KR20180104394A - 내산화성 탈염 전극 제조방법 및 이를 이용한 운전방법 - Google Patents
내산화성 탈염 전극 제조방법 및 이를 이용한 운전방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180104394A KR20180104394A KR1020170031075A KR20170031075A KR20180104394A KR 20180104394 A KR20180104394 A KR 20180104394A KR 1020170031075 A KR1020170031075 A KR 1020170031075A KR 20170031075 A KR20170031075 A KR 20170031075A KR 20180104394 A KR20180104394 A KR 20180104394A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- salt
- desalting
- carbonization
- salts
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
- C02F1/4691—Capacitive deionisation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
- C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46152—Electrodes characterised by the shape or form
- C02F2001/46157—Perforated or foraminous electrodes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
본 발명은 내산화성 탈염전극 제조방법 및 이의 운전방법에 관한 것으로, 고리구조를 포함하는 탄소재료, 금속산화물 및 염류를 준비하는 전극재료 준비단계; 상기 전극재료를 탄화시키는 탄화단계; 상기 전극재료에 포함된 염류를 제거하는 염류제거단계를 포함하는 내산화성 탈염전극 제조방법 및 이의 운전방법을 제공한다.
Description
본 발명은 내산화성 탈염 전극 제조방법 및 이를 이용한 운전방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 내구성이 좋으면서 탈염용량이 높은 내산화성 탈염 전극 제조방법 및 이를 이용한 운전방법에 관한 것이다.
세계는 현재 지구 온난화에 의한 가뭄 현상 심화, 지하수 고갈, 사막화 진행과, 인구 증가, 산업화에 의한 생활 및 산업 용수 사용 증가로 인하여 물의 자원으로서의 가치가 증대되고 있어, 해수의 담수화나 생활 및 산업 폐수의 재활용화 등이 새로운 이슈로 등장하고 있다. 또한 산업용 초순수의 제조에 대한 관심이 높아지고, 생활면에서는 먹고, 씻을 맑은 물의 수요가 증가함에 따라 고효율의 이온 제거 장치의 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
또한, 경수(hard water)를 공업용수 및 생활용수로 사용할 경우 세제가 잘 풀리지 않을 뿐만 아니라 이가 양이온(Ca2 +, Mg2 + 등)에 의한 스케일의 형성으로 공업적, 위생적 문제를 야기한다. 따라서 경수의 사용으로 인한 피해를 줄이기 위해서는 연수화 공정이 필수적이며, 이에 대한 기술력 개발이 활발히 진행되고 있다. 또한, 수중에 존재하는 방사성 Cs+ 이온의 제거 및 Li+ 이온 등의 회수는 환경 및 공업 분양에서 중요하게 인식되고 있다
현재 이온물질을 제거하는 기술은 주로 증발법, 역삼투막법 및 이온교환수지법을 이용하고 있으며, 증발법과 역삼투막법은 높은 에너지 소비에 따른 운전비용 및 운전상의 문제점 등을 가지고 있고 가장 폭 넓게 사용하는 이온교환수지법은 재생할 때 산(Acid)이나 소금(NaCl)을 과량 사용하므로 2차 오염물질을 만드는 단점을 가지고 있다.
기존의 용존 이온 제거기술들이 가진 단점들을 보완하고 저 에너지 소비형의 새로운 이온 제거기술을 개발하고자 세계 여러 나라에서 연구들이 진행 중이며, 이러한 이온 제거기술에는 미국 LLNL, Sabrex of Texas 등에서 개발 중에 있는 전기 축전식 탈염(CDI ; Capacitive Deionization) 기술이 있다.
전기 흡착식 이온 제거기술인 CDI기술은 다른 방법들에 비해 에너지 소비량이 적으며 기존의 이온 제거기술에서와 달리 화학약품에 의한 세정이 필요 없어 2차 오염이 없는 환경 친화적인 새로운 이온 제거기술이며 유지보수가 간편하다는 장점이 있어 차세대 용존 이온 제거기술로 연구가 활발히 진행되고 있다.
최초의 CDI 공정연구는 1960년대 미국 오클라호마대학 연구진이 다공성 활성탄 전극을 사용하여 해수의 담수화 연구를 하였고 이후 Johnson 등은 활성탄소를 이용하여 CDI 실험을 수행한 바 있다. 그러나 핵심 요소인 전극의 성능저하로 인하여 지속적인 공정의 어려움으로 개발하지 못하였으나 미국의 LLNL(Lawrence Livermore National Laboratory)에서 90년대 중반에 탄소에어로젤 전극을 이용한 CDI 공정을 개발하는 등의 연구가 진행되었고 그 밖에 활성 탄소 섬유, 탄소나노튜브 등을 전극 활물질로 사용한 CDI 공정 개발에 대한 연구도 진행된 바 있다.
이처럼 탄소 전극을 이용할 경우 넓은 표면적을 가지고 있어, 수용액 상에서 상대적으로 안정적인 용량 특성에서 우수한 장점이 있기는 하나, 탄소 자체의 저항이 적지 않으며, 표면 특성이 소수성이므로 물과 친하지 않다는 단점이 있으며, 탈염되는 속도면에서도 다소 느린 경향이 있으며, 내구성도 좋지 않아 오랜기간 ㅅ사용이 힘든 실정이다.
따라서, 탈염이 효율적으로 이루어지면서도 내구성이 좋은 탈염전극의 개발이 요구되었다.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 축전식 탈염 공정에서 탈염 용량을 향상시킬 수 있는 전극을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 내산화성이 우수한 탈염 공정용 전극을 제공하여 오랜기간 사용이 가능한 전극을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 고리구조를 포함하는 탄소재료, 금속산화물 및 염류를 준비하는 전극재료 준비단계; 상기 전극재료를 탄화시키는 탄화단계; 상기 전극재료에 포함된 염류를 제거하는 염류제거단계를 포함하는 내산화성 탈염전극 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 염류제거단계 이후에 결정화도를 높이기 위해 가열하는 재결정화단계를 더 포함하는 내산화성 탈염전극 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 탄소재료는 단당류 및 이당류를 포함하는 당류인 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 금속산화물은 TiO2, CuNiFe2O4, CuO, HfO2, CeO2, Gd2O3, FexO 중에서 1이상이 포함된 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 염류는 NaCl, CaCl2 및 ZnCl2 중 1이상의 염류를 이용하는 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 전극재료 준비단계에서 그래핀 또는 탄소나노튜브가 첨가되는 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 탄화단계에서는 1~5℃/min의 온도상승으로 탄화시키는 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 탄화단계에서는 500~600℃로 상승시켜 탄화시키는 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 염류제거단계에서 염류제거는 활성화단계 및 세척단계를 거치는 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 활성화단계는 800 ~ 900℃로 열을 가함으로써 상기 염류를 기화시켜 제거하는 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 세척단계는 물을 통해 세척함으로써 염류를 제거하는 내산화성 탈염전극 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 재결정화단계에서는 1300~1400℃의 온도에서 가열하는 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 방법으로 제조된 탈염전극을 이용하여 역전위 교차충전 및 방전에 의해 탈염을 진행하는 탈염전극 운전방법을 제공한다.
본 발명에 따른 내산화성 탈염 전극은 탄소전극을 특별한 공정을 통해 제조함으로써 내산화성이 우수한 탈염 공정용 전극을 제공한다.
본 발명에 따른 내산화성 탈염 전극은 금속산화물이 탄화단계 이전에 전극재료 준비단계에서 투입됨으로서 탄소 구조 사이에 자리잡아 내구성이 좋아지는 장점이 있다.
본 발명에 따른 내산화성 탈염 전극은 다공성 구조의 결정성 탄노 나노 전극을 이용함에 따라 50시간 이상의 운전이 가능한 탈염 공정용 전극을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 축전식 탈염공정용 전극의 제조공정을 대략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 축전식 탈염전극의 역전위 교차충전 시스템에 대하여 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1의 유출수 전도도를 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 2 및 비교예 2의 유출수 전도도를 나타낸 것이다.
도 2는 축전식 탈염전극의 역전위 교차충전 시스템에 대하여 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1의 유출수 전도도를 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 2 및 비교예 2의 유출수 전도도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 " 약 ", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적이니 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명은 내산화성 탈염 전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 탈염전극의 제조는 고리구조를 포함하는 탄소재료, 금속산화물 및 염류를 준비하는 전극재료 준비단계; 상기 전극재료를 탄화시키는 탄화단계; 상기 전극재료에 포함된 염류를 제거하는 염류제거단계로 구성되며, 상기 염류제거단계 이후에 결정화도를 높이기 위해 가열하는 재결정화단계를 더 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 내산화성 탈염전극의 제조공정을 대략적으로 나타낸 것이다.
전극재료준비단계
먼저, 전극재료를 준비하는 데, 상기 전극재료로는 고리구조를 포함하는 탄소재료, 금속산화물 및 염류를 준비한다.
탄소재료로는 고리구조를 포함하는 다양한 당류가 바람직한데, 이 중 단당류나 이당류를 이용하는 것이 더 바람직하다.
또한, 전극재료 준비시 금속산화물이 포함되는 데, 이는 탄화단계에서 탄화가 진행하게 되면 자연스럽게 금속 산화물 입자가 탄소 구조체 내부에 고르게 담지된 탄소재료를 구성되는 데, 이 경우 금속산화물에 의해 전기화학 반응을 일으켜 탈염성능 및 내구도 향상될 수 있다.
상기 금속산화물은 탄화단계 이전에 전극재료 준비단계에서 투입됨으로서 탄소 구조 사이에 자리잡아 내구성이 좋아지는 장점이 있다.
이러한 금속산화물로는 TiO2, CuNiFe2O4, CuO, HfO2, CeO2, Gd2O3, FexO 중에 1이상 이용할 수 있다.
또한 탄소사이에 존재하여 기공을 형성할 수 있는 염류를 준비한다. 염류의 예로는 염소가 포함된 NaCl, CaCl2, ZnCl2 중 1이상 이용할 수 있다.
이들의 혼합을 위한 용매로는 특별히 제한되는 것은 아니며, 금속산화물을 분산시키고 탄소재료와 염류를 녹일 수 있는 물질이면 가능한 데, 이러한 용매의 바람직한 예로 물을 사용할 수 있다. 충분한 양의 용매에 탄소재료와 염류를 녹이고, 금속산화물을 분산시켜 전극재료를 준비한다.
한편, 상기 전극재료준비단계에서 탄소재료 외에 그래핀 또는 탄소나노튜브가 추가될 수 있다. 추가되는 양은 탄소재료 대비 그래핀 또는 탄소나노튜브가 1 : 1 ~ 3 : 2 질량비로 추가될 수 있다. 상기 그래핀 또는 탄소나노튜브가 추가되었을 때 제조되는 전극은 전기전도도 향상 및 비표면적이 향상될 수 있다.
탄화단계
준비된 전극재료는 열을 가함으로써 탄화단계를 갖는다.
상기 탄화단계는 단분자 상태로 떨어져 있는 Carbon source를 탄화시켜 골격을 만드는 단계이다. 탄소가 연결되면서 구조체가 만들어지며, 염류는 반응하지 않고 염(salt) 상태로 존재한다. 단 염(salt)의 종류에 따라 다양한 cluster를 만들면서 특징적인 기공을 형성할 수 있다.
탄화단계 동안에 약 1~5℃/min 의 느린 속도로 온도를 상승시켜 탄화시킬 수 있는 데, 상온에서 약 600℃까지 서서히 온도를 올리면서 탄화를 실시한다.
느린 속도를 온도를 상승시키는 이유는 단당류 또는 이당류로 이루어진 탄소재료가 탄화될 때, 보다 높은 결정도를 갖기 위해서이다.
염류제거단계
탄화가 생성된 이후에는 염류를 제거하는 단계를 거친다.
축전식 탈염기술은 한 쌍의 전극에 전위를 가했을 때 전극 표면에 이온이 전기 이중층을 형성하면서 흡착되는 것을 이용하는 탈염기술이다. 따라서 전극 재료의 비표면적을 극대화할 필요가 있다. 전극 재료의 비표면적은 기공의 발달 정도에 따라 달라진다. 미세기공이 많이 발달할수록 단위 질량 당 혹은 단위 부피 당 비표면적이 증가하는 경향이 있으며, 중형기공, 대형기공이 발달하면 전극 내부에서 이온의 이동도가 증가하여 마찬가지로 탈염성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 제조되는 전극은 비표면적을 넓히는 기공을 최대한 많이 발생하도록 하여 탈염성능을 향상시킬 수 있는 데, 탄화단계에서 탄소 구조 사이에 자리를 잡은 염류를 제거함으로써 기공을 형성할 수 있다.
염류제거는 활성화단계 및 세척단계를 통해 이루어질 수 있다.
활성화단계에서는 일부 탄소가 산화되거나 염소에 의해 에칭되어 기공을 형성하게 된다. 즉, 온도를 약 800 ~ 900℃까지 상승시켜 염류를 기화방식으로 제거한다. 이 때에는 열을 서서히 가할 필요는 없으며 단시간에 900℃에 도달할 수 있도록 한다. 이렇게 되면 염류의 기화가 발생하는 데, 기화되어 염류가 제거된 부위는 기공이 형성되는 것이다.
또한, 이후 세척단계를 통해 기공을 추가적으로 형성할 수 있다. 열이 가해진 재료를 상온까지 식힌 후에 이를 세척해줌으로써 염류가 제거되도록 할 수 있다.
세척단계는 물을 이용하여 세척할 수 있는 데, 탄소 사이사이에 있던 염류가 물에 녹아 나오면서 염류가 차지하고 있던 자리가 기공으로 형성될 수 있다.
재결정화단계
완성된 탄소재료는 필요시 추가적인 활성화를 진행하여 기공의 양을 늘릴 수 있으며, 재결정화단계에서는 1300~1400℃의 온도에서 가열하는 데, 상기 온도에서 가열할 경우 높은 결정화도를 가지게 되어 축전식 탈염장치의 내구도 향상에 기여할 수 있다.
한편, 본 발명은 탈염전극을 이용하여 교차역전위 인가방식으로 탈염을 진행할 수 있다. 즉, 역전위 교차충전 및 방전방식으로 탈염을 진행할 경우 전극을 오랜시간 사용이 가능하다.
도 2는 축전식 탈염전극의 역전위 교차충전 시스템에 대하여 나타낸 것이다.
일반적인 축전식 탈염전극 시스템의 경우 충전시에 두 전극에 양전압을, 방전시에 단락시켜준다.
이에 반해 교차역전위 인가방식은 역전위 교차충전의 경우 방전시에 단락시키는 것은 동일하나, 충전시에 한번은 양전압, 한번은 음전압으로 번갈아 충전시켜줄 수 있다.
이온교환막이 접목되지 않은 CDI에서는 단락으로 방전시키고 충전시에 양전압과 음전압(=역전위)을 번갈아가며 인가시킬 수 있다. 단락이 아닌 음전압으로 방전을 하게 되면 방전되지 않고 이온이 반대방향으로 이동해 다시 흡착이 되기 때문이다. 이온교환막이 접목되지 않은 CDI에서의 역전위(음전압) 교차 충전 방법은 도 2의 (a)와 같다.
또한, 이온교환막 혹은 이온교환고분자가 접목된 형태의 CDI (MCDI)에서는 방전 과정에서 음전압을 걸어주는 운전방식이 가능하다. 이러한 운전 방식에서는 방전시에 단락시키지 않고 도 2의 (b)와 같이 음전압을 가해준다. 충전시에는 기존과 동일하나 방전시에 음전압이 가해지면, 단순히 단락시킬 때 남아있게 되는 이온까지 모두 밖으로 빼낼 수 있게 되므로 성능이 증가하는 장점이 있다.
역전위(음전위)를 교차적으로 인가하게 되는 경우 내구성이 우수해 지는 데, 이와 관련하여서는, 전기화학적인 반응을 반대로 일으켜 전극을 일부 재생시킴과 동시에 전극을 손상시키는 물질을 제거하여 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한 양극의 경우 전극이 산화되어 음극과 양극의 두 전극 사이에 불균형이 발생하게 되는데, 이는 시스템의 불균형성을 초래하여 탈염성능을 감소시킨다. 그러나 교차적인 전위를 인가하게 되면 전기화학적 반응이 양쪽 전극에서 균형적으로 발생하기 때문에 초기 전극의 균형 상태를 비교적 잘 유지하여 운전될 수 있기 때문에 시스템의 내구성이 증가하여 오랜 사용이 가능하게 된다.
이하에서는, 구체적인 실시예를 참조하여, 본 발명의 탈염공정용 전극의 제조공정을 설명하기로 한다.
실시예 1
탄소재료로 글루코오스, 금속산화물로 TiO2 및 염류로 NaCl을 준비하여 이를 물과 함께 혼합한다.(전극재료 준비단계)
상온에서 가열을 시작하는 데, 약 2℃/min로 서서히 온도를 상승시켜 약 600℃ 상승시킨다.(탄화단계)
탄화단계 이후에 열을 추가로 가하여 온도를 900℃까지 상승시켜 염류를 기화시키고 또한 상온까지 온도는 낮춘 뒤에 물을 이용하여 세척하여 남아 있는 염류를 모두 제거한다.(염류제거단계)
염류제거단계 이후 1300℃까지 열을 가하여 전극의 내구성을 더 높여주었다.(재결정화단계)
이렇게 제조된 물질을 축전식 탈염전극에 활용하여 용량을 측정하였다.
실시예
2
실시예 1에서 제조된 전극을 이용하여 축전식 탈염공정을 실시하였는 데, 교차역전위 방식으로 충전 및 방전을 실시하였다. 즉, 충전시에 한번은 양전압, 한번은 음전압으로 번갈아 충전시키고, 방전시에는 단락시켜주었다.
비교예
1
일반적인 활성탄을 전극재료에 이용하여 탈염전극에 이용하였다.
비교예
2
비교예 1에서 제조된 전극을 이용하여 축전식 탈염공정을 실시하였는 데, 교차역전위 방식으로 충전 및 방전을 실시하였다. 즉, 충전시에 한번은 양전압, 한번은 음전압으로 번갈아 충전시키고, 방전시에는 단락시켜주었다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1의 유출수 전도도를 나타낸 것이며, 도 4는 실시예 2 및 비교예 2의 유출수 전도도를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 전극을 이용하는 것이 장기운전에서 더 좋은 성능의 안정성을 보였다.
유출수의 용액 전도도가 감소하는 것은 전극에 이온이 흡착되어 용액에 포함된 이온의 농도가 감소하였기 때문이다. 유출수 전도도가 더 많이 감소하는 것은 이온 탈염성능이 더 좋은 것을 의미한다.
축전식 탈염전극의 CDI의 초기 0~30분동안 흡착성능은 실시예 1 및 비교예 1의 전극의 차이는 거의 없지만, 2700~2730분에서는 실시예 1로 제조된 전극에서의 흡착성능이 훨씬 좋음을 알 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 축전식 탈염전극의 초기 0~30분동안 흡착성능은 실시예 2 및 비교예 2의 전극의 차이는 거의 없지만, 2970~3000분에서는 실시예 2 전극의 흡착성능이 좋음을 알 수 있다.
이로부터 본 발명의 실시예 1에 따른 전극을 오랜기간 이용하더라도 내산화성으로 인해 내구성이 향상됨을 알 수 있었으며, 본 발명의 실시예 2를 살펴보면 본 발명에 따른 전극을 이용하여 역전위 교차 충전 및 방전 방식으로 인가 할 경우 내구성에서 더 우수함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
110 : 탄소재료
120 : 금속산화물
130 : 염류
120 : 금속산화물
130 : 염류
Claims (13)
- 고리구조를 포함하는 탄소재료, 금속산화물 및 염류를 준비하는 전극재료 준비단계;
상기 전극재료를 탄화시키는 탄화단계;
상기 전극재료에 포함된 염류를 제거하는 염류제거단계를 포함하는
내산화성 탈염전극 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 염류제거단계 이후에 결정화도를 높이기 위해 가열하는 재결정화단계를 더 포함하는 내산화성 탈염전극 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 탄소재료는 단당류 및 이당류를 포함하는 당류인 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속산화물은 TiO2, CuNiFe2O4, CuO, HfO2, CeO2, Gd2O3, FexO 중에서 1이상이 포함된 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 염류는 NaCl, CaCl2 및 ZnCl2 중 1이상의 염류를 이용하는 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 전극재료 준비단계에서 그래핀 또는 탄소나노튜브가 첨가되는 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 탄화단계에서는 1~5℃/min의 온도상승으로 탄화시키는 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 탄화단계에서는 500~600℃로 상승시켜 탄화시키는 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 염류제거단계에서 염류제거는 활성화단계 및 세척단계를 거치는 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 활성화단계는 800 ~ 900℃로 열을 가함으로써 상기 염류를 기화시켜 제거하는 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 세척단계는 물을 통해 세척함으로써 염류를 제거하는 내산화성 탈염전극 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 재결정화단계에서는 1300~1400℃의 온도에서 가열하는 것을 특징으로 하는 내산화성 탈염전극 제조방법.
- 제1항 내지 제12항에 의해 제조된 탈염전극을 이용하여 역전위 교차충전 및 방전에 의해 탈염을 진행하는 탈염전극 운전방법.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170031075A KR101975098B1 (ko) | 2017-03-13 | 2017-03-13 | 내산화성 탈염 전극 제조방법 및 이를 이용한 운전방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170031075A KR101975098B1 (ko) | 2017-03-13 | 2017-03-13 | 내산화성 탈염 전극 제조방법 및 이를 이용한 운전방법 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20180104394A true KR20180104394A (ko) | 2018-09-21 |
KR101975098B1 KR101975098B1 (ko) | 2019-05-03 |
Family
ID=63721024
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170031075A KR101975098B1 (ko) | 2017-03-13 | 2017-03-13 | 내산화성 탈염 전극 제조방법 및 이를 이용한 운전방법 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101975098B1 (ko) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003200166A (ja) * | 2002-01-08 | 2003-07-15 | Kurita Water Ind Ltd | 通液型電気二重層コンデンサ脱塩装置の運転方法 |
KR101308739B1 (ko) * | 2010-06-30 | 2013-09-16 | 전남대학교산학협력단 | 구리옥사이드 함유 탄소나노섬유, 그의 제조방법 및 이를 이용한 리튬이차전지 |
KR20150133663A (ko) * | 2014-05-20 | 2015-11-30 | 삼성전자주식회사 | 메조포러스 탄소 복합재, 그 제조 방법, 및 이를 포함한 전자 소자 |
-
2017
- 2017-03-13 KR KR1020170031075A patent/KR101975098B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003200166A (ja) * | 2002-01-08 | 2003-07-15 | Kurita Water Ind Ltd | 通液型電気二重層コンデンサ脱塩装置の運転方法 |
KR101308739B1 (ko) * | 2010-06-30 | 2013-09-16 | 전남대학교산학협력단 | 구리옥사이드 함유 탄소나노섬유, 그의 제조방법 및 이를 이용한 리튬이차전지 |
KR20150133663A (ko) * | 2014-05-20 | 2015-11-30 | 삼성전자주식회사 | 메조포러스 탄소 복합재, 그 제조 방법, 및 이를 포함한 전자 소자 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101975098B1 (ko) | 2019-05-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Oladunni et al. | A comprehensive review on recently developed carbon based nanocomposites for capacitive deionization: from theory to practice | |
Zornitta et al. | Simultaneous analysis of electrosorption capacity and kinetics for CDI desalination using different electrode configurations | |
JP2011041940A (ja) | 電気吸着脱イオン装置 | |
Tang et al. | Seawater desalination by over-potential membrane capacitive deionization: Opportunities and hurdles | |
Lee et al. | Selective lithium recovery from aqueous solution using a modified membrane capacitive deionization system | |
Sufiani et al. | Modification strategies to enhance electrosorption performance of activated carbon electrodes for capacitive deionization applications | |
Wang et al. | Polypyrrole/carbon nanotube composites as cathode material for performance enhancing of capacitive deionization technology | |
US20110162965A1 (en) | Deionization device | |
Zhang et al. | Boron-nitride-carbon nanosheets with different pore structure and surface properties for capacitive deionization | |
KR101004707B1 (ko) | 이온제거용 축전식 전극 및 그를 이용한 전해셀 | |
Pham et al. | Coconut shell-derived activated carbon and carbon nanotubes composite: a promising candidate for capacitive deionization electrode | |
Yasin et al. | Design of novel electrode for capacitive deionization using electrospun composite titania/zirconia nanofibers doped-activated carbon | |
Zheng et al. | Silkworm cocoon waste-derived nitrogen-doped hierarchical porous carbon as robust electrode materials for efficient capacitive desalination | |
Zhang et al. | Polypyrrole nanowire modified graphite (PPy/G) electrode used in capacitive deionization | |
Al Radi et al. | Progress in energy recovery and graphene usage in capacitive deionization | |
Le et al. | Comparative desalination performance of activated carbon from coconut shell waste/carbon nanotubes composite in batch mode and single-pass mode | |
Sun et al. | Enhanced salt removal performance using graphene-modified sodium vanadium fluorophosphate in flow electrode capacitive deionization | |
CN109665521B (zh) | 用于电容去离子电极氮掺杂自缩式3d石墨烯及制备方法 | |
KR20210037343A (ko) | 탈염 성능이 증가한 다중 채널 막 결합형 축전식 탈염 장치 | |
Huynh et al. | Electrosorption of Cu (II) and Zn (II) in capacitive deionization by KOH activation coconut-shell activated carbon | |
KR101526246B1 (ko) | 수처리용 복합전극 및 이의 제조방법, 이를 포함하는 수 처리장치 | |
CN102285706B (zh) | 一种脱盐用整体式聚丙烯腈炭纤维电极的制备方法 | |
KR101975098B1 (ko) | 내산화성 탈염 전극 제조방법 및 이를 이용한 운전방법 | |
CN111410274B (zh) | 钛基材料及其制备方法和在流动电极中的应用 | |
KR20150131654A (ko) | 은 전극을 포함하는 탈염 및 살균 시스템, 및 이를 이용한 염수의 탈염 및 살균 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |