KR20230125009A - 전기염소화 공정용 전해조 및 자가-세척 전기염소화시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 염수 순환에 적합한 입구 및 출구를 구비한 하우징; 서로 대향하고 상기 하우징 내에 위치하는 적어도 한쌍의 양극성 전극을 포함하는, 염소화 전해조에 관한 것이다. 상기 전해조는 상기 적어도 한 쌍의 각각의 양극성 전극이 밸브 금속 기재; 상기 기재 위에 배치된, 루테늄 및 티타늄을 포함하는 촉매 조성물의 적어도 하나의 층을 포함하는 활성 코팅; 상기 활성 코팅 위에 배치된 탄탈륨, 니오븀, 주석, 또는 이들의 조합의 산화물을 포함하는 조성물의 적어도 하나의 층을 포함하는 탑 코팅을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 이러한 전해조를 포함하는 자가-세척 전기염소화 시스템, 이의 제조 방법, 차아염소산염 매개 물 소독을 위한 정상 및 저염도 수영장에서의 이의 용도 및 차아염소산염-매개 물 소독 방법에 관한 것이다.

Description

전기염소화 공정용 전해조 및 자가-세척 전기염소화 시스템

본 발명은 극성 반전 조건 하에 작동하는 염소화 전해조, 이를 제조하는 방법 및 자가-세척 전기염소화 시스템에 관한 것이다.

전기염소화 공정은 전기분해 반응을 통해 염수에서 차아염소산염을 생성하는 것으로 이루어진다. 생성된 차아염소산나트륨은 음용수 처리, 수영장 또는 냉각탑의 미생물 제어와 같은 물 소독 및 산화와 관련된 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있다.

차아염소산나트륨은 박테리아, 바이러스 및 곰팡이에 효과적이며 미생물이 그 효과에 대한 저항성을 발달시킬 수 없다는 이점이 있다.

유사한 결과를 달성하기 위해 물에 첨가될 수 있는 염소 가스 또는 정제와 달리, 전기염소화 공정에서는 활성 화학물질이 현장에서 생성되므로 운송, 환경 및/또는 보관 문제를 피할 수 있다. 상기 공정은 적어도 2개의 전극 및 염수, 즉 응용 분야에 따라 다양한 농도의 염과 물의 혼합물을 함유하는 전해질을 포함하는 전해 전지에 적합한 전류를 인가함으로써 수행된다. 전기화학 반응의 결과 차아염소산나트륨과 수소 가스가 생성된다.

밸브 및 귀금속, 특히 백금족으로부터의 희귀 전이 금속의 혼합물을 함유하는 활성 코팅 조성물을 구비한 티타늄 전극은 이러한 유형의 전지에서 과거에 애노드로서 성공적으로 사용되었다. 그러나, 시간이 경과함에 따라, 전극은 그 활성 표면에 스케일이 발생하여 전지의 차아염소산염 생산 효율에 부정적인 영향을 미친다.

스케일 형성을 방지/감소시키기 위해, 전극에 주기적인 극성 반전을 적용하여 전극의 자가-세척을 촉진할 수 있다. 또한, 극성을 반전하면 전극 사이의 이온 브리징이 감소하고 고르지 않은 전극 마모를 방지할 수 있다.

각 전극이 캐소드와 애노드로서 번갈아 작동하는 극성 반전 조건 하에, 활성 코팅 조성물에 때때로 사용되는 일부 원소는 불안정해져 몇 번의 반전 주기 후에 전해질에 용해되어 전극 수명이 부적절해진다.

일반적으로, 극성 반전은 전극의 활성 코팅에 유해한 작업으로, 박리에 의해 빠르게 비활성화된다.

이러한 문제를 감소시키기 위해, 각 전극이 애노드 또는 캐소드로만 작동할 때보다 훨씬 더 높은 코팅 부하를 가진 극성 반전 조건 하에 사용되는 양극성 전극을 제공하는 것이 요구된다. 일반적으로, 전극의 내구성은 극성 반전 빈도와 코팅 부하에 따라 달라진다.

코팅 부하가 증가하면 재료의 양과 더 긴 생산 공정 둘 모두에서 전극 비용에 부정적인 영향을 미친다. 또한, 많은 활성 코팅 조성물이 희소한 가용성을 나타내는 희귀 전이 금속에 의존하기 때문에 부하량이 증가하면 임의의 관련 조달 문제도 악화된다.

다양한 범위의 가능한 적용 및 작동 조건 하에 개선된 수명 및 효율을 나타내고 가능하면 감소된 생산 비용을 유지할 수 있는 전기염소화 시스템용 자가-세척 전극을 갖는 것이 바람직하다. 또한 이러한 전기염소화 시스템은 정상 및 저염도 수영장, 즉 6 g/ℓ 이하의 염분 수준(전형적으로 저염도에서는 0.5 내지 2.5 g/ℓ NaCl, 정상 염도에서는 2.5 내지 4 g/ℓ NaCl)에서 작동하는 수영장에서 사용하는 것이 바람직하다.

국제 특허 출원 제WO 2019/215944 A1호에는 중간층의 국소화된 귀금속 부위에서 산소 발생을 위한 산소 과전압을 증가시키기 위해 두꺼운 유전체 표면층을 갖는 전극을 구비한 오존 발생용 전해조가 기재되어 있다. 이러한 전극은 염소 생산이나 극성 반전 조건에서 작동하는 데 적합하지 않다.

본 발명은 적어도 염수 순환에 적합한 입구 및 출구를 구비한 하우징 및 서로 대향하고 상기 하우징 내에 위치된 적어도 한 쌍의 양극성 전극을 포함하는, 염소화 전해조에 관한 것이다. 각각의 양극성 전극은 (i) 밸브 금속 기재; (ii) 상기 기재 위에 배치된 루테늄 및 티타늄을 포함하는 촉매 조성물의 적어도 하나의 층을 포함하는 활성 코팅; (iii) 탄탈륨, 니오븀, 주석 또는 이들의 조합의 산화물을 포함하는 조성물의 적어도 하나의 층을 포함하고 상기 활성 코팅 위에 위치된 탑 코팅을 포함한다.

또 다른 양상 하에, 본 발명은 (i) 상기 기재된 염소화 전해조; (ii) 상기 전해조 내에서 순환하는 1 내지 30 g/ℓ NaCl 염수 용액을 포함하는 전해질; (iii) 양극성 전극에 전기적으로 연결되고 전해조의 하우징 외부에 위치하는, 쌍의 양극성 전극의 극성을 주기적으로 반전시키기 위한 전자 시스템을 포함하는, 자가-세척 전기염소화 시스템에 관한 것이다.

또 다른 양상 하에, 본 발명은 본 발명에 따른 염소화 전해조의 제조 방법에 관한 것이다.

또 다른 양상 하에, 본 발명은 차아염소산염 매개 물 소독을 위한 정상 및 저염도 수영장에서 상기 기재된 염소화 전해조의 용도에 관한 것이다.

또 다른 양상 하에, 본 발명은 극성 역전 조건 하에 상기 기재된 염소화 전해조를 사용하는 차아염소산염-매개 물 소독 방법에 관한 것이다.

한 양상 하에, 본 발명은 염수 순환에 적합한 입구 및 출구를 구비한 하우징, 및 서로 대향하고 상기 하우징 내에 위치하는 적어도 한쌍의 양극성 전극을 포함하는, 염소화 전해조에 관한 것으로, 여기서 상기 한 쌍의 각각의 양극성 전극은 (i) 밸브 금속 기재; (ii) 상기 기재 위에 배치된 루테늄 및 티타늄을 포함하는 촉매 조성물의 적어도 하나의 층을 포함하는 활성 코팅; (iii) 상기 활성 코팅 위에 배치된, 탄탈륨, 니오븀, 주석 또는 이들의 조합의 산화물을 포함하는 조성물의 적어도 하나의 층을 포함하는 탑 코팅을 포함한다.

루테늄 및 티타늄을 포함하는 촉매 조성물의 적어도 하나의 층은 그 전기적 특성 면에서 본질적으로 균질한 층이다. 촉매 조성물의 적어도 하나의 층은 또한 그의 형태학적 특성 면에서 균질하고 본질적으로 루테늄 및 티타늄을 포함하는 고용체, 바람직하게는 금속이 주로 산화물, 즉 산화루테늄 및 산화티타늄인 균질한 고용체를 구성한다.

본 발명에 따른 염소화 전해조는 수영장, 폐수 소독(예컨대, 도시 수처리, 폐수 및 중수 처리, 해수 염소화...)과 같은 다양한 응용 분야에서 차아염소산염 매개 물 소독에 사용될 수 있다.

이는 극성 반전 조건 하에 유리하게 작동하여 전극의 자가-세척을 보장하고 스케일 형성을 방지할 수 있다.

쌍의 각 전극은 한쪽 또는 양쪽에 코팅될 수 있다. 통상적으로, 2개의 대향 전극은 코팅된 면이 서로 마주보도록 배열되어야 한다. 염소화 전해조는 복수의 양극성 전극 쌍을 포함할 수 있으며, 그 결과 코팅된 전극의 스택은 서로 실질적으로 평행하게 배열된다

하우징은 양극성 전극 쌍(들)을 외부 발전기에 전기적으로 연결할 수 있도록 설계되어야 한다. 발전기는, 현장에서 잘 알려진 바와 같이, 응용 분야 및 물 오염 물질 및 물의 경도와 같은 작동 조건에 따라, 일반적으로 30분 내지 10시간 범위의 사전 설정된 주파수에서 전극 극성을 반전시키는 시스템을 유리하게 구비할 수 있다.

밸브 금속 기재는 슬래브, 천공 시트, 메쉬, 루버(louver)와 같이 현장에서 일반적으로 사용되지만 이에 제한되지 않는 모든 형상일 수 있다. 바람직하게는, 기재는 내구성, 비용 및 용이한 표면 처리를 위해 티타늄으로 제조된다.

활성 코팅을 적용하기 전에, 기재를 세정, 샌드블라스팅 및 에칭하여 적절한 접착력을 보장하는 것이 바람직하다.

활성 코팅은 롤러 코터, 브러싱 및 스프레이 기술을 사용하여 밸브 금속 기재 바로 위에 배치할 수 있다. 대안적으로, 청구된 발명은, 예를 들어, 활성 코팅의 접착력을 향상시키기 위해 기재와 활성 코팅 사이에 중간 코팅을 개재하는 것을 허용한다. 이 경우, 후자는 간접적이기는 하지만 여전히 기재 위에 배치된 것으로 간주되어야 한다.

일 실시양태 하에, 본 발명에 따른 염소화 전해조의 촉매 조성물은 원소에 대한 중량 백분율로 표현된 25% 내지 45%의 루테늄 및 55% 내지 75%의 티타늄을 포함한다.

또 다른 실시양태 하에, 촉매 조성물은 선택적으로 스칸듐, 스트론튬, 하프늄, 비스무트, 지르코늄, 알루미늄, 구리, 로듐, 이리듐, 백금, 팔라듐 및 이들의 상호 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 2% 내지 5%의 도핑 원소를 포함할 수 있다. 이러한 도펀트는 염소화 전해조의 개선된 수명 및 유리 유효 염소(free available chlorine) 효율에 유리하게 기여할 수 있다.

상기 임의의 실시양태에 따라 활성 코팅 상에 탄탈륨, 니오븀 또는 산화주석(결합되거나 개별적으로)의 절연 탑 코팅을 적용하면 전극의 주어진 수명 목표에 대해 효율성에 영향을 미치지 않으면서 38%까지 Ru의 부하를 감소시킬 수 있다.

Ru의 부하 감소는 특히 본 발명의 탑 코팅 조성물에 사용되는 금속 산화물과 비교할 때, 그 희소성 및 그에 따른 조달 및 비용 문제 때문에 상당한 이점을 제공한다.

본 발명자들은 주석 산화물의 탑 코팅이 본 발명의 실행에서 특히 잘 작동한다는 것을 발견했는데, 그 이유는 Sn이 Ta 또는 Nb보다 활성층으로 Cl^- 이온을 더 잘 확산시키는 산화물을 형성하는 것으로 보이기 때문이다. 또한, Sn 탑 코팅은 또한, 예를 들어, 산화탄탈륨 표면에서 관찰될 수 있는 전형적인 균열을 유발하는 전위를 형성하는 경향이 낮기 때문에 덜 균열된 표면을 형성한다. 덜 균열된 표면은 전해질이 활성층의 불안정한 부분을 용해하는 것을 방지한다.

추가 실시양태 하에, 탑 코팅은 활성층의 유리 유효 염소(FAC) 효율을 보존하는 데 기여할 수 있으므로 0.5 내지 7 미크론 사이의 충분히 얇은 것이 바람직하다.

상기 임의의 실시양태 하에, 활성 코팅은 1 내지 30 g/m²의 루테늄 부하를 가질 수 있으며, 이는 해수 염소 처리 장치와 같은 염도가 6 g/ℓ 초과(그러나 바람직하게는 30 g/ℓ 미만)인 응용 분야와 수영장에서 발견되는 0.5 내지 4 g/ℓ와 같이 염도가 6 g/ℓ 미만인 응용 분야 모두에서 작동할 수 있다.

수영장 응용 분야에서, 탑 코팅은 2 내지 6 g/m²의 바람직한 총 부하를 갖는다.

본 발명을 특정 이론에 제한하지 않고, 본 발명에 따른 탑 코팅은 장벽이 아닌 그물망(net)을 형성한다: 기포의 마찰로 인한 활성 코팅 표면의 기계적 마모를 감소시키고 극성 반전이 발생할 때 부분적으로 용해된 물질을 유지하여 코팅의 박리 및 전해질에서 루테늄 및 기타 선택적 도펀트의 용해를 방지한다. 동시에, 탑 코팅의 다공성과 얇은 두께로 인해 전해질이 활성 코팅의 촉매 중심까지 도달할 수 있다.

또 다른 양상 하에, 본 발명은 (i) 상기 기재된 염소 처리 장치 전해조; (ii) 상기 전해조 내에서 순환하는 1 내지 30 g/ℓ NaCl 염수 용액을 포함하는 전해질; (iii) 전해조의 양극성 전극의 극성을 주기적으로 반전시키기 위한 전자 시스템을 포함하는, 자가-세척 전기염소화 시스템에 관한 것으로, 상기 전자 시스템은 바람직하게는 전해조의 하우징 외부에 위치되고 양극성 전극에 전기적으로 연결된다.

양극성 전극의 극성을 주기적으로 반전시키기 위한 전자 시스템에는 30분 내지 10시간 범위의 사전 설정된 시간 간격으로 양극성 전극의 극성을 반전시킬 수 있는 내부 시계가 장착되어 있다.

수영장 응용 분야에서, 본 발명자들은 전자 시스템이 양극성 전극 쌍의 극성을 1 내지 4시간의 사전 설정된 간격으로 반전시킬 때 본 발명에 따른 자가-세척 전기염소화 시스템이 특히 잘 수행됨을 관찰하였다.

병렬로 연결된 5 내지 15개의 양극성 전극 쌍을 포함하는 스택이 본 발명의 실행에 유리한 것으로 밝혀졌다.

본 발명에 따른 전자 시스템은 대략 200 내지 600 A/m², 바람직하게는 200 내지 400 A/m²의 전류 밀도에서 유리하게 작동할 수 있다.

또 다른 양상 하에, 본 발명은 상기 기재된 염소화 전해조의 제조 방법에 관한 것으로, 다음의 순차적인 진행에 따라 적어도 한 쌍의 양극성 전극의 각각의 전극을 제조하는 단계를 포함한다:

a) 루테늄 및 티타늄의 전구체를 포함하는 활성 코팅 용액을 밸브 금속 기재에 도포하여 코팅된 기재를 수득하는 단계;

b) 상기 코팅된 기재를 450 내지 550℃의 온도에서 2 내지 10분 동안 베이킹하는 단계;

c) 원하는 루테늄 부하를 달성할 때까지 단계 a) 및 b)를 반복하는 단계;

d) 탄탈륨, 니오븀, 주석, 또는 이들의 조합의 전구체를 포함하는 탑 코팅 용액을 상기 코팅된 기재에 도포하는 단계;

e) 상기 코팅된 기재를 450 내지 550℃의 온도에서 2 내지 10분 동안 베이킹하는 단계;

f) 탄탈륨, 니오븀, 주석 또는 이들 조합의 원하는 부하를 달성할 때까지 단계 d) 및 e)를 반복하는 단계;

g) 450 내지 550℃ 범위의 온도에서 최종 열처리를 수행하는 단계.

루테늄 및 티타늄의 전구체, 및 탄탈룸, 니오븀 또는 주석의 전구체는 금속의 메톡사이드, 에톡사이드, 프로폭사이드, 부톡사이드, 클로라이드, 나이트레이트, 요오다이드, 브로마이드, 설페이트 또는 아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물이다.

선택적으로, 단계 a) 이후 및/또는 단계 d) 이후에, 코팅된 기재는 20 내지 80℃의 온도에서 2 내지 10분 동안 공기 건조될 수 있다.

일반적으로, 본 발명에 따른 염소화 전해조는, 특히 양극성 전극 구조와 관련하여, 활성 코팅의 귀금속 부하를 감소시키거나 동일한 부하가 적용되는 경우 FAC 효율을 손상시키지 않고 연장된 수명을 나타내기 위해 극성 반전을 겪는 차아염소산염 생산을 위한 모든 응용 분야에서 성공적으로 사용될 수 있다.

본 발명자들은 염소화 전해조가 0.5 내지 4 g/ℓ의 염도에서 작동하는 수영장 응용 분야에서 특히 잘 작동한다는 것을 발견하였다.

추가 양상 하에, 본 발명은 차아염소산염 매개 물 소독을 위한 정상 및 저염도 수영장에서, 즉 6 g/ℓ 이하의 염 수준(전형적으로 저염도에서는 0.5 내지 2.5 g/ℓ NaCl, 정상 염도 응용 분야에서는 2.5 내지 4 g/ℓ NaCl)에서 작동하는 수영장에서 사용하기 위한, 본 발명에 따른 염소화 전해조의 용도에 관한 것이다.

다음 실시예는 본 발명을 실행으로 줄이는 구체적인 방법을 설명하기 위해 포함되며, 청구범위의 값에서 실용성이 대부분 검증되었다.

본 발명은 또한 하기 단계를 포함하는 차아염소산염-매개 물 소독 방법에 관한 것이다:

a) 1 내지 30 g/ℓ NaCl 염수 용액을 포함하는 전해질을 상기 기재된 바와 같은 적어도 하나의 염소화 전해조 내에서 순환시키는 단계로서, 상기 염소화 전해조는 하나 이상의 쌍극성 전극 쌍을 포함하는 것인 단계;

b) 상기 양극성 전극 쌍에 전류를 인가하여 상기 NaCl 염수 용액에서 차아염소산염을 생성하는 단계;

c) 상기 전류를 인가하는 동안 적어도 한 쌍의 양극성 전극의 극성을 주기적으로 반전시키는 단계.

본 발명의 일 실시양태에 따르면, 상기 적어도 한쌍의 양극성 전극의 극성은 1분 내지 20시간의 범위, 바람직하게는 30분 내지 10시간의 범위, 특히 바람직하게는 1 내지 4시간의 범위에서 선택된 시간 간격으로 반전된다.

본 발명의 바람직한 실시양태에서, 전류는 200 내지 600 A/m²의 범위, 바람직하게는 200 내지 400 A/m²의 범위에서 선택된 전류 밀도로 상기 적어도 한 쌍의 양극성 전극에 인가된다.

당업자는 이하에서 개시된 장비, 구성 및 기술이 본 발명의 실시에서 잘 기능하도록 발명자들에 의해 발견된 장비, 구성 및 기술을 나타낸다는 것을 인식해야 한다; 그러나 당업자는 본 개시내용에 관점에서, 개시된 특정 실시양태에서 많은 변화가 이루어질 수 있고 여전히 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 동일하거나 유사한 결과를 얻을 수 있음을 인식해야 한다.

실험 준비

다음 실시예 및 반대예에 사용된 모든 전극 샘플에서, 한 쌍의 양극성 전극의 밸브 금속 기재는 100 mm x 100 mm x 1 mm 크기의 티타늄 등급 1 플레이트에서 시작하여 초음파 수조에서 아세톤으로 탈지한 후 22% 농도에서 블라스팅 및 완전 비등 HCl 에칭을 거쳐 제조되었다.

전극 샘플 E1, E2a, E2b 및 샘플 C1-C3의 제조에 사용된 촉매 용액은 루테늄과 티타늄의 염화물 염을 10%의 수성 HCl에 원소에 대한 중량 백분율로 Ru:Ti의 비율이 28:72로 용해하여 얻었으며. 각 촉매 용액의 루테늄 최종 농도는 45 g/ℓ이다

이렇게 준비된 용액을 30분 동안 교반하였다.

모든 전극 샘플 E1, E2a, E2b, C1-C3에서, 티타늄 기재는 0.8 g/m²의 루테늄 획득률로 브러시 적용을 사용하여 상기 기재된 촉매 용액으로 코팅되었다.

각 코팅 적용 후, 샘플을 500 내지 550℃의 온도에서 10분 동안 베이킹하였다.

상기 코팅 절차는 아래 표 1에 따라 루테늄의 총 부하에 도달할 때까지 각 샘플 E1, E2a, E2b, C1-C3에 대해 반복되었다:

실시예 1

실험 준비로부터 생성된 샘플 E1을 40 g/ℓ의 최종 농도에 도달할 때까지 아세트산으로 희석된 Sn 아세테이트 용액으로부터 얻은 탑 코팅 용액으로 추가로 코팅하였다. 탑 코팅 용액을 총 4.5 g/m²의 총 Sn 부하로 브러시로 4개 층으로 도포하였다. 각 층 후, 샘플을 500 내지 550℃의 온도에서 10분 동안 후속적으로 베이킹하였다.

마지막 층 이후, 샘플은 500 내지 550℃의 온도에서 3시간 동안 후-베이킹 처리를 거쳤다.

샘플 전극 E1은 다음과 같은 가속 시험 절차에 따라 시험되었다: 한 쌍의 동일한 전극 샘플을 입구와 출구를 구비하고 전극간 간격이 3 mm이고 25℃에서 4 g/ℓ NaCl 및 70 g/ℓ Na₂SO₄의 수용액 1ℓ를 함유하는 하우징에 넣었다.

전극 쌍은 1000 A/m²의 전류 밀도에서 작동되었으며 시험 기간 동안 1분마다 극성 반전이 이루어졌다. 전극 쌍은 전지 전압이 8.5 볼트를 초과할 때까지 시험 조건에서 유지하였다("가속 수명", 촉매 조성물에서 루테늄의 m²당 각 g에 대해 시간 단위로 측정됨).

결과는 표 2에 기록되어 있다.

표 2에 보고된 바와 같이 145시간 온라인(HOL: hours online)에 해당하는 시간 단위의 E1 수명 성능이 양극성 전극의 목표 성능으로서 선택되었다.

샘플의 FAC는 25℃의 온도에서 300 A/m²의 수중 3 g/ℓ의 NaCl에서 측정되었다.

실시예 2

실험 준비로부터 생성된 샘플 E2, 즉 E2a 및 E2b는 모두 20% 농도의 1ℓ의 HCl에 80 g의 TaCl₅를 용해시키고, 실온에서 30분 동안 교반하여 얻은 탑 코팅 용액으로 추가 코팅하였다. 각 E2 샘플에 대해, 탑 코팅 용액을 1 g/m²의 총 Ta 부하로 브러시로 도포하였다. 샘플을 먼저 300 내지 350℃의 온도에서 10분 동안 베이킹한 다음, 500 내지 550℃의 온도에서 10분 동안 베이킹하였다.

샘플 E2는 실시예 1에 기재된 것과 동일한 시험 절차에 따라 시험하였다.

샘플 E2의 결과를 분석하였으며 E1의 목표 성능을 충족하는 유일한 샘플은 E2b였으며, 그 성능은 표 2에서 특징지어진다.

반대예 1

실험 준비로부터 생성된 샘플 C, 즉 C1-C3은 500 내지 550℃의 온도에서 3시간 동안 후-베이킹 처리를 거쳤고 실시예 1에 기재된 시험 절차에 따라 시험하였다.

샘플 C의 결과를 분석하였으며 E1의 목표 성능을 충족하는 유일한 샘플은 C3이었으며; 그 성능은 표 2에서 특징지어진다.

이전의 설명은 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않아야 하며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 실시양태에 따라 사용될 수 있으며, 그 범위는 첨부된 청구범위에 의해 전적으로 정의된다.

본 출원의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐, "포함하다(comprise)"라는 용어 및 "포함하는(comprising)" 및 "포함하다(comprises)"와 같은 그의 변형은 다른 요소, 구성요소 또는 추가 공정 단계의 존재를 배제하려는 의도가 아니다.

문서, 논물, 자료, 장치, 기사 등에 대한 논의는 본 발명의 맥락을 제공하기 위한 목적으로만 본 명세서에 포함된다. 이러한 문제 일부 또는 전부가 본 출원의 각 청구항의 우선일 이전에 선행 기술 기반의 일부를 형성하거나 본 발명과 관련된 분야에서 일반적인 일반 지식이었다고 시사하거나 나타내지 않는다.

Claims (14)

1. 염소화 전해조로서,
   - 염수 순환에 적합한 입구 및 출구를 구비한 하우징;
   - 서로 대향하고 상기 하우징 내에 위치하는 적어도 한 쌍의 양극성 전극
   을 포함하고,
   상기 적어도 한 쌍의 각각의 양극성 전극은
   - 밸브 금속 기재;
   - 상기 기재 위에 배치된 루테늄 및 티타늄을 포함하는 촉매 조성물의 적어도 하나의 층을 포함하는 활성 코팅;
   - 상기 활성 코팅 위에 배치된, 탄탈륨, 니오븀, 주석, 또는 이들의 조합의 산화물을 포함하는 조성물의 적어도 하나의 층을 포함하는 탑 코팅
   을 포함하는 것을 특징으로 하는, 염소화 전해조.
2. 제1항에 있어서, 상기 촉매 조성물은 원소에 대한 중량 백분율로 표현된 25% 내지 45% 루테늄 및 55% 내지 75% 티타늄을 포함하는, 염소화 전해조.
3. 제2항에 있어서, 상기 촉매 조성물은 스칸듐, 스트론튬, 하프늄, 비스무트, 지르코늄, 알루미늄, 구리, 로듐, 이리듐, 백금, 팔라듐 및 이들의 상호 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 2% 내지 5%의 도핑 원소를 추가로 포함하는, 염소화 전해조.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성 코팅은 1 내지 30 g/m²의 루테늄 부하를 갖는, 염소화 전해조.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탑 코팅은 산화주석으로 이루어진, 염소화 전해조.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탑 코팅은 0.5 내지 7 미크론의 두께를 갖는, 염소화 전해조.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탑 코팅은 2 내지 6 g/m²의 총 부하를 갖는, 염소화 전해조.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 금속 기재는 티타늄인, 염소화 전해조.
9. 자가-세척 전기염소화 시스템으로서,
   - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 염소화 전해조;
   - 상기 염소화 전해조 내에서 순환하는 1 내지 30 g/ℓ NaCl 염수 용액을 포함하는 전해질;
   - 상기 적어도 한쌍의 양극성 전극의 극성을 주기적으로 반전시키기 위한 전자 시스템으로서, 양극성 전극에 전기적으로 연결되어 있는 것인 전자 시스템
   을 포함하는, 자가-세척 전기염소화 시스템
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 염소화 전해조의 제조 방법으로서, 다음의 순차적인 진행에 따라 적어도 한 쌍의 양극성 전극의 각각의 전극을 제조하는 단계를 포함하고:
    a) 루테늄 및 티타늄의 전구체를 포함하는 활성 코팅 용액을 밸브 금속 기재에 도포하여 코팅된 기재를 수득하는 단계;
    b) 상기 코팅된 기재를 450 내지 550℃의 온도에서 2 내지 10분 동안 베이킹하는 단계;
    c) 원하는 루테늄 부하를 달성할 때까지 단계 a) 및 b)를 반복하는 단계;
    d) 탄탈륨, 니오븀, 주석, 또는 이들의 조합의 전구체를 포함하는 탑 코팅 용액을 상기 코팅된 기재에 도포하는 단계;
    e) 상기 코팅된 기재를 450 내지 550℃의 온도에서 2 내지 10분 동안 베이킹하는 단계;
    f) 탄탈륨, 니오븀, 주석 또는 이들 조합의 원하는 부하를 달성할 때까지 단계 d) 및 e)를 반복하는 단계;
    g) 450 내지 550℃ 범위의 온도에서 최종 열처리를 수행하는 단계;
    여기서 루테늄 및 티타늄의 상기 전구체, 및 탄탈룸, 니오븀 또는 주석의 상기 전구체는 금속의 메톡사이드, 에톡사이드, 프로폭사이드, 부톡사이드, 클로라이드, 나이트레이트, 요오다이드, 브로마이드, 설페이트 또는 아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인, 방법.
11. 차아염소산염 매개 물 소독을 위한 정상 및 저염도 수영장(pool)에서 제1항 내지 제8항에 따른 염소화 전해조의 용도.
12. 차아염소산염-매개 물 소독 방법으로서,
    a) 1 내지 30 g/ℓ NaCl 염수 용액을 포함하는 전해질을 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 염소화 전해조 내에서 순환시키는 단계로서, 상기 염소화 전해조는 하나 이상의 쌍극성 전극 쌍을 포함하는 것인 단계;
    b) 상기 양극성 전극 쌍에 전류를 인가하여 상기 염수 용액에서 차아염소산염을 생성하는 단계;
    c) 상기 전류를 인가하는 동안 상기 적어도 한 쌍의 양극성 전극의 극성을 주기적으로 반전시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 적어도 한 쌍의 양극성 전극의 극성은 1분 내지 20시간 범위로부터 선택된 시간 간격으로 반전되는, 방법.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 전류는 200 내지 600 A/m²의 범위로부터 선택된 전류 밀도에서 상기 적어도 한 쌍의 양극성 전극 쌍에 인가되는, 방법.