의 이온 전도도를 유지하는 시간을 말한다. (Running time: 운전시간) 도 5로부터 실시예 1, 2, 3, 4, 및 5에 따라 제조된 전극은, 비교예 1의 전극에 비해 소요시간이 현저히 감소되고 유지시간이 현저히 증가함을 알 수 있다. 한편, SiO2 함량 0.4 wt% 경우 최대 경수 처리 능력이 확인된다. 90 μS/cm를 도달하는데 걸리는 소요시간과 유지시간은 각각 5초 (비교예 1 대비 45% 감소)와 55초(비교예 1 대비 100% 증가)로 확인된다.
5 shows the required time and holding time according to the content of SiO 2 . Here, the term "required time" refers to the time required for the ion conductivity of the drain water that has passed through the electrode to reach 90 mu S / cm. Here, the term "holding time" refers to the time during which the discharged water retains the ionic conductivity of 90 μS / cm or less. (Running time) From FIG. 5, it was found that the electrodes manufactured according to Examples 1, 2, 3, 4, and 5 significantly reduced the time required and the holding time significantly compared to the electrode of Comparative Example 1 . On the other hand, when the SiO 2 content is 0.4 wt%, the maximum water treatment capacity is confirmed. The time required to reach 90 μS / cm and the retention time are confirmed to be 5 seconds (45% decrease compared to Comparative Example 1) and 55 seconds (100% increase relative to Comparative Example 1), respectively.

도 6은, SiO2 입자 크기에 따른, 흡착단계에서 측정된, 이온 전도도 최저값 및 마지막 이온 전도도 값을 그래프로 나타낸 것이다. 도 6으로부터, 실시예 3, 실시예 6의 전극은, 비교예 3 및 4에 따라 제조된 전극에 비해 현저히 낮은 이온 전도도 최저값 및 마지막 이온 전도도 값을 가지는 것을 확인한다. SiO2 입자가 작아질수록 이온 전도도 값이 감소한다. 이는, 흡착할 수 있는 표면적이 커지게 되어 흡착 용량이 증가한 것으로 생각된다. SiO2 입자 크기는 20nm 이하일 수 있다. FIG. 6 is a graph showing the values of the lowest ionic conductivity and the last ionic conductivity measured in the adsorption step, according to the SiO 2 particle size. From FIG. 6, it is confirmed that the electrodes of Examples 3 and 6 have significantly lower ion conductivity and final ion conductivity than the electrodes prepared according to Comparative Examples 3 and 4. The SiO 2 particles is made small to decrease the ion conductivity. This is considered to be because the surface area that can be adsorbed is increased and the adsorption capacity is increased. The SiO 2 particle size may be 20 nm or less.

도 7은, SiO2 입자 크기에 따른 소요시간 및 유지시간을 나타낸 것이다. 도 7으로부터 실시예 3 및 실시예 6에 따라 제조된 전극은, 낮은 수준의 소요시간 및 증가된 유지시간을 나타냄을 알 수 있다. SiO2 입자가 작아질수록 경수 처리 양이 많아지며, 일정 입자크기 이상인 경우 실제로 사용 가능한 연수처리(<100 μS/cm, 처리율 90%) 범위를 벗어날 수 있다.
FIG. 7 shows the time required for the SiO 2 particle size and the retention time. From FIG. 7, it can be seen that the electrodes prepared according to Example 3 and Example 6 exhibit a low level of time required and an increased retention time. The smaller the size of the SiO 2 particles, the greater the amount of water treated. In the case of a certain particle size or more, the actual usable water treatment (<100 μS / cm, throughput rate 90%) may be out of the range.

탈이온 전극의 전기 전도도 및 워터 업테이크의 평가: Electrical conductivity and water of deionized electrode Evaluation of up-take :

실시예 1 내지 5의 전극과 비교예 1의 전극에 대하여, 아래와 같은 방식으로 비 전기저항 및 워터 업테이크(water uptake) 양을 측정한다.For the electrodes of Examples 1 to 5 and the electrode of Comparative Example 1, the non-electric resistance and the amount of water uptake are measured in the following manner.

(1) 비전기저항(1) Non-electrical resistance

면적 3.36 cm2 의 전극 샘플의 상하 표면에 테프론 시트를 놓고, 프레스에 넣어 600 bar (2 metric ton) 의 압력으로 압착한다. 압착된 샘플의 두께(t1)를 측정한다. 프레스로 600 bar 의 압력으로 압착된 집전체의 두께(t2)를 구하고, t1 및 t2로부터 압착된 활물질층의 두께를 구한다. 멀티테스터를 이용하여 상기 압착된 전극 샘플의 저항(R1) 및 집전체만의 저항(R2)을 구한다. 하기 식으로부터 비저항을 계산한다.A Teflon sheet is placed on the upper and lower surfaces of the electrode sample with an area of 3.36 cm 2 , and pressed into a press at a pressure of 600 bar (2 metric tons). The thickness (t 1 ) of the pressed sample is measured. The thickness (t 2 ) of the current collector pressed at a pressure of 600 bar by the press is obtained, and the thickness of the active material layer pressed from t 1 and t 2 is obtained. A resistance (R 1 ) of the compressed electrode sample and a resistance (R 2 ) of only the current collector are obtained by using a multi-tester. The resistivity is calculated from the following formula.

(R1-R2) × 3.36 cm2 / (t1-t2)cm(R 1 -R 2 ) × 3.36 cm 2 / (t 1 -t 2 ) cm

(2) 워터 업테이크(2) Water up take

면적 100 cm2의 전극 샘플을 50도씨에서 48시간 동안 건조하여, 건조 중량(W1)을 측정한다. 건조된 전극 샘플을 탈이온수에 1시간 침지하고 꺼내어 표면에 묻은 물을 제거하고 오븐에 넣어 50도씨에서 5시간 동안 건조한 다음, 무게(W2)를 측정한다. 하기 식으로부터 워터 업테이크를 구한다.An electrode sample with an area of 100 cm 2 is dried at 50 ° C for 48 hours and the dry weight (W 1 ) is measured. The dried electrode sample is immersed in deionized water for 1 hour, removed, and the water is removed from the surface. After drying in an oven at 50 ° C for 5 hours, the weight (W 2 ) is measured. A water-up take is obtained from the following equation.

(W2- W1) (g) / 100 (cm2)(W 2 - W 1 ) (g) / 100 (cm 2 )

그 결과를 도 8 및 도 9에 나타낸다. 도 8의 결과로부터 실시예 1 내지 5의 전극의 비 전기저항은 비교예 1의 전극의 비 전기저항보다 약간 큰 값을 가지며, SiO2 함량 증가에 따라 비 전기저항은 더 커짐을 알 수 있다. 그러나, 도 9의 결과로부터 실시예 1 내지 5의 전극은 워터 업테이크가 비교예 1에 비해 훨씬 더 큼을 알 수 있다. 따라서, 실시예 1 내지 5 의 전극은, 다소 증가된 비 전기저항에도 불구하고, 비교예의 전극에 비해 탈이온 전극으로서 높은 효율을 나타낼 수 있음을 확인한다. 구체적으로, SiO2 함량에 따라 전극의 비 전기저항 0.62~1.28 배 증가할 수 있으나, 워터 업테이크는 9.8 내지 16.3 배 증가할 수 있다. SiO2 추가에 따른 탈이온 처리양의 증가 (낮은 이온 전도도 및 유효 이온 전도도 유지시간 증가)는 비 전기저항의 증가보다 워터 업테이크 증가에 의한 영향이 큰 것으로 생각할 수 있다.
The results are shown in Fig. 8 and Fig. From the results of FIG. 8, it can be seen that the specific electrical resistances of the electrodes of Examples 1 to 5 are slightly larger than the specific electrical resistivity of the electrode of Comparative Example 1, and the electrical resistivity is larger as the SiO 2 content is increased. However, from the results of FIG. 9, it can be seen that the electrodes of Examples 1 to 5 are much larger than those of Comparative Example 1 in the water-up take. Therefore, it is confirmed that the electrodes of Examples 1 to 5 can exhibit high efficiency as deionized electrodes, compared with the electrodes of the comparative example, despite the somewhat increased non-electrical resistance. Specifically, the specific electrical resistance of the electrode may be increased by 0.62 to 1.28 times, but the water-up take may be increased by 9.8 to 16.3 times depending on the content of SiO 2 . It can be considered that the increase in the deionization amount (increase in the ion conductivity and the effective ion conductivity retention time) with the addition of SiO 2 is more affected by the increase of the water up take than the increase of the non-electrical resistance.

제조된 탈이온 전극 단면의 SEM - EDS 분석: SEM - EDS analysis of fabricated deionized electrode cross - section :

초고해상도 전계 방출 주사 전자 현미경(ultra-high-resolution field emission scanning electron microscopy: UHR-FE-SEM, 모델명: Hitachi S-5500, resolution 0.4 nm, operating at 30 kV)와 에너지 분산 X선 분광 분석 (energy dispersive X-ray spectroscopy: EDAX) 장치를 이용하여 실시예 3의 전극의 단면을 분석하고, 그 결과를 도 10 에 나타낸다. 도 10의 결과로부터, 전극 단면에서 Si는 불균일한 분포를 보이며, Si 입자들은 활물질에 불순물로서 존재하는 Al과 실질적으로 동일한 위치에 존재함을 확인한다.
(UHR-FE-SEM, model: Hitachi S-5500, resolution 0.4 nm, operating at 30 kV) and energy dispersive X-ray spectroscopy A cross section of the electrode of Example 3 was analyzed using a dispersive X-ray spectroscopy (EDAX) apparatus. The results are shown in FIG. From the results of FIG. 10, it can be seen that Si is unevenly distributed in the electrode cross section, and the Si particles are present at substantially the same position as Al existing as an impurity in the active material.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 첨부된 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And falls within the scope of the invention.

1: 집전체
2, 2': 전극
3: 스페이서
4, 4': 전하 장벽
1: Home
2, 2 ': electrode
3: Spacer
4, 4 ': charge barrier

Claims (23)

탄소 재료; 및 상기 탄소 재료 100 중량부 당 5 중량부 이하의 친수성 금속 산화물의 미립자를 포함하는 전기 흡착 탈이온 전극. Carbon material; And 5 parts by weight or less of hydrophilic metal oxide per 100 parts by weight of the carbon material. 제1항에 있어서,
상기 전극은, 바인더를 더 포함하고, 탄소재료, 친수성 금속 산화물 미립자, 및 바인더의 총 함량을 기준으로, 상기 친수성 금속 산화물의 양은 5 중량% 이하인 전기 흡착 탈이온 전극.
The method according to claim 1,
Wherein the electrode further comprises a binder and the amount of the hydrophilic metal oxide is 5 wt% or less based on the total content of the carbon material, the hydrophilic metal oxide fine particles, and the binder.
제1항에 있어서,
상기 탄소 재료는, 활성탄(activated carbon), 탄소 나노 튜브, 활성탄소 섬유, 탄소 나노 섬유, 탄소 에어로겔, 메조다공성 탄소, 및 흑연 산화물에서 선택된 1종 이상인 전기흡착 탈이온 전극.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon material is at least one selected from the group consisting of activated carbon, carbon nanotubes, activated carbon fibers, carbon nanofibers, carbon aerogels, mesoporous carbon, and graphite oxides.
제1항에 있어서,
상기 탄소 재료는, 탄소를 제외한 성분들의 총 중량을 기준으로, 알루미늄(Al) 함량이 2 내지 35 %이고, 실리콘(Si) 함량이 3 내지 25 %이며, 비표면적인 1000 m2/g 이상이고, 평균 기공 직경이 2 내지 5 nm인 활성탄인, 전기흡착 탈이온 전극.
The method according to claim 1,
The carbon material preferably has an aluminum (Al) content of 2 to 35%, a silicon (Si) content of 3 to 25% and a specific surface area of 1000 m 2 / g or more based on the total weight of components excluding carbon , An activated carbon having an average pore diameter of 2 to 5 nm.
제1항에 있어서,
상기 친수성 금속 산화물은, SiO2, TiO2, Al2O3, BaTiO3, 또는 이들의 조합인 전기 흡착 탈이온 전극.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrophilic metal oxide is SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , BaTiO 3 , or a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 친수성 금속 산화물의 미립자는, 평균 입경이 70nm 이하인 전기 흡착 탈이온 전극.
The method according to claim 1,
Wherein the fine particles of the hydrophilic metal oxide have an average particle size of 70 nm or less.
제1항에 있어서,
상기 친수성 금속 산화물은, 콜로이달 실리카, 실리카 분말, 실리카겔 분말, 콜로이달 티타니아 또는 이들의 조합을 포함하는 전기 흡착 탈이온 전극.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrophilic metal oxide comprises colloidal silica, silica powder, silica gel powder, colloidal titania or a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 바인더는, 양이온 교환기 또는 음이온 교환기를 포함할 수 있고, 폴리아크릴산, 폴리(아크릴산-말레산)공중합체, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스, 폴리비닐아민, 키토산, 폴리아크릴아미드, 폴리(아크릴아미드-아크릴산) 공중합체, 및 폴리(스티렌-아크릴산)공중합체로부터 선택된 1종 이상의 친수성 폴리머이거나, 혹은 폴리스티렌, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 폴리머인 전기흡착 탈이온 전극.
The method according to claim 1,
The binder may comprise a cation exchanger or an anion exchanger and is selected from the group consisting of polyacrylic acid, poly (acrylic acid-maleic acid) copolymer, polyvinyl alcohol, cellulose, polyvinylamine, chitosan, polyacrylamide, poly ) Copolymer or a poly (styrene-acrylic acid) copolymer, or at least one hydrophilic polymer selected from the group consisting of polystyrene, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polyamide, polyvinylpyrrolidone , A polymer selected from polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, electrode.
제8항에 있어서,
상기 양이온 교환기는, 술폰산기(-SO3H), 카르복실기 (-COOH), 포스포닉기(-PO3H2), 포스피닉기 (-HPO3H), 아소닉기(-AsO3H2), 및 셀리노닉기(-SeO3H)에서 선택되고, 상기 음이온 교환기는, 4급 암모늄염(-NH3), 1급 아민(-NH2), 2급 아민(-NHR), 3급 아민기(-NR2), 4급 포스포늄기(-PR4), 및 3급 술포늄기 (-SR3)에서 선택되는 전기흡착 탈이온 전극.
9. The method of claim 8,
The cation exchanger includes a sulfonic acid group (-SO 3 H), a carboxyl group (-COOH), a phosphonic group (-PO 3 H 2 ), a phosphonic group (-HPO 3 H), an acid group (-AsO 3 H 2 ) And a selinolytic group (-SeO 3 H), and the anion exchanger is selected from the group consisting of a quaternary ammonium salt (-NH 3 ), a primary amine (-NH 2 ), a secondary amine (-NHR) An electrospinning deionization electrode selected from the group (-NR 2 ), the quaternary phosphonium group (-PR 4 ), and the tertiary sulfonium group (-SR 3 ).
제1항에 있어서,
도전 조제 및 친수성 작용기와 반응하는 관능기를 하나 이상 가진 다관능성 화합물 중 하나 이상을 더 포함하는 전기 흡착 탈이온 전극.
The method according to claim 1,
A conductive auxiliary agent, and a polyfunctional compound having at least one functional group reactive with a hydrophilic functional group.
탄소 재료; 상기 탄소 재료 100 중량부 당 5 중량부 이하의 친수성 금속 산화물의 미립자; 바인더; 및 용매를 포함하는 슬러리를 얻는 단계; 및
상기 슬러리를 도전성 지지체 상에 도포하고 상기 용매를 제거하는 단계를 포함하는 전기 흡착 탈이온 전극의 제조 방법.
Carbon material; Fine particles of a hydrophilic metal oxide of 5 parts by weight or less per 100 parts by weight of the carbon material; bookbinder; And a solvent; And
Applying the slurry to a conductive support, and removing the solvent.
제11항에 있어서,
상기 탄소 재료는, 활성탄(activated carbon), 탄소 나노 튜브, 활성탄소 섬유, 탄소 나노 섬유, 탄소 에어로겔, 메조다공성 탄소, 및 흑연 산화물에서 선택된 1종 이상인 전기 흡착 탈이온 전극의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the carbon material is at least one selected from the group consisting of activated carbon, carbon nanotubes, activated carbon fibers, carbon nanofibers, carbon aerogels, mesoporous carbon, and graphite oxides.
제11항에 있어서,
상기 탄소 재료는, 탄소를 제외한 성분들의 총 중량을 기준으로, 알루미늄(Al) 함량이 2 내지 35 %이고, 실리콘(Si) 함량이 3 내지 25 %이며, 비표면적인 1000 m2/g 이상이고, 평균 기공 직경이 2 내지 5 nm인 활성탄인, 전기흡착 탈이온 전극의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The carbon material preferably has an aluminum (Al) content of 2 to 35%, a silicon (Si) content of 3 to 25% and a specific surface area of 1000 m 2 / g or more based on the total weight of components excluding carbon , And an activated carbon having an average pore diameter of 2 to 5 nm.
제11항에 있어서,
상기 친수성 금속 산화물은, SiO2, TiO2, Al2O3, BaTiO3, 또는 이들의 조합인 전기흡착 탈이온 전극의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the hydrophilic metal oxide is SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , BaTiO 3 , or a combination thereof.
제11항에 있어서,
상기 친수성 금속 산화물의 미립자는, 평균 입경이 70nm 이하인 전기흡착 탈이온 전극의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the fine particles of the hydrophilic metal oxide have an average particle size of 70 nm or less.
제11항에 있어서,
상기 슬러리는, 도전 조제 및 친수성 작용기와 반응하는 관능기를 하나 이상 가진 다관능성 화합물 중 하나 이상을 더 포함하는 전기 흡착 탈이온 전극.
12. The method of claim 11,
Wherein the slurry further comprises at least one of a conductive auxiliary agent and a polyfunctional compound having at least one functional group reactive with a hydrophilic functional group.
탄소 재료; 및 상기 탄소 재료 100 중량부 당 5 중량부 이하의 친수성 금속 산화물의 미립자를 포함하는 전극을 포함하는 전기 흡착 탈이온 장치.Carbon material; And an electrode comprising fine particles of a hydrophilic metal oxide of 5 parts by weight or less per 100 parts by weight of the carbon material. 제17항에 있어서,
상기 전극은, 바인더를 더 포함하고, 탄소재료, 친수성 금속 산화물 미립자, 및 바인더의 총 함량을 기준으로, 상기 친수성 금속 산화물의 양은 5 중량% 이하인 전기 흡착 탈이온 장치.
18. The method of claim 17,
Wherein the electrode further comprises a binder and the amount of the hydrophilic metal oxide is 5% by weight or less based on the total content of the carbon material, the hydrophilic metal oxide fine particles, and the binder.
제17항에 있어서,
상기 탄소 재료는, 활성탄(activated carbon), 탄소 나노 튜브, 활성탄소 섬유, 탄소 나노 섬유, 탄소 에어로겔, 메조다공성 탄소, 흑연 산화물에서 선택된 1종 이상인 전기 흡착 탈이온 장치.
18. The method of claim 17,
Wherein the carbon material is at least one selected from activated carbon, carbon nanotubes, activated carbon fibers, carbon nanofibers, carbon aerogels, mesoporous carbon, and graphite oxides.
제17항에 있어서,
상기 탄소 재료는, 탄소를 제외한 성분들의 총 중량을 기준으로, 알루미늄(Al) 함량이 2 내지 35 %이고, 실리콘(Si) 함량이 3 내지 25 %이고, 비표면적인 1000 m2/g 이상이고, 평균 기공 직경이 2 내지 5 nm인 전기흡착 탈이온 장치.
18. The method of claim 17,
The carbon material preferably has an aluminum (Al) content of 2 to 35%, a silicon (Si) content of 3 to 25% and a specific surface area of 1000 m 2 / g or more based on the total weight of components excluding carbon , And an average pore diameter of 2 to 5 nm.
제17항에 있어서,
상기 친수성 금속 산화물은, SiO2, TiO2, Al2O3, BaTiO3, 또는 이들의 조합인 전기 흡착 탈이온 장치.
18. The method of claim 17,
The hydrophilic metal oxide, SiO 2, TiO 2, Al 2 O 3, BaTiO 3, or the electrical deionization apparatus adsorption combinations thereof.
제17항에 있어서,
상기 친수성 금속 산화물의 미립자는, 평균 입경이 70nm 이하인 전기 흡착 탈이온 장치.
18. The method of claim 17,
Wherein the fine particles of the hydrophilic metal oxide have an average particle size of 70 nm or less.
제17항에 있어서,
상기 친수성 금속 산화물은, 콜로이달 실리카, 실리카 분말, 실리카겔 분말, 콜로이달 티타니아 또는 이들의 조합을 포함하는 전기 흡착 탈이온 장치.
18. The method of claim 17,
Wherein the hydrophilic metal oxide comprises colloidal silica, silica powder, silica gel powder, colloidal titania or a combination thereof.
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