WO2017052137A1 - 선박 평형수 전기분해용 전극 - Google Patents

선박 평형수 전기분해용 전극 Download PDF

Info

Publication number
WO2017052137A1
WO2017052137A1 PCT/KR2016/010345 KR2016010345W WO2017052137A1 WO 2017052137 A1 WO2017052137 A1 WO 2017052137A1 KR 2016010345 W KR2016010345 W KR 2016010345W WO 2017052137 A1 WO2017052137 A1 WO 2017052137A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal oxide
electrode
ballast water
present
water electrolysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2016/010345
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김용태
박신애
이은경
신종혁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University Industry Cooperation Foundation of Pusan National University
ELCHEM Tech CO Ltd
Original Assignee
University Industry Cooperation Foundation of Pusan National University
ELCHEM Tech CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University Industry Cooperation Foundation of Pusan National University, ELCHEM Tech CO Ltd filed Critical University Industry Cooperation Foundation of Pusan National University
Publication of WO2017052137A1 publication Critical patent/WO2017052137A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

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
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B13/00—Conduits for emptying or ballasting; Self-bailing equipment; Scuppers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J4/00—Arrangements of installations for treating ballast water, waste water, sewage, sludge, or refuse, or for preventing environmental pollution not otherwise provided for
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an electrode for ballast water electrolysis, and more particularly, to an electrode for ballast water electrolysis including a catalyst layer capable of promoting a chlorine generation reaction.
  • ballast water refers to seawater filled on board for safe and efficient operation of a ship.
  • the ship unloads the cargo, it is floated on the water by the reduced weight. Accordingly, when the center of gravity is increased, the left and right shakes increase. Operation in this condition may lead to rollover accidents.
  • 1 is a schematic diagram for explaining a general ballast water.
  • the ship 10 installs the water tank 12 in addition to the cargo tank 11 inside the hull, and soaks the water to some extent by holding the ballast water so that the center of gravity of the ship is downward. .
  • ballast water is also necessary to increase the operational efficiency of the vessel, since the propeller can operate under water only when the vessel is locked to some extent so that it can operate efficiently.
  • ballast water is essential for ship operation, it is known as a major culprit of the destruction of marine ecosystems today, and various marine life contained in ballast water can move to other countries' coasts and disrupt ecosystems.
  • ballast water treatment system Due to these problems, it is mandatory to install a ballast water treatment system on new ships to be built after 2012, and all ships currently operating after 2017, thus requiring efficient technology for ballast water treatment.
  • ballast water treatment technology As a general ballast water treatment technology, various treatment methods such as electrolysis (intuition type, sidestream type), ultraviolet (UV), ozone, filter method, centrifugation, and heat treatment have been proposed.
  • Conventional direct electrolysis uses an electrolytic process in which oxygen or chlorine is generated, such as seawater decomposition, and an electrode active material which is an oxide of a platinum group metal such as iridium (Ir) or ruthenium (Ru) on the surface of a metal titanium as a substrate ( It is common to use an electrode prepared by depositing a catalyst layer).
  • an electrode active material which is an oxide of a platinum group metal such as iridium (Ir) or ruthenium (Ru) on the surface of a metal titanium as a substrate.
  • Electrode coated with a platinum group metal complex oxide such as irinium oxide as a catalyst layer has a relatively low overvoltage to oxygen generation, and also oxidizes the electrode toxic organic material itself on the surface of the electrode, and maintains its integrity for a long time in an oxygen or chlorine solution atmosphere. It is known as an insoluble electrode.
  • Such an insoluble electrode refers to an insoluble anode used in an atmosphere in which oxygen or chlorine is generated, and is also called a dimensionally stable anode (DSA) electrode because it is not dissolved in a solution. It is also called MMO (Mixed Metal Oxide) electrode.
  • DSA dimensionally stable anode
  • MMO Mated Metal Oxide
  • catalyst layers such as the oxides of the platinum group metals such as iridium (Ir) and ruthenium (Ru) are used to induce high chlorine generation and reduction reactions.
  • Ir iridium
  • Ru ruthenium
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an electrode for ballast water electrolysis comprising a catalyst layer capable of promoting the chlorine generation reaction through improved activity.
  • the present invention to solve the above-mentioned problems is the base electrode; And a catalyst layer disposed on the base electrode, wherein the catalyst layer provides an electrode for ballast water electrolysis, which is a first metal oxide-second metal oxide alloy.
  • the present invention is the first metal oxide in the group consisting of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, Au, In, Sb, Pb Is an oxide of at least one metal selected
  • the second metal oxide is Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Cd, Hf, Ta, W, In, Sb At least any one selected from the group consisting of Pb, Bi, Sc, Y, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu
  • an electrode for ballast water electrolysis which is an oxide of one metal.
  • the present invention also provides an electrode for ballast water electrolysis wherein the first metal oxide is IrO 2 or RuO 2 , and the second metal oxide is TiO 2 .
  • the first metal oxide-second metal oxide alloy is an electrode for ballast water electrolysis comprising a first metal oxide layer and a second metal oxide layer located on the first metal oxide layer. to provide.
  • the first metal oxide-second metal oxide alloy is a ballast water electrolysis electrode comprising a first metal oxide layer and a second metal oxide island pattern positioned on the first metal oxide layer.
  • the present invention is the first metal oxide-second metal oxide alloy is a first metal oxide island (Island) pattern and the second metal oxide island (Island) located on the upper portion of the first metal oxide island (Island) pattern
  • an electrode for ballast water electrolysis comprising a pattern.
  • the interaction between the metal oxide and the metal oxide Phosphorus Bifunctional effect can be used to promote the chlorine generation reaction through activity improvement.
  • 1 is a schematic diagram for explaining a general ballast water.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an electrode for ballast water electrolysis according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing an electrode for ballast water electrolysis according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an electrode for ballast water electrolysis according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a photograph showing a catalyst layer according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, etc. are used to describe various components, these components are of course not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, of course, the first component mentioned below may be a second component within the technical spirit of the present invention.
  • spatially relative terms below “, “ beneath “, “ lower”, “ above “, “ upper” It can be used to easily describe a component's correlation with other components. Spatially relative terms are to be understood as including terms in different directions of components in use or operation in addition to the directions shown in the figures. For example, when flipping a component shown in the drawing, a component described as “below” or “beneath” of another component may be placed “above” the other component. Can be. Thus, the exemplary term “below” can encompass both an orientation of above and below. The components can be oriented in other directions as well, so that spatially relative terms can be interpreted according to the orientation.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an electrode for ballast water electrolysis according to a first embodiment of the present invention.
  • the ballast water electrolysis electrode 100 includes a base electrode 110 and catalyst layers 120 and 130 positioned on the base electrode 110. And the catalyst layers 120 and 130 are first metal oxide-second metal oxide alloys.
  • the base electrode 110 is preferably a general Ti electrode, but does not limit the material of the base electrode in the present invention.
  • the first metal oxide-second metal oxide alloy (120, 130) is made of an alloy including the first metal oxide 120 and the second metal oxide 130
  • the first metal oxide 120 Is an oxide of at least one metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, Au, In, Sb, Pb
  • the second metal oxide 130 may be formed of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Cd, Hf, Ta, W, In, Sb, Pb, Bi, Oxide of at least one metal selected from the group consisting of Sc, Y, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu Can be.
