WO2017213413A1 - Carbon dioxide separation method and carbon dioxide separation system - Google Patents

Carbon dioxide separation method and carbon dioxide separation system Download PDF

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carbon dioxide
compartment
cathode
anode
ions
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한종인
정재인
정욱
이예린
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한국과학기술원
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    • B01D53/46Removing components of defined structure
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    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Definitions

  • the present invention relates to a method and system capable of selectively separating carbon dioxide from industrial waste gases and the like.
  • Carbon dioxide (C0 2 ) is known as a representative greenhouse gas causing global warming, and has recently been reported as a material that adversely affects the ecosystem by causing acidification of seawater and rainwater. It is also known to cause respiratory disease and asphyxiation when the concentration of carbon dioxide in the atmosphere exceeds the reference value (0.038% v / v). Therefore, countries around the world are aware of the problems that occur when the concentration of carbon dioxide in the atmosphere exceeds the threshold and specify as a joint obligation to reduce the emissions of carbon dioxide. Beginning with the Vienna Convention in 1985, the CO2 emissions were restricted by country through the Montreal Protocol (1987), the climate Change Convention (1992), the Kyoto Protocol (1997), and the Paris Agreement (2015). I try to reduce.
  • Carbon dioxide is a gas produced in large quantities in the combustion process of fossil fuels such as coal and oil. Due to the positive correlation between fossil fuel use and GDP, population growth and industrial development have accelerated the generation of carbon dioxide and are still increasing. Currently, 80 million tons of carbon dioxide is generated annually.
  • Carbon Capture Ut il izat ion and Storage (CCUS) technology, which combines Carbon Capture and Storage (CCS), which captures and stores carbon dioxide, and Carbon Capture and Ut izat ion (CCU), which captures and recycles carbon dioxide. This is getting attention.
  • CCUS technology encompasses all technologies for selectively separating, transporting, storing and utilizing carbon dioxide in exhaust gases. Ecus is currently commercialized Since the process incremental capture stage accounts for 50 to ⁇ of the total cost, a low-cost and efficient collection method is needed to reduce the processing cost.
  • Post-combustion capture is a method of separating carbon dioxide from a mixed gas generated after fuel combustion
  • pre-combustion capture is a method of separating carbon dioxide from a mixed gas of carbon dioxide and hydrogen in fuel through oxygen. It is a method of separating carbon dioxide with water through high concentration of oxygen.
  • Each collection method is based on the conversion of carbon dioxide into the gas form after absorption, adsorption, and separation by membrane. Different separation methods are applied according to the type of fuel demand.
  • absorption is the most effective method, and the carbon dioxide in the exhaust gas is selectively collected through chemical bonding with carbon dioxide using an amine-based material as an absorbent.
  • carbon dioxide ionized by chemical bonds has a disadvantage in that it is difficult to reverse the gas form to be easily recycled, and an additional step is required to recycle the used absorbent.
  • the present invention is to provide a method and system capable of selectively separating carbon dioxide from industrial waste gas and the like.
  • a method of separating carbon dioxide is provided that includes a second step of reconversion.
  • the carbon dioxide separation system in a mixed gas containing carbon dioxide, the anode (anode); Cathode; A cathode compartment in which hydroxide ions are generated when a voltage is applied to the anode and the cathode, and carbon dioxide is trapped in a mixed gas including carbon dioxide to generate carbonic acid-based ions or salts thereof; An anode compartment for generating hydrogen ions when a voltage is applied to the anode and the cathode and reconverting the carbonate-based ions or salts thereof transferred to the carbon dioxide; And an ion exchange membrane separating the anode compartment and the cathode compartment.
  • the first electrode Second electrode;
  • a cation exchange membrane positioned between the first electrode and the second electrode; And a pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the first compartment located on the first electrode side and the second compartment located on the second electrode side.
  • carbonic acid-based ions or salts thereof In order to generate carbonic acid-based ions or salts thereof by applying a voltage such that the first electrode becomes an anode and the second electrode becomes a cathode, carbon dioxide in a mixed gas containing carbon dioxide is collected in a second section in which hydroxide ions are generated. Stage 1 ; And converting the carbonate-based ions or salts thereof into carbon dioxide in a second section in which hydrogen ions are generated by applying a voltage such that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode.
  • the carbon dioxide separation system in a mixed gas containing carbon dioxide, the first electrode; Second electrode; A cation exchange membrane positioned between the first and second electrodes; A pair of crabs 1 and a second compartment separated by the cation exchange membrane, the first compartment located on the first electrode side and the second compartment located on the second electrode side; And a power supply for applying a voltage such that the first electrode becomes the anode and the second electrode becomes the cathode, and then applies the voltage such that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode.
  • a system is provided.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an electrolysis apparatus including a pair of anode compartments and cathode compartments separated by one ion exchange membrane.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an electrolysis apparatus including a pair of anode compartments, an intermediate compartment and a cathode compartment separated by two ion exchange membranes.
  • 3 is a diagram schematically illustrating an electrolysis apparatus including two pairs of anode and cathode sections, including one bipolar membrane.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing an electrolysis device including two bipolar membranes and three pairs of anode compartments and cathode compartments.
  • FIG. 5 and 6 are diagrams schematically showing an electrolysis apparatus including four or more bipolar membranes and five or more anode and cathode compartments
  • FIG. 5 is a carbonate-based black containing a salt thereof
  • 6 is a view showing the movement to the anode compartment paired with the cathode compartment
  • Figure 6 is a view showing the movement of the carbonic acid-based ions or salts thereof to the anode compartment not paired with the cathode compartment including the same.
  • FIG. 7 is a view showing a method for implementing a method of separating carbon dioxide using two electrolysis devices.
  • FIG. 8 is a view showing a method for implementing a method of separating carbon dioxide using three or more electrolysis devices.
  • FIG. 9 is a schematic view of the first stage (10) and the second stage (20) using an electrolysis device comprising a pair of first and second compartments separated by a bilateral exchange membrane. .
  • Figure 1 schematically shows the state (10) of the first step, the state (20) of the second step and the state (10 ') of the first step after the second step using an electrolysis device comprising.
  • FIG. 11 is a view schematically showing a first stage view 10 and a second stage view 20 using an electrolysis device including two pairs of first and second compartments, including one bipolar membrane. .
  • FIG. 12 is a diagram schematically illustrating an electrolysis apparatus including five pairs of first and second compartments, including four bipolar membranes.
  • FIG. 13 is a graph showing pH over time of the cathode compartment in separating carbon dioxide according to Examples 1 and 2.
  • FIG. 13 is a graph showing pH over time of the cathode compartment in separating carbon dioxide according to Examples 1 and 2.
  • FIG. 14 is a graph showing pH over time of the anode compartment in separating carbon dioxide according to Examples 1 and 2.
  • FIG. 14 is a graph showing pH over time of the anode compartment in separating carbon dioxide according to Examples 1 and 2.
  • FIG. 15 is a graph showing the content of pure carbon dioxide (pure C0 2 ), the content of H 2 S0 4 and the pH of the positive electrode compartment obtained in the positive electrode compartment of Example 1.
  • FIG. 16 shows the first and second electrodes in Example 1 2. When the voltage of 5 V and 3 is applied, it is a graph showing the change of concentration of inorganic carbon in the second compartment with time.
  • Carbon dioxide separation method is an electrochemical system Based on the low energy, carbon dioxide can be selectively separated from industrial waste gas. Accordingly, the carbon dioxide separation method can provide an economical CCUS technology by replacing the capture process that occupies 50 to 70% of the total cost of the existing carbon capture technology (CCUS) technology, thereby Carbon dioxide, a representative greenhouse gas, can be efficiently removed from industrial waste gas.
  • CCUS carbon capture technology
  • Separation method of carbon dioxide according to the embodiment may provide a high purity concentrated carbon dioxide. Therefore, the method of separating carbon dioxide according to the embodiment is expected to provide carbon dioxide useful in fields requiring ultra-high purity carbon dioxide, for example, chemical reaction processes in which carbon dioxide is used as a precursor.
  • the method for separating carbon dioxide uses a hydroxide ion generated by electrolysis of water instead of an amine-based collector or ammonia, which is a representative collector for carbon dioxide, so that it is regenerated to recycle the collector after carbon dioxide capture.
  • a hydroxide ion generated by electrolysis of water instead of an amine-based collector or ammonia, which is a representative collector for carbon dioxide, so that it is regenerated to recycle the collector after carbon dioxide capture.
  • the carbon dioxide separation method is an anode (anode); Cathode; An ion exchange membrane (I EM) positioned between the anode and the cathode; And a pair of anode compartments (AC) and cathode compartments (CC) separated by the ion exchange membrane.
  • the device may be referred to as an electrolysis device.
  • the 'anode' When voltage is applied to the anode and the cathode in the electrolysis device, an oxidation reaction may occur in the anode compartment and a reduction reaction may occur in the cathode compartment. Accordingly, the 'anode' may be referred to as an 'oxide electrode' and the 'cathode' may be referred to as a 'reduction electrode'.
  • hydrogen silver When voltage is applied to the anode and the cathode, hydrogen silver may be generated in the anode compartment, and hydroxide ions may be generated in the cathode compartment.
  • hydroxide ions For example, if an anode is installed in the anode compartment, hydrogen ions may be generated due to an oxidation reaction as shown in Equation 1 or 2 below.
  • hydroxide ions may be generated due to the reduction reaction as shown in Equation 3 below.
  • the electrolysis apparatus includes a bipolar membrane (see FIGS. 3 to 6)
  • at least one anode compartment and the cathode compartment may be in contact with the bipolar membrane.
  • voltage is applied to the anode and the cathode
  • water is separated into hydrogen ions and silver hydroxide by the bipolar membrane.
  • the hydrogen ions and the hydroxide ions are moved by the electrical attraction, so that hydrogen ions are supplied to the anode compartment in contact with the bipolar membrane and hydroxide ions are supplied to the cathode compartment in contact with the bipolar membrane.
  • a region where hydrogen ions are generated by applying voltage to the anode and the cathode is defined as a cathode compartment, and a region where hydroxide ions are generated is defined as a cathode compartment.
  • the anode compartment and the cathode compartment may be filled with a solvent in which the electrolyte is dissolved.
  • the solvent may be water
  • the electrolyte may be various salts that can be dissolved in water and dissociated into cations and anions.
  • Non-limiting examples of electrolytes include hydrochloride, sulfate, nitrate, carbonate, hydroxide, oxide black.
  • the electrolyte is sodium chloride, potassium chloride, lithium chloride, rubidium chloride : , calcium chloride, magnesium chloride, sodium sulfate, potassium sulfate, lithium sulfate, rubidium sulfate : , calcium sulfate, magnesium sulfate, sodium nitrate, potassium nitrate, Lithium nitrate, rubidium nitrate, calcium nitrate, magnesium nitrate, sodium carbonate, potassium carbonate, lithium carbonate, rubidium carbonate : Calcium carbonate, magnesium carbonate, Sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, rubidium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, sodium potassium oxide, lithium oxide, rubidium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, or a combination thereof.
  • a voltage may be applied to the anode and the cathode such that hydrogen ions are generated in the anode compartment and hydroxide ions are generated in the cathode compartment.
  • the applied voltage may be adjusted according to the type and concentration of the electrolyte contained in the positive electrode compartment and the negative electrode compartment, the type of oxidation reaction occurring in the positive electrode compartment, the type of reduction reaction occurring in the black negative electrode compartment, and the like.
  • the positive electrode and the negative electrode are 0.42 V or more, 0.83 V or more, 1.03 V or more, black is 2.06 V or more, 10 V or less, 7 V or less, 5 V or less, 4 V or less, 3 V or less, and black is 2 V or less.
  • the voltage of can be applied. Within this range, carbon dioxide in the mixed gas can be efficiently separated with little energy.
  • the mixed gas may be directly supplied to the negative electrode compartment to collect carbon dioxide in the mixed gas in the negative electrode compartment. Accordingly, the method of separating carbon dioxide has the advantage that it is not necessary to provide a separate collecting device such as a scrubber to collect carbon dioxide in the mixed gas.
  • the mixed gas may be supplied to the cathode compartment before the voltage is applied to the anode and the cathode, at the same time as the voltage is applied to the anode and the cathode, and after the voltage is applied to the black anode and the cathode.
  • the mixed gas may be supplied to a cathode compartment after applying a voltage to the anode and the cathode to generate hydroxide ions in abundance.
  • the mixed gas has a pH of the cathode compartment of about 10 to 14, about 11 to 14, about 12 to 14, about 13 to 14, and about 10 as the hydroxide ions are generated by applying voltage to the anode and the cathode.
  • To 13 about 11 to 13, about 12 to 13, about 10 to 12, about 11 to 12, or about 10 to 11, may be supplied to the cathode compartment.
  • the mixed gas may be continuously supplied to the cathode compartment or black may be periodically supplied.
  • the mixed gas has a pH of the cathode compartment It may be supplied periodically when the above range is reached.
  • the carbon dioxide separation method is capable of separating pure carbon dioxide from various mixed gases containing carbon dioxide.
  • a mixed gas include a mixed gas requiring separation of carbon dioxide, industrial waste gas discharged from a natural gas power generation facility, a cement refining plant, and an exhaust gas discharged from a combustion process of fuel.
  • the ratio of carbon dioxide in the mixed gas is not particularly limited, but at least 2% by volume, at least 5% by volume, at least 10% by volume, at least 15% by volume, at least 20% by volume, at least 30% by volume, at least 40% by volume, It may be at least 50% by volume. In this range, more pure and concentrated carbon dioxide can be obtained.
  • the upper limit of the ratio of carbon dioxide contained in the mixed gas is not particularly limited, 100 vol% or less, 90 vol% or less, 80 vol% or less, 70 vol% or less, 60 vol% or less 50 vol% or less, 40 vol% Or less, 30 volume% or less, black may be 20 volume% or less.
  • the cathode compartment is a region where hydroxide ions are generated when a voltage is applied to the anode and the cathode. Therefore, in the first step, carbon dioxide in the mixed gas supplied to the cathode compartment may be collected as hydroxide ions present in the cathode compartment according to Equation 4 below.
  • carbon dioxide in the mixed gas may be collected under normal pressure. Atmospheric pressure means natural pressure that is not pressurized or depressurized. Specifically, the carbon dioxide in the mixed gas may be collected in a pressure range of about 100. 0 to 100. 102 MPa. In addition, the carbon dioxide in the mixed gas in the method for producing carbon dioxide according to the embodiment may be collected at a temperature of about 15 to 80 ° C black or about 15 to 60 ° C. As a result, the industrial waste gas black can be supplied directly to the cathode compartment without notice of a mixed gas such as exhaust gas, and carbon dioxide can be collected from the mixed gas.
  • Atmospheric pressure means natural pressure that is not pressurized or depressurized.
  • the carbon dioxide in the mixed gas may be collected in a pressure range of about 100. 0 to 100. 102 MPa.
  • the carbon dioxide in the mixed gas in the method for producing carbon dioxide according to the embodiment may be collected at a temperature of about 15 to 80 ° C black or about 15 to 60 ° C
  • the pH of the cathode compartment in which carbon dioxide is collected in the mixed gas is about 4 Or more, about 5 or more, about 6 or more, about 7 or more, about 8 or more, about 9 or more, about 10 or more, about 11 or more, or about 12 or more, about 14 or less, about 13 or less, and black may be about 12 or less.
  • the pH of the cathode compartment is about 10 to 14, about 11 to 14, about 12 to 14, about 13 to 14, about 10 to 13, about 11 to 13, about 12 to 13, and about 10 for the selective collection of carbon dioxide. 12 to 12, about 11 to 12 black may be adjusted to about 10 to 11.
  • carbon dioxide in the mixed gas is selectively collected by hydroxide ions to generate hydrogen carbonate ions (HC0 3 _).
  • the hydrogen carbonate (HCCV) is changed to carbonate (C0 3 2 ) as the pH is higher.
  • carbon dioxide in the mixed gas supplied to the cathode compartment may be collected by hydroxide ions to generate hydrogen carbonate ions and / or carbonate ions.
  • the term 'carbonate-based ion' is used to collectively refer to a mixture of hydrogen carbonate ions, black hydrogen carbonate ions, and carbonate ions.
  • the negative electrode compartment may include a carbonate, hydroxide black or a combination thereof among the above-mentioned electrolytes. More specifically, the negative electrode compartment includes electrolytes such as sodium carbonate, potassium carbonate, lithium carbonate, rubidium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate, sodium hydroxide, potassium hydroxide lithium hydroxide, rubidium hydroxide, calcium hydroxide, and magnesium hydroxide black. can do.
  • the carbonate supplied as an electrolyte to the cathode compartment is dissociated into cations and silver carbonate (C0 3 2 ), and the carbonate ions may collect carbon dioxide in a mixed gas to generate hydrogen carbonate ions as shown in Equation 5 below.
  • the hydroxide supplied as an electrolyte to the cathode compartment is also dissociated into cations and hydroxide ions, and the hydroxide ions may collect carbon dioxide in a mixed gas as in Formula 4 to generate hydrogen carbonate ions.
  • carbonate and hydroxide black supplied as electrolyte to the cathode compartment can stably capture carbon dioxide in the initial mixed gas.
  • carbon dioxide in the mixed gas may be continuously collected by the hydroxide ions generated by applying voltage to the anode and the cathode.
  • Carbonate ions dissociated from the carbonate supplied to the electrolyte and hydroxide ions dissociated from the hydroxide supplied to the electrolyte or generated by applying voltage to the black anode and cathode have the advantage of selectively trapping carbon dioxide in the mixed gas, and then into carbon dioxide.
  • carbon dioxide can be regenerated without a separate energy supply.
  • concentration of carbonates, hydroxide blacks, and mixtures thereof supplied to the electrolyte may be appropriately adjusted in consideration of carbon dioxide capture efficiency and economic efficiency.
  • the electrolyte may be supplied to the negative electrode compartment at a concentration below the saturation concentration of the electrolyte, and more specifically, the electrolyte is 1% to 50%, 1% to 30% black silver 22% to 28% relative to the saturation concentration Can be supplied.
  • the saturated concentration of sodium carbonate at 15 ° C is 1.55 M. Therefore, in the case of using sodium carbonate as the electrolyte, sodium carbonate may be supplied so that the concentration of sodium carbonate in the negative electrode compartment is 0.0155 to 0.775 M, 0.0155 to 0.465 M, or 0.341 to 0.434 M based on 15 ° C. Within this range, carbon dioxide can be captured economically and efficiently.
  • the carbonate-based silver or salts thereof may be moved from the cathode compartment to the anode compartment.
  • the time point when carbon dioxide is collected and the carbonic acid-based salts or salts thereof are generated can be confirmed by the pH of the anode compartment or the cathode compartment, the concentration of carbonate ions in the electrolyte of the cathode compartment, the electrical conductivity of the black cathode compartment, and the like.
  • the pH of the anode compartment or the cathode compartment the concentration of carbonate ions in the electrolyte of the cathode compartment, the electrical conductivity of the black cathode compartment, and the like.
  • a voltage is applied to the anode and the cathode
  • hydroxide ions are generated in the cathode compartment, so that the cathode compartment exhibits a high pH
  • black is the above.
  • Carbonate, hydroxide black, or a mixture thereof is supplied to the cathode compartment as an electrolyte so that the cathode compartment can exhibit high pH.
  • the concentration of carbonate ions in the cathode compartment is measured directly or indirectly, if the carbonate ions are produced above the saturation concentration, for example, above the saturation concentration, the carbonate ions or salts thereof are added to the cathode compartment. Can be moved to the anode compartment.
  • the electrical conductivity of the cathode compartment is measured to increase the electrical conductivity from 0 mS / cm to 50 mS / cm, 10 mS / cm to 50 mS / cm, 20 mS / cm to 50 mS / cm, and 30 mS / cm to When 50 mS / cm, black is 40 mS / cm to 50 mS / cm, carbonate-based ions or salts thereof can be moved from the cathode compartment to the anode compartment.
  • the method for transferring the carbonate-based ions or salts thereof into the anode compartment is not particularly limited, and the electrolyte solution contained in the cathode compartment may be anode by using a method of supplying an electrolyte solution or the like from the reservoir to the cathode compartment or the anode compartment. Can be moved to a compartment Accordingly, carbonic acid ions Alternatively, a moving path and a fluid flow rate regulating device may be installed between the cathode compartment in which the salt thereof is formed and the anode compartment in which the carbonate-based ion or the salt thereof is supplied.
  • the carbonate-based ions or salts thereof in the cathode compartment may be periodically moved to the anode compartment.
  • the content of the carbonate-based ions or salts thereof transferred to the anode compartment may be adjusted according to the amount of carbon dioxide to be obtained in the anode compartment.
  • Carbonic acid ions or salts thereof supplied from the cathode compartment are reconverted to carbon dioxide in the anode compartment.
  • the anode compartment is a region in which hydrogen is generated when a voltage is applied to the anode and the cathode, and when a carbonate-based ion or a salt thereof is supplied to the anode compartment, according to the equation of pH equilibrium as shown in Equations 6 and 7 below.
  • the carbonate dissociated from the carbonate or black carbonate dissolved in the electrolyte may be converted to hydrogen carbonate ions as shown in Equation 6 below, and the hydrogen carbonate ions may be converted to carbon dioxide as shown in Equation 7 below.
  • the collected carbon dioxide may be reconverted into carbon dioxide without adding an additive or supplying energy.
  • carbonic acid-based ions or salts thereof may be converted into carbon dioxide under normal pressure.
  • the carbonate-based ions or salts thereof may be reconverted to carbon dioxide at a pressure in the range of about 0.1 to 100 MPa.
  • the carbonate-based ions or salts thereof may be reconverted to carbon dioxide at a temperature of about 15 to 80 ° C. black or about 15 to 60 ° C. Accordingly, even if the industrial waste gas black or the mixed gas such as the exhaust gas is used immediately without notice, carbon dioxide can be separated from the mixed gas with excellent efficiency.
  • the pH of the anode compartment in which the carbonic acid ion or salt thereof is reconverted to carbon dioxide may be about 7 or less, about 6 or less, about 5 or less, about 4 or less, about 3 or less, and black may be about 2 or less, about 0 or more, or about One or more blacks may be about two or more.
  • the pH of the anode compartment is about 0 to 6, about 0 to 5, about 0 to 4, about 0 to 3, about 0 to 2, about 0 to 1, about 1 to 6, for efficient reconversion to carbon dioxide.
  • About 1 to 5, about 1 to 4, about 1 to 3, about 2 to 6, about 2 to 5, about 2 to 4 black may be adjusted to about 2 to 3.
  • a voltage of 0.83 V to 2 V is applied to the anode and the cathode.
  • Applying a voltage in this range can significantly reduce the energy required to separate carbon dioxide.
  • the theoretical voltage for oxidizing water to generate hydrogen ions and oxygen gas is 2.06V. Therefore, the purity of carbon dioxide can be improved by suppressing generation of oxygen gas in the anode compartment by adjusting the voltage range as described above.
  • the method of separating carbon dioxide according to the embodiment may pretreat the mixed gas before the first step.
  • the mixed gas may be contacted with a solvent to remove other gases other than carbon dioxide from the mixed gas.
  • the mixed gas may include gases such as S0 X) HF, HC1, NH 3 , Cl 2 , SiF 4) 0 2 , N 2 , CO, N0 X , SH 2 in addition to carbon dioxide. It may include.
  • C3 ⁇ 4 may be a pH of 3.5 to 5.5 which is not very soluble in water, S0 X, HF, HC1, NH 3, Cl 2, SiF 4 and so on is smoothly dissolved.
  • the heunhap gas a pH in water of about 3.5 to 7, 3.5 to 6, from about 3.5 to 5.5, the pH range than C0 2 from the gas mixture about 3.5 to 5 black is brought into contact with from about 3.5 to 4 water
  • a gas with high solubility in water, for example, S0 X , HF, HC1, N3 ⁇ 4, Cl 2) SiF 4, etc., can be removed in advance.
  • the mixed gas is passed through a container, a black tube, or the like, containing the water in the pH range, or the black is sprayed with the water in the pH range to the flow of the mixed gas passes in advance to other gases other than ⁇ 2 in the mixed gas in advance. Can be removed
  • the pretreatment of the mixed gas may be performed using a scrubber.
  • the pretreated mixed gas may be obtained by filling the scrubber with water in the pH range and dispersing the mixed gas under a high pressure through a sparger.
  • water of the pH range may be injected into the flow of the mixed gas to obtain a pretreated mixed gas from the outlet of the scrubber.
  • gases other than C0 2 not removed in this pretreatment step may not be dissolved in the high pH electrolyte in the cathode compartment and may be removed naturally.
  • the gas such as 0 2 , N 2 , CO, N0 X , SH 2 in the mixed gas does not dissolve in the high pH electrolyte of the cathode compartment, and thus the mixed gas containing such gas is supplied from the mixed gas even if the mixed gas containing the gas is supplied to the cathode compartment.
  • the inventors have found that after a lot of research, when the mixed gas contains C0 2 and S0 2 , SO 2 improves the capture efficiency and reconversion efficiency of CO 2 .
  • the mixed gas contains ⁇ 2 and so 2 , carbon dioxide can be separated from the mixed gas more efficiently even if the pretreatment step is omitted.
  • sulfate ions SO 4 2 —
  • SO 4 2 — sulfate ions
  • carbon dioxide in the mixed gas is collected by the hydroxide ions present in the cathode compartment as shown in Equation 4 above.
  • sulfur dioxide in the mixed gas may be collected by hydroxide ions present in the cathode compartment as shown in Equation 8.
  • the mixed gas may not be pretreated so that the mixed gas may contain NO x .
  • ⁇ 0 ⁇ is not dissolved in an electrolytic solution of high ⁇ the cathode compartment.
  • ⁇ 0 ⁇ can be removed not to enter the melt electrolyte to supply the gas to the cathode compartment heunhap.
  • sulfur dioxide is continuously collected by the hydroxide ions as shown in Equation 8, the concentration of sulfite ions (sul fite s0 3 2 ⁇ ) in the cathode compartment is increased, similar to the carbonate ions, and some sulfite ions are electrolytes. It may be precipitated as a salt in combination with a cation derived from and the like. Therefore, when a voltage is applied to the anode and the cathode and a mixed gas is supplied to the cathode compartment in which hydroxide ions are generated, carbon dioxide in the mixed gas is trapped to form carbonate ions, black carbonate ions and salts thereof, and salts of black carbonate ions. And sulfur dioxide in the mixed gas may be collected to form sulfite ions, sulfite ions and salts thereof, and salts of black sulfite ions.
  • the sulfite ions or salts thereof along with the carbonate ions or salts thereof are moved from the cathode compartment to the anode compartment to reconvert the carbonate ions or salts thereof to carbon dioxide in the anode compartment and from the sulfite ions or salts thereof.
  • Sulfate ions or salts thereof can be produced.
  • the second step can be carried out as described above, except that the disulfide or sulfite along with the carbonate ions or salts thereof is moved from the cathode compartment to the anode compartment, unless otherwise noted.
  • the sulfite ions dissociated from the sulfite ions or salts thereof supplied to the anode compartment may react with water to generate hydrogen ions as shown in Equation 9 below.
  • hydrogen ions are required to reconvert carbon dioxide from carbonate-based ions or salts thereof, and the hydrogen ions are subjected to oxidation reaction of sulfite ions or salts thereof according to Equation 9 rather than electrolysis of water according to Equation 1 above. If so, it is possible to prevent the generation of oxygen gas in the anode compartment to provide high purity carbon dioxide. Specifically, a voltage of 1.03 V to 2 V may be applied to the anode and the cathode to minimize the oxygen gas generated in the anode compartment. Since the theoretical voltage for oxidizing water to generate hydrogen ions and oxygen gas is 2.06 V, it is possible to suppress the generation of oxygen gas by adjusting the voltage range as described above. have.
  • the anode compartment may further improve the purity of carbon dioxide by further including a catalyst to promote the reaction of the formula (10).
  • a catalyst any catalyst capable of promoting the reaction of oxidizing sulfite ions (S3 ⁇ 4 2 —) to sulfate ions (S0 4 2 —) may be used.
  • the catalyst is composed of a compound containing Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Mn 2+ , Zn 2+ , Au 2+ or Cu 2+ and a compound containing Au, kg, Ru or Ir It may be one or more compounds selected from the group.
  • a voltage optimized for capture and reconversion of carbon dioxide may be applied to the anode and the cathode regardless of generation of oxygen gas.
  • a voltage of 0.83 V to 20 V, 0.83 V to 15 V, or 0.83 V to 10 V may be applied to the anode and the cathode.
  • the carbon dioxide separation method according to the embodiment may repeat the first step after the second step. Thereby, high purity and high concentration of carbon dioxide can be separated continuously from the mixed gas.
  • the first and second steps described above may be performed using the electrolysis device described above.
  • the electrolysis device used in the carbon dioxide separation method according to the embodiment will be described in detail.
  • the electrolysis device includes an anode; Cathode; An ion exchange membrane (IEM) positioned between the anode and the cathode; And a pair of anode compartments (AC) and cathode compartments (CC) separated by the ion exchange membrane.
  • IEM ion exchange membrane
  • the ion exchange membrane may be a cat ion exchange membrane (CEM) or an anion exchange membrane (AEM).
  • CEM cat ion exchange membrane
  • AEM anion exchange membrane
  • the degree of reduction in the efficiency of carbon dioxide trapping by the migration of hydroxide ions by the anion exchange membrane is greater than the degree of reduction of the conversion efficiency of carbon dioxide by the movement of hydrogen ions by the cation exchange membrane.
  • hydrogen ions are supplied in many routes as compared with hydroxide ions.
  • hydrogen ions can be obtained from hydrogen gas supplied from the cathode compartment, and the collection of sulfur dioxide together with carbon dioxide generates additional hydrogen ions with the formation of disulfide sulphate from sulfite ions. Therefore, when the pair of anode and cathode compartments are separated by one ion exchange membrane, a different exchange membrane may be employed as the ion exchange membrane.
  • the separation method of carbon dioxide may further include a step of regenerating the electrolyte after the second step.
  • Regenerating the electrolyte may be performed by mixing the electrolyte solution in the positive electrode compartment and the negative electrode compartment, and supplying a uniformly mixed electrolyte solution to the positive electrode compartment and the negative electrode compartment.
  • regenerating the electrolyte may be performed by applying a voltage to the positive electrode and the negative electrode to adjust the pH of the positive electrode compartment to 3 to 5, and to adjust the pH of the negative electrode compartment to 11 to 12, the electrolyte solution of the positive electrode compartment and the negative electrode compartment It can be carried out by producing an electrolyte solution of pH 8 to 10 by mixing. The electrolyte of pH 8 to 10 thus produced can be supplied to the positive electrode compartment and the negative electrode compartment again.
  • both a cation exchange membrane (CEM) and an anion exchange membrane (AEM) may be employed as the ion exchange membrane.
  • this electrolysis device is intermediate between a pair of anode compartments (AC) and cathode compartments (CC).
  • Anion exchange membrane (AEM) separating the anode compartment (AC) and the intermediate compartment (MC) so that a middle compartment (MC) is present and a cation exchange membrane (CEM) separating the middle compartment (MC) and the cathode compartment (CC) It may include.
  • the intermediate compartment (MC) may unexpectedly prevent the cation exchange membrane from passing through the cation exchange membrane or the anion exchange membrane from the anode compartment black cathode compartment due to chemical black physical defects of the cation exchange membrane black anion exchange membrane so that the anion does not cross over to the opposite compartment. Play a role
  • the electrolyte in the intermediate compartment can be desalted by moving to. Accordingly, the desalination may be supplied to the intermediate compartment MC to desalination.
  • the middle compartment may be desalted by supplying water resources including salts such as seawater, sewage, wastewater, and industrial water or their mixtures. Accordingly, by continuously supplying a water resource including a salt to the intermediate compartment as an electrolyte solution to obtain desalted fresh water continuously, it is possible to simultaneously perform a separation process and a desalination process of carbon dioxide.
  • the type of electrolyte supplied to the intermediate compartment is not limited thereto, and artificial brine may be supplied or black artificial brine may be supplied in combination with the water resource.
  • the artificial saline may be a solvent in which the above-described electrolyte is dissolved.
  • the electrolysis device may include two or more pairs of anode compartments and cathode compartments using a bipolar membrane.
  • a bipolar membrane When voltage is applied to the positive and negative poles, Water is separated into hydrogen ions and hydroxide ions by a bipolar membrane, and the hydrogen ions and hydroxide ions can be moved by electrical attraction.
  • the bipolar membrane may be replaced with a water migration passage whose sidewall is composed of the bipolar membrane.
  • the water is flowed into the water passage and voltage is applied to the anode and the cathode, the water is separated into hydrogen hydride and hydroxide ions in the bipolar membrane where the water is the sidewall, and hydrogen ions are supplied to the anode compartment by electrical attraction.
  • the compartment may be supplied with hydroxide ions.
  • the electrolysis device includes an anode; Cathode; A bipol membrane (BM) positioned between the anode and the cathode; Two ion exchange membranes IEM positioned between the anode and the bipolar membrane BM and between the bipolar membrane BM and the cathode; Each ear may comprise two pairs of anode compartments AC and cathode compartments CC separated by an exchange membrane IEM.
  • the electrolysis device includes an anode; Cathode; Two or more bipolar membranes (BM) positioned between the anode and the cathode; between the anode and the bipolar membrane (BM), between the bipolar membrane and the bipolar membrane, and between the bipolar membrane (BM) and the cathode (cathode)
  • BM bipolar membrane
  • IEMs ion exchange membranes located in the; It may include three or more pairs of anode compartments AC and cathode compartments CC separated by respective ion exchange membranes IEM.
  • 5 and 6 are diagrams schematically showing an electrolysis apparatus including four or more bipolar membranes.
  • a region in which a voltage is applied to the anode and a cathode to generate hydroxide ions is a cathode section
  • a region in which a voltage is applied to the anode and the cathode to generate hydrogen ions is a cathode section.
  • a mixed gas may be supplied to each of two or more cathode compartments.
  • the carbonate-based ions or salts thereof generated in each cathode compartment may be moved to the anode compartment paired with the corresponding cathode compartment as shown in FIG. 5, or moved to the anode compartment paired with another cathode compartment as shown in FIG. 6. .
  • the carbon dioxide separation method according to the embodiment is two or more It can be implemented using an electrolysis device.
  • each electrolysis device is represented as a device including a pair of anode compartments and a cathode compartment separated by one silver exchange membrane, but each electrolysis unit is represented by two ions schematically shown in FIG. 2.
  • the device may include a pair of anode compartments, an intermediate compartment and a cathode compartment by means of an exchange membrane, or black may be a device including two or more pairs of anode compartments and cathode compartments including the bipolar membrane shown in FIGS. 3 to 6.
  • the method for separating carbon dioxide according to one embodiment may be implemented using three or more electrolysis devices.
  • the electrolysis device may be configured as known in the art. Hereinafter, the components constituting the electrolysis device will be described in detail.
  • cation exchange membrane and the negative exchange membrane all kinds of ion exchange membranes applied to an electrolysis device or a fuel cell may be used.
  • a cation exchange membrane commercially available Nafion from Dupont or CMX of Tokuyama, Japan can be used.
  • CMX commercially available Nafion from Dupont or CMX of Tokuyama, Japan
  • an anion exchange membrane for example, Tokuyama, Japan AMX, AHA, ACS, etc. can be used.
  • the positive electrode and the negative electrode may be installed at an appropriate position to exert an electrical attraction to the ionic species contained in the positive electrode compartment and the negative electrode compartment.
  • the shape of the positive electrode and the negative electrode is not particularly limited, and may be variously modified as known in the art.
  • anode and the cathode various kinds of electrodes applied to an electrolysis device or a fuel cell may be used.
  • the anode and As the cathode various kinds of conductors may be used, or an electrode including an electrode substrate and a catalyst applied to the electrode substrate may be used.
  • the above conductors include titanium (Ti), stainless steel, nickel (Ni), nickel / chromium (Ni / Cr) alloys, platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), iridium (Ir) and rhodium ( Rh), ruthenium (Ru) or those selected from the group consisting of these oxides can be used.
  • an electrode including a catalyst coated on the electrode substrate carbon cloth or the like may be used as the electrode substrate, and platinum (Pt), ruthenium (Ru), osmium (0s), or palladium may be used as the catalyst. (Pd), iridium (Ir), carbon (other transition metals and mixtures thereof) may be used.
  • the positive electrode and the negative electrode may be connected to a power supply.
  • the power supply device any of those known in the art to which the present invention pertains may be used as long as the voltage can be applied to the positive electrode and the negative electrode.
  • the electrolysis device may include a movement path connecting the anode compartment and the cathode compartment to allow fluid to move between the anode compartment and the cathode compartment.
  • the material forming the moving path is not particularly limited as long as it is not corroded or damaged by the fluid and can withstand the flow of the fluid.
  • the moving path may be formed of various materials such as SUS (steel use stainless), acrylic polymer, Teflon, nylon.
  • the flow path may be further provided with a fluid flow rate control device.
  • the electrolysis device may be connected to one or more reservoirs so as to continuously supply a mixed gas and an electrolyte to the electrolysis device, and collect carbon dioxide and fresh water obtained from the electrolysis device.
  • the electrolysis device includes a fluid flow rate adjusting device capable of adjusting a flow rate of a fluid or the like; A sensor for monitoring the status of the anode compartment, the cathode compartment, and optionally an intermediate compartment; And a recording device capable of recording an electrical signal related to the electrolysis device and a change in solution properties of each compartment.
  • the electrolysis device further includes a configuration commonly employed in addition to the above-described configuration, such as an electrolysis device known in the art. Black may be employed as part of a larger facility in connection with other device components.
  • the carbon dioxide separation system in a mixed gas containing carbon dioxide, the anode (anode); Cathode; A cathode compartment in which hydroxide ions are generated when a voltage is applied to the anode and the cathode, and carbon dioxide is trapped in a mixed gas including carbon dioxide to generate carbonic acid-based ions or salts thereof; An anode compartment for generating hydrogen ions when a voltage is applied to the anode and the cathode and reconverting the carbonate-based ions or salts thereof transferred to the carbon dioxide; And an ion exchange membrane separating the anode compartment and the cathode compartment.
  • the carbon dioxide separation system is a system capable of performing the above-described method of separating carbon dioxide, which has been described in detail above, and thus, a detailed description thereof will be omitted.
  • the method for separating carbon dioxide according to one embodiment of the present invention is capable of purely separating carbon dioxide from a mixed gas discharged during combustion, it is expected to be applicable to various technical fields for separating, using, or treating carbon dioxide.
  • the carbon dioxide separation method is useful for reducing the cost of the ecus technology, it is expected to provide carbon dioxide useful in fields requiring ultra-high purity carbon dioxide, for example, chemical reaction process.
  • the first electrode may be a cathode
  • the second electrode may be applied with a voltage to collect carbon dioxide in a mixed gas including carbon dioxide in a second compartment in which hydroxide ions are generated, thereby generating carbonic acid-based silver or a salt thereof.
  • Stage 1 ; And generating a hydrogen ion by applying a voltage such that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode.
  • a method for separating carbon dioxide comprising a second step of reconverting the carbonate-based ions or salts thereof to carbon dioxide in two compartments.
  • the method for separating carbon dioxide according to the embodiment may selectively separate carbon dioxide from industrial waste gas and the like with low energy based on an electrochemical system. Accordingly, the carbon dioxide separation method can provide an economical CCUS technology by replacing the capture process that occupies 50 to 70% of the total cost of the existing Carbon Capture Ut ion ion and Storage (CCUS) technology, thereby Carbon dioxide, a representative greenhouse gas, can be efficiently removed from industrial waste gas.
  • CCUS Carbon Capture Ut ion ion and Storage
  • Separation method of carbon dioxide according to the embodiment may provide a high purity concentrated carbon dioxide. Therefore, the carbon dioxide separation method according to the embodiment is expected to provide a carbon dioxide useful in the field requiring ultra-high purity carbon dioxide, for example, chemical reaction process using carbon dioxide as a precursor.
  • the method for separating carbon dioxide uses a hydroxide ion generated by electrolysis of water instead of amine-based collector black or ammonia, which is a representative collector for carbon dioxide, so that it is regenerated to recycle the collector after carbon dioxide capture. There is an advantage that no separate process is required.
  • the carbon dioxide separation method may include a first electrode (f irst electrode; 1st EL); Second electrode (2nd EL); A cat ion exchange membrane (CEM) positioned between the first electrode and the second electrode; And a pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the first compartment located on the first electrode side and the second compartment located on the second electrode side. compartment (2nd CP).
  • the device may be referred to as an electrolysis device.
  • the first electrode becomes the anode and the second electrode becomes the cathode.
  • an oxidation reaction may occur in the first compartment located on the first electrode side based on the cation exchange membrane, and a reduction reaction may occur in the second compartment located on the second electrode side based on the cation exchange membrane. That is, in the present specification, 'anode' means 'oxidizing electrode', and 'cathode' means 'reducing electrode'.
  • the first step when a voltage is applied such that the first electrode becomes the anode and the second electrode becomes the cathode, hydrogen ions may be generated in the first compartment, and hydroxide ions may be generated in the second compartment (see FIG. 9 10). .
  • hydrogen ions may be generated due to oxidation reaction as shown in Equation 1 or 2 below.
  • hydroxide ions may be generated due to the reduction reaction as shown in Equation 3 below.
  • the electrolysis apparatus includes a bipolar membrane as described below (see FIGS. 11 and 12)
  • at least one of the first and second compartments may be in contact with the bipolar membrane.
  • voltage is applied to the first and second electrodes
  • water is separated into hydrogen ions and hydroxide ions by the bipolar membrane.
  • the hydrogen ions and the hydroxide ions are moved by electrical attraction.
  • a voltage is applied to the first and second electrodes such that the first electrode becomes the anode and the second electrode becomes the cathode, hydrogen is added to the first compartment adjacent to the bipolar membrane. Hydrogen ions are supplied to the second compartment in which the ions are supplied and in contact with the bipolar membrane.
  • the reduction reaction occurs in the first compartment of the second stage as in Equation 3 to generate hydroxide ions
  • an oxidation reaction may occur as in Equation 1 or Equation 2 to generate hydrogen ions (see 20 in FIG. 9).
  • the electrolysis device includes a bipolar membrane (see FIGS. 11 and 12), and according to the second step, the first electrode and the second electrode become the anode according to the second step.
  • a voltage is applied to the electrode, hydroxide ions are supplied to the first compartment in contact with the bipolar membrane and hydrogen ions are supplied to the second compartment in contact with the bipolar membrane (Fig.
  • the type of ions generated in the first and second compartments may be determined depending on which of the first and second electrodes is applied with a voltage such that the anode is the anode black or the cathode.
  • the first and second compartments may be filled with a solvent in which an electrolyte is dissolved for stable driving of the electrolysis device, high capture efficiency and reconversion efficiency of carbon dioxide.
  • the solvent may be water
  • the electrolyte may be various salts that can be dissolved in water and dissociated into cations and anions.
  • the electrolyte may be a hydrochloride, sulfate, nitrate, carbonate, hydroxide, oxide black or a combination thereof.
  • the electrolyte is sodium chloride, lithium chloride, rubidium chloride, calcium chloride, magnesium chloride, sodium sulfate sulfate, lithium sulfate, rubidium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, sodium nitrate, potassium nitrate, lithium nitrate, rubidium nitrate, Calcium nitrate, magnesium nitrate, sodium carbonate potassium carbonate, lithium carbonate, rubidium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate, sodium hydroxide potassium hydroxide, lithium hydroxide, rubidium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide sodium oxide, potassium oxide, lithium oxide, rubidium oxide, Calcium oxide, magnesium oxide or oxides thereof.
  • hydrogen ions are generated in one of the first and second compartments, and in the other of the first and second compartments.
  • a voltage may be applied to the first and second electrodes to generate hydroxide ions.
  • the applied voltage is the kind and concentration of the electrolyte contained in the first and second compartments, the type of oxidation reaction occurring in one compartment of the first and second compartments, and the reduction occurring in the other compartment of the black and the first and second compartments. It can be adjusted according to the type of reaction.
  • the first and second electrodes are 0.42 V or more, 0.83 V or more, 1.03 V or more, and 2.06 V or more, and 10 V or less, 7 V or less, 5 V or less, 4 V or less, 3 V or less.
  • a voltage of 2 V or less can be applied. Within this range, carbon dioxide in the mixed gas can be efficiently separated with little energy.
  • the mixed gas may be directly supplied to any one of the first and second compartments to collect carbon dioxide in the mixed gas in any one of the compartments.
  • the mixed gas in the first step, the mixed gas is directly supplied to the second compartment to collect carbon dioxide in the mixed gas, and in the second step, the mixed gas is directly supplied to the first compartment to capture the carbon dioxide in the mixed gas, and again.
  • the mixed gas may be directly supplied to the second compartment to collect carbon dioxide in the mixed gas. Accordingly, the method of separating carbon dioxide has the advantage that it is not necessary to provide a separate collecting device such as a scrubber to collect the carbon dioxide in the mixed gas.
  • the mixed gas is applied to the first and second electrodes before the voltage is applied to the first and second electrodes, and black is the first and second compartments after the voltage is applied to the first and second electrodes. It can be supplied to either compartment.
  • the mixed gas may be supplied after a layer of hydroxide ions is generated in one of the first and second compartments by applying a voltage to the first and second electrodes.
  • the pH of any one of the first and second sections is about 10 to 14, about 11 to 14, about 12 to 14, about 13 to 14, about 10 to 13, about 11 to 13, about 12 to 13, about 10 to 12, about 11 to 12 black is about 10 to 11, Can be supplied.
  • the mixed gas may be continuously supplied to one of the first and second compartments, or black may be periodically supplied.
  • the mixed gas may be periodically supplied when the pH of one of the first and second compartments reaches the above-mentioned range.
  • the carbon dioxide separation method is capable of separating pure carbon dioxide from various mixed gases containing carbon dioxide.
  • a mixed gas include a mixed gas requiring separation of carbon dioxide, industrial waste gas discharged from a natural gas power generation facility, a cement refining plant, and exhaust gas discharged from a combustion process of fuel.
  • the ratio of carbon dioxide in the mixed gas is not particularly limited.
  • At least 2 volume%, at least 5 volume%, at least 10 volume%, at least 15 volume%, at least 20 volume%, at least 30 volume%, at least 40 volume% black may be at least 50 volume%. In this range, more pure and concentrated carbon dioxide can be obtained.
  • the upper limit of the ratio of carbon dioxide contained in the mixed gas is not particularly limited, 100% by volume or less, 90% by volume or less, 80% by volume or less, 70% by volume or less may be 60% by volume or less.
  • the second compartment is a region where hydroxide ions are generated when a voltage is applied to the first and second electrodes. Therefore, in the first step, carbon dioxide in the mixed gas supplied to the second compartment can be selectively collected into the hydroxide ions present in the second compartment according to Equation 4 below.
  • carbon dioxide in the mixed gas may be collected under normal pressure. Atmospheric pressure means natural pressure that is not pressurized or depressurized. Specifically, the carbon dioxide in the mixed gas may be collected in a pressure range of about 0.1 to 100 MPa. In addition, in the method for producing carbon dioxide according to the embodiment, the carbon dioxide in the mixed gas may be collected at a temperature of about 15 to 80 ° C. or about 15 to 60 ° C. Can be. Accordingly, carbon dioxide can be collected from the mixed gas by supplying the mixed gas such as industrial waste gas or exhaust gas directly to the first or second compartment without cooling the mixed gas.
  • the pH of any one of the first and second compartments in which the carbon dioxide in the mixed gas is collected is about 4 or more, about 5 or more, about 6 or more, about 7 or more, about 8 or more, about 9 or more, about 10 or more, or about 11 or more blacks may be about 12 or more, about 14 or less, about 13 or less blacks may be about 12 or less.
  • the pH of any one of the first and second compartments in which the carbon dioxide in the mixed gas is collected is about 10 to 14, about 11 to 14, about 12 to 14, about 13 to 14, About 10 to 13, about 11 to 13, about 12 to 13, about 10 to 12, about 11 to 12 black may be adjusted to about 10 to 11.
  • carbon dioxide in the mixed gas is selectively collected by hydroxide ions to generate hydrogen carbonate ions (HC0 3 —), and these hydrogen carbonates (HC _) change to dicarbonate (C0 3 2 —) at higher pH. Therefore, the carbon dioxide in the mixed gas supplied to any one of the first and second compartments may be collected by hydroxide ions to generate hydrogen carbonate ions and / or carbonate ions.
  • the term 'carbonate-based ion' is used to collectively refer to a mixture of hydrogen carbonate ions, carbonate ions, black hydrogen carbonate ions and carbonate ions.
  • any one section in which hydroxide ions are generated in the first and second compartments may include a carbonate hydroxide black thereof in the above-described electrolyte. That is, in the first step, the second compartment may contain carbonate, hydroxide black as a electrolyte, and a mixture thereof. In the second step, the first compartment may be carbonate, hydroxide black as its electrolyte. May include a mixture. Therefore, in the first step, carbonate and hydroxide black may be supplied to the second compartment, and in the second step, carbonate and hydroxide black may be supplied to the first compartment.
  • carbonate, hydroxide black and these mixtures include sodium carbonate, potassium carbonate, lithium carbonate, rubidium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, rubidium hydroxide, calcium hydroxide, and magnesium hydroxide black. These can be mentioned a combination.
  • Carbonate supplied as an electrolyte to any of the compartments in which hydroxide ions are generated in the first and second compartments is dissociated into cations and carbonates (C0 3 2 —), and the carbonate ions are carbon dioxide in the mixed gas as shown in Equation 5 below. It can be collected to produce hydrogen bicarbonate.
  • hydroxide supplied as an electrolyte to any of the compartments in which the hydroxide ions are generated in the first and second compartments is also dissociated into cations and hydroxide ions, and the hydroxide ions trap carbon dioxide in the mixed gas as described in Equation 4 to form carbon dioxide. Hydrogen ions can be produced.
  • the carbon dioxide in the initial mixed gas can be stably collected due to the carbonate and hydroxide black supplied as an electrolyte to one of the compartments in which the first and second compartments are added.
  • carbon dioxide in the mixed gas may be continuously collected by hydroxide ions generated by applying voltage to the first and second electrodes.
  • Carbonate ions dissociated from the carbonate supplied to the electrolyte and hydroxide ions dissociated from the hydroxide supplied to the electrolyte or generated by applying a voltage to the first and second electrodes which are black have the advantage of selectively trapping carbon dioxide in the mixed gas, Thereafter, in the second step of reconverting to carbon dioxide, there is an advantage that carbon dioxide can be regenerated without a separate energy supply.
  • the concentrations of carbonates, hydroxides, blacks and the like supplied to the electrolyte may be appropriately adjusted in consideration of carbon dioxide capture efficiency and economic efficiency.
  • the electrolyte may be supplied at a concentration below the saturation concentration of the electrolyte, and more specifically, the electrolyte may be supplied at 50%, 1% to 30% black, and 22% to 28% of the saturation concentration.
  • the saturation concentration of sodium carbonate at 15 ° C is 1.55 M.
  • the concentration of sodium carbonate is 0.0155 to 0.775 M, 0.0155 to 0.465 M, or 0.341 to 0.434 M at 15 ° C. in either compartment where the first and second compartment thick hydroxide ions are generated.
  • Sodium carbonate can be fed. Within this range, carbon dioxide can be captured economically and efficiently.
  • a voltage may be applied such that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode.
  • the time when the carbon dioxide is collected and the carbonate-based salts or salts thereof are generated in detail is the pH of the first or second compartment, the concentration of the carbonate-based ions in the electrolyte solution of the first or second compartment, or the black or the first or second compartment. This can be checked through electrical conductivity.
  • hydroxide ions are generated in the first and second compartments, so that the second compartment has a high pH, or black in the first stage.
  • Carbonate, hydroxide black can be fed to these mixtures as an electrolyte so that the second compartment can exhibit high pH.
  • the hydroxide ions and the carbonate ions are used to capture carbon dioxide as in Equation 4 and Equation 5, as the carbon dioxide is collected, the pH of the second compartment of the first stage becomes lower gradually.
  • the concentration of carbonic acid ions in the second compartment is measured directly or indirectly, if enough carbonic acid ions are generated, for example, when the concentration of the carbonic acid is higher than or equal to the saturation concentration, the first electrode becomes a cathode and the second electrode. Voltage can be applied to this anode.
  • the concentration of the carbonic acid ions increases to increase the electrical conductivity of the second compartment. Therefore, by measuring the electrical conductivity of the second section of the first step, the increase in electrical conductivity is 0 raS / cm to 50 mS / cm, 10 mS / cm to 50 mS / cra, 20 raS / cm to 50 mS / cm, When 30 mS / cm to 50 mS / cm, black is 40 mS / cm to 50 mS / cm, a voltage may be applied such that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode.
  • the method of applying a voltage to the first and second electrodes is not particularly limited so that the first electrode serving as the anode becomes the cathode in the first step, and the second electrode serving as the cathode serves as the anode.
  • it may be performed by applying a voltage to the first and second electrodes by setting which of the first and second electrodes will function as the anode black or the cathode.
  • it is very easy to set which of the two electrodes to function as the anode in the power supply.
  • the first and second steps may be performed by setting the anode and the cathode to be interchanged when a signal indicating that the carbonate-based ions or salts thereof are generated through the sensors installed in the first and second compartments.
  • the signal that the carbonate ions or salts thereof are sufficiently produced means that the pH of the first or second compartment, the concentration of the carbonate ions, and the black or black electrical conductivity have reached a certain value.
  • a voltage is applied to the first and second electrodes such that the first electrode serving as the anode becomes the cathode and the second electrode serving as the cathode becomes the anode.
  • the carbonate-based ions or salts thereof produced in the second compartment are reconverted to carbon dioxide.
  • the first compartment becomes a region where hydroxide ions are generated and the second compartment generates hydrogen ions. It becomes an area. Therefore, the carbonate-based ions or salts thereof present in the second compartment may be converted into carbon dioxide according to the pH equilibrium principle as shown in Equations 6 and 7. Specifically, carbonate ions dissolved in the electrolyte black carbonate dissociated from the carbonate is converted to hydrogen carbonate ions as shown in Equation 6, hydrogen carbonate ions may be converted to carbon dioxide as shown in Equation 7.
  • the collected carbon dioxide may be reconverted into carbon dioxide without adding an additive or supplying energy.
  • carbonic acid-based ions or salts thereof may be converted into carbon dioxide under normal pressure.
  • the carbonate-based ions or salts thereof may be reconverted to carbon dioxide at a pressure in the range of about 0.1 to 100 MPa.
  • the carbonate-based ions or salts thereof may be reconverted to carbon dioxide at a temperature of about 15 to 80 ° C. black or about 15 to 60 ° C. Accordingly, even if the industrial waste gas black or the mixed gas such as the exhaust gas is used without cooling, carbon dioxide can be separated from the mixed gas with excellent efficiency.
  • the pH of the second compartment in which the carbonate-based salt or salt thereof is reconverted to carbon dioxide may be about 7 or less, about 6 or less, about 5 or less, about 4. or less and about 3 or less, and black may be about 2 or less, About 0 or more, about 1 or more Black is about 2 It may be abnormal. Among them, for the efficient reconversion to carbon dioxide,
  • the pH of the second stage of the second stage is about 0-6, about 0-5 Pa about 0-4, about 0-3, about 0-2, about 0-1, about 1-6, about 1-5, about 1 to 4, about 1 to 3, about 2 to 6, about 2 to 5, about 2 to 4 or about 2 to 3.
  • the carbonic acid-based ions or salts thereof are converted into carbon dioxide by hydrogen ions generated through oxidation reaction of hydrogen gas in the second step, 0.83 V to 2 V at the first and second electrodes.
  • the voltage of can be applied. Applying a voltage in this range can significantly reduce the energy required to separate carbon dioxide.
  • the theoretical voltage for oxidizing water to generate hydrogen ions and oxygen gas is 2.06V. Therefore, by adjusting the voltage range as described above, the purity of carbon dioxide is improved by consuming hydrogen gas generated in the second section of the first stage and suppressing generation of oxygen gas in the second section of the second stage. You can.
  • the method of separating carbon dioxide according to the embodiment may pretreat the mixed gas before the first step.
  • the mixed gas may be contacted with a solvent to remove other gases other than carbon dioxide from the mixed gas.
  • the mixed gas is a gas such as S0 X , HF, HC1, NH 3) Cl 2 j SiF 4 , 0 2 , N 2 , CO, N0 X , SH 2 in addition to carbon dioxide. It may include. C0 2 may be a pH of 3.5 to 5.5 which is not very soluble in water, S0 X, HF, HC1, NH 3, Cl 2, SiF 4 and so on is smoothly dissolved. Therefore, the mixed gas has a pH of about 3. 5 to ⁇ , about 3.5 to 6 ⁇ about 3. 5 to 5. 5, about 3.
  • the mixed gas is passed through a container, a black tube, or the like, containing the water in the pH range, or black, by injecting water in the pH range in a flow through which the mixed gas passes, to advance other gases other than C0 2 in the mixed gas in advance. Can be removed
  • the pretreatment of the mixed gas may be performed using a scrubber.
  • the pretreated mixed gas may be obtained by filling the scrubber with water in the pH range and dispersing the mixed gas under high pressure through a porous spray plate into a scrubber.
  • water of the pH range may be injected into the flow of the mixed gas to obtain the mixed gas pretreated from the outlet of the scrubber.
  • gases other than C0 2 not removed in this pretreatment step may be naturally dissolved because they do not dissolve in the high pH electrolyte in any one compartment where hydroxide ions are generated in the first and second compartments.
  • the gas such as 0 2 , N 2 , CO, N0 X , SH 2 in the mixed gas does not dissolve in the high pH electrolyte solution, so even if the mixed gas containing such gas is supplied to the first or second compartment, the mixed gas You can selectively capture C3 ⁇ 4 from.
  • the carbon dioxide in the mixed gas is converted by the hydroxide ions as shown in Equation 4 above. Is collected.
  • sulfur dioxide in the mixed gas may be collected by hydroxide ions as shown in Equation 8.
  • the mixed gas may not be pretreated so that the mixed gas may contain NO x .
  • ⁇ 0 ⁇ is not dissolved in an electrolytic solution of high ⁇ . Therefore, ⁇ can be removed by not melting in the electrolyte when supplying the mixed gas to the second compartment of the first stage.
  • the concentration of sulfite ions (sul fi te, S0 3 2 —) in the second compartment of the first step is increased, similarly to the carbonic acid-based silver.
  • some sulfite ions may be combined with cations derived from an electrolyte or the like to precipitate as a salt. Therefore, when the mixed gas is supplied to the second section of the first stage, carbon dioxide in the mixed gas is collected to form carbonate-based ions, black carbonate-based ions and salts thereof, and salts of black carbonate-based ions, and sulfur dioxide in the mixed gas. This trapping can produce sulfite ions, sulfite ions and salts thereof, and salts of black or sulfite ions.
  • the first electrode serving as the anode in the first step becomes the cathode, and the voltage is applied to the first and second electrodes so that the second electrode serving as the cathode becomes the anode.
  • the ions or their salts can be reconverted to carbon dioxide and sulfate ions or salts thereof can be produced from the sulfite ions or salts thereof.
  • the first and second steps may be performed as described above, unless otherwise described.
  • the sulfite ions dissociated from the sulfite ions or salts thereof present in the second compartment of the second step may react with water to generate hydrogen ions as shown in Equation 9 below.
  • the carbonic acid-based ions or salts thereof are reconverted into hydrogen dioxide by hydrogen ions, and thus the reaction for generating sulfate ions from sulfite ions generating hydrogen ions results in reconversion of carbon dioxide. Can be promoted.
  • sulfate ions generated from sulfite ions can improve the electrical conductivity by increasing the total amount of ions in the second compartment.
  • hydrogen ions are required to reconvert carbon dioxide from carbonate ions or salts thereof in the second compartment of the second step, and the hydrogen ions are not sulfur dioxide or silver sulfite according to Equation 9, but the electrolysis of water according to Equation 1 above.
  • the hydrogen ions are not sulfur dioxide or silver sulfite according to Equation 9, but the electrolysis of water according to Equation 1 above.
  • a voltage of 1.03 V to 2 V may be applied to the first and second electrodes in order to minimize the oxygen gas generated in the second section of the second step. Since the theoretical voltage for oxidizing water to generate hydrogen ions and oxygen gas is 2.06 V, oxygen gas generation can be suppressed by adjusting the voltage range as described above.
  • the carbon dioxide separation method according to the embodiment may repeat the first step after the second step. Thereby, high purity and high concentration of carbon dioxide can be separated continuously from the mixed gas.
  • hydroxide ions are generated in the first compartment 1st CP of the second stage similarly to the second compartment 2nd CP of the first stage (see 10 and 20 of FIG. 10). Accordingly, the second step may collect carbon dioxide in the mixed gas including carbon dioxide in the first compartment to generate carbonic acid ions or salts thereof (see 20 in FIG. 10). Since the method of capturing carbon dioxide in the second compartment of the first stage has been described in detail above, a detailed description of the method of capturing carbon dioxide in the first compartment of the second stage will be omitted.
  • carbonate and hydroxide as an electrolyte are supplied to the second compartment to improve the collection efficiency of carbon dioxide, and in the second step, carbonate and hydroxide are used as the electrolyte in the first compartment. Black can feed these mixtures.
  • the sulfur dioxide is captured together with the carbon dioxide
  • the first compartment of the second stage can also collect sulfur dioxide together with the carbon dioxide.
  • carbon dioxide in the mixed gas is collected in the first compartment (1st CP) of the second stage to generate carbonic acid-based ions or salts thereof, hydrogen ions are generated in the first compartment when the first stage is repeated.
  • the carbonate-based ions or salts thereof may be reconverted to carbon dioxide (see 10 ′ in FIG. 10). This allows the use of both pairs of first and second compartments to separate more carbon dioxide from more mixed gases.
  • the first and second steps described above may be performed using the electrolysis device described above.
  • the electrolysis device used in the carbon dioxide separation method according to the embodiment will be described in detail.
  • the electrolysis device includes a first electrode (1st EL); Second electrode (2nd EL); A cat ion exchange membrane (CEM) positioned between the first electrode and the second electrode, and a pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the second electrode positioned on the first electrode side; F irst compartment (1st CP) and second electrode A second compartment located on the side (2nd CP).
  • the carbon dioxide in the mixed gas in the second compartment of the first stage is captured by the hydroxide ions, and in the second compartment of the second stage, the carbonic acid-based ions or salts thereof may be converted into carbon dioxide by hydrogen ions.
  • hydroxide ions can pass through the anion exchange membrane by electrical attraction to other compartments, thereby degrading the capture efficiency of carbon dioxide.
  • hydrogen ions may pass through the cation exchange membrane by electrical attraction to other compartments, thereby reducing carbon dioxide reconversion efficiency.
  • the degree of reduction of the carbon dioxide collection efficiency due to the migration of hydroxide ions by the anion exchange membrane is greater than the degree of reduction of the reconstruction efficiency of the carbon dioxide by the transfer of hydrogen ions by the different exchange membrane.
  • hydrogen ions are provided in more routes than hydroxide ions.
  • hydrogen ions can be obtained from hydrogen gas generated at the time of capture of carbon dioxide.
  • the method for separating carbon dioxide according to the embodiment may further include regenerating the electrolyte after the second step. Then, after the electrolyte regeneration, the first step may be repeated.
  • Regenerating the electrolyte may be performed by mixing the electrolyte solution of the first and second compartments, and supplying the electrolyte solution mixed uniformly to the first and second compartments.
  • regenerating the electrolyte may be performed by applying a voltage to the first and second electrodes to adjust the pH of one compartment to 3-5. After adjusting the pH of the compartments to 11 to 12, the electrolyte of the first and second compartments may be mixed to produce an electrolyte of pH 8 to 10. The resulting electrolyte of pH 8 to 10 may be supplied to the first and second compartments again.
  • the electrolysis device may comprise two or more pairs of first and second compartments using a bipolar membrane. When voltage is applied to the first and second electrodes, water is separated into hydrogen ions and hydroxide ions by the bipolar membrane, and the hydrogen ions and hydroxide ions can move by electrical attraction.
  • the bipolar membrane may be replaced with a water migration passage whose sidewall is composed of the bipolar membrane.
  • water is poured into the water passage and voltage is applied to the first and second electrodes, water is separated into hydrogen ions and hydroxide ions in the bipolar membrane where the water is a sidewall.
  • Hydrogen ions are supplied by an electrical attraction to the compartment located on the anode side of the pair of first and second compartments based on the cation exchange membrane located between the first and second compartments, and the compartment located on the cathode side is electrically Hydroxide ions can be supplied by attraction.
  • the electrolysis device includes a first electrode 1st EL; Second electrode 2nd EL; A bipol ar membrane (BM) positioned between the first and second electrodes; between the first electrode (1st EL) and the bipolar membrane (BM) and between the bipolar membrane (BM) and the second electrode (2nd EL) Two cation exchange membranes (CEM) located between the; Two pairs of first and second partitions separated by the respective cation exchange membranes (CEMs), two first compartments (1st CP) and a second electrode (2nd EL) positioned on the first electrode (1st EL) side. It may include two second compartment (2nd CP) located on the side).
  • CEM cation exchange membranes
  • the electrolysis device includes a first electrode 1st EL; A second electrode (2nd EL); two or more bipol ar membranes (BMs) positioned between the first and second electrodes; Three or more cation exchange membranes (CEM) positioned between the first electrode 1st EL and the bipolar membrane BM, between the bipolar membrane and the bipolar membrane, and between the bipolar membrane BM and the second electrode 2nd EL; At least three pairs of first and second compartments separated by the respective cation exchange membranes (CEM), wherein at least three first compartments (1st CP) and a second electrode (2nd) positioned on the first electrode (1st EL) side. It may include three or more second compartments (2nd CP) located on the EL side.
  • CEM cation exchange membranes
  • a mixed gas may be supplied to each of two or more second sections in the first step.
  • a mixed gas may be supplied to each of two or more first sections in the second step.
  • the carbonate-based ions or salts thereof generated in the compartment may be reconverted to carbon dioxide in the compartment while changing the roles of the first and second electrodes as the anode and the cathode.
  • the electrolysis device may be configured as known in the art.
  • the component which comprises the said electrolysis apparatus is demonstrated in detail.
  • cation exchange membrane various kinds of divalent silver exchange membranes applied to an electrolysis device or a fuel cell may be used.
  • the cation exchange membrane for example, commercially available Nafion from Dupont, CMX from Tokuyama, Japan, and the like can be used.
  • the first and second electrodes may be installed at appropriate positions so as to exert an electrical attraction to the ionic species included in the first and second compartments.
  • the shape of the first and second electrodes is not particularly limited, and may be variously modified as known in the art.
  • first and second electrodes all kinds of electrodes applied to an electrolysis device or a fuel cell may be used.
  • various types of conductors may be used as the first and second electrodes, or an electrode including a black electrode substrate and a catalyst applied to the electrode substrate may be used.
  • the above conductors include titanium (Ti), stainless steel, nickel (Ni), nickel / chromium (Ni / Cr) alloys, platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), iridium (Ir), and rhodium ( Rh), ruthenium (Ru) or those selected from the group consisting of these oxides can be used.
  • an electrode including a catalyst coated on the electrode substrate carbon cloth or the like may be used as the electrode substrate, and platinum (Pt), ruthenium (Ru), osmium (0s), or baffle may be used as the catalyst.
  • Platinum (Pt), ruthenium (Ru), osmium (0s), or baffle may be used as the catalyst.
  • Radium (Pd), iridium (Ir), carbon (0, other transition metals and mixtures thereof) may be used.
  • the first and second electrodes may be connected to a power supply device. remind As the power supply device, voltages in the above-described ranges may be applied to the first and second electrodes, and if it is possible to change the roles of the first and second electrodes as the anode and the cathode, those known in the art. Both can be used.
  • the electrolysis device may be connected to one or more reservoirs so as to continuously supply a mixed gas and an electrolyte to the electrolysis device, and collect carbon dioxide and the like obtained from the electrolysis device.
  • the electrolysis device includes a fluid flow rate adjusting device capable of adjusting the flow rate of the fluid flow; Sensors for monitoring the status of the first and second compartments; And a recording device capable of recording an electrical signal related to the electrolysis device and a change in solution properties of each compartment.
  • the electrolysis device may further include a configuration commonly employed in the electrolysis device known in the art to which the present invention pertains, or may be employed as a part of a large-scale facility in connection with other device parts.
  • the carbon dioxide separation system in a mixed gas containing carbon dioxide, the first electrode; Second electrode; A cation exchange membrane positioned between the first and second electrodes; A pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the first compartment located on the first electrode side and the second compartment located on the second electrode side; And a power supply for applying a voltage such that the first electrode becomes an anode and the second electrode becomes a cathode, and then applies a voltage such that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode.
  • a system is provided.
  • the carbon dioxide separation system is a system capable of performing the above-described method of separating carbon dioxide, which has been described in detail above, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the method for separating carbon dioxide according to one embodiment of the present invention is capable of purely separating carbon dioxide from a mixed gas discharged during combustion, it is expected to be applicable to various technical fields for separating, using, or treating carbon dioxide.
  • the carbon dioxide separation method is ecus technology It is expected to be able to provide carbon dioxide useful for cost reduction and useful in fields requiring ultra high purity carbon dioxide, for example, chemical reaction processes.
  • the operation and effects of the invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, this is presented as an example of the invention, whereby the scope of the invention is not limited in any sense.
  • Carbon dioxide was separated from the mixed gas using an electrolysis device as shown in FIG. 2. Specifically, the supply of 15 ° C based on an aqueous solution of sodium carbonate of about 0.4 M in the electrolyte in the anode compartment, and supplying the 15 ° C based on aluminum oxide aqueous solution of about 1.0 M in the electrolyte in the cathode compartment and the intermediate compartment to the electrolytic solution 15 ° C A standard about 1.0 M aqueous sodium chloride solution was supplied. A voltage of 4 V was applied to the positive electrode and the negative electrode, and a mixed gas containing 10 vol% of carbon dioxide was supplied to the negative electrode compartment at a rate of 80 cc / min.
  • the initial pH of the cathode compartment at room temperature was measured to be about 11.75.
  • the pH is gradually lowered, and it is confirmed that the pH is maintained at about 7.9.
  • Anode compartment exhibits a very low p H as described above and the carbon black-based ion moved to the cathode compartment has been released is again a salt thereof is converted to carbon dioxide.
  • the concentration at room temperature 25 ° C
  • the concentration at room temperature was about 1.0 M
  • the concentration at room temperature was about 1.0 M when the concentration of hydrogen ions in the anode compartment was measured.
  • H 2 of about 0.5 M to approximately 1.0 M was added to H 2 S0 4 solution of about 0.5 M in the NaHC0 3 solution was about 1.0 M
  • the content was measured to define the amount of carbon dioxide expected to be theoretically recovered in the anode compartment. Since 1 mol of H 2 S0 4 dissociated to generate 2 mol of hydrogen ions, the concentration of the H 2 S0 4 solution was adjusted to 0.5 M.
  • Carbon dioxide generation amount according to the addition of the H 2 S0 4 solution of about 0.5 M is
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the electrolyte was supplied to the cathode compartment, the anode compartment, and the intermediate compartment, and carbon dioxide was separated from the mixed gas in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the electrolysis device was increased to 50 ° C.
  • the initial pH of the cathode compartment at 50 ° C. was measured at about 11. And, as the carbon dioxide continues to be collected, the pH is gradually lowered, and it is confirmed that the pH is maintained at about 8.2.
  • the initial pH of the anode compartment at 50 ° C is about
  • the first and second steps were carried out at 50 ° C., and the purity of the carbon dioxide released from the anode compartment was about 100% by volume.
  • the exhaust gas is normally discharged.
  • a temperature about 50 ° C
  • no physical defects of the electrolysis device were found, and there was no difference in tendency and separation efficiency from Example 1 implemented at room temperature.
  • the present invention can be directly applied to the carbon dioxide separation system of the present invention without cooling the exhaust gas.
  • Carbon dioxide was separated from the mixed gas using an electrolysis device as shown in FIG. 10. Specifically, an aqueous solution of about 0.4 M sodium carbonate based on 15 ° C. was supplied to Crab 1 and the second compartment. A voltage of 4 V is applied to the first and second electrodes so that the first electrode becomes the anode and the second electrode becomes the cathode, and the mixed gas containing 10 vol% of carbon dioxide is added to the second compartment at 80 cc / min. Feed at rate (see 10 of FIG. 10).
  • the initial pH of the second compartment at room temperature was measured to be about 11.75. And, as the carbon dioxide continues to be collected, the pH was gradually lowered and reached about 7.9 to be maintained.
  • the concentration change of the inorganic carbon in the second compartment with time was measured and shown in FIG. 16.
  • a voltage of 3 V is applied to the first and second electrodes, it is confirmed that a larger amount of carbon dioxide is released faster than when a voltage of 2.5 V is applied. However, it is about 3 hours whether the voltage of 3 V or the voltage of 2.5 V is applied to the first and second electrodes. As time passes, it is confirmed that all carbon dioxide trapped in the second compartment is released.
  • a voltage of 2.5 V and a voltage of 3 V were applied to the first and second electrodes, carbon dioxide having a purity of about 90% by volume was emitted from the second compartment.
