KR20170141412A - Capacitive deionization apparatus and method for adsorbing ions in feed solution using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a capacitive deionization apparatus and a method for adsorbing ions in a feed solution using the same and, more specifically, to a capacitive deionization apparatus which has a simple structure, can be easily maintained and is advantageous to enlargement, and to a method for adsorbing ions in a feed solution using the same. The capacitive deionization apparatus comprises a pair of electrodes consisting of a positive electrode and a negative electrode; and a cylindrical hollow fiber membrane arranged between the electrodes.

Description

축전식 탈염 장치 및 이를 이용하여 유입용액 내에 존재하는 이온을 흡착하는 방법{CAPACITIVE DEIONIZATION APPARATUS AND METHOD FOR ADSORBING IONS IN FEED SOLUTION USING THE SAME}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a condensate desalination apparatus and a method for adsorbing ions present in an influent solution using the apparatus,

본 발명은 축전식 탈염 장치 및 이를 이용하여 유입용액 내에 존재하는 이온을 흡착하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 구조가 간단하고, 유지보수가 용이하며, 대형화에 유리한 축전식 탈염 장치 및 이를 이용하여 유입용액 내에 존재하는 이온을 흡착하는 방법에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a storage type desalination apparatus and a method for adsorbing ions present in an influent solution using the same, and more particularly, to a storage type desalination apparatus which is simple in structure, easy to maintain, To a method for adsorbing ions present in an inflow solution.

온실가스 문제 해결에 대한 관심이 고조됨에 따라 전 세계적으로 에코 테크놀로지 개발과 상용화에 대한 노력이 가시화 되고 있다. 특히 이상기후에 따른 가뭄 문제로 음용수에 대한 중요성이 대두되면서 탈염기술에 대한 연구가 많이 추진되고 있다. 탈염기술은 보일러수 제조, 초순수 제조, 발전소의 냉각수, 지하수 중의 환경오염물질 제거 등 다양한 산업공정에서 광범위하게 요구되는 기술이다.Efforts to develop and commercialize eco-technology have become visible worldwide as interest in solving greenhouse gas problems has increased. Especially, due to the drought problem due to the abnormal climate, the importance of drinking water has risen and research on desalting technology has been promoted. Desalination technology is widely required in various industrial processes such as boiler water production, ultrapure water production, cooling water for power plants, and removal of environmental pollutants in groundwater.

화석연료의 수급 불균형으로 세계 에너지 가격이 급등하는 상황에서 에너지 자원이 부족한 우리나라에서 에너지 문제를 해결할 수 있는 방안은 지속가능한 대체 에너지원의 확보와 함께 기존의 산업공정들을 에너지 저감형 기술로 전환하는 것이 절실히 요구되며 탈염기술에서도 에너지를 획기적으로 절감할 수 있는 새로운 개념의 기술 개발이 요구되고 있다.In order to solve the energy problem in Korea where the world energy price is skyrocketing due to the unbalanced supply and demand of fossil fuels, it is necessary to secure sustainable alternative energy sources and to convert existing industrial processes into energy- And desalination technology is required to develop a new concept that can dramatically reduce energy.

현재 탈염기술 중에서 이온성 물질을 제거하는 방법으로 이온교환법이 널리 사용되고 있다. 이 방법은 대부분의 이온성 물질들을 효과적이면서도 경제적으로 분리할 수 있다는 장점을 갖고 있지만 이온교환이 완료된 수지를 재생하는 과정에서 다량의 산, 염기, 또는 고농도의 염 폐액이 발생한다는 큰 단점을 갖고 있다. 이온교환법 이외에도 역삼투막법, 전기투석법 등의 분리막 기술이 적용되고 있지만 이들 공정들은 막의 주기적인 교체, 막 오염으로 인한 처리수의 급격한 감소, 운전과정에서 에너지 소모가 증가하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 탈염기술로서 전기화학적 방법을 이용한 축전식 탈염(capacitive deionization, CDI) 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.Currently, ion exchange methods are widely used as a method for removing ionic substances from the desalination technology. Although this method has the advantage of separating most ionic materials effectively and economically, it has a major disadvantage in that a large amount of acid, base, or salt concentrate is generated in the process of regenerating the ion-exchanged resin . In addition to the ion exchange method, membrane techniques such as reverse osmosis membrane method and electrodialysis method are applied. However, these processes have problems such as periodic replacement of membrane, drastic reduction of treated water due to membrane contamination, and increased energy consumption during operation. As a new desalination technique capable of solving such problems, research on capacitive deionization (CDI) using an electrochemical method has been actively carried out.

CDI 기술은 기존의 흡착과 이온교환기구에 전기적인 구동력이 부가된 기술로서 전극전위를 변화시킴으로서 흡착과 탈착을 가역적으로 수행할 수 있는 탈염기술이다. 또한, CDI 기술은 전위를 인가했을 때 전극표면의 전기 이중층에서 전기적인 인력에 의한 이온들의 흡착반응을 이용하기 때문에 낮은 전위에서 작동하고 그 결과 에너지 소비량이 다른 분리 공정에 비해 월등히 낮아 저에너지 소모형 차세대 탈염기술로 평가되고 있다. CDI technology is a desalination technology that can reversibly perform adsorption and desorption by changing the electrode potential as a technique of adding electric driving force to conventional adsorption and ion exchange mechanisms. In addition, since the CDI technology utilizes the adsorption reaction of ions by the electrical attraction in the electric double layer of the electrode surface when the electric potential is applied, it operates at a low electric potential. As a result, the energy consumption is much lower than other separation processes, Desalination technology.

종래의 축전식 탈염 장치는 전극들 사이의 간격(유로 간격)이 통상적으로 1mm 이하(통상적으로, 100㎛)로 좁아서, 구조가 복잡하고, 간격을 균일하게 유지하는 것이 힘들며, 막힘 현상 발생시 세정이 어려워 성능이 저하된다는 단점이 있었다.In the conventional electrothermal desalination apparatus, the interval (flow path interval) between the electrodes is usually narrowed to 1 mm or less (typically 100 m), so that the structure is complicated and it is difficult to maintain the intervals uniformly. So that the performance is degraded.

이에, 구조가 단순하면서도 세정이 용이하여 성능을 향상시킬 수 있는 축전식 탈염 전극에 대한 개발이 요구되고 있다.Accordingly, development of a storage type desalting electrode capable of improving performance with a simple structure and easy cleaning has been demanded.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0137560호Korean Patent Publication No. 10-2015-0137560

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 구조가 간단하여 대형화에 적합하고, 전극 내부의 세척을 쉽게 할 수 있어 유지 및 보수가 용이하며, 친환경적인 축전식 탈염 장치 및 이를 이용하여 유입용액 내에 존재하는 이온을 흡착하는 방법를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an electrocatalytic desalination apparatus which is easy to maintain and repair because of its simple structure and suitable for enlargement, And a method for adsorbing ions present in the inflow solution using the same.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.These and other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment.

상기 목적은, 양전극과 음전극으로 이루어진 한 쌍의 전극; 및 전극 사이에 배치되는 원기둥 형상의 중공사 막;을 포함하는 축전식 탈염 장치에 의해 달성될 수 있다.The above object is achieved by a plasma display panel comprising a pair of electrodes made up of a positive electrode and a negative electrode; And a columnar hollow fiber membrane disposed between the electrodes.

이때, 중공사 막은 이온교환수지로 제조될 수 있고, 중공사 막의 직경은 0.5~1.5mm인 것을 사용할 수 있다.At this time, the hollow fiber membrane can be made of an ion exchange resin, and the hollow fiber membrane having a diameter of 0.5 to 1.5 mm can be used.

또한, 중공사 막은 그 내부에 전도성 물질을 포함할 수 있고, 전도성 물질은 활성탄일 수 있으며, 전도성 물질의 직경은 10~200㎛일 수 있다.Also, the hollow fiber membrane may contain a conductive material therein, the conductive material may be activated carbon, and the diameter of the conductive material may be 10 to 200 탆.

또한, 전극 사이에 배치되는 중간 전극을 포함할 수 있고, 이때, 중공사 막은 다수 개이며, 중간 전극은 중공사 막 사이에 한 쌍의 전극과 평행하게 배치될 수 있다.In addition, it may include an intermediate electrode disposed between the electrodes. In this case, a plurality of hollow fiber membranes may be provided, and the intermediate electrode may be disposed parallel to the pair of electrodes between the hollow fiber membranes.

또한, 상기 목적은, 축전식 탈염장치에 전압을 인가하는 단계; 유입용액을 공급하는 단계; 및 유입용액 내에 존재하는 이온이 중공사 막 내부로 흡착되는 단계;를 포함하는 유입용액 내에 존재하는 이온을 흡착하는 방법에 의해 달성될 수 있다.The above object can also be accomplished by a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: applying a voltage to a storage and desalination device; Supplying an influent solution; And a step in which the ions present in the inflow solution are adsorbed into the hollow fiber membrane, and a method of adsorbing ions present in the inflow solution.

이때, 중공사 막은 이온교환수지로 제조될 수 있고, 중공사 막의 직경은 0.5~1.5mm인 것을 사용할 수 있다.At this time, the hollow fiber membrane can be made of an ion exchange resin, and the hollow fiber membrane having a diameter of 0.5 to 1.5 mm can be used.

또한, 중공사 막은 그 내부에 전도성 물질을 포함할 수 있고, 전도성 물질은 활성탄일 수 있으며, 전도성 물질의 직경은 10~200㎛일 수 있다.Also, the hollow fiber membrane may contain a conductive material therein, the conductive material may be activated carbon, and the diameter of the conductive material may be 10 to 200 탆.

본 발명에 따르면, 작은 전압으로 유입용액 내의 이온을 흡착할 수 있는 효과를 가진다.According to the present invention, it is possible to adsorb ions in the inflow solution with a small voltage.

또한, 종래의 축전식 탈염 장치와 달리 양전극 및 음전극의 간격을 넓힐 수 있어 흡착된 이온을 탈착(세정)하기 용이하고, 파울링 효과(fouling effect)를 최소화할 수 있어 장기간 사용할 수 있는 바, 비용이 절감될 수 있다.In addition, unlike the conventional depolarizing apparatus, it is possible to widen the gap between the positive electrode and the negative electrode so that the adsorbed ions can be desorbed (cleaned) easily and the fouling effect can be minimized, Can be saved.

또한, 구조가 단순하여 축전식 탈염 장치의 대형화에 유리하고, 양 전극 사이에 중간 전극을 활용하여 전압을 균일하게 배분함으로써 탈염 장치의 성능을 향상시킬 수 있는 등의 효과를 가진다.In addition, the structure is simple, which is advantageous for enlarging the size of the electrostatic precipitator, and the intermediate electrode is used between both electrodes to uniformly distribute the voltage, thereby improving the performance of the desalination apparatus.

다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식 탈염 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식 탈염 장치의 중공사 막에서 이온이 흡착되고 탈착되는 과정을 개략적으로 설명한 도면이다.
도 4는 종래의 축전식 탈염 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a storage and desalination apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a front view of Fig.
FIG. 3 is a view schematically illustrating a process in which ions are adsorbed and desorbed from a hollow fiber membrane of a thermal decomposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing an example of a conventional charge and discharge apparatus.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that these embodiments are provided by way of illustration only for the purpose of more particularly illustrating the present invention and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments .

또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention pertains and, where contradictory, Will be given priority.

도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.In order to clearly illustrate the claimed invention, parts not related to the description are omitted, and like reference numerals are used for like parts throughout the specification. And, when a section is referred to as "including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary. In addition, "part" described in the specification means one unit or block performing a specific function.

각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.In each step, the identification code (first, second, etc.) is used for convenience of explanation, the identification code does not describe the order of each step, and each step does not explicitly list a specific order in the context May be performed differently from the above-described sequence. That is, each of the steps may be performed in the same order as described, or may be performed substantially concurrently or in the reverse order.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식 탈염 장치(100)를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 정면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식 탈염 장치(100)는 양전극(10)과 음전극(20)으로 이루어진 한 쌍의 전극 및 전극 사이에 배치되는 원기둥 형상의 중공사 막(30)을 포함한다. 도 4는 종래의 축전식 탈염 장치의 일 예를 나타낸 도면으로, 일반적으로, 축전식 탈염 장치는 양전극과 음전극으로 이루어진 한 쌍의 전극과 전극 사이에 플레이트 형상의 이온교환막을 구비하여 염수(saline water)를 통과시키면 하전된 전극과 반대 전하를 가진 이온들이 정전기력에 의해 각각의 전극으로 이동하여 전극 표면에 흡착되었다. 이러한 플레이트 방식의 축전식 탈염 장치는 유로 간격이 1mm 이하(통상적으로, 100㎛)로 좁아서, 구조가 복잡하고, 간격을 균일하게 유지하는 것이 힘들며, 막힘 현상 발생시 세정이 어려워 성능이 저하된다는 단점이 있었다.FIG. 1 is a schematic view of a storage and desalination apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view of FIG. 1 and 2, the apparatus 100 of the present invention includes a pair of electrodes made of a positive electrode 10 and a negative electrode 20, and a pair of electrodes Of the hollow fiber membrane (30). FIG. 4 is a view showing an example of a conventional electrolytic demineralization apparatus. In general, the electrolytic demineralization apparatus has a pair of electrodes composed of a positive electrode and a negative electrode and a plate-like ion exchange membrane between the electrodes, ), The ions having opposite charges to the charged electrode migrate to the respective electrodes by electrostatic force and adsorbed on the electrode surface. Such a plate-type electrostatic precipitator has a narrow channel spacing of 1 mm or less (typically 100 탆), which is complicated in structure and difficult to maintain uniform spacing, and is difficult to clean when a clogging phenomenon occurs, there was.

이에, 본 발명은 종래의 플레이트 방식의 축전식 탈염 장치(도 4 참조)와 달리, 양전극(10)과 음전극(20)으로 이루어진 한 쌍의 전극 사이에 원기둥 형상의 중공사 막(30)을 배치하여 구조를 단순화할 수 있다. 보다 구체적으로, 다수 개의 동일한 중공사 막(30)을 양전극과 음전극 사이에 규칙적으로 배열함으로써 유입용액 내에 존재하는 이온의 흡착 및 탈착을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 세정을 쉽게 할 수 있어 막힘 현상을 미연에 방지할 수 있다.Accordingly, unlike the conventional plate-type capacitative demineralization apparatus (see FIG. 4), a cylindrical hollow fiber membrane 30 is disposed between a pair of electrodes composed of a positive electrode 10 and a negative electrode 20 So that the structure can be simplified. More specifically, since a plurality of identical hollow fiber membranes 30 are regularly arranged between the positive electrode and the negative electrode, not only the adsorption and desorption of ions present in the inflow solution can be facilitated, but also the cleaning can be easily performed, It can be prevented in advance.

일 실시예에 있어서, 전극은 전원에 연결되어 하나는 양전극(10)으로서 기능하고, 다른 하나는 음전극(20)으로 기능하며, 탄소 전극일 수 있다. 일 예로, 탄소 전극은 탄소 슬러리 혼합물을 0.5~1.0 m/min의 속도로 코팅하고 80~90℃ 에서 건조시켜 형성하는 것이 바람직하다. 건조가 덜 된 탄소 전극은 쉽게 파손될 우려가 있기 때문에 적합한 건조가 필요하며 항상 일정한 상태의 전극을 제조하기 위하여 온도조건과 코팅속도 조건을 보다 바람직하게는 85℃ 에서 1.0 m/min으로 균일하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 양전극(10) 및 음전극(20)은 각각 집전체와 연결될 수 있으며, 집전체는 전극에 전류를 공급하고, 전극을 보호하는 역할을 한다. 집전체는 그래파이트 등을 사용할 수 있고, 전극의 구성에 따라 사용되지 않을 수도 있다.In one embodiment, the electrodes are connected to a power source, one functioning as a positive electrode 10 and the other functioning as a negative electrode 20, which may be a carbon electrode. For example, the carbon electrode is preferably formed by coating the carbon slurry mixture at a rate of 0.5 to 1.0 m / min and drying at 80 to 90 ° C. Since the carbon electrode having less drying is likely to be broken, proper drying is necessary. In order to always produce a constant electrode, the temperature condition and the coating speed condition are more preferably made uniform at a rate of 1.0 m / min at 85 캜 desirable. The positive electrode 10 and the negative electrode 20 can be connected to the current collector, respectively, and the current collector supplies current to the electrode and protects the electrode. The current collector may use graphite or the like, and may not be used depending on the configuration of the electrode.

일 실시예에 있어서, 중공사 막(hollow fiber membrane)(30)은 이온이 통과할 수 있도록 표면에 다수의 기공이 형성된 원기둥 형상으로서, 그 내부에는 전도성 물질을 포함할 수 있다. 중공사 막(30)은 양전극(10) 및 음전극(20) 사이에 배치될 수 있고, 다수 개가 규칙적으로 배치될 수 있다(도 1 참조). 기존의 축전식 탈염장치에 사용되는 플레이트 형식의 이온 교환막과 달리 본 발명은 원기둥 형상으로 제조된 중공사 막(30)을 사용함으로써 종래의 축전식 탈염 장치가 가지고 있는 문제점, 즉, 양전극(10)과 음전극(20) 사이가 1mm 이하로 좁아 구조적으로 복잡하다는 문제점을 해결할 수 있다. In one embodiment, the hollow fiber membrane 30 has a cylindrical shape with a plurality of pores formed on the surface thereof so that ions can pass therethrough, and may include a conductive material therein. The hollow fiber membrane 30 may be disposed between the positive electrode 10 and the negative electrode 20, and a plurality of the hollow fibers 30 may be regularly arranged (see FIG. 1). Unlike a plate-type ion exchange membrane used in a conventional capacitive desalination apparatus, the present invention uses a hollow fiber membrane 30 made in a cylindrical shape to solve the problems of the conventional electrolytic desalination apparatus, that is, And the cathode electrode 20 is narrower than 1 mm, which is structurally complicated.

중공사 막(30)은 다양한 이온교환수지로 제조할 수 있다. 바람직하게, 양전극(10)과 음전극(20)의 중심을 기준으로 음전극(20)에 가까운 영역은 양이온교환수지를 이용하여 제조하고, 양전극(10)에 가까운 영역은 음이온교환수지를 이용하여 제조할 수 있다. 양이온교환수지는 양이온 교환의 작용을 보이는 이온교환수지로서, 불용성 고분자산이고, 그 교환기에 의한 산성의 강약에 따라 강산성 양이온교환수지와 약산성 양이온교환수지로 분류된다. 양이온교환수지의 모체로서는 스티렌과 디비닐벤젠의 혼성 중합물이 일반적으로 사용된다. 약산성 양이온교환수지는 메타크릴산과 디비닐벤젠의 혼성 중합물이 사용된다. 교환기로서는 강산성기로서 술폰기, 약산성기로서 카르복시기, 페놀성 수산기가 있고 그외에 술폰기(-PO3H2), 아르손기(-AsO3H2) 등이 있다. 바람직하게는 강산성 양이온교환수지로서, 폴리스티렌술폰산형 수지를 사용할 수 있다. 음이온교환수지는 음이온 교환의 작용을 보이는 이온교환수지로서, 교환기에 따라 감염기 음이온교환수지와 약염기 음이온교환수지로 분류된다. 구체적으로, 불용성의 합성수지 모체에 아미노기(-NH2, -NHR, -NR2), 사차 암모늄기 등의 염기성기를 가진 수지를 사용할 수 있고, 바람직하게는 스티렌계 음이온교환수지를 사용할 수 있다.The hollow fiber membrane 30 can be made of various ion exchange resins. Preferably, the region near the cathode electrode 20 with respect to the center of the anode 10 and the cathode electrode 20 is manufactured using a cation exchange resin, and the region near the anode 10 is manufactured using an anion exchange resin . Cation exchange resin is an ion exchange resin showing the action of cation exchange. It is an insoluble polymer acid, and it is classified into strongly acidic cation exchange resin and weakly acidic cation exchange resin according to the strength of acidity by the exchanger. As the host of the cation exchange resin, a hybrid polymer of styrene and divinylbenzene is generally used. As the weakly acidic cation exchange resin, a hybrid polymer of methacrylic acid and divinylbenzene is used. As the exchanger, there are sulfonic acid groups as strong acid groups, carboxy groups and phenolic hydroxyl groups as weak acid groups, and sulfone groups (-PO 3 H 2 ) and arson groups (-AsO 3 H 2 ). Preferably, a polystyrenesulfonic acid type resin can be used as the strongly acidic cation exchange resin. The anion exchange resin is an ion exchange resin exhibiting the function of anion exchange and classified into an infectious agent anion exchange resin and a weak base anion exchange resin according to an exchange. Specifically, a resin having a basic group such as an amino group (-NH 2 , -NHR, -NR 2 ), quaternary ammonium group or the like can be used for the insoluble synthetic resin matrix, and a styrenic anion exchange resin can be preferably used.

중공사 막(30)의 직경은 0.5~1.5mm인 것이 바람직하다. 중공사 막(30)의 직경이 0.5mm 미만인 경우, 막의 제조가 어렵다는 단점이 있고, 1.5mm를 초과하는 경우, 유입용액과의 접촉면적이 줄어들어 흡착률이 떨어진다는 단점이 있다.The diameter of the hollow fiber membrane 30 is preferably 0.5 to 1.5 mm. If the diameter of the hollow fiber membrane 30 is less than 0.5 mm, it is difficult to manufacture the membrane. If the diameter exceeds 1.5 mm, the contact area with the inflow solution is reduced and the adsorption rate is deteriorated.

또한, 중공사 막(30)은 그 내부에 다양한 전도성 물질(31)을 포함할 수 있고, 전도성 물질(31)을 통해 이온 흡착 능력을 향상시킬 수 있다. 이때, 전도성 물질(31)은 활성탄일 수 있다. 한 쌍의 전극 사이로 유입용액(염수, saline water)을 통과시키고, 양 끝단에 접압을 인가하면 중공사 막(30) 외부에 흐르는 유입용액 내의 이온들은 중공사 막을 통과하여 그 내부의 활성탄에 흡착된다. 흡착 효율의 향상을 위하여 전도성 물질(31) 입자의 직경은 10~200㎛인 것이 바람직하나, 제조되는 중공사 막(30)의 사이즈에 따라 조절할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, the hollow fiber membrane 30 may include various conductive materials 31 therein, and the ion adsorption capability may be improved through the conductive material 31. At this time, the conductive material 31 may be activated carbon. When the inflow solution (saline water) is passed between the pair of electrodes and a contact pressure is applied to both ends, ions in the inflow solution flowing outside the hollow fiber membrane 30 pass through the hollow fiber membrane and are adsorbed on the activated carbon inside . In order to improve the adsorption efficiency, the diameter of the particles of the conductive material 31 is preferably in the range of 10 to 200 占 퐉, but it may be adjusted according to the size of the hollow fiber membrane 30 to be manufactured.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식 탈염 장치(100)의 중공사 막(30)에서 이온이 흡착되고 탈착되는 과정을 개략적으로 설명한 도면이다. 도 3을 통해 보다 구체적으로 설명하면, 양전극(10) 및 음전극(20) 사이에 배치되는 다수 개의 중공사 막(30)은 그 내부에 전도성 물질(31)인 활성탄을 포함할 수 있고, 유입용액은 중공사 막(30)의 사이(중공사 막(30) 외부)를 통해서 이동한다. 유입용액이 중공사 막(30) 사이로 이동하면서 유입용액 내의 이온들은 중공사 막(30)을 통과하여 내부의 활성탄에 흡착된다. 흡착된 이온은 중공사 막(30)의 내부로 공기나 물을 주입하여 흡착된 이온을 중공사 막 외부로 탈착하거나 활성탄 자체를 제거한 후, 별도의 장치에서 탈착할 수 있다. 즉, 본 발명은 중공사 막(30) 내부에 활성탄 입자를 포함시킴으로써 기존의 플레이트 방식의 축전식 탈염 장치보다 이온의 탈착을 용이하게 수행할 수 있으며, 중공사 막(30)을 계속적으로 사용할 수 있게 된다.FIG. 3 is a view schematically illustrating a process in which ions are adsorbed and desorbed in the hollow fiber membrane 30 of the thermal decomposition apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. 3, the plurality of hollow fiber membranes 30 disposed between the positive electrode 10 and the negative electrode 20 may include activated carbon as the conductive material 31, (Outside the hollow fiber membrane 30) between the hollow fiber membranes 30. As the incoming solution moves between the hollow fiber membranes 30, the ions in the incoming solution pass through the hollow fiber membrane 30 and are adsorbed to the activated carbon inside. The adsorbed ions may be desorbed from the hollow fiber membrane 30 by injecting air or water into the hollow fiber membrane 30, desorbing the adsorbed ions to the outside of the hollow fiber membrane, or removing the activated carbon itself. That is, by including activated carbon particles in the hollow fiber membrane 30, ions can be desorbed more easily than the conventional plate type depolymerization apparatus, and the hollow fiber membranes 30 can be continuously used .

일 실시예에 있어서, 양전극(10) 및 음전극(20) 사이에는 중간 전극(40)을 배치할 수 있다. 보다 구체적으로, 양전극(10) 및 음전극(20) 사이에는 다수 개의 중공사 막(30)이 규칙적으로 배치될 수 있고, 중공사 막(30)들 사이에 중간 전극(40)이 배치될 수 있으며, 이때, 양전극(10) 및 음전극(20)과 평행하게 배치된다. 또한, 중간 전극(40)은 쌍극 전극판(Bipolar electrode)으로서, 전극 사이에 전압이 균일하게 인가될 수 있도록 다수 개가 배치될 수 있고, 탄소계 쌍극 전극판을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment, the intermediate electrode 40 may be disposed between the positive electrode 10 and the negative electrode 20. More specifically, a plurality of hollow fiber membranes 30 may be regularly arranged between the positive electrode 10 and the negative electrode 20, and the intermediate electrode 40 may be disposed between the hollow fiber membranes 30 At this time, it is arranged in parallel with the positive electrode 10 and the negative electrode 20. The intermediate electrode 40 is a bipolar electrode. A plurality of bipolar electrodes may be disposed between the electrodes to uniformly apply a voltage between the electrodes, and a carbon-based bipolar electrode plate may be used. However, the present invention is not limited thereto .

또한, 축전식 탈염장치(100)는 단독으로 운전될 수도 있으나, 바람직하게는 다수개가 세트를 이루어 운전될 수 있다. 이때, 세트를 구성하는 각각의 축전식 탈염장치(100)가 서로 다른 운영 스케줄에 따라 충전과 방전을 번갈아 수행하면서 유입용액의 탈염이 지속적으로 이루어질 수 있다. The storage and desalination apparatus 100 may be operated alone, but preferably a plurality of sets can be operated. At this time, desalination of the influent solution can be continuously performed while each of the electrothermal desalination apparatuses 100 constituting the set alternately performs charging and discharging according to different operating schedules.

상술한 바와 같이, 본 발명은 종래의 플레이트 방식의 축전식 탈염 장치와 달리, 양전극(10) 및 음전극(20) 사이에 활성탄을 포함하는 다수 개의 중공사 막(30)을 배치하고, 중공사 막(30) 사이에 양전극(10) 및 음전극(20)과 평행하게 중간 전극(40)을 일정한 간격으로 배치하여 구조를 간단하게 하면서도 전극 내부의 세척을 용이하게 할 수 있는 등의 효과를 가지게 되었다는 것을 알 수 있습니다.As described above, the present invention is characterized in that, unlike the conventional plate type depolarizing apparatus, a plurality of hollow fiber membranes 30 containing activated carbon are disposed between the positive electrode 10 and the negative electrode 20, The intermediate electrode 40 is arranged between the positive electrode 10 and the negative electrode 20 at regular intervals between the first electrode 30 and the second electrode 30 so that the structure can be simplified and the inside of the electrode can be easily cleaned I know.

다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유입용액 내에 존재하는 이온을 흡착하는 방법에 대해 설명한다. 다만, 상술한 축전식 탈염장치를 사용하는 이온 흡착 방법을 설명하는 바, 축전식 탈염장치와 관련하여 중복되는 설명은 생략한다. Next, a method of adsorbing ions present in the influent solution according to another embodiment of the present invention will be described. However, the ion adsorption method using the above-described condensate desalination apparatus will be described, and redundant description will be omitted with respect to the storage desalination apparatus.

본 발명의 다른 실시예에 따른 유입용액 내에 존재하는 이온을 흡착하는 방법은 축전식 탈염장치에 전압을 인가하는 단계; 유입용액을 공급하는 단계; 및 유입용액 내에 존재하는 이온이 원기둥 형상의 중공사 막 내부로 흡착되는 단계;를 포함한다. A method of adsorbing ions present in an influent solution according to another embodiment of the present invention includes: applying a voltage to a charge desalination apparatus; Supplying an influent solution; And adsorbing the ions present in the inflow solution into the cylindrical hollow fiber membrane.

구체적으로 설명하면, 물의 전기분해반응이 일어나지 않는 전위 범위 내에서 전압을 인가하면 전극에는 일정한 전하량이 하전된다. 하전된 전극에 이온을 포함한 유입용액(염수, saline water)을 통과시키면 하전된 전극과 반대 전하를 가진 이온들이 정전기력에 의해 전극 사이에 배치된 원기둥 형상의 중공사 막 내부의 전도성 물질(활성탄)로 흡착되고, 전극을 통과한 유입용액은 이온이 제거된 순수(fresh water)가 된다. 중공사 막 내부에 이온이 충분히 흡착되어 포화되면 더 이상의 이온을 흡착할 수 없어 탈착과정을 거치게 된다. 탈착과정은 유입용액이 중공사 막 외부로 흐르면서 이온이 중공사 막 내부로 이동하는 흡착과정과 반대로, 전극에 인가된 전원을 차단하고 물이나 공기를 중공사 막 내부로 투입하여 흡착된 이온들이 중공사 막을 통과하여 중공사 막 외부로 탈착되도록 한다. 또한, 탈착과정은 이온이 흡착된 전도성 물질(활성탄) 자체를 제거한 후, 별도의 장치에서 이온을 제거하는 방식으로 수행될 수도 있다. 이온이 탈착된 전도성 물질은 다시 축전식 탈염 전극에 사용될 수 있다.Specifically, when a voltage is applied within a potential range in which electrolysis of water does not occur, a certain amount of charge is charged to the electrode. When a charged solution containing ions (saline water) is passed through a charged electrode, ions having opposite charges to that of the charged electrode are transferred to the conductive material (activated carbon) inside the cylindrical hollow membrane disposed between the electrodes by electrostatic force And the inflow solution passing through the electrode becomes fresh water from which ions have been removed. If the ions are sufficiently adsorbed and saturated in the hollow fiber membrane, the ions can not be adsorbed, and the desorption process is performed. The desorption process is the opposite of the adsorption process in which the ions move into the hollow fiber membrane while the incoming solution flows out of the hollow fiber membrane. The power applied to the electrode is cut off and water or air is injected into the hollow fiber membrane, So that it is desorbed outside the hollow fiber membrane. In addition, the desorption process may be performed by removing the conductive material (activated carbon) itself from which the ions are adsorbed, and then removing the ions from a separate apparatus. The ion-desorbed conductive material may again be used for a capacitive desalination electrode.

또한, 유입용액 내에 존재하는 이온을 흡착하는 방법은 다수개의 축전식 탈염장치를 세트로 이루어 수행할 수도 있다. 이때, 세트를 구성하는 각각의 축전식 탈염장치(100)가 서로 다른 운영 스케줄에 따라 흡착 및 탈착 과정을 교대로 수행할 수 있다.In addition, a method of adsorbing ions present in the inflow solution may be performed by a plurality of sets of the storage and desalination apparatuses. At this time, each of the electrothermal desalination apparatuses 100 constituting the set can perform the adsorption and desorption processes alternately according to different operating schedules.

본 발명은 양전극 및 음전극 사이에 플레이트 방식의 이온교환막이 아닌 원기둥 형상의 중공사 막을 배치하여 축전식 탈염 장치의 구조를 단순화하고, 유입 용액 내 이온을 용이하게 흡착 및 탈착할 수 있는 등의 효과를 가진다. 종래의 플레이트 방식과 달리 전도성 물질을 포함하는 중공사 막들의 사이로 유입 용액을 공급하여 중공사 막 내부로 이온들이 흡착될 수 있고, 흡착된 이온들은 중공사 막 내부의 전도성 물질을 제거하여 별도의 장치에서 탈착하거나, 중공사 막 내부로 공기나 물을 주입하여 흡착된 이온들이 중공사 막 외부로 탈착될 수 있다.The present invention is characterized in that a cylindrical hollow membrane instead of a plate type ion exchange membrane is disposed between the positive electrode and the negative electrode to simplify the structure of the electrolytic desalination device and to easily adsorb and desorb ions in the inflow solution I have. Unlike the conventional plate type, ions can be adsorbed into the hollow fiber membrane by supplying an inflow solution between the hollow fiber membranes containing a conductive material, and the adsorbed ions remove the conductive material inside the hollow fiber membrane, Or adsorbed ions may be desorbed from the hollow fiber membrane by injecting air or water into the hollow fiber membrane.

본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.It is to be understood that the present invention is not limited to the above embodiments and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention.

100 : 축전식 탈염 장치 10 : 양전극
20 : 음전극 30 : 중공사 막
31 : 전도성 물질 40 : 중간 전극
100: Capacitive desalination device 10: Positive electrode
20: negative electrode 30: hollow fiber membrane
31: conductive material 40: intermediate electrode

Claims (14)

양전극과 음전극으로 이루어진 한 쌍의 전극; 및
전극 사이에 배치되는 원기둥 형상의 중공사 막;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 축전식 탈염 장치.
A pair of electrodes composed of a positive electrode and a negative electrode; And
And a columnar hollow fiber membrane disposed between the electrodes.
제1항에 있어서,
중공사 막은 이온교환수지로 제조된 것을 특징으로 하는, 축전식 탈염 장치.
The method according to claim 1,
Characterized in that the hollow fiber membrane is made of an ion exchange resin.
제1항에 있어서,
중공사 막의 직경은 0.5~1.5mm인 것을 특징으로 하는, 축전식 탈염 장치.
The method according to claim 1,
And the diameter of the hollow fiber membrane is 0.5 to 1.5 mm.
제1항에 있어서,
중공사 막은 그 내부에 전도성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 축전식 탈염 장치.
The method according to claim 1,
Characterized in that the hollow fiber membrane comprises a conductive material therein.
제4항에 있어서,
전도성 물질은 활성탄인 것을 특징으로 하는, 축전식 탈염 장치.
5. The method of claim 4,
Characterized in that the conductive material is activated carbon.
제4항에 있어서,
전도성 물질의 직경은 10~200㎛인 것을 특징으로 하는, 축전식 탈염 장치.
5. The method of claim 4,
Characterized in that the diameter of the conductive material is from 10 to 200 mu m.
제1항에 있어서,
전극 사이에 배치되는 중간 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 축전식 탈염 장치.
The method according to claim 1,
And an intermediate electrode disposed between the electrodes.
제7항에 있어서,
중공사 막은 다수 개이고,
중간 전극은 중공사 막 사이에 한 쌍의 전극과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 축전식 탈염 장치.
8. The method of claim 7,
There are a number of hollow fiber membranes,
Characterized in that the intermediate electrode is arranged parallel to the pair of electrodes between the hollow fiber membranes.
축전식 탈염장치에 전압을 인가하는 단계;
유입용액을 공급하는 단계; 및
유입용액 내에 존재하는 이온이 원기둥 형상의 중공사 막 내부로 흡착되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유입용액 내에 존재하는 이온을 흡착하는 방법.
Applying a voltage to the electrothermal desalination apparatus;
Supplying an influent solution; And
Wherein the ions present in the inflow solution are adsorbed into the cylindrical hollow fiber membrane.
제9항에 있어서,
중공사 막은 이온교환수지로 제조된 것을 특징으로 하는, 유입용액 내에 존재하는 이온을 흡착하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the hollow fiber membrane is made of an ion exchange resin.
제9항에 있어서,
중공사 막의 직경은 0.5~1.5mm인 것을 특징으로 하는, 유입용액 내에 존재하는 이온을 흡착하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the hollow fiber membrane has a diameter of 0.5 to 1.5 mm.
제9항에 있어서,
중공사 막은 그 내부에 전도성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유입용액 내에 존재하는 이온을 흡착하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the hollow fiber membrane comprises a conductive material therein. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제12항에 있어서,
전도성 물질은 활성탄인 것을 특징으로 하는, 유입용액 내에 존재하는 이온을 흡착하는 방법.
13. The method of claim 12,
Characterized in that the conductive material is activated carbon.
제12항에 있어서,
전도성 물질의 직경은 10~200㎛인 것을 특징으로 하는, 유입용액 내에 존재하는 이온을 흡착하는 방법.
13. The method of claim 12,
Characterized in that the diameter of the conductive material is from 10 to 200 占 퐉.
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