  • the first metal oxide 120 is preferably IrO 2 or RuO 2
  • the second metal oxide 130 is preferably TiO 2 .
  • the first metal oxide-second metal oxide alloys 120 and 130 may be manufactured by heat treatment using an inert gas, arc melting, electroplating, synthesis using organic surfactants, or electrodeposition. It can be formed by, but does not limit the method of manufacturing the first metal oxide-second metal oxide alloy in the present invention.
  • the first metal oxide-second metal oxide alloy of the ballast water electrolysis electrode 100 is the first metal oxide layer 120 and It may be formed of a second metal oxide layer 130 positioned on the first metal oxide layer 120.
  • the first metal oxide and the second metal oxide may be configured in a plate type.
  • an electrode prepared by depositing an electrode active material (catalyst layer), which is an oxide of a platinum group metal, such as iridium (Ir) or ruthenium (Ru), on the surface of a substrate using metal titanium as a substrate. to be.
  • an electrode active material which is an oxide of a platinum group metal, such as iridium (Ir) or ruthenium (Ru)
  • the catalyst layer such as the oxide of the platinum group metal, such as iridium (Ir), ruthenium (Ru) is used to induce high chlorine generation and reduction reaction, but in improving the activity of the catalyst layer, there is no satisfactory performance.
  • the catalyst layer such as the oxide of the platinum group metal, such as iridium (Ir), ruthenium (Ru) is used to induce high chlorine generation and reduction reaction, but in improving the activity of the catalyst layer, there is no satisfactory performance.
  • the first metal oxide-second metal oxide alloy for example, IrO 2 / TiO 2 alloy or RuO 2 / TiO 2 alloy as the catalyst layer, the bifunctional effect of the interaction between the metal oxide and the metal oxide By using, it is possible to promote the chlorine generating reaction through improving the activity.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing an electrode for ballast water electrolysis according to a second embodiment of the present invention.
  • the electrode for ballast water electrolysis according to the second embodiment of the present invention may be the same as the first embodiment described above except for the following description.
  • the ballast water electrolysis electrode 200 includes a base electrode 210 and catalyst layers 220 and 230 positioned on the base electrode 210. And the catalyst layers 220 and 230 are first metal oxide-second metal oxide alloys.
  • the first metal oxide-second metal oxide alloy of the ballast water electrolysis electrode 200 according to the second embodiment of the present invention is the first metal oxide layer 220 and The second metal oxide island pattern 130 positioned on the first metal oxide layer 220 may be formed.
  • the first metal oxide may be formed in a plate type, and the second metal oxide may be formed in an island type located on the first metal oxide layer.
  • ballast water electrolysis electrode according to the third embodiment of the present invention may be the same as the first embodiment described above except for the following description.
  • the ballast water electrolysis electrode 300 includes a base electrode 310 and catalyst layers 320 and 330 disposed on the base electrode 310. And the catalyst layers 320 and 330 are first metal oxide-second metal oxide alloys.
  • the first metal oxide-second metal oxide alloy of the ballast water electrolysis electrode 300 is a first metal oxide island (Island) pattern And a second metal oxide island pattern 130 positioned on the first and second metal oxide island patterns 220.
  • the first metal oxide is formed of an island pattern type
  • the second metal oxide is an island located on an island pattern of the first metal oxide. Island) type.
  • Iridium polycrystal was used as the first metal of the first metal oxide, and titanium isopropoxide was prepared as the second metal oxide. 20 ⁇ l of the 0.05 M solution of the second metal oxide precursor was loaded on the surface of the first metal and dried.
  • an IrO 2 plate was used as the catalyst layer.
  • FIG. 5 is a photograph showing a catalyst layer according to an embodiment of the present invention.
  • TiO 2 is loaded in an island type on the IrO 2 plate.
  • the interaction between the metal oxide and the metal oxide is By using the bifunctional effect, it is possible to promote the chlorine generating reaction through improved activity.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Abstract

본 발명은 베이스 전극; 및 상기 베이스 전극의 상부에 위치하는 촉매층을 포함하며, 상기 촉매층은 제1금속-제2금속산화물 합금인 선박 평형수 전기분해용 전극에 관한 것으로, 촉매층으로 제1금속-제2금속산화물 합금을 사용함으로써, 금속과 금속산화물 간의 상호작용인 Bifunctional 효과를 이용하여, 활성 개선을 통한 염소 발생 반응을 촉진시킬 수 있다.

Description

선박 평형수 전기분해용 전극
본 발명은 선박 평형수 전기분해용 전극에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 염소 발생 반응을 촉진시킬 수 있는 촉매층을 포함하는 선박 평형수 전기분해용 전극에 관한 것이다.
일반적으로 선박 평형수(Ballast Water)란, 선박의 안전하고 효율적인 운항을 위해 배 안에 채우는 바닷물을 말한다. 배가 싣고 있던 화물을 내리면 줄어든 무게만큼 물 위로 떠오르게 되고, 이에 따라 무게중심이 높아지면 좌우 흔들림이 증가하게 된다. 이 상태에서 운항할 경우 자칫 전복사고로 이어질 수도 있다.
도 1은 일반적인 선박 평형수를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 선박(10)은 선체 내부에 화물탱크(11)외에 물탱크(12)를 설치하고, 선박 평형수를 담아 배의 무게 중심이 아래쪽으로 있도록 함으로써 물 속에 어느 정도 잠기게 한다.
또한, 선박의 한쪽 측면에만 화물이 많이 실려 있다면 반대쪽 밸러스트 탱크에 물을 채워 좌우 균형을 맞추기도 한다. 더 나아가 선박 평형수는 선박의 운항 효율을 높이기 위해서도 필요한데, 배가 어느 정도 잠겨 있어야 프로펠러가 수면 아래에서 동작할 수 있게 되므로 효율적으로 운항가능하기 때문이다.
이러한, 선박 평형수는 선박 운항을 위해 필수적이기는 하나, 오늘날 해양 생태계 파괴의 주범이라는 오명을 안고 있으며, 선박 평형수에 포함된 다양한 해양 생물이 다른 국가 해안으로 이동해 생태계를 교란시킬 수 있기 때문이다.
예를 들어 A라는 나라에서 화물을 하역한 뒤 그 나라 바닷물을 싣고 왔다가, B라는 나라 해안에 선박 평형수로 싣고 온 바닷물을 배출하면서 A국 연안에 서식하는 각종 생물이 B국 연안으로 이동하게 되어, 타국에서 온 외래종 해양생물들이 토착 생태계를 교란하고 파괴하는 것이다.
이러한 문제점으로 인하여, 2012년 이후 건조되는 신조선, 2017년 이후에는 현재 운항하는 모든 선박에 선박 평형수 처리시스템을 설치하는 것이 의무화되었으며, 이에 따라 선박 평형수 처리를 위한 효율적인 기술이 요구되고 있다.
일반적인 선박 평형수 처리기술로는 전기분해(직관식, 사이드스트림식), 자외선(UV), 오존, 필터방식, 원심분리, 열처리 등 다양한 처리 방식이 제안되고 있다.
최근 가장 많이 채택되는 방식은 전기분해 방식으로, 이중 직접 전기분해 방식은 해수를 전기분해하여 생성된 차아염소산류(HClO, NaClO), OH 라디칼 또는 전위차에 의해, 직접소독 의한 소독을 통해 평형수를 살균 처리하는 방식이다.
종래 직접 전기 분해 방식은 해수분해 공정과 같이 산소나 염소가 발생하는 전해공정을 이용하며 금속 티타늄을 기판으로 하여 기판 표면에 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등 백금족 금속의 산화물인 전극활성물질(촉매층)을 증착시켜 제조한 전극을 사용하는 것이 일반적이다.
산화이리늄과 같은 백금족 금속 복합 산화물을 촉매층으로서 코팅한 전극은 산소 발생에 대한 과전압이 비교적 낮으며, 전극 표면에 전극 독성 유기물 자체도 산화되며, 산소나 염소 용액 분위기에서 매우 오랜 시간 건전성을 유지할 수 있는 불용성 전극으로 알려져 있다.
이와 같은 불용성 전극은 산소나 염소가 발생하는 분위기에서 사용되는 비소모성 양극(Insoluble Anode)을 의미하는 것으로 용액에 녹지 않기 때문에, DSA(Dimensionally Stable Anode) 전극이라 부르기도 하며, 산화물이 혼합된 코팅층을 이용하기 때문에 MMO(Mixed Metal Oxide) 전극이라 부르기도 한다.
이때, 상술한 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등 백금족 금속의 산화물과 같은 촉매층은 높은 염소 생성 및 환원 반응을 유도하기 위해 사용되고 있으며, 따라서, 이들 촉매층의 활성을 개선하기 위한 연구가 진행되고 있으나, 만족할 만한 성과는 없는 상황이다.
따라서, 활성 개선을 통한 염소 발생 반응을 촉진시킬 수 있는 촉매제의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 활성 개선을 통한 염소 발생 반응을 촉진시킬 수 있는 촉매층을 포함하는 선박 평형수 전기분해용 전극을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 베이스 전극; 및 상기 베이스 전극의 상부에 위치하는 촉매층을 포함하며, 상기 촉매층은 제1금속산화물-제2금속산화물 합금인 선박 평형수 전기분해용 전극을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1금속산화물은 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, Au, In, Sb, Pb으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 금속의 산화물이고, 상기 제2금속산화물은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Cd, Hf, Ta, W, In, Sb, Pb, Bi, Sc, Y, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 금속의 산화물인 선박 평형수 전기분해용 전극을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1금속산화물은 IrO2 또는 RuO2이고, 상기 제2금속산화물은 TiO2인 선박 평형수 전기분해용 전극을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1금속산화물-제2금속산화물 합금은 제1금속산화물층 및 상기 제1금속산화물층의 상부에 위치하는 제2금속산화물층을 포함하는 선박 평형수 전기분해용 전극을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1금속산화물-제2금속산화물 합금은 제1금속산화물층 및 상기 제1금속산화물층의 상부에 위치하는 제2금속산화물 아일랜드 패턴을 포함하는 선박 평형수 전기분해용 전극을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1금속산화물-제2금속산화물 합금은 제1금속산화물 아일랜드(Island) 패턴 및 상기 제1금속산화물 아일랜드(Island) 패턴의 상부에 위치하는 제2금속산화물 아일랜드(Island) 패턴을 포함하는 선박 평형수 전기분해용 전극을 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 촉매층으로 제1금속산화물-제2금속산화물 합금, 예를 들면, IrO2/TiO2 합금 또는 RuO2/TiO2 합금을 사용함으로써, 금속산화물과 금속산화물 간의 상호작용인 Bifunctional 효과를 이용하여, 활성 개선을 통한 염소 발생 반응을 촉진시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 선박 평형수를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 선박 평형수 전기분해용 전극을 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 선박 평형수 전기분해용 전극을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 선박 평형수 전기분해용 전극을 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 촉매층을 도시한 실사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 촉매층의 염소 발생 반응(ClER, Chlorine Evolution Reaction)을 도시하는 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 선박 평형수 전기분해용 전극을 도시하는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박 평형수 전기분해용 전극(100)은 베이스 전극(110) 및 상기 베이스 전극(110)의 상부에 위치하는 촉매층(120, 130)을 포함하며, 상기 촉매층(120, 130)은 제1금속산화물-제2금속산화물 합금인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 베이스 전극(110)은 일반적인 Ti 전극이 바람직하나, 다만, 본 발명에서 상기 베이스 전극의 재질을 제한하는 것은 아니다.
또한, 상기 제1금속산화물-제2금속산화물 합금(120, 130)은 제1금속산화물(120)과 제2금속산화물(130)을 포함하는 합금으로 이루어지며, 상기 제1금속산화물(120)은 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, Au, In, Sb, Pb으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 금속의 산화물일 수 있으며, 상기 제2금속산화물(130)은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Cd, Hf, Ta, W, In, Sb, Pb, Bi, Sc, Y, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 금속의 산화물일 수 있다.
이때, 상기 제1금속산화물(120)은 IrO2 또는 RuO2인 것이 바람직하며, 상기 제2금속산화물(130)은 TiO2인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 제1금속산화물-제2금속산화물 합금(120, 130)을 제조하는 것은, 불활성 가스를 통한 열처리법, 아크 용융법, 전기도금법, 유기 계면활성제를 이용한 합성법 또는 전기증착법 등에 의하여 형성할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 제1금속산화물-제2금속산화물 합금의 제조방법을 제한하는 것은 아니다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박 평형수 전기분해용 전극(100)의 제1금속산화물-제2금속산화물 합금은 제1금속산화물층(120) 및 상기 제1금속산화물층(120)의 상부에 위치하는 제2금속산화물층(130)으로 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명의 제1실시예에서 상기 제1금속산화물 및 상기 제2금속산화물은 플레이트 타입으로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 경우, 금속 티타늄을 기판으로 하여 기판 표면에 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등 백금족 금속의 산화물인 전극활성물질(촉매층)을 증착시켜 제조한 전극을 사용하는 것이 일반적이다.
즉, 상기 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등 백금족 금속의 산화물과 같은 촉매층은 높은 염소 생성 및 환원 반응을 유도하기 위해 사용되고 있으나, 촉매층의 활성을 개선함에 있어서, 만족할 만한 성과는 없는 상황이다.
하지만, 본 발명에서는 촉매층으로 제1금속산화물-제2금속산화물 합금, 예를 들면, IrO2/TiO2 합금 또는 RuO2/TiO2 합금을 사용함으로써, 금속산화물과 금속산화물 간의 상호작용인 Bifunctional 효과를 이용하여, 활성 개선을 통한 염소 발생 반응을 촉진시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 선박 평형수 전기분해용 전극을 도시하는 단면도이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 선박 평형수 전기분해용 전극은 후술하는 바를 제외하고는 상술한 제1실시예와 동일할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박 평형수 전기분해용 전극(200)은 베이스 전극(210) 및 상기 베이스 전극(210)의 상부에 위치하는 촉매층(220, 230)을 포함하며, 상기 촉매층(220, 230)은 제1금속산화물-제2금속산화물 합금인 것을 특징으로 한다.
이는 상술한 바와 동일하므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박 평형수 전기분해용 전극(200)의 제1금속산화물-제2금속산화물 합금은 제1금속산화물층(220) 및 상기 제1금속산화물층(220)의 상부에 위치하는 제2금속산화물 아일랜드 패턴(130)으로 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명의 제2실시예에서 상기 제1금속산화물은 플레이트 타입으로 구성되고, 상기 제2금속산화물은 상기 제1금속산화물층의 상부에 위치하는 아일랜드(Island) 타입으로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 선박 평형수 전기분해용 전극을 도시하는 단면도이다. 본 발명의 제3실시예에 따른 선박 평형수 전기분해용 전극은 후술하는 바를 제외하고는 상술한 제1실시예와 동일할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 선박 평형수 전기분해용 전극(300)은 베이스 전극(310) 및 상기 베이스 전극(310)의 상부에 위치하는 촉매층(320, 330)을 포함하며, 상기 촉매층(320, 330)은 제1금속산화물-제2금속산화물 합금인 것을 특징으로 한다.
이는 상술한 바와 동일하므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 선박 평형수 전기분해용 전극(300)의 제1금속산화물-제2금속산화물 합금은 제1금속산화물 아일랜드(Island) 패턴(220) 및 상기 제1금속산화물 아일랜드(Island) 패턴(220)의 상부에 위치하는 제2금속산화물 아일랜드(Island) 패턴(130)으로 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명의 제3실시예에서 상기 제1금속산화물은 아일랜드(Island) 패턴 타입으로 구성되고, 상기 제2금속산화물은 상기 제1금속산화물의 아일랜드(Island) 패턴의 상부에 위치하는 아일랜드(Island) 타입으로 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실험예를 설명하기로 한다.
[실시예]
제1금속산화물의 제1금속으로 이리듐 폴리크리스탈(polycrystal)을 사용하고, 제2금속산화물로 티타늄 이소프로폭사이드(titanium isopropoxide)를 준비하였다. 상기 제2금속산화물 전구체 0.05M 용액에서 20㎕를 제1금속의 표면에 로딩하여 건조시켰다.
그 후 H2Ar 혼합 가스로 열처리하여, 제1금속산화물의 상부에 제2금속산화물이 위치하는 형태의 촉매층을 수득하였다.
[비교예]
촉매층으로, IrO2 플레이트(plate)를 사용하였다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 촉매층을 도시한 실사진이다.
도 5에 도시된 바와 같이, IrO2 플레이트(plate)의 상부에 TiO2가 아일랜드(Island) 타입으로 로딩(loading)되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 촉매층의 염소 발생 반응(ClER, Chlorine Evolution Reaction)을 도시하는 그래프이다.
먼저, 본 발명의 실시예, 즉, IrO2 플레이트(plate)의 상부에 TiO2가 아일랜드(Island) 타입으로 로딩(loading)된 촉매층의 경우, 제1금속산화물과 제2금속산화물 사이의 상호작용으로 인한 Bifunctional 효과가 나타나는 것을 확인할 수 있다.
즉, 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 경우, 본 발명에 따른 비교예, 즉, IrO2 플레이트(plate)를 촉매층으로 사용한 것과 비교하여, 염소 발생 반응(chlorine evolution reaction) 활성이 현저하게 향상된 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에서는 촉매층으로 제1금속산화물-제2금속산화물 합금, 예를 들면, IrO2/TiO2 합금 또는 RuO2/TiO2 합금을 사용함으로써, 금속산화물과 금속산화물 간의 상호작용인 Bifunctional 효과를 이용하여, 활성 개선을 통한 염소 발생 반응을 촉진시킬 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (6)

  1. 베이스 전극; 및
    상기 베이스 전극의 상부에 위치하는 촉매층을 포함하며,
    상기 촉매층은 제1금속산화물-제2금속산화물 합금인 선박 평형수 전기분해용 전극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1금속산화물은 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, Au, In, Sb, Pb으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 금속의 산화물이고,
    상기 제2금속산화물은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Cd, Hf, Ta, W, In, Sb, Pb, Bi, Sc, Y, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 금속의 산화물인 선박 평형수 전기분해용 전극.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1금속은 IrO2 또는 RuO2이고, 상기 제2금속산화물은 TiO2인 선박 평형수 전기분해용 전극.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1금속산화물-제2금속산화물 합금은 제1금속산화물층 및 상기 제1금속산화물층의 상부에 위치하는 제2금속산화물층을 포함하는 선박 평형수 전기분해용 전극.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1금속산화물-제2금속산화물 합금은 제1금속산화물층 및 상기 제1금속산화물층의 상부에 위치하는 제2금속산화물 아일랜드 패턴을 포함하는 선박 평형수 전기분해용 전극.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1금속산화물-제2금속산화물 합금은 제1금속산화물 아일랜드(Island) 패턴 및 상기 제1금속산화물 아일랜드(Island) 패턴의 상부에 위치하는 제2금속산화물 아일랜드(Island) 패턴을 포함하는 선박 평형수 전기분해용 전극.
PCT/KR2016/010345 2015-09-25 2016-09-13 선박 평형수 전기분해용 전극 Ceased WO2017052137A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2015-0136003 2015-09-25
KR1020150136003A KR101898536B1 (ko) 2015-09-25 2015-09-25 선박 평형수 전기분해용 전극

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017052137A1 true WO2017052137A1 (ko) 2017-03-30

Family

ID=58386217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2016/010345 Ceased WO2017052137A1 (ko) 2015-09-25 2016-09-13 선박 평형수 전기분해용 전극

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101898536B1 (ko)
WO (1) WO2017052137A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102295047B1 (ko) * 2019-11-26 2021-08-31 주식회사 테크로스 선박평형수 전기분해용 루테늄-지르코늄계 촉매 전극 및 이의 제조방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7498097B2 (en) * 2003-12-25 2009-03-03 Panasonic Corporation Fuel cell and production method thereof
KR20110033212A (ko) * 2008-06-18 2011-03-30 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 물의 전기분해를 위한 촉매 물질, 전극 및 시스템, 및 다른 전기화학 기술
KR20120019302A (ko) * 2010-08-25 2012-03-06 삼성중공업 주식회사 선박평형수 처리장치 및 이를 갖는 선박
KR20150009755A (ko) * 2013-07-17 2015-01-27 에스티엑스중공업 주식회사 선박 평형수 전기분해용 불용성 전극 제조 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100390868B1 (ko) 2000-05-31 2003-07-12 김원중 전해조의 전해양극 및 그 제조방법
IT1403585B1 (it) * 2010-11-26 2013-10-31 Industrie De Nora Spa Anodo per evoluzione elettrolitica di cloro
KR101431597B1 (ko) 2012-05-22 2014-08-22 (주) 테크로스 전기분해장치의 전극 모듈 결선 구조 및 이를 이용한 전극 모듈 불량 판별방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7498097B2 (en) * 2003-12-25 2009-03-03 Panasonic Corporation Fuel cell and production method thereof
KR20110033212A (ko) * 2008-06-18 2011-03-30 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 물의 전기분해를 위한 촉매 물질, 전극 및 시스템, 및 다른 전기화학 기술
KR20120019302A (ko) * 2010-08-25 2012-03-06 삼성중공업 주식회사 선박평형수 처리장치 및 이를 갖는 선박
KR20150009755A (ko) * 2013-07-17 2015-01-27 에스티엑스중공업 주식회사 선박 평형수 전기분해용 불용성 전극 제조 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NASLUD, LARS-AKE ET AL.: "The Role of TiO2 Doping on Ru02-Coated Electrodes for the Water Oxidation Reaction", J. PHYS. CHEM. C., vol. 117, no. 12, 11 February 2013 (2013-02-11), pages 6126 - 6135, XP055374423 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR101898536B1 (ko) 2018-09-14
KR20170036997A (ko) 2017-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Harvey Luminescence during electrolysis
US12151957B2 (en) System and method for electrochemical oxidation mitigation of harmful algal bloom and cyanotoxins
HU231073B1 (hu) Katalizátor szerves szennyvizek katalitikus oxidatív kezelésére, eljárás ennek előállítására és ennek alkalmazása
EP2776611B1 (en) Anodic compartment for metal electrowinning cells
EP1244826B1 (en) Metal-based anodes for aluminium electrowinning cells
WO2015065114A1 (ko) 이산화탄소를 이용한 고효율 전기분해 선박평형수 처리장치 및 처리방법
WO2017052137A1 (ko) 선박 평형수 전기분해용 전극
WO2021049709A1 (ko) 수처리 전기분해용 티타늄 전극 및 이의 제조 방법
KR101201689B1 (ko) 산소 발생용 아노드
WO2015199357A1 (ko) 전기분해장치
EP1629704B1 (en) Process for filling micro-blind vias
WO2020130222A1 (ko) 전기분해를 이용한 선박평형수 및 선박 배기 가스 처리 방법
JP2003145161A (ja) 水処理装置及び水処理方法
KR20150009755A (ko) 선박 평형수 전기분해용 불용성 전극 제조 방법
WO2023113337A1 (ko) 선박평형수 전기분해용 pt-ru-ti 촉매 전극
US20050194066A1 (en) Metal-based anodes for aluminium electrowinning cells
WO2003091166A1 (fr) Procede de mise au rebut d'eaux usees contenant un compose organique et appareil associe
KR870000455A (ko) 전해용 음극과 그 제조방법
KR101879152B1 (ko) 산화 전극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 전기 분해 장치
KR20230094624A (ko) 선박평형수 전기분해용 루테늄-주석 산화물 촉매 전극 및 이의 제조방법
KR20240037284A (ko) 알칼리 금속으로 기판을 농축시키는 방법 및 디바이스, 및 전해질
US4248684A (en) Electrolytic-cell and a method for electrolysis, using same
WO2003002406A1 (en) Management of water ballast in marine vessels
JP3792857B2 (ja) 電気化学処理装置
CN2417182Y (zh) 电镀设备

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16848863

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16848863

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1