KR20210133894A

KR20210133894A - 연속적인 축전식 탈염 장치

Info

Publication number: KR20210133894A
Application number: KR1020210055912A
Authority: KR
Inventors: 유재춘
Original assignee: 유재춘
Priority date: 2020-04-29
Filing date: 2021-04-29
Publication date: 2021-11-08
Also published as: KR20220016507A; KR102519762B1; KR102359398B1

Abstract

본 발명은 연속 축전식 탈염 전극모듈의 제조방법, 연속 축전식 탈염 전극모듈, 이를 구비한 연속 축전식 탈염 장치 및 연속 축전식 탈염 전극모듈의 운전방법에 관한 것이다. 본 발명은 고정 전극부를 구비하여, 탈염을 진행하는 회전 전극부를 연속적으로 재생할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라, 본 발명은 기존의 고정상 전극 축전식 탈염 기술에서 구현하지 못했던 연속 공정이 가능할 뿐만 아니라 용량 증가를 위한 복잡한 시스템이 불필요하며 탈염에 소요되는 시간을 획기적으로 단축시키는 효과를 가진다.

Description

연속적인 축전식 탈염 장치{Continuous capacitive deionization device}

본 발명은 연속적으로 동작하는 축전식 탈염 장치에 관한 것이다.

축전식 탈염(capacitive deionization, CDI) 기술은 정전기적 인력에 의해 이온들이 하전된 전극 표면에 흡착되는 원리를 이용해 염수 등에 포함된 이온들을 전극 표면에 흡착시켜 제거하는 기술로서, 수질오염 및 물부족에 대비한 정수 또는 폐수처리, 해수담수화와 같은 수처리 분야에 있어서 그 잠재력을 인정받고 있다.

구체적으로, 분극성 전극(polarized electrode)에 과전위(overpotential) 이내의 전위를 인가하면 양극과 음극에 각각 양전하와 음전하가 하전되며, 하전된 전극 사이로 염수 등의 유입수를 공급하면 하전된 전극과 이온들간의 정전기적 인력이 작용하여 양이온은 음극에, 음이온은 양극 표면에 흡착되어 탈염이 이루어진다.

이러한 축전식 탈염 기술은 탈염과정에서 기존의 증발법이나 역삼투압법에 비해 에너지 비용을 획기적으로 줄일 수 있고, 전극 전위를 변화시켜 이온들의 흡착과 탈착을 조절할 수 있기 때문에 공정을 운전하기가 매우 간편하며, 운전과정에서 오염물질을 배출하지 않는 환경 친화적이라는 다양한 장점을 가지기 때문에 많은 연구가 진행중이다.

종래의 기술들은 대부분 높은 비표면적을 가지면서 정전 용량이 높은 활성탄이나 카본 에어로겔, 카본 벨트 등을 전극으로 사용하는 장치가 주를 이룬다. 탈염 효율은 전극이 가지는 전기용량(electrical capacity)과 비표면적에 크게 의존한다. 한편, 각 전극에 전위가 인가될 때 공극 내에 존재하는 이온 중 각 전극의 극성과 같은 극성을 띤 이온들(co-ion)이 유입수로 다량 방출되어 탈염 효율이 급격히 저하되는 현상을 방지하기 위해 이온교환막 등의 전하 장벽(charge barrier)를 도입하여 이온 제거 효율을 높이는 것이 기술들이 있다. 그러나 대부분의 장치들이 전극이 탈염에 의해 포화될 경우 이를 제거하기 위한 세척 과정이 필요하게 되어 연속적인 공정이 불가능하다.

이를 해결하고자 고정상 전극이 아닌 유동상 전극인 흐름 전극을 이용하는 흐름전극 축전식 탈염(flowelectrode capacitive deionization, FCDI) 장치가 개발되었다. 그러나 상기 장치 또한 연속 공정이 가능하다고 하나 연속 공정을 위해서는 전극셀 외부에 유동 전극 물질을 저장할 대용량의 저장조가 필요하며 이를 다시 재생하여 공정 내로 주입해야 하기 때문에 용량 증가시 전체 시스템이 복잡해지고 저장조 부피 증가에 따른 공정 비용 증가 등의 문제점이 있었다.

한국공개특허 제10-2019-0133390호 한국공개특허 제10-2012-0015964호

본 발명은 회전 전극부을 활용함으로써 종래의 축전식 탈염 공정에 어려웠던 연속적인 탈염을 가능하게 하고 연속적으로 탈염 전극을 재생시킴으로서 탈염 용량을 비약적으로 증가시킬 수 있으며 탈염 시간을 획기적으로 감소시킴으로서 기존 기술의 단점들을 극복할 수 있는 연속 축전식 탈염 전극모듈의 제조 방법 및 이를 구비한 탈염 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 고정 전극부에 회전 전극부와 동일한 극(-극, +극)의 높은 전압을 인가하고 이온교환막층의 이온선택성을 이용하여 회전 전극부를 연속적으로 재생하는 연속 축전식 탈염 전극모듈의 제조 방법 및 이를 구비한 탈염 장치를 제공한다.

더불어, 본 발명은 다수의 연속 축전식 탈염 전극모듈을 직렬 또는 병렬로 연결함으로써 처리 용량을 높일 수 있는 연속 축전식 탈염 장치를 제공한다.

본 발명은 하나의 양태로 (S1) 염수에 함유된 금속 이온을 전기 흡착으로 분리하기 위한 탈염을 진행하는 회전 전극부 및 상기 회전 전극부를 재생하는 고정 전극부를 준비하는 단계; 및 (S2) 상기 회전 및 고정 전극부에 탈염수와 염수의 혼합을 방지하기 위한 누수방지층을 배치하는 단계;를 포함하는, 연속 축전식 탈염 전극모듈의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 회전 전극부는 전기 전도도가 높은 집전판층을 형성하는 단계; 상기 집전판층 상에 다공성 탄소 전극층을 형성하는 단계; 및 상기 다공성 탄소 전극층 상에 인가된 전하와 반대 전하를 가지는 이온교환막층을 형성하는 단계;를 수행하여 이루어진다.

본 발명에 있어서, 상기 고정 전극부는 상기 회전 전극부와 마주하는 집전판층을 형성하는 단계; 상기 집전판층 상에 다공성 탄소 전극층을 형성하는 단계; 및 상기 다공성 탄소 전극층 상에 인가된 전하와 같은 전하를 가지는 이온교환막층을 형성하는 단계;를 수행하여 이루어진다.

본 발명에 있어서, 상기 집전판층은 도전성 금속, 흑연판 및 도전성 탄소가 코팅된 고분자필름 중에서 선택된 어느 하나를 이용하여 형성한다.

본 발명에 있어서, 상기 다공성 탄소 전극층은 활성탄소, 탄소에어로겔 또는 이들이 혼합된 탄소혼합물과, 폴리비닐리덴플로라이드를 포함하는 결합제 용액을 혼합하여 획득한 슬러리를 적층함으로서 형성하는 것이다.

이 때, 상기 결합제 용액은 용매로 폴리비닐리덴플로라이드를 용해시킬 수 있는 용매를 이용할 수 있으며, 구체적으로 디메틸아세트아미드(DMAc)일 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 회전 전극부의 모양은 원통형, 구형, 또는 컨베이어 벨트 방식으로 형성되어 회전하게 되며, 바람직하게는 원통형의 형상으로 회전한다.

본 발명에 있어서, 상기 회전 전극부와 고정 전극부는 인접하여 배치되어 있다.

본 발명에서, 상기 회전 전극부에 구비되는 이온교환막층과 상기 회전 전극부에 인접하는 고정 전극부에 구비되는 이온교환막층은 서로 상반된 전하를 가진다.

본 발명은 다른 하나의 양태로, 전압이 인가되는 집전판층, 상기 집전판층 상에 구비되는 다공성 탄소 전극층 및 상기 다공성 탄소 전극층 상에 구비되는 이온교환막층을 포함하는 수직 방향으로 배열된 복수의 회전 전극부; 상기 복수의 회전 전극부와 마주하고, 전압이 인가되는 집전판층, 상기 집전판층 상에 형성되는 다공성 탄소 전극층 및 상기 다공성 탄소 전극층 상에 형성되는 이온교환막층을 포함하며, 회전 전극부를 재생하는 복수의 고정 전극부; 및 상기 복수의 고정 전극부 상에 탈염수층과 염수층의 혼합을 방지하기 위해 구비된 누수방지층;을 포함하는, 연속 축전식 탈염 전극모듈을 제공한다.

본 발명은 다른 하나의 양태로, 상기 연속 축전식 탈염 전극모듈을 직렬 또는 병렬로 2 이상을 연결하여 형성된 것인, 연속 축전식 탈염 장치를 제공한다.

본 발명은 또 다른 하나의 양태로, 전압이 인가되는 집전판층, 상기 집전판층 상에 구비되는 다공성 탄소 전극층 및 상기 다공성 탄소 전극층 상에 구비되는 이온교환막층을 포함하는 수직 방향으로 배열된 복수의 회전 전극부;

상기 복수의 회전 전극부와 마주하고, 전압이 인가되는 집전판층, 상기 집전판층 상에 형성되는 다공성 탄소 전극층 및 상기 다공성 탄소 전극층 상에 형성되는 이온교환막층을 포함하며, 회전 전극부를 재생하는 복수의 고정 전극부; 및 상기 복수의 회전 및 고정 전극부 상에 탈염수층과 염수층의 혼합을 방지하기 위해 구비된 누수방지층; 상기 집전판층에 전압을 공급하며, 회전 전극부를 회전시키는 동력장치부; 및 탈염수층과 염수층의 혼합을 방지하기 위한 누수방지뚜껑;을 포함하는, 연속 축전식 탈염 장치를 제공한다.

본 발명은 또 다른 하나의 양태로, 탈염을 진행하는 회전 전극부 및 상기 회전 전극부를 재생하는 고정 전극부를 준비하는 단계; (+) 극을 형성하는 회전 전극부와 (-) 극을 형성하는 회전 전극부 사이로 염수를 투과시켜 탈염에 의한 정제수를 얻는 단계; 및 상기 회전 전극부와 상기 고정 전극부 사이에 염수를 투과시켜 회전 전극부를 재생하는 단계;를 포함하는, 연속 축전식 탈염 전극모듈의 운전방법을 제공한다.

본 발명은 회전 전극부을 활용함으로써 종래의 축전식 탈염 공정에서는 어려웠던 연속적인 탈염 공정을 가능하게 하고 탈염 용량 및 효율을 비약적으로 증가시켜 농도가 높은 해수와 같은 염수에도 적용이 가능할 뿐만 아니라 분리 공정에 소요되는 시간과 비용을 획기적으로 감소시키는 효과가 있다. 또한 종래의 기술에서는 전극 재생시 배출되는 농축수의 처리시 환경 문제가 있으나 본 발명에서는 전극 재생이 연속적으로 이루어져 소량씩 처리수에 연속적으로 포함되어 배출됨으로 환경 부하가 작아지는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 고정 전극부에 회전 전극부와 동일한 극(-극, +극)의 높은 전압을 인가하고 이온교환막층의 이온선택성을 이용하여 회전 전극부를 연속적으로 재생시켜 탈염 용량 및 효율을 비약적으로 증가시킬 수 있다.

또한 본 발명은 다수의 연속 축전식 탈염 전극모듈을 직렬 또는 병렬로 간단하게 연결함으로써 처리 용량을 높일 수 있어, 탈염 용량 및 효율을 비약적으로 증가시킬 수 있다.

또한 본 발명의 연속 축전식 탈염 장치는 낮은 농도의 염을 포함하는 폐수 또는 지표수로부터 높은 농도를 가지는 해수 등에 적용되어 연속적인 탈염을 통하여 깨끗한 정제수 또는 담수를 생산할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 축전식 탈염 전극모듈을 제조하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 연속 축전식 탈염 전극모듈의 일 구성인 회전 전극부를 제조하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 연속 축전식 탈염 전극모듈의 일 구성인 고정 전극부를 제조하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연속 축전식 탈염 전극모듈의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 연속 축전식 탈염 전극모듈의 일 구성인 회전 전극부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 연속 축전식 탈염 전극모듈의 일 구성인 고정 전극부가 조립되기 전, 조립된 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 연속 축전식 탈염 장치가 조립되기 전, 조립된 상태의 사시도를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 연속 축전식 탈염 장치의 정면도를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 연속 축전식 탈염 장치의 평면도를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 연속적인 축전식 탈염장치와 비교예에 따른 일반적인 평판형 축전식 탈염장치의 시간에 따른 탈염수의 전도도 변화를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예나 도면에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

연속 축전식 탈염 전극모듈의 제조방법

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 축전식 탈염 전극모듈을 제조하는 과정을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 회전 전극부를 제조하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1을 참고하면, 염수에 함유된 금속 이온을 전기 흡착으로 분리하기 위한 탈염을 진행하는 회전 전극부 및 상기 회전 전극부를 재생하는 고정 전극부를 준비한 후(S110), 상기 회전 및 고정 전극부상에 탈염수와 염수의 혼합을 방지하기 위한 누수방지층을 배치한다(S120).

구체적으로, 전기 전도도가 높은 집전판층을 형성하고(S210), 상기 집전판층 상에 다공성 탄소 전극층을 형성하며(S220), 상기 다공성 탄소 전극층 상에 인가된 전하와 반대 전하를 가지는 이온교환막층을 형성하여(S230) 회전 전극부를 제조할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 집전판층은 도전성 금속, 흑연판 및 도전성 탄소가 코팅된 고분자필름 중에서 선택된 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 도전성 금속은 니켈(Ni), 구리(Cu), 스텐레스 스틸(SUS), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 집전판층은 두께가 50 ~ 1000 ㎛인 흑연판이나, 두께가 50 ~ 500 ㎛인 도전성 탄소가 코팅된 고분자필름에 도전성 탄소를 0.03 ~ 100 ㎛의 두께로 코팅하여 형성된 것일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 다공성 탄소 전극층은 활성탄소, 탄소에어로겔 또는 이들이 혼합된 탄소혼합물과, 폴리비닐리덴플로라이드를 포함하는 결합제 용액을 혼합하여 획득한 슬러리를 적층함으로서 형성한다.

본 발명에 있어서, 연속 축전식 탈염 전극 모듈에는 탈염 용량을 증가시키기 위하여 직렬로 연결된 복수개의 (+) 및 (-)로 전압이 인가되는 회전 전극부 쌍을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 2개의 회전 전극부를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

구체적으로, 회전 전극부가 2개인 경우, 이를 각각 제1 회전 전극부 및 제2 회전 전극부라 할 수 있고, 이 때 제1 회전 전극부의 집전판층은 (-)극으로, 제2 회전 전극부의 집전판층은 (+)극으로 하여 0.1~2.5V의 전압을 인가하게 되면, 제1 회전 전극부의 집전판층 상에 형성되는 다공성 탄소 전극층은 음전하로, 제2 회전 전극부의 다공성 탄소 전극층은 양전하로 하전될 수 있다.

또한, 상기 제1 회전 전극부가 (-)극으로 전압을 인가하는 경우, 이를 구성하는 다공성 탄소 전극층 상에 양이온교환막층을 형성할 수 있고, 제2 회전 전극부가 (+)극으로 전압을 인가하는 경우, 이의 다공성 탄소 전극층 상에는 음이온교환막층을 형성할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 회전 전극부는 이온교환막층 상에 구비(부착 또는 코팅)되는 절연층을 포함할 수 있으며, 절연층을 포함할 경우 마주 보는 회전 전극부를 전기적으로 절연시켜 전극간의 통전을 방지하고 회전시 저항을 감소시킴으로서 원활하게 탈염이 이루어지도록 하는 역할을 기대할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 절연층은 30 ~ 300 mesh 크기의 간극을 갖는 고분자 매트 또는 부직포로 형성할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 고정 전극부를 제조하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 도 3을 참고하면, 회전 전극부와 마주하는 집전판층을 형성하고(S310), 상기 집전판층 상에 다공성 탄소 전극층을 형성하며(S320), 상기 다공성 탄소 전극층 상에 인가된 전하와 같은 전하를 가지는 이온교환막층을 형성하여(S330), 고정 전극부를 제조할 수 있고, 제조된 고정 전극부는 회전 전극부를 재생하는 역할을 한다.

본 발명에 있어서, 상기 고정 전극부의 집전판층 역시 전압이 인가되는 전도성 물질로서 전기에너지를 전달하는 집전체 역할을 한다.

본 발명에 있어서, 상기 고정 전극부의 집전판층 역시 도전성 금속, 흑연판 및 도전성 탄소가 코팅된 고분자필름 중에서 선택된 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 도전성 금속은 니켈(Ni), 구리(Cu), 스텐레스 스틸(SUS), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 집전판층은 두께가 50 ~ 1000 ㎛인 흑연판이나, 두께가 50 ~ 500 ㎛인 도전성 탄소가 코팅된 고분자필름에 도전성 탄소를 0.03 ~ 100 ㎛의 두께로 코팅하여 형성할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 고정 전극부의 다공성 탄소 전극층은 활성탄소, 탄소에어로겔 중 어느 하나의 물질 또는 둘이 혼합된 탄소 화합물과 폴리비닐리덴플로라이드를 포함하는 결합제 용액을 혼합하여 획득한 슬러리를 이용하여 집전판층(212,222)에 코팅한 후 건조하여 형성할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 고정 전극부는 회전 전극부에서 전기적으로 흡착된 양이온 및 음이온을 다시 탈착시켜 연속적으로 재생시키는 역할을 한다.

본 발명에 있어서, 상기 고정 전극부에 인가되는 전압은 회전 전극부에 비해 1.5 내지 5배 정도 높을 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 고정 전극부는 인접하는 회전 전극부와 동일한 극(-극, +극)을 형성하는 전압이 인가되지만 상대적으로 높은 전압을 인가시킴으로서 회전 전극부에 있는 양이온 및 음이온을 전사 받게 된다.

그러나 고정 전극부에 부착 또는 코팅되어 있는 음이온 및 양이온 교환막층에서 이온교환막층의 이온 선택성에 의해 고정 전극부에 이온들이 흡착 되지 않고 흐르는 염수에 의해 외부로 유출되면서 회전 전극부을 연속적으로 재생시키게 된다.

본 발명에 있어서, 연속 축전식 탈염 전극 모듈에는 복수개의 고정 전극부를 포함할 수 있고, 바람직하게는 회전 전극부와 동일한 개수를 포함할 수 있으며, 구체적으로 2개의 고정 전극부를 포함할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다.

구체적으로, 고정 전극부가 2개인 경우, 이를 각각 제1 고정 전극부 및 제2 고정 전극부라 할 수 있고, 이 때 제1 고정 전극부와 제2 고정 전극부는 각각 (-)극과 (+)극으로 서로 상반된 전하, 즉 음전하와 양전하로 하전될 수 있다. 제1 고정 전극부가 (-)극 경우, 제2 고정 전극부는 (+)극으로 형성할 수 있다. 제1 고정 전극부는 제1 회전 전극부와 인접하며, 제2 고정 전극부는 제2 회전 전극부와 인접하며, 제1 고정 전극부와 제1 회전 전극부는 동일한 전극, 구체적으로 (-)극일 수 있다. 제2 고정 전극부와 제2 회전 전극부는 동일한 전극, 구체적으로 (+)극일 수 있다.

본 발명에 있어서, 제1 고정 전극부의 집전판층(212)은 (-)극으로, 제2 고정 전극부의 집전판층은 (+)극으로 하여 0.1~2.5V의 전압을 인가하게 되면, 제1 고정 전극부의 다공성 탄소 전극층는 음전하로, 제2 고정 전극부의 다공성 탄소 전극층은 양전하로 하전될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 제1 고정 전극부가 (-)극인 경우, 보다 구체적으로 (-) 전압을 가지는 경우, 이의 다공성 탄소 전극층 상에 음이온교환막층을 형성하고, 제2 고정 전극부가 (+)극인 경우, 보다 구체적으로 (+) 전압을 가지는 경우, 이의 다공성 탄소 전극층 상에는 양이온교환막층을 형성하여 다공성 탄소 전극층에 형성되는 전하와 동일한 전하를 가지는 이온교환막층을 코팅 또는 부착할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 회전 전극부에 구비되는 이온교환막층과 회전 전극부에 인접하는 고정 전극부에 구비되는 이온교환막층은 서로 상반된 전하를 가지게 된다. 여기에서 제 1 및 2 회전 전극부에 형성되는 양이온 및 음이온 교환막층은 탈염 및 탈착 효율을 보다 증가시키기 위하여 구비하는 것으로서 만일 모듈의 경제성 제고등의 이유로 이를 형성시키지 않더라도 본 발명에서 추구하는 연속적인 축전식 탈염 동작에는 영향을 주지 않는다.

본 발명에 있어서, 제 1 및 2 고정 전극부에 형성시키는 이온 교환막층은 회전 전극부의 재생을 위하여 필수적인 구성요소로서 자세하게는 제2 고정 전극부 상의 양이온교환막층은 이온 선택성에 의해 양이온만을 선택적으로 통과시키고 음이온은 튕겨내므로 제2 회전 전극부에서 전사받은 음이온을 제2 고정 전극부에 고정시키지 않고 유입되는 염수에 의해 유출되도록 함으로서 제2 회전 전극부를 재생시키게 된다. 반대로 제1 고정 전극부 상의 음이온교환막층은 음이온만을 선택적으로 통과시키고, 양이온을 튕겨내므로 제1 회전 전극부에서 전사받은 양이온을 제1 고정 전극부에 고정시키지 않고 유입되는 염수에 의해 유출되도록 함으로서 제1 회전 전극부를 재생시키게 된다.

본 발명에 있어서, 회전 및 고정 전극부 상에 탈염수와 염수의 혼합을 방지하기 위한 누수방지층이 배치될 수 있다. 누수방지층은 실리콘 또는 천연고무로 구성될 수 있으며, 회전하는 전극에 영향을 주지 않는 탄성 물질로 코팅된 것일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

연속 축전식 탈염 전극모듈

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연속 축전식 탈염 전극모듈의 단면도이다. 이하, 도 4를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 연속 축전식 탈염 전극모듈(100)에 대해 설명한다. 본 발명의 실시예에 따른 연속 축전식 탈염 전극모듈(100)은 2개의 회전 전극부(110,120), 2개의 고정 전극부(210,220) 및 각 처리수층(농축수, 탈염정제수)이 서로 섞이지 않도록 도와주는 누수방지층(누수방지코팅층)으로 구성된다.

본 발명에 있어서, 연속 축전식 탈염 전극모듈(100)은 연속적으로 탈염과 전극 재생이 되게 하기 위한 회전 전극부(110,120)와 고정 전극부(210,220)를 구비하는데, 서로 다른 극(+극과 -극)을 형성하면서 마주보는 회전 전극부(110,120) 사이에 염수를 투과시켜 탈염을 진행하고, 각각 동일한 극(+극과 +극, -극과 -극)을 형성하면서, 높은 전압이 인가되는 고정 전극부(210,220)와 낮은 전압이 인가되는 회전 전극부(110,120) 사이에는 염수를 투과시켜 전극 재생이 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속식 축전 탈염 전극 모듈(100)을 제공한다.

도 5는 본 발명의 연속 축전식 탈염 전극모듈의 일 구성인 회전 전극부를 나타낸 것이다. 도 5를 참고하면, 본 발명의 연속 축전식 탈염 전극모듈(100)을 구성하는 회전 전극부(110,120)는 전압이 인가되는 집전판층(112,122), 집전판층(112,122) 상에 구비(부착 또는 코팅)되는 다공성 탄소 전극층(114,124) 및 다공성 탄소 전극층(114,124) 상에 구비(부착 또는 코팅)되는 이온교환막층(116,126)을 포함하며, 탈염을 진행하는 역할을 한다.

구체적으로, 서로 마주보는 회전 전극부(110,120)는 제1 회전 전극부(110)와 제2 회전 전극부(120)로 구성되며, 제1 회전 전극부(110)와 제2 회전 전극부(120)는 각각 (-)극과 (+)극으로 서로 상반된 전하, 즉 음전하와 양전하로 하전될 수 있다. 제1 회전 전극부(110)가 (-)극 경우, 제2 회전 전극부(120)는 (+)극으로 형성할 수 있다. 서로 마주보는 제1 회전 전극부(110)와 제2 회전 전극부(120)는 그 사이로 투과되는 염수로부터 양이온과 음이온을 정전기적 인력에 의해 전기 흡착함으로서 분리하는 역할을 한다.

집전판층(112,122)은 탈염을 진행하는 회전 전극부(110,120) 내에서 전압이 인가되는 전도성 물질로서 전기에너지를 전달하는 집전체 역할을 한다.

회전 전극부(110,120)의 모양은 원통형, 구형, 또는 컨베이어 벨트 방식으로 형성되어 회전하게 되며, 바람직하게는 원통형의 형상으로 회전한다.

집전판층(112,122)은 도전성 금속, 흑연판 및 도전성 탄소가 코팅된 고분자필름 중에서 선택된 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다.

집전판층(112,122)은 두께가 50 ~ 1000 ㎛인 흑연판이나, 두께가 50 ~ 500 ㎛인 도전성 탄소가 코팅된 고분자필름에 도전성 탄소를 0.03 ~ 100 ㎛의 두께로 코팅하여 형성할 수 있으며, 박판의 형태를 갖는 도전성 금속을 이용하는 것도 가능하다.

제1 회전 전극부(110)의 집전판층(112)은 (-)극으로, 제2 회전 전극부(120)의 집전판층(122)은 (+)극으로 하여 0.1 ~ 2.5 V의 전압을 인가하게 되면, 제1 회전 전극부(110)의 다공성 탄소 전극층(114)는 음전하로, 제2 회전 극부(120)의 다공성 탄소 전극층(124)은 양전하로 하전된다.

다공성 탄소 전극층(114,124)은 활성탄소, 탄소에어로겔 또는 이들이 혼합된 탄소혼합물과, 폴리비닐리덴플로라이드를 포함하는 결합제 용액을 혼합하여 획득한 슬러리를 이용하여 형성할 수 있다.

제1 회전 전극부(110)가 (-)극으로 전압을 인가하는 경우, 이를 구성하는 다공성 탄소 전극층(114) 상에 양이온교환막층(116)을 형성하고, 제2 회전 전극부(120)가 (+)극으로 전압을 인가하는 경우, 이의 다공성 탄소 전극층(124) 상에는 음이온교환막층(126)을 형성한다.

또한 회전 전극부(110,120)는 각각의 이온교환막층(116,126) 상에 구비(부착 또는 코팅)되는 절연층(118,128)을 포함할 수 있는데, 이는 마주 보는 회전 전극부(110,120)를 전기적으로 절연시켜 원활하게 탈염이 이루어지도록 하는 역할을 한다.

또한 절연층(118,128)은 30 ~ 300 mesh 크기의 간극을 갖는 고분자 매트 또는 부직포로 형성할 수 있다.

도 6은 본 발명의 연속 축전식 탈염 전극모듈의 일 구성인 고정 전극부(210, 220)의 조립 전, 조립된 상태를 나타낸 것이다. 도 6을 참고하면, 본 발명의 연속 축전식 탈염 전극모듈(100)을 구성하는 고정 전극부(210, 220)는 회전 전극부와 마주하는 집전판층, 집전판층 상에 구비(부착 또는 코팅)되는 다공성 탄소 전극층 및 다공성 탄소 전극층 상에 구비(부착 또는 코팅)되는 이온교환막층을 포함하며, 회전 전극부를 재생하는 역할을 한다.

고정 전극부(210, 220)에는 외부로의 누수 방지를 위하여 고정 전극부 누수방지 뚜껑(230, 240)을 부착하고, 고정 전극부(210, 220)와 고정 전극부 누수방지 뚜껑(230, 240) 사이에 고정 전극부 누수 방지 가스켓(232, 242)을 포함한다.

또한, 고정 전극부(210, 220)는 회전전극부 사이에 형성되어 있는 챔버를 통과하는 탈염 처리수와 염수의 혼합을 방지하기 위한 누수방지층을 포함할 수 있다. 누수방지층은 실리콘 또는 천연고무로 구성될 수 있으며, 회전하는 전극에 영향을 주지 않는 탄성 물질로 코팅된 것일 수 있다.

고정 전극부(210,220)의 집전판층 역시 전압이 인가되는 전도성 물질로서 전기에너지를 전달하는 집전체 역할을 한다.

고정 전극부(210,220)의 집전판층 역시 도전성 금속, 흑연판 및 도전성 탄소가 코팅된 고분자필름 중에서 선택된 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다.

상기 도전성 금속 역시 니켈(Ni), 구리(Cu), 스텐레스 스틸(SUS), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

집전판층은 두께가 50 ~ 1000 ㎛인 흑연판이나, 두께가 50 ~ 500 ㎛인 도전성 탄소가 코팅된 고분자필름에 도전성 탄소를 0.03 ~ 100 ㎛의 두께로 코팅하여 형성할 수 있으며, 박판의 형태를 갖는 도전성 금속을 이용하는 것도 가능하다.

고정 전극부(210,220)는 회전 전극부에서 전기적으로 흡착된 양이온 및 음이온을 다시 탈착시켜 재생시키는 역할을 한다. 회전 전극부에 인접하는 고정 전극부(210,220)는 회전 전극부와 전극은 같으나, 회전 전극부에 비해 상대적으로 높은 전압이 인가된다. 고정 전극부(210,220)에 인가되는 전압은 회전 전극부에 비해 1.5 내지 5배 정도 높다. 고정 전극부(210,220)는 인접하는 회전 전극부와 동일한 극(-극, +극)을 형성하는 전압이 인가 되지만 상대적으로 높은 전압을 인가시킴으로써 회전 전극부에 흡착되어 있는 양이온 및 음이온을 전사 받게 된다. 그러나 고정 전극부(210,220)에 부착 또는 코팅되어 있는 음이온 및 양이온교환막층에서 이온교환막층의 이온 선택성에 의해 고정 전극부(210,220)에 이온들이 흡착되지 않고 흐르는 염수에 의해 외부로 유출되면서 회전 전극부를 재생시키게 된다.

또한 고정 전극부(210,220)의 다공성 탄소 전극층은 활성탄소, 탄소에어로겔 중 어느 하나의 물질 또는 둘이 혼합된 탄소 화합물과 폴리비닐리덴플로라이드를 포함하는 결합제 용액을 혼합하여 획득한 슬러리를 이용하여 집전판층에 코팅한 후 건조하여 형성할 수 있다.

고정 전극부(210,220)는 제1 고정 전극부(210)와 제2 고정 전극부(220)로 구성되며, 제1 고정 전극부(210)와 제2 고정 전극부(220)는 각각 (-)극과 (+)극으로 서로 상반된 전하, 즉 음전하와 양전하로 하전될 수 있다. 제1 고정 전극부(210)가 (-)극 경우, 제2 고정 전극부(220)는 (+)극으로 형성할 수 있다. 제1 고정 전극부(210)는 제1 회전 전극부와 인접하며, 제2 고정 전극부(220)는 제2 회전 전극부와 인접하며, 제1 고정 전극부(210)와 제1 회전 전극부는 동일한 전극, 구체적으로 (-)극일 수 있다. 제2 고정 전극부(220)와 제2 회전 전극부는 동일한 전극, 구체적으로 (+)극일 수 있다.

제1 고정 전극부(210)의 집전판층은 (-)극으로, 제2 고정 전극부(220)의 집전판층은 (+)극으로 하여 0.1 ~ 2.5 V의 전압을 인가하게 되면, 제1 고정 전극부(210)의 다공성 탄소 전극층는 음전하로, 제2 고정 전극부(220)의 다공성 탄소 전극층은 양전하로 하전된다.

제1 고정 전극부(210)가 (-)극인 경우, 보다 구체적으로 (-) 전압을 가지는 경우, 이의 다공성 탄소 전극층 상에 음이온교환막층을 형성하고, 제2 고정 전극부(220)가 (+)극인 경우, 보다 구체적으로 (+) 전압을 가지는 경우, 이의 다공성 탄소 전극층 상에는 양이온교환막층을 형성하여 다공성 탄소 전극층에 형성되는 전하와 동일한 전하를 가지는 이온교환막층을 코팅 또는 부착해야 한다.

즉, 회전 전극부에 구비되는 이온교환막층과 회전 전극부에 인접하는 고정 전극부(210,220)에 구비되는 이온교환막층은 서로 상반된 전하를 가지게 된다.

제2 고정 전극부(220)상의 양이온교환막층은 양이온만을 선택적으로 통과시키고 음이온은 튕겨내므로 제2 회전 전극부(120)에서 전사받은 음이온을 튕겨내서 제2 회전 전극부를 재생시키게 된다. 제1 고정 전극부(210)상의 음이온교환막층은 음이온만을 선택적으로 통과시키고, 양이온을 튕겨내므로 제1 회전 전극부에서 전사받은 양이온을 튕겨내서 제1 회전 전극부를 재생시키게 된다.

연속 축전식 탈염 장치

도 7은 본 발명의 연속 축전식 탈염 전극모듈을 포함하는 탈염 장치(1000)가 조립되기 전, 상태의 사시도를 나타낸 것이다. 이하, 도 7을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 연속 축전식 탈염 장치(1000)에 대해 설명한다.

탈염 장치(1000)가 조립되기 전 사시도를 참조하면, 연속 축전식 탈염 장치(1000)는 전압이 인가되는 집전판층, 상기 집전판층 상에 구비되는 다공성 탄소 전극층 및 상기 다공성 탄소 전극층 상에 구비되는 이온교환막층을 포함하는 수직 방향으로 배열된 제1 및 제2 회전 전극부(110, 120)를 포함하고, 제1 및 제2 회전 전극부(110, 120)와 마주하고, 전압이 인가되는 집전판층, 상기 집전판층 상에 형성되는 다공성 탄소 전극층 및 상기 다공성 탄소 전극층 상에 형성되는 이온교환막층을 포함하며, 회전 전극부(110, 120)를 재생하는 제1 및 제2 고정 전극부(210, 220)를 포함하고, 제1 및 제2 고정 전극부(210, 220) 상에 외부로의 누수를 방지하기 위해 누수방지 가스켓이 구비되어 있으며, 상기 고정 및 회전 전극부 집전판층에 전압을 공급하며, 제1 및 제2 회전 전극부(110, 120)를 회전시키는 동력장치부(400)를 포함하고, 탈염수층과 염수층의 혼합을 방지하기 위한 누수방지뚜껑을 포함한다.

구체적으로, 회전 전극부(110, 120)에는 원활한 회전 및 각 챔버들의 누수에 의한 혼합 방지를 위하여 회전 전극부 상하부 누수방지 뚜껑(330, 340) 및 회전 전극부 회전부 누수방지 뚜껑(350, 360)을 부착하고, 회전 전극부(110, 120)와 회전 전극부 상하부 누수방지 뚜껑(330, 340) 사이에 회전전극 누수 방지층(310, 320)을 포함한다.

도 8은 본 발명의 연속 축전식 탈염 전극모듈을 포함하는 탈염 장치의 정면도를 나타낸 것이다. 도 8을 참고하면, 제1 및 제2 회전 전극부 사이에 형성되어 있는 염수 투입구(510)로 염수를 투과시켜 탈염을 진행시킨 후 얻은 탈염 정제수를 정제수 배출구(520)로 배출시킨다.

제1 및 제2 고정 전극부는 제1 및 제2 회전 전극부에서 전기적으로 흡착된 양이온 및 음이온을 다시 탈착시켜 재생시키는 역할을 하며, 제1 및 제2 고정 전극부는 인접하는 제1 및 제2 회전 전극부와 동일한 극(-극, +극)을 형성하는 전압이 인가 되지만 상대적으로 높은 전압을 인가시킴으로써 제1 및 제2 회전 전극부에 있는 양이온 및 음이온을 전사받게 되고, 제1 및 제2 고정 전극부에 부착 또는 코팅되어 있는 음이온 및 양이온교환막층에서 이온교환막층의 이온 선택성에 의해 제1 및 제2 고정 전극부에 이온들이 고정되지 않고 염수 투입구(530, 550)로부터 유입되어 흐르는 염수에 의해 염수 배출구(540, 560)로 배출시키면서 제1 및 제2 회전 전극부을 재생시키게 된다. 이에 따라, 본 발명은 기존의 고정상 전극 축전식 탈염 기술에서 구현하지 못했던 연속 공정이 가능할 뿐만 아니라 용량 증가를 위한 복잡한 시스템이 불필요하며 탈염에 소요되는 시간을 획기적으로 단축시키는 효과를 가진다. 또한 본 발명의 실시예에 의한 연속 축전식 탈염 장치는 낮은 농도의 염을 포함하는 폐수 또는 지표수로부터 높은 농도를 가지는 해수 등에 적용되어 연속적인 탈염을 통하여 깨끗한 정제수 또는 담수를 생산할 수 있는 이점이 있다.

도 9는 본 발명의 연속 축전식 탈염 전극 탈염 장치의 평면도를 나타낸 것이다. 도 9를 참고하면, 연속 축전식 탈염 전극 탈염 장치는 측면에 제1 및 2 고정전극부 전원 연결부(610, 620), 후면에 제 1 및 2 회전전극부 전원 연결부(630, 640)을 포함한다.

탈염수층과 염수층의 혼합을 방지하고, 동력장치 연결부(400)는 회전 전극부를 회전시켜 탈염을 구동시키기 위한 동력원을 제공한다.

본 발명의 연속 축전식 탈염 장치는 상기 연속 축전식 탈염 전극모듈의 제조 방법을 이용하여 제작하였으며, 중요 구성으로서 탈염이 진행되는 회전 전극부(110,120), 회전 전극부(110,120)를 회전시킬 있는 동력장치 연결부(400), 회전 전극부(110,120)를 재생하는 고정 전극부(210,220) 및 각 층간 구체적으로, 탈염수층과 염수층의 혼합을 방지하기 위한 누수방지뚜껑, 누수방지층으로 구성된다.

본 발명의 연속 축전식 탈염 장치는(1000)는 연속 축전식 전극모듈(100)을 직렬 또는 병렬로 2 이상을 연결하여 형성된 것일 수 있고, 구체적으로, 다수의 연속 축전식 전극모듈을 직렬 또는 병렬로 연결하여 처리용량을 높일 수 있다.

이 때, 연속 축전식 전극모듈(100)을 직렬 또는 병렬로 2 ~ 10개를 연결하여 형성될 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 연속 축전식 탈염 장치(1000)는 낮은 농도의 염을 포함하는 폐수 또는 지표수로부터 높은 농도를 가지는 해수 등에 적용되어 연속적인 탈염을 통하여 깨끗한 정제수 또는 담수를 생산할 수 있는 이점이 있다.

연속 축전식 탈염 전극모듈의 운전방법

본 발명은 탈염을 진행하는 회전 전극부 및 상기 회전 전극부를 재생하는 고정 전극부를 준비하는 단계; (+) 극을 형성하는 회전 전극부와 (-) 극을 형성하는 회전 전극부 사이로 염수를 투과시켜 탈염에 의한 정제수를 얻는 단계; 및 상기 회전 전극부와 상기 고정 전극부 사이에 염수를 투과시켜 회전 전극부를 재생하는 단계를 포함하는, 연속 축전식 탈염 전극모듈의 운전방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 회전 전극부와 고정 전극부는 인접하여 배치되어 있으며, 회전 전극부에 인접하는 고정 전극부는 회전 전극부와 전극은 같으나, 회전 전극부에 비해 상대적으로 높은 전압이 인가되는 것일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

연속 축전식 탈염 전극모듈, 연속 축전식 탈염 장치를 이용한 탈염의 진행 과정은 앞서 설명한 바와 같다.

연속 축전식 탈염 전극모듈의 제조방법, 연속 축전식 탈염 전극모듈, 연속 축전식 탈염 장치 및 연속 축전식 탈염 전극모듈의 운전방법은 서로 모순되지 않는 한 동일하게 적용할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

실시예

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다. 양극 및 음극의 회전 전극부를 구성하기 위하여 직경 5 cm, 길이 7 cm를 가지는 2개의 원통형 회전 전극 집전체(알루미늄 재질, 유효 전극 면적 = 110 ㎠)를 사용하였다. 그리고 회전 전극 집전체를 다공성 탄소 전극으로 코팅하기 위한 슬러리를 제조하기 위하여 바인더 물질로서 폴리비닐리덴플루오라이드 (polyvinylidenefluoride; PVdF, Sigma-Aldrich)를 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide; DMAc, SAMCHUN, 99.5%) 용액에 10 wt%가 되도록 혼합한 후 12시간 동안 교반하여 용해시켰다. 그리고 다공성 전극으로 사용된 활성탄 (P-60, Japan) 93g과 앞서 준비한 10 wt% 폴리비닐리덴플루오라이드 용액 70g (활성탄 : 폴리비닐리덴플루오라이드 = 93 : 7)을 혼합하여 5,000 rpm의 속도로 15분 동안 페이스트 혼합기(paste mixer)를 사용하여 교반하여 회전 전극부 코팅용 슬러리를 제조하였다. 그리고 이 슬러리를 스프레이 코팅기를 사용하여 원통형 알루미늄 회전 전극 집전체에 골고루 분사하여 코팅을 하였으며, 60℃ 감압건조기에서 12시간 동안 건조시킴으로서 다공성 탄소 전극이 코팅된 회전 전극을 제조하였다. 한편, 고정 전극 집전체(알루미늄 재질, 유효 전극 면적 = 50 ㎠)를 2개를 준비하여 상기한 코팅 방법과 동일하게 다공성 탄소 코팅을 하였다. 그리고 건조된 각 고정 및 회전 다공성 탄소 전극 위에는 양이온 교환막(Neosepta CMX, Tokuyama, Japan)과 음이온 교환막(Neosepta AMX, Tokuyama, Japan)를 상기한 본 발명의 대한 상세한 설명과 같은 방법으로 부착하였다. 그리고 회전 전극부에는 전극간의 통전을 방지하고 원활한 회전 및 각 챔버들의 누수에 의한 혼합 방지를 위하여 절연체의 다공성 스페이서(Polyester, 두께 : 200 μm)를 부착하고, 회전 전극부와 하우징 사이에 누수 방지용 가스켓을 설치함으로서 연속적인 축전식 탈염 모듈 장치를 구성하였다.

연속적인 축전식 탈염 모듈 장치에 회전 전극부를 회전시킬 수 있는 동력 장치를 연결하여 각 회전 전극부가 서로 반대되는 방향 (좌: 반시계방향, 우: 시계방향)으로 일정 속도로 회전하도록 하였다. 그리고 각각의 고정 및 회전 전극부에 전압을 인가하기 위하여 일정 전위기(Potentiostat, Zive MP2, WonATech corp.)를 연결하여 중앙을 중심으로 좌측 고정 전극에 +1.5V, 회전 전극에 +0.75V, 우측 고정 전극에 -1.5V, 회전 전극에 -0.75V 전압을 각각 인가하였다. 그리고 200 ppm의 염화나트륨(NaCl) 전해질액을 마이크로 정량 펌프(HV-77916-20, Masterflex)를 이용하여 20 ㎖/min의 유량으로 연속 축전식 탈염 모듈의 하부에 마련된 유입구를 통하여 회전 전극부 사이의 중앙 챔버와 좌측 고정 전극부와 회전 전극부 사이, 그리고 우측 고정 전극부와 회전 전극부 사이의 챔버로 동시에 유입시켰다. 각 챔버로부터 나오는 유출수는 실시간으로 전도도 변화를 관측할 수 있는 전도도 센서(Order code CON-BTA, Vernier)를 통과하도록 설계되었으며 회전 전극부 사이의 중앙 챔버로부터 나오는 탈염수의 전도도 변화가 연속적으로 계측되었다. 비교를 위하여 동일한 전극소재로 사용하여 만들고 비슷한 유효 전극 면적(=100㎠)을 가지는 기존의 평판형 축전식 탈염 장치를 구성하여 동일한 조건하에서 비교 시험을 수행하였다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연속적인 축전식 탈염장치는 비교예에서 보여지는 일반적인 평판형 축전식 탈염장치와는 달리 포화 용량에 의한 전도도 상승 변화 곡선이 없이 일정하게 연속적으로 전도도가 유지되는 것을 알 수 있다. 이 결과로서 본 발명의 축전식 탈염 장치가 연속적으로 축전식 탈염 공정이 이루어짐을 알 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 연속 축전식 탈염 전극모듈
110 : 제1 회전 전극부 120 : 제2 회전 전극부
112, 122 : 집전판층 114,124 : 다공성 탄소 전극층
116 : 양이온교환막층 126 : 음이온교환막층
118, 128 : 절연층
210 : 제1 고정 전극부 220 : 제2 고정 전극부
212, 222 : 집전판층 214,224 : 다공성 탄소 전극층
216 : 음이온교환막층 226 : 양이온교환막층
230, 240 : 고정전극 누수방지뚜껑
232, 242 : 고정전극 누수 방지 가스켓
310, 320 : 회전전극 누수 방지층
330, 340 : 회전전극 상하부 누수방지뚜껑
350, 360 : 회전전극 회전부 누수방지뚜껑
400 : 동력장치 연결부
510 : 염수 투입구 (탈염부)
520 : 정제수 배출구
530, 550 : 염수투입구 (-,+ 전극재생부)
540, 560 : 염수 배출구 (-,+ 전극재생부)
610, 620 : 제1 및 2 고정전극부 전원 연결부
630, 640 : 제 1 및 2 회전전극부 전원 연결부
1000 : 연속 축전식 탈염 장치

Claims

(S1) 염수에 함유된 금속 이온을 전기 흡착으로 분리하기 위한 탈염을 진행하는 회전 전극부 및 상기 회전 전극부를 재생하는 고정 전극부를 준비하는 단계; 및
(S2) 상기 회전 및 고정 전극부에 탈염수와 염수의 혼합을 방지하기 위한 누수방지층을 배치하는 단계;
를 포함하는, 연속 축전식 탈염 전극모듈의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 회전 전극부는,
전기 전도도가 높은 집전판층을 형성하는 단계;
상기 집전판층 상에 다공성 탄소 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 다공성 탄소 전극층 상에 인가된 전하와 반대 전하를 가지는 이온교환막층을 형성하는 단계;를 수행하여 이루어지는 것인, 연속 축전식 탈염 전극모듈의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 고정 전극부는,
상기 회전 전극부와 마주하는 집전판층을 형성하는 단계;
상기 집전판층 상에 다공성 탄소 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 다공성 탄소 전극층 상에 인가된 전하와 같은 전하를 가지는 이온교환막층을 형성하는 단계;를 수행하여 이루어지는 것인, 연속 축전식 탈염 전극모듈의 제조방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 집전판층은 도전성 금속, 흑연판 및 도전성 탄소가 코팅된 고분자필름 중에서 선택된 어느 하나를 이용하여 형성하는 것인, 연속 축전식 탈염 전극모듈의 제조방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 다공성 탄소 전극층은 활성탄소, 탄소에어로겔 또는 이들이 혼합된 탄소혼합물과, 폴리비닐리덴플로라이드를 포함하는 결합제 용액을 혼합하여 획득한 슬러리를 이용하여 형성하는 것인, 연속 축전식 탈염 전극모듈의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 회전 전극부의 모양은 원통형, 구형, 또는 컨베이어 벨트 방식으로 형성되어 회전되는 것인, 연속 축전식 탈염 전극모듈의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 회전 전극부와 고정 전극부는 인접하여 배치되어 있는 것인, 연속 축전식 탈염 전극모듈의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 회전 전극부에 구비되는 이온교환막층과 상기 회전 전극부에 인접하는 고정 전극부에 구비되는 이온교환막층은 서로 상반된 전하를 가지는 것인, 연속 축전식 탈염 전극모듈의 제조방법.
전압이 인가되는 집전판층, 상기 집전판층 상에 구비되는 다공성 탄소 전극층 및 상기 다공성 탄소 전극층 상에 구비되는 이온교환막층을 포함하는 수직 방향으로 배열된 복수의 회전 전극부;
상기 복수의 회전 전극부와 마주하고, 전압이 인가되는 집전판층, 상기 집전판층 상에 형성되는 다공성 탄소 전극층 및 상기 다공성 탄소 전극층 상에 형성되는 이온교환막층을 포함하며, 회전 전극부를 재생하는 복수의 고정 전극부; 및
상기 복수의 회전 및 고정 전극부 상에 탈염수층과 염수층의 혼합을 방지하기 위해 구비된 누수방지층;을 포함하는, 연속 축전식 탈염 전극모듈.
제9항에 따른 연속 축전식 탈염 전극모듈을 직렬 또는 병렬로 2 이상을 연결하여 형성된 것인, 연속 축전식 탈염 장치.
전압이 인가되는 집전판층, 상기 집전판층 상에 구비되는 다공성 탄소 전극층 및 상기 다공성 탄소 전극층 상에 구비되는 이온교환막층을 포함하는 수직 방향으로 배열된 복수의 회전 전극부;
상기 복수의 회전 전극부와 마주하고, 전압이 인가되는 집전판층, 상기 집전판층 상에 형성되는 다공성 탄소 전극층 및 상기 다공성 탄소 전극층 상에 형성되는 이온교환막층을 포함하며, 회전 전극부를 재생하는 복수의 고정 전극부; 및
상기 복수의 회전 및 고정 전극부 상에 탈염수층과 염수층의 혼합을 방지하기 위해 구비된 누수방지층;
상기 집전판층에 전압을 공급하며, 회전 전극부를 회전시키는 동력장치부; 및
탈염수층과 염수층의 혼합을 방지하기 위한 누수방지뚜껑;을 포함하는, 연속 축전식 탈염 장치.
탈염을 진행하는 회전 전극부 및 상기 회전 전극부를 재생하는 고정 전극부를 준비하는 단계;
(+) 극을 형성하는 회전 전극부와 (-) 극을 형성하는 회전 전극부 사이로 염수를 투과시켜 탈염에 의한 정제수를 얻는 단계; 및
상기 회전 전극부와 상기 고정 전극부 사이에 염수를 투과시켜 회전 전극부를 재생하는 단계;
를 포함하는, 연속 축전식 탈염 전극모듈의 운전방법.