KR20210039747A - Separator having selective moving function of ion - Google Patents
Separator having selective moving function of ion Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210039747A KR20210039747A KR1020190122362A KR20190122362A KR20210039747A KR 20210039747 A KR20210039747 A KR 20210039747A KR 1020190122362 A KR1020190122362 A KR 1020190122362A KR 20190122362 A KR20190122362 A KR 20190122362A KR 20210039747 A KR20210039747 A KR 20210039747A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- ion
- electrode
- separation membrane
- ion separation
- electrolytic
- Prior art date
Links
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 118
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 71
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 64
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 21
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 8
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 claims description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 17
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 30
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 20
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 17
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 10
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 9
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 6
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 5
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 5
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 5
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 4
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 3
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical class [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- -1 chlorine ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 230000003716 rejuvenation Effects 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical class [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical class [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical class [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002302 Nylon 6,6 Polymers 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- BTGRAWJCKBQKAO-UHFFFAOYSA-N adiponitrile Chemical compound N#CCCCCC#N BTGRAWJCKBQKAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910001410 inorganic ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Chemical class 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Chemical class 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000012643 polycondensation polymerization Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012492 regenerant Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000012508 resin bead Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 235000020374 simple syrup Nutrition 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N uranium Chemical compound [U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U] DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
- C25B13/02—Diaphragms; Spacing elements characterised by shape or form
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
- B01D61/46—Apparatus therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
- B01D61/46—Apparatus therefor
- B01D61/461—Apparatus therefor comprising only a single cell, only one anion or cation exchange membrane or one pair of anion and cation membranes
-
- 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
- C25B11/031—Porous electrodes
-
- 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
- C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
- C25B13/04—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material
-
- 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
- C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
- C25B13/04—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material
- C25B13/05—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material based on inorganic materials
- C25B13/07—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material based on inorganic materials based on ceramics
-
- 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
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
-
- 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
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
- C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
-
- 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
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
- C25B9/63—Holders for electrodes; Positioning of the electrodes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 이온 선택 전환 배관형 이온분리막에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 하나의 분리막으로 양쪽 이온 중 하나를 선택할 수 있는 이온 선택성을 가지며 내화학성과 기계적 대응강도를 높여 높은 수압과 유속에도 사용할 수 있도록 한 이온 선택 전환 배관형 이온분리막에 관한 것이다.The present invention relates to an ion-selective conversion tubular ion separation membrane, and more specifically, has ion selectivity to select one of both ions with one separation membrane, and increases chemical resistance and mechanical response strength, so that it can be used at high water pressure and flow rate. It relates to an ion selective conversion tubular ion separation membrane.
일반적으로 이온교환수지와 이온교환막, 이온분리막은 이온을 다루는 서로 다른 기질과 용도 그리고 서로의 요소적인 기술 차이점이 있는 것으로 이를 설명하면 다음과 같다.In general, ion exchange resins, ion exchange membranes, and ion separation membranes have different substrates for handling ions, their uses, and their technical differences.
이온교환수지는 스스로 고유전하를 가진 가벼운 다공성 고체전해질로 아주 작은 비드형태로 만든 것으로, 수지가 용액에 잠기면 용액을 흡수하여 부피가 늘어나는데 늘어나는 정도는 중합체의 구조 및 용액의 이온 농도에 따라 달라지며, 특수한 이온을 교환하기 위해 적당한 화학적 조성과 물리적 성질을 가지고 있는 수지를 임의로 합성할 수 있으므로 실험실과 공업에서 쓰이는 합성 이온 교환 물질의 대부분을 차지한다. 물에서 칼슘·마그네슘·철·망간의 염을 없앨 때나 설탕의 정제과정, 그리고 광석에서 금·은·우라늄 같은 귀중한 원소들을 농축하는 데 쓰이며 제일 많이 쓰이는 용도가 탈염을 하는 공정에 쓰기도 하며 순수를 만드는데도 쓰인다. 보통 컬럼에 입자를 충전하여 교환반응을 일으키게 하고 있다. Ion-exchange resin is a light porous solid electrolyte with its own high charge and is made in the form of very small beads.When the resin is immersed in a solution, it absorbs the solution and increases its volume.The degree of increase depends on the structure of the polymer and the ion concentration of the solution. Resins with appropriate chemical composition and physical properties can be arbitrarily synthesized to exchange special ions, so they occupy most of the synthetic ion exchange materials used in laboratories and industries. It is used to remove salts of calcium, magnesium, iron, and manganese from water, to purify sugar, and to concentrate valuable elements such as gold, silver, and uranium from ores. It is also used to make. Usually, the column is filled with particles to cause an exchange reaction.
이상과 같은 이온교환수지에 대한 객관적인 설명은 거의 기작이 공통적 이라고 할 수 있다. 그런데 공개된 백과사전과 같은 문헌에서 인용하면 교환한 수지는 역으로 HCl, NaCH액을 통하여 재생하고 반복하여 사용할 수 있다라고 하는 것은 부분적인 기작이다. 대개 이온교환수지의 실제 사용시 어느 정도 이온교환기능이 떨어지면 재생하기 위하여 컬럼에 직접 재생제를 투입하는 경우는 드물다. 수지비드를 수세하고 난 뒤에 재생제에 침전시키는 것이 일반적인 재생 방법이다. It can be said that the objective explanation of the ion exchange resin as described above has almost a common mechanism. However, it is a partial mechanism that the exchanged resin can be regenerated through HCl and NaCH solutions and used repeatedly when cited in literature such as an open encyclopedia. In general, when the ion exchange resin is actually used, it is rare that a rejuvenating agent is added directly to the column for regeneration if the ion exchange function is degraded to some extent. The general regeneration method is to wash the resin beads and then precipitate them in a rejuvenating agent.
