KR20180002080A

KR20180002080A - 전해 시스템 및 이를 이용한 전해 방법

Info

Publication number: KR20180002080A
Application number: KR1020170177929A
Authority: KR
Inventors: 정붕익; 김정식; 신현수; 현순택
Original assignee: (주) 테크윈
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2018-01-05

Abstract

본 발명은 황산이온을 전해질 용액으로 공급받아 양극반응을 통해 과황산화물을 생성하는 양극실 및 이산화탄소 기체 또는 기체가 용해된 전해질 용액을 공급받아 포름산염을 생성하는 음극실로 이루어진 유격막 전해조; 및 상기 유격막 전해조에서 생성된 포름산염을 포름산으로 전환하는 농축 산성화부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 전해 시스템 및 이를 이용한 전해 방법에 관한 것이다.

Description

전해 시스템 및 이를 이용한 전해 방법{electrolysis system and electrolysis method using the electrolysis system}

본 발명은 전해 시스템 및 이를 이용한 전해 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 전해조에서 양극에서는 황산이온 전해를 통해 과황산화물을 음극에서는 이산화탄소의 전해를 통해 포름산염을 생성하는 반응을 동시에 구현하여 산화제와 화학제품을 동시에 생산하고, 포름산염을 포름산으로 전환하는 농축산성화부를 별도로 두어 화학제품의 생산에 필요한 약품의 추가를 최소화할 수 있는 전해 시스템 및 전해 방법에 관한 것이다.

전기화학 반응은 전해조의 양극실에서 발생하는 산화반응과 전해조의 음극실에서 발생하는 환원반응이 동시에 일어난다.

대부분의 전기화학공정에서는 양극 또는 음극반응을 통해 목적하는 생성물을 제조하게 되고, 그 반대편의 상대전극에서는 용액 중 용매인 물의 전기화학적 반응을 통해 산 또는 염기를 생산하게 되며, 이러한 반응물은 부산물로 생성되어 폐액처리되거나 별도의 용도로 사용되게 된다.

일 예로 전해조의 양극실에서 발생하는 산화반응을 이용하여 산화제를 생산하는 기술로서, 대한민국 등록특허 10-1525340호에 "도전성 다이아몬드 전극, 이것을 이용한, 황산 전해 방법 및 황산 전해장치"가 개시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다공질 PTFE 격막(9)에 의해 도전성 다이아몬드 양극(10)이 수용되고, 또 상기 황산이온을 포함하는 전해액이 채워진 양극실(3)과 도전성 다이아몬드 음극(12)이 수용되며, 또 양극실(3)과 동일한 농도의 황산이 채워진 음극실(4)로 구획되어 있다. 양극실(3)에는 양극액 공급구(7)가 접속되고, 이 양극액 공급구(7)를 통하여 양극액인 황산이 양극실(3)로 공급된다. 또한, 음극실(4)에는 음극액 공급구(8)가 접속되고, 이 음극액 공급구(8)를 통하여 음극액이 음극실(4)로 공급된다. 양극실(3)에서 생성된 산화성 물질 용액은 양극액 배출구(1)로 배출된다. 또한, 음극실(4)에서 생성된 수소와 잔여 황산 용액은 음극액 배출구(2)로 배출된다. 양극 전해질인 황산 이 양극실로 주입되면 양극반응을 통해 퍼옥소이황산이 생성된다. 이때 음극실에서는 음극용액 중 용매인 H₂O이 전기분해 반응을 통해 수소(H₂)와 수산화이온(OH^-)이 발생되고, 수산화이온(OH^-)은 양극에서 반응 후 넘어온 수소이온(H⁺)이나 음극실로 공급된 황산(H₂SO₄)내의 수소이온(H⁺)과 만나 중화반응을 통해 음극용액의 농도가 제어된다. 발생된 H₂는 주로 희석하여 버려지고 있다. 이처럼 양극반응으로 생성되는 퍼옥소이황산화물인 산화성 물질이 목적한 생산물로 생산이 되고, 음극반응으로 생성된 수산화이온은 중화반응에 의해 버려지게 된다.

또 다른 선행기술의 예로 전해조의 음극실에서 발생하는 환원반응을 이용하여 화학제품을 생산하는, 대한민국 등록특허 10-1372532호에 "황산칼륨을 포함하는 용액을 이용한 이산화탄소의 전기화학적 환원방법"이 개시된다. 도 2는 종래기술에 따른 황산칼륨을 포함하는 용액 조건 하에서 이산화탄소의 전기화학적 전환 공정을 나타내는 예시도이다. 제1단계에서, 산화전극부에서는 용매인 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 당량의 포름산이 생산될 때 1 당량의 황산칼륨이 생산된다. 제3단계에서, 포름산은 증류되고 황산칼륨은 침전되어 포름산과 황산칼륨이 분리된다.

반응물인 이산화탄소는 기체 또는 전해질에 용해되어 음극실로 주입되며, 음극반응을 통해 포름산이온을 생성하게 된다. 이때 양극실에서는 용매인 H₂O 분해반응을 통해 O₂가 발생되고, 발생된 O₂는 주로 희석하여 버려지고 있다.

이러한 종래 기술의 문제점은 다음과 같다.

첫째, 양극과 음극의 전해반응 중 일 측면의 반응만 활용하여 필요한 화학제를 생성하고, 다른 극에서 생산되는 생성물은 부산물로 생성되게 된다.

둘째, 포름산염을 산성화하여 포름산으로 전환하기 위해 염산 또는 황산 등의 화학물질이 주입되어야 하고, 이로 인해 부생성물의 생성을 동반하게 된다.

본 발명은 두 가지의 고부가가치의 화학제품을 동시에 생산할 수 있는 전해 시스템 및 이를 이용한 전해 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 공정에 사용되는 전력량 및 부산물 생성을 낮출 수 있는 전해 시스템 및 이를 이용한 전해 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 포름산염을 포름산으로 전환할 때 염산 또는 황산 등의 화학물질 주입을 최소화하여 포름산을 생산할 수 있는 전해 시스템 및 이를 이용한 전해 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전해 시스템은 양극과 음극이 서로 대향하여 배치되고, 양극이 위치한 양극실과 음극이 위치한 음극실을 구획하는 격막으로 구성되어, 상기 양극실로는 황산이온을 함유한 전해질 용액을 공급받아 양극반응을 통해 과황산화물을 생성하도록 구성되고, 상기 음극실로는 이산화탄소 기체 또는 기체가 용해된 전해질 용액을 공급받아 포름산염을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유격막 전해조; 및 상기 유격막 전해조의 음극실에서 생성된 포름산염을 공급받아, 외부에서 공급받거나 또는 자체 생산을 통해 공급되는 수소이온과 반응하여 포름산으로 전환하는 농축 산성화부를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 일 실시에 따른 전해 시스템의 상기 농축 산성화부는, 반응에 필요한 상기의 수소이온을 외부의 공급원을 통해 황산으로 공급받아, 상기 유격막 전해조로부터 공급받는 포름산염을 포름산으로 전환시키는 산성화부;와 상기 산성화부로부터 생산된 포름산과 황산화물을 분리 농축하여 포름산을 생산하는 분리부로 구성될 수 있다.

보다 바람직하게는 상기 분리부로부터 분리된 황산화물을 상기 유격막 전해조의 양극실의 원료로 공급하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 다른 실시에 따른 전해 시스템의 상기 농축 산성화부는, 상기 유격막 전해조의 음극실에서 생성된 포름산염을 공급받고, 제2 양극의 전해반응을 통해 상기 반응에 필요한 수소이온을 생산하여 포름산염을 포름산으로 전환하는 제2 양극실;과 상기 제2 양극실에서 포름산염이 포름산으로 전환되고 생성된 양이온이 투과되는 제2 격막; 및 상기 제2 격막을 통해 제2 양극실로부터 넘어온 상기 양이온을 포함한 화합물을 생성하는 제2 음극실로 구성된 제2 전해조로 구성될 수 있다.

이때 상기 제2 전해조의 제2 음극실로는 물을 공급하여 제2 음극실에 위치한 제2음극의 전해반응을 통해 생성되는 수산화이온과 상기 제2 양극실로부터 제2 격막을 통해 넘어온 양이온이 반응하여 수산화화합물을 생성하도록 구성될 수 있다.

다른 실시예로는 상기 제2 전해조의 제2 음극실로는 황산을 공급하여 제2 음극실에 위치한 제2 음극의 전해반응을 통해 생성되는 수산화이온과 황산의 수소이온이 반응하여 중화되고, 중화 후 남은 황산이온은 상기 제2 양극실로부터 제2 격막을 통해 넘어온 양이온이 반응하여 황산화물을 생성하고, 생성된 황산화물을 상기 유격막 전해조의 양극실의 원료로 공급하도록 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 다른 실시에 따른 전해 시스템의 상기 농축 산성화부는, 양말단에 양극과 음극이 대향되게 위치하고, 양극과 음극사이에 다수의 양이온교환막과 음이온교환막이 교대로 배열되어 사이의 공간에 각 격실을 이루도록 구성되어 있으며, 각 격실에 상기 유격막 전해조의 음극실에서 생성된 포름산염과 수소이온 공급원으로 외부에서 황산을 공급하여 이온교환막의 선택적 이온투과특성을 이용하여 각각의 서로 다른 격실에서 포름산과 황산화물을 별도로 생성하는 전기투석조로 이루어질 수 있다.

이때 상기 전기투석조는, 하나의 제1 양이온교환막을 기준으로 음극방향으로 가장 인접하게 배치되는 제1 음이온교환막 사이의 제1 격실과, 상기 제1 음이온교환막과 음극방향으로 가장 인접하게 배치된 제2 양이온교환막으로 구획된 제2 격실과, 상기 제2 양이온교환막과 음극방향으로 가장 인접하게 배치된 제2 음이온교환막으로 구획된 제3 격실과, 상기 제2 음이온교환막과 음극방향으로 가장 인접하게 배치된 또 다른 제1 양이온교환막으로 구획되는 제4 격실의 4개의 격실을 반복단위로 구성되어 있으며, 각각의 서로 동일한 격실간은 상호 유통되어 있고, 서로 다른 격실간은 격리된 구조를 가진 전기투석조를 구성하고 있으며, 상기 제1 격실과 제3 격실에서는 어느 하나의 격실에서는 포름산이 다른 격실에서는 황산화물이 각각 별도의 격실에서 생성 및 농축되고, 제2 격실과 제4 격실에는 각각 포름산염과 황산이 별도로 공급되어 희석되도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 다른 실시에 따른 전해 시스템의 상기 농축 산성화부는, 양말단에 양극과 음극이 서로 대향되게 설치되어 있고, 상기 양극과 음극의 사이에 다수의 양쪽성이온교환막과 이온교환막을 포함하여 구성되고, 상기 양쪽성이온교환막의 물분해 특성을 통해 생성되는 수소이온과 수산화이온 및 이온교환막의 선택적 이온투과특성을 이용하여 상기 유격막 전해조에서 공급되는 포름산염을 포름산으로 전환하는 물분해전기투석조로 구성될 수 있다.

이때 상기의 물분해전기투석조는, 양 말단부에 양극과 음극 사이에 양극면으로부터 양이온교환막(C), 양쪽성이온교환막(BPM), 음이온교환막(A)이 차례로 배열되도록 구성되며, 이때 양쪽성이온막(BPM)은 음이온교환층(BA)이 양이온교환막(C)과 마주보도록 설치되어 격실을 이루고, 양이온교환층(BC)은 음이온교환막(A)과 마주보도록 설치되어 다른 격실을 이루고 있는 물분해전기투석조로, 상기 각 양이온교환막(C)과 양쪽성이온교환막(BPM)의 음이온교환층(BA) 사이의 격실은 염기/염생성실을 구성하고, 상기 각 양쪽성이온교환막(BPM)의 양이온교환층(BC)과 음이온교환막(A) 사이의 격실은 포름산생성실을 구성하며, 상기 각 음이온교환막(A)과 양이온교환막(C) 사이의 격실은 포름산염주입실;로 구성될 수 있다.

이때 상기 포름산염주입실로는 상기 유격막 전해조의 음극실에서 생성된 포름산염을 공급받아 음이온교환막(A)으로는 포름산이온을 투과하고 양이온교환막(C)으로는 양이온이 투과되어 희석되게 되고, 상기 염기/염생성실에서는 양쪽성이온교환막(BPM)의 음이온교환층(BA)에서 생성되는 수산화이온과 양이온교환막(C)으로부터 투과되어 넘어온 양이온과 결합하여 수산화물을 생성 및 농축하게 되고, 상기 포름산생성실에서는 양쪽성이온교환막(BPM)의 양이온교환층(BC)에서 생성되는 수소이온과 음이온교환막(A)으로부터 투과되어 넘어온 포름산이온과 결합하여 포름산을 생성 및 농축하도록 작동한다.

이때 상기 음이온교환막은 일가선택성 음이온교환막으로 구성할 수 있다.

또 다른 구성에 따른 상기 물분해전기투석조는, 양 말단부의 양극과 음극 사이에 양극면으로부터 양이온교환막(C), 양쪽성이온교환막(BPM)이 차례로 배열되며, 상기 양쪽성이온교환막(BPM)의 음이온교환층(BA)이 양극방향으로 설치되도록 구성된 물분해전기투석조로, 상기 각 양이온교환막(C1)과 양쪽성이온교환막(BPM)의 음이온교환층(BA) 사이에 위치한 염기/염생성실과, 상기 각 양쪽성이온교환막(BPM)의 양이온교환층(BC)과 양이온교환막(C2) 사이에 위치한 포름산생성실;로 구성되며, 상기 포름산생성실로는 상기 유격막 전해조의 음극실로부터 공급받는 포름산염이 양쪽성이온교환막(BPM)의 양이온교환층(BC)을 통해 생성된 수소이온과 반응하여 포름산을 생성하고, 남은 양이온은 양이온교환막을 통해 상기 염기/염생성실로 투과되어 넘어가게 되고, 상기 염기/염생성실에서는 포름산생성실에서 투과되어 넘어온 양이온과 양쪽성이온교환막(BPM)의 음이온교환층(BA)을 통해 생성된 수산화이온과 만나 수산화물을 생성하도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 물분해전기투석조의 염기/염생성실로는 황산을 공급하고, 상기 양쪽성이온교환막의 음이온교환층에서 생성된 수산화이온과 공급되는 황산의 수소이온과 중화반응을 이루어 황산이온을 생성하고, 상기 황산이온은 상기 양이온교환막을 통해 투과되어 넘어온 양이온과 결합하여 황산화물의 염을 생성하여 배출되며, 배출되는 황산화물은 상기 유격막 전해조의 양극실의 원료로 공급하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 전해 방법은 양극과 음극이 서로 대향하여 배치되고, 양극이 위치한 양극실과 음극이 위치한 음극실을 구획하는 격막으로 구성된 유격막 전해조의 양극실로는 황산이온을 함유한 전해질 용액을 공급받아 양극반응을 통해 과황산화물을 생성하고, 동시에 유격막전해조의 음극실로는 이산화탄소 기체 또는 기체가 용해된 전해질 용액을 공급받아 포름산염을 생성하는 전해과정; 및 유격막 전해조의 음극실에서 생성된 포름산염을 공급받아, 외부에서 공급받거나 또는 자체 생산을 통해 공급되는 수소이온과 반응하여 포름산으로 전환하는 농축 산성화 과정을 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 전해 방법은 상기 농축 산성화 과정이 반응에 필요한 상기의 수소이온을 외부의 공급원을 통해 황산으로 공급하여 상기 유격막 전해조로부터 공급받는 포름산염을 포름산으로 전환시키는 산성화단계; 및 상기 산성화 단계에서 생산된 포름산과 황산화물을 분리 농축하여 포름산을 생산하는 분리단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 실시에 따른 전해 방법은 상기 분리단계를 통하여 분리된 황산화물을 상기 유격막전해조의 양극실의 원료로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시에 따른 전해 방법은 상기 농축 산성화 과정이 상기 유격막 전해조의 음극실에서 생성된 포름산염을 공급받고, 제2 양극실에 배치된 제2 양극의 전해반응을 통해 상기 반응에 필요한 수소이온을 생산하여 포름산으로 전환하는 단계; 상기 제2 양극실에서 포름산염이 포름산으로 전환되어 생성된 양이온이 제2 격막을 투과하는 단계; 및 상기 제2 격막을 통해 제2 양극실로부터 넘어온 상기 양이온을 포함한 화합물을 생성하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 실시에 따른 전해 방법은 상기 제2 음극실에 위치한 제2 음극의 물분해 전해반응을 통해 생성되는 수산화이온과 상기 제2 양극실로부터 제2 격막을 통해 넘어온 양이온이 반응하여 수산화화합물을 생성할 수 있다.

본 발명의 다른 실시에 따른 전해 방법은 상기 제2 음극실로는 황산을 공급하여 제2 음극실에 위치한 제2 음극의 물분해 전해반응을 통해 생성되는 수산화이온과 황산의 수소이온이 반응하여 중화되고, 중화 후 남은 황산이온은 상기 제2 양극실로부터 제2 격막을 통해 넘어온 양이온이 반응하여 황산화물을 생성하고, 생성된 황산화물을 상기 유격막 전해조의 양극실의 원료로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시에 따른 전해 방법은 상기 농축 산성화 과정이 양말단에 양극과 음극이 서로 대향되게 설치되어 있고, 상기 양극과 음극 사이에 다수의 양이온교환막과 음이온교환막이 교대로 배열되어 사이의 공간에 각각의 격실을 이루는 전기투석조를 이용하여, 각 격실에 상기 유격막 전해조의 음극실에서 생성된 포름산염과 외부에서 황산을 수소이온 공급원으로 하여 공급하여 이온교환막의 선택적 이온투과특성을 이용하여 각각의 서로 다른 격실로부터 포름산과 황산화물을 별도로 생성할 수 있다.

본 발명의 다른 실시에 따른 전해 방법은 상기 농축 산성화 과정이 양쪽성이온교환막과 이온교환막을 포함하여 구성되는 물분해전기투석조를 이용하여, 상기 양쪽성이온교환막의 물분해 특성을 통해 생성되는 수소이온과 수산화이온 및 이온교환막의 선택적 이온투과특성을 이용하여 상기 유격막 전해조에서 공급되는 포름산염을 포름산으로 전환할 수 있다.

본 발명의 다른 실시에 따른 전해 방법은 상기 물분해전기투석조의 염기/염생성실로 황산을 주입하여, 물분해전기투석의 과정을 통해 황산화물을 생성하고, 생성된 황산화물을 상기 유격막 전해조의 양극실의 원료로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전해 시스템 및 전해 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 하나의 전해조를 사용하여 두 가지의 고부가 가치의 화학제품을 동시에 생산할 수 있을 뿐 아니라, 전해반응을 통해 생성되는 부생성물을 최소화함으로 후속 처리공정을 최소화 할 수 있다.

둘째, 두 공정을 통합함으로써 공정에 사용되는 전력량 및 부산물 생성을 낮출 수 있다.

셋째, 이산화탄소를 사용함으로써 온실가스 저감 효과를 기대할 수 있다.

넷째, 포름산염을 포름산으로 전환하기 위해 추가적인 화학물질을 별도로 공급하는 것을 최소화할 수 있다.

다섯째, 포름산염을 포름산으로 전환하고 발생하는 부생성물을 재활용할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 양극반응을 이용한 전해조의 구성을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 음극반응을 이용한 전해조의 구성을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 3a은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전해 시스템의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전해 시스템의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 4는 도 3b의 구체적 구성을 나타낸 예시도이다.
도 5a는 도 3a의 실시 예에 따른 구체적 구성을 나타낸 예시도이다.
도 5b는 도 3b의 실시 예에 따른 구체적 구성을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 농축 산성화부로 전기투석조의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 7a는 도 3a의 다른 실시 예에 따른 농축 산성화부로 물분해전기투석조의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 7b는 도 3b의 다른 실시 예에 따른 농축 산성화부로 물분해전기투석조의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 8a는 도 3a의 다른 실시 예에 따른 농축 산성화부로 물분해전기투석조의 또 다른 형태의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 8b는 도 3b의 다른 실시 예에 따른 농축 산성화부로 물분해전기투석조의 또 다른 형태의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전해 방법의 진행과정을 나타낸 흐름도이다.
도 9b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전해 방법의 진행과정을 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 전해 시스템 및 전해 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 3a는 본 발명의 일 실시에 따른 전해 시스템의 구성을 나타낸 예시도이다. 그 구성을 살펴보면, 유격막 전해조(100)와 농축 산성화부(200)로 구성된다. 유격막 전해조(100)는 격막(130), 상기 격막(130)을 중심으로 대향 배치된 양극실(110)과 음극실(120)로 이루어진다. 양극실(110)에는 양극(111)이, 음극실(120)에는 음극(121)이 서로 대향하도록 내재되어 구성된다.

양극실(110)에는 황산이온(SO₄ ^2-)을 포함하는 전해질 용액이 공급된다. 본 실시 예에서는 황산이온을 포함하는 전해질로서 황산나트륨(Na₂SO₄) 수용액을 예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 황산칼륨(K₂SO₄), 황산암모늄(NH₄SO₄) 등의 황산화물이 사용될 수 있다.

양극실(110)에서는 황산이온(SO₄ ^2-)이 양극(111)의 산화반응을 통해 과황산이온(S₂O₈ ^2-)으로 전환되어, 아래 식 (1)의 반응식과 같이 과황산나트륨(Na₂S₂O₈)을 생성하게 된다.

2Na₂SO₄ → Na₂S₂O₈ + 2Na⁺(격막투과) + 2e^- ……………………………식 (1)

이때 반응 후 남은 나트륨이온(Na⁺)은 격막(130)을 통해 양극실(110)에서 음극실(120)로 이동한다.

한편, 음극실(120)에는 이산화탄소(CO₂)가 기체상 또는 음극 전해질 용액에 용해된 상태로 공급되어, 식 (2)의 음극(121) 전해반응을 통해 포름산이온(HCOO^-)을 생성하게 되고, 생성된 포름산이온(HCOO^-)은 상기 격막(130)을 통해 양극실(110)로부터 넘어온 양이온(Na⁺)과 결함하여 포름산염 중 하나인 포름산나트륨(HCOONa)을 생성하게 된다(식 (3)). 이때 같이 생성되는 수산화나트륨(NaOH)은 이온의 밸런스를 설명하기 위해 나타낸 것으로 음극실(120)로 이산화탄소(CO₂)와 같이 공급되는 전해질 용액의 성분에 따라 생성물의 형태는 달리 할 수 있다.

CO₂ + H₂O + 2e^- → HCOO^- + OH^- ………………………………………식 (2)

2Na⁺ + HCOO^- + OH^- → HCOONa + NaOH …………………………식 (3)

이와 같이, 양극실에서는 황산화물로부터 과황산화물(Na₂S₂O₈)을 생성하고, 음극실에서는 이산화탄소로부터 포름산염(HCOONa)을 생성하는 반응이 동시에 이루어져 양극실과 음극실에서 각각 유용한 화학제를 동시에 생산할 수 있다.

이렇게 생산된 양극생성물인 과황산화물은 강력한 산화제로 합성수지 중합촉매, 섬유의 호발제, 금속 표면 처리제, 분석시약, 화학 물질 분해용 처리제 등에 사용된다. 과황산화물에 의해 분해되는 화학물질은 토양, 지하수, 배수 및 폐기물의 오염 원인이 되는 화학 물질로서, 휘발성 유기 화합물, 시안화물, 금속 시아노착물 등의 토양오염 대책법에 의해 규제되고 있는 물질이나, 유막(油膜) 유취(油臭)로서 가이드라인이 정해져 있는 원유 유래물이다. 과황산화물에 의해 분해되는 화학 물질을 함유하는 대상물은 고체, 액체 또는 슬러리의 형태를 가질 수 있다.

한편, 상기 유격막 전해조(100)의 양극(111)으로는 BDD(Boron-doped diamond), DLC(Diamond like carbon), 백금(Pt), 백금 도금, DSA로 이루어진 무리에서 선택되는 어느 하나 이상의 재료를 사용하여 제조된 전극을 사용할 수 있고, 음극(121)으로는 BDD(Boron-doped diamond), DLC(Diamond like carbon), 납(Pb), 수은(Hg), 티타늄(Ti), 인듐(In), 주석(Sn), 금(Au), 은(Ag), 아연(Zn), 니켈(Ni), 철(Fe), 백금(Pt), 아말감(Amalgam)으로 이루어진 무리에서 선택되는 어느 하나 이상의 재료를 사용하여 제조된 전극을 사용할 수 있다.

상기 유격막 전해조(100)의 격막(130)은 양이온교환막인 것이 바람직하며, 특히 불소계양이온교환막인 것이 더욱 바람직하다.

상기 유격막 전해조(100)의 음극실에서 생성된 포름산염인 포름산나트륨(HCOONa)은 농축 산성화부(200)에 제공된다. 농축 산성화부(200)는 외부에서 공급받거나 또는 자체 생산을 통해 공급되는 수소이온(H⁺)과 반응하여 포름산염(HCOONa)을 포름산(HCOOH)으로 전환하는 기능을 수행한다.

도 3b는 상기 수소이온(H⁺)의 공급원으로 외부에서 황산(H₂SO₄)을 공급하는 구성을 나타낸 예시도이다. 이렇게 공급된 황산(H₂SO₄)의 수소이온(H⁺)은 농축 산성화부(200)에서 포름산염(HCOONa)을 포름산(HCOOH)으로 전환하는데 사용되게 되고, 남은 양이온(Na⁺)은 황산이온(SO₄ ^2-)과 만나 황산화물(Na₂SO₄)를 생성하게 되는 식 (4)의 반응이 이루어진다. 여기서 생성된 황산화물(Na₂SO₄)은 다시 상기 유격막 전해조(100)의 양극실(110)의 원료로 재공급하여, 양극에 공급되는 황산이온 전해질의 사용량을 절감할 수 있게 된다.

이렇게 생성된 포름산(HCOOH)은, 가죽 처리제, 고무응고제, 염색조제, 모염제, 피혁탄닝, 의약, 에폭시 가소제, 도금, 살균제, 향료, 유기합성원료 등에 사용되고, 최근에는 연료전지의 연료로 사용하는 등 다양한 용도로 사용될 수 있다.

HCOONa + NaOH + H₂SO₄ → HCOOH + Na₂SO₄ + H₂O ……………식 (4)

도 4는 도 3b의 구체적 구성을 나타낸 예시도이다.

농축 산성화부(200)가 상기 포름산염(HCOONa)을 공급받고, 상기 도 3b의 설명에서와 같이 수소이온(H⁺) 공급원으로 황산(H₂SO₄)을 첨가하여 식 (4)에서와 같이 화학반응에 의해 포름산(HCOOH)을 생산하는 산성화부(240)와 생성된 포름산(HCOOH)과 황산화물(Na₂SO₄)을 분리 및 농축하여 목적한 포름산(HCOOH)을 생성하고, 황산화물(Na₂SO₄)는 상기 유격막 전해조(100)의 양극실(110)의 원료로 재공급하는 분리부(250)로 구성된다.

도 5a는 도 3a의 실시 예에 따른 구체적 구성을 나타낸 예시도이다.

도 5a에 따른 농축 산성화부(200)는 상기 유격막 전해조(100)와 유사한 구조를 가진 제2 전해조(200)로 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 별도의 제2 전해조(210)는 제2 격막(230)을 중심으로 대향 배치된 제2 양극실(210)과 제2 음극실(220)을 구비한다. 제2 양극실(210)에는 제2 양극(211)이 제2 음극실(220)에는 제2 음극(221)이 서로 대향되게 배치된다.

제2 양극실(210)에는 상기의 유격막 전해조(100)의 음극실(120)에서 생성된 포름산염인 포름산나트륨(HCOONa)을 공급받는다. 제2 양극실(210)에서는 식 (5)에서와 같이 제2 양극(211)의 물분해 전해반응을 통해 반응에 필요한 수소이온(H⁺)을 생산하여 포름산(HCOOH)으로 전환하는 반응(식 (6))에 의해 목적물을 생산할 수 있게 된다.

H₂O → 2H⁺ + ½O₂(↑) + 2e^- ………………………………………………식 (5)

HCOONa + NaOH + 2H⁺ → HCOOH + H₂O + 2Na⁺…………………식 (6)

포름산(HCOOH)으로 전환되고 남은 양이온인 나트륨이온(Na⁺)은 제2 격막(230)을 통해 제2 음극실(220)로 이동하게 되고, 제2 음극(221)에서는 물의 전해반응을 통해 수산화이온(OH^-)을 생성하여 제2 격막(230)을 통해 넘어온 나트륨이온(Na⁺)과 만나 제2 음극실(220)에서 수산화나트륨(NaOH)을 생성하게 된다.

도 5b는 도 3b의 실시 예에 따른 구체적 구성을 나타낸 예시도이다. 다른 형태로 도 5b와 같이 제2 음극실(220)로 별도의 황산(H₂SO₄)을 공급하게 되면, 제2 음극(221)에서 생성된 수산화이온(OH^-)과 황산(H₂SO₄)의 수소이온(H⁺)이 결합하여 물(H₂O)로 중화되고, 남은 황산이온(SO₄ ^2-)이 제2 격막(230)을 통해 넘어온 나트륨 양이온(Na⁺)과 만나 황산화물인 황산나트륨(Na₂SO₄)을 생성하게 되고, 이것은 상기 유격막 전해조(100)의 양극실(110)의 원료로 재공급하므로, 양극의 원료물질 사용량을 절감할 수 있게 된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 농축 산성화부(200)는 양말단에 양극과 음극이 서로 대향되게 설치되어 있고, 상기 양극과 음극 사이에 다수의 양이온교환막과 음이온교환막이 교대로 배열되어, 그 사이의 공간에 각각 격실을 이루도록 구성된 전기투석조에 의해 구현될 수 있다.

이러한 전기투석조의 각각의 격실로 상기 유격막 전해조(100)의 음극실(120)에서 생성된 포름산염(HCOONa)이 공급되고, 외부에서 수소이온(H⁺) 공급원으로 황산(H₂SO₄)의 공급이 이루어진다. 이때 양극과 음극의 각 전극에 직류전원이 공급되면, 이온교환막의 선택적 이온투과특성에 의해 전기투석이 이루어지면서, 각각의 서로 다른 격실로 포름산과 황산화물이 별도의 공간에서 각각 생성 및 농축이 이루어지게 된다.

이러한, 전기투석공정에서의 전기투석조의 구성을 도 6에 예시하였다. 도 6에 따른 전기투석 공정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 하나의 양이온교환막을 제1 양이온교환막(C1)으로 기준을 잡으면, 이 제1 양이온교환막(C1)에서 음극측 방향으로 가장 인접하게 배치된 순서대로 제1 음이온교환막(A1), 제2 양이온교환막(C2), 제2 음이온교환막(A2), 또 다른 제1 양이온교환막(C1')의 순서로 배열되어 있다고 정의할 수 있다.

상기 제1 양이온교환막(C1)과 제1 음이온교환막(A1)은 제1 격실(201)을 이루고, 제1 음이온교환막(A1)과 제2 양이온교환막(C2)은 제2 격실(202)을, 제2 양이온교환막(C2)과 제2 음이온교환막(A2)은 제3 격실(203)을, 제2 음이온교환막(A2)과 또 다른 제1 양이온교환막(C1')은 제4 격실(204)을 구성하고 있다. 이러한 4개의 격실은 양극과 음극사이에 설치된 이온교환막에 의해 반복되어 다수 개 적층되어 있으며, 이러한 각 격실은 동일한 격실끼리는 상호 유통되어 있으나, 다른 격실간은 격리된 구조를 갖는다. 즉 제1 격실은 다른 제1 격실과 상호 유통되어 있으나, 제1 격실과 다른 제2 격실, 제3 격실 또는 제4 격실과는 상호 격리되어 있어 이온교환막을 통하지 않고는 물질이동이 이루어지지 않는 구조로 되어 있다.

이러한 전기투석조에서 제1 격실(201)과 제3 격실(203)에는 각각 포름산(HCOOH)과 황산화물(Na₂SO₄)이 생성 및 농축되게 되고, 다른 제2 격실(202)과 제4 격실(204)에는 각각 황산(H₂SO₄) 용액과 유격막 전해조(100)의 음극실(120)에서 생성된 포름산염(HCOONa)이 각각 공급되어 희석이 이루어지게 된다.

이하 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 우선 제2 격실(202)로 황산(H₂SO₄)을 공급하고, 제4 격실(204)로 포름산염(HCOONa)을 공급하고, 양말단의 전극에 직류전원을 공급하여 전기투석을 진행하면, 제2 격실(202)로 공급되는 황산(H₂SO₄)의 양이온인 수소이온(H⁺)은 제2 양이온교환막(C2)을 통해 음극방향의 제3 격실(203)로 투과되어 넘어가게 되고, 음이온인 황산이온(SO₄ ^2-)은 제1 음이온교환막(A1)을 통해 양극방향의 제1 격실(201)로 투과되어 넘어가게 된다. 동시에 제4 격실(204)로 공급되는 포름산염인 포름산나트륨(HCOONa)의 양이온인 나트륨이온(Na⁺)은 음극방향에 위치한 또 다른 제1 양이온교환막(C1')을 투과하여 또 다른 음극쪽으로 인접한 제1 격실(201)로 넘어가게 되고, 음이온인 포름산이온(HCOO^-)은 양극방향에 위치한 제2 음이온교환막(A2)를 투과하여 제3 격실(203)로 넘어가게 된다. 이러한 과정을 통해 제2 격실의 황산(H₂SO₄)과 제4 격실의 포름산염(HCOONa)은 분리 투과되어 희석된다.

제1 격실(201)에서는 제2 격실(202)로부터 넘어온 황산이온(SO₄ ^2-)과 또 다른 양극쪽으로 인접한 제4 격실(204)로부터 넘어온 나트륨이온(Na⁺)과 만나 황산화물인 황산나트륨(Na₂SO₄)을 생성하게 되고, 제3 격실(203)에서는 제2 격실(202)로부터 넘어온 수소이온(H⁺)과 제4 격실(204)에서 넘어온 포름산이온(HCOO^-)이 만나 포름산(HCOOH)을 생성하게 된다.

이러한 일련의 과정을 통해 제1 격실(201)에서는 황산나트륨(Na₂SO₄)이 생성 및 농축되고, 제2 격실(202)에서는 황산(H₂SO₄)이 희석되며, 제3 격실(203)에서는 포름산(HCOOH)이 생성 및 농축되고, 제4 격실(204)에서는 포름산나트륨(HCOONa)의 석이 동시에 이루어지게 된다.

이때 제2 격실(202)로 포름산나트륨(HCOONa)을, 4 격실(204)로 황산(H₂SO₄)을 공급하도록 할 수 있으며, 이 경우에는 제1 격실(201)에서는 포름산(HCOOH)이 제3 격실(203)에는 황산나트륨(Na₂SO₄)이 생성되게 된다. 또한, 도면에서는 양극이 왼쪽에 음극이 오른쪽의 말단에 위치한 것으로 도시되었으나, 그 반대에 위치하도록 구성할 수 있으며 이 경우에도 이온의 이동은 동일한 형식으로 이루어지게 된다.

이러한 전기투석에서는 각 격실로 공급되는 용액을 반회분식으로 순환공급되도록 구성하여 원하는 농도의 생성수 또는 희석수를 얻을 수 있으며, 또한 양극과 음극이 위치한 전극의 공간은 별도의 전극수롤 순환공급하도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 농축 산성화부(200)는 양말단에 양극과 음극이 서로 대향되게 설치되어 있고, 상기 양극과 음극 사이에 다수의 양쪽성이온교환막과 양/음이온교환막을 포함하도록 구성되어, 양쪽성이온교환막의 물분해 특성을 통해 생성되는 수소이온(H⁺)과 수산화이온(OH^-) 및 상기 이온교환막의 선택적 이온투과 특성을 통해 상기 유격막 전해조(100)의 음극실(120)에서 공급되는 포름산염(HCOONa)을 포름산(HCOOH)으로 전환하는 물분해전기투석조에 의해 구현될 수 있다.

이러한 물분해전기투석조의 구성을 도 7a 내지 도 7b 및 도 8a 내지 도 8b에 예시하였다.

도 7a는 도 3a의 다른 실시 예에 따른 농축 산성화부로 물분해전기투석조의 구성을 나타낸 예시도이다. 도 7a에 의한 물분해전기투석조의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 7a에서와 같이 물분해전기투석조는 양말단에 양극과 음극이 서로 대향되게 설치되어 있고, 이 양극과 음극의 사이에는 양극에서부터 음극방향으로 양이온교환막(C)과 양쪽성이온교환막(BPM)과 음이온교환막(A)이 하나의 단위 셀로 하여 다수 개가 적층된 구조로 이루어져 있다. 이때 양이온교환막(C)에 는 양쪽성이온교환막(BPM)의 음이온교환층(BA)이 인접하고, 음이온교환막(A)에는 양쪽성이온교환막(BPM)의 양이온교환층(BC)이 인접하게 적층되도록 구성된다.

양이온교환막(C)과 양쪽성이온교환막(BPM)의 음이온교환층(BA)으로 구획된 격실은 염기/염생성실(205)로 구성되고, 양쪽성이온교환막(BPM)의 양이온교환층(BC)과 음이온교환막(A)으로 구획된 격실은 포름산생성실(206)로 구성되며, 음이온교환막(A)과 양이온교환막(C)으로 구획된 격실은 포름산염주입실(207)로 구성된다.

이하 도면에 따른 발명의 작동을 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 포름산주입실(207)로는 포름산염인 포름산나트륨(HCOONa)을 주입하고, 양극과 음극에 각각 직류전원을 공급하면, 포름산나트륨(HCOONa)은 포름산주입실(207)에서 양이온교환막(C)을 통해 나트륨이온(Na⁺)이 염기/염생성실(205)로 투과되고, 음이온교환막(A)을 통해서는 포름산이온(HCOO^-)이 포름산생성실(206)로 투과된다. 동시에 양쪽성이온교환막(BPM)에서는 막 내부에서 물분해반응을 통해 양이온교환층(BC)으로는 수소이온(H⁺)을 음이온교환층으로는 수산화이온(OH^-)을 생성하게 된다. 이렇게 생성된 수산화이온(OH^-)은 염기/염생성실(205)에서 양이온교환막(C)을 통해 투과된 나트륨이온(Na⁺)과 만나 수산화나트륨(NaOH)을 생성하게 되고, 수소이온(H⁺)은 포름산생성실(206)에서 음이온교환막(A)을 통해 넘어온 포름산이온(HCOO^-)과 만나 포름산(HCOOH)을 생성하게 된다.

이러한 과정을 통해 포름산염주입실(207)에서는 포름산나트륨(HCOONa)이 희석되게 되고, 염기/염생성실(205)에서는 수산화나트륨(NaOH)이 생성 및 농축되며, 포름산생성실(206)에서는 포름산(HCOOH)이 생성 및 농축되어지게 된다.

도 7b는 수소이온(H⁺) 공급원으로 황산(H₂SO₄)을 공급하는 실시 예에 따른 농축 산성화부로 물분해전기투석조의 구성을 나타낸 예시도이다. 도 7b의 구성을 보면, 상기한 물분해전기투석조의 염기/염생성실(205)로 황산(H₂SO₄)을 공급할 수 있으며, 공급된 황산(H₂SO₄)의 수소이온(H⁺)은 전기투석과정에서 양쪽성이온교환막(BPM)의 음이온교환층(BA)에서 생성된 수산화이온(OH^-)과 만나 중화되어 물이 생성되고, 잔존하는 황산이온(SO₄ ^2-)은 양이온교환막(C)을 통해 넘어온 나트륨이온(Na⁺)과 만나 황산나트륨(Na₂SO₄)를 생성하게 되고, 이렇게 생성된 황산나트륨(Na₂SO₄)은 유격막 전해조(100)의 양극실(110)의 원료로 공급함으로 약품사용량을 저감할 수 있다.

이때 양극과 음극에 가장 인접한 이온교환막은 모두 양이온교환막인 것이 바람직하다. 또한 양극과 음극으로 구획된 격실에는 별도의 전극수를 순환하여 공급하도록 구성할 수 있다. 또한 각 격실로 공급되는 용액은 반회분식으로 순환방식으로 구성함으로 원하는 목표의 농도값으로 생산수 및 희석수를 얻을 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 물분해전기투석조의 음이온교환막(A)은 일가선택성 음이온교환막으로 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 구성을 통해 유격막 전해조(100)의 음극실(120)로부터 생성되어 포름산염주입실(207)로 공급되는 포름산염에 포함된 기타 음이온성성분의 투과를 배재하여 보다 순도 높은 포름산(HCOOH)을 생산할 수 있다.

도 8a는 도 3a의 다른 실시 예에 따른 농축 산성화부로 물분해전기투석조의 또 다른 형태의 구성을 나타낸 예시도이다. 도 8b는 도 3b의 다른 실시 예에 따른 농축 산성화부로 물분해전기투석조의 또 다른 형태의 구성을 나타낸 예시도이다. 도 8a 및 도 8b에 따른 물분해전기투석조는 상기의 도 7a 및 도 7b의 물분해전기투석조에서 음이온교환막(A)이 빠진 구조로 이루어져 있다. 즉 도 8a의 구성에 따르면 양 말단부에 양극과 음극이 서로 대향되게 위치하고 있고, 그 양극과 음극사이에 다수개의 양이온교환막(C)과 양쪽성이온교환막(BPM)이 교대로 배열되어 있다. 이때 양쪽성이온교환막(BPM)은 양극이 위치한 면으로는 음이온교환층(BA)이 마주보고 설치되고, 음극쪽으로는 양이온교환층(BC)이 마주보도록 설치된다.

양이온교환막(C)과 양쪽성이온교환막(BPM)의 음이온교환층(BA)으로 구획된 격실은 염기/염생성실(205)로 구성되고, 양쪽성이온교환막(BPM)의 양이온교환층(BC)과 양이온교환막(C)으로 구획된 격실은 포름산생성실(206)로 구성되어 진다. 이러한 구성에서 상기 유격막 전해조(100)의 음극실(120)에서 생성된 포름산염인 포름산나트륨(HCOONa)이 상기 포름산생성실(206)로 공급되고, 양극과 음극에 직류전원이 공급되게 되면, 포름산생성실(206)로 공급되는 포름산나트륨(HCOONa)의 나트륨이온(Na+)은 음극방향에 위치한 양이온교환막(C)을 통해 염기/염생성실(205)로 투과되어 넘어가게 되고, 동시에 양쪽성이온교환막(BPM)에서는 물분해반응을 통해 양이온교환층(BC)으로는 수소이온(H⁺)이 생성되고, 음이온교환층(BA)으로는 수산화이온(OH^-)이 생성되게 된다. 따라서, 염기/염생성실(205)에서는 양쪽성이온교환막(BPM)의 음이온교환층(BA)에서 생성된 수산화이온(OH^-)과 양이온교환막(C)을 통해 넘어온 나트륨이온(Na⁺)이 만나 수산화나트륨(NaOH)을 생성하게 되고, 포름산생성실(206)에서는 양쪽성이온교환막(BPM)의 양이온교환층(C)에서 생성된 수소이온(H⁺)과 양이온교환막(C)을 투과하지 못한 포름산이온(HCOO^-)이 만나 포름산(HCOOH)을 생성하게 된다. 이러한 2격실 방식의 물분해전기투석조는 생산되는 포름산의 순도는 상기 도 7a 및 도 7b의 3격실 방식의 물분해전기투석조에 비해 낮을 수 있으나, 음이온교환막이 삭제됨으로 공정의 구성이 더욱 단순해지고, 막간 전압이 낮아져 전력소비량이 감소하게 되고, 수명이 증가하는 장점을 가지고 있다.

도 8b에 따른 또 다른 2격실 방식의 물분해전기투석조에서는 도 7b에서와 마찬가지로 염기/염생성실(205)로 황산(H₂SO₄)을 주입하도록 구성되며, 주입된 황산(H₂SO₄)은 상기 도 7b의 실시예와 마찬가지로 중화반응을 통해 황산화물인 황산나트륨(Na₂SO₄)을 생성하게 되고, 이는 유격막 전해조(100)의 양극실(110)의 원료로 재공급함으로 원료사용량을 절감할 수 있게 된다.

*또한 도 7b에서와 마찬가지로 전극에 인접한 막은 양이온교환막을 사용하고, 전극액은 별도로 공급하며, 반회분식 공정으로 운전함으로 운전의 효율을 더욱 높일 수 있다.

도 9a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전해 방법의 진행과정을 나타낸 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 전해조의 양극실과 음극실에서 동시에 전해 동작이 수행된다. 전해조의 양극실에는 황산화물이 공급되어 과황산화물인 과황산나트륨(Na₂S₂O₈)이 생성되고(S11A), 전해조의 음극실에는 이산화탄소가 공급되어 포름산염이 생성된다(S11B).

전해조의 음극실에서 생성된 포름산염은 농축 산성화 과정을 통해 포름산으로 전환된다 (S12).

도 9b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전해 방법의 진행과정을 나타낸 흐름도이다. 전해조의 양극실에는 황산화물이 공급되어 과황산화물인 과황산나트륨(Na₂S₂O₈)이 생성되고(S21A), 전해조의 음극실에는 이산화탄소가 공급되어 포름산염이 생성된다 (S21B).

상기 전해조의 음극실에서 생성된 포름산염은 농축 산성화부에 공급되고, 포름산염을 포름산으로 전환하기 위해 필요한 수소이온(H⁺) 공급원으로 황산(H₂SO₄)을 농축 산성화부에 공급한다 (S22).

농축 산성화부에서 화학반응에 의해 생성된 포름산(HCOOH)과 황산화물(Na₂SO₄)을 분리 및 농축하여 목적한 포름산(HCOOH)을 생성한다 (S23).

이때, 산성화과정에서 생성되는 황산화물은 전해조의 양극실에 공급되는 순환 구조로 이루어질 수 있다 (S24).

Claims

제1 양극(111)과 제1 음극(121)이 서로 대향하여 배치되고, 제1 양극(111)이 위치한 제1 양극실(110)과 제1 음극(121)이 위치한 제1 음극실(120)을 구획하는 격막(130)으로 구성되고, 상기 제1 양극실(110)에서는 황산이온을 함유한 전해질 용액을 공급받아 양극반응을 통해 황산이온을 전해반응에 의해 과황산화물을 목적생성물로 전환되도록 구성되고, 상기 제1 음극실(120)에서는 이산화탄소 기체 또는 기체가 용해된 전해질 용액을 공급받아 음극반응을 통해 이산화탄소를 전해반응으로 하여 포름산염을 목적생성물로 전환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유격막 전해조(100);
수소이온을 외부의 공급원을 통해 황산으로 공급받아, 상기 유격막 전해조(100)로부터 공급받는 포름산염을 포름산으로 전환시키는 산성화부(240); 및
상기 산성화부로(240)부터 생산된 포름산과 황산화물을 분리 농축하여 포름산을 생산하는 분리부(250);를 포함하고,
상기 분리부(250)로부터 분리된 황산화물을 상기 유격막 전해조(100)의 제1양극실(110)의 원료로 공급하도록 구성되어, 상기 제1양극실(110)에 별도로 공급되는 황산이온 전해질의 사용량을 절감할 수 있는 것을 특징으로 하는 전해시스템.
양극과 음극이 서로 대향하여 배치되고, 양극이 위치한 양극실과 음극이 위치한 음극실을 구획하는 격막으로 구성된 유격막 전해조의 양극실로는 황산이온을 함유한 전해질 용액을 공급받아 양극반응을 통해 황산이온을 전해반응에 의해 과황산화물을 목적생성물로 전환되고, 동시에 유격막전해조의 음극실로는 이산화탄소 기체 또는 기체가 용해된 전해질 용액을 공급받아 음극 반응을 통해 이산화탄소를 전해반응으로 하여 포름산염을 목적생성물로 전환하는 전해단계; 및
반응에 필요한 수소이온을 외부의 공급원을 통해 황산으로 공급하여 상기 유격막 전해조로부터 공급받는 포름산염을 포름산으로 전환시키는 산성화단계;
상기 산성화 단계에서 생산된 포름산과 황산화물을 분리 농축하여 포름산을 생산하는 분리단계; 및
상기 분리단계를 통하여 분리된 황산화물을 상기 유격막전해조의 양극실의 원료로 공급하는 단계;를 포함하여,
상기 분리단계를 통해 분리된 황산화물을 상기 유격막전해조의 양극실로 재송급하여 사용하도록 함으로써, 상기 유격막전해조의 양극실에 별도로 공급하는 환산화물의 공급량을 절략할 수 있는 것을 특징으로 하는 전해 방법.