  • the second electrode functions as an anode and the first electrode functions as a cathode
  • hydroxide ions were generated in the first compartment. Accordingly, when a mixed gas was supplied to the first compartment, carbon dioxide was collected. Thereafter, when the pH of the first compartment decreases gradually and reaches a constant value, a voltage of 4 V is applied to the first and second electrodes so that the first electrode becomes the anode and the second electrode becomes the cathode. The carbon dioxide-based ions or salts thereof were converted into carbon dioxide while carbon dioxide was collected in the second compartment (see 10 'in FIG. 10). By repeating this process, it was confirmed that carbon dioxide can be continuously separated from the mixed gas.
  • I EM ion exchange membrane
  • CEM catorr exchange membrane
  • AEM an ion exchange membrane
  • BM bipolar membrane
  • MX salt consisting of cation (M + ) and negative 0 ⁇ )

Abstract

The present invention relates to a method and system capable of selectively separating carbon dioxide from industrial waste gas or the like on the basis of an electrochemical system. The use of the method and system for separating carbon dioxide can efficiently separate, with minimum energy, high-purity concentrated carbon dioxide from a mixed gas.

Description

【명세서】  【Specification】
【발명의 명칭】  [Name of invention]
이산화탄소의 분리 방법 및 이산화탄소 분리 시스템  CO2 Separation Method and CO2 Separation System
【기술분야】  Technical Field
본 발명은 산업폐기가스 등으로부터 이산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다.  The present invention relates to a method and system capable of selectively separating carbon dioxide from industrial waste gases and the like.
【배경기술】  Background Art
이산화탄소 (C02)는 지구온난화를 유발하는 대표적인 온실가스로 알려져 있으며, 최근 해수 및 빗물의 산성화를 유발하여 생태계에 악영향을 끼치는 물질로 보고되고 있다. 또한, 대기 중 이산화탄소의 농도가 기준치 (0.038% v/v) 초과 시 호흡계 질환 및 질식을 유발하는 것으로 알려져 있다. 따라서 세계 각국에서는 대기 중 이산화탄소의 농도가 기준치 초과 시 발생하는 문제점을 인식하고 이산화탄소의 배출량을 저감하는 것을 공동 의무로 명시하고 있다. 1985년 비엔나 협약을 시작으로 몬트리을 의정서 ( 1987년), 기후변화협약 (1992년), 교토의정서 (1997), 파리협정 (2015) 등을 통해 국가별 이산화탄소 배출량을 제한 하였으며, 규제를 통해 이산화탄소 배출량 저감에 힘쓰고 있다. Carbon dioxide (C0 2 ) is known as a representative greenhouse gas causing global warming, and has recently been reported as a material that adversely affects the ecosystem by causing acidification of seawater and rainwater. It is also known to cause respiratory disease and asphyxiation when the concentration of carbon dioxide in the atmosphere exceeds the reference value (0.038% v / v). Therefore, countries around the world are aware of the problems that occur when the concentration of carbon dioxide in the atmosphere exceeds the threshold and specify as a joint obligation to reduce the emissions of carbon dioxide. Beginning with the Vienna Convention in 1985, the CO2 emissions were restricted by country through the Montreal Protocol (1987), the Climate Change Convention (1992), the Kyoto Protocol (1997), and the Paris Agreement (2015). I try to reduce.
이산화탄소는 주로 석탄, 석유 등 화석연료를 기반으로 한 연료의 연소과정에서 대량 발생하는 가스이다. 화석연료의 사용과 GDP와의 정의 상관 관계에 따라 인구증가 및 산업의 발달은 이산화탄소의 발생을 가속화 시켰으며 여전히 그 발생량이 증가하고 있는 추세이다. 현재 연간 8천만 톤에 달하는 이산화탄소가 발생하고 있다.  Carbon dioxide is a gas produced in large quantities in the combustion process of fossil fuels such as coal and oil. Due to the positive correlation between fossil fuel use and GDP, population growth and industrial development have accelerated the generation of carbon dioxide and are still increasing. Currently, 80 million tons of carbon dioxide is generated annually.
일반적으로 화석연료를 기반으로 한 배기가스 내에는 약 8 내지 15%의 이산화탄소가 포함되어 있다. 이에 따라, 이산화탄소를 포집하여 저장하는 기술인 CCS (Carbon Capture and Storage)와 이산화탄소를 포집하여 재활용하는 기술인 CCU (Carbon Capture and Ut i l izat ion)를 융합한 CCUS (Carbon Capture Ut i l izat ion and Storage) 기술이 주목 받고 있다.  Generally, about 8 to 15% of carbon dioxide is contained in the exhaust gas based on fossil fuels. Accordingly, Carbon Capture Ut il izat ion and Storage (CCUS) technology, which combines Carbon Capture and Storage (CCS), which captures and stores carbon dioxide, and Carbon Capture and Ut izat ion (CCU), which captures and recycles carbon dioxide. This is getting attention.
CCUS 기술은 배기가스 내의 이산화탄소를 선택적으로 분리, 운송, 저장 및 활용하는 모든 기술을 포괄하고 있다. 현재 상용화 되어 있는 ecus 과정 증 포집 단계는 전체 비용의 50 내지 Ί鳴 차지하고 있으므로 처리비용을 줄이기 위해서는 저비용의 효율적인 포집 방법이 필요하다. CCUS technology encompasses all technologies for selectively separating, transporting, storing and utilizing carbon dioxide in exhaust gases. Ecus is currently commercialized Since the process incremental capture stage accounts for 50 to 의 of the total cost, a low-cost and efficient collection method is needed to reduce the processing cost.
현재 이산화탄소를 분리하고 포집하는 방법에는 크게 3 가지 방법이 있다. 이러한 3 가지 방법은 연소 전 포집 (preᅳ combust ion) , 연소 후 포집 (post-combust ion) 그리고 산소 연소 (oxy-fuel combust ion) 방법이다. 연소 후 포집은 연료 연소 후 발생하는 흔합가스 중 이산화탄소를 분리하는 방법이고, 연소 전 포집은 산소를 통해 연료 내 이산화탄소와 수소의 흔합가스를 추출 후 이산화탄소를 분리하는 방법이며, 산소 연소는 극저은에서 고농도 산소를 통해 이산화탄소를 물과 함께 분리하는 방법이다. 각 포집 방법은 모두 연료 내 이산화탄소를 가스 형태로 전환 후 이를 흡수, 흡착, 멤브레인에 의한 분리를 기본 원리로 하며 연료의 수요 형태에 따라 다른 분리 방법이 적용된다. 분리 방법 중 흡수법은 가장 효과적인 방법이며, 아민계 물질 등을 흡수제로 하여 이산화탄소와 화학적 결합을 통해 배기가스 내 이산화탄소를 선택적으로 포집한다. 그러나 화학결합으로 이온화된 이산화탄소는 재활용에 용이한 가스형태로 역전환하기가 어렵고, 사용한 흡수제를 재활용하기 위해서 추가적인 단계가 필요하다는 단점이 있다.  There are currently three ways to separate and capture carbon dioxide. These three methods are pre combust ion, post-combust ion and oxy-fuel combust ion methods. Post-combustion capture is a method of separating carbon dioxide from a mixed gas generated after fuel combustion, and pre-combustion capture is a method of separating carbon dioxide from a mixed gas of carbon dioxide and hydrogen in fuel through oxygen. It is a method of separating carbon dioxide with water through high concentration of oxygen. Each collection method is based on the conversion of carbon dioxide into the gas form after absorption, adsorption, and separation by membrane. Different separation methods are applied according to the type of fuel demand. Among the separation methods, absorption is the most effective method, and the carbon dioxide in the exhaust gas is selectively collected through chemical bonding with carbon dioxide using an amine-based material as an absorbent. However, carbon dioxide ionized by chemical bonds has a disadvantage in that it is difficult to reverse the gas form to be easily recycled, and an additional step is required to recycle the used absorbent.
【발명의 내용]  [Contents of the Invention]
【해결하려는 과제】  [Problem to solve]
본 발명은 산업폐기가스 등으로부터 이산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하기 위한 것이다.  The present invention is to provide a method and system capable of selectively separating carbon dioxide from industrial waste gas and the like.
【과제의 해결 수단】  [Measures of problem]
발명의 일 구현예에 따르면, 양극; 음극; 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 이온 교환막; 및 상기 이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 양극 구획과 음극 구획을 포함하는 장치를 이용한 이산화탄소의 분리 방법으로, 양극 및 음극에 전압이 인가되면 수산화 이온이 발생하는 음극 구획에서 이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이은 또는 이의 염을 생성하는 제 1 단계; 및 상기 탄산계 이온 또는 이의 염을 음극 구획에서, 양극 및 음극에 전압이 인가되면 수소 이온이 발생하는 양극 구획으로 이동시켜 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하는 제 2 단계를 포함하는 이산화탄소의 분리 방법이 제공된다. According to one embodiment of the invention, the anode; cathode; An ion exchange membrane positioned between the anode and the cathode; And a method of separating carbon dioxide using a device including a pair of anode compartments and cathode compartments separated by the ion exchange membrane, wherein a mixed gas including carbon dioxide in a cathode compartment in which hydroxide ions are generated when a voltage is applied to the anode and the cathode A first step of capturing carbon dioxide within to produce carbonic acid-based silver or salts thereof; And moving the carbonate-based ions or salts thereof from the cathode compartment to the anode compartment where hydrogen ions are generated when voltage is applied to the anode and cathode. A method of separating carbon dioxide is provided that includes a second step of reconversion.
발명의 다른 일 구현예에 따르면, 이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내의 이산화탄소 분리 시스템으로, 양극 (anode) ; 음극 (cathode) ; 상기 양극과 음극에 전압이 인가되면 수산화 이온이 발생하며, 이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내 이산화탄소가 포집되어 탄산계 이온 또는 이의 염이 생성되는 음극 구획 (cathode compartment ) ; 상기 양극과 음극에 전압이 인가되면 수소 이온이 발생하며, 상기 음극 구획으로부터 전달된 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하는 양극 구획 (anode compartment ) ; 및 상기 양극 구획과 음극 구획을 분리하는 이온 교환막을 포함하는 이산화탄소 분리 시스템이 제공된다.  According to another embodiment of the invention, the carbon dioxide separation system in a mixed gas containing carbon dioxide, the anode (anode); Cathode; A cathode compartment in which hydroxide ions are generated when a voltage is applied to the anode and the cathode, and carbon dioxide is trapped in a mixed gas including carbon dioxide to generate carbonic acid-based ions or salts thereof; An anode compartment for generating hydrogen ions when a voltage is applied to the anode and the cathode and reconverting the carbonate-based ions or salts thereof transferred to the carbon dioxide; And an ion exchange membrane separating the anode compartment and the cathode compartment.
발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 According to another embodiment of the invention, the first electrode; Second electrode; The above
1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막; 및 상기 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획과 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획을 포함하는 장치를 이용한 이산화탄소의 분리 방법으로, 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가하여 수산화 이온이 발생하는 제 2 구획에서 이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성하는 게 1 단계 ; 및 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하여 수소 이온이 발생하는 제 2 구획에서 상기 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하는 제A cation exchange membrane positioned between the first electrode and the second electrode; And a pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the first compartment located on the first electrode side and the second compartment located on the second electrode side. In order to generate carbonic acid-based ions or salts thereof by applying a voltage such that the first electrode becomes an anode and the second electrode becomes a cathode, carbon dioxide in a mixed gas containing carbon dioxide is collected in a second section in which hydroxide ions are generated. Stage 1 ; And converting the carbonate-based ions or salts thereof into carbon dioxide in a second section in which hydrogen ions are generated by applying a voltage such that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode.
2 단계를 포함하는 이산화탄소의 분리 방법이 제공된다. There is provided a method for separating carbon dioxide comprising two steps.
발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내의 이산화탄소 분리 시스템으로, 제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막; 상기 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 게 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획과 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획; 및 상기 게 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가한 후, 다시 상기 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치를 포함하는 이산화탄소 분리 시스템이 제공된다.  According to another embodiment of the invention, the carbon dioxide separation system in a mixed gas containing carbon dioxide, the first electrode; Second electrode; A cation exchange membrane positioned between the first and second electrodes; A pair of crabs 1 and a second compartment separated by the cation exchange membrane, the first compartment located on the first electrode side and the second compartment located on the second electrode side; And a power supply for applying a voltage such that the first electrode becomes the anode and the second electrode becomes the cathode, and then applies the voltage such that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode. A system is provided.
【발명의 효과】 본 발명의 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법 및 이산화탄소 분리 시스템을 이용하면 저에너지로 산업폐기가스 등으로부터 이산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있다. 이에 따라, 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 경제적이고 효율적으로 제거할 수 있다. 또한, 상기 방법 및 시스템에 따르면, 고순도의 농축된 이산화탄소를 제공하여 초고순도의 이산화탄소를 필요로 하는 분야, 예를 들면, 화학 반웅 공정 등에 유용한 이산화탄소를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 【Effects of the Invention】 By using the carbon dioxide separation method and the carbon dioxide separation system according to an embodiment of the present invention, it is possible to selectively separate carbon dioxide from industrial waste gas at low energy. Accordingly, carbon dioxide, which is a representative greenhouse gas, can be removed economically and efficiently. In addition, according to the method and system, it is expected to provide carbon dioxide useful in a field requiring ultra high purity carbon dioxide, for example, chemical reaction process, by providing concentrated carbon dioxide with high purity.
【도면의 간단한설명】  【Brief Description of Drawings】
도 1은 하나의 이온 교환막에 의해 분리된 한쌍의 양극 구획과 음극 구획을 포함하는 전기분해장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.  BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view schematically showing an electrolysis apparatus including a pair of anode compartments and cathode compartments separated by one ion exchange membrane.
도 2는 2 개의 이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 양극 구획, 중간 구획 및 음극 구획을 포함하는 전기분해장치를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 3은 하나의 바이폴라막을 포함하여, 두 쌍의 양극 구획과 음극 구획을 포함하는 전기분해장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.  FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an electrolysis apparatus including a pair of anode compartments, an intermediate compartment and a cathode compartment separated by two ion exchange membranes. 3 is a diagram schematically illustrating an electrolysis apparatus including two pairs of anode and cathode sections, including one bipolar membrane.
도 4는 2 개의 바이폴라막을 포함하여, 3 쌍의 양극 구획과 음극 구획을 포함하는 전기분해장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.  FIG. 4 is a diagram schematically showing an electrolysis device including two bipolar membranes and three pairs of anode compartments and cathode compartments.
도 5 및 도 6은 4 개 이상의 바이폴라막을 포함하여, 5 쌍 이상의 양극 구획과 음극 구획을 포함하는 전기분해장치를 모식적으로 나타낸 도면이며, 도 5는 탄산계 이온 흑은 이의 염을 이를 포함하는 음극 구획과 쌍을 이루는 양극 구획으로 이동시키는 것을 표현한 도면이며, 도 6은 탄산계 이온 혹은 이의 염을 이를 포함한 음극 구획과 쌍을 이루지 않는 양극 구획에 이동시키는 것을 표현한도면이다.  5 and 6 are diagrams schematically showing an electrolysis apparatus including four or more bipolar membranes and five or more anode and cathode compartments, and FIG. 5 is a carbonate-based black containing a salt thereof. 6 is a view showing the movement to the anode compartment paired with the cathode compartment, Figure 6 is a view showing the movement of the carbonic acid-based ions or salts thereof to the anode compartment not paired with the cathode compartment including the same.
도 7은 2 개의 전기분해장치를 이용한 이산화탄소의 분리 방법을 구현하는 방법을 나타낸 도면이다.  7 is a view showing a method for implementing a method of separating carbon dioxide using two electrolysis devices.
도 8은 3 개 이상의 전기분해장치를 이용한 이산화탄소의 분리 방법을 구현하는 방법을 나타낸 도면이다.  8 is a view showing a method for implementing a method of separating carbon dioxide using three or more electrolysis devices.
도 9는 양이은 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획을 포함하는 전기분해장치를 이용한 제 1 단계의 모습 ( 10)과 제 2 단계의 모습 (20)을 개략적으로 나타낸 도면이다.  FIG. 9 is a schematic view of the first stage (10) and the second stage (20) using an electrolysis device comprising a pair of first and second compartments separated by a bilateral exchange membrane. .
도 10은 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획을 포함하는 전기분해장치를 이용한 제 1 단계의 모습 ( 10 ) , 제 2 단계의 모습 (20) 및 제 2 단계 후 제 1 단계의 모습 ( 10 ' )을 개략적으로 나타낸 도면이다. 10 shows a pair of first and second compartments separated by a cation exchange membrane. Figure 1 schematically shows the state (10) of the first step, the state (20) of the second step and the state (10 ') of the first step after the second step using an electrolysis device comprising.
도 11은 하나의 바이폴라막을 포함하여, 두 쌍의 제 1 및 제 2 구획을 포함하는 전기분해장치를 이용한 제 1 단계의 모습 ( 10)과 제 2 단계의 모습 (20)을 개략적으로 나타낸 도면이다.  FIG. 11 is a view schematically showing a first stage view 10 and a second stage view 20 using an electrolysis device including two pairs of first and second compartments, including one bipolar membrane. .
도 12는 4 개의 바이폴라막을 포함하여, 5 쌍의 제 1 및 제 2 구획을 포함하는 전기분해장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.  12 is a diagram schematically illustrating an electrolysis apparatus including five pairs of first and second compartments, including four bipolar membranes.
도 13은 실시예 1 및 2 따라 이산화탄소를 분리함에 있어, 음극 구획의 시간에 따른 pH를 보여주는 그래프이다.  FIG. 13 is a graph showing pH over time of the cathode compartment in separating carbon dioxide according to Examples 1 and 2. FIG.
도 14는 실시예 1 및 2 따라 이산화탄소를 분리함에 있어, 양극 구획의 시간에 따른 pH를 보여주는그래프이다.  FIG. 14 is a graph showing pH over time of the anode compartment in separating carbon dioxide according to Examples 1 and 2. FIG.
도 15는 실시예 1의 양극 구획에서 얻어지는 순수한 이산화탄소 (pure C02)의 함량, H2S04의 함량과 양극 구획의 pH 변화를 보여주는 그래프이다. 도 16은 실시예 1에서 제 1 및 제 2 전극에 2 . 5 V 및 3 의 전압을 인가하였을 때, 시간에 따른 제 2 구획 내 무기 탄소의 농도 변화를 보여주는 그래프이다. 15 is a graph showing the content of pure carbon dioxide (pure C0 2 ), the content of H 2 S0 4 and the pH of the positive electrode compartment obtained in the positive electrode compartment of Example 1. FIG. FIG. 16 shows the first and second electrodes in Example 1 2. When the voltage of 5 V and 3 is applied, it is a graph showing the change of concentration of inorganic carbon in the second compartment with time.
【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】  [Specific contents to carry out invention]
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법과 이산화탄소 분리 시스템 등에 대해 설명하기로 한다.  Hereinafter, a method of separating carbon dioxide and a carbon dioxide separation system according to a specific embodiment of the present invention will be described.
발명의 일 구현예에 따르면, 양극; 음극; 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 이온 교환막; 및 상기 이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 양극 구획과 음극 구획을 포함하는 장치를 이용한 이산화탄소의 분리 방법으로, 양극 및 음극에 전압이 인가되면 수산화 이온이 발생하는 음극 구획에서 이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성하는 제 1 단계; 및 상기 탄산계 이온 또는 이의 염을 음극 구획에서, 양극 및 음극에 전압이 인가되면 수소 이온이 발생하는 양극 구획으로 이동시켜 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하는 제 2 단계를 포함하는 이산화탄소의 분리 방법이 제공된다. 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 전기화학시스템을 기반으로 하여 저에너지로 산업폐기가스 등으로부터 이산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있다. 이에 따라, 상기 이산화탄소의 분리 방법은 기존의 CCUS (Carbon Capture Ut i l izat ion and Storage) 기술의 전체 비용 중 50 내지 70%를 차지하는 포집 공정을 대체하여 경제적인 CCUS 기술을 제공할 수 있으며, 이를 통해 산업폐기가스 등으로부터 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 효율적으로 제거할 수 있다. According to one embodiment of the invention, the anode; cathode; An ion exchange membrane positioned between the anode and the cathode; And a method of separating carbon dioxide using a device including a pair of anode compartments and cathode compartments separated by the ion exchange membrane, wherein a mixed gas including carbon dioxide in a cathode compartment in which hydroxide ions are generated when a voltage is applied to the anode and the cathode A first step of capturing carbon dioxide within to produce carbonic acid-based ions or salts thereof; And a second step of transferring the carbonate-based ions or salts thereof from the cathode compartment to the anode compartment where hydrogen ions are generated when voltage is applied to the anode and the cathode, and converting the carbonate-based ions or salts thereof into carbon dioxide. A separation method of is provided. Carbon dioxide separation method according to the embodiment is an electrochemical system Based on the low energy, carbon dioxide can be selectively separated from industrial waste gas. Accordingly, the carbon dioxide separation method can provide an economical CCUS technology by replacing the capture process that occupies 50 to 70% of the total cost of the existing carbon capture technology (CCUS) technology, thereby Carbon dioxide, a representative greenhouse gas, can be efficiently removed from industrial waste gas.
상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 고순도의 농축된 이산화탄소를 제공할 수 있다. 따라서, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 초고순도의 이산화탄소를 필요로 하는 분야, 예를 들면, 전구체로서 이산화탄소가 사용되는 화학 반웅 공정 등에 유용한 이산화탄소를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.  Separation method of carbon dioxide according to the embodiment may provide a high purity concentrated carbon dioxide. Therefore, the method of separating carbon dioxide according to the embodiment is expected to provide carbon dioxide useful in fields requiring ultra-high purity carbon dioxide, for example, chemical reaction processes in which carbon dioxide is used as a precursor.
또한, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 이산화탄소의 포집제로 대표적인 포집제인 아민계 포집제 혹은 암모니아 대신 물의 전기 분해로 생성된 수산화 이온을 사용하기 때문에 이산화탄소 포집 후 포집제를 재활용하기 위해 재생성하는 별도의 공정이 필요하지 않다는 장점이 있다.  In addition, the method for separating carbon dioxide according to the embodiment uses a hydroxide ion generated by electrolysis of water instead of an amine-based collector or ammonia, which is a representative collector for carbon dioxide, so that it is regenerated to recycle the collector after carbon dioxide capture. The advantage is that no separate process is required.
이하, 도 1을 참조하여 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법을 상세하게 설명한다.  Hereinafter, a method of separating carbon dioxide according to the embodiment will be described in detail with reference to FIG. 1.
도 1을 참조하면, 상기 이산화탄소의 분리 방법은 양극 (anode) ; 음극 (cathode) ; 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 이온 교환막 ( ion exchange membrane ; I EM) ; 및 상기 이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 양극 구획 (anode compartment; AC)과 음극 구획 (cathode compartment; CC)을 포함하는 장치를 이용하여 구현될 수 있다. 본 명세서에서 상기 장치는 전기분해장치로 호칭될 수 있다.  Referring to Figure 1, the carbon dioxide separation method is an anode (anode); Cathode; An ion exchange membrane (I EM) positioned between the anode and the cathode; And a pair of anode compartments (AC) and cathode compartments (CC) separated by the ion exchange membrane. In the present specification, the device may be referred to as an electrolysis device.
상기 전기분해장치에서 양극 및 음극에 전압이 인가되면, 앙극 구획에서는 산화 반웅이 일어나고, 음극 구획에서는 환원 반웅이 일어날 수 있다. 이에 따라, '양극 (anode) '은 '산화 전극'이라 호칭될 수 있고, '음극 (cathode) '은 '환원 전극'이라호칭될 수 있다.  When voltage is applied to the anode and the cathode in the electrolysis device, an oxidation reaction may occur in the anode compartment and a reduction reaction may occur in the cathode compartment. Accordingly, the 'anode' may be referred to as an 'oxide electrode' and the 'cathode' may be referred to as a 'reduction electrode'.
상기 양극 및 음극에 전압이 인가되면 양극 구획에서는 수소 이은이 발생하고, 음극 구획에서는 수산화 이온이 발생할 수 있다ᅳ 일 예로, 양극 구획 내에 양극이 설치되어 있다면 하기 식 1 또는 식 2와 같이 산화 반응으로 인해 수소 이온이 발생할 수 있다. When voltage is applied to the anode and the cathode, hydrogen silver may be generated in the anode compartment, and hydroxide ions may be generated in the cathode compartment. For example, if an anode is installed in the anode compartment, hydrogen ions may be generated due to an oxidation reaction as shown in Equation 1 or 2 below.
[식 1]  [Equation 1]
2H20→ 4H+ + 02 + 4e" 2H 2 0 → 4H + + 0 2 + 4e "
[식 2]  [Equation 2]
¾ → 2H+ + 2e一 ¾ → 2H + + 2e 一
그리고, 음극 구획 내에 음극이 설치되어 있다면 하기 식 3과 같이 환원 반웅으로 인해 수산화 이온이 발생할수 있다.  In addition, if the negative electrode is installed in the negative electrode compartment, hydroxide ions may be generated due to the reduction reaction as shown in Equation 3 below.
[식 3]  [Equation 3]
2¾0 + 2 & → 20H" + 2¾0 + 2 & → 20H " +
다른 일 예로, 후술한 바와 같이 상기 전기분해장치가 바이폴라막을 포함한다면 (도 3 내지 도 6 참조), 적어도 하나 이상의 양극 구획 및 음극 구획은 바이폴라막과 접해 있을 수 있다. 그리고 양극 및 음극에 전압이 인가되면, 바이폴라막에 의해 물이 수소 이온과 수산화 이은으로 분리된다. 상기 수소 이온과 수산화 이온은 전기적 인력에 의해 이동하는데 이에 따라 바이폴라막에 접해 있는 양극 구획에는 수소 이온이 공급되고 바이폴라막에 접해 있는 음극 구획에는 수산화 이온이 공급된다.  As another example, as described below, if the electrolysis apparatus includes a bipolar membrane (see FIGS. 3 to 6), at least one anode compartment and the cathode compartment may be in contact with the bipolar membrane. When voltage is applied to the anode and the cathode, water is separated into hydrogen ions and silver hydroxide by the bipolar membrane. The hydrogen ions and the hydroxide ions are moved by the electrical attraction, so that hydrogen ions are supplied to the anode compartment in contact with the bipolar membrane and hydroxide ions are supplied to the cathode compartment in contact with the bipolar membrane.
따라서, 양극 및 음극에 전압이 인가되어 수소 이온이 발생하는 영역을 양극 구획이라 정의하고, 수산화 이온이 발생하는 영역을 음극 구획이라 정의한다.  Therefore, a region where hydrogen ions are generated by applying voltage to the anode and the cathode is defined as a cathode compartment, and a region where hydroxide ions are generated is defined as a cathode compartment.
상기 전기분해장치의 안정적인 구동과 이산화탄소의 높은 포집 효율 및 재전환 효율을 위하여, 상기 양극 구획과 음극 구획은 전해질이 녹아있는 용매로 채워질 수 있다. 상기 용매는 물일 수 있으며, 전해질은 물에 녹아 양이온 및 음이온으로 해리될 수 있는 다양한 염일 수 있다. 비제한적인 예로, 전해질은 염산염, 황산염, 질산염, 탄산염, 수산화물, 산화물 흑은 있다. 보다 구체적으로, 상기 전해질은 염화나트륨, 염화칼륨, 염화리튬, 염화루비둠 : , 염화칼슴, 염화마그네슴, 황산나트륨, 황산칼륨, 황산리튬, 황산루비듐 : , 황산칼슘, 황산마그네슘, 질산나트륨, 질산칼륨, 질산리튬, 질산루비듐 , 질산칼슘, 질산마그네슘, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산리튬, 탄산루비듐 : , 탄산칼슘, 탄산마그네슴, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 수산화루비듐, 수산화칼슴, 수산화마그네슴, 산화나트륨 산화칼륨, 산화리튬, 산화루비듐, 산화칼슴, 산화마그네슴, 산화알루미늄 또는 이들의 흔합물일 수 있다. For stable operation of the electrolysis device, high capture efficiency and reconversion efficiency of carbon dioxide, the anode compartment and the cathode compartment may be filled with a solvent in which the electrolyte is dissolved. The solvent may be water, and the electrolyte may be various salts that can be dissolved in water and dissociated into cations and anions. Non-limiting examples of electrolytes include hydrochloride, sulfate, nitrate, carbonate, hydroxide, oxide black. More specifically, the electrolyte is sodium chloride, potassium chloride, lithium chloride, rubidium chloride : , calcium chloride, magnesium chloride, sodium sulfate, potassium sulfate, lithium sulfate, rubidium sulfate : , calcium sulfate, magnesium sulfate, sodium nitrate, potassium nitrate, Lithium nitrate, rubidium nitrate, calcium nitrate, magnesium nitrate, sodium carbonate, potassium carbonate, lithium carbonate, rubidium carbonate : Calcium carbonate, magnesium carbonate, Sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, rubidium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, sodium potassium oxide, lithium oxide, rubidium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, or a combination thereof.
상기 이산화탄소의 분리 방법에서는 양극 구획에서 수소 이온이 발생하고 음극 구획에서 수산화 이온이 발생하도록 상기 양극 및 음극에 전압을 인가할 수 있다. 인가 전압은 상기 양극 구획 및 음극 구획에 포함된 전해질의 종류 및 농도, 양극 구획에서 일어나는 산화 반웅 종류, 흑은 음극 구획에서 일어나는 환원 반응 종류 등에 따라 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 양극 및 음극에는 0.42 V 이상, 0.83 V 이상, 1.03 V 이상 흑은 2.06 V 이상이며, 10 V 이하, 7 V 이하, 5 V 이하, 4 V 이하, 3 V 이하 흑은 2 V 이하의 전압을 인가할 수 있다. 이러한 범위 내에서 흔합가스 내 이산화탄소를 적은 에너지로 효율적으로 분리할 수 있다.  In the separation method of carbon dioxide, a voltage may be applied to the anode and the cathode such that hydrogen ions are generated in the anode compartment and hydroxide ions are generated in the cathode compartment. The applied voltage may be adjusted according to the type and concentration of the electrolyte contained in the positive electrode compartment and the negative electrode compartment, the type of oxidation reaction occurring in the positive electrode compartment, the type of reduction reaction occurring in the black negative electrode compartment, and the like. Specifically, the positive electrode and the negative electrode are 0.42 V or more, 0.83 V or more, 1.03 V or more, black is 2.06 V or more, 10 V or less, 7 V or less, 5 V or less, 4 V or less, 3 V or less, and black is 2 V or less. The voltage of can be applied. Within this range, carbon dioxide in the mixed gas can be efficiently separated with little energy.
상기 일 구현예의 이산화탄소의 분리 방법에 따르면, 음극 구획에 흔합가스를 직접 공급하여 상기 음극 구획에서 흔합가스 내 이산화탄소를 포집할 수 있다. 이에 따라, 상기 이산화탄소의 분리 방법은 흔합가스 내 이산화탄소를 포집하기 위해 스크러버 등의 별도의 포집 장치를 구비할 필요가 없다는 이점이 있다.  According to the separation method of carbon dioxide of the embodiment, the mixed gas may be directly supplied to the negative electrode compartment to collect carbon dioxide in the mixed gas in the negative electrode compartment. Accordingly, the method of separating carbon dioxide has the advantage that it is not necessary to provide a separate collecting device such as a scrubber to collect carbon dioxide in the mixed gas.
상기 흔합가스는 양극 및 음극에 전압을 인가하기 전, 양극 및 음극에 전압을 인가함에 동시에, 흑은 양극 및 음극에 전압을 인가한 후에 음극 구획에 공급될 수 있다.  The mixed gas may be supplied to the cathode compartment before the voltage is applied to the anode and the cathode, at the same time as the voltage is applied to the anode and the cathode, and after the voltage is applied to the black anode and the cathode.
일 예로, 상기 흔합가스는 상기 양극 및 음극에 전압을 인가하여 수산화 이온을 층분히 생성시킨 후 음극 구획에 공급될 수 있다. 구체적으로, 상기 흔합가스는 양극 및 음극에 전압을 인가하여 수산화 이온이 층분히 생성됨에 따라 음극 구획의 pH가 약 10 내지 14, 약 11 내지 14, 약 12 내지 14, 약 13 내지 14, 약 10 내지 13 , 약 11 내지 13, 약 12 내지 13, 약 10 내지 12 , 약 11 내지 12 혹은 약 10 내지 11일 때, 음극 구획에 공급될 수 있다. 이러한 pH를 가지는 음극 구획에 흔합가스가 공급됨으로써 흔합가스 내 이산화탄소의 포집 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 흔합가스는 상기 음극 구획에 연속적으로 공급되거나 흑은 주기적으로 공급될 수 있다. 일 예로, 상기 흔합가스는 음극 구획의 pH가 상술한 범위에 도달할 때 주기적으로 공급될 수 있다. As an example, the mixed gas may be supplied to a cathode compartment after applying a voltage to the anode and the cathode to generate hydroxide ions in abundance. Specifically, the mixed gas has a pH of the cathode compartment of about 10 to 14, about 11 to 14, about 12 to 14, about 13 to 14, and about 10 as the hydroxide ions are generated by applying voltage to the anode and the cathode. To 13, about 11 to 13, about 12 to 13, about 10 to 12, about 11 to 12, or about 10 to 11, may be supplied to the cathode compartment. By supplying the mixed gas to the cathode compartment having such a pH, it is possible to improve the collection efficiency of carbon dioxide in the mixed gas. The mixed gas may be continuously supplied to the cathode compartment or black may be periodically supplied. For example, the mixed gas has a pH of the cathode compartment It may be supplied periodically when the above range is reached.
상기 이산화탄소의 분리 방법은 이산화탄소를 포함하고 있는 다양한 흔합가스로부터 순수한 이산화탄소를 분리하는 것이 가능하다. 이러한 흔합가스의 예로는 이산화탄소의 분리가 요구되는 흔합가스로서, 천연 가스 발전 시설, 시멘트 정제 공장 등에서 배출되는 산업폐기가스, 연료의 연소과정에서 배출되는 배기가스 등을 들 수 있다.  The carbon dioxide separation method is capable of separating pure carbon dioxide from various mixed gases containing carbon dioxide. Examples of such a mixed gas include a mixed gas requiring separation of carbon dioxide, industrial waste gas discharged from a natural gas power generation facility, a cement refining plant, and an exhaust gas discharged from a combustion process of fuel.
상기 흔합가스 내 이산화탄소의 비율은 특별히 한정되는 것은 아니나 2 부피 % 이상, 5 부피 % 이상, 10 부피 ¾> 이상, 15 부피 % 이상, 20 부피 % 이상, 30 부피 % 이상, 40 부피 % 이상 흑은 50 부피 % 이상일 수 있다. 이러한 범위에서 보다 순수하고 농축된 이산화탄소를 얻을 수 있다. 한편, 흔합가스에 포함된 이산화탄소 비율의 상한은 특별히 한정되지 않으며, 100 부피 % 이하, 90 부피 ¾> 이하, 80 부피 % 이하, 70 부피 % 이하, 60 부피 % 이하 50 부피 % 이하, 40 부피 % 이하, 30 부피 % 이하 흑은 20 부피 % 이하일 수 있다.  The ratio of carbon dioxide in the mixed gas is not particularly limited, but at least 2% by volume, at least 5% by volume, at least 10% by volume, at least 15% by volume, at least 20% by volume, at least 30% by volume, at least 40% by volume, It may be at least 50% by volume. In this range, more pure and concentrated carbon dioxide can be obtained. On the other hand, the upper limit of the ratio of carbon dioxide contained in the mixed gas is not particularly limited, 100 vol% or less, 90 vol% or less, 80 vol% or less, 70 vol% or less, 60 vol% or less 50 vol% or less, 40 vol% Or less, 30 volume% or less, black may be 20 volume% or less.
상기 음극 구획은 양극 및 음극에 전압이 인가되면 수산화 이온이 발생하는 영역이다. 따라서, 상기 제 1 단계에서는 하기 식 4에 따라 음극 구획에 공급된 흔합가스 내 이산화탄소를 상기 음극 구획에 존재하는 수산화 이온으로포집할수 있다.  The cathode compartment is a region where hydroxide ions are generated when a voltage is applied to the anode and the cathode. Therefore, in the first step, carbon dioxide in the mixed gas supplied to the cathode compartment may be collected as hydroxide ions present in the cathode compartment according to Equation 4 below.
[식 4]  [Equation 4]
C02 + OH"→ HC03 " C0 2 + OH " → HC0 3 "
상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법에서 흔합가스 내 이산화탄소는 상압 하에서 포집될 수 있다. 상압은 가압 또는 감압되지 않은 자연 그대로의 압력을 의미한다. 구체적으로, 상기 혼합가스 내 이산화탄소는 약 0. 100 내지 0. 102 MPa의 압력 범위에서 포집될 수 있다. 또한, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 제조 방법에서 흔합가스 내 이산화탄소는 약 15 내지 80 °C 흑은 약 15 내지 60°C의 온도에서 포집될 수 있다. 이에 따라, 산업폐기가스 흑은 배기가스 등의 흔합가스를 넁각하지 않고 바로 음극 구획에 공급하여 상기 흔합가스로부터 이산화탄소를 포집할 수 있다. In the method for separating carbon dioxide according to the embodiment, carbon dioxide in the mixed gas may be collected under normal pressure. Atmospheric pressure means natural pressure that is not pressurized or depressurized. Specifically, the carbon dioxide in the mixed gas may be collected in a pressure range of about 100. 0 to 100. 102 MPa. In addition, the carbon dioxide in the mixed gas in the method for producing carbon dioxide according to the embodiment may be collected at a temperature of about 15 to 80 ° C black or about 15 to 60 ° C. As a result, the industrial waste gas black can be supplied directly to the cathode compartment without notice of a mixed gas such as exhaust gas, and carbon dioxide can be collected from the mixed gas.
상기 흔합가스 내 이산화탄소가 포집되는 음극 구획의 pH는 약 4 이상, 약 5 이상, 약 6 이상, 약 7 이상, 약 8 이상, 약 9 이상, 약 10 이상, 약 11 이상 혹은 약 12 이상일 수 있으며, 약 14 이하, 약 13 이하 흑은 약 12 이하일 수 있다. 이 중에서도 이산화탄소의 선택적 포집을 위해 음극 구획의 pH는 약 10 내지 14, 약 11 내지 14, 약 12 내지 14, 약 13 내지 14, 약 10 내지 13, 약 11 내지 13 , 약 12 내지 13, 약 10 내지 12, 약 11 내지 12흑은 약 10 내지 11로 조절될 수 있다. The pH of the cathode compartment in which carbon dioxide is collected in the mixed gas is about 4 Or more, about 5 or more, about 6 or more, about 7 or more, about 8 or more, about 9 or more, about 10 or more, about 11 or more, or about 12 or more, about 14 or less, about 13 or less, and black may be about 12 or less. . Among them, the pH of the cathode compartment is about 10 to 14, about 11 to 14, about 12 to 14, about 13 to 14, about 10 to 13, about 11 to 13, about 12 to 13, and about 10 for the selective collection of carbon dioxide. 12 to 12, about 11 to 12 black may be adjusted to about 10 to 11.
한편, 흔합가스 내 이산화탄소는 수산화 이온에 의해 선택적으로 포집되어 탄산수소 이온 (HC03_)을 생성하는데 이러한 탄산수소 이온 (HCCV)은 pH가 높을수록 탄산 이온 (C03 2ᅵ)으로 변한다. 따라서, 상기 음극 구획에 공급된 흔합가스 내 이산화탄소는 수산화 이온에 의해 포집되어 탄산수소 이온 및 /또는 탄산 이온을 생성할 수 있다. 본 명세서에서는 탄산수소 이온 탄산 이온, 흑은 탄산수소 이온 및 탄산 이온의 흔합물을 통칭하기 위해 용어 '탄산계 이온'을사용하였다. Meanwhile, carbon dioxide in the mixed gas is selectively collected by hydroxide ions to generate hydrogen carbonate ions (HC0 3 _). The hydrogen carbonate (HCCV) is changed to carbonate (C0 3 2 ) as the pH is higher. Accordingly, carbon dioxide in the mixed gas supplied to the cathode compartment may be collected by hydroxide ions to generate hydrogen carbonate ions and / or carbonate ions. In this specification, the term 'carbonate-based ion' is used to collectively refer to a mixture of hydrogen carbonate ions, black hydrogen carbonate ions, and carbonate ions.
또한, 음극 구획에서 이산화탄소 포집이 계속 이루어지면, 음극 구획 내 탄산계 이온의 농도가 증가하게 되고, 일부 탄산계 이온이 전해질에서 해리된 양이온과 결합하여 염으로 침전될 수 있다. 따라서, 양극 및 음극에 전압을 인가하고 수산화 이온이 발생하는 음극 구획에 흔합가스를 공급하면 흔합가스 내 이산화탄소가 포집되어 탄산계 이온, 흑은 탄산계 이온과 이의 염, 흑은 탄산계 이온의 염이 생성될 수 있다.  In addition, if carbon dioxide is continuously collected in the cathode compartment, the concentration of carbonate ions in the cathode compartment increases, and some carbonate ions may bind to the cations dissociated in the electrolyte and precipitate as salts. Therefore, when a voltage is applied to the anode and the cathode and a mixed gas is supplied to the cathode compartment in which hydroxide ions are generated, carbon dioxide in the mixed gas is trapped to form carbonate ions, black carbonate ions and salts thereof, and salts of black carbonate ions. Can be generated.
이산화탄소의 포집 효율을 향상시키기 위해, 상기 음극 구획은 상술한 전해질 중에서도 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 흔합물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 음극 구획은 전해질로서 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산리튬, 탄산루비듐, 탄산칼슴, 탄산마그네슴, 수산화나트륨, 수산화칼륨 수산화리튬, 수산화루비듐, 수산화칼슘, 수산화마그네슴 흑은 이들이 흔합물을 포함할수 있다.  In order to improve the collection efficiency of carbon dioxide, the negative electrode compartment may include a carbonate, hydroxide black or a combination thereof among the above-mentioned electrolytes. More specifically, the negative electrode compartment includes electrolytes such as sodium carbonate, potassium carbonate, lithium carbonate, rubidium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate, sodium hydroxide, potassium hydroxide lithium hydroxide, rubidium hydroxide, calcium hydroxide, and magnesium hydroxide black. can do.
음극 구획에 전해질로서 공급된 탄산염은 양이온과 탄산 이은 (C03 2 )으로 해리되고, 상기 탄산 이온은 하기 식 5와 같이 흔합가스 내의 이산화탄소를 포집하여 탄산수소 이온을 생성할 수 있다. The carbonate supplied as an electrolyte to the cathode compartment is dissociated into cations and silver carbonate (C0 3 2 ), and the carbonate ions may collect carbon dioxide in a mixed gas to generate hydrogen carbonate ions as shown in Equation 5 below.
[식 5]  [Equation 5]
C02 + C03 2— + ¾0→ 2HC03 " 또한, 음극 구획에 전해질로서 공급된 수산화물도 양이온과 수산화 이온으로 해리되고, 상기 수산화 이온은 상기 식 4와 같이 흔합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산수소 이온을 생성할수 있다. C0 2 + C0 3 2 — + ¾0 → 2HC0 3 " In addition, the hydroxide supplied as an electrolyte to the cathode compartment is also dissociated into cations and hydroxide ions, and the hydroxide ions may collect carbon dioxide in a mixed gas as in Formula 4 to generate hydrogen carbonate ions.
이렇게 음극 구획에 전해질로서 공급된 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 흔합물로 인해, 초기 흔합가스 내 이산화탄소가 안정적으로 포집될 수 있다. 그리고, 양극 및 음극에 전압이 인가되어 생성되는 수산화 이온에 의해 흔합가스 내 이산화탄소가 연속적으로 포집될 수 있다.  In this way, the carbonate and hydroxide black supplied as electrolyte to the cathode compartment can stably capture carbon dioxide in the initial mixed gas. In addition, carbon dioxide in the mixed gas may be continuously collected by the hydroxide ions generated by applying voltage to the anode and the cathode.
전해질로 공급되는 탄산염에서 해리된 탄산 이온과 전해질로 공급되는 수산화물에서 해리되거나 흑은 양극 및 음극에 전압을 인가하여 생성된 수산화 이온은 흔합가스 내 이산화탄소를 선택적으로 포집하는 이점이 있고, 이후 이산화탄소로 재전환하는 제 2 단계에서 별도의 에너지를 공급할 필요 없이 이산화탄소를 재생성할 수 있다는 이점이 있다. 상기 전해질로 공급되는 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 흔합물의 농도는 이산화탄소의 포집 효율 및 경제성 등을 고려하여 적절하게 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질은 전해질의 포화 농도 이하의 농도로 음극 구획에 공급될 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 전해질은 포화 농도 대비 1% 내지 50%, 1% 내지 30% 흑은 22% 내지 28%로 공급될 수 있다. 일 예로, 탄산나트륨의 15°C에서의 포화 농도는 1.55 M이다. 따라서, 전해질로 탄산나트륨을 이용하는 경우 음극 구획 내에서 탄산나트륨의 농도가 15°C 기준 0.0155 내지 0.775 M, 0.0155 내지 0.465 M, 또는 0.341 내지 0.434 M이 되도록 탄산나트륨을 공급할 수 있다. 이러한 범위 내에서 경제적이며 효율적으로 이산화탄소를 포집할수 있다. Carbonate ions dissociated from the carbonate supplied to the electrolyte and hydroxide ions dissociated from the hydroxide supplied to the electrolyte or generated by applying voltage to the black anode and cathode have the advantage of selectively trapping carbon dioxide in the mixed gas, and then into carbon dioxide. In the second stage of reconversion, there is an advantage that carbon dioxide can be regenerated without a separate energy supply. The concentration of carbonates, hydroxide blacks, and mixtures thereof supplied to the electrolyte may be appropriately adjusted in consideration of carbon dioxide capture efficiency and economic efficiency. Specifically, the electrolyte may be supplied to the negative electrode compartment at a concentration below the saturation concentration of the electrolyte, and more specifically, the electrolyte is 1% to 50%, 1% to 30% black silver 22% to 28% relative to the saturation concentration Can be supplied. In one example, the saturated concentration of sodium carbonate at 15 ° C is 1.55 M. Therefore, in the case of using sodium carbonate as the electrolyte, sodium carbonate may be supplied so that the concentration of sodium carbonate in the negative electrode compartment is 0.0155 to 0.775 M, 0.0155 to 0.465 M, or 0.341 to 0.434 M based on 15 ° C. Within this range, carbon dioxide can be captured economically and efficiently.
상기 제 1 단계에서 이산화탄소가 포집되어 탄산계 이온 또는 이의 염이 충분히 생성되면, 탄산계 이은 또는 이의 염을 음극 구획에서 양극 구획으로 이동시킬 수 있다.  When carbon dioxide is collected in the first step to sufficiently generate carbonate-based ions or salts thereof, the carbonate-based silver or salts thereof may be moved from the cathode compartment to the anode compartment.
이산화탄소가 포집되어 탄산계 이은 또는 이의 염이 층분히 생성된 시점은 양극 구획 또는 음극 구획의 pH, 음극 구획의 전해액 내 탄산계 이온의 농도, 흑은 음극 구획의 전기전도도 등을 통해 확인할수 있다. 일 예로, 양극 및 음극에 전압이 인가되면 음극 구획에서는 수산화 이온이 발생하기 때문에 음극 구획은 높은 pH를 나타내거나, 흑은 상기 음극 구획에 전해질로 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 흔합물을 공급하여 음극 구획은 높은 pH를 나타낼 수 있다. 그러나, 상기 수산화 이은과 탄산 이온은 상기 식 4 및 식 5와 같이 이산화탄소를 포집하는테 사용되기 때문에 이산화탄소가 포집됨에 따라 음극 구획의 pH는 점점 낮아지게 된다. 본 발명자들의 실험 결과, 이산화탄소의 포집이 진행됨에 따라 음극 구획의 pH는 점차 낮아져 약 7 내지 9, 약 7 내지 8. 5 흑은 약 7. 5 내지 8. 5 사이의 일정한 값에 도달하여 유지되는 것을 확인하였다. 음극 구획의 pH가 일정한 값으로 유지된다는 것으로부터 음극 구획의 반웅이 평형에 도달했음을 알 수 있다. 따라서, 음극 구획의 pH가 약 7 내지 9 사이의 일정한 값을 유지하면, 음극 구획의 탄산계 이온 또는 이의 염을 양극 구획으로 이동시킬 수 있다. The time point when carbon dioxide is collected and the carbonic acid-based salts or salts thereof are generated can be confirmed by the pH of the anode compartment or the cathode compartment, the concentration of carbonate ions in the electrolyte of the cathode compartment, the electrical conductivity of the black cathode compartment, and the like. For example, when a voltage is applied to the anode and the cathode, hydroxide ions are generated in the cathode compartment, so that the cathode compartment exhibits a high pH, or black is the above. Carbonate, hydroxide black, or a mixture thereof is supplied to the cathode compartment as an electrolyte so that the cathode compartment can exhibit high pH. However, since the silver hydroxide and carbonate ions are used to capture carbon dioxide as in Equation 4 and Equation 5, as the carbon dioxide is collected, the pH of the cathode compartment is gradually lowered. As a result of the experiments of the inventors, the pH of the cathode compartment is gradually lowered as the carbon dioxide is collected so that a constant value between about 7 to 9, about 7 to 8. 5 black and about 7. 5 to 8. 5 is maintained. It was confirmed. It can be seen that the reaction of the cathode compartment has reached equilibrium from the fact that the pH of the cathode compartment is maintained at a constant value. Thus, if the pH of the negative electrode compartment maintains a constant value between about 7 and 9, the carbonate-based ions or salts thereof in the negative electrode compartment can be transferred to the positive electrode compartment.
다른 예로, 음극 구획에서 이산화탄소가 포집되는 동안 양극 구획에서는 계속적으로 수소 이온이 발생하여 양극 구획의 pH가 점점 낮아지게 된다. 따라서, 상기 양극 구획의 pH가 0 내지 3, 1 내지 3, 2 내지 3, 0 내지 2, 1 내지 2 흑은 0 내지 1이 되면, 음극 구획의 탄산계 이온 또는 이의 염을 양극 구획으로 이동시킬 수 있다.  As another example, while carbon dioxide is collected in the cathode compartment, hydrogen ions are continuously generated in the anode compartment, thereby lowering the pH of the anode compartment. Therefore, when the pH of the anode compartment is 0 to 3, 1 to 3, 2 to 3, 0 to 2, 1 to 2 black is 0 to 1, the carbonate-based ions or salts thereof in the cathode compartment are moved to the anode compartment. Can be.
또 다른 예로, 음극 구획 내 탄산계 이온의 농도를 직접 혹은 간접적으로 측정하여 탄산계 이온이 포화 농도 이상으로 생성되면, 예를 들어 포화 농도 이상으로 생성되면, 탄산계 이온 또는 이의 염을 음극 구획에서 양극 구획으로 이동시킬 수 있다.  In another example, when the concentration of carbonate ions in the cathode compartment is measured directly or indirectly, if the carbonate ions are produced above the saturation concentration, for example, above the saturation concentration, the carbonate ions or salts thereof are added to the cathode compartment. Can be moved to the anode compartment.
또 다른 예로, 음극 구획에서 이산화탄소가 포집됨에 따라 탄산계 이온의 농도가 증가하여 상기 음극 구획의 전기전도도가 증가하게 된다. 따라서, 음극 구획의 전기전도도를 측정하여 전기전도도의 증가량이 0 mS/cm 내지 50 mS/cm , 10 mS/cm 내지 50 mS/cm , 20 mS/cm 내지 50 mS/cm, 30 mS/cm 내지 50 mS/cm, 흑은 40 mS/cm 내지 50 mS/cm가 되면, 탄산계 이온 또는 이의 염을 음극 구획에서 양극 구획으로 이동시킬 수 있다.  As another example, as the carbon dioxide is collected in the cathode compartment, the concentration of carbonic acid ions increases to increase the electrical conductivity of the cathode compartment. Therefore, the electrical conductivity of the cathode compartment is measured to increase the electrical conductivity from 0 mS / cm to 50 mS / cm, 10 mS / cm to 50 mS / cm, 20 mS / cm to 50 mS / cm, and 30 mS / cm to When 50 mS / cm, black is 40 mS / cm to 50 mS / cm, carbonate-based ions or salts thereof can be moved from the cathode compartment to the anode compartment.
음극 구획에 포함된 탄산계 이온 또는 이의 염의 양극 구획으로 이동시키는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 저장소에서 상기 음극 구획 흑은 양극 구획으로 전해액 등을 공급하는 방법을 웅용하여 음극 구획에 포함된 전해액을 양극 구획으로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 탄산계 이온 또는 이의 염이 생성되는 음극 구획과 탄산계 이온 또는 이의 염이 공급되는 양극 구획 사이에 이동로 및 유체 유속 조절 장치 등이 설치될 수 있다. The method for transferring the carbonate-based ions or salts thereof into the anode compartment is not particularly limited, and the electrolyte solution contained in the cathode compartment may be anode by using a method of supplying an electrolyte solution or the like from the reservoir to the cathode compartment or the anode compartment. Can be moved to a compartment Accordingly, carbonic acid ions Alternatively, a moving path and a fluid flow rate regulating device may be installed between the cathode compartment in which the salt thereof is formed and the anode compartment in which the carbonate-based ion or the salt thereof is supplied.
음극 구획에서 생성된 탄산계 이온 또는 이의 염의 농도가 일정 수준 이상이 될 때마다 음극 구획의 탄산계 이온 또는 이의 염을 양극 구획으로 주기적으로 이동시킬 수 있다 .  Whenever the concentration of carbonate-based ions or salts thereof generated in the cathode compartment is above a certain level, the carbonate-based ions or salts thereof in the cathode compartment may be periodically moved to the anode compartment.
양극 구획으로 이동되는 탄산계 이온 또는 이의 염의 함량은 양극 구획에서 얻고자 하는 이산화탄소의 함량에 따라조절될 수 있다.  The content of the carbonate-based ions or salts thereof transferred to the anode compartment may be adjusted according to the amount of carbon dioxide to be obtained in the anode compartment.
음극 구획으로부터 공급된 탄산계 이온 또는 이의 염은 양극 구획에서 이산화탄소로 재전환된다. 구체적으로, 양극 구획은 양극 및 음극에 전압이 인가되면 수소 이은이 발생되는 영역으로, 이러한 양극 구획에 탄산계 이온 또는 이의 염이 공급되면, 하기 식 6 및 식 7과 같이 pH 평형 유지 원리에 따라 이산화탄소로 전환될 수 있다. 구체적으로, 전해액에 용해된 탄산 이은 흑은 탄산염으로부터 해리된 탄산 이온은 하기 식 6과 같이 탄산수소 이온으로 전환되며, 탄산수소 이온은 하기 식 7과 같이 이산화탄소로 전환될 수 있다.  Carbonic acid ions or salts thereof supplied from the cathode compartment are reconverted to carbon dioxide in the anode compartment. Specifically, the anode compartment is a region in which hydrogen is generated when a voltage is applied to the anode and the cathode, and when a carbonate-based ion or a salt thereof is supplied to the anode compartment, according to the equation of pH equilibrium as shown in Equations 6 and 7 below. Can be converted to carbon dioxide. Specifically, the carbonate dissociated from the carbonate or black carbonate dissolved in the electrolyte may be converted to hydrogen carbonate ions as shown in Equation 6 below, and the hydrogen carbonate ions may be converted to carbon dioxide as shown in Equation 7 below.
[식 6]  [Equation 6]
C03 2" + H+ → HC( C0 3 2 " + H + → HC (
[식 7]  [Equation 7]
HC03 " + H+ → C02 + H20 HC0 3 " + H + → C0 2 + H 2 0
특히, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법에서는 포집제로 탄산 이온 흑은 수산화 이온을 사용하기 때문에 별도의 첨가제를 첨가하거나 에너지를 공급하지 않고, 포집된 이산화탄소를 이산화탄소로 재전환할 수 있다.  In particular, in the method for separating carbon dioxide according to the embodiment, since carbonate black or black hydroxide ions are used as the trapping agent, the collected carbon dioxide may be reconverted into carbon dioxide without adding an additive or supplying energy.
상기 제 2 단계는 상압 하에서 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄산계 이온 또는 이의 염은 약 0. 100 내지 0. 102 MPa의 압력 범위에서 이산화탄소로 재전환될 수 있다.  In the second step, carbonic acid-based ions or salts thereof may be converted into carbon dioxide under normal pressure. Specifically, the carbonate-based ions or salts thereof may be reconverted to carbon dioxide at a pressure in the range of about 0.1 to 100 MPa.
또한, 상기 제 2 단계에서 탄산계 이온 또는 이의 염은 약 15 내지 80 °C 흑은 약 15 내지 60 °C의 온도에서 이산화탄소로 재전환될 수 있다. 이에 따라, 산업폐기가스 흑은 배기가스 등의 흔합가스를 넁각하지 않고 바로 사용하더라도 흔합가스로부터 이산화탄소를 우수한 효율로 분리할 수 있다. In the second step, the carbonate-based ions or salts thereof may be reconverted to carbon dioxide at a temperature of about 15 to 80 ° C. black or about 15 to 60 ° C. Accordingly, even if the industrial waste gas black or the mixed gas such as the exhaust gas is used immediately without notice, carbon dioxide can be separated from the mixed gas with excellent efficiency.
상기 탄산계 이온 또는 이의 염이 이산화탄소로 재전환되는 양극 구획의 pH는 약 7 이하, 약 6 이하, 약 5 이하, 약 4 이하, 약 3 이하 흑은 약 2 이하일 수 있으며, 약 0 이상, 약 1 이상 흑은 약 2 이상일 수 있다. 이 중에서도 이산화탄소로의 효율적인 재전환을 위해 양극 구획의 pH는 약 0 내지 6 , 약 0 내지 5 , 약 0 내지 4, 약 0 내지 3, 약 0 내지 2, 약 0 내지 1 , 약 1 내지 6, 약 1 내지 5 , 약 1 내지 4, 약 1 내지 3, 약 2 내지 6, 약 2 내지 5, 약 2 내지 4흑은 약 2 내지 3으로 조절될 수 있다.  The pH of the anode compartment in which the carbonic acid ion or salt thereof is reconverted to carbon dioxide may be about 7 or less, about 6 or less, about 5 or less, about 4 or less, about 3 or less, and black may be about 2 or less, about 0 or more, or about One or more blacks may be about two or more. Among them, the pH of the anode compartment is about 0 to 6, about 0 to 5, about 0 to 4, about 0 to 3, about 0 to 2, about 0 to 1, about 1 to 6, for efficient reconversion to carbon dioxide. About 1 to 5, about 1 to 4, about 1 to 3, about 2 to 6, about 2 to 5, about 2 to 4 black may be adjusted to about 2 to 3.
한편, 물의 산화 반웅을 통해 수소 이온을 발생시키는 경우에 비하여 수소 가스의 산화 반응을 통해 수소 이온을 발생시키는 경우 더 낮은 전압을 필요로 한다. 음극 구획에서는 상기 식 3에 따라 수소 가스가 발생하는데 이러한 수소 가스를 음극 구획에서 양극 구획으로 이동시켜 에너지를 보다 절약할수 있다.  On the other hand, a lower voltage is required when generating hydrogen ions through the oxidation reaction of hydrogen gas than when generating hydrogen ions through oxidation reaction of water. In the cathode compartment, hydrogen gas is generated according to Equation 3, and the hydrogen gas is moved from the cathode compartment to the anode compartment to save more energy.
구체적으로, 제 2 단계에서 탄산계 이온 또는 이의 염을 상기 식 2와 같이 수소 가스의 산화 반웅을 통해 생성된 수소 이온에 의해 이산화탄소로 전환하는 경우, 양극 및 음극에는 0.83 V 내지 2 V의 전압을 인가할 수 있다. 이러한 범위의 전압을 인가함으로써 이산화탄소를 분리하는데 들어가는 에너지를 크게 절감할 수 있다. 또한, 물이 산화되어 수소 이온과 산소 가스를 발생시키기 위한 이론 전압은 2.06 V이다. 따라서, 전압 범위를 상기와 같이 조절함으로써 양극 구획에서 산소 가스가 발생하는 것을 억제함에 따라 이산화탄소의 순도를 향상시킬 수 있다.  Specifically, when the carbonic acid-based ions or salts thereof are converted into carbon dioxide by hydrogen ions generated through oxidation reaction of hydrogen gas in the second step, a voltage of 0.83 V to 2 V is applied to the anode and the cathode. Can be authorized. Applying a voltage in this range can significantly reduce the energy required to separate carbon dioxide. In addition, the theoretical voltage for oxidizing water to generate hydrogen ions and oxygen gas is 2.06V. Therefore, the purity of carbon dioxide can be improved by suppressing generation of oxygen gas in the anode compartment by adjusting the voltage range as described above.
한편, 흔합가스 내 이산화탄소의 비율이 증가할수록 제 1 단계의 이산화탄소의 포집 효율이 향상되고, 제 2 단계를 통해 얻어지는 이산화탄소의 순도 및 수율이 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 제 1 단계 전에 흔합가스를 전처리할 수 있다.  On the other hand, as the ratio of carbon dioxide in the mixed gas increases, the collection efficiency of carbon dioxide in the first stage may be improved, and the purity and yield of carbon dioxide obtained through the second stage may be improved. Accordingly, the method of separating carbon dioxide according to the embodiment may pretreat the mixed gas before the first step.
일 예로, 음극 구획에 흔합가스를 공급하기 전 흔합가스를 용매와 접촉시켜 흔합가스로부터 이산화탄소 외의 다른 가스를 제거할 수 있다. 상기 흔합가스로 상술한 산업폐기가스 등올 이용하는 경우 흔합가스는 이산화탄소 외에도 S0X) HF, HC1, NH3, Cl2, SiF4) 02, N2, CO, N0X, SH2등의 가스를 포함할 수 있다. For example, before the mixed gas is supplied to the cathode compartment, the mixed gas may be contacted with a solvent to remove other gases other than carbon dioxide from the mixed gas. In the case of using the above-described industrial waste gas as the mixed gas, the mixed gas may include gases such as S0 X) HF, HC1, NH 3 , Cl 2 , SiF 4) 0 2 , N 2 , CO, N0 X , SH 2 in addition to carbon dioxide. It may include.
C¾는 pH가 3.5 내지 5.5인 물에 잘 용해되지 않지만, S0X, HF, HC1, NH3, Cl2, SiF4 등은 원활하게 용해될 수 있다. 따라서, 상기 흔합가스를 pH가 약 3.5 내지 7, 약 3.5 내지 6, 약 3.5 내지 5.5, 약 3.5 내지 5 흑은 약 3.5 내지 4의 물과 접촉시켜 혼합가스로부터 C02 보다 상기 pH 범위의 물에 대한 용해도가 높은 가스, 예를 들면, S0X, HF, HC1, N¾, Cl2) SiF4 등의 가스를 미리 제거할수 있다. C¾ may be a pH of 3.5 to 5.5 which is not very soluble in water, S0 X, HF, HC1, NH 3, Cl 2, SiF 4 and so on is smoothly dissolved. Thus, the heunhap gas a pH in water of about 3.5 to 7, 3.5 to 6, from about 3.5 to 5.5, the pH range than C0 2 from the gas mixture about 3.5 to 5 black is brought into contact with from about 3.5 to 4 water A gas with high solubility in water, for example, S0 X , HF, HC1, N¾, Cl 2) SiF 4, etc., can be removed in advance.
구체적으로, 상기 혼합가스를 상기 pH 범위의 물이 담긴 용기 흑은 관 등을 통과시키거나 흑은 상기 혼합가스가 지나가는 흐름에 상기 pH 범위의 물을 분사하여 흔합가스 내 ω2 외의 다른 가스를 미리 제거할 수 있다. Specifically, the mixed gas is passed through a container, a black tube, or the like, containing the water in the pH range, or the black is sprayed with the water in the pH range to the flow of the mixed gas passes in advance to other gases other than ω 2 in the mixed gas in advance. Can be removed
일 예로, 상기 흔합가스를 전처리하는 단계는 스크러버 (scrubber)를 이용하여 수행될 수 있다. 구체적으로, 스크러버에 상기 pH 범위의 물을 채운 후 스크러버 내부로 다공분사판 (sparger) 등을 통해 흔합가스를 고압 분산시킴으로써 전처리된 흔합가스를 얻을 수 있다. 또한, 스크러버 입구에 흔합가스 공급한 후 혼합가스의 흐름에 상기 pH 범위의 물을 분사하여 스크러버의 출구로부터 전처리된 혼합가스를 얻을 수도 있다.  For example, the pretreatment of the mixed gas may be performed using a scrubber. Specifically, the pretreated mixed gas may be obtained by filling the scrubber with water in the pH range and dispersing the mixed gas under a high pressure through a sparger. In addition, after the mixed gas is supplied to the scrubber inlet, water of the pH range may be injected into the flow of the mixed gas to obtain a pretreated mixed gas from the outlet of the scrubber.
또한, 이러한 전처리 단계에서 제거되지 않은 C02 외의 다른 가스는 음극 구획의 높은 pH의 전해액에 용해되지 않아 자연스럽게 제거될 수 있다. 구체적으로, 흔합가스 내 02, N2, CO, N0X, SH2 등의 가스는 음극 구획의 높은 pH의 전해액에 용해되지 않아 이러한 가스를 포함하는 흔합가스를 음극 구획에 공급하더라도 흔합가스로부터 C02를 선택적으로 포집할 수 있다. 한편, 본 발명자들은 많은 연구 끝에 상기 흔합가스가 C02 및 S02를 포함할 경우 S02가 C02의 포집 효율 및 재전환 효율을 향상시킨다는 사실을 발견하였다. 따라서, 흔합가스가 ω2 및 so2를 포함한다면, 전처리 공정을 생략하더라도 보다 효율적으로 흔합가스로부터 이산화탄소를 분리할 수 있다. 또한, 이산화탄소의 분리와 함께 S02로부터 황산 이온 (S04 2— )을 수득할 수 있다. 구체적으로, 상술한 대로 흔합가스를 음극 구획에 공급하면 , 흔합가스 내 이산화탄소는 상기 식 4와 같이 음극 구획에 존재하는 수산화 이온에 의해 포집된다. 그리고, 상기 흔합가스 내 이산화황은 하기 식 8과 같이 음극 구획에 존재하는 수산화 이온에 의해 포집될 수 있다. In addition, gases other than C0 2 not removed in this pretreatment step may not be dissolved in the high pH electrolyte in the cathode compartment and may be removed naturally. Specifically, the gas such as 0 2 , N 2 , CO, N0 X , SH 2 in the mixed gas does not dissolve in the high pH electrolyte of the cathode compartment, and thus the mixed gas containing such gas is supplied from the mixed gas even if the mixed gas containing the gas is supplied to the cathode compartment. You can optionally collect C0 2 . On the other hand, the inventors have found that after a lot of research, when the mixed gas contains C0 2 and S0 2 , SO 2 improves the capture efficiency and reconversion efficiency of CO 2 . Therefore, if the mixed gas contains ω 2 and so 2 , carbon dioxide can be separated from the mixed gas more efficiently even if the pretreatment step is omitted. In addition, sulfate ions (SO 4 2 —) can be obtained from SO 2 with the separation of carbon dioxide. Specifically, when the mixed gas is supplied to the cathode compartment as described above, carbon dioxide in the mixed gas is collected by the hydroxide ions present in the cathode compartment as shown in Equation 4 above. In addition, sulfur dioxide in the mixed gas may be collected by hydroxide ions present in the cathode compartment as shown in Equation 8.
[식 8]  [Equation 8]
S02 + OH"→ S03 2— + H+ S0 2 + OH " → S0 3 2 — + H +
이때, 흔합가스를 전처리하지 않아 흔합가스에는 N0X가 포함되어 있을 수 있다. 그러나, 상술한 대로 Ν0Χ는 음극 구획의 높은 ρΗ의 전해액에 용해되지 않는다. 따라서, Ν0Χ는 흔합가스를 음극 구획에 공급할 때 전해액에 녹아 들어가지 않아 제거될 수 있다. In this case, the mixed gas may not be pretreated so that the mixed gas may contain NO x . However, as described above Ν0 Χ is not dissolved in an electrolytic solution of high ρΗ the cathode compartment. Thus, Ν0 Χ can be removed not to enter the melt electrolyte to supply the gas to the cathode compartment heunhap.
상기 식 8과 같이 상기 수산화 이온에 의한 이산화황의 포집이 계속 이루어지면, 탄산계 이온과 마찬가지로, 음극 구획 내 아황산 이온 (sul f ite S03 2ᅵ)의 농도가 증가하게 되고, 일부 아황산 이온이 전해질 등에서 유래한 양이온과 결합하여 염으로 침전될 수 있다. 따라서, 양극 및 음극에 전압을 인가하고 수산화 이온이 발생하는 음극 구획에 흔합가스를 공급하면 흔합가스 내 이산화탄소가 포집되어 탄산계 이온, 흑은 탄산계 이온과 이의 염, 흑은 탄산계 이온의 염이 생성되며, 흔합가스 내 이산화황이 포집되어 아황산 이온, 혹은 아황산 이온과 이의 염, 흑은 아황산 이온의 염이 생성될 수 있다. If sulfur dioxide is continuously collected by the hydroxide ions as shown in Equation 8, the concentration of sulfite ions (sul fite s0 3 2 ᅵ ) in the cathode compartment is increased, similar to the carbonate ions, and some sulfite ions are electrolytes. It may be precipitated as a salt in combination with a cation derived from and the like. Therefore, when a voltage is applied to the anode and the cathode and a mixed gas is supplied to the cathode compartment in which hydroxide ions are generated, carbon dioxide in the mixed gas is trapped to form carbonate ions, black carbonate ions and salts thereof, and salts of black carbonate ions. And sulfur dioxide in the mixed gas may be collected to form sulfite ions, sulfite ions and salts thereof, and salts of black sulfite ions.
그리고, 상술한 대로, 탄산계 이온 또는 이의 염과 함께 아황산 이온 또는 이의 염을 음극 구획에서 양극 구획으로 이동시켜 양극 구획에서 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하고, 아황산 이온 또는 이의 염으로부터 황산 이온 또는 이의 염을 생성할 수 있다. 상기 제 2 단계는 달리 설명되어 있지 않는 한, 탄산계 이온 또는 이의 염과 함께 아황산 이은 또는 이의 염을 음극 구획에서 양극 구획으로 이동시킨 것을 제외하고 상술한 바와 같이 수행될 수 있다.  Then, as described above, the sulfite ions or salts thereof along with the carbonate ions or salts thereof are moved from the cathode compartment to the anode compartment to reconvert the carbonate ions or salts thereof to carbon dioxide in the anode compartment and from the sulfite ions or salts thereof. Sulfate ions or salts thereof can be produced. The second step can be carried out as described above, except that the disulfide or sulfite along with the carbonate ions or salts thereof is moved from the cathode compartment to the anode compartment, unless otherwise noted.
상기 양극 구획으로 공급된 아황산 이온 또는 이의 염으로부터 해리된 아황산 이온은 하기 식 9와 같이 물과 반웅하여 수소 이온을 발생시킬 수 있다.  The sulfite ions dissociated from the sulfite ions or salts thereof supplied to the anode compartment may react with water to generate hydrogen ions as shown in Equation 9 below.
[식 9] S03'" + H20 → SO " + 2W + 2 [Equation 9] S0 3 '" + H 2 0 → SO " + 2W + 2
양극 구획으로 공급된 탄산계 이온 또는 이의 염은 수소 이온에 의해 이산화탄소로 재전환되므로, 수소 이온을 발생시키는 아황산 이온으로부터 황산 이온을 생성하는 반웅은 이산화탄소의 재전환 반응을 촉진시킬 수 있다. 또한 아황산 이온으로부터 생성된 황산 이온은 양극 구획 내의 총 이온량을 증가시켜 전기전도도를 향상시킬 수 있다.  Since the carbonate-based ions or salts thereof supplied to the anode compartment are reconverted to carbon dioxide by hydrogen ions, reactions that generate sulfate ions from sulfite ions generating hydrogen ions can promote the reconversion reaction of carbon dioxide. In addition, sulfate ions generated from sulfite ions can improve the electrical conductivity by increasing the total amount of ions in the anode compartment.
한편, 양극 구획과 음극 구획이 양이온 교환막에 의해 분리되는 경우 수소 이온은 전기적 인력에 의해 양이온 교환막을 통과하여 음극 구획으로 이동할 수 있다. 그러나, 이러한 경우에도 양극 구획으로 아황산 이온 또는 이의 염이 공급되면 상기 식 9와 같이 수소 이온을 추가적으로 발생시키기 때문에 이산화탄소 재전환 효율을 저하시키지 않을 수 있다.  On the other hand, when the anode compartment and the cathode compartment are separated by the cation exchange membrane, hydrogen ions may move through the cation exchange membrane by the electrical attraction to the cathode compartment. However, even in this case, when sulfite ions or salts thereof are supplied to the anode compartment, hydrogen ions are additionally generated as shown in Equation 9, so that the carbon dioxide reconversion efficiency may not be reduced.
한편, 상기 양극 구획에서는 상기 식 1과 같이 물의 산화 반웅으로 인해 수소 이온과 산소 가스가 발생한다. 이에 따라, 양극 구획에서 이산화탄소뿐 아니라 산소 가스도 방출되어 양극 구획에서 얻어지는 이산화탄소의 순도가 저하될 수 있다. 하지만, 양극 구획으로 공급된 아황산 이온 또는 이의 염으로부터 해리된 아황산 이온은 하기 식 10과 같이 산소와 반웅하여 황산 이온을 생성함으로써 양극 구획에서 발생하는 산소 가스를 소비할 수 있다. 이에 따라, 양극 구획에서 방출되는 이산화탄소의 순도를 향상시킬 수 있다.  Meanwhile, in the anode compartment, hydrogen ions and oxygen gas are generated due to the oxidation reaction of water as in Equation 1 above. Accordingly, not only carbon dioxide but also oxygen gas is released from the anode compartment, the purity of carbon dioxide obtained in the anode compartment may be reduced. However, sulfite ions dissociated from the sulfite ions or salts thereof supplied to the anode compartment may consume oxygen gas generated in the anode compartment by reacting with oxygen to generate sulfate ions as shown in Equation 10 below. Accordingly, it is possible to improve the purity of carbon dioxide emitted from the anode compartment.
[식 10]  [Equation 10]
2S¾2— + 02 → 2S04 22S¾ 2 — + 0 2 → 2S0 4 2
한편, 양극 구획에서 탄산계 이온 또는 이의 염으로부터 이산화탄소를 재전환하기 위해서는 수소 이온이 필요한데 이러한 수소 이온을 상기 식 1에 따른 물의 전기분해가 아닌 상기 식 9에 따른 아황산 이온 또는 이의 염의 산화 반웅을 통해 공급한다면, 양극 구획에서 산소 가스가 발생되는 것을 방지하여 고순도의 이산화탄소를 제공할수 있다. 구체적으로, 양극 구획에서 발생하는 산소 가스를 최소화하기 위해 상기 양극 및 음극에는 1.03 V 내지 2 V의 전압이 인가될 수 있디- . 물이 산화되어 수소 이온과 산소 가스를 발생시키기 위한 이론 전압은 2.06 V 이므로, 전압 범위를 상기와 같이 조절하여 산소 가스 발생을 억제할 수 있다. On the other hand, in the anode compartment, hydrogen ions are required to reconvert carbon dioxide from carbonate-based ions or salts thereof, and the hydrogen ions are subjected to oxidation reaction of sulfite ions or salts thereof according to Equation 9 rather than electrolysis of water according to Equation 1 above. If so, it is possible to prevent the generation of oxygen gas in the anode compartment to provide high purity carbon dioxide. Specifically, a voltage of 1.03 V to 2 V may be applied to the anode and the cathode to minimize the oxygen gas generated in the anode compartment. Since the theoretical voltage for oxidizing water to generate hydrogen ions and oxygen gas is 2.06 V, it is possible to suppress the generation of oxygen gas by adjusting the voltage range as described above. have.
한편, 상기 양극 구획은 촉매를 추가로 포함하여 상기 식 10의 반응을 촉진함에 따라 이산화탄소의 순도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 촉매로는 아황산 이온 (S¾2— )을 황산 이온 (S04 2— )으로 산화시키는 반옹을 촉진할 수 있는 모든 촉매를 사용할 수 있다. 일 예로, 상기 촉매는 Co2+, Fe2+ , Fe3+ , Mn2+ , Zn2+ , Au2+ 또는 Cu2+를 포함하는 화합물 및 Au, kg , Ru 또는 Ir 을 포함한 화합물로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상의 화합물일 수 있다. On the other hand, the anode compartment may further improve the purity of carbon dioxide by further including a catalyst to promote the reaction of the formula (10). As such a catalyst, any catalyst capable of promoting the reaction of oxidizing sulfite ions (S¾ 2 —) to sulfate ions (S0 4 2 —) may be used. For example, the catalyst is composed of a compound containing Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Mn 2+ , Zn 2+ , Au 2+ or Cu 2+ and a compound containing Au, kg, Ru or Ir It may be one or more compounds selected from the group.
상기 양극 구획에 촉매가 포함될 경우 산소 가스의 발생에 구애 받지 않고 이산화탄소의 포집 및 재전환에 최적화된 전압을 양극 및 음극에 인가할 수 있다. 구체적으로, 상기 양극에 촉매가 포함될 경우 양극 및 음극에는 0.83 V 내지 20 V, 0.83 V 내지 15 V 흑은 0.83 V 내지 10 V의 전압이 인가될 수 있다.  When the catalyst is included in the anode compartment, a voltage optimized for capture and reconversion of carbon dioxide may be applied to the anode and the cathode regardless of generation of oxygen gas. Specifically, when a catalyst is included in the anode, a voltage of 0.83 V to 20 V, 0.83 V to 15 V, or 0.83 V to 10 V may be applied to the anode and the cathode.
한편, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 제 2 단계 후에 다시 제 1 단계를 반복할 수 있다. 이에 따라, 계속적으로 흔합가스로부터 고순도 및 고농도의 이산화탄소를 분리해낼 수 있다.  On the other hand, in the carbon dioxide separation method according to the embodiment may repeat the first step after the second step. Thereby, high purity and high concentration of carbon dioxide can be separated continuously from the mixed gas.
상술한 제 1 및 제 2 단계는 상술한 전기분해장치를 이용하여 수행될 수 있다. 이하, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소 분리 방법에서 사용되는 전기분해장치에 대해 상세하게 설명한다.  The first and second steps described above may be performed using the electrolysis device described above. Hereinafter, the electrolysis device used in the carbon dioxide separation method according to the embodiment will be described in detail.
도 1을 참조하면, 상기 전기분해장치는 양극 (anode) ; 음극 (cathode) ; 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 이온 교환막 ( ion exchange membrane ; IEM) ; 및 상기 이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 양극 구획 (anode compartment; AC)과 음극 구획 (cathode compartment; CC)을 포함한다.  Referring to FIG. 1, the electrolysis device includes an anode; Cathode; An ion exchange membrane (IEM) positioned between the anode and the cathode; And a pair of anode compartments (AC) and cathode compartments (CC) separated by the ion exchange membrane.
상기 이온 교환막은 양이은 교환막 (cat ion exchange membrane ; CEM) 흑은 음이온 교환막 (anion exchange membrane ; AEM)일 수 있다. 상술한 대로, 음극 구획에서 흔합가스 내 이산화탄소는 수산화 이온에 의해 포집되고, 양극 구획에서 탄산계 이온 또는 이의 염은 수소 이온에 의하여 이산화탄소로 재전환될 수 있다. 만일 한 쌍의 양극 구획 및 음극 구획이 음이온 교환막에 의해 분리된다면, 수산화 이온이 전기적 인력에 의해 음이온 교환막을 통과하여 양극 구획으로 넘어가 이산화탄소의 포집 효율이 저하될 수 있다. 반면, 한 쌍의 양극 구획 및 음극 구획이 양이온 교환막에 의해 분리된다면, 수소 이온이 전기적 인력에 의해 양이온 교환막을 통과하여 음극 구획으로 넘어가 이산화탄소의 재전환 효율이 저하될 수 있다. 음이온 교환막의 경우 음이은 교환막을 통과하는 이온종이 수산화 이온뿐 이지만, 양이온 교환막의 경우 수소 이온 외에도 전해질로부터 해리된 양이온 등이 있다. 이러한 점을 고려할 때, 음이온 교환막에 의해 수산화 이온이 이동하여 이산화탄소의 포집 효율이 저하되는 정도가 양이온 교환막에 의해 수소 이온이 이동하여 .이산화탄소의 재전환 효율을 저하시키는 정도보다 크다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 1의 양극 구획 (AC)에 기재된 반웅식을 참조하면, 수산화 이온에 비하여 수소 이온은 공급되는 경로가 많다. 예를 들어, 음극 구획으로부터 공급된 수소 가스로부터 수소 이온을 얻을 수 있으며, 이산화탄소와 함께 이산화황을 포집하면, 아황산 이온으로부터 황산 이은이 생성되면서 수소 이온이 추가로 발생된다. 따라서, 한 쌍의 양극 구획 및 음극 구획이 하나의 이온 교환막에 의해 분리되는 경우 상기 이온 교환막으로 양이은 교환막올 채용할 수 있다. The ion exchange membrane may be a cat ion exchange membrane (CEM) or an anion exchange membrane (AEM). As described above, carbon dioxide in the mixed gas in the cathode compartment is captured by the hydroxide ions, and carbonic acid-based ions or salts thereof in the anode compartment may be converted back to carbon dioxide by hydrogen ions. If a pair of anode and cathode compartments are separated by an anion exchange membrane, hydroxide ions are passed through the anion exchange membrane by electrical attraction to the anode compartment to reduce the CO 2 capture efficiency. Can be degraded. On the other hand, if a pair of anode and cathode compartments are separated by a cation exchange membrane, hydrogen ions may pass through the cation exchange membrane by electrical attraction to the cathode compartment and the carbon dioxide reconversion efficiency may be lowered. In the case of the anion exchange membrane, only the ion species passing through the negative exchange membrane are hydroxide ions. In the case of the cation exchange membrane, in addition to the hydrogen ions, there are cations dissociated from the electrolyte. In view of this, it can be seen that the degree of reduction in the efficiency of carbon dioxide trapping by the migration of hydroxide ions by the anion exchange membrane is greater than the degree of reduction of the conversion efficiency of carbon dioxide by the movement of hydrogen ions by the cation exchange membrane. In addition, referring to the reaction formula described in the anode compartment AC of FIG. 1, hydrogen ions are supplied in many routes as compared with hydroxide ions. For example, hydrogen ions can be obtained from hydrogen gas supplied from the cathode compartment, and the collection of sulfur dioxide together with carbon dioxide generates additional hydrogen ions with the formation of disulfide sulphate from sulfite ions. Therefore, when the pair of anode and cathode compartments are separated by one ion exchange membrane, a different exchange membrane may be employed as the ion exchange membrane.
상기 한 쌍의 양극 구획 및 음극 구획이 하나의 이온 교환막에 의해 분리되는 경우 상기 이산화탄소의 분리 방법은 제 2 단계 후에 전해질을 재생성 단계를 추가로 포함할수 있다.  When the pair of anode compartments and the cathode compartments are separated by one ion exchange membrane, the separation method of carbon dioxide may further include a step of regenerating the electrolyte after the second step.
상기 전해질을 재생성하는 단계는 양극 구획 및 음극 구획의 전해액을 흔합하고, 균일하게 섞인 전해액을 양극 구획 및 음극 구획에 공급하여 수행할수 있다.  Regenerating the electrolyte may be performed by mixing the electrolyte solution in the positive electrode compartment and the negative electrode compartment, and supplying a uniformly mixed electrolyte solution to the positive electrode compartment and the negative electrode compartment.
보다 구체적으로 전해질을 재생성하는 단계는 양극 및 음극에 전압을 인가하여 양극 구획의 pH를 3 내지 5로 조절하고, 음극 구획의 pH를 11 내지 12로 조절한 후, 상기 양극 구획 및 음극 구획의 전해액을 흔합하여 pH 8 내지 10의 전해액을 생성하여 수행할 수 있다. 이렇게 생성된 pH 8 내지 10의 전해액을 다시 양극 구획 및 음극 구획에 공급할 수 있다.  More specifically, regenerating the electrolyte may be performed by applying a voltage to the positive electrode and the negative electrode to adjust the pH of the positive electrode compartment to 3 to 5, and to adjust the pH of the negative electrode compartment to 11 to 12, the electrolyte solution of the positive electrode compartment and the negative electrode compartment It can be carried out by producing an electrolyte solution of pH 8 to 10 by mixing. The electrolyte of pH 8 to 10 thus produced can be supplied to the positive electrode compartment and the negative electrode compartment again.
한편, 도 2를 참조하면, 이온 교환막으로 양이온 교환막 (CEM)과 음이온 교환막 (AEM)을 모두 채용할 수 있다. 구체적으로, 이러한 전기분해장치는 한 쌍의 양극 구획 (AC)과 음극 구획 (CC) 사이에 중간 구획 (middle compartment; MC)이 존재하도록 양극 구획 (AC)과 중간 구획 (MC)을 분리하는 음이온 교환막 (AEM)과 중간 구획 (MC)과 음극 구획 (CC)을 분리하는 양이온 교환막 (CEM)을 포함할 수 있다. Meanwhile, referring to FIG. 2, both a cation exchange membrane (CEM) and an anion exchange membrane (AEM) may be employed as the ion exchange membrane. Specifically, this electrolysis device is intermediate between a pair of anode compartments (AC) and cathode compartments (CC). Anion exchange membrane (AEM) separating the anode compartment (AC) and the intermediate compartment (MC) so that a middle compartment (MC) is present and a cation exchange membrane (CEM) separating the middle compartment (MC) and the cathode compartment (CC) It may include.
이러한 전기분해장치에서 양극 구획 (AC)에서 발생된 수소 이온은 전기적 인력에 의해 음극 구획 (CC) 쪽으로 향하지만 음이온 교환막 (AEM)에 의해 양극 구획에 머물게 되고, 음극 구획 (CC)에서 발생된 수산화 이온은 전기적 인력에 의해 양극 구획 (AC) 쪽으로 향하지만 양이온 교환막 (CEM)에 의해 음극 구획에 머물게 된다. 이에 따라, 상기 한 쌍의 양극 구획 및 음극 구획이 2 개의 이온 교환막에 의해 분리되는 경우 상술한 전해질을 재생성하는 단계를 생략할수 있다.  In such an electrolysis device, hydrogen ions generated in the anode compartment (AC) are directed toward the cathode compartment (CC) by electrical attraction, but remain in the anode compartment by the anion exchange membrane (AEM), and the hydroxide generated in the cathode compartment (CC). Ions are directed towards the anode compartment (AC) by electrical attraction but stay in the cathode compartment by the cation exchange membrane (CEM). Accordingly, when the pair of anode compartments and the cathode compartments are separated by two ion exchange membranes, the step of regenerating the above-described electrolyte may be omitted.
또한, 중간 구획 (MC)은 양이온 교환막 흑은 음이온 교환막의 화학적 흑은 물리적 결함에 따라 예기치 못하게 양극 구획 흑은 음극 구획으로부터 양이온 교환막 혹은 음이온 교환막을 통과한 양이온 흑은 음이온이 반대 구획으로 넘어가지 못하도록 완층 역할을 한다.  In addition, the intermediate compartment (MC) may unexpectedly prevent the cation exchange membrane from passing through the cation exchange membrane or the anion exchange membrane from the anode compartment black cathode compartment due to chemical black physical defects of the cation exchange membrane black anion exchange membrane so that the anion does not cross over to the opposite compartment. Play a role
상기 양극 및 음극에 전압이 인가되면 상기 중간 구획 (MC)에 존재하는 양이온은 양이온 교환막 (CEM)을 통해 음극 구획 (CC)으로 이동하고: 음이온은 음이온 교환막 (AEM)을 통해 양극 구획 (AC)으로 이동하여 중간 구획의 전해액은 담수화될 수 있다. 이에 따라, 중간 구획 (MC)에 탈염이 요구되는 용액을 공급하여 담수화할 수 있다. 구체적으로, 중간 구획에는 해수, 하수, 폐수, 산업용수 흑은 이들의 흔합물 등의 염을 포함하는 수자원을 공급하여 이를 담수화할 수 있다. 이에 따라, 중간 구획에 전해액으로 염을 포함하는 수자원을 연속적으로 공급하여 탈염된 담수를 연속적으로 얻음으로써 이산화탄소의 분리 공정과 담수화 공정을 동시에 수행할 수 있다. When the voltage on the positive and negative electrodes is the cation present in the intermediate compartment (MC) is moved to the cathode compartment (CC) through the cation exchange membrane (CEM): the anion is a positive electrode compartment (AC) through an anion exchange membrane (AEM) The electrolyte in the intermediate compartment can be desalted by moving to. Accordingly, the desalination may be supplied to the intermediate compartment MC to desalination. Specifically, the middle compartment may be desalted by supplying water resources including salts such as seawater, sewage, wastewater, and industrial water or their mixtures. Accordingly, by continuously supplying a water resource including a salt to the intermediate compartment as an electrolyte solution to obtain desalted fresh water continuously, it is possible to simultaneously perform a separation process and a desalination process of carbon dioxide.
그러나, 중간 구획에 공급되는 전해액의 종류가 이에 한정되는 것은 아니며, 인공 염수를 공급하거나 흑은 인공 염수를 상기 수자원과 흔합하여 공급할 수 있다. 상기 인공 염수는 상술한 전해질이 녹아있는 용매일 수 있다.  However, the type of electrolyte supplied to the intermediate compartment is not limited thereto, and artificial brine may be supplied or black artificial brine may be supplied in combination with the water resource. The artificial saline may be a solvent in which the above-described electrolyte is dissolved.
상기 전기분해장치는 바이폴라막을 이용하여 두 쌍 이상의 양극 구획과 음극 구획을 포함할 수 있다. 양극 및 음극에 전압이 인가되면, 바이폴라막에 의해 물이 수소 이온과 수산화 이온으로 분리되며, 이러한 수소 이온과 수산화 이온은 전기적 인력에 의해 이동할 수 있다. 상기 전기분해장치에서 바이폴라막은 측벽이 바이폴라막으로 구성된 물 이동 통로로 대체될 수 있다. 이러한 물 이동 통로에 물을 흘려주고, 양극 및 음극에 전압을 인가하면 물이 측벽인 바이폴라막에서 물이 수소 이은과 수산화 이온으로 분리되며, 전기적 인력에 의해 양극 구획에는 수소 이온이 공급되고, 음극 구획에는 수산화 이온이 공급될 수 있다. The electrolysis device may include two or more pairs of anode compartments and cathode compartments using a bipolar membrane. When voltage is applied to the positive and negative poles, Water is separated into hydrogen ions and hydroxide ions by a bipolar membrane, and the hydrogen ions and hydroxide ions can be moved by electrical attraction. In the electrolysis device, the bipolar membrane may be replaced with a water migration passage whose sidewall is composed of the bipolar membrane. When water is flowed into the water passage and voltage is applied to the anode and the cathode, the water is separated into hydrogen hydride and hydroxide ions in the bipolar membrane where the water is the sidewall, and hydrogen ions are supplied to the anode compartment by electrical attraction. The compartment may be supplied with hydroxide ions.
도 3을 참조하면, 상기 전기분해장치는 양극 (anode) ; 음극 (cathode) ; 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 하나의 바이폴라막 (bipol ar membrane ; BM) ; 양극 (anode)과 바이폴라막 (BM) 사이 및 바이폴라막 (BM)과 음극 (cathode) 사이에 위치하는 2 개의 이온 교환막 ( IEM) ; 상기 각각의 이은 교환막 ( IEM)에 의해 분리된 두 쌍의 양극 구획 (AC)과 음극 구획 (CC)을 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 상기 전기분해장치는 양극 (anode) ; 음극 (cathode) ; 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 2 개 이상의 바이폴라막 (bipolar membrane ; BM); 양극 (anode)과 바이폴라막 (BM) 사이, 바이폴라막과 바이폴라막 사이 및 바이폴라막 (BM)과 음극 (cathode) 사이에 위치하는 3 개 이상의 이온 교환막 ( IEM) ; 상기 각각의 이온 교환막 ( IEM)에 의해 분리된 3 쌍 이상의 양극 구획 (AC)과 음극 구획 (CC)을 포함할수 있다. 도 5 및 도 6은 4 개 이상의 바이폴라막을 포함하는 전기분해장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.  Referring to FIG. 3, the electrolysis device includes an anode; Cathode; A bipol membrane (BM) positioned between the anode and the cathode; Two ion exchange membranes IEM positioned between the anode and the bipolar membrane BM and between the bipolar membrane BM and the cathode; Each ear may comprise two pairs of anode compartments AC and cathode compartments CC separated by an exchange membrane IEM. Referring to FIG. 4, the electrolysis device includes an anode; Cathode; Two or more bipolar membranes (BM) positioned between the anode and the cathode; between the anode and the bipolar membrane (BM), between the bipolar membrane and the bipolar membrane, and between the bipolar membrane (BM) and the cathode (cathode) Three or more ion exchange membranes (IEMs) located in the; It may include three or more pairs of anode compartments AC and cathode compartments CC separated by respective ion exchange membranes IEM. 5 and 6 are diagrams schematically showing an electrolysis apparatus including four or more bipolar membranes.
바이폴라막을 포함하는 전기분해장치에서도 상술한 대로 양극과 음극에 전압이 인가되어 수산화 이온이 발생하는 영역이 음극 구획이고, 양극과 음극에 전압이 인가되어 수소 이온이 발생하는 영역이 양극 구획이다.  In the electrolysis apparatus including the bipolar membrane, as described above, a region in which a voltage is applied to the anode and a cathode to generate hydroxide ions is a cathode section, and a region in which a voltage is applied to the anode and the cathode to generate hydrogen ions is a cathode section.
이러한 전기분해장치를 이용할 경우 2 개 이상의 음극 구획에 각각 흔합가스가 공급될 수 있다. 그리고, 각 음극 구획에서 생성된 탄산계 이온 또는 이의 염은 도 5와 같이 해당 음극 구획과 쌍을 이루는 양극 구획으로 이동되거나 혹은 도 6과 같이 다른 음극 구획과 쌍을 이루는 양극 구획으로 이동될 수 있다.  When using such an electrolysis device, a mixed gas may be supplied to each of two or more cathode compartments. In addition, the carbonate-based ions or salts thereof generated in each cathode compartment may be moved to the anode compartment paired with the corresponding cathode compartment as shown in FIG. 5, or moved to the anode compartment paired with another cathode compartment as shown in FIG. 6. .
한편, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 2 개 이상의 전기분해장치를 이용하여 구현될 수 있다. On the other hand, the carbon dioxide separation method according to the embodiment is two or more It can be implemented using an electrolysis device.
도 7을 참조하면, 제 1 전기분해장치 (100)의 음극 구획에서 생성된 탄산계 이온 또는 이의 염을 제 2 전기분해장치 (200)의 양극 구획으로 이동시켜 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하고, 제 2 전기분해장치 (200)의 음극 구획에서 생성된 탄산계 이온 또는 이의 염을 제 1 전기분해장치 ( 100)의 양극 구획으로 이동시켜 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환할 수 있다. 상기 도 7에서 각각의 전기분해장치는 하나의 이은 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 양극 구획과 음극 구획을 포함하는 장치로 표현되었으나, 각각의 전기분해장치는 도 2에 모식적으로 나타낸 2 개의 이온 교환막에 의해 한 쌍의 양극 구획, 중간 구획 및 음극 구획을 포함하는 장치이거나, 흑은 도 3 내지 도 6에 나타낸 바이폴라막을 포함하여 두 쌍 이상의 양극 구획과 음극 구획을 포함하는 장치일 수 있다. 또한, 도 8을 참조하면, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 3 개 이상의 전기분해장치를 이용하여 구현될 수 있다.  Referring to FIG. 7, the carbonate-based ions or salts thereof generated in the cathode compartment of the first electrolysis apparatus 100 are moved to the anode compartment of the second electrolysis apparatus 200 to convert the carbonate-based ions or salts thereof into carbon dioxide. Reconversion, and the carbonate-based ions or salts thereof generated in the cathode compartment of the second electrolysis device 200 are transferred to the anode compartment of the first electrolysis device 100 to reconvert the carbonate-based ions or salts thereof to carbon dioxide. can do. In FIG. 7, each electrolysis device is represented as a device including a pair of anode compartments and a cathode compartment separated by one silver exchange membrane, but each electrolysis unit is represented by two ions schematically shown in FIG. 2. The device may include a pair of anode compartments, an intermediate compartment and a cathode compartment by means of an exchange membrane, or black may be a device including two or more pairs of anode compartments and cathode compartments including the bipolar membrane shown in FIGS. 3 to 6. In addition, referring to FIG. 8, the method for separating carbon dioxide according to one embodiment may be implemented using three or more electrolysis devices.
상기 전기분해장치는 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 대로 구성될 수 있다. 이하, 상기 전기분해장치를 구성하는 부품에 대해 상세하게 설명한다.  The electrolysis device may be configured as known in the art. Hereinafter, the components constituting the electrolysis device will be described in detail.
상기 양이온 교환막 및 음이은 교환막으로는 전기분해장치 또는 연료전지 등에 적용되는 다양한 종류의 이온 교환막이 모두 사용될 수 있다. 구체적으로, 양이온 교환막으로는, 예를 들면, 시중에 유통되고 있는 듀퐁사의 나피온 또는 일본 도쿠야마사의 CMX 등을 사용할 수 있고, 음이온 교환막으로는, 예를 들면, 시중에 유통되고 있는 일본 도쿠야마사의 AMX, AHA, ACS 등을사용할 수 있다.  As the cation exchange membrane and the negative exchange membrane, all kinds of ion exchange membranes applied to an electrolysis device or a fuel cell may be used. Specifically, for example, as a cation exchange membrane, commercially available Nafion from Dupont or CMX of Tokuyama, Japan can be used. As an anion exchange membrane, for example, Tokuyama, Japan AMX, AHA, ACS, etc. can be used.
상기 양극 및 음극은 양극 구획 및 음극 구획에 포함된 이온종에 전기적 인력을 미칠 수 있도록 적절한 위치에 설치될 수 있다. 상기 양극 및 음극의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 바에 따라 다양하게 변형될 수 있다.  The positive electrode and the negative electrode may be installed at an appropriate position to exert an electrical attraction to the ionic species contained in the positive electrode compartment and the negative electrode compartment. The shape of the positive electrode and the negative electrode is not particularly limited, and may be variously modified as known in the art.
상기 양극 및 음극으로는 전기분해장치 또는 연료전지 등에 적용되는 다양한 종류의 전극들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 양극 및 음극으로는 다양한 종류의 도체를 사용하거나 혹은 전극 기재 및 상기 전극 기재에 도포된 촉매를 포함하는 전극 등을 사용할 수 있다. 상기에서 도체로는 티탄 (Ti ) , 스테인리스강, 니켈 (Ni ) , 니켈 /크롬 (Ni /Cr) 합금, 백금 (Pt ) , 금 (Au) , 팔라듐 (Pd) , 이리듐 ( Ir ) , 로듐 (Rh) , 루테늄 (Ru) 또는 이들의 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 전극 기재에 도포된 촉매를 포함하는 전극에서, 전극 기재로는 카본천 (carbon cloth) 등을 사용할 수 있고, 촉매로는 백금 (Pt ) , 루테늄 (Ru) , 오스뮴 (0s) , 팔라듐 (Pd) , 이리듐 ( Ir ) , 탄소 (으 그 외 전이금속 및 이들의 흔합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. As the anode and the cathode, various kinds of electrodes applied to an electrolysis device or a fuel cell may be used. For example, the anode and As the cathode, various kinds of conductors may be used, or an electrode including an electrode substrate and a catalyst applied to the electrode substrate may be used. The above conductors include titanium (Ti), stainless steel, nickel (Ni), nickel / chromium (Ni / Cr) alloys, platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), iridium (Ir) and rhodium ( Rh), ruthenium (Ru) or those selected from the group consisting of these oxides can be used. In addition, in an electrode including a catalyst coated on the electrode substrate, carbon cloth or the like may be used as the electrode substrate, and platinum (Pt), ruthenium (Ru), osmium (0s), or palladium may be used as the catalyst. (Pd), iridium (Ir), carbon (other transition metals and mixtures thereof) may be used.
상기 양극 및 음극은 전원 공급 장치와 연결될 수 있다. 상기 전원 공급 장치로는 상기 양극 및 음극에 상술한 범위의 전압을 인가할 수 있는 것이라면 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 것을 모두사용할 수 있다. 상기 전기분해장치는 양극 구획과 음극 구획 간에 유체가 이동할 수 있도록 양극 구획과 음극 구획을 연결하는 이동로를 포함할 수 있다. 상기 이동로를 형성하는 소재는 유체에 의해 부식, 손상되지 않으며, 유체의 흐름을 견딜 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 이동로는 SUS (steel use stainless) 류, 아크릴계 고분자, 테플론, 나일론 등 다양한 소재로 형성될 수 있다. 또한, 상기 이동로에는 유체 유속 조절 장치가추가로 구비될 수 있다.  The positive electrode and the negative electrode may be connected to a power supply. As the power supply device, any of those known in the art to which the present invention pertains may be used as long as the voltage can be applied to the positive electrode and the negative electrode. The electrolysis device may include a movement path connecting the anode compartment and the cathode compartment to allow fluid to move between the anode compartment and the cathode compartment. The material forming the moving path is not particularly limited as long as it is not corroded or damaged by the fluid and can withstand the flow of the fluid. For example, the moving path may be formed of various materials such as SUS (steel use stainless), acrylic polymer, Teflon, nylon. In addition, the flow path may be further provided with a fluid flow rate control device.
상기 전기분해장치는 상기 전기분해장치에 흔합가스 및 전해액 등을 연속적으로 공급하고, 전기분해장치로부터 얻어지는 이산화탄소, 담수 등을 수집할수 있도록 하나 이상의 저장소와 연결될 수 있다.  The electrolysis device may be connected to one or more reservoirs so as to continuously supply a mixed gas and an electrolyte to the electrolysis device, and collect carbon dioxide and fresh water obtained from the electrolysis device.
이 밖에도 상기 전기분해장치는 유체 등의 유속을 조절할 수 있는 유체 유속 조절 장치; 양극 구획, 음극 구획, 임의로 포함될 수 있는 중간 구획의 상태를 모니터링하기 위한 센서; 및 전기분해장치와 관련된 전기적 신호와 각 구획의 용액 성상 변화를 기록할 수 있는 기록 장치 등을 추가로 포함할 수 있다.  In addition, the electrolysis device includes a fluid flow rate adjusting device capable of adjusting a flow rate of a fluid or the like; A sensor for monitoring the status of the anode compartment, the cathode compartment, and optionally an intermediate compartment; And a recording device capable of recording an electrical signal related to the electrolysis device and a change in solution properties of each compartment.
상기 전기분해장치는 상술한 구성 외에 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 전기분해장치 등에 통상적으로 채용되는 구성을 추가로 포함하거나 흑은 다른 장치 부품과 연결되어 대규모 시설의 일 부품으로서 채용될 수 있다. The electrolysis device further includes a configuration commonly employed in addition to the above-described configuration, such as an electrolysis device known in the art. Black may be employed as part of a larger facility in connection with other device components.
한편 , 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내의 이산화탄소 분리 시스템으로, 양극 (anode) ; 음극 (cathode) ; 상기 양극과 음극에 전압이 인가되면 수산화 이온이 발생하며, 이산화탄소를 포함하는 혼합가스 내 이산화탄소가 포집되어 탄산계 이온 또는 이의 염이 생성되는 음극 구획 (cathode compartment ) ; 상기 양극과 음극에 전압이 인가되면 수소 이온이 발생하며, 상기 음극 구획으로부터 전달된 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하는 양극 구획 (anode compartment ) ; 및 상기 양극 구획과 음극 구획을 분리하는 이온 교환막을 포함하는 이산화탄소 분리 시스템이 제공된다.  On the other hand, according to another embodiment of the present invention, the carbon dioxide separation system in a mixed gas containing carbon dioxide, the anode (anode); Cathode; A cathode compartment in which hydroxide ions are generated when a voltage is applied to the anode and the cathode, and carbon dioxide is trapped in a mixed gas including carbon dioxide to generate carbonic acid-based ions or salts thereof; An anode compartment for generating hydrogen ions when a voltage is applied to the anode and the cathode and reconverting the carbonate-based ions or salts thereof transferred to the carbon dioxide; And an ion exchange membrane separating the anode compartment and the cathode compartment.
상기 이산화탄소 분리 시스템은 상술한 이산화탄소의 분리 방법을 수행할 수 있는 시스템으로 이에 대해서는 앞서 자세히 설명하였으므로, 여기서는 자세한 설명을 생략한다.  The carbon dioxide separation system is a system capable of performing the above-described method of separating carbon dioxide, which has been described in detail above, and thus, a detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 연소과정에서 배출되는 흔합가스로부터 이산화탄소를 순수하게 분리 가능하므로 이산화탄소를 분리, 사용 또는 처리하는 다양한 기술분야에 적용 가능할 것으로 예상된다. 특히, 상기 이산화탄소의 분리 방법은 있어 ecus 기술의 비용 절감에 유용하며, 초고순도의 이산화탄소를 필요로 하는 분야, 예를 들면, 화학 반웅 공정 등에 유용한 이산화탄소를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.  Since the method for separating carbon dioxide according to one embodiment of the present invention is capable of purely separating carbon dioxide from a mixed gas discharged during combustion, it is expected to be applicable to various technical fields for separating, using, or treating carbon dioxide. In particular, the carbon dioxide separation method is useful for reducing the cost of the ecus technology, it is expected to provide carbon dioxide useful in fields requiring ultra-high purity carbon dioxide, for example, chemical reaction process.
한편, 본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막; 및 상기 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획과 제 2 전극 측에 위치하는 게 2 구획을 포함하는 장치를 이용한 이산화탄소의 분리 방법으로, 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가하여 수산화 이온이 발생하는 제 2 구획에서 이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이은 또는 이의 염을 생성하는 제 1 단계; 및 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하여 수소 이온이 발생하는 제 2 구획에서 상기 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하는 제 2 단계를 포함하는 이산화탄소의 분리 방법이 제공된다. On the other hand, according to another embodiment of the present invention, the first electrode; Second electrode; A cation exchange membrane positioned between the first electrode and the second electrode; And a pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the first compartment located on the first electrode side and the second compartment located on the second electrode side. The first electrode may be a cathode, and the second electrode may be applied with a voltage to collect carbon dioxide in a mixed gas including carbon dioxide in a second compartment in which hydroxide ions are generated, thereby generating carbonic acid-based silver or a salt thereof. Stage 1; And generating a hydrogen ion by applying a voltage such that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode. There is provided a method for separating carbon dioxide comprising a second step of reconverting the carbonate-based ions or salts thereof to carbon dioxide in two compartments.
상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 전기화학시스템을 기반으로 하여 저에너지로 산업폐기가스 등으로부터 이산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있다. 이에 따라, 상기 이산화탄소의 분리 방법은 기존의 CCUS (Carbon Capture Ut i l izat ion and Storage) 기술의 전체 비용 중 50 내지 70%를 차지하는 포집 공정을 대체하여 경제적인 CCUS 기술을 제공할 수 있으며, 이를 통해 산업폐기가스 등으로부터 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 효율적으로 제거할 수 있다.  The method for separating carbon dioxide according to the embodiment may selectively separate carbon dioxide from industrial waste gas and the like with low energy based on an electrochemical system. Accordingly, the carbon dioxide separation method can provide an economical CCUS technology by replacing the capture process that occupies 50 to 70% of the total cost of the existing Carbon Capture Ut ion ion and Storage (CCUS) technology, thereby Carbon dioxide, a representative greenhouse gas, can be efficiently removed from industrial waste gas.
상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 고순도의 농축된 이산화탄소를 제공할 수 있다. 따라서, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 초고순도의 이산화탄소를 필요로 하는 분야, 예를 들면, 전구체로서 이산화탄소가 사용되는 화학 반웅 공정 등에 유용한 이산화탄소를 제공할수 있을 것으로 기대된다.  Separation method of carbon dioxide according to the embodiment may provide a high purity concentrated carbon dioxide. Therefore, the carbon dioxide separation method according to the embodiment is expected to provide a carbon dioxide useful in the field requiring ultra-high purity carbon dioxide, for example, chemical reaction process using carbon dioxide as a precursor.
또한, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 이산화탄소의 포집제로 대표적인 포집제인 아민계 포집제 흑은 암모니아 대신 물의 전기 분해로 생성된 수산화 이온을 사용하기 때문에 이산화탄소 포집 후 포집제를 재활용하기 위해 재생성하는 별도의 공정이 필요하지 않다는 장점이 있다.  In addition, the method for separating carbon dioxide according to the embodiment uses a hydroxide ion generated by electrolysis of water instead of amine-based collector black or ammonia, which is a representative collector for carbon dioxide, so that it is regenerated to recycle the collector after carbon dioxide capture. There is an advantage that no separate process is required.
이하, 도 9를 참조하여 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법을 상세하게 설명한다 .  Hereinafter, a method of separating carbon dioxide according to the embodiment will be described in detail with reference to FIG. 9.
도 9를 참조하면, 상기 이산화탄소의 분리 방법은 제 1 전극 (f irst electrode ; 1st EL) ; 제 2 전극 (second electrode ; 2nd EL) ; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막 (cat ion exchange membrane ; CEM) ; 및 상기 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획 (f irst compartment ; 1st CP)과 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획 (second compartment ; 2nd CP)을 포함하는 장치를 이용하여 구현될 수 있다. 본 명세서에서 상기 장치는 전기분해장치로 호칭될 수 있다.  9, the carbon dioxide separation method may include a first electrode (f irst electrode; 1st EL); Second electrode (2nd EL); A cat ion exchange membrane (CEM) positioned between the first electrode and the second electrode; And a pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the first compartment located on the first electrode side and the second compartment located on the second electrode side. compartment (2nd CP). In the present specification, the device may be referred to as an electrolysis device.
상기 제 1 단계에서 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가하면, 양이온 교환막을 기준으로 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획에서는 산화 반응이 일어나고, 양이온 교환막을 기준으로 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획에서는 환원 반응이 일어날 수 있다. 즉, 본 명세서에서 '양극 (anode) '은 '산화 전극'을 의미하고, '음극 (cathode) '은 '환원 전극'을 의미한다. In the first step, the first electrode becomes the anode and the second electrode becomes the cathode. When a voltage is applied, an oxidation reaction may occur in the first compartment located on the first electrode side based on the cation exchange membrane, and a reduction reaction may occur in the second compartment located on the second electrode side based on the cation exchange membrane. That is, in the present specification, 'anode' means 'oxidizing electrode', and 'cathode' means 'reducing electrode'.
상기 제 1 단계에서 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가하면 제 1 구획에서는 수소 이온이 발생하고, 제 2 구획에서는 수산화 이온이 발생할수 있다 (도 9의 10 참조) .  In the first step, when a voltage is applied such that the first electrode becomes the anode and the second electrode becomes the cathode, hydrogen ions may be generated in the first compartment, and hydroxide ions may be generated in the second compartment (see FIG. 9 10). .
일 예로, 제 1 구획 내에 제 1 전극이 설치되어 있다면 하기 식 1 또는 식 2와 같이 산화 반웅으로 인해 수소 이온이 발생할 수 있다.  For example, if the first electrode is installed in the first compartment, hydrogen ions may be generated due to oxidation reaction as shown in Equation 1 or 2 below.
[식 1]  [Equation 1]
2¾0→ 4H+ + 02 + 4e— 2¾0 → 4H + + 0 2 + 4e—
[식 2]  [Equation 2]
¾ → 2H+ + 2e" ¾ → 2H + + 2e "
그리고, 제 2 구획 내에 제 2 전극이 설치되어 있다면 하기 식 3과 같이 환원 반웅으로 인해 수산화 이온이 발생할수 있다.  And, if the second electrode is installed in the second compartment, hydroxide ions may be generated due to the reduction reaction as shown in Equation 3 below.
[식 3]  [Equation 3]
2 0 + 2e— → 20H— +  2 0 + 2e— → 20H— +
다른 일 예로, 후술한 바와 같이 상기 전기분해장치가 바이폴라막을 포함한다면 (도 11 및 도 12 참조), 적어도 하나 이상의 제 1 및 제 2 구획은 바이폴라막과 접해 있을 수 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 전극에 전압이 인가되면, 바이폴라막에 의해 물이 수소 이온과 수산화 이온으로 분리된다. 상기 수소 이온과 수산화 이온은 전기적 인력에 의해 이동하는데 만일 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하였다면, 바이폴라막에 접해 있는 제 1 구획에는 수소 이온이 공급되고 바이폴라막에 접해 있는 제 2 구획에는 수산화 이온이 공급된다.  As another example, if the electrolysis apparatus includes a bipolar membrane as described below (see FIGS. 11 and 12), at least one of the first and second compartments may be in contact with the bipolar membrane. When voltage is applied to the first and second electrodes, water is separated into hydrogen ions and hydroxide ions by the bipolar membrane. The hydrogen ions and the hydroxide ions are moved by electrical attraction. If a voltage is applied to the first and second electrodes such that the first electrode becomes the anode and the second electrode becomes the cathode, hydrogen is added to the first compartment adjacent to the bipolar membrane. Hydrogen ions are supplied to the second compartment in which the ions are supplied and in contact with the bipolar membrane.
한편, 상기 제 2 단계에서 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하면, 상기 제 1 구획에서는 상기 제 1 단계의 제 2 구획과 같은 반옹이 일어나고, 제 2 구획에서는 상기 제 1 단계의 제 I 구획과 같은 반옹이 일어나게 된다. On the other hand, when a voltage is applied such that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode in the second step, the same reaction occurs as in the second section of the first step in the first section, and in the second section, The first stage Reactions, such as I compartments, occur.
일 예로, 제 1 구획 내에 제 1 전극이 설치되고 제 2 구획 내에 제 2 전극이 설치되어 있다면, 상기 제 2 단계의 제 1 구획에서는 상기 식 3과 같이 환원 반응이 일어나 수산화 이온이 발생하고, 제 2 구획에서는 상기 식 1 또는 식 2와 같이 산화 반웅이 일어나 수소 이온이 발생할 수 있다 (도 9의 20 참조) .  For example, if the first electrode is installed in the first compartment and the second electrode is installed in the second compartment, the reduction reaction occurs in the first compartment of the second stage as in Equation 3 to generate hydroxide ions, and In the two compartments, an oxidation reaction may occur as in Equation 1 or Equation 2 to generate hydrogen ions (see 20 in FIG. 9).
다른 일 예로, 상술한 대로 상기 전기분해장치가 바이폴라막을 포함하는 것이고 (도 11 및 도 12 참조), 제 2 단계에 따라 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하였다면, 바이폴라막에 접해 있는 제 1 구획에는 수산화 이온이 공급되고 바이폴라막에 접해 있는 제 2 구획에는 수소 이온이 공급된다 (도 As another example, as described above, the electrolysis device includes a bipolar membrane (see FIGS. 11 and 12), and according to the second step, the first electrode and the second electrode become the anode according to the second step. When a voltage is applied to the electrode, hydroxide ions are supplied to the first compartment in contact with the bipolar membrane and hydrogen ions are supplied to the second compartment in contact with the bipolar membrane (Fig.
II의 20 참조) . 20 of II).
따라서, 제 1 및 제 2 전극 중 어느 전극이 양극 흑은 음극이 되도록 전압을 인가하느냐에 따라 제 1 및 제 2 구획에서 발생하는 이온의 종류가 결정될 수 있다.  Accordingly, the type of ions generated in the first and second compartments may be determined depending on which of the first and second electrodes is applied with a voltage such that the anode is the anode black or the cathode.
상기 전기분해장치의 안정적인 구동과 이산화탄소의 높은 포집 효율 및 재전환 효율을 위하여, 상기 제 1 및 제 2 구획은 전해질이 녹아있는 용매로 채워질 수 있다. 상기 용매는 물일 수 있으며, 전해질은 물에 녹아 양이온 및 음이온으로 해리될 수 있는 다양한 염일 수 있다. 비제한적인 예로, 전해질은 염산염, 황산염, 질산염, 탄산염, 수산화물, 산화물 흑은 이들의 흔합물일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전해질은 염화나트륨 염화칼륨, 염화리튬, 염화루비듐, 염화칼슴, 염화마그네슘, 황산나트륨 황산칼륨, 황산리튬, 황산루비듐, 황산칼슘, 황산마그네슴, 질산나트륨 질산칼륨, 질산리륨, 질산루비듐, 질산칼슴, 질산마그네슘, 탄산나트륨 탄산칼륨, 탄산리튬, 탄산루비듐, 탄산칼슴, 탄산마그네슘, 수산화나트륨 수산화칼륨, 수산화리튬, 수산화루비듐, 수산화칼슴, 수산화마그네슘 산화나트륨, 산화칼륨, 산화리륨, 산화루비듐, 산화칼슘, 산화마그네슘 산화알루미늄 또는 이들의 흔합물일 수 있다.  The first and second compartments may be filled with a solvent in which an electrolyte is dissolved for stable driving of the electrolysis device, high capture efficiency and reconversion efficiency of carbon dioxide. The solvent may be water, and the electrolyte may be various salts that can be dissolved in water and dissociated into cations and anions. By way of non-limiting example, the electrolyte may be a hydrochloride, sulfate, nitrate, carbonate, hydroxide, oxide black or a combination thereof. More specifically, the electrolyte is sodium chloride, lithium chloride, rubidium chloride, calcium chloride, magnesium chloride, sodium sulfate sulfate, lithium sulfate, rubidium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, sodium nitrate, potassium nitrate, lithium nitrate, rubidium nitrate, Calcium nitrate, magnesium nitrate, sodium carbonate potassium carbonate, lithium carbonate, rubidium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate, sodium hydroxide potassium hydroxide, lithium hydroxide, rubidium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide sodium oxide, potassium oxide, lithium oxide, rubidium oxide, Calcium oxide, magnesium oxide or oxides thereof.
상기 이산화탄소의 분리 방법에서는 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획에서 수소 이온이 발생하고 제 1 및 제 2 구획 중 다른 한 구획에서 수산화 이온이 발생하도록 상기 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가할 수 있다. 인가 전압은 상기 제 1 및 제 2 구획에 포함된 전해질의 종류 및 농도, 제 1 및 제 2 구획 증 어느 한 구획에서 일어나는 산화 반웅 종류, 흑은 제 1 및 제 2 구획 증 다른 한 구획에서 일어나는 환원 반웅 종류 등에 따라 조절될 수 있다. In the method for separating carbon dioxide, hydrogen ions are generated in one of the first and second compartments, and in the other of the first and second compartments. A voltage may be applied to the first and second electrodes to generate hydroxide ions. The applied voltage is the kind and concentration of the electrolyte contained in the first and second compartments, the type of oxidation reaction occurring in one compartment of the first and second compartments, and the reduction occurring in the other compartment of the black and the first and second compartments. It can be adjusted according to the type of reaction.
구체적으로, 상기 제 1 및 제 2 전극에는 0.42 V 이상, 0.83 V 이상, 1.03 V 이상 흑은 2.06 V 이상이며, 10 V 이하, 7 V 이하, 5 V 이하, 4 V 이하, 3 V 이하 흑은 2 V 이하의 전압을 인가할 수 있다. 이러한 범위 내에서 흔합가스 내 이산화탄소를 적은 에너지로 효율적으로 분리할 수 있다.  Specifically, the first and second electrodes are 0.42 V or more, 0.83 V or more, 1.03 V or more, and 2.06 V or more, and 10 V or less, 7 V or less, 5 V or less, 4 V or less, 3 V or less. A voltage of 2 V or less can be applied. Within this range, carbon dioxide in the mixed gas can be efficiently separated with little energy.
상기 일 구현예의 이산화탄소의 분리 방법에 따르면, 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획에 흔합가스를 직접 공급하여 상기 어느 한 구획에서 흔합가스 내 이산화탄소를 포집할 수 있다. 후술한 바와 같이, 제 1 단계에서는 제 2 구획에 흔합가스를 직접 공급하여 흔합가스 내 이산화탄소를 포집하며, 제 2 단계에서는 제 1 구획에 흔합가스를 직접 공급하여 흔합가스 내 이산화탄소를 포집하고, 다시 1 단계를 반복하는 경우 제 2 구획에 흔합가스를 직접 공급하여 흔합가스 내 이산화탄소를 포집할 수 있다. 이에 따라, 상기 이산화탄소의 분리 방법은 혼합가스 내 이산화탄소를 포집하기 위해 스크러버 등의 별도의 포집 장치를 구비할 필요가 없다는 이점이 있다.  According to the separation method of carbon dioxide of the embodiment, the mixed gas may be directly supplied to any one of the first and second compartments to collect carbon dioxide in the mixed gas in any one of the compartments. As described below, in the first step, the mixed gas is directly supplied to the second compartment to collect carbon dioxide in the mixed gas, and in the second step, the mixed gas is directly supplied to the first compartment to capture the carbon dioxide in the mixed gas, and again. When the first step is repeated, the mixed gas may be directly supplied to the second compartment to collect carbon dioxide in the mixed gas. Accordingly, the method of separating carbon dioxide has the advantage that it is not necessary to provide a separate collecting device such as a scrubber to collect the carbon dioxide in the mixed gas.
상기 흔합가스는 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하기 전, 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가함에 동시에, 흑은 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가한후에 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획에 공급될 수 있다.  The mixed gas is applied to the first and second electrodes before the voltage is applied to the first and second electrodes, and black is the first and second compartments after the voltage is applied to the first and second electrodes. It can be supplied to either compartment.
일 예로, 상기 흔합가스는 상기 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하여 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획에서 수산화 이온을 층분히 생성시킨 후 공급될 수 있다. 구체적으로, 상기 흔합가스는 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하여 수산화 이온이 층분히 생성됨에 따라 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획의 pH가 약 10 내지 14, 약 11 내지 14, 약 12 내지 14, 약 13 내지 14, 약 10 내지 13, 약 11 내지 13 , 약 12 내지 13, 약 10 내지 12, 약 11 내지 12 흑은 약 10 내지 11일 때, 상기 어느 한 구획에 공급될 수 있다. 이러한 pH를 가지는 어느 한 구획에 흔합가스가 공급됨으로써 흔합가스 내 이산화탄소의 포집 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 흔합가스는 상기 제 1 및 제 2 구획 증 어느 한 구획에 연속적으로 공급되거나 흑은 주기적으로 공급될 수 있다. 일 예로, 상기 흔합가스는 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획의 pH가 상술한 범위에 도달할 때 주기적으로 공급될 수 있다. For example, the mixed gas may be supplied after a layer of hydroxide ions is generated in one of the first and second compartments by applying a voltage to the first and second electrodes. Specifically, as the mixed gas is applied with voltage to the first and second electrodes to generate hydroxide ions, the pH of any one of the first and second sections is about 10 to 14, about 11 to 14, about 12 to 14, about 13 to 14, about 10 to 13, about 11 to 13, about 12 to 13, about 10 to 12, about 11 to 12 black is about 10 to 11, Can be supplied. By supplying the mixed gas to any one compartment having such a pH, it is possible to improve the collection efficiency of carbon dioxide in the mixed gas. The mixed gas may be continuously supplied to one of the first and second compartments, or black may be periodically supplied. For example, the mixed gas may be periodically supplied when the pH of one of the first and second compartments reaches the above-mentioned range.
상기 이산화탄소의 분리 방법은 이산화탄소를 포함하고 있는 다양한 흔합가스로부터 순수한 이산화탄소를 분리하는 것이 가능하다. 이러한 흔합가스의 예로는 이산화탄소의 분리가 요구되는 흔합가스로서, 천연 가스 발전 시설, 시멘트 정제 공장 등에서 배출되는 산업폐기가스, 연료의 연소과정에서 배출되는 배기가스 등을 들 수 있다.  The carbon dioxide separation method is capable of separating pure carbon dioxide from various mixed gases containing carbon dioxide. Examples of such a mixed gas include a mixed gas requiring separation of carbon dioxide, industrial waste gas discharged from a natural gas power generation facility, a cement refining plant, and exhaust gas discharged from a combustion process of fuel.
상기 흔합가스 내 이산화탄소의 비율은 특별히 한정되는 것은 아니나 The ratio of carbon dioxide in the mixed gas is not particularly limited.
2 부피 % 이상, 5 부피 % 이상, 10 부피 % 이상, 15 부피 % 이상, 20 부피 % 이상, 30 부피 % 이상, 40 부피 % 이상 흑은 50 부피 % 이상일 수 있다. 이러한 범위에서 보다 순수하고 농축된 이산화탄소를 얻을 수 있다. 한편, 혼합가스에 포함된 이산화탄소 비율의 상한은 특별히 한정되지 않으며, 100 부피 % 이하, 90 부피 % 이하, 80 부피 % 이하, 70 부피 % 이하 흑은 60 부피 % 이하일 수 있다. At least 2 volume%, at least 5 volume%, at least 10 volume%, at least 15 volume%, at least 20 volume%, at least 30 volume%, at least 40 volume% black may be at least 50 volume%. In this range, more pure and concentrated carbon dioxide can be obtained. On the other hand, the upper limit of the ratio of carbon dioxide contained in the mixed gas is not particularly limited, 100% by volume or less, 90% by volume or less, 80% by volume or less, 70% by volume or less may be 60% by volume or less.
상기 제 1 단계에서 제 2 구획은 계 1 및 제 2 전극에 전압이 인가되면 수산화 이온이 발생하는 영역이다. 따라서, 상기 제 1 단계에서는 하기 식 4에 따라 제 2 구획에 공급된 흔합가스 내 이산화탄소를 상기 제 2 구획에 존재하는 수산화 이온으로선택적으로포집할수 있다.  In the first step, the second compartment is a region where hydroxide ions are generated when a voltage is applied to the first and second electrodes. Therefore, in the first step, carbon dioxide in the mixed gas supplied to the second compartment can be selectively collected into the hydroxide ions present in the second compartment according to Equation 4 below.
[식 4]  [Equation 4]
C02 + OH"→ HC03C0 2 + OH " → HC0 3
상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법에서 흔합가스 내 이산화탄소는 상압 하에서 포집될 수 있다. 상압은 가압 또는 감압되지 않은 자연 그대로의 압력을 의미한다. 구체적으로, 상기 흔합가스 내 이산화탄소는 약 0. 100 내지 0. 102 MPa의 압력 범위에서 포집될 수 있다. 또한, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 제조 방법에서 혼합가스 내 이산화탄소는 약 15 내지 80 °C 흑은 약 15 내지 60°C의 온도에서 포집될 수 있다 . 이에 따라, 산업폐기가스 혹은 배기가스 등의 흔합가스를 냉각하지 않고 바로 제 1 또는 제 2 구획에 공급하여 상기 흔합가스로부터 이산화탄소를 포집할수 있다. In the method for separating carbon dioxide according to the embodiment, carbon dioxide in the mixed gas may be collected under normal pressure. Atmospheric pressure means natural pressure that is not pressurized or depressurized. Specifically, the carbon dioxide in the mixed gas may be collected in a pressure range of about 0.1 to 100 MPa. In addition, in the method for producing carbon dioxide according to the embodiment, the carbon dioxide in the mixed gas may be collected at a temperature of about 15 to 80 ° C. or about 15 to 60 ° C. Can be. Accordingly, carbon dioxide can be collected from the mixed gas by supplying the mixed gas such as industrial waste gas or exhaust gas directly to the first or second compartment without cooling the mixed gas.
상기 흔합가스 내 이산화탄소가 포집되는 제 1 및 제 2 구획 증 어느 한 구획의 pH는 약 4 이상, 약 5 이상, 약 6 이상, 약 7 이상, 약 8 이상, 약 9 이상, 약 10 이상, 약 11 이상 흑은 약 12 이상일 수 있으며, 약 14 이하, 약 13 이하 흑은 약 12 이하일 수 있다. 이 중에서도 이산화탄소의 선택적 포집을 위해, 상기 흔합가스 내 이산화탄소가 포집되는 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획의 pH는 약 10 내지 14, 약 11 내지 14 , 약 12 내지 14 , 약 13 내지 14, 약 10 내지 13, 약 11 내지 13 , 약 12 내지 13, 약 10 내지 12, 약 11 내지 12 흑은 약 10 내지 11로 조절될 수 있다.  The pH of any one of the first and second compartments in which the carbon dioxide in the mixed gas is collected is about 4 or more, about 5 or more, about 6 or more, about 7 or more, about 8 or more, about 9 or more, about 10 or more, or about 11 or more blacks may be about 12 or more, about 14 or less, about 13 or less blacks may be about 12 or less. Among these, for the selective capture of carbon dioxide, the pH of any one of the first and second compartments in which the carbon dioxide in the mixed gas is collected is about 10 to 14, about 11 to 14, about 12 to 14, about 13 to 14, About 10 to 13, about 11 to 13, about 12 to 13, about 10 to 12, about 11 to 12 black may be adjusted to about 10 to 11.
한편, 흔합가스 내 이산화탄소는 수산화 이온에 의해 선택적으로 포집되어 탄산수소 이온 (HC03— )을 생성하는데 이러한 탄산수소 이온 (HC _)은 pH가 높을수록 탄산 이은 (C03 2— )으로 변한다. 따라서, 상기 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획에 공급된 흔합가스 내 이산화탄소는 수산화 이온에 의해 포집되어 탄산수소 이온 및 /또는 탄산 이온을 생성할 수 있다. 본 명세서에서는 탄산수소 이온, 탄산 이온, 흑은 탄산수소 이온 및 탄산 이온의 흔합물을 통칭하기 위해 용어 '탄산계 이온'을사용하였다. On the other hand, carbon dioxide in the mixed gas is selectively collected by hydroxide ions to generate hydrogen carbonate ions (HC0 3 —), and these hydrogen carbonates (HC _) change to dicarbonate (C0 3 2 —) at higher pH. Therefore, the carbon dioxide in the mixed gas supplied to any one of the first and second compartments may be collected by hydroxide ions to generate hydrogen carbonate ions and / or carbonate ions. In the present specification, the term 'carbonate-based ion' is used to collectively refer to a mixture of hydrogen carbonate ions, carbonate ions, black hydrogen carbonate ions and carbonate ions.
또한, 제 1 및 게 2 구획 중 어느 한 구획에서 이산화탄소 포집이 계속 이루어지면, 상기 어느 한 구획 내 탄산계 이온의 농도가 증가하게 되고, 일부 탄산계 이온이 전해질에서 해리된 양이온과 결합하여 염으로 침전될 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하고 수산화 이온이 발생하는 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획에 흔합가스를 공급하면 흔합가스 내 이산화탄소가 포집되어 탄산계 이온, 혹은 탄산계 이온과 이의 염, 혹은 탄산계 이온의 염이 생성될 수 있다.  In addition, if carbon dioxide is collected continuously in either of the first and second compartments, the concentration of carbonic acid ions in the one compartment is increased, and some of the carbonic acid ions are combined with the dissociated cations in the electrolyte to form a salt. Can be precipitated. Therefore, when a mixed gas is supplied to one of the first and second compartments in which a voltage is applied to the first and second electrodes and hydroxide ions are generated, carbon dioxide in the mixed gas is collected to form a carbonic acid ion or a carbonic acid ion. Salts thereof, or salts of carbonate ions can be produced.
이산화탄소의 포집 효율을 향상시키기 위해, 상기 제 1 및 제 2 구획 중 수산화 이온이 발생하는 어느 한 구획은 상술한 전해질 중에서도 탄산염 수산화물 흑은 이들의 흔합물을 포함할 수 있다. 즉, 제 1 단계에서 제 2 구획은 전해질로 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 흔합물을 포함할 수 있고, 제 2 단계에서 제 1 구획은 전해질로 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 흔합물을 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 단계에서는 제 2 구획에 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 흔합물을 공급하고, 제 2 단계에서는 제 1 구획에 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 흔합물을 공급할수 있다. In order to improve the collection efficiency of the carbon dioxide, any one section in which hydroxide ions are generated in the first and second compartments may include a carbonate hydroxide black thereof in the above-described electrolyte. That is, in the first step, the second compartment may contain carbonate, hydroxide black as a electrolyte, and a mixture thereof. In the second step, the first compartment may be carbonate, hydroxide black as its electrolyte. May include a mixture. Therefore, in the first step, carbonate and hydroxide black may be supplied to the second compartment, and in the second step, carbonate and hydroxide black may be supplied to the first compartment.
상기 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 흔합물의 구체적인 예로는, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산리튬, 탄산루비듐, 탄산칼슴, 탄산마그네슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리륨, 수산화루비듐, 수산화칼슴, 수산화마그네슴 흑은 이들이 흔합물을 들 수 있다.  Specific examples of the carbonate, hydroxide black and these mixtures include sodium carbonate, potassium carbonate, lithium carbonate, rubidium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, rubidium hydroxide, calcium hydroxide, and magnesium hydroxide black. These can be mentioned a combination.
상기 제 1 및 제 2 구획 중 수산화 이온이 발생하는 어느 한 구획에 전해질로서 공급된 탄산염은 양이온과 탄산 이온 (C03 2— )으로 해리되고, 상기 탄산 이온은 하기 식 5와 같이 흔합가스 내의 이산화탄소를 포집하여 탄산수소 이은을 생성할 수 있다. Carbonate supplied as an electrolyte to any of the compartments in which hydroxide ions are generated in the first and second compartments is dissociated into cations and carbonates (C0 3 2 —), and the carbonate ions are carbon dioxide in the mixed gas as shown in Equation 5 below. It can be collected to produce hydrogen bicarbonate.
[식 5]  [Equation 5]
C02 + C03 2" + ¾0→ 2HC03C0 2 + C0 3 2 " + ¾0 → 2HC0 3
또한, 상기 제 1 및 제 2 구획 중 수산화 이온이 발생하는 어느 한 구획에 전해질로서 공급된 수산화물도 양이온과 수산화 이온으로 해리되고, 상기 수산화 이온은 상기 식 4와 같이 흔합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산수소 이온을 생성할 수 있다.  In addition, the hydroxide supplied as an electrolyte to any of the compartments in which the hydroxide ions are generated in the first and second compartments is also dissociated into cations and hydroxide ions, and the hydroxide ions trap carbon dioxide in the mixed gas as described in Equation 4 to form carbon dioxide. Hydrogen ions can be produced.
이렇게 제 1 및 제 2 구획 증 수산화 이온이 발생하는 어느 한 구획에 전해질로서 공급된 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 흔합물로 인해, 초기 흔합가스 내 이산화탄소가 안정적으로 포집될 수 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 전극에 전압이 인가되어 생성되는 수산화 이온에 의해 흔합가스 내 이산화탄소가 연속적으로 포집될 수 있다.  In this way, the carbon dioxide in the initial mixed gas can be stably collected due to the carbonate and hydroxide black supplied as an electrolyte to one of the compartments in which the first and second compartments are added. In addition, carbon dioxide in the mixed gas may be continuously collected by hydroxide ions generated by applying voltage to the first and second electrodes.
전해질로 공급되는 탄산염에서 해리된 탄산 이온과 전해질로 공급되는 수산화물에서 해리되거나 흑은 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하여 생성된 수산화 이온은 흔합가스 내 이산화탄소를 선택적으로 포집하는 이점이 있고, 이후 이산화탄소로 재전환하는 제 2 단계에서 별도의 에너지를 공급할 필요 없이 이산화탄소를 재생성할 수 있다는 이점이 있다.  Carbonate ions dissociated from the carbonate supplied to the electrolyte and hydroxide ions dissociated from the hydroxide supplied to the electrolyte or generated by applying a voltage to the first and second electrodes which are black have the advantage of selectively trapping carbon dioxide in the mixed gas, Thereafter, in the second step of reconverting to carbon dioxide, there is an advantage that carbon dioxide can be regenerated without a separate energy supply.
상기 전해질로 공급되는 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 흔합물의 농도는 이산화탄소의 포집 효율 및 경제성 등을 고려하여 적절하게 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질은 전해질의 포화 농도 이하의 농도로 공급될 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 전해질은 포화 농도 대비 내지 50%, 1% 내지 30% 흑은 22% 내지 28%로 공급될 수 있다. 일 예로 탄산나트륨의 15°C에서의 포화 농도는 1.55 M이다. 따라서, 전해질로 탄산나트륨을 이용하는 경우 제 1 및 제 2 구획 증 수산화 이온이 발생하는 어느 한 구획 내에서 탄산나트륨의 농도가 15°C 기준 0.0155 내지 0.775 M, 0.0155 내지 0.465 M, 또는 0.341 내지 0.434 M이 되도록 탄산나트륨을 공급할 수 있다. 이러한 범위 내에서 경제적이며 효율적으로 이산화탄소를 포집할 수 있다. The concentrations of carbonates, hydroxides, blacks and the like supplied to the electrolyte may be appropriately adjusted in consideration of carbon dioxide capture efficiency and economic efficiency. Can be. Specifically, the electrolyte may be supplied at a concentration below the saturation concentration of the electrolyte, and more specifically, the electrolyte may be supplied at 50%, 1% to 30% black, and 22% to 28% of the saturation concentration. As an example, the saturation concentration of sodium carbonate at 15 ° C is 1.55 M. Thus, when sodium carbonate is used as the electrolyte, the concentration of sodium carbonate is 0.0155 to 0.775 M, 0.0155 to 0.465 M, or 0.341 to 0.434 M at 15 ° C. in either compartment where the first and second compartment thick hydroxide ions are generated. Sodium carbonate can be fed. Within this range, carbon dioxide can be captured economically and efficiently.
상기 게 1 단계에서 이산화탄소가 포집되어 탄산계 이은 또는 이의 염이 층분히 생성되면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가할수 있다.  When carbon dioxide is collected in the first step to produce carbonic silver or a salt thereof, a voltage may be applied such that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode.
이산화탄소가 포집되어 탄산계 이온 또는 이의 염이 층분히 생성된 시점은 제 1 또는 제 2 구획의 pH, 제 1 또는 제 2 구획의 전해액 내 탄산계 이온의 농도, 흑은 제 1 또는 제 2 구획의 전기전도도 등을 통해 확인할 수 있다.  The time when the carbon dioxide is collected and the carbonate-based salts or salts thereof are generated in detail is the pH of the first or second compartment, the concentration of the carbonate-based ions in the electrolyte solution of the first or second compartment, or the black or the first or second compartment. This can be checked through electrical conductivity.
일 예로, 상기 제 1 단계에서 제 1 및 제 2 전극에 전압이 인가되면 거 1 2 구획에서는 수산화 이온이 발생하기 때문에 제 2 구획은 높은 pH를 나타내거나, 흑은 제 1 단계에서는 제 2 구획에 전해질로 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 흔합물을 공급하여 제 2 구획은 높은 pH를 나타낼 수 있다. 그러나, 상기 수산화 이온과 탄산 이온은 상기 식 4 및 식 5와 같이 이산화탄소를 포집하는데 사용되기 때문에 이산화탄소가 포집됨에 따라 상기 게 1 단계의 제 2 구획의 pH는 점점 낮아지게 된다. 본 발명자들의 실험 결과, 게 1 단계에서 이산화탄소의 포집이 진행됨에 따라 상기 거 1 2 구획의 pH는 점차 낮아져 약 7 내지 9 , 약 7 내지 8.5 흑은 약 7.5 내지 8.5 사이의 일정한 값에 도달하여 유지되는 것을 확인하였다. 상기 제 1 단계의 제 2 구획의 pH가 일정한 값으로 유지된다는 것으로부터 상기 제 2 구획의 반웅이 평형에 도달했음을 알 수 있다. 따라서, 상기 제 1 단계의 제 2 구획의 pH가 약 7 내지 9 사이의 일정한 값을 유지하면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가할수 있다. 다른 예로, 제 1 단계의 제 2 구획에서 이산화탄소가 포집되는 동안 거 1 1 구획에서는 계속적으로 수소 이은이 발생하여 게 1 구획의 pH가 점점 낮아지게 된다. 따라서, 상기 제 1 단계의 제 1 구획의 pH가 0 내지 3, 1 내지 3, 2 내지 3 , 0 내지 2, 1 내지 2 흑은 0 내지 1이 되면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가할 수 있다. For example, when voltage is applied to the first and second electrodes in the first step, hydroxide ions are generated in the first and second compartments, so that the second compartment has a high pH, or black in the first stage. Carbonate, hydroxide black can be fed to these mixtures as an electrolyte so that the second compartment can exhibit high pH. However, since the hydroxide ions and the carbonate ions are used to capture carbon dioxide as in Equation 4 and Equation 5, as the carbon dioxide is collected, the pH of the second compartment of the first stage becomes lower gradually. As a result of the experiments of the inventors, as the carbon dioxide is collected in the crab step, the pH of the 1 2 compartment is gradually lowered to maintain a constant value between about 7 to 9, about 7 to 8.5 black and about 7.5 to 8.5 It confirmed that it became. It can be seen that the reaction of the second compartment has reached equilibrium from the fact that the pH of the second compartment of the first stage is maintained at a constant value. Therefore, when the pH of the second section of the first step maintains a constant value between about 7 and 9, a voltage can be applied such that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode. In another example, while carbon dioxide is collected in the second compartment of the first stage, hydrogen is continuously generated in the nearly one compartment so that the pH of the crab is gradually lowered. Therefore, when the pH of the first section of the first step is 0 to 3, 1 to 3, 2 to 3, 0 to 2, 1 to 2 black is 0 to 1, the first electrode becomes the cathode and the second electrode A voltage can be applied to this anode.
또 다른 예로, 상기 제 2 구획 내 탄산계 이온의 농도를 직접 흑은 간접적으로 측정하여 탄산계 이온이 충분히 생성되면, 예를 들어 포화 농도 이상으로 생성되면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가할수 있다.  As another example, when the concentration of carbonic acid ions in the second compartment is measured directly or indirectly, if enough carbonic acid ions are generated, for example, when the concentration of the carbonic acid is higher than or equal to the saturation concentration, the first electrode becomes a cathode and the second electrode. Voltage can be applied to this anode.
또 다른 예로, 제 1 단계의 제 2 구획에서 이산화탄소가 포집됨에 따라 탄산계 이온의 농도가 증가하여 상기 제 2 구획의 전기전도도가 증가하게 된다. 따라서, 제 1 단계의 제 2 구획의 전기전도도를 측정하여 전기전도도의 증가량이 0 raS/cm 내지 50 mS/cm, 10 mS/cm 내지 50 mS/cra, 20 raS/cm 내지 50 mS/cm, 30 mS/cm 내지 50 mS/cm, 흑은 40 mS/cm 내지 50 mS/cm가 되면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가할 수 있다.  As another example, as the carbon dioxide is collected in the second compartment of the first step, the concentration of the carbonic acid ions increases to increase the electrical conductivity of the second compartment. Therefore, by measuring the electrical conductivity of the second section of the first step, the increase in electrical conductivity is 0 raS / cm to 50 mS / cm, 10 mS / cm to 50 mS / cra, 20 raS / cm to 50 mS / cm, When 30 mS / cm to 50 mS / cm, black is 40 mS / cm to 50 mS / cm, a voltage may be applied such that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode.
제 1 단계에서 양극으로 기능하던 제 1 전극이 음극이 되고, 음극으로 기능하던 제 2 전극이 양극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 제 1 및 제 2 전극과 연결된 전원 공급 장치에서 제 1 및 제 2 전극 중 어느 전극이 양극 흑은 음극으로 기능할 것인지 설정하여 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가함으로써 수행될 수 있다. 통상적으로, 전원 공급 장치에서 2 개의 전극 중 어느 전극이 양극으로 기능하게 할 것인지 설정하는 것은 매우 용이하다. 따라서, 제 1 및 제 2 구획에 설치된 센서를 통해 탄산계 이온 또는 이의 염이 층분히 생성되었다는 신호를 받으면 양극 및 음극이 서로 바뀌도록 설정함으로써 제 1 및 제 2 단계를 수행할 수 있다. 탄산계 이온 또는 이의 염이 충분히 생성되었다는 신호는 상술한 대로, 제 1 또는 제 2 구획의 pH, 탄산예 이온의 농도 흑은 전기전도도가특정 수치에 도달했음을 의미한다.  The method of applying a voltage to the first and second electrodes is not particularly limited so that the first electrode serving as the anode becomes the cathode in the first step, and the second electrode serving as the cathode serves as the anode. In the power supply connected to the electrode, it may be performed by applying a voltage to the first and second electrodes by setting which of the first and second electrodes will function as the anode black or the cathode. Typically, it is very easy to set which of the two electrodes to function as the anode in the power supply. Therefore, the first and second steps may be performed by setting the anode and the cathode to be interchanged when a signal indicating that the carbonate-based ions or salts thereof are generated through the sensors installed in the first and second compartments. The signal that the carbonate ions or salts thereof are sufficiently produced means that the pH of the first or second compartment, the concentration of the carbonate ions, and the black or black electrical conductivity have reached a certain value.
제 1 단계에서 양극으로 기능하던 제 1 전극이 음극이 되고, 음극으로 기능하던 제 2 전극이 양극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하면, 제 2 구획에서 생성된 탄산계 이온 또는 이의 염은 이산화탄소로 재전환된다. In the first step, a voltage is applied to the first and second electrodes such that the first electrode serving as the anode becomes the cathode and the second electrode serving as the cathode becomes the anode. Upon application, the carbonate-based ions or salts thereof produced in the second compartment are reconverted to carbon dioxide.
구체적으로, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 전압이 인가되면, 제 1 구획은 수산화 이온이 발생되는 영역이 되고 제 2 구획은 수소 이온이 발생되는 영역이 된다. 따라서, 이러한 제 2 구획에 존재하는 탄산계 이온 또는 이의 염은 하기 식 6 및 식 7과 같이 pH 평형 유지 원리에 따라 이산화탄소로 전환될 수 있다. 구체적으로, 전해액에 용해된 탄산 이온 흑은 탄산염으로부터 해리된 탄산 이온은 하기 식 6과 같이 탄산수소 이온으로 전환되며, 탄산수소 이온은 하기 식 7과 같미 이산화탄소로 전환될 수 있다.  Specifically, when voltage is applied to the first and second electrodes such that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode, the first compartment becomes a region where hydroxide ions are generated and the second compartment generates hydrogen ions. It becomes an area. Therefore, the carbonate-based ions or salts thereof present in the second compartment may be converted into carbon dioxide according to the pH equilibrium principle as shown in Equations 6 and 7. Specifically, carbonate ions dissolved in the electrolyte black carbonate dissociated from the carbonate is converted to hydrogen carbonate ions as shown in Equation 6, hydrogen carbonate ions may be converted to carbon dioxide as shown in Equation 7.
[식 6]  [Equation 6]
C03 2" + H+ → HC03 " C0 3 2 " + H + → HC0 3 "
[식 7]  [Equation 7]
HC03 " + H+ → C02 + 0 HC0 3 " + H + → C0 2 + 0
특히, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법에서는 포집제로 탄산 이온 흑은 수산화 이온을 사용하기 때문에 별도의 첨가제를 첨가하거나 에너지를 공급하지 않고, 포집된 이산화탄소를 이산화탄소로 재전환할 수 있다.  In particular, in the method for separating carbon dioxide according to the embodiment, since carbonate black or black hydroxide ions are used as the trapping agent, the collected carbon dioxide may be reconverted into carbon dioxide without adding an additive or supplying energy.
상기 제 2 단계는 상압 하에서 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄산계 이온 또는 이의 염은 약 0. 100 내지 0. 102 MPa의 압력 범위에서 이산화탄소로 재전환될 수 있다.  In the second step, carbonic acid-based ions or salts thereof may be converted into carbon dioxide under normal pressure. Specifically, the carbonate-based ions or salts thereof may be reconverted to carbon dioxide at a pressure in the range of about 0.1 to 100 MPa.
또한, 상기 제 2 단계에서 탄산계 이온 또는 이의 염은 약 15 내지 80 °C 흑은 약 15 내지 60°C의 온도에서 이산화탄소로 재전환될 수 있다. 이에 따라, 산업폐기가스 흑은 배기가스 등의 흔합가스를 냉각하지 않고 바로 사용하더라도 흔합가스로부터 이산화탄소를 우수한 효율로 분리할 수 있다. In the second step, the carbonate-based ions or salts thereof may be reconverted to carbon dioxide at a temperature of about 15 to 80 ° C. black or about 15 to 60 ° C. Accordingly, even if the industrial waste gas black or the mixed gas such as the exhaust gas is used without cooling, carbon dioxide can be separated from the mixed gas with excellent efficiency.
상기 제 2 단계에서 탄산계 이온 또는 이의 염이 이산화탄소로 재전환되는 제 2 구획의 pH는 약 7 이하, 약 6 이하, 약 5 이하, 약 4 .이하 약 3 이하 흑은 약 2 이하일 수 있으며, 약 0 이상, 약 1 이상 흑은 약 2 이상일 수 있다. 이 중에서도 이산화탄소로의 효율적인 재전환을 위해, 제In the second step, the pH of the second compartment in which the carbonate-based salt or salt thereof is reconverted to carbon dioxide may be about 7 or less, about 6 or less, about 5 or less, about 4. or less and about 3 or less, and black may be about 2 or less, About 0 or more, about 1 or more Black is about 2 It may be abnormal. Among them, for the efficient reconversion to carbon dioxide,
2 단계의 제 2 구획의 pH는 약 0 내지 6 , 약 0 내지 5ᅳ 약 0 내지 4, 약 0 내지 3, 약 0 내지 2, 약 0 내지 1, 약 1 내지 6 , 약 1 내지 5, 약 1 내지 4, 약 1 내지 3 , 약 2 내지 6, 약 2 내지 5, 약 2 내지 4 혹은 약 2 내지 3으로 조절될 수 있다. The pH of the second stage of the second stage is about 0-6, about 0-5 Pa about 0-4, about 0-3, about 0-2, about 0-1, about 1-6, about 1-5, about 1 to 4, about 1 to 3, about 2 to 6, about 2 to 5, about 2 to 4 or about 2 to 3.
한편, 물의 산화 반웅을 통해 수소 이온을 발생시키는 경우에 비하여 수소 가스의 산화 반웅을 통해 수소 이온을 발생시키는 경우 더 낮은 전압을 필요로 한다. 상기 게 1 단계의 제 2 구획에서는 상기 식 3에 따라 수소 가스가 생성되는데 제 2 단계의 제 2 구획에서는 이러한 수소 가스를 산화시켜 수소 이온을 발생시킴으로써 에너지를 보다 절약할 수 있다.  On the other hand, a lower voltage is required when generating hydrogen ions through oxidation reaction of hydrogen gas than when generating hydrogen ions through oxidation reaction of water. In the second section of the first stage, hydrogen gas is generated according to Equation 3. In the second section of the second stage, the hydrogen gas is oxidized to generate hydrogen ions, thereby saving energy.
구체적으로, 제 2 단계에서 탄산계 이온 또는 이의 염을 상기 식 2와 같이 수소 가스의 산화 반웅을 통해 생성된 수소 이온에 의해 이산화탄소로 전환하는 경우, 제 1 및 제 2 전극에는 0.83 V 내지 2 V의 전압을 인가할 수 있다. 이러한 범위의 전압을 인가함으로써 이산화탄소를 분리하는데 들어가는 에너지를 크게 절감할 수 있다. 또한, 물이 산화되어 수소 이온과 산소 가스를 발생시키기 위한 이론 전압은 2.06 V이다. 따라서, 전압 범위를 상기와 같이 조절함으로써, 제 1 단계의 제 2 구획에서 생성된 수소 가스를 소비함과 동시에 제 2 단계의 제 2 구획에서 산소 가스가 발생하는 것을 억제함에 따라 이산화탄소의 순도를 향상시킬 수 있다.  Specifically, when the carbonic acid-based ions or salts thereof are converted into carbon dioxide by hydrogen ions generated through oxidation reaction of hydrogen gas in the second step, 0.83 V to 2 V at the first and second electrodes. The voltage of can be applied. Applying a voltage in this range can significantly reduce the energy required to separate carbon dioxide. In addition, the theoretical voltage for oxidizing water to generate hydrogen ions and oxygen gas is 2.06V. Therefore, by adjusting the voltage range as described above, the purity of carbon dioxide is improved by consuming hydrogen gas generated in the second section of the first stage and suppressing generation of oxygen gas in the second section of the second stage. You can.
한편, 흔합가스 내 이산화탄소의 비율이 증가할수록 이산화탄소의 포집 효율이 향상되고, 탄산계 이온 또는 이의 염을 재전환하여 얻어지는 이산화탄소의 순도 및 수율이 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 제 1 단계 전에 흔합가스를 전처리할 수 있다.  On the other hand, as the ratio of carbon dioxide in the mixed gas increases, the capture efficiency of carbon dioxide is improved, and the purity and yield of carbon dioxide obtained by reconversion of carbonate-based ions or salts thereof may be improved. Accordingly, the method of separating carbon dioxide according to the embodiment may pretreat the mixed gas before the first step.
일 예로, 제 1 또는 제 2 구획에 흔합가스를 공급하기 전 흔합가스를 용매와 접촉시켜 흔합가스로부터 이산화탄소 외의 다른 가스를 제거할 수 있다.  For example, before the mixed gas is supplied to the first or second compartment, the mixed gas may be contacted with a solvent to remove other gases other than carbon dioxide from the mixed gas.
상기 흔합가스로 상술한 산업폐기가스 등을 이용하는 경우 흔합가스는 이산화탄소 외에도 S0X, HF, HC1 , NH3 ) Cl2 j SiF4, 02, N2, CO, N0X , SH2 등의 가스를 포함할수 있다. C02는 pH가 3.5 내지 5.5인 물에 잘 용해되지 않지만, S0X , HF , HC1 , NH3 , Cl2 , SiF4 등은 원활하게 용해될 수 있다. 따라서, 상기 흔합가스를 pH가 약 3 . 5 내지 Ί , 약 3.5 내지 6ᅳ 약 3. 5 내지 5. 5 , 약 3. 5 내지 5 혹은 약 3.5 내지 4의 물과 접촉시켜 흔합가스로부터 C02 보다 상기 pH 범위의 물에 대한 용해도가 높은 가스, 예를 들면, S0X , HF, HC1 , NH3 ) Cl2 , SiF4 둥의 가스를 미리 제거할수 있다. In the case of using the above-described industrial waste gas as the mixed gas, the mixed gas is a gas such as S0 X , HF, HC1, NH 3) Cl 2 j SiF 4 , 0 2 , N 2 , CO, N0 X , SH 2 in addition to carbon dioxide. It may include. C0 2 may be a pH of 3.5 to 5.5 which is not very soluble in water, S0 X, HF, HC1, NH 3, Cl 2, SiF 4 and so on is smoothly dissolved. Therefore, the mixed gas has a pH of about 3. 5 to Ί, about 3.5 to 6 ᅳ about 3. 5 to 5. 5, about 3. 5 to 5 or about 3.5 to 4 in contact with water so that the solubility of the mixed gas in water in the above pH range is higher than C0 2 The gas, for example, S0 X , HF, HC1, NH 3) Cl 2 , SiF 4 can be removed in advance.
구체적으로, 상기 흔합가스를 상기 pH 범위의 물이 담긴 용기 흑은 관 등을 통과시키거나 흑은 상기 흔합가스가 지나가는 흐름에 상기 pH 범위의 물을 분사하여 흔합가스 내 C02 외의 다른 가스를 미리 제거할 수 있다. Specifically, the mixed gas is passed through a container, a black tube, or the like, containing the water in the pH range, or black, by injecting water in the pH range in a flow through which the mixed gas passes, to advance other gases other than C0 2 in the mixed gas in advance. Can be removed
일 예로, 상기 흔합가스를 전처리하는 단계는 스크러버 (scrubber )를 이용하여 수행될 수 있다. 구체적으로, 스크러버에 상기 pH 범위의 물을 채운 후 스크러버 내부로 다공분사판 (sparger ) 등을 통해 흔합가스를 고압 분산시킴으로써 전처리된 흔합가스를 얻을 수 있다. 또한, 스크러버 입구에 흔합가스 공급한 후 흔합가스의 흐름에 상기 pH 범위의 물을 분사하여 스크러버의 출구로부터 전처리된 흔합가스를 얻을 수도 있다.  For example, the pretreatment of the mixed gas may be performed using a scrubber. Specifically, the pretreated mixed gas may be obtained by filling the scrubber with water in the pH range and dispersing the mixed gas under high pressure through a porous spray plate into a scrubber. In addition, after supplying the mixed gas to the scrubber inlet, water of the pH range may be injected into the flow of the mixed gas to obtain the mixed gas pretreated from the outlet of the scrubber.
또한, 이러한 전처리 단계에서 제거되지 않은 C02 외의 다른 가스는 상기 제 1 및 제 2 구획 중 수산화 이온이 발생하는 어느 한 구획의 높은 pH의 전해액에 용해되지 않아 자연스럽게 제거될 수 있다. 구체적으로, 흔합가스 내 02, N2 , CO , N0X , SH2 등의 가스는 높은 pH의 전해액에 용해되지 않아 이러한 가스를 포함하는 흔합가스를 제 1 또는 제 2 구획에 공급하더라도 흔합가스로부터 C¾를 선택적으로 포집할수 있다. In addition, other gases other than C0 2 not removed in this pretreatment step may be naturally dissolved because they do not dissolve in the high pH electrolyte in any one compartment where hydroxide ions are generated in the first and second compartments. Specifically, the gas such as 0 2 , N 2 , CO, N0 X , SH 2 in the mixed gas does not dissolve in the high pH electrolyte solution, so even if the mixed gas containing such gas is supplied to the first or second compartment, the mixed gas You can selectively capture C¾ from.
한편, 본 발명자들은 많은 연구 끝에 상기 흔합가스가 C02 및 S02를 포함할 경우 S¾가 C02의 포집 효율 및 재전환 효율을 향상시킨다는 사실을 발견하였다. 따라서, 흔합가스가 C02 및 S02를 포함한다면, 전처리 공정을 생략하더라도 보다 효율적으로 흔합가스로부터 이산화탄소를 분리할 수 있다. 또한, 이산화탄소의 분리와 함께 S02로부터 황산 이온 (S04 2— )을 수득할 수 있다. On the other hand, the inventors have found that, after a lot of research, S¾ improves the capture efficiency and reconversion efficiency of CO 2 when the mixed gas contains CO 2 and SO 2 . Therefore, if the mixed gas contains C0 2 and S0 2 , carbon dioxide can be separated from the mixed gas more efficiently even if the pretreatment step is omitted. In addition, sulfate ions (SO 4 2 —) can be obtained from SO 2 with the separation of carbon dioxide.
구체적으로, 상술한 대로 흔합가스를 상기 제 1 .단계의 제 2 구획에 공급하면, 흔합가스 내 이산화탄소는 상기 식 4와 같이 수산화 이온에 의해 포집된다. 그리고, 상기 혼합가스 내 이산화황은 하기 식 8과 같이 수산화 이온에 의해 포집될 수 있다. Specifically, when the mixed gas is supplied to the second section of the first step as described above, the carbon dioxide in the mixed gas is converted by the hydroxide ions as shown in Equation 4 above. Is collected. In addition, sulfur dioxide in the mixed gas may be collected by hydroxide ions as shown in Equation 8.
[식 8]  [Equation 8]
S02 + OH— → S03 2" + H+ S0 2 + OH— → S0 3 2 " + H +
이때, 흔합가스를 전처리하지 않아 흔합가스에는 N0X가 포함되어 있을 수 있다. 그러나, 상술한 대로 Ν0Χ는 높은 ρΗ의 전해액에 용해되지 않는다. 따라서 , ΝΟχ는 흔합가스를 제 1 단계의 제 2 구획에 공급할 때 전해액에 녹아들어가지 않아 제거될 수 있다. At this time, the mixed gas may not be pretreated so that the mixed gas may contain NO x . However, as described above Ν0 Χ is not dissolved in an electrolytic solution of high ρΗ. Therefore, ΝΟχ can be removed by not melting in the electrolyte when supplying the mixed gas to the second compartment of the first stage.
상기 식 8과 같이 상기 수산화 이온에 의한 이산화황의 포집이 계속 이루어지면, 탄산계 이은과 마찬가지로, 제 1 단계의 제 2 구획 내 아황산 이온 (sul f i te , S03 2— )의 농도가 증가하게 되고, 일부 아황산 이온이 전해질 등에서 유래한 양이온과 결합하여 염으로 침전될 수 있다. 따라서, 제 1 단계의 제 2 구획에 흔합가스를 공급하면 흔합가스 내 이산화탄소가 포집되어 탄산계 이온, 흑은 탄산계 이온과 이의 염, 흑은 탄산계 이온의 염이 생성되며, 흔합가스 내 이산화황이 포집되어 아황산 이온, 혹은 아황산 이온과 이의 염, 흑은 아황산 이온의 염이 생성될 수 있다. If sulfur dioxide is continuously collected by the hydroxide ions as shown in Equation 8, the concentration of sulfite ions (sul fi te, S0 3 2 —) in the second compartment of the first step is increased, similarly to the carbonic acid-based silver. In addition, some sulfite ions may be combined with cations derived from an electrolyte or the like to precipitate as a salt. Therefore, when the mixed gas is supplied to the second section of the first stage, carbon dioxide in the mixed gas is collected to form carbonate-based ions, black carbonate-based ions and salts thereof, and salts of black carbonate-based ions, and sulfur dioxide in the mixed gas. This trapping can produce sulfite ions, sulfite ions and salts thereof, and salts of black or sulfite ions.
그리고, 상술한 대로, 제 1 단계에서 양극으로 기능하던 제 1 전극이 음극이 되고, 음극으로 기능하던 제 2 전극이 양극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하여 제 2 구획에서 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하고, 아황산 이온 또는 이의 염으로부터 황산 이온 또는 이의 염을 생성할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 단계는 달리 설명되어 있지 않는 한, 상술한 바와 같이 수행될 수 있다.  As described above, the first electrode serving as the anode in the first step becomes the cathode, and the voltage is applied to the first and second electrodes so that the second electrode serving as the cathode becomes the anode. The ions or their salts can be reconverted to carbon dioxide and sulfate ions or salts thereof can be produced from the sulfite ions or salts thereof. The first and second steps may be performed as described above, unless otherwise described.
상기 제 2 단계의 제 2 구획에 존재하는 아황산 이온 또는 이의 염으로부터 해리된 아황산 이온은 하기 식 9와 같이 물과 반웅하여 수소 이온을 발생시킬 수 있다.  The sulfite ions dissociated from the sulfite ions or salts thereof present in the second compartment of the second step may react with water to generate hydrogen ions as shown in Equation 9 below.
[식 9]  [Equation 9]
S03 2— + ¾0 → S04 2" + 2H+ + 2e S0 3 2 — + ¾0 → S0 4 2 " + 2H + + 2e
상기 제 2 단계의 제 2 구획에서 탄산계 이온 또는 이의 염은 수소 이온에 의해 이산화탄소로 재전환되므로, 수소 이온을 발생시키는 아황산 이온으로부터 황산 이온을 생성하는 반웅은 이산화탄소의 재전환 반웅을 촉진시킬 수 있다. 또한, 아황산 이온으로부터 생성된 황산 이온은 제 2 구획 내의 총 이온량을 증가시켜 전기전도도를 향상시킬 수 있다. In the second section of the second step, the carbonic acid-based ions or salts thereof are reconverted into hydrogen dioxide by hydrogen ions, and thus the reaction for generating sulfate ions from sulfite ions generating hydrogen ions results in reconversion of carbon dioxide. Can be promoted. In addition, sulfate ions generated from sulfite ions can improve the electrical conductivity by increasing the total amount of ions in the second compartment.
한편, 한 쌍의 게 1 및 제 2 구획은 양이온 교환막에 의해 분리되어 있기 때문에 제 2 단계의 제 2 구획에서 생성된 수소 이온은 전기적 인력에 의해 양이온 교환막을 통과하여 제 1 구획으로 이동할 수 있다. 그러나, 이러한 경우에도 제 2 구획에서 아황산 이온 또는 이의 염이 상기 식 9와 같이 수소 이온을 추가적으로 발생시키기 때문에 이산화탄소 재전환 효율을 저하시키지 않을 수 있다.  On the other hand, since the pair of crab first and second compartments are separated by a cation exchange membrane, the hydrogen ions generated in the second compartment of the second stage can move through the cation exchange membrane to the first compartment by electrical attraction. However, even in such a case, since sulfite ions or salts thereof further generate hydrogen ions as in Equation 9, the carbon dioxide reconversion efficiency may not be reduced.
한편, 상기 제 2 단계의 제 2 구획에서는 상기 식 1과 같이 물의 산화 반웅으로 인해 수소 이온과 산소 가스가 발생한다. 이에 따라, 제 2 단계의 제 2 구획에서 이산화탄소뿐 아니라 산소 가스도 방출되어 제 2 단계의 제 2 구획에서 얻어지는 이산화탄소의 순도가 저하될 수 있다. 하지만, 제 2 단계에서 제 2 구획에 존재하는 아황산 이온 또는 이의 염으로부터 해리된 아황산 이온은 하기 식 10과 같이 산소와 반웅하여 황산 이온을 생성함으로써 제 2 구획에서 발생하는 산소 가스를 소비할 수 있다. 이에 따라, 제 2 단계의 제 2 구획에서 방출되는 이산화탄소의 순도를 향상시킬 수 있다.  Meanwhile, in the second section of the second step, hydrogen ions and oxygen gas are generated due to the oxidation reaction of water as in Equation 1 above. Accordingly, not only carbon dioxide but also oxygen gas may be released from the second compartment of the second stage, thereby reducing the purity of the carbon dioxide obtained in the second compartment of the second stage. However, sulfite ions dissociated from the sulfite ions or salts thereof present in the second compartment in the second step may consume oxygen gas generated in the second compartment by reacting with oxygen to generate sulfate ions as shown in Equation 10 below. . Accordingly, it is possible to improve the purity of the carbon dioxide emitted from the second compartment of the second step.
[식 10]  [Equation 10]
2S03 2" + 02 → 2S04 2" 2S0 3 2 " + 0 2 → 2S0 4 2"
한편, 제 2 단계의 제 2 구획에서 탄산계 이온 또는 이의 염으로부터 이산화탄소를 재전환하기 위해서는 수소 이온이 필요한데 이러한 수소 이온을 상기 식 1에 따른 물의 전기분해가 아닌 상기 식 9에 따른 아황산 이은 또는 이의 염의 산화 반웅을 통해 공급한다면, 제 2 단계의 제 2 구획에서 산소 가스가 발생되는 것을 방지하여 고순도의 이산화탄소를 제공할 수 있다.  On the other hand, hydrogen ions are required to reconvert carbon dioxide from carbonate ions or salts thereof in the second compartment of the second step, and the hydrogen ions are not sulfur dioxide or silver sulfite according to Equation 9, but the electrolysis of water according to Equation 1 above. When supplied through the oxidation reaction of the salt, it is possible to prevent the generation of oxygen gas in the second section of the second step to provide a high purity carbon dioxide.
구체적으로, 제 2 단계의 제 2 구획에서 발생하는 산소 가스를 최소화하기 위해 상기 제 1 및 제 2 전극에는 1.03 V 내지 2 V의 전압이 인가될 수 있다. 물이 산화되어 수소 이온과 산소 가스를 발생시키기 위한 이론 전압은 2.06 V 이므로, 전압 범위를 상기와 같이 조절하여 산소 가스 발생을 억제할 수 있다. 한편, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 제 2 단계 후에 다시 제 1 단계를 반복할 수 있다. 이에 따라, 계속적으로 흔합가스로부터 고순도 및 고농도의 이산화탄소를 분리해낼 수 있다. Specifically, a voltage of 1.03 V to 2 V may be applied to the first and second electrodes in order to minimize the oxygen gas generated in the second section of the second step. Since the theoretical voltage for oxidizing water to generate hydrogen ions and oxygen gas is 2.06 V, oxygen gas generation can be suppressed by adjusting the voltage range as described above. On the other hand, in the carbon dioxide separation method according to the embodiment may repeat the first step after the second step. Thereby, high purity and high concentration of carbon dioxide can be separated continuously from the mixed gas.
도 10을 참조하면, 제 2 단계의 제 1 구획 (1st CP)에서는 제 1 단계의 제 2 구획 (2nd CP)과 마찬가지로 수산화 이온이 발생하게 된다 (도 10의 10 및 20 참조) . 따라서, 제 2 단계는 제 1 구획에서 이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성할 수 있다 (도 10의 20 참조) . 제 1 단계의 제 2 구획에서 이산화탄소를 포집하는 방법은 앞서 상세하게 설명하였으므로, 제 2 단계의 제 1 구획에서 이산화탄소를 포집하는 방법에 관한 자세한 설명은 생략하도록 한다. 하나의 예시로서, 제 1 단계에서 이산화탄소의 포집 효율 향상을 위해 제 2 구획에 전해질로서 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 흔합물을 공급한 것과 같이, 제 2 단계에서는 제 1 구획에 전해질로서 탄산염, 수산화물 흑은 이들이 혼합물을 공급할 수 있다. 또한, 제 1 단계의 제 2 구획에서 이산화탄소와 함께 이산화황을 포집한 것과 같이, 제 2 단계의 제 1 구획에서도 이산화탄소와 함께 이산화황을 포집할 수 있다. 상술한 대로, 제 2 단계의 제 1 구획 (1st CP)에서 흔합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성하였다면, 제 1 단계를 반복할 때 제 1 구획에서는 수소 이온이 발생하기 때문에 상기 탄산계 이온 또는 이의 염이 이산화탄소로 재전환될 수 있다 (도 10의 10 ' 참조) . 이로써, 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획을 모두 활용할 수 있기 때문에 더욱 많은 흔합가스로부터 더욱 많은 이산화탄소를 분리해낼 수 있다.  Referring to FIG. 10, hydroxide ions are generated in the first compartment 1st CP of the second stage similarly to the second compartment 2nd CP of the first stage (see 10 and 20 of FIG. 10). Accordingly, the second step may collect carbon dioxide in the mixed gas including carbon dioxide in the first compartment to generate carbonic acid ions or salts thereof (see 20 in FIG. 10). Since the method of capturing carbon dioxide in the second compartment of the first stage has been described in detail above, a detailed description of the method of capturing carbon dioxide in the first compartment of the second stage will be omitted. As an example, in the first step, carbonate and hydroxide as an electrolyte are supplied to the second compartment to improve the collection efficiency of carbon dioxide, and in the second step, carbonate and hydroxide are used as the electrolyte in the first compartment. Black can feed these mixtures. In addition, as in the second compartment of the first stage, the sulfur dioxide is captured together with the carbon dioxide, the first compartment of the second stage can also collect sulfur dioxide together with the carbon dioxide. As described above, if carbon dioxide in the mixed gas is collected in the first compartment (1st CP) of the second stage to generate carbonic acid-based ions or salts thereof, hydrogen ions are generated in the first compartment when the first stage is repeated. The carbonate-based ions or salts thereof may be reconverted to carbon dioxide (see 10 ′ in FIG. 10). This allows the use of both pairs of first and second compartments to separate more carbon dioxide from more mixed gases.
상술한 제 1 및 제 2 단계는 상술한 전기분해장치를 이용하여 수행될 수 있다. 이하, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소 분리 방법에서 사용되는 전기분해장치에 대해 상세하게 설명한다.  The first and second steps described above may be performed using the electrolysis device described above. Hereinafter, the electrolysis device used in the carbon dioxide separation method according to the embodiment will be described in detail.
' 도 9를 참조하면, 상기 전기분해장치는 제 1 전극 (f i rst electrode ; 1st EL) ; 제 2 전극 (second electrode ; 2nd EL) ; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막 (cat ion exchange membrane ; CEM); 및 상기 양이온 교환막에 의해 분라된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서 , 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획 ( f irst compartment ; 1st CP)과 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획 (second compartment; 2nd CP)을 포함한다. 9, the electrolysis device includes a first electrode (1st EL); Second electrode (2nd EL); A cat ion exchange membrane (CEM) positioned between the first electrode and the second electrode, and a pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the second electrode positioned on the first electrode side; F irst compartment (1st CP) and second electrode A second compartment located on the side (2nd CP).
상술한 대로, 제 1 단계의 제 2 구획에서 흔합가스 내 이산화탄소는 수산화 이온에 의해 포집되고, 게 2 단계의 제 2 구획에서 탄산계 이온 또는 이의 염은 수소 이온에 의하여 이산화탄소로 재전환될 수 있다. 만일 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획이 음이온 교환막에 의해 분리된다면, 수산화 이온이 전기적 인력에 의해 음이온 교환막을 통과하여 다른 구획으로 넘어가 이산화탄소의 포집 효율이 저하될 수 있다. 반면, 한 쌍의 제 1 및 거 1 2 구획이 양이온 교환막에 의해 분리되면, 수소 이온이 전기적 인력에 의해 양이온 교환막을 통과하여 다른 구획으로 넘어가 이산화탄소의 재전환 효율이 저하될 수 있다. 음이온 교환막의 경우 음이온 교환막을 통과하는 이온종이 수산화 이온뿐 이지만, 양이온 교환막의 경우 수소 이온 외에도 전해질로부터 해리된 양이은 등이 있다. 이러한 점을 고려할 때, 음이온 교환막에 의해 수산화 이온이 이동하여 이산화탄소의 포집 효율이 저하되는 정도가 양이은 교환막에 의해 수소 이온이 이동하여 이산화탄소의 재전환 효율을 저하시키는 정도보다 크다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 9의 20을 참조하면, 수산화 이온에 비하여 수소 이온은 공급되는 경로가 많다. 예를 들어, 이산화탄소의 포집 시에 발생한 수소 가스로부터 수소 이온을 얻을 수 있으며, 이산화탄소와 함께 이산화황을 포집하면, 아황산 이온으로부터 황산 이온이 생성되면서 수소 이온이 추가로 발생된다. 따라서, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법에서는 양이온 교환막을 채용함으로써 이산화탄소의 포집 효율과 재전환 효율을 모두 우수한 수준으로 유지하였다.  As described above, the carbon dioxide in the mixed gas in the second compartment of the first stage is captured by the hydroxide ions, and in the second compartment of the second stage, the carbonic acid-based ions or salts thereof may be converted into carbon dioxide by hydrogen ions. . If a pair of first and second compartments are separated by an anion exchange membrane, hydroxide ions can pass through the anion exchange membrane by electrical attraction to other compartments, thereby degrading the capture efficiency of carbon dioxide. On the other hand, when the pair of first and second compartments are separated by the cation exchange membrane, hydrogen ions may pass through the cation exchange membrane by electrical attraction to other compartments, thereby reducing carbon dioxide reconversion efficiency. In the case of the anion exchange membrane, only the ion species passing through the anion exchange membrane is hydroxide ions, but in the case of the cation exchange membrane, in addition to the hydrogen ions, the amount of dissociated from the electrolyte is different. Considering this point, it can be seen that the degree of reduction of the carbon dioxide collection efficiency due to the migration of hydroxide ions by the anion exchange membrane is greater than the degree of reduction of the reconstruction efficiency of the carbon dioxide by the transfer of hydrogen ions by the different exchange membrane. In addition, referring to 20 of FIG. 9, hydrogen ions are provided in more routes than hydroxide ions. For example, hydrogen ions can be obtained from hydrogen gas generated at the time of capture of carbon dioxide. When sulfur dioxide is collected together with carbon dioxide, hydrogen ions are further generated while sulfate ions are generated from sulfite ions. Therefore, in the method for separating carbon dioxide according to the embodiment, by employing a cation exchange membrane, both the capture efficiency and the reconversion efficiency of carbon dioxide were maintained at excellent levels.
상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 제 2 단계 후에 전해질을 재생성 단계를 추가로 포함할 수 있다. 그리고, 전해질 재생성 후 제 1 단계를 반복할 수 있다.  The method for separating carbon dioxide according to the embodiment may further include regenerating the electrolyte after the second step. Then, after the electrolyte regeneration, the first step may be repeated.
상기 전해질을 재생성하는 단계는 제 1 및 제 2 구획의 전해액을 흔합하고, 균일하게 섞인 전해액을 제 1 및 제 2구획에 공급하여 수행할 수 있다.  Regenerating the electrolyte may be performed by mixing the electrolyte solution of the first and second compartments, and supplying the electrolyte solution mixed uniformly to the first and second compartments.
보다 구체적으로 전해질을 재생성하는 단계는 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하여 어느 한 구획의 pH를 3 내지 5로 조절하고, 다른 한 구획의 pH를 11 내지 12로 조절한 후, 상기 제 1 및 제 2 구획의 전해액을 흔합하여 pH 8 내지 10의 전해액을 생성하여 수행할 수 있다. 이렇게 생성된 pH 8 내지 10의 전해액을 다시 제 1 및 제 2 구획에 공급할 수 있다. 상기 전기분해장치는 바이폴라막을 이용하여 두 쌍 이상의 제 1 및 제 2 구획을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 전극에 전압이 인가되면, 바이폴라막에 의해 물이 수소 이온과 수산화 이온으로 분리되며, 이러한 수소 이온과 수산화 이온은 전기적 인력에 의해 이동할 수 있다. 상기 전기분해장치에서 바이폴라막은 측벽이 바이폴라막으로 구성된 물 이동 통로로 대체될 수 있다. 이러한 물 이동 통로에 물을 홀려주고, 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하면 물이 측벽인 바이폴라막에서 물이 수소 이온과 수산화 이온으로 분리된다. 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획 중 상기 제 1 및 제 2 구획 사이에 위치한 양이온 교환막을 기준으로 양극 측에 위치하는 구획에는 전기적 인력에 의해 수소 이온이 공급되고, 음극 측에 위치하는 구획에는 전기적 인력에 의해 수산화 이온이 공급될 수 있다. More specifically, regenerating the electrolyte may be performed by applying a voltage to the first and second electrodes to adjust the pH of one compartment to 3-5. After adjusting the pH of the compartments to 11 to 12, the electrolyte of the first and second compartments may be mixed to produce an electrolyte of pH 8 to 10. The resulting electrolyte of pH 8 to 10 may be supplied to the first and second compartments again. The electrolysis device may comprise two or more pairs of first and second compartments using a bipolar membrane. When voltage is applied to the first and second electrodes, water is separated into hydrogen ions and hydroxide ions by the bipolar membrane, and the hydrogen ions and hydroxide ions can move by electrical attraction. In the electrolysis device, the bipolar membrane may be replaced with a water migration passage whose sidewall is composed of the bipolar membrane. When water is poured into the water passage and voltage is applied to the first and second electrodes, water is separated into hydrogen ions and hydroxide ions in the bipolar membrane where the water is a sidewall. Hydrogen ions are supplied by an electrical attraction to the compartment located on the anode side of the pair of first and second compartments based on the cation exchange membrane located between the first and second compartments, and the compartment located on the cathode side is electrically Hydroxide ions can be supplied by attraction.
도 11을 참조하면, 상기 전기분해장치는 제 1 전극 (1st EL) ; 제 2 전극 (2nd EL) ; 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 하나의 바이폴라막 (bipol ar membrane ; BM); 제 1 전극 ( 1st EL)과 바이폴라막 (BM) 사이 및 바이폴라막 (BM)과 제 2 전극 (2nd EL) 사이에 위치하는 2 개의 양이온 교환막 (CEM) ; 상기 각각의 양이온 교환막 (CEM)에 의해 분리된 두 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 (1st EL) 측에 위치하는 2 개의 제 1 구획 ( 1st CP)과 제 2 전극 (2nd EL) 측에 위치하는 2 개의 제 2 구획 (2nd CP)을 포함할 수 있다. 도 12를 참조하면, 상기 전기분해장치는 제 1 전극 (1st EL) ; 제 2 전극 (2nd EL); 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 2 개 이상의 바이폴라막 (bipol ar membrane ; BM) ; 제 1 전극 (1st EL)과 바이폴라막 (BM) 사이, 바이폴라막과 바이폴라막 사이 및 바이폴라막 (BM)과 제 2 전극 (2nd EL) 사이에 위치하는 3 개 이상의 양이온 교환막 (CEM) ; 상기 각각의 양이온 교환막 (CEM)에 의해 분리된 3 쌍 이상의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 ( 1st EL) 측에 위치하는 3 개 이상의 제 1 구획 ( 1st CP)과 제 2 전극 (2nd EL) 측에 위치하는 3개 이상의 제 2 구획 (2nd CP)을 포함할 수 있다. 이러한 전기분해장치를 이용할 경우 상기 제 1 단계에서 2 개 이상의 제 2 구획에 각각 흔합가스가 공급될 수 있다. 또한, 상기 제 2 단계에서 2 개 이상의 제 1 구획에 각각 흔합가스가 공급될 수 있다. 그리고, 해당 구획에서 생성된 탄산계 이온 또는 이의 염은 제 1 및 제 2 전극의 양극 및 음극으로서의 역할이 변경되면서 해당 구획에서 이산화탄소로 재전환될 수 있다. Referring to FIG. 11, the electrolysis device includes a first electrode 1st EL; Second electrode 2nd EL; A bipol ar membrane (BM) positioned between the first and second electrodes; between the first electrode (1st EL) and the bipolar membrane (BM) and between the bipolar membrane (BM) and the second electrode (2nd EL) Two cation exchange membranes (CEM) located between the; Two pairs of first and second partitions separated by the respective cation exchange membranes (CEMs), two first compartments (1st CP) and a second electrode (2nd EL) positioned on the first electrode (1st EL) side. It may include two second compartment (2nd CP) located on the side). Referring to FIG. 12, the electrolysis device includes a first electrode 1st EL; A second electrode (2nd EL); two or more bipol ar membranes (BMs) positioned between the first and second electrodes; Three or more cation exchange membranes (CEM) positioned between the first electrode 1st EL and the bipolar membrane BM, between the bipolar membrane and the bipolar membrane, and between the bipolar membrane BM and the second electrode 2nd EL; At least three pairs of first and second compartments separated by the respective cation exchange membranes (CEM), wherein at least three first compartments (1st CP) and a second electrode (2nd) positioned on the first electrode (1st EL) side. It may include three or more second compartments (2nd CP) located on the EL side. In the case of using such an electrolysis device, a mixed gas may be supplied to each of two or more second sections in the first step. In addition, a mixed gas may be supplied to each of two or more first sections in the second step. In addition, the carbonate-based ions or salts thereof generated in the compartment may be reconverted to carbon dioxide in the compartment while changing the roles of the first and second electrodes as the anode and the cathode.
상기 전기분해장치는 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 대로 구성될 수 있다. 이하, 상기 전기분해장치를 구성하는 부품에 대해 상세하게 설명한다.  The electrolysis device may be configured as known in the art. Hereinafter, the component which comprises the said electrolysis apparatus is demonstrated in detail.
상기 양이온 교환막으로는 전기분해장치 또는 연료전지 둥에 적용되는 다양한 종류의 양이은 교환막이 모두 사용될 수 있다. 구체적으로, 양이온 교환막으로는, 예를 들면 시중에 유통되고 있는 듀퐁사의 나피온 또는 일본 도쿠야마사의 CMX등을 사용할 수 있다.  As the cation exchange membrane, various kinds of divalent silver exchange membranes applied to an electrolysis device or a fuel cell may be used. Specifically, as the cation exchange membrane, for example, commercially available Nafion from Dupont, CMX from Tokuyama, Japan, and the like can be used.
상기 제 1 및 제 2 전극은 제 1 및 제 2 구획에 포함된 이온종에 전기적 인력을 미칠 수 있도록 적절한 위치에 설치될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 전극의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 바에 따라 다양하게 변형될 수 있다.  The first and second electrodes may be installed at appropriate positions so as to exert an electrical attraction to the ionic species included in the first and second compartments. The shape of the first and second electrodes is not particularly limited, and may be variously modified as known in the art.
상기 제 1 및 제 2 전극으로는 전기분해장치 또는 연료전지 등에 적용되는 다양한 종류의 전극들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 및 제 2 전극으로는 다양한 종류의 도체를 사용하거나 흑은 전극 기재 및 상기 전극 기재에 도포된 촉매를 포함하는 전극 등을 사용할 수 있다. 상기에서 도체로는 티탄 (Ti), 스테인리스강, 니켈 (Ni), 니켈 /크롬 (Ni/Cr) 합금, 백금 (Pt), 금 (Au), 팔라듐 (Pd), 이리듐 (Ir), 로듐 (Rh), 루테늄 (Ru) 또는 이들의 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 전극 기재에 도포된 촉매를 포함하는 전극에서, 전극 기재로는 카본천 (carbon cloth) 등을 사용할 수 있고, 촉매로는 백금 (Pt), 루테늄 (Ru), 오스뮴 (0s), 괄라듐 (Pd), 이리듐 (Ir), 탄소 (0, 그 외 전이금속 및 이들의 흔합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.  As the first and second electrodes, all kinds of electrodes applied to an electrolysis device or a fuel cell may be used. For example, various types of conductors may be used as the first and second electrodes, or an electrode including a black electrode substrate and a catalyst applied to the electrode substrate may be used. The above conductors include titanium (Ti), stainless steel, nickel (Ni), nickel / chromium (Ni / Cr) alloys, platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), iridium (Ir), and rhodium ( Rh), ruthenium (Ru) or those selected from the group consisting of these oxides can be used. In addition, in an electrode including a catalyst coated on the electrode substrate, carbon cloth or the like may be used as the electrode substrate, and platinum (Pt), ruthenium (Ru), osmium (0s), or baffle may be used as the catalyst. Radium (Pd), iridium (Ir), carbon (0, other transition metals and mixtures thereof) may be used.
상기 제 1 및 제 2 전극은 전원 공급 장치와 연결될 수 있다. 상기 전원 공급 장치로는 상기 제 1 및 제 2 전극에 상술한 범위의 전압을 인가할 수 있으며, 제 1 및 제 2 전극의 양극 및 음극으로서의 역할을 변경할 수 있는 것이라면 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 것을 모두 사용할 수 있다. The first and second electrodes may be connected to a power supply device. remind As the power supply device, voltages in the above-described ranges may be applied to the first and second electrodes, and if it is possible to change the roles of the first and second electrodes as the anode and the cathode, those known in the art. Both can be used.
상기 전기분해장치는 상기 전기분해장치에 흔합가스 및 전해액 등을 연속적으로 공급하고, 전기분해장치로부터 얻어지는 이산화탄소 등을 수집할 수 있도록 하나 이상의 저장소와 연결될 수 있다.  The electrolysis device may be connected to one or more reservoirs so as to continuously supply a mixed gas and an electrolyte to the electrolysis device, and collect carbon dioxide and the like obtained from the electrolysis device.
이 밖에도 상기 전기분해장치는 유체 둥의 유속을 조절할 수 있는 유체 유속 조절 장치; 제 1 및 제 2 구획의 상태를 모니터링하기 위한 센서; 및 전기분해장치와 관련된 전기적 신호와 각 구획의 용액 성상 변화를 기록할 수 있는 기록 장치 등을 추가로 포함할 수 있다.  In addition, the electrolysis device includes a fluid flow rate adjusting device capable of adjusting the flow rate of the fluid flow; Sensors for monitoring the status of the first and second compartments; And a recording device capable of recording an electrical signal related to the electrolysis device and a change in solution properties of each compartment.
상기 전기분해장치는 상술한 구성 외에 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 전기분해장치 등에 통상적으로 채용되는 구성을 추가로 포함하거나 흑은 다른 장치 부품과 연결되어 대규모 시설의 일 부품으로서 채용될 수 있다.  In addition to the above-described configuration, the electrolysis device may further include a configuration commonly employed in the electrolysis device known in the art to which the present invention pertains, or may be employed as a part of a large-scale facility in connection with other device parts.
한편, 본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내의 이산화탄소 분리 시스템으로, 제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막; 상기 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획과 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획 ; 및 상기 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가한 후, 다시 상기 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치를 포함하는 이산화탄소 분리 시스템이 제공된다. 상기 이산화탄소 분리 시스템은 상술한 이산화탄소의 분리 방법을 수행할 수 있는 시스템으로 이에 대해서는 앞서 자세히 설명하였으므로, 여기서는 자세한설명을 생략한다.  On the other hand, according to another embodiment of the present invention, the carbon dioxide separation system in a mixed gas containing carbon dioxide, the first electrode; Second electrode; A cation exchange membrane positioned between the first and second electrodes; A pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the first compartment located on the first electrode side and the second compartment located on the second electrode side; And a power supply for applying a voltage such that the first electrode becomes an anode and the second electrode becomes a cathode, and then applies a voltage such that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode. A system is provided. The carbon dioxide separation system is a system capable of performing the above-described method of separating carbon dioxide, which has been described in detail above, and thus a detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 연소과정에서 배출되는 흔합가스로부터 이산화탄소를 순수하게 분리 가능하므로 이산화탄소를 분리, 사용 또는 처리하는 다양한 기술분야에 적용 가능할 것으로 예상된다. 특히, 상기 이산화탄소의 분리 방법은 있어 ecus 기술의 비용 절감에 유용하며, 초고순도의 이산화탄소를 필요로 하는 분야, 예를 들면, 화학 반웅 공정 등에 유용한 이산화탄소를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다. 실시예 1 : 이산화탄소의 분리 Since the method for separating carbon dioxide according to one embodiment of the present invention is capable of purely separating carbon dioxide from a mixed gas discharged during combustion, it is expected to be applicable to various technical fields for separating, using, or treating carbon dioxide. In particular, the carbon dioxide separation method is ecus technology It is expected to be able to provide carbon dioxide useful for cost reduction and useful in fields requiring ultra high purity carbon dioxide, for example, chemical reaction processes. Hereinafter, the operation and effects of the invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, this is presented as an example of the invention, whereby the scope of the invention is not limited in any sense. Example 1 Separation of Carbon Dioxide
도 2와 같은 전기분해장치를 이용하여 흔합가스로부터 이산화탄소를 분리하였다. 구체적으로, 음극 구획에 전해액으로 15°C 기준 약 0.4 M의 탄산나트륨 수용액을 공급하고, 양극 구획에 전해액으로 15 °C 기준 약 1.0 M의 산화알루미늄 수용액을 공급하고, 중간 구획에 전해액으로 15 °C 기준 약 1.0 M의 염화나트륨 수용액을 공급하였다. 양극 및 음극에 4 V의 전압을 인가하고, 상기 음극 구획에 이산화탄소를 10 부피 %로 포함하는 흔합가스를 80 cc/min의 속도로 공급하였다. Carbon dioxide was separated from the mixed gas using an electrolysis device as shown in FIG. 2. Specifically, the supply of 15 ° C based on an aqueous solution of sodium carbonate of about 0.4 M in the electrolyte in the anode compartment, and supplying the 15 ° C based on aluminum oxide aqueous solution of about 1.0 M in the electrolyte in the cathode compartment and the intermediate compartment to the electrolytic solution 15 ° C A standard about 1.0 M aqueous sodium chloride solution was supplied. A voltage of 4 V was applied to the positive electrode and the negative electrode, and a mixed gas containing 10 vol% of carbon dioxide was supplied to the negative electrode compartment at a rate of 80 cc / min.
도 13을 참조하면, 상온 (25 °C )에서 음극 구획의 초기 pH는 약 11.75로 측정되었다. 그리고, 이산화탄소가 계속 포집됨에 따라 pH는 점점 낮아지다가 약 7.9에 도달하여 유지되는 것이 확인된다. Referring to FIG. 13, the initial pH of the cathode compartment at room temperature (25 ° C.) was measured to be about 11.75. As the carbon dioxide is continuously collected, the pH is gradually lowered, and it is confirmed that the pH is maintained at about 7.9.
한편, 도 14를 참조하면, 상온 (25 °C )에서 양극 구획의 초기 pH는 약On the other hand, referring to Figure 14, the initial pH of the anode compartment at room temperature (25 ° C) is about
1.7이며, 양극 구획에서는 물의 전기 분해로 인해 수소 이온이 발생하므로 시간이 지남에 따라 pH가지속적으로 낮아지는 것이 확인된다. It is confirmed that the pH is continuously lowered with time since hydrogen ions are generated by electrolysis of water in the anode compartment.
음극 구획에서 pH가 일정한 값에 도달하면, 음극 구획 내 반웅이 평형에 도달한 것을 예상할 수 있다. 따라서, 음극 구획의 pH가 일정한 값에 도달하면, 음극 구획의 탄산계 이온 흑은 이의 염을 포함하는 전해액을 양극 구획으로 이동시켰다.  When the pH reaches a constant value in the cathode compartment, it can be expected that the reaction in the cathode compartment has reached equilibrium. Therefore, when the pH of the negative electrode compartment reached a constant value, the carbonate-based black of the negative electrode compartment moved the electrolyte solution containing its salt to the positive electrode compartment.
양극 구획은 상술한 대로 매우 낮은 pH를 나타내므로, 양극 구획으로 이동된 탄산계 이온 흑은 이의 염은 다시 이산화탄소로 전환되어 방출되었다. Anode compartment exhibits a very low p H as described above and the carbon black-based ion moved to the cathode compartment has been released is again a salt thereof is converted to carbon dioxide.
음극 구획의 전해액을 양극 구획으로 이동시키기 전, 음극 구획 내 탄산계 이온의 농도를 측정한 결과 상온 (25°C )에서의 농도가 약 1.0 M이었으며, 양극 구획 내 수소 이온의 농도를 측정한 결과 상온에서의 농도가 약 1.0 M이었다. In the cathode compartment before moving the electrolyte from the cathode compartment to the anode compartment As a result of measuring the concentration of carbonic acid ions, the concentration at room temperature (25 ° C) was about 1.0 M, and the concentration at room temperature was about 1.0 M when the concentration of hydrogen ions in the anode compartment was measured.
이에 따라, 상온에서 약 1.0 M의 NaHC03 용액과 약 0.5 M의 H2S04 용액을 준비하여 상기 약 1.0 M의 NaHC03 용액에 약 0.5 M의 H2S04 용액을 첨가하면서 발생하는 이산화탄소의 함량을 측정하여 양극 구획에서 이론상 회수될 것으로 예상되는 이산화탄소의 함량을 규정하였다. 1 mol의 H2S04는 해리되어 2 mol의 수소 이온을 발생시키므로 H2S04 용액의 농도는 0.5 M로 조절하였다. In this way, the carbon dioxide generated and the at room temperature for preparing a NaHC0 3 solution and S0 4 solution, H 2 of about 0.5 M to approximately 1.0 M was added to H 2 S0 4 solution of about 0.5 M in the NaHC0 3 solution was about 1.0 M The content was measured to define the amount of carbon dioxide expected to be theoretically recovered in the anode compartment. Since 1 mol of H 2 S0 4 dissociated to generate 2 mol of hydrogen ions, the concentration of the H 2 S0 4 solution was adjusted to 0.5 M.
상기 약 0.5 M의 H2S04 용액의 첨가에 따른 이산화탄소 발생량은 도Carbon dioxide generation amount according to the addition of the H 2 S0 4 solution of about 0.5 M is
15의 · 로 표시하였으며, pH 변화량은 면 그래프로 나타내었다. 그리고, 상기 실시예 1에 따라 양극 구획에서 발생하는 이산화탄소의 함량은 도 15의 A 로 표시하였다. It was expressed as 15 ·, and the pH change amount is represented by the surface graph. The amount of carbon dioxide generated in the anode compartment according to Example 1 is represented by A of FIG. 15.
도 15를 참조하면, 양극 구획에서 이론상 회수될 것으로 예상되는 순수한 이산화탄소 (pure C02)가 모두 회수된 것이 확인된다. 상기 양극 구획에서 방출되는 이산화탄소의 순도는 약 100부피 %이었다. 실시예 2 : 이산화탄소의 분리 Referring to Figure 15, it is confirmed that all of the pure carbon dioxide (pure CO 2 ) expected to be recovered theoretically in the anode compartment. The purity of carbon dioxide released from the anode compartment was about 100% by volume. Example 2 Separation of Carbon Dioxide
실시예 1과 동일하게 음극 구획, 양극 구획 및 중간 구획에 전해액을 공급하고, 전기분해장치의 온도를 50°C로 올린 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 흔합가스로부터 이산화탄소를 분리하였다. In the same manner as in Example 1, the electrolyte was supplied to the cathode compartment, the anode compartment, and the intermediate compartment, and carbon dioxide was separated from the mixed gas in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the electrolysis device was increased to 50 ° C.
도 13을 참조하면, 50°C에서 음극 구획의 초기 pH는 약 11로 측정되었다. 그리고, 이산화탄소가 계속 포집됨에 따라 pH가 점점 낮아지다가 약 8.2에 도달하여 유지되는 것이 확인된다. Referring to FIG. 13, the initial pH of the cathode compartment at 50 ° C. was measured at about 11. And, as the carbon dioxide continues to be collected, the pH is gradually lowered, and it is confirmed that the pH is maintained at about 8.2.
한편, 도 14를 참조하면, 50°C에서 양극 구획의 초기 pH는 약On the other hand, referring to Figure 14, the initial pH of the anode compartment at 50 ° C is about
1.4이며, 초기에 pH가 약간 증가하기는 하나, 전반적으로 시간이 지남에 따라 pH가낮아지는 것이 확인된다. 1.4, although the pH initially increases slightly, the overall pH decreases over time.
상술한 대로 제 1 및 제 2 단계를 50°C에서 수행한 결과, 양극 구획에서 방출되는 이산화탄소의 순도는 약 100 부피 %이었다. 본 발명의 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법을 배기가스가 통상 배출되는 온도 (약 50°C )에서 실시한 결과, 전기분해장치의 물리적 결함이 전혀 발견되지 않았으며, 상온에서 구현한 실시예 1과 경향 및 분리 효율 등에서 차이를 나타내지 않았다. 이로써 , 배기가스 등을 냉각하지 않고, 바로 본 발명의 이산화탄소 분리 시스템에 적용할 수 있음을 확인할수 있었다. 실시예 3 : 이산화탄소의 분리 As described above, the first and second steps were carried out at 50 ° C., and the purity of the carbon dioxide released from the anode compartment was about 100% by volume. In the method for separating carbon dioxide according to an embodiment of the present invention, the exhaust gas is normally discharged. As a result of conducting at a temperature (about 50 ° C), no physical defects of the electrolysis device were found, and there was no difference in tendency and separation efficiency from Example 1 implemented at room temperature. As a result, it was confirmed that the present invention can be directly applied to the carbon dioxide separation system of the present invention without cooling the exhaust gas. Example 3 Separation of Carbon Dioxide
도 10과 같은 전기분해장치를 이용하여 흔합가스로부터 이산화탄소를 분리하였다. 구체적으로, 게 1 및 제 2 구획에 전해액으로 15°C 기준 약 0.4 M의 탄산나트륨 수용액을 공급하였다. 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 4 V의 전압을 인가하고, 상기 제 2 구획에 이산화탄소를 10 부피 %로 포함하는 흔합가스를 80 cc/min의 속도로 공급하였다 (도 10의 10 참조) .  Carbon dioxide was separated from the mixed gas using an electrolysis device as shown in FIG. 10. Specifically, an aqueous solution of about 0.4 M sodium carbonate based on 15 ° C. was supplied to Crab 1 and the second compartment. A voltage of 4 V is applied to the first and second electrodes so that the first electrode becomes the anode and the second electrode becomes the cathode, and the mixed gas containing 10 vol% of carbon dioxide is added to the second compartment at 80 cc / min. Feed at rate (see 10 of FIG. 10).
상온에서 제 2 구획의 초기 pH는 약 11.75로 측정되었다. 그리고, 이산화탄소가 계속 포집됨에 따라 pH는 점점 낮아지다가 약 7.9에 도달하여 유지되는 것을 확인하였다.  The initial pH of the second compartment at room temperature was measured to be about 11.75. And, as the carbon dioxide continues to be collected, the pH was gradually lowered and reached about 7.9 to be maintained.
제 2 구획에서 pH가 일정한 값에 도달하면, 제 2 구획 내 반웅이 평형에 도달한 것을 예상할 수 있다. 따라서, 제 2 구획의 pH가 일정한 값에 도달하면, 제 1 전극이 음극이 되고 게 2 전극이 양극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 2.5 V또는 3 V의 전압을 인가하였다 (도 10의 20 참조) . 제 2 전극이 양극으로 기능함에 따라 제 2 구획에서는 수소 이온이 발생하였으며, 제 1 및 제 2 전극에 2.5 V의 전압을 인가하였을 경우에는 pH가 8에서 6.7로 낮아지고, 3 V의 전압을 인가하였을 경우에는 pH가 8에서 1.8로 낮아지는 것이 확인되었다. 그 결과, 제 2 구획에서 생성된 탄산계 이온 흑은 이의 염은 다시 이산화탄소로 전환되어 방출되었다.  When the pH reaches a constant value in the second compartment, it can be expected that the reaction in the second compartment has reached equilibrium. Therefore, when the pH of the second compartment reaches a constant value, a voltage of 2.5 V or 3 V is applied to the first and second electrodes so that the first electrode becomes the cathode and the crab electrode becomes the anode (20 in FIG. 10). Reference) . As the second electrode functions as an anode, hydrogen ions were generated in the second compartment. When a voltage of 2.5 V was applied to the first and second electrodes, the pH was lowered from 8 to 6.7, and a voltage of 3 V was applied. When it was confirmed that the pH is lowered from 8 to 1.8. As a result, the carbonate-based black silver salt produced in the second compartment was converted into carbon dioxide and released.
제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가한 후, 시간에 따른 상기 제 2 구획 내 무기 탄소 ( inorgani c carbon)의 농도 변화를 측정하여 도 16에 나타내었다. 도 16을 참조하면, 제 1 및 제 2 전극에 3 V의 전압을 인가한 경우 2.5 V의 전압을 인가한 경우에 비하여 더 빨리 다량의 이산화탄소가 방출되는 것이 확인된다. 그러나, 제 1 및 제 2 전극에 3 V의 전압을 인가하든 흑은 2.5 V의 전압을 인가하든 약 3 시간이 경과하면, 제 2 구획 내 포집된 이산화탄소가 모두 방출되는 것이 확인된다. 제 1 및 제 2 전극에 2.5 V의 전압을 인가하였을 경우와 3 V의 전압을 인가하였을 경우 모두 제 2 구획에서 순도가 약 90 부피 %인 이산화탄소가 방출되었다. After the voltage was applied such that the first electrode became the cathode and the second electrode became the anode, the concentration change of the inorganic carbon in the second compartment with time was measured and shown in FIG. 16. Referring to FIG. 16, when a voltage of 3 V is applied to the first and second electrodes, it is confirmed that a larger amount of carbon dioxide is released faster than when a voltage of 2.5 V is applied. However, it is about 3 hours whether the voltage of 3 V or the voltage of 2.5 V is applied to the first and second electrodes. As time passes, it is confirmed that all carbon dioxide trapped in the second compartment is released. When a voltage of 2.5 V and a voltage of 3 V were applied to the first and second electrodes, carbon dioxide having a purity of about 90% by volume was emitted from the second compartment.
한편, 제 2 전극이 양극으로 기능하고 제 1 전극이 음극으로 기능함에 따라 제 1 구획에서는 수산화 이온이 발생하였으며, 이에 따라 제 1 구획에 흔합가스를 공급하면 이산화탄소가 포집되었다. 이후, 제 1 구획의 pH가 점점 낮아지다가 일정한 값에 도달하면 다시 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 4 V의 전압을 인가하여, 제 1 구획에서 생성된 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 전환하면서 제 2 구획에서 이산화탄소의 포집을 진행하였다 (도 10의 10 ' 참조) . 이러한 과정을 반복하여 흔합가스로부터 이산화탄소를 계속적으로 분리할 수 있음을 확인하였다. Meanwhile, as the second electrode functions as an anode and the first electrode functions as a cathode, hydroxide ions were generated in the first compartment. Accordingly, when a mixed gas was supplied to the first compartment, carbon dioxide was collected. Thereafter, when the pH of the first compartment decreases gradually and reaches a constant value, a voltage of 4 V is applied to the first and second electrodes so that the first electrode becomes the anode and the second electrode becomes the cathode. The carbon dioxide-based ions or salts thereof were converted into carbon dioxide while carbon dioxide was collected in the second compartment (see 10 'in FIG. 10). By repeating this process, it was confirmed that carbon dioxide can be continuously separated from the mixed gas.
【부호의 설명】 [Explanation of code]
©: 양극 (anode)  © : Anode
Θ: 음극 (cathode)  Θ: cathode
AC: 양극 구획 (anode compartment)  AC: anode compartment
CC: 음극 구획 (cathode compartment)  CC: cathode compartment
MC: 중간 구획 (middle compartment)  MC: middle compartment
1st EL 제 1 전극 (first electrode)  1st EL first electrode
2nd EL 제 2 전극 (second electrode)  2nd EL second electrode
1st CP 제 1 구획 (first compartment)  1st CP first compartment
2nd CP 제 2 구획 (second compartment) 2nd CP second compartment
I EM: 이온 교환막 (ion exchange membrane) CEM: 양이온 교환막 (cat iorr exchange membrane) AEM: 음이온 교환막 (an ion exchange membrane) BM: 바이폴라막 (bipolar membrane) I EM: ion exchange membrane CEM: catorr exchange membrane AEM: an ion exchange membrane BM: bipolar membrane
Mix: 흔합가스  Mix: Mixed Gas
10: 제 1 단계의 모습  10: State of the first stage
20: 제 2 단계의 모습  20: State of the second phase
10': 제 2 단계 후 제 1 단계의 모습  10 ': State of the first stage after the second stage
100: 제 1 전기분해장치  100: first electrolysis device
200: 제 2 전기분해장치  200: second electrolysis device
300: 제 3 전기분해장치  300: third electrolysis device
MX: 양이온 (M+)와 음이은 0Γ)으로 이루어진 염 MX: salt consisting of cation (M + ) and negative 0Γ)

Claims

【청구범위】 【Claims】
【청구항 1】 【Claim 1】
양극; 음극; 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 이온 교환막; 및 상기 이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 양극 구획과 음극 구획을 포함하는 장치를 이용한 이산화탄소의 분리 방법으로, anode; cathode; an ion exchange membrane located between the anode and the cathode; and a method of separating carbon dioxide using a device including a pair of anode compartments and a cathode compartment separated by the ion exchange membrane,
양극 및 음극에 전압이 인가되면 수산화 이온이 발생하는 음극 구획에서 이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내 이산화탄소를, 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성하는 제 1 단계; 및 A first step of collecting carbon dioxide in a common gas containing carbon dioxide in the cathode compartment where hydroxide ions are generated when a voltage is applied to the anode and cathode to generate carbonate ions or salts thereof; and
상기 탄산계 이온 또는 이의 염을 음극 구획에서, 양극 및 음극에 전압이 인가되면 수소 이은이 발생하는 양극 구획으로 이동시켜 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하는 제 2 단계를 포함하는 이산화탄소의 분리 방법 . Carbon dioxide comprising a second step of reconverting the carbonate ion or its salt into carbon dioxide by moving the carbonate ion or its salt from the cathode compartment to the anode compartment where hydrogen is generated when a voltage is applied to the anode and cathode. How to separate.
【청구항 2] [Claim 2]
저 1 1 항에 있어서, 상기 양극 및 음극에 0.42 V 이상 10 V 이하의 전압을 인가하는 이산화탄소의 분리 방법. The method of separating carbon dioxide according to item 11, wherein a voltage of 0.42 V or more and 10 V or less is applied to the anode and cathode.
【청구항 3】 【Claim 3】
제 1 항에 있어서, 상기 흔합가스는 이산화탄소를 2 부피 % 이상으로 포함하는, 이산화탄소의 분리 방법 . The method of separating carbon dioxide according to claim 1, wherein the mixed gas contains carbon dioxide in an amount of 2% by volume or more.
【청구항 4] [Claim 4]
제 1 항에 있어서, 상기 음극 구획은 전해질로 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 흔합물을 포함하는, 이산화탄소의 분리 방법 . The method of separating carbon dioxide according to claim 1, wherein the cathode compartment contains carbonate, hydroxide, or a mixture thereof as an electrolyte.
【청구항 5】 【Claim 5】
제 1 항에 있어서, 상기 음극 구획의 pH가 7 내지 9 사이의 일정한 값을 유지하면, 음극 구획의 탄산계 이온 또는 이의 염을 양극 구획으로 이동시키는 이산화탄소의 분리 방법 . The method of claim 1, wherein when the pH of the cathode compartment is maintained at a constant value between 7 and 9, carbonate ions or salts thereof from the cathode compartment are moved to the anode compartment.
【청구항 6] [Claim 6]
제 1 항에 있어서, 상기 양극 구획의 pH가 0 내지 3이 되면, 음극 구획의 탄산계 이온 또는 이의 염을 양극 구획으로 이동시키는, 이산화탄소의 분리 방법 . The method of separating carbon dioxide according to claim 1, wherein when the pH of the anode compartment becomes 0 to 3, carbonate ions or salts thereof from the cathode compartment are moved to the anode compartment.
【청구항 7】 제 1 항에 있어서, 상기 음극 구획 내 탄산계 이온의 농도가 포화 농도 이상이면 음극 구획의 탄산계 이온 또는 이의 염을 양극 구획으로 이동시키는, 이산화탄소의 분리 방법. 【Claim 7】 The method of separating carbon dioxide according to claim 1, wherein when the concentration of carbonate ions in the cathode compartment is higher than the saturation concentration, the carbonate ions or salts thereof in the cathode compartment are moved to the anode compartment.
【청구항 8] [Claim 8]
제 1 항에 있어서, 상기 음극 구획 내 전기전도도의 증가량이 10 mS/cm 내지 50 mS/cm이 되면, 음극 구획의 탄산계 이온 또는 이의 염을 양극 구획으로 이동시키는, 이산화탄소의 분리 방법 . The method of separating carbon dioxide according to claim 1, wherein when the increase in electrical conductivity in the cathode compartment is 10 mS/cm to 50 mS/cm, carbonate ions or salts thereof in the cathode compartment are moved to the anode compartment.
【청구항 9】 【Claim 9】
제 1 항에 있어서, 음극 구획에서 발생한수소 가스를 양극 구획으로 이동시키는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of separating carbon dioxide according to claim 1, wherein hydrogen gas generated in the cathode compartment is moved to the anode compartment.
【청구항 10] [Claim 10]
겨 1 9 항에 있어서, 상기 양극 및 음극에 0.83 V 내지 2 V의 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of separating carbon dioxide according to paragraph 19, wherein a voltage of 0.83 V to 2 V is applied to the anode and cathode.
【청구항 11】 【Claim 11】
제 1 항에 있어서, 상기 혼합가스를 pH 3.5 내지 7의 물과 접촉시킨 후 음극 구획에 주입하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of separating carbon dioxide according to claim 1, wherein the mixed gas is brought into contact with water of pH 3.5 to 7 and then injected into the cathode compartment.
【청구항 12] [Claim 12]
제 1 항에 있어서, 제 1 단계에서 상기 혼합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성하고, 이산화황을 포집하여 아황산 이온 또는 이의 염을 생성하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of claim 1, wherein in the first step, carbon dioxide in the mixed gas is collected to produce carbonate ions or salts thereof, and sulfur dioxide is collected to produce sulfurous acid ions or salts thereof.
【청구항 13】 【Claim 13】
제 12 항에 있어서, 제 2 단계에서 상기 탄산계 이온 또는 이의 염과 아황산 이온 또는 이의 염을 음극 구획에서 양극 구획으로 이동시켜 양극 구획에서 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하고, 아황산 이온 또는 이의 염으로부터 황산 이온 또는 이의 염을 생성하는, 이산화탄소의 분리 방법 . The method of claim 12, wherein in the second step, the carbonate ion or salt thereof and the sulfurite ion or salt thereof are moved from the cathode compartment to the anode compartment to reconvert the carbonate ion or salt thereof to carbon dioxide in the anode compartment, and the sulfite ion Or a method of separating carbon dioxide that produces sulfate ions or a salt thereof from a salt thereof.
【청구항 14] [Claim 14]
제 13 항에 있어서, 상기 양극 및 음극에 1.03 V 내지 2 V의 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of separating carbon dioxide according to claim 13, wherein a voltage of 1.03 V to 2 V is applied to the anode and cathode.
【청구항 15】 거 1 12 항에 있어서, 상기 양극 구획에는 촉매를 추가로 포함하는, 이산화탄소의 분리 방법 . 【Claim 15】 The method of separating carbon dioxide according to claim 1 12, wherein the anode compartment further includes a catalyst.
【청구항 16】 【Claim 16】
제 15 항에 있어서, 상기 촉매로 Co2+ , Fe2+ , Fe3+ , Mn2+ , Zn3+ , Au2+ 또는 Cu2+를 포함하는 화합물 및 Au, Ag, Ru 또는 Ir 을 포함한 화합물로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상의 화합물을 사용하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of claim 15, wherein the catalyst includes a compound containing Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Mn 2+ , Zn 3+ , Au 2+ or Cu 2+ and Au, Ag, Ru or Ir. A method of separating carbon dioxide using one or more compounds selected from the group consisting of compounds.
【청구항 17] [Claim 17]
제 16 항에 있어서, 상기 양극 및 음극에 0.83 V내지 20 V의 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of separating carbon dioxide according to claim 16, wherein a voltage of 0.83 V to 20 V is applied to the anode and cathode.
【청구항 18】 【Claim 18】
제 1 항에 있어서, 상기 한 쌍의 양극 구획과 음극 구획 사이에 중간 구획이 존재하도록 양극 구획과 증간 구획을 분리하는 음이온 교환막과 중간 구획과 음극 구획을 분리하는 양이은 교환막을 포함하는 장치를 이용하는, 이산화탄소의 분리 방법 . The method of claim 1, wherein an anion exchange membrane separates the anode compartment and the intermediate compartment so that an intermediate compartment exists between the pair of anode compartments and the cathode compartment, and an anion exchange membrane separates the intermediate compartment and the cathode compartment. ,Separation method of carbon dioxide.
【청구항 19】 【Claim 19】
게 18 항에 있어서, 상기 중간 구획에 해수, 하수, 폐수, 산업용수 흑은 이들의 흔합물을 공급하여 담수화하는, 이산화탄소의 분리 방법 . The method of separating carbon dioxide according to item 18, wherein seawater, sewage, wastewater, industrial water, or a mixture thereof is supplied to the middle compartment to desalinate the water.
【청구항 20] [Claim 20]
제 1 항에 있어서, 상기 장치로 양극; 음극; 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 하나의 바이폴라막 ; 양극과 바이폴라막 사이 및 바이폴라막과 음극 사이에 위치하는 2 개의 이온 교환막; 상기 각각의 이온 교환막에 의해 분리된 두 쌍의 양극 구획과 음극 구획을 포함하는 장치를 이용하는, 이산화탄소의 분리 방법 . The method of claim 1, wherein the device includes an anode; cathode; One bipolar film located between the anode and the cathode; Two ion exchange membranes located between the anode and the bipolar membrane and between the bipolar membrane and the cathode; A method of separating carbon dioxide using an apparatus comprising two pairs of anode compartments and cathode compartments separated by respective ion exchange membranes.
【청구항 21】 【Claim 21】
제 1 항에 있어서, 상기 장치로 양극; 음극; 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 2 개 이상의 바이폴라막; 양극과 바이폴라막 사이, 바이폴라막과 바이폴라막 사이 및 바이폴라막과 음극 사이에 위치하는 3 개 이상의 이온 교환막; 상기 각각의 이온 교환막에 의해 분리된 3 쌍 이상의 양극 구획과 음극 구획을 포함하는 장치를 이용하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of claim 1, wherein the device includes an anode; cathode; two or more bipolar films positioned between the anode and the cathode; Three or more ion exchange membranes located between the anode and the bipolar membrane, between the bipolar membrane and the bipolar membrane, and between the bipolar membrane and the cathode; Separation of carbon dioxide using a device including three or more pairs of anode compartments and cathode compartments separated by each ion exchange membrane. method.
【청구항 22] [Claim 22]
제 1 항에 있어서, 제 1 전기분해장치의 음극 구획에서 생성된 탄산계 이온 또는 이의 염을 상기 제 1 전기분해장치와 다른 제 2 전기분해장치의 양극 구획으로 이동시키는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of separating carbon dioxide according to claim 1, wherein carbonate ions or salts thereof generated in the cathode compartment of the first electrolysis device are moved to the anode section of the second electrolysis device, which is different from the first electrolysis device.
【청구항 23】 【Claim 23】
이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내의 이산화탄소 분리 시스템으로, 양극; 음극; 상기 양극과 음극에 전압이 인가되면 수산화 이온이 발생하며, 이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내 이산화탄소가 포집되어 탄산계 이온 또는 이의 염이 생성되는 음극 구획; 상기 양극과 음극에 전압이 인가되면 수소 이온이 발생하며, 상기 음극 구획으로부터 전달된 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하는 양극 구획 ; 및 상기 양극 구획과 음극 구획을 분리하는 이은 교환막을 포함하는 이산화탄소 분리 시스템. A system for separating carbon dioxide from a common gas containing carbon dioxide, including an anode; cathode; A cathode compartment in which hydroxide ions are generated when a voltage is applied to the anode and the cathode, and carbon dioxide in a common gas containing carbon dioxide is collected to generate carbonate ions or salts thereof; When a voltage is applied to the anode and the cathode, hydrogen ions are generated, and an anode compartment that reconverts carbonate ions or salts thereof transferred from the cathode compartment into carbon dioxide; and a continuous exchange membrane separating the anode compartment and the cathode compartment.
【청구항 24】 【Claim 24】
제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 제 2 전극사이에 위치하는 양이온 교환막; 및 상기 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획과 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획을 포함하는 장치를 이용한 이산화탄소의 분리 방법으로: 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가하여 수산화 이온이 발생하는 제 2 구획에서 이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성하는 제 1 단계 ; 및 first electrode; second electrode; a cation exchange membrane positioned between the first electrode and the second electrode; and a pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, a method of separating carbon dioxide using a device comprising a first compartment located on the first electrode side and a second compartment located on the second electrode side. : An agent that collects carbon dioxide in the common gas containing carbon dioxide in the second compartment where hydroxide ions are generated by applying a voltage so that the first electrode becomes the anode and the second electrode becomes the cathode, thereby generating carbonate ions or salts thereof. Level 1 ; and
저 ί 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하여 수소 이온이 발생하는 제 2 구획에서 상기 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하는 제 2 단계를 포함하는 이산화탄소의 분리 방법. Separation of carbon dioxide comprising a second step of applying a voltage so that the low ί 1 electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode to reconvert the carbonate ion or salt thereof into carbon dioxide in a second compartment where hydrogen ions are generated. method.
【청구항 25】 【Claim 25】
계 24 항에 있어서, 상기 제 1 및 계 2 전극에 0.42 V 이상 10 V 이하의 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of separating carbon dioxide according to claim 24, wherein a voltage of 0.42 V or more and 10 V or less is applied to the first and second electrodes.
【청구항 26】 【Claim 26】
제 24 항에 있어서, 상기 흔합가스는 이산화탄소를 2 부피 % 이상으로 포함하는, 이산화탄소의 분리 방법 . The method of separating carbon dioxide according to claim 24, wherein the mixed gas contains carbon dioxide in an amount of 2% by volume or more.
【청구항 27】 【Claim 27】
제 24 항에 있어서, 상기 제 1 단계에서 제 2 구획은 전해질로 탄산염 , 수산화물 흑은 이들의 흔합물을 포함하는, 이산화탄소의 분리 방법 . The method of separating carbon dioxide according to claim 24, wherein in the first step, the second compartment contains carbonate, hydroxide, or a mixture thereof as an electrolyte.
【청구항 28】 【Claim 28】
제 24 항에 있어서, 상기 제 1 단계에서 제 2 구획의 pH7} 7 내지 9 사이의 일정한 값을 유지하면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법. The separation of carbon dioxide according to claim 24, wherein in the first step, when maintaining a constant value between pH 7 and 9 in the second compartment, a voltage is applied so that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode. method.