그런데 이 재생의 공정에 장시간이 소요되고 재생을 한다고 영구적으로 사용 되는 것은 아니며, 이온교환수지도 화학적으로 안정되는 물리량이 고정되어 있다. 수지 자체가 가지고 있는 전하량이 고정하고 있던 이온의 물리량 이상의 교환체를 물리적으로 가질 수 없고, 또한 고정하고 있던 물리량을 화학적으로 교환한 뒤 체적되는 교환체의 량도 정해지기 때문에 한계체적이 되면 사실상 이온교환 기능의 수명은 끝났다고 보아야 한다. However, this regeneration process takes a long time, and the regeneration does not mean that it is permanently used, and the ion exchange resin also has a fixed physical quantity that is chemically stable. Since the amount of charge in the resin itself cannot physically have an exchanger that is more than the fixed physical quantity of ions, and the amount of exchanger is determined after chemically exchanging the fixed physical quantity, the limiting volume is virtually ions. It should be considered that the life of the exchange function is over.
예를 들면, 물속의 염분을 제거하기 위하여 OH형의 음이온수지를 사용하면서 수지가 고정하고 있던 OH이온의 물리량을 교환하여 흡착한 Cl이온의 물리량으로 바꾸어주었으므로 OH의 한계체적이 Cl한계체적으로 바뀌어진 수지를 NaOH와 같은 재생제로 체적되어 있는 Cl이온을 OH이온으로 치환시켜 주어야 다시 이온교환 능력이 생길 수 있는 것이다. 그런데 전해공정에서는 수지의 이온교환량은 중요하지 않게 된다. 이 교환기능을 무시하고 이온의 선택성만 중요시 한 것이 이온교환막이다. 즉 전해공정상에서 애노드와 캐소드 사이에 막으로 두게 되면 선택한 이온만 한쪽으로 통과 할 수 있게 한 것이다. 이온교환수지처럼 재생이 필요하지 않게 된다. For example, while using an OH-type anion resin to remove salt in water, the physical quantity of OH ions fixed by the resin was exchanged and changed to the physical quantity of adsorbed Cl ions. The changed resin needs to be replaced with OH ions for Cl ions, which is a regenerant such as NaOH, so that ion exchange capacity can be created again. However, in the electrolysis process, the amount of ion exchange of the resin becomes insignificant. Ion exchange membranes ignore this exchange function and place importance only on the selectivity of ions. In other words, if a film is placed between the anode and the cathode in the electrolysis process, only selected ions can pass through one side. Like ion exchange resins, regeneration is not required.
그리고, 이온교환막의 원리는 1890년에 Maigrot과 Sabates (Maigrot et al. 1890)에 의해 처음으로 소개되었다. 그들은 과망간산 페이퍼를 분리막으로 사용하여 설탕 시럽에서 무기이온들을 제거하였다. 또한 1903년 Morse와 Pierce (Morse et al. 1903)에 의해 전기투석이 처음으로 연구논문에 소개되면서부터 이온교환막에 대한 전기 화학적 이론들은 급속한 발전을 보여 1920년대에 이르러 이론적 정립을 보였다. 그러나 1940년대까지만 해도 이온 교환막들은 이온에 대한 선택성이 거의 없는 초보적 단계에 머물러 있었으며 이후에 여러 산업분야에서 전기투석 공정에 대한 관심이 증가하면서부터 페놀-포름알데히드-축중합을 토대로 고분자 물질을 이용한 이온교환막이 개발되기 시작했다. 현재 상업화된 다실 구조(multi-cell configuration)의 전기투석도 고분자 이온교환막의 합성기술이 발전하여서 가능하게 되었고 이온교환막전해로 화학물질의 생산용도로도 사용되기 시작하였다. The principle of the ion exchange membrane was first introduced in 1890 by Maigrot and Sabates (Maigrot et al. 1890). They used permanganate paper as a separator to remove inorganic ions from the sugar syrup. In addition, since electrodialysis was first introduced in research papers by Morse and Pierce (Morse et al. 1903) in 1903, the electrochemical theories for ion exchange membranes showed rapid development, and they were established in the 1920s. However, until the 1940s, ion exchange membranes remained at the rudimentary stage with little selectivity for ions, and since then, as interest in the electrodialysis process increased in various industries, ions using polymer materials based on phenol-formaldehyde-condensation polymerization. Exchange membranes began to be developed. The current commercialized multi-cell configuration electrodialysis was also made possible by the advancement of the synthesis technology of polymeric ion exchange membranes, and the ion exchange membrane electrolysis began to be used for the production of chemical substances.
이온교환막 역시 고유 전하를 가진 이오너머수지를 단량체로 하던지 합성하던지하여 압착 성형하거나 가교제를 축합하여 필름 형태의 막으로 제조된 것이 많다. 논리적으로 수지가 기지이므로 수화안전성과 기계적 안정성이 있다고 알려져 있지만 제법 용량이 큰 전해공정에서는 그렇지가 않다. 특히 강산이나 강알카리 에서의 내저항이 약해서 일부분만 손상이 가더라도 조직이 치밀한 관계로 전체의 손실이나 마찬가지가 된다. Ion-exchange membranes are often made of an ionomer resin having a natural charge as a monomer or synthesized to form a film-type membrane by compression molding or condensing a crosslinking agent. It is known that hydration safety and mechanical stability are logically based on resin, but this is not the case in the electrolytic process with a large manufacturing capacity. In particular, even if only a part of it is damaged because the resistance to strong acid or strong alkali is weak, it is the same as the loss of the whole due to the dense relationship of the structure.
또한 상기의 이온교환수지와는 다르게 가교제를 사용하거나 성형압축한 것이므로 수용액에 들어가면 이온교환수지나 마찬가지로 수지입자의 부피가 늘어나는데 가교제는 늘어나지 않으므로 표면손상이 쉽게 오게 되어 장시간 연속 사용에 문제점이 발견되고 있다. 이러한 응력저항이 약해 수압이나 기계적결합강도에 대응하지 못하는 것이 단점이다. 이러한 단점들을 보완하여 이온선택분리기능을 가지면서 내화학성과 기계적 대응강도는 높인 기술의 개발이 요구되는 배경에서 제안되는 것이 이온분리막 기술이다. In addition, different from the above ion exchange resin, a crosslinking agent is used or molded and compressed, so when it enters an aqueous solution, the volume of the resin particles increases as well as an ion exchange resin, but the crosslinking agent does not increase, so surface damage is easy to come, and a problem has been found in continuous use for a long time. . The disadvantage is that it cannot respond to hydraulic pressure or mechanical bonding strength due to such a weak stress resistance. Ion separation membrane technology is proposed in the background that it is required to develop a technology that improves chemical resistance and mechanical response strength while having an ion selective separation function by compensating for these disadvantages.
한편, 이온교환막은 수용액중의 양이온 및 음이온을 선택적으로 분리할 수 있는 이온선택성 기능으로 인하여 전지 및 유기산을 정제하기 위한 전기투석, 산과 염기 회수를 위한 전해 전기투석, 산세 폐액으로부터 산 및 금속화학종을 회수하기 위한 확산투석, 그리고 초순수를 제조공정 등에 이르기까지 폭 넓게 응용되고 있으나 산업적으로는 전해공정에 제일 많이 쓰인다. 전해공정은 도 1의 예시도와 같이 전기분해라고도 하며 전해질이 있는 수용액(105)에 애노드[Anode](101)와 캐소드[Cathode](102)를 거리를 두고 설치한 후에 직류 전류를 흘려 보내어 2가지 이상의 성분 물질로 나누어 얻는 화학 공정을 말한다. On the other hand, the ion exchange membrane has an ion-selective function capable of selectively separating cations and anions in aqueous solutions, so electrodialysis for purifying batteries and organic acids, electrodialysis for recovering acids and bases, and acid and metal species from pickling waste. Diffusion dialysis for recovering water and ultrapure water are widely applied to manufacturing processes, but industrially, they are most often used in electrolysis processes. The electrolysis process is also referred to as electrolysis as illustrated in FIG. 1, and after installing the
이때 수용액중의 이온들은 등방성을 가진 이온으로 이동하게 되는데 +전기를 띤 양이온은 음극인 캐소드(102)영역에 모이고 -전기를 띤 음이온은 양극인 애노드(101)영역에 모인다. 이때 양이온은 캐소드(102)영역에서 전자를 얻어 중성인 물질이 되고, 음이온은 애노드(101)영역에서 전자를 잃고 중성인 물질이 되는 화학변화가 일어나는 것을 이용하여 얻고자 하는 물질을 공정한다. 전해에서 주연은 전극과 전하가 하지만 반응영역의 분리도 매우 중요하다 반응영역의 분리가 없으면 산화 되거나 환원된 물질들이 희석되어 얻고자 목표하는 순도 높은 물질을 얻지 못하게 되기 때문이다. At this time, the ions in the aqueous solution move to the isotropic ions, and positive ions gather in the
도 2는 NaOH(가성소다)를 생산하는 실시 예로서 반응영역의 분리를 시도한 예이다. 도 2a는 격막법의 생산법이고, 도 2b는 이온교환막법의 생산법이다. 애노드(101) 캐소드(102)사이에 격막(103)을 두어 애노드(101)영역과 캐소드(102)영역을 분리 하여 사용 하는 방법이다. 규모가 크게 되면 시멘트벽으로도 격막(103)을 형성하였다. 그러나 격막벽이 차지하는 면적이 이온의 이동 면적보다 커서 생산성이 떨어지고 목적하는 물질의 순수성이 개선되기는 하였지만 목적의 물질외에 희석물질들도 많이 희석되어 정재해야 하는 단점을 개선하기 위하여 도 2b와 같이 선택한 이온만 통과 할 수 있도록 한 이온교환막법을 개발하게 된 것이다. 이온교환막법은 선택한 이온만을 통과 시키므로 순도가 높은 목적 물질을 생산 할 수가 있다. NaOH(가성소다)를 생산하는 실시예와 같이 이온교환막법은 양이온교환막(104)을 채용함으로서NaOH?이온만 통과 시켜 수중 OH이온과 결합하게 하여 NaOH(가성소다)를 생산하게 한다. 캐소드(102)영역의 수지단량체는 음전하를 가지고 있다. 2 is an example of attempting to separate the reaction zone as an example of producing NaOH (caustic soda). Fig. 2A is a production method of a diaphragm method, and Fig. 2B is a production method of an ion exchange membrane method. This is a method of using a
그러므로 같은 전하를 가진 -이온은 반발력에 의하여 차단되고 반대전하의 +이온만을 통과 시키게 되는 것이다. 순도가 높은 NaOH(가성소다)가 캐소드(102)영역에 생산되면 캐소드(102)영역과 접촉되는 양이온교환막(104)에 쉽게 부식이 일어나 수시로 교체해 주어야 한다. 최근 듀폰사에서는 알칼리에 강한 물질을 캐소드(102)영역과 접촉되는 부분에 증착하여 부식을 방지하는 방법으로 (Nafion)계열의 상표명으로 시장에 내어 놓고 실시를 하고 있다. 그래서 (Nafion)계열의 양이온교환막(104)은 설치의 방향이 정하여져 있다. 보통의 전문적인 지식없이 (Nafion)계열의 양이온교환막(104)을 반대방향으로 설치하게 되면 부식의 진행이 빨라져서 수지의 수명이 단축 되게 된다. Therefore, negative ions with the same charge are blocked by the repulsive force and only positive ions of opposite charges pass through. When NaOH (caustic soda) with high purity is produced in the
이 외에도 나일론66 중간체 원료가 되는 아디포니트릴(NC(CH2)4CN)의 제조나 산과 염기의 제조에도 이온교환막법은 중요하게 사용되고 있다. 이상 살펴보았듯이 종래의 상용화 되고 있는 이온교환막은 지지체가 모두 수지이다. 수지단량체를 축합하거나 가교하기 때문에 너무 두껍게 되면 전도성이 떨어져서 이온선택기능이 저하가 된다. 필름과 같은 얇은 막에 다른 기계적 지지체를 결합한다고 해도 피할 수 없는 산화와 부식문제, 그리고 응력과 압력 저항에 한계가 있게 된다. 본 발명은 이 한계를 해결하는 목적이 있다.In addition, the ion exchange membrane method is important for the production of adiponitrile (NC(CH2)4CN), which is a raw material for nylon 66 intermediates, and for the production of acids and bases. As discussed above, in the conventionally commercialized ion exchange membrane, the support is all resin. Since the resin monomer is condensed or crosslinked, if it is too thick, the conductivity decreases and the ion selection function decreases. Even if other mechanical supports are bonded to a thin film such as a film, there are inevitable oxidation and corrosion problems, as well as limitations in stress and pressure resistance. The present invention has an object of solving this limitation.
꼭 합성하는 수지만이 이온을 고정하거나, 교환하거나, 이온을 분리 하는 것은 아니다. 이온교환을 할 수 있는 합성수지나 화합물들이 개발되기 이전에는 자연상태의 토양이나 광석에서도 이온교환 능력이 있는 물질들이 발견 되어 이온교환 수지의 연구개발 기초가 된바 있다. 이는 무기물도 음전하나 양전하를 정적으로 가지면 이온을 고정하고 교환 할 수 있다는 것을 알 수 있다. Only resins that are synthesized do not fix, exchange, or separate ions. Prior to the development of synthetic resins or compounds capable of ion exchange, substances with ion exchange ability were found in natural soils and ores, which became the basis for research and development of ion exchange resins. It can be seen that if inorganic substances are negatively charged but have positive charges statically, ions can be fixed and exchanged.
뿐만 아니라 다양한 물질들이 이온을 고정 할 수 있는 전하를 가지면 이온을 표면에 고정하고 또한 전해질에 의해 교환도 할 수가 있게 된다. 단일 원소물질이 아닌 화합물의 경우에는 결합고리사이에 이온이 고정되기도 한다. 다만 합성되는 수지단량체 만큼 전도성이 떨어질 뿐이다.In addition, if various materials have a charge capable of fixing ions, they can be fixed to the surface and exchanged by an electrolyte. In the case of a compound other than a single elemental substance, ions may be fixed between the bonding rings. However, the conductivity only decreases as much as the resin monomer synthesized.
본 발명은 이온선택성을 가지며 내화학성과 기계적 대응강도를 높혀서 종래 이온교환막으로는 할 수 없었던 높은 수압과 유속에 대응하도록 하고 기계적으로 결합하여 대응할 수 있도록 한 이온 선택 전환 배관형 이온분리막을 제공함에 있다.The present invention is to provide an ion selective conversion tubular ion separation membrane that has ion selectivity and increases chemical resistance and mechanical response strength so that it can respond to high water pressure and flow rate that was not possible with conventional ion exchange membranes, and that can be mechanically coupled to respond. .
본 발명은 유전율이 높고 다공성 세라믹으로 구비된 지지관체와, 상기 지지관체의 벽면 내부에 배치되고 탄소 필라멘트사로 직조된 환형의 스크린전극으로 구성되는 제1전극과, 상기 제1전극의 상,하단 테두리에 결착되고 탄소 필라멘트로 띠형으로 구비된 상,하단 전극밴드와, 상기 제1전극의 하단 전극밴드와 대응된 위치에 일정 간격을 두고 탄소 필라멘트로 띠형으로 구비된 제2전극이 배치된 구성으로 된 이온 선택 전환 배관형 이온분리막을 특징으로 한다.The present invention provides a support tube having a high dielectric constant and a porous ceramic, a first electrode formed of an annular screen electrode disposed inside the wall of the support tube and woven with carbon filament yarn, and upper and lower edges of the first electrode. It consists of a configuration in which upper and lower electrode bands attached to and provided in a strip shape of carbon filaments, and a second electrode provided in a strip shape of carbon filaments at predetermined intervals at positions corresponding to the lower electrode bands of the first electrode are arranged. It features an ion selective conversion tubing type ion separation membrane.
상기 지지관체의 구성시에는 알루미나와 점토 또는 실리카와 점토를 배합한 어느 하나의 세라믹 소재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the construction of the support tube, it is characterized in that it is made of any one ceramic material in which alumina and clay or silica and clay are mixed.
상기 지지관체를 구성하는 다공성 세라믹의 통공은 5㎛ 내지 20㎛로 형성함을 특징으로 한다.The through hole of the porous ceramic constituting the support tube is characterized in that the 5㎛ to 20㎛ formed.
상기 제1전극을 구성하는 필라멘트수는 200필라멘트 이하가 되고 망목은 0.1~20㎛ 사이가 되도록 함을 특징으로 한다.The number of filaments constituting the first electrode is 200 filaments or less, and the network is 0.1 to 20 μm.
이온분리막은 전해 모듈의 내부에 배치되어 유수가 전해 모듈을 통과하는 과정에서 이온 분리가 이루어지되 상기 전해 모듈은 관체 내벽에 양전극이 구비되고 관체의 중심부에 음전극이 구비되어 상기 양전극과 음전극 사이에 이온분리막이 설치되는 것을 특징으로 한다.The ion separation membrane is disposed inside the electrolytic module to separate ions while flowing water passes through the electrolytic module, but the electrolytic module has a positive electrode on an inner wall of the tube and a negative electrode at the center of the tube, so that ions between the positive and negative electrodes are provided. It characterized in that the separation membrane is installed.
상기 이온분리막에 인가되는 분리막 전원공급부의 전압은 전해 모듈에 인가되는 전해 전원공급부의 전압보다 낮거나 같게 가변 할 수 있는 것을 특징으로 한다.The voltage of the separation membrane power supply unit applied to the ion separation membrane may be varied to be equal to or lower than the voltage of the electrolytic power supply unit applied to the electrolytic module.
상기 이온분리막에 인가되는 분리막 전원공급부의 출력 전류는 전해 모듈에 인가되는 전해 전원공급부의 전류보다 낮은 전류로 가변할 수 있는 것을 특징으로 한다.Separation membrane power supply unit applied to the ion separation membrane The output current is characterized in that it can be changed to a lower current than the current of the electrolytic power supply applied to the electrolytic module.
상기 이온분리막에 인가되는 분리막 전원공급부의 출력극성을 전환하는 릴레이 스위치가 구비된 것을 특징으로 한다.A relay switch for switching the output polarity of the separation membrane power supply unit applied to the ion separation membrane is provided.
본 발명에 의한 이온 선택 전환 배관형 이온분리막은 하나의 분리막으로 양쪽 이온중 하나를 선택하고 또 다른 이온으로도 전환 할 수 있도록 하여 전해 이온분리공정상의 간편성을 제공하고, 종래 이온교환막의 응력저항이 약해서 유압이 있거나 유속이 있을 경우 사용하지 못하였던 단점을 해결하여 큰 낙차성의 수처리나 흐르는 유수의 환경에서도 사용할 수 있는 효과가 있다.The ion selective conversion tubular ion separation membrane according to the present invention provides simplicity in the electrolytic ion separation process by allowing one separation membrane to select one of both ions and convert to another ion, and the stress resistance of the conventional ion exchange membrane is reduced. It has the effect that it can be used even in the environment of large drop-off water treatment or flowing water by solving the disadvantages that it could not be used when there is a hydraulic pressure or a flow rate because it is weak.
도 1a는 종래 전해방식에서 전하를 주지 않은 상태의 설명도
도 1b는 종래 전해방식에서 전하를 인가한 상태의 이온 분리를 나타낸설명도
도 2a는 종래 전해방식에서 분리막식 이온 분리를 나타낸 설명도.
도 2b는 종래 전해방식에서 이온교환 분리막시 이온분리를 나타낸 설명도.
도 3은 본 발명에 의한 이온분리막의 구성 실시예를 나타낸 단면 예시도.
도 4는 본 발명에 의한 이온분리막을 구성하는 제1,2전극을 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 이온분리막에서 제1컨넥터 부분의 확대 단면도.
도 6은 본 발명에 의한 이온분리막에서 제1전극의 하단 전극밴드와 제2전극 부분을 나타낸 확대 단면도.
도 7은 본 발명에 의한 이온분리막이 전해 모듈에 배치된 형태를 예시한 단면 예시도.
도 8은 본 발명에 의한 이온분리막이 전해 모듈에 배치되어 이온이 분리되는 것을 나타낸 사용상태 예시도.1A is an explanatory diagram of a state in which no charge is applied in a conventional electrolysis method
1B is an explanatory diagram showing ion separation in a state in which electric charges are applied in a conventional electrolysis method
Figure 2a is an explanatory diagram showing a membrane-type ion separation in the conventional electrolysis method.
Figure 2b is an explanatory diagram showing ion separation during an ion exchange membrane in a conventional electrolysis method.
3 is an exemplary cross-sectional view showing an exemplary configuration of an ion separation membrane according to the present invention.
4 is a perspective view showing first and second electrodes constituting the ion separation membrane according to the present invention.
5 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the first connector in the ion separation membrane according to the present invention.
6 is an enlarged cross-sectional view showing a lower electrode band of a first electrode and a portion of a second electrode in the ion separation membrane according to the present invention.
7 is an exemplary cross-sectional view illustrating a form in which an ion separation membrane according to the present invention is disposed in an electrolytic module.
8 is an exemplary view showing a use state showing that the ion separation membrane according to the present invention is disposed in an electrolytic module to separate ions.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 이온 선택 전환 배관형 이온분리막(100)은, 유전율이 높고 다공성 세라믹으로 구비된 지지관체(110)와, 상기 지지관체(110)의 벽면 내부에 배치되고 탄소 필라멘트사(carbon filament yarn)로 직조된 환형의 스크린전극으로 구성되는 제1전극(120)과, 상기 제1전극(120)의 상,하단 테두리에 결착되고 탄소 필라멘트로 띠형으로 구비된 상,하단 전극밴드(121)(122)와, 상기 제1전극(120)의 하단 전극밴드(122)와 대응된 위치에 일정 간격을 두고 탄소 필라멘트로 띠형으로 구비된 제2전극(130)이 배치된 구성으로 되어 있다.The ion selective conversion tubular
이온분리막(100)의 구성요소인 지지관체(110)는 유전율이 높고 수용액이 통과할 수 있는 다수의 통공이 형성되며 기계적 강도와 내화학성을 가진 다공성 세라믹으로 구비하여 애노드 영역이나 캐소드 영역에서 모두 대응할 수 있는 조건을 갖도록 한다.The
상기 지지관체(110)의 구성시에는 알루미나와 점토 또는 실리카와 점토를 배합한 세라믹 소재로 이루어지되 이러한 세라믹 소재를 반죽하여서 된 반죽물로 일정 두께를 가진 지지관체(110)를 구비하면서 지지관체(110)의 벽면 내부에 배치되는 제1,2전극(120)(130) 등의 구성부재가 내입되게 한 다음 이를 소성하는 과정으로 성형이 이루어지며, 상기 알루미나와 점토 또는 실리카와 점토를 배합한 세라믹 소재를 사용함으로써 성형시 성형구조 내부에 성질이 다른 물질을 넣고 성형하여 소성하여도 이상 물질과의 간격이 생기지 않고 유전율이 높아 분극을 할 수 있기 때문이다. When the
그리고, 상기 지지관체(110)를 구성하는 다공성 세라믹의 통공은 5㎛ 내지 20㎛로 형성함이 바람직한 것으로, 이는 통공이 5㎛ 이하이면 이온의 통과를 방해하고, 20㎛ 이상이면 불순물 등이 쉽게 유입되어 이온 분리효율이 떨어지는 단점이 있다.In addition, it is preferable that the pores of the porous ceramic constituting the
상기 제1전극(120)을 구성하는 탄소 필라멘트사는 전도성을 가지고 있으며 금속물중 용융점이 높은 텅스텐 보다 더 높은 용융점을 가지고 있어서 탄소 필라멘트사로 직조된 환형의 스크린전극으로 구성되는 제1전극(120)은 지지관체(110)의 고온 소성시나 소성후에도 지지관체(110)의 벽면 내부에 배치된 형태를 그대로 유지하고 변형되지 않으면서 고정된 상태를 유지하여 유전율이 떨어지지 않도록 하며, 전기음성도가 금속 전극보다 높아 자유전자의 이동은 제공하나 고유전자의 이동성이 매우 낮아 본 발명의 이온분리 기능에 사용하기 적합하다. Since the carbon filament yarn constituting the
상기 제1전극(120)을 구성하는 필라멘트수는 200필라멘트 이하가 되고 망목은 0.1~20㎛ 사이가 되도록 함이 바람직한 것으로, 이는 망목이 0.1㎛ 이하가 되면 이온의 통과를 방해하며 20㎛ 이상이면 전하의 이동 방향성을 방해하여 이온의 선택성을 낮아지게 하는 결과를 초래 하게 된다. It is preferable that the number of filaments constituting the
상기 상,하단 전극밴드(121)(122)는 제1전극(120)의 상,하단 테두리에 결착되고 탄소 필라멘트로 띠형으로 구비되어 이온의 통과에 관여하지 않고 투과력이 없으며, 제1전극(120)에 전하를 고르게 분배하기 위한 너비로 구비한다.The upper and
상기 상단 전극밴드(121)에는 외부에 구성되는 분리막 전원공급부(140)에서 전하를 인가받을 수 있도록 제1컨넥터(123)가 인출되어 구성되고 제1전극(120)의 하단 전극밴드(122)의 하부에는 일정 간격을 두고 탄소 필라멘트로 띠형으로 구비되고 제2컨넥터(131)가 인출된 제2전극(130)이 대응되게 배치된다.A
상기 제1전극(120)의 하단 전극밴드(122)와 제2전극(130) 사이의 간격(L)은 1.5mm 이상으로 구비하여 방전이 발생되지 않도록 하되 이러한 제1전극(120)의 하단 전극밴드(122)와 제2전극(130) 사이의 간격(L)은 지지관체(110)의 두께(T)에 비해 50% 이하로 함이 바람직한 것으로, 이는 제1전극(120)의 하단 전극밴드(122)와 제2전극(130) 사이의 간격(L)이 지지관체(110)의 두께(T)에 비해 50% 이상이 되면 선택하지 않은 이온들이 늘어나는 단면적만큼 통과 할 수도 있고 선택한 이온이 통과하는 단면적은 줄어들게 됨과 아울러 인가되는 전류흐름의 방향이 제1전극(120)에서 제2전극(130)으로 흐르는 수직의 등방형에서 전해질의 농도가 짙은 지지관체(110)와 접촉하고 있는 유수쪽으로 수평의 이방형이 되어 선택적 이온의 통과와 비선택 이온의 저지 기능이 떨어지기 때문이다.The distance L between the
상기와 같은 구성으로 이루어진 이온분리막(100)은 전해 모듈(200)의 내부에 배치되어 유수가 전해 모듈(200)을 통과하는 과정에서 이온 분리가 이루어지도록 되어 있다.The
상기 전해 모듈(200)은 전해관체(210)의 내벽에 양전극(220)이 구비되고 전해관체(210)의 중심부에 음전극(230)이 구비되어 상기 양전극(220)과 음전극(230) 사이에 이온분리막(100)이 설치되며, 상기 이온분리막(100)에 의해 분리된 이온은 유수 배출방향에 구비된 분리관로(240)를 통해 얻게 된다.In the
그리고, 이온분리막(100)에 인가되는 분리막 전원공급부(140)의 전압은 전해 모듈(200)에 인가되는 전해 전원공급부(250)의 전압보다 낮은 가변 전압과 미세가변 전류인가가 가능한 직류전원으로 구성되며, 이온분리막(100)에 인가되는 분리막 전원공급부(140)는 출력극성을 전환하는 릴레이 스위치(142)가 구비된 것으로 구성된다. 분리막 전원공급부(140)의 전압은 전해 전원공급부(250)의 전압보다 낮아도 결국 전해 전원공급부(250)의 전압과 동화 되지만 분리막 전원공급부(140)의 출력 전류는 전해 전원공급부(250)의 전류보다 낮고 상대되는 전해질의 이온화 에너지 보다 작아서 전해에는 관여 하지 않아야 이온의 선택 통과를 효율적으로 달성 할 수가 있다. In addition, the voltage of the separation membrane
이온화 에너지는 고립된 원자나 분자로부터 전자 1개를 제거하는 데 필요한 에너지의 양을 가리키는 것으로 어떤 원소가 화학반응에 필요한 이온을 형성하거나 전자를 제공할 수 있는 정도를 나타내는 것으로서 이온화 전위라고도 설명 할 수가 있다. 만약 분리막 전원공급부(140)에서 인가한 전위가 선택하고자 하는 물질의 이온화 전위보다 높으면 전해를 위한 전위를 인가하는 애노드 영역이나 캐소드 영역에 목적하는 반응물이 형성되는 것이 아니고 이온분리막(100) 영역에 반응물이 고정되어 선택하는 이온의 통과와 분리는 못하게 된다.Ionization energy refers to the amount of energy required to remove an electron from an isolated atom or molecule. It indicates the degree to which an element can form ions or provide electrons necessary for a chemical reaction. It can also be described as an ionization potential. have. If the potential applied from the separation membrane
또한, 분리막 전원공급부(140)의 전류가 가변되지 않으면 화합물에서 화학결합의 특성은 원소에 따라 달라 이온화 에너지가 각기 틀리므로 대상물질의 종류별로 전원을 구비해야 하는 비생산적인 결과를 초래하게 된다. 또한 분리막 전원공급부(140)의 출력극성을 전환하는 릴레이 스위치(142)가 구비되지 않으면 종래의 이온교환막처럼 음이온분리막과 양이온분리막을 필요시마다 별도로 구비해야 한다. In addition, if the current of the separator
예를 들어 설명하면, 전해 모듈(200)의 전해공정에서 나트륨 이온의 선택을 위하여 전해 전위는 나트륨의 3차 이온화 에너지인 6910.3kJ/mol 보다 높아야 하고 이온분리막(100)에는 상기에 기술한 이유로 나트륨 1차 이온화 에너지인 495.8kJ/mol인 3.094 eV 보다 7~8 Wh 낮은 전위 120Wh를 인가하여 사용하고 있다고 가정하고, 이번에는 같은 전해 모듈(200)에서 염소이온의 선택이 필요할 경우가 생긴다고 가정하면 염소이온의 3차 이온화 에너지는 나트륨 3차 이온화 에너지보다 낮으므로 전해 전위는 그대로 두고 염소의 1차이온화 에너지는 1251.2 kJ/mol이므로 환산하면 약 7.9eV의 에너지가 필요하게 되고 약 347.55Wh의 전위가 필요하므로 전해전위는 그대로 둔다고 하더라도 약 347.55Wh의 전위를 가지고 이온분리막(100)의 지지관체(110)에는 양극성 전하를 인가하기 위한 전원이 별도로 구비 되어야 목적하는 염소이온을 통과시키고 분리하게 될 것이다. For example, in order to select sodium ions in the electrolysis process of the
그러나 본 발명에서와 같이 외부에 구비되는 분리막 전원공급부(140)의 전압이 전해 전원공급부(250)의 전압과 대응할 수 있도록 전해전압보다 낮은 가변 전압과 미세가변 전류인가가 가능한 직류전원으로 구성되며, 분리막 전원공급부(140)의 극성을 전환하는 릴레이 스위치(142)가 있으면 조건에 따른 별도의 전원과 전하의 극성 전환 필요에 따라 일일이 전원을 별도로 구비 할 필요가 없도록 하는 것이다. 적정한 전원의 전류레벨은 0~1암페어 정도만 가변하여 조정되어도 본 발명의 목적인 이온분리를 만족시킬 수 있게 되고 이온분리막(100)은 종래 이온교환막과는 비교할 수 없는 내구성을 가지게 된다.However, as in the present invention, it is composed of a DC power supply capable of applying a variable voltage lower than the electrolytic voltage and a fine variable current so that the voltage of the separator
이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.In the above, the present invention has been described with reference to the above embodiments, but it is of course possible to implement various modifications within the scope of the technical idea of the present invention.
100 : 이온분리막 110 : 지지관체
120 : 제1전극 121,122 : 상,하단 전극밴드
123 : 제1컨넥터 130 : 제2전극
131: 제2컨넥터 140 : 분리막 전원공급부
142 : 릴레이 스위치 200 : 전해 모듈
210 : 전해관체 220 : 양전극
230 : 음전극 240 : 분리관로
250 : 전해 전원공급부 100: ion separation membrane 110: support tube
120:
123: first connector 130: second electrode
131: second connector 140: separator power supply
142: relay switch 200: electrolytic module
210: electrolytic tube 220: positive electrode
230: negative electrode 240: separation pipe
250: electrolytic power supply
Claims (8)
상기 지지관체(110)의 벽면 내부에 배치되고 탄소 필라멘트사로 직조된 환형의 스크린전극으로 구성되는 제1전극(120)과,
상기 제1전극(120)의 상,하단 테두리에 결착되고 탄소 필라멘트로 띠형으로 구비된 상,하단 전극밴드(121)(122)와,
상기 제1전극(120)의 하단 전극밴드(122)와 대응된 위치에 일정 간격을 두고 탄소 필라멘트로 띠형으로 구비된 제2전극(130)이 배치된 구성으로 됨을 특징으로 하는 이온 선택 전환 배관형 이온분리막.
A support tube 110 provided with a porous ceramic having a high dielectric constant,
A first electrode 120 formed of an annular screen electrode disposed inside the wall surface of the support tube 110 and woven with carbon filament yarn,
Upper and lower electrode bands 121 and 122 attached to the upper and lower rims of the first electrode 120 and provided in a strip shape of carbon filaments,
Ion selective conversion piping type, characterized in that the second electrode 130 provided in a strip shape of carbon filaments is disposed at a position corresponding to the lower electrode band 122 of the first electrode 120 at a predetermined interval Ion separation membrane.
상기 지지관체(110)의 구성시에는 알루미나와 점토 또는 실리카와 점토를 배합한 어느 하나의 세라믹 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온 선택 전환 배관형 이온분리막.
The method of claim 1,
When the support tube 110 is configured, an ion-selective conversion tubing type ion separation membrane is made of any one ceramic material in which alumina and clay or silica and clay are mixed.
상기 지지관체(110)를 구성하는 다공성 세라믹의 통공은 5㎛ 내지 20㎛로 형성함을 특징으로 하는 이온 선택 전환 배관형 이온분리막.
The method of claim 1,
Ion selective conversion tubular ion separation membrane, characterized in that the pores of the porous ceramic constituting the support tube 110 are formed in a range of 5 μm to 20 μm.
상기 제1전극(120)을 구성하는 필라멘트수는 200필라멘트 이하가 되고 망목은 0.1~20㎛ 사이가 되도록 함을 특징으로 하는 이온 선택 전환 배관형 이온분리막.
The method of claim 1,
Ion selective conversion tubular ion separation membrane, characterized in that the number of filaments constituting the first electrode 120 is 200 filaments or less, and the net is between 0.1 and 20 μm.
The ion separation membrane 100 is disposed inside the electrolytic module 200 to separate ions while flowing water passes through the electrolytic module 200, but the electrolytic module 200 is provided with a positive electrode 220 on the inner wall of the electrolytic tube body 210. ) Is provided and a negative electrode 230 is provided in the center of the electrolytic tube body 210, and an ion separation membrane 100 is installed between the positive electrode 220 and the negative electrode 230. .
상기 이온분리막(100)에 인가되는 분리막 전원공급부(140)의 전압은 전해 모듈(200)에 인가되는 전해 전원공급부(250)의 전압보다 낮거나 같게 가변 할 수 있는 전원인 것을 특징으로 한 이온 선택 전환 배관형 세라믹 이온분리막.
The method of claim 5,
Ion selection, characterized in that the voltage of the separator power supply unit 140 applied to the ion separation membrane 100 is a power that can be changed to be equal to or lower than the voltage of the electrolytic power supply unit 250 applied to the electrolysis module 200 Conversion piping type ceramic ion separation membrane.
상기 이온분리막(100)에 인가되는 분리막 전원공급부(140)의 출력 전류는 전해 모듈(200)에 인가되는 전해 전원공급부(250)의 전류보다 낮은 전류로 가변할 수 있는 것을 특징으로 하는 이온 선택 전환 배관형 세라믹 이온분리막.
The method of claim 5,
Of the separation membrane power supply unit 140 applied to the ion separation membrane 100 Ion selective conversion tubular ceramic ion separation membrane, characterized in that the output current can be varied at a lower current than the current of the electrolytic power supply unit 250 applied to the electrolytic module 200.
상기 이온분리막(100)에 인가되는 분리막 전원공급부(140)의 출력극성을 전환하는 릴레이 스위치(142)가 구비된 것을 특징으로 하는 이온 선택 전환 배관형 세라믹 이온분리막.
The method of claim 5,
Ion selective conversion pipe type ceramic ion separation membrane, characterized in that a relay switch (142) for switching the output polarity of the separation membrane power supply unit 140 applied to the ion separation membrane (100) is provided.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190122362A KR102251224B1 (en) | 2019-10-02 | 2019-10-02 | Separator having selective moving function of ion |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190122362A KR102251224B1 (en) | 2019-10-02 | 2019-10-02 | Separator having selective moving function of ion |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210039747A true KR20210039747A (en) | 2021-04-12 |
KR102251224B1 KR102251224B1 (en) | 2021-05-12 |
Family
ID=75439796
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190122362A KR102251224B1 (en) | 2019-10-02 | 2019-10-02 | Separator having selective moving function of ion |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102251224B1 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130027678A (en) * | 2011-09-08 | 2013-03-18 | 손정우 | Ion exchange resin filter module |
KR101485018B1 (en) * | 2014-05-07 | 2015-01-28 | (주) 시온텍 | Chlorine-dioxide gas generator and Chlorine-dioxide gas generation system |
KR20170092481A (en) | 2016-02-03 | 2017-08-11 | 주식회사 엘지화학 | Ion exchange membrane, electrochemical cell, flow battery and fuel cell comprising the same, and method for manufacturing the same |
KR20170112562A (en) | 2016-03-31 | 2017-10-12 | 주식회사 엘지화학 | Ion exchange membrane, electrochemical cell, flow battery and fuel cell comprising the same, and method for manufacturing the same |
KR20170136388A (en) | 2016-06-01 | 2017-12-11 | 서울대학교산학협력단 | Acid-resistant composite separator with improved ion selectivity and method of manufacturing the same |
KR20180032111A (en) * | 2016-09-21 | 2018-03-29 | 주식회사 파이노 | Electrode cell for electrolysis and module for manufacturing ionic water |
KR101891438B1 (en) * | 2017-04-25 | 2018-09-28 | 한주호 | Plasma reactor comprising for water treatment and method for operation thereof |
KR20190081745A (en) | 2017-12-29 | 2019-07-09 | 울산과학기술원 | Permselective separator for Aqueous battery and Manufacturing method |
-
2019
- 2019-10-02 KR KR1020190122362A patent/KR102251224B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130027678A (en) * | 2011-09-08 | 2013-03-18 | 손정우 | Ion exchange resin filter module |
KR101485018B1 (en) * | 2014-05-07 | 2015-01-28 | (주) 시온텍 | Chlorine-dioxide gas generator and Chlorine-dioxide gas generation system |
KR20170092481A (en) | 2016-02-03 | 2017-08-11 | 주식회사 엘지화학 | Ion exchange membrane, electrochemical cell, flow battery and fuel cell comprising the same, and method for manufacturing the same |
KR20170112562A (en) | 2016-03-31 | 2017-10-12 | 주식회사 엘지화학 | Ion exchange membrane, electrochemical cell, flow battery and fuel cell comprising the same, and method for manufacturing the same |
KR20170136388A (en) | 2016-06-01 | 2017-12-11 | 서울대학교산학협력단 | Acid-resistant composite separator with improved ion selectivity and method of manufacturing the same |
KR20180032111A (en) * | 2016-09-21 | 2018-03-29 | 주식회사 파이노 | Electrode cell for electrolysis and module for manufacturing ionic water |
KR101891438B1 (en) * | 2017-04-25 | 2018-09-28 | 한주호 | Plasma reactor comprising for water treatment and method for operation thereof |
KR20190081745A (en) | 2017-12-29 | 2019-07-09 | 울산과학기술원 | Permselective separator for Aqueous battery and Manufacturing method |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
1) Dzyaz'ko, YS, Belyakov, VN, Stefanyak, NV , Russ J Appl Chem (2006) 79 : 769. (응용 화학 러시아 저널 2006 년 5 월 , 제 79 권, 제 5 호 , 페이지 769?773) 이산화 지르코늄을 함유하는 복합 세라믹 막의 음이온 교환 특성 |
2)RSC Advances(왕립화학협회)2015 년 제 57호 |
MC Marti-Calatayud , M. Garcia-Gabaldon , V. Perez-Herranz |
수화된 이산화 지르코늄으로 침윤한 미세 다공성 지지체에 기초한 세라믹 음이온 교환막 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102251224B1 (en) | 2021-05-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3017338A (en) | Electrolytic process and apparatus | |
US4956071A (en) | Electrodeionization apparatus and module | |
KR100518045B1 (en) | Electrochemically assisted ion exchange | |
US3222267A (en) | Process and apparatus for electrolyzing salt solutions | |
US5154809A (en) | Process for purifying water | |
USRE35741E (en) | Process for purifying water | |
FI85602B (en) | ELEKTROLYTISK CELL FOER ALKALIMETALLHYDROSULFITLOESNINGAR. | |
US5258106A (en) | Electrolysis of alkali metal sulfates | |
US3135673A (en) | Process and apparatus for electrolyzing salt solutions | |
US4172774A (en) | Method and apparatus for lessening ionic diffusion | |
US20080023334A1 (en) | Liquid Treatment Apparatus | |
JP4672601B2 (en) | Deionized water production equipment | |
US4295950A (en) | Desalination with improved chlor-alkali production by electrolyticdialysis | |
KR102251224B1 (en) | Separator having selective moving function of ion | |
CA1076060A (en) | Electrolytic method for the manufacture of hypochlorites | |
CN1117034C (en) | Acid/alkali electrolytic separator | |
US3192143A (en) | Electrodialytic demineralization of water | |
JP2005058896A (en) | Selective separation method of hydriodic acid, method for removing sulfuric acid and sulfate in hydriodic acid, method for purifying hydriodic acid and manufacturing method of hydriodic acid and manufacturing method of alkali iodide | |
CN103318862A (en) | Preparation technology of hypophosphorous acid with five-room electrodialysis method | |
JP4831765B2 (en) | Method for separating iodine ions | |
US4285795A (en) | Electrolysis apparatus | |
KR20020050226A (en) | Process for recovering organic hydroxides from waste solutions | |
US4061550A (en) | Process for electrolysis | |
Tzanetakis et al. | Salt splitting with radiation grafted PVDF membranes | |
JPH07299333A (en) | Regeneration of organic acid |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |