KR20170111829A - 포름산 제조 장치 및 포름산 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산화탄소를 공급받아 포름산염을 생성하는 제1 유격막 전해조; 및 상기 제1 유격막 전해조에서 생성된 포름산염을 제공받아 포름산과 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질을 생성하고, 제1 유격막 전해조에 상기 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질을 공급하는 제2 유격막 전해조를 포함하여 이루어지는 포름산 제조 장치 및 이를 이용한 포름산 제조 방법에 관한 것이다.

Description

포름산 제조 장치 및 포름산 제조 방법{Apparatus and method for fabricating formic acid}
본 발명은 포름산 제조 장치 및 포름산 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 포름산염을 산성화하여 포름산으로 전환하기 위해 첨가되는 염산이나 황산 등의 산(Acid)을 추가 주입을 최소화하여 포름산을 생성할 수 있는 포름산 제조 장치 및 포름산 제조 방법에 관한 것이다.
지구온난화에 영향을 미치는 기체들을 온실가스(Greenhouse gases)라고 지칭한다. 이러한 온실가스에는 이산화탄소, 메탄 그리고 CFC 등이 포함된다. 2010 년에 보고된 발표에 의하면 전 세계 이산화탄소 배출량은 약 330억 톤으로, 1990년의 이산화탄소 배출량과 비교했을 때 약 45% 가량 증가한 수치이다. 우리나라의 이산화탄소 배출량은 세계 7 위이고, 그 증가속도는 세계 3 위로 보고되었다. 이러한 이산화탄소의 배출량을 저감시키기 위해 선진국들은 배출권 거래제 또는 탄소세제를 도입하였다.
이산화탄소 배출량을 저감하는 방법에는 크게 포집, 저장 및 전환 공정이 있다. 이산화탄소 포집 및 저장(CCS;Carbon Dioxide Capture & Storage) 기술은 발전소, 철강, 시멘트 공장 등 배출원에서 배출되는 이산화탄소를 대기 중으로부터 격리시키는 기술이다. 이렇게 포집된 이산화탄소는 해양, 지중, 지표 등에 저장될 수 있다. 그라나 이러한 이산화탄소 저장방법은 해양 생태계 문제, 저장 장소 선정 문제, 이산화탄소 수송 문제 등이 발생한다. 따라서, 이산화탄소를 전기화학적인 방법으로 전환하는 방법들이 많이 연구되고 있다.
전기 에너지를 활용한 이산화탄소의 전환은 전극 반응을 이용하여 전극 물질의 종류 및 반응 조건에 따라서 일산화탄소, 포름산, 메탄올, 메탄 등을 상온, 상압 조건에서 반응시켜 다양한 유기화합물로 전환할 수 있다.
특히 포름산은 2전자 반응이여서 다른 전환 대상물에 비해 적은 에너지를 사용하여 생산할 수 있다는 장점으로 최근에는 포름산에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 포름산은 가축을 사육할 때 필요한 먹이를 신선하게 유지시키기 위해 사용되며 음식물의 방부제로도 소량 사용된다. 포름산은 포름산 연료전지의 연료로도 사용될 수 있다.
이러한 전기분해방식을 이용한 포름산제조에 관한 선행문헌으로는 대한민국 등록특허 10-1372532호에 "황산칼륨을 포함하는 용액을 이용한 이산화탄소의 전기화학적 환원방법"이 개시된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이산화탄소의 전기화학적 환원방법은 전기화학적 방법으로 이산화탄소를 포름산염으로 전환하는 단계 (제1단계); 포름산 염을 산성화시키기 위해 황산을 주입하는 단계(제2단계); 및 포름산을 분리하는 단계(제3단계)로 이루어진다.
제1단계에서, 이산화탄소는 전기분해조에서 전극반응을 통해 포름산염(예를 들어, HCOOK 또는 HCOONa)으로 전환된다. 제2단계에서, 황산(H2SO4) 또는 염산(HCl)이 첨가된다. 이로 인해 상기 포름산염이 산성화되어 포름산(HCOOH)으로 전환된다. 제3 단계에서, 상기 포름산(HCOOH)이 농축과정에 의해 분리된다.
도 2는 종래기술에 따른 황산칼륨을 포함하는 용액 조건 하에서 이산화탄소의 전기화학적 전환 공정을 나타내는 예시도이다. 제1단계에서, 산화전극부에서 물의 산화반응에 따라 산소가 발생하며 수소 이온(H+)이 생성된다. 용액 상의 K+와 H+는 양이온막을 통해 환원전극부로 넘어간다. 환원전극부에서 이산화탄소가 전극반응에 의해 포름산염(HCOOK)으로 전환된다. 이러한 과정에서 이온의 밸런스를 맞추어 주기 위해서 산화반응부에 KOH가 지속적으로 공급된다. 제2단계에서, 황산(H2SO4)을 사용하여 2 몰의 포름산이 생산될 때 1 몰의 황산칼륨이 생산된다. 제3단계에서, 포름산은 농축되고 황산칼륨은 침전되어 포름산과 황산칼륨이 분리된다.
이러한 종래 기술의 문제점은 다음과 같다.
첫째, KOH가 산화반응부에 지속적으로 공급되어야 한다.
둘째, 포름산염을 산성화하여 포름산으로 전환하기 위해 염산 또는 황산 등의 화학물질이 주입되어야 하고 이를 위한 별도의 설비가 필요하다.
본 발명은 포름산염을 포름산으로 전환할 때 염산 또는 황산 등의 화학물질을 주입을 최소화하여 포름산을 생산할 수 있는 포름산 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 포름산 제조 장치는 이산화탄소를 공급받아 포름산염을 생성하는 제1 유격막 전해조; 및 상기 제1 유격막 전해조에서 생성된 포름산염을 제공받아 포름산과 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질을 생성하고, 제1 유격막 전해조에 생성된 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질을 공급하는 제2 유격막 전해조;를 포함한다.
본 발명에 있어서 상기 제1 유격막 전해조는 물(H2O)을 공급받아 산소(O2)와 수소이온(H+) 발생 반응이 일어나는 제1 양극을 내재한 제1 양극실; 및 상기 제1 양극실에서 전해반응을 통해 생성된 수소이온(H+) 내지는 상기 제1 양극실로 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질이 공급될 때 알카리금속 또는 알카리토금속 양이온이 투과되어 제1 음극실로 공급하는 제1 격막: 및 이산화탄소를 공급받아 전기화학적 환원반응에 의해 포름산이온(HCOO-)을 형성하는 제1 음극을 내재하고, 상기 제1 격막을 통해 투과되거나, 또는 별도로 공급되는 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질에 포함된 알카리금속 또는 알카리토금속 양이온과 제1 음극에서 생성된 포름산이온(HCOO-)이 만나 형성된 포름산염을 생성하는 제1 음극실을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 제2 유격막 전해조는 물(H2O)을 공급받아 산소(O2)와 수소이온(H+) 발생 반응이 일어나는 제2 양극을 내재하고, 제1 유격막 전해조에서 생산된 포름산염을 공급받아 제2 양극에서 생산된 수소이온(H+)과 반응하여 포름산(HCOOH)을 생성하는 제2 양극실; 및 제2 양극실에서 포름산(HCOOH)으로 전환되고 남은 알카리금속 또는 알카리토금속 이온이 투과되어 제2 음극실로 공급하는 제2 격막; 및 물(H2O)을 공급받아 수소(H2)와 수산화이온(OH-) 발생 반응이 일어나는 제2 음극을 내재하고, 상기 제2 격막을 통해 넘어온 알카리금속 또는 알카리토금속 이온과 반응하여 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질을 생성하는 제2 음극실을 포함하여 구성된다.
상기 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질은 수산화물의 형태 내지는 황산화물의 형태가 바람직하다.
본 발명의 구성에 따르면, 상기 제1 유격막 전해조의 제1 음극실로 상기 제2 유격막 전해조의 제2 음극실에서 생성된 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질이 공급되도록 구성되고; 또한 제1 음극실에서 생성된 포름산염은 다시 제2 유격막 전해조의 제2 양극실로 공급되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 제1 유격막 전해조의 제1 양극실로 상기 제2 유격막 전해조의 제2 음극실에서 생성된 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질이 공급되도록 구성되고; 또한 제1 음극실에서 생성된 포름산염은 다시 제2 유격막 전해조의 제2 양극실로 공급되도록 구성될 수 있다.
이때 상기 제1 유격막 전해조와 제2 유격막 전해조로 외부에서 공급되는 용액은 전해질 저항을 줄이기 위해 별도의 알카리금속 또는 알카리토금속이온이 포함된 전해질을 추가로 공급하도록 구성할 수 있다.
또한 제1 양극실에서 전해반응 후 배출되는 배출수는 제2 음극실로 공급되도록 구성될 수 있다.
또한 제2 음극실에서 배출되는 배출수를 제1 양극실과 제1 음극실로 분지하여 동시에 공급되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 제1 격막 및/또는 제2 격막은 양이온교환막으로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 제1 유격막 전해조 및/또는 제2 유격막 전해조는 BDD(Boron-doped diamond) 전극, DLC(Diamond like carbon) 전극, 백금(Pt) 전극, 백금 도금, DSA 전극 중 선택된 어느 하나의 전극을 양극으로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 포름산 제조 장치의 제1 유격막 전해조 및/또는 제2 유격막 전해조는 BDD(Boron-doped diamond) 전극, DLC(Diamond like carbon) 전극, 납(Pb) 전극, 수은(Hg) 전극, 티타늄(Ti) 전극, 인듐(In) 전극, 주석(Sn) 전극, 금(Au) 전극, 은(Ag) 전극, 아연(Zn) 전극, 니켈(Ni) 전극, 철(Fe) 전극, 백금(Pt), 아말감(Amalgam) 전극 중 선택된 어느 하나의 전극을 음극으로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 포름산 제조 방법은 이산화탄소를 공급받아 포름산염을 생성하는 제1 전해과정; 및 상기 제1 전해과정에 의해 생성된 포름산염을 제공받아 포름산을 생성하는 제2 전해과정을 포함한다.
본 발명에 의한 포름산염을 생성하는 제1 전해과정은 제1 유격막 전해조의 제1 양극실로 공급되는 물(H2O)을 제1 양극에서 전기분해반응을 통해 산소(O2)와 수소이온(H+)을 생성하는 전해과정; 및 제1 양극에서 생성된 수소이온(H+)이 제1 격막을 통해 제1 음극실로 이동되는 과정; 및 제1 음극실로 공급되는 이산화탄소를 제1 음극에서 전해반응을 통해 포름산이온(HCOO-)으로 전환되는 전해반응 과정; 및 상기 제1 음극실로 공급되는 알카리금속 또는 알카리토금속 수산화물 전해질의 수산화이온(OH-)과 제1 격막을 통해 넘어온 수소이온(H+)이 결합하여 물(H2O)을 형성하고, 알카리금속 또는 알카리토금속 양이온은 상기 포름산이온(HCOO-)과 만나 포름산염을 형성하는 과정을 포함하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 포름산염을 생성하는 제1 전해과정은 제1 유격막 전해조의 제1 양극실로 공급되는 물(H2O)을 제1 양극에서 전기분해반응을 통해 산소(O2)와 수소이온(H+)을 생성하는 전해과정; 및 제1 양극에서 생성된 수소이온(H+)이 제1 양극실로 공급되는 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질의 음이온과 만나 산 또는 물을 형성하는 과정; 및 상기 산 또는 물을 형성한 후의 알카리금속 또는 알카리토금속 양이온이 제1 격막을 통해 제1 음극실로 이동하는 과정; 및 제1 음극실로 공급되는 이산화탄소를 제1 음극에서 전해반응을 통해 포름산이온(HCOO-)으로 전환되는 전해반응 과정; 및 제1 음극실에서 제1 격막을 통해 이동한 알카리금속 또는 알카리토금속 양이온과 제1 음극에서 생성된 포름산이온(HCOO-)이 만나 포름산염을 형성하는 과정을 포함하여 구성된다.
본 발명에 의한 포름산을 생성하는 제2 전해과정은 제2 유격막 전해조의 제2 양극실로 포름산염용액이 공급되는 과정; 및 상기 제2 양극실로 공급되는 포름산염용액의 물(H2O)이 제2 양극의 전기분해반응을 통해 산소(O2)와 수소이온(H+)을 생성하는 전해과정; 및 제2 양극에서 생성된 수소이온(H+)이 상기 포름산염용액의 포름산이온(HCOO-)과 반응하여 포름산(HCOOH)을 형성하는 과정; 및 상기 제2 격막을 통해 포름산을 형성한 후 남은 알카리금속 또는 알카리토금속 양이온이 제2 음극실로 이동하는 과정; 및 제2 음극실의 제2 음극에서 물의 전해반응을 통해 수소(H2)와 수산화이온(OH-)으로 전환되는 과정; 및 전환된 수산화이온(OH-)이 상기 제2 음극실로 공급되는 용액과 상기 제2 격막을 통해 이동한 알카리금속 또는 알카리토금속 양이온과의 반응을 통해 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질로 전환되는 과정을 포함하여 구성된다.
본 발명의 상기 포름산을 제조하는 과정에 있어서 상기 제1 유격막 전해조의 제1 음극실에서 생성된 포름산염용액을 제2 유격막 전해조의 제2 양극실로 공급하는 과정; 및 제2 음극실에서 생성된 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질용액을 제1 유격막 전해조의 제1 양극실 또는 제1 음극실로 각각 별도로 공급하거나, 또는 분지하여 제1 양극실과 제1 음극실 양쪽으로 공급하도록 하는 과정;을 포함하여 구성할 수 있다.
또한 상기 포름산을 제조하는 과정에 있어서 상기 제1 유격막 전해조의 제1 양극실에서 배출되는 배출수를 제2 유격막 전해조의 제2 음극실로 공급하도록 하는 과정을 포함하여 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 포름산 제조 장치 및 제조 방법에 의한 효과는 다음과 같다.
첫째, 포름산염을 포름산으로 전환하기 위해 추가적인 화학물질을 공급하는 것을 최소화 할 수 있다.
둘째, 추가된 전해조에서 포름산염 생성에 필요한 알카리금속 또는 알카리토금속 양이온을 추가공급 없이 순환루프에 의해 공급할 수 있다.
도 1은 일반적인 포름산 제조 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 포름산 제조 장치의 구성 및 그에 따른 동작을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 포름산 제조 장치의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 4는 도 3의 포름산 제조 장치를 이용한 포름산 제조 방법의 진행과정을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 포름산 제조 장치의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 6은 도 5의 포름산 제조 장치를 이용한 포름산 제조 방법의 진행과정을 나타낸 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조로 하여 본원 발명이 구체적으로 설명된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 포름산 제조 장치는 제1 유격막 전해조(100a)와 제2 유격막 전해조(200a)로 이루어진다. 제1 유격막 전해조(100a)는 제1 격막(110a)을 중심으로 서로 대향하도록 구성된 제1 양극실(120a)과 제1 음극실(130a)로 이루어지고, 제1 양극실(120a)에는 제1 양극(121a)이 제1 음극실(130a)에는 제1 음극(131a)이 설치되어 있다. 제2 유격막 전해조(200a)는 제2 격막(210a)을 중심으로 서로 대향하도록 구성된 제2 양극실(220a)과 제2 음극실(230a)로 이루어지고, 제2 양극실(220a)에는 제2 양극(221a)이 제2 음극실(230a)에는 제2 음극(231a)이 설치되어 있다. 상기 제1 유격막 전해조(100a)와 제2 유격막 전해조(200a)의 제1 격막(110a) 및 제2 격막(210a)은 양이온 교환막인 것이 바람직하다.
제1 유격막 전해조(100a)는 이산화탄소를 공급받아 포름산염을 생성하는 기능을 수행한다. 제2 유격막 전해조(200a)는 상기 제1 유격막 전해조(100a)에서 생성된 포름산염을 제공받아 이를 포름산으로 전환하여 목적한 생성물을 생성하고, 또한 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질을 생성하여 상기 제1 유격막 전해조(100a)로 제공한다.
상기한 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질은 알카리금속인 나트륨(Na+), 칼륨(K+)이나 알카리토금속인 칼슘(Ca2+), 마그네슘(Mg2+) 등으로 이루어진 군과 또는 암모늄(NH4 +) 등과 같은 양이온과 수산화이온(OH-) 또는 황산화이온(SO4 2-) 등으로 이루어진 음이온이 결합된 전해질로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 포름산염은 상기한 포름산이온(HCOO-)이 상기한 양이온군과 결합된 형태로 포름산칼륨(HCOOK), 포름산나트륨(HCOONa), 포름산칼슘((HCOO)2Ca), 포름산마그네슘((HCOO)2Mg), 포름산암모늄(HCOONH4) 등의 화학제품군에 속한다.
이하에서 본 발명의 상세한 설명에 있어서는 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질을 수산화칼륨(KOH)와 황산칼륨(K2SO4)로 구성되고, 포름산염은 이러한 전해질로부터 생성되는 포름산칼륨(HCOOK)를 대상으로 설명하지만, 이러한 화합물에 한정하지는 않는다.
도 3에 따른 본 발명의 실시 예에 따른 포름산의 제조는 우선 제1 유격막 전해조(100a)의 제1 양극실(120a)로는 물(H2O)이 공급되고, 제1 음극실(130a)에는 수산화칼륨(KOH)과 이산화탄소(CO2)가 동시에 공급된다(부호 ① 참조). 이때, 방향전환밸브(300a)는 외부 공급장치(도시되지 않음)로부터 제1 음극실(130a)에 수산화칼륨(KOH)을 공급하도록 설정된다.
제1 유격막 전해조로 전해액이 공급되고, 제1 양극(121a)과 제1 음극(131a)에 각각의 직류전원공급장치(미도시)에 의해 직류전원이 공급되면 제1 양극(121a)과 제1 음극(131a)에서는 각각 전기분해반응이 이루어지게 된다.
제1 양극(121a)에서는 아래 식(1)의 전해반응과 같이 물(H2O)이 산소(O2)와 수소이온(H+)으로 전환되게 되고, 제1 음극(131a)에서는 이산화탄소(CO2)가 아래 식(2)의 전해반응을 통해 포름산이온(HCOO-)으로 전환되게 된다.
H2O → ½ O2 + 2H+ + 2e- ……………………………………………… (1)
CO2 + H2O + 2e- → HCOO- + OH- ………………………………(2)
제1 양극(121a)에서 생성된 수소이온(H+)은 제1 양극실(120a)에서 제1 격막(110a)을 통해 제1 음극실(130a)로 이동하게 된다.
제1 격막(110a)을 통과한 수소이온(H+)은 식 (3)에서와 같이 전해반응을 통해 생성된 수산화이온(OH-)와 제1 음극실로 공급되는 수산화칼륨(KOH)의 수산화이온(OH-)와 결합하여 물(H2O)로 전환되고, 물로 전환되고 남은 칼륨(K+) 양이온은 전해반응으로 생성된 포름산이온(HCOO-)과 만나 포름산염인 포름산칼륨(HCOOK)을 생성하게 된다.
H+ + OH- → H2O ……………………………………………… (3)
이때 제1 양극실(120a)로 공급되는 물(H2O)에는 전해반응시 전기적 저항을 줄여주기 위해 수산화칼륨(KOH)과 같은 전해질을 추가로 공급하여 줄 수 있다.
이렇게 수산화칼륨(KOH)과 같은 전해질이 추가로 공급될 경우 제1 양극(121a)에서 생성된 수소이온(H+)은 수산화칼륨(KOH)의 수산화이온(OH-)과 만나 물(H2O)로 중화반응이 이루어지고, 남은 칼륨이온(K+)이 제1 격막(110a)을 통해 제1 음극실(130a)로 이동되게 된다. 만약 제1 양극실(120a)로 공급되는 전해질이 황산칼륨(K2SO4)의 형태일 경우에는 중화반응이 아니라 수소이온(H+)과 반응하여 황산(H2SO4)을 형성하고 동일하게 칼륨이온(K+)이 제1 격막(110a)을 통해 제1 음극실(130a)로 이동되게 된다.
이러한 전해질의 공급과 종류에 따라 제1 양극실(120a)에서의 반응생성물이 달라질 수 있으나, 전체적인 이온밸런스와 개미산칼륨(HCOOK)을 제조하는 과정은 동일하다고 할 수 있다.
다음으로 상기 제1 유격막 전해조(100a)의 제1 음극실(130a)에서 생성된 포름산칼륨(HCOOK)은 제2 유격막 전해조(200a)의 제2 양극실(220a)로 제공하게 되고(부호 ② 참조), 제2 음극실(230a)에는 물(H2O)이 공급되게 된다.
이렇게 제2 유격막 전해조(200a)로 전해액이 공급되고, 제2 양극(221a)과 제2 음극(231a)에 각각의 직류전원공급장치(미도시)에 의해 직류전원이 공급되면 제2 양극(221a)에서는 상기 식 (1)의 반응을 통해 수소이온(H+)이 생성되게 되고, 제2 음극(231a)에서는 하기의 식 (4)의 반응을 통해 수산화이온(OH-)을 생성하는 물분해 전기분해반응이 각각 이루어진다.
2H2O + 2e- → H2 + 2OH- ……………………………………………… (4)
제2 양극실(220a)에서는 상기 제2 양극(221a)에서 생성된 수소이온(H+)과 상기 제1 음극실(130a)에서 제조되어 공급되는 개미산칼륨(HCOOK)이 만나 개미산(HCOOH)으로 전환되게 되어(식 (5)) 목적하는 생성물인 개미산(HCOOH)을 획득하게 된다(부호 ③ 참조).
HCOOK + H+ → HCOOH + K+ ………………………………………………(5)
생성된 개미산(HCOOH)은 목적하는 생성물 농도와 순도를 맞추기 위해 후단에 증발기나 분리기가 추가되어 구성될 수 있다(미도시).
개미산(HCOOH)으로 전환되고 남은 칼륨이온(K+)과 수소이온(H+)은 제2 격막(210a)을 통해 제2 음극실(230a)로 이동하게 되고, 이동된 칼륨이온(K+)은 상기 제2 음극(231a)의 전해반응을 통해 생성된 수산화이온(OH-)과 만나 수산화칼륨(KOH)을 형성하게 된다. 이때 반응에 참여하지 않는 각 하나의 수소이온(H+)과 수산화이온(OH-)은 결합하여 물(H2O)을 형성함으로 전체적인 이온밸런스가 맞춰지게 된다.
이때 제2 음극실(230a)로 공급되는 물(H2O)에는 전해반응시 전기적 저항을 줄여주기 위해 수산화칼륨(KOH)과 같은 전해질을 추가로 공급하여 줄 수 있으며, 이러한 전해질의 공급이 전체 이온밸런스에 영향을 주지는 않도록 구성된다.
방향전환밸브(300a)는 제2 유격막 전해조(200a)의 제2 음극실(230a)에서 생성된 수산화칼륨(KOH)을 제1 유격막 전해조(100a)의 제1 음극실(130a)로 전달하도록 전환된다. 따라서, 제2 유격막 전해조(200a)의 제2 음극실(230a)에서 생성된 수산화칼륨(KOH)이 제1 유격막 전해조(100a)의 제1 음극실(130a)로 전달되게 되어 추가 수산화칼륨(KOH)의 공급(부호 ① )이 없이도 제2 유격막 전해조(200a)에서 필요한 수산화칼륨(KOH)을 재생산함으로 전체적인 밸런스에 맞게 개미산칼륨 및 개미산을 생산할 수 있게 된다(부호 ④ 참조).
그러나, 실제 공정에서는 전류효율, 막을 통한 물질의 이동현상 및 속도, 용액의 이송 및 반응시에 일어나는 손실 등에 의해서 발생되는 일부의 전해질 손실에 있어서는 추가로 공급할 수도 있다.
본 실시예에서 제1 양극실(120a)에서 배출되는 배출수를 제2 음극실(230a)로 공급되도록 추가로 구성할 수 있다. 이러한 구성에 의해 물의 소모량을 줄이고, 각 전해조로 공급되는 전해액의 전기적 저항을 다소 줄일 수 있다.
또한, 제2 음극실(230a)에서 제1 음극실(130a)로 공급되는 수산화칼륨(KOH) 용액을 일부 분지하여 제1 양극실(120a)에 공급하도록 추가로 구성될 수 있다. 이러한 구성을 통해 제1 양극실(120a)로 공급되는 전해액의 전기저항을 줄일 수 있다.
도 4는 도 3의 포름산 제조 장치를 이용한 포름산 제조 방법의 진행과정을 나타낸 흐름도이다. 먼저, 제1 전해조(100a)의 제1 음극실(130a)에 이산화탄소(CO2)와 수산화칼륨(KOH)이 공급된다. 이때, 상기 제1 전해조(100a)의 제1 양극실(120a)에는 물이 공급된다(S401).
제1 양극실(120a)에서 물(H2O)이 전기분해되어, 수소이온(H+)이 제1 음극실(130a)로 이동된다. 수소이온(H+)은 수산화칼륨(KOH)과 만나 중화반응이 이루어지고 칼륨이온(K+)을 생성시킨다. 이때 제1 음극실(130a)에서는 이산화탄소(CO2)의 전기분해에 의해 포름산이온(HCOO-)을 생성하고 상기의 칼륨이온(K+)과 만나 포름산칼륨(HCOOK)이 생성된다(S402).
제2 전해조(200a)의 제2 양극실(220a)에 상기 제1 전해조(100a)의 제1 음극실(130a)에서 생성된 포름산칼륨(HCOOK)이 제공된다(S403).
포름산칼륨(HCOOK)은 제2 전해조(200a)의 제2 양극실(220a)에서 물(H2O)의 전기분해에 의해 생성된 수소이온(H+)과 결합하여, 포름산(HCOOH)을 생성한다(S404).
제2 양극실(220a)로부터 포름산(HCOOH)을 생성하고 남은 수소이온(H+)과 칼륨 이온(K+)은 제2 격막(210a)를 통해 제2 음극실(230a)로 이동하고, 제2 전해조(200a)의 제2 음극실(230a)에서 물의 전기 분해에 의해 생성된 2개의 수산화기(OH-)와 각각 결합하여 물(H2O)과 수산화칼륨(KOH)으로 전환된다(S405).
제2 전해조(200a)의 제2 음극실(230a)에서 생성된 수산화칼륨(KOH)은 제1 전해조(110a)의 제1 음극실(130a)로 공급된다(S406).
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 포름산 제조 장치의 구성을 나타낸 예시도이다.
본 발명의 일 실시와 유사하게 제1 유격막 전해조(100b)와 제2 유격막 전해조(200b)를 포함한다. 제1 유격막 전해조(100b)는 제1 격막(110b)을 중심으로 서로 대향되도록 구성되며 제1 양극(121b)이 내재된 제1 양극실(120b)과 제1 음극(131b)이 내재된 제1 음극실(130b)로 이루어지고, 제2 유격막 전해조(200b)는 제2 격막(210b)을 중심으로 서로 대향되도록 구성되며 제2 양극(221b)이 내재된 제2 양극실(220b)과 제2 음극(231b)이 내재된 제2 음극실(230b)로 이루어진다. 다만, 도 3에 의한 실시 예와 달리 제1 유격막 전해조(100b)의 제1 양극실(120b)로 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질이 공급되는 구성을 갖는다.
상기한 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질은 알카리금속인 나트륨(Na+), 칼륨(K+)이나 알카리토금속인 칼슘(Ca2+), 마그네슘(Mg2+) 등으로 이루어진 군과 또는 암모늄(NH4 +) 등과 같은 양이온과 수산화이온(OH-) 또는 황산이온(SO4 2-) 등으로 이루어진 음이온이 결합된 전해질로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 포름산염은 상기한 포름산이온(HCOO-)이 상기한 양이온군과 결합된 형태로 포름산칼륨(HCOOK), 포름산나트륨(HCOONa), 포름산칼슘((HCOO)2Ca), 포름산마그네슘((HCOO)2Mg), 포름산암모늄(HCOONH4) 등의 화학제품군에 속한다.
이하에서 본 발명의 상세한 설명에 있어서는 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질을 수산화칼륨(KOH)와 황산칼륨(K2SO4)을 포름산염은 이러한 전해질로부터 생성되는 포름산칼륨(HCOOK)를 대상으로 설명하지만, 전술하였듯이 이러한 화합물에 한정하지는 않는다.
도 5에 의한 본 발명의 다른 실시예에 따르면 방향전환밸브(300b)는 외부 공급장치(도시되지 않음)로부터 제1 전해조(100b)의 제1 양극실(120b)로 수산화칼륨(KOH)를 공급하도록 설정된다. 제2 유격막 전해조(200b)의 기본적인 구성 및 그에 따른 동작은 전술한 도 3의 실시 예와 유사하다.
제1 양극실(120b)에 수산화칼륨(KOH) 수용액이 공급되고, 제1 음극실(130b)에 이산화탄소(CO2)가 전해질 용액과 함께 공급된다(부호 참조). 제1 유격막 전해조로 전해액이 공급되고, 제1 양극(121b)과 제1 음극(131b)에 각각의 직류전원공급장치(미도시)에 의해 직류전원이 공급되면 제1 양극(121b)과 제1 음극(131b)에서는 각각 전기분해반응이 이루어지게 된다.
제1 양극(121b)에서는 전술한 식 (1)에서 나타난 바와 같이 물(H2O)이 전기분해되어 산소(O2)와 수소이온(H+)을 발생 시키게 되고, 제1 음극(131b)에서는 이산화탄소(CO2)가 전술한 식(2)의 전해반응을 통해 포름산이온(HCOO-)으로 전환되게 된다.
제1 양극(121b)에서 생성된 수소이온(H+)은 제1 양극실(120b)로 유입되는 수산화칼륨(KOH)의 수산화이온(OH-)과 식 (3)과 같이 중화반응하여 물을 생성하고 칼륨이온(K+)으로 전환되게 된다.
생성된 칼륨이온(K+)과 수소이온(H+)은 제1 격막(110b)을 통해 제1 음극실(130b)로 이동하게 되고, 이동된 칼륨이온(K+)과 수소이온(H+)은 상기 제1 음극(131b)에서 생성된 포름산이온(HCOO-)과 수산화이온(OH-)과 만나 포름산칼륨(HCOOK) 또는 수산화칼륨(KOH) 및 물(H2O)로 전환됨에 따라 포름산염을 생성하게 된다(부호 참조).
이렇게 제1 전해조(100b)의 제1 음극실(130b)에서 생성된 포름산염(HCOOK)및 수산화칼륨(KOH)은 제2 전해조(200b)의 제2 양극실(220b)에 제공되고(부호 참조), 제2 음극실(230b)에는 물(H2O)이 공급되게 된다.
이렇게 제2 유격막 전해조(200b)로 전해액이 공급되고, 제2 양극(221b)과 제2 음극(231b)에 각각의 직류전원공급장치(미도시)에 의해 직류전원이 공급되면 제2 양극(221b)에서는 전술한 식 (1)의 반응을 통해 수소이온(H+)이 생성되게 되고, 제2 음극(231b)에서는 전술한 식 (4)의 반응을 통해 수산화이온(OH-)을 생성하는 물분해 전기분해반응이 각각 이루어진다.
제2 양극실(220b)에서는 상기 제2 양극(221b)에서 생성된 수소이온(H+)과 상기 제1 음극실(130b)에서 제조되어 공급되는 개미산칼륨(HCOOK)이 만나 개미산(HCOOH)으로 전환되게 되고(식 (5)) 목적하는 생성물인 개미산(HCOOH)을 획득하게 된다(부호 참조).
생성된 개미산(HCOOH)은 목적하는 생성물 농도와 순도를 맞추기 위해 후단에 증발기나 분리기가 추가되어 구성될 수 있다(미도시).
개미산(HCOOH)으로 전환되고 남은 칼륨이온(K+)과 수산화칼륨(KOH)과 수소이온(H+)이 중화반응을 통해 생성된 칼륨이온(K+) 또는 수소이온(H+)은 제2 격막(210b)을 통해 제2 음극실(230b)로 이동하게 되고, 이동된 칼륨이온(K+)은 상기 제2 음극(231b)의 전해반응을 통해 생성된 수산화이온(OH-)과 만나 수산화칼륨(KOH)을 형성하게 된다. 이때 반응에 참여하지 않는 수소이온(H+)과 수산화이온(OH-)은 결합하여 물(H2O)을 형성함으로 전체적인 이온밸런스가 맞춰지게 된다.
방향전환밸브(300b)는 제2 유격막 전해조(200b)의 제2 음극실(230b)에서 생성된 수산화칼륨(KOH)을 제1 유격막 전해조(100b)의 제1 양극실(120b)로 전달하도록 전환된다. 따라서, 제2 유격막 전해조(200b)의 제2 음극실(230b)에서 생성된 수산화칼륨(KOH)이 제1 유격막 전해조(100b)의 제1 양극실(120b)로 전달되게 되어 추가 수산화칼륨(KOH)의 공급(부호 )이 없이도 제2 유격막 전해조(200a)에서 필요한 수산화칼륨(KOH)을 재생산함으로 전체적인 밸런스에 맞게 개미산칼륨 및 개미산을 생산할 수 있게 된다(부호 참조).
그러나, 실제 공정에서는 전류효율, 막을 통한 물질의 이동현상 및 속도, 용액의 이송 및 반응시에 일어나는 손실 등에 의해서 발생되는 일부의 전해질 손실에 있어서는 추가로 공급할 수도 있다.
상기의 실시예에서 초기 수산화칼륨(KOH)의 주입량에 따라 수소이온(H+)과 칼륨이온(K+)의 물질밸런스가 차이가 있을 수 있으나, 모든 경우 각 전해반응과 전해질반응을 통해 물질밸런스는 맞추어지게 되어, 이온평형을 유지할 수 있게 된다.
본 실시예에서 제1 양극실(120b)에서 배출되는 배출수를 제2 음극실(230b)로 공급되도록 추가로 구성함으로 제1 양극실과 제2 음극실로 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질 용액을 순환되도록 할 수 있다. 이러한 구성에 의해 물의 소모량을 줄이고, 각 전해조로 공급되는 전해액의 전기적 저항을 줄여줌으로 전력소비량의 절감을 달성할 수 있다.
또한, 제1 음극실(130b)로 공급되는 용액에는 전해질을 추가로 공급하도록 구성할 수 있다. 또한 제2 음극실(230b)에서 제1 양극실(120b)로 공급되는 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질 용액을 일부 분지하여 제1 음극실(130b)에 공급하도록 추가로 구성될 수 있다. 이러한 구성을 통해 제1 음극실(130b)로 공급되는 전해액의 전기저항을 줄일 수 있다.
도 5의 구성에 의한 본 실시예에 대한 또 다른 적용예를 들면 다음과 같다.
제1 양극실(120b)에 물(H2O)과 황산칼륨(K2SO4)이 공급되고, 제1 음극실(130b)에 이산화탄소(CO2)가 전해질 용액과 함께 공급되어 상기의 실시예와 같이 제1 유격막 전해조(100b) 내에서 전해반응이 수행되게 된다.
제1 양극실(120b)에서는 수소이온(H+)이 황산칼륨(K2SO4)과 반응하여 황산(H2SO4)을 형성하고 칼륨이온(K+)을 생성하게 된다. 칼륨이온(K+)은 상기한 실시예와 같이 제1 격막(110b)을 통과하여 제1 음극실(120b)로 이동하여 포름산칼륨(HCOOK)을 생성하게 된다.
본 적용예에서는 상기의 추가구성과 같이 제1 양극실(120b)에서 배출되는 배출수를 제2 음극실(230b)로 공급되도록 추가로 구성하여, 제1 양극실(120b)에서 생성된 황산(H2SO4)용액을 제2 음극실(230b)로 공급하게 된다.
제2 유격막 전해조(200b)에서는 제2 양극실(220b)에서는 포름산칼륨(HCOOK)을 공급받아 전술한 실시예와 같이 포름산(HCOOH)을 생성하게 되고, 제2 격막(210b)을 통해서는 제2 양극실(220b)에서 제2 음극실(230b)로 칼륨이온(K+)이 이동되게 된다.
이때 제2 음극실(230b)로 공급된 황산(H2SO4)은 제2 음극(231b)에서 생성된 수산화이온(OH-)과 중화반응하여 황산이온(SO4 2-)을 형성하고, 상기 제2 격막을 통해 넘어온 칼륨이온(K+)과 반응하여 황산칼륨(K2SO4)로 전환되어 다시 제1 양극실(120b)로 공급되게 된다.
이와 같이 공급되는 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질의 이온성분이나 농도가 틀림에 따라 중화반응 또는 산과 염기의 생성반응 등의 차이는 있을 수 있으나, 전해반응을 통한 생성물과 격막으로의 이온성물질의 이동을 통해 포름산염 및 포름산을 생산하는 과정이나, 포름산염의 생산을 위해 공급되는 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질용액을 제2 유격막 전해조(200b)에서 재생산하여 공급한다는 면에서는 모두 동일한 특징을 가지는 발명이다.
도 6은 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 포름산 제조 장치를 이용한 포름산 제조 방법의 진행과정을 나타낸 흐름도이다. 먼저, 제1 전해조(100b)의 제1 양극실(120b)에는 물(H2O)과 수산화칼륨(KOH)이 공급된다. 이때, 제1 음극실(130b)에 이산화탄소(CO2)가 공급된다(S601).
제1 양극실(120b)에서 물(H2O)이 전기분해 되어 생성된 2개의 수소이온(H+) 중 하나의 수소이온(H+)은 수산화칼륨(KOH)의 수산화기(OH-)와 결합하여 물(H2O)이 되고 칼륨이온(K+)을 생성한다. 나머지 하나의 수소이온(H+)과 칼륨 이온(K+)은 제1 격막(110b)을 거쳐 제1 음극실(130b)로 이동한다. 제1 음극실(130b)에 제공된 이산화탄소(CO2)는 전기분해되어 포름산이온(HCOO-)과 수산화이온(OH-)을 각 1개씩 생산한다. 이때 제1 격막(110b)를 거쳐 이동한 수소이온(H+)은 수산화이온(OH-)과 결합하여 물(H2O)로 중화되고, 칼륨이온(K+)은 포름산이온(HCOO-)과 결합하여 포름산칼륨(HCOOK)이 생성된다(S602).
상기 제1 전해조(100b)의 제1 음극실(130b)에서 생성된 포름산염(HCOOK)은 제2 전해조(200b)의 제2 양극실(220b)에 제공된다(S603).
포름산염(HCOOK)은 제2 전해조(200b)의 제2 양극실(220b)에서 물(H2O)의 전기분해에 의해 생성된 두 개의 수소이온(H+) 중 하나와 결합하여 포름산(HCOOH)이 생성된다(S604).
제2 양극실(220b)로부터 제2 격막(210b)를 통해 나머지 하나의 수소이온(H+)과 칼륨이온(K+)이 제2 음극실(230b)로 이동되고, 여기서 제2 음극(231b)에서의 물의 전기 분해에 의해 생성된 2개의 수산화기(OH-)와 각각 결합하여 물(H2O)과 수산화칼륨(KOH)으로 전환된다(S605).
제2 전해조(200b)의 제2 음극실(230b)에서 생성된 수산화칼륨(KOH)은 제1 전해조(110b)의 제1 양극실(120b)로 공급된다(S606).
상기의 실시 예는 하나의 실시 예에 불과하며, 본 발명의 구성과 내용을 한정하지는 않으며, 본 발명의 범위는 청구항의 구성에 의해 정의된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 포름산 제조 장치 및 포름산 제조 방법은 포름산염을 포름산으로 산화하기 위해 별도로 황산을 주입하지 않는다. 즉, 본 발명은 제2 전해조를 추가함으로써 제2 전해조의 양극실에서의 산화반응을 통해 포름산염을 포름산으로 전환할 수 있다. 또한, 제2 전해조의 음극실에서 생성된 수산화물이 제1 전해조로 전달되므로, 제1 전해조에서 처음 포름산염 생성이 이루어진 이후에는 별도로 제1 전해조에 수산화물을 제공하지 않아도 된다.

Claims (21)

  1. 이산화탄소를 공급받아 포름산염을 생성하는 제1 유격막 전해조; 및
    상기 제1 유격막 전해조에서 생성된 포름산염을 제공받아 포름산과 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질을 생성하고, 제1 유격막 전해조에 상기 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질을 공급하는 제2 유격막 전해조를 포함하여 이루어지는 포름산 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 유격막 전해조는,
    물(H2O)을 공급받아 산소(O2)와 수소이온(H+) 발생 반응이 일어나는 제1 양극을 내재한 제1 양극실;
    상기 제1 양극실에서 전해반응을 통해 생성된 수소이온(H+) 내지는 상기 제1 양극실로 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질이 공급될 때 알카리금속 또는 알카리토금속 양이온이 투과되어 제1음극실로 공급하는 제1 격막: 및
    이산화탄소를 공급받아 전기화학적 환원반응에 의해 포름산이온(HCOO-)을 형성하는 제1 음극을 내재하고, 상기 제1 격막을 통해 투과되거나, 또는 별도로 공급되는 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질에 포함된 알카리금속 또는 알카리토금속 양이온과 제1 음극에서 생성된 포름산이온(HCOO-)이 만나 형성된 포름산염을 생성하는 제1 음극실을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 포름산 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서, 제2 유격막 전해조는
    물(H2O)을 공급받아 산소(O2)와 수소이온(H+) 발생 반응이 일어나는 제2 양극을 내재하고, 제1 유격막 전해조에서 생산된 포름산염을 공급받아 제2 양극에서 생산된 수소이온(H+)과 반응하여 포름산(HCOOH)을 생성하는 제2 양극실;
    제2 양극실에서 포름산(HCOOH)으로 전환되고 남은 알카리금속 또는 알카리토금속 이온이 투과되어 제2 음극실로 공급하는 제2 격막; 및
    물(H2O)을 공급받아 수소(H2)와 수산화이온(OH-) 발생 반응이 일어나는 제2 음극을 내재하고, 상기 제2 격막을 통해 넘어온 알카리금속 또는 알카리토금속 이온과 반응하여 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질을 생성하는 제2 음극실을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 포름산 제조 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질은 수산화물의 형태 또는 황산화물의 형태인 것을 특징으로 하는 포름산 제조 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유격막 전해조의 제1 음극실로 상기 제2 유격막 전해조의 제2 음극실에서 생성된 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질이 공급되도록 구성되고; 또한 제1 음극실에서 생성된 포름산염은 다시 제2 유격막 전해조의 제2 양극실로 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 포름산 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서, 제1 유격막 전해조와 제2 유격막 전해조로 외부에서 공급되는 용액은 전해질 저항을 줄이기 위해 별도의 알카리금속 또는 알카리토금속이온이 포함된 전해질을 추가로 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 포름산 제조 장치.
  7. 제5항에 있어서, 제1 양극실에서 전해반응 후 배출되는 배출수는 제2 음극실로 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 포름산 제조 장치.
  8. 제5항에 있어서, 제2 음극실에서 배출되는 배출수를 제1 양극실과 제1 음극실로 분지하여 동시에 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 포름산 제조 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유격막 전해조의 제1 양극실로 상기 제2 유격막 전해조의 제2 음극실에서 생성된 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질이 공급되도록 구성되고; 또한 제1 음극실에서 생성된 포름산염은 다시 제2 유격막 전해조의 제2 양극실로 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 포름산 제조 장치.
  10. 제9항에 있어서, 제1 유격막 전해조와 제2 유격막 전해조로 외부에서 공급되는 용액은 전해질 저항을 줄이기 위해 별도의 알카리금속 또는 알카리토금속이온이 포함된 전해질을 추가로 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 포름산 제조 장치.
  11. 제9항에 있어서, 제1 양극실에서 전해반응 후 배출되는 배출수는 제2 음극실로 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 포름산 제조 장치.
  12. 제9항에 있어서, 제2 음극실에서 배출되는 배출수를 제1 양극실과 제1 음극실로 분지하여 동시에 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 포름산 제조 장치.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 격막 및/또는 제2 격막은 양이온교환막인 것을 특징으로 하는 포름산 제조 장치.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유격막 전해조 및/또는 제2 유격막 전해조는 BDD(Boron-doped diamond) 전극, DLC(Diamond like carbon) 전극, 백금(Pt) 전극, 백금 도금, DSA 전극 중 선택된 어느 하나의 전극을 양극으로 사용하는 것을 특징으로 하는 포름산 제조 장치.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유격막 전해조 및/또는 제2 유격막 전해조는 BDD(Boron-doped diamond) 전극, DLC(Diamond like carbon) 전극, 납(Pb) 전극, 수은(Hg) 전극, 티타늄(Ti) 전극, 인듐(In) 전극, 주석(Sn) 전극, 금(Au) 전극, 은(Ag) 전극, 아연(Zn) 전극, 니켈(Ni) 전극, 철(Fe) 전극, 백금(Pt) 전극 중 선택된 어느 하나의 전극을 음극으로 사용하는 것을 특징으로 하는 포름산 제조 장치.
  16. 이산화탄소를 공급받아 포름산염을 생성하는 제1 전해과정; 및
    상기 제1 전해과정에 의해 생성된 포름산염을 제공받아 포름산과 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질을 생성하는 제2 전해과정을 포함하여 이루어지는 이산화탄소의 전기적 환원에 의한 포름산 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 전해과정은,
    제1 유격막 전해조의 제1 양극실로 공급되는 물(H2O)을 제1 양극에서 전기분해반응을 통해 산소(O2)와 수소이온(H+)을 생성하는 전해과정;
    제1 양극에서 생성된 수소이온(H+)이 제1 격막을 통해 제1 음극실로 이동되는 과정;
    제1 음극실로 공급되는 이산화탄소를 제1 음극에서 전해반응을 통해 포름산이온(HCOO-)으로 전환되는 전해반응 과정; 및
    상기 제1 음극실로 공급되는 알카리금속 또는 알카리토금속 수산화물 전해질의 수산화이온(OH-)과 제1 격막을 통해 넘어온 수소이온(H+)이 결합하여 물(H2O)을 형성하고, 알카리금속 또는 알카리토금속 양이온은 상기 포름산이온(HCOO-)과 만나 포름산염을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 전기적 환원에 의한 포름산 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제1 전해과정은,
    제1 유격막 전해조의 제1 양극실로 공급되는 물(H2O)을 제1 양극에서 전기분해반응을 통해 산소(O2)와 수소이온(H+)을 생성하는 전해과정;
    제1 양극에서 생성된 수소이온(H+)이 제1 양극실로 공급되는 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질의 음이온과 만나 산 또는 물을 형성하는 과정;
    상기 산 또는 물을 형성한 후의 알카리금속 또는 알카리토금속 양이온이 제1 격막을 통해 제1 음극실로 이동하는 과정;
    제1 음극실로 공급되는 이산화탄소를 제1 음극에서 전해반응을 통해 포름산이온(HCOO-)으로 전환되는 전해반응 과정; 및
    제1 음극실에서 제1 격막을 통해 이동한 알카리금속 또는 알카리토금속 양이온과 제1 음극에서 생성된 포름산이온(HCOO-)이 만나 포름산염을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 전기적 환원에 의한 포름산 제조 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제2 전해과정은,
    제2 유격막 전해조의 제2 양극실로 포름산염용액이 공급되는 과정;
    상기 제2 양극실로 공급되는 포름산염용액의 물(H2O)이 제2 양극의 전기분해반응을 통해 산소(O2)와 수소이온(H+)을 생성하는 전해과정;
    제2 양극에서 생성된 수소이온(H+)이 상기 포름산염용액의 포름산이온(HCOO-)과 반응하여 포름산(HCOOH)을 형성하는 과정;
    포름산을 형성한 후 남은 알카리금속 또는 알카리토금속 양이온이 제2 격막을 통해 제2 음극실로 이동하는 과정;
    제2 음극실의 제2 음극에서 물의 전해반응을 통해 수소(H2)와 수산화이온(OH-)으로 전환되는 과정; 및
    전환된 수산화이온(OH-)이 상기 제2 음극실로 공급되는 용액과 상기 제2 격막을 통해 이동한 알카리금속 또는 알카리토금속 양이온과의 반응을 통해 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질로 전환되는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 전기적 환원에 의한 포름산 제조 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 포름산 제조과정은
    상기 제1 유격막 전해조의 제1 음극실에서 생성된 포름산염용액을 제2 유격막 전해조의 제2 양극실로 공급하는 과정; 및
    제2 음극실에서 생성된 알카리금속 또는 알카리토금속 전해질용액을 제1 유격막 전해조의 제1 양극실 또는 제1 음극실로 각각 별도로 공급하거나, 또는 분지하여 제1 양극실과 제1 음극실 양쪽으로 공급하도록 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 전기적 환원에 의한 포름산 제조 방법.
  21. 제16항에 있어서, 상기 포름산 제조과정은
    상기 제1 유격막 전해조의 제1 양극실에서 배출되는 배출수를 제2 유격막 전해조의 제2 음극실로 공급하도록 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 전기적 환원에 의한 포름산 제조 방법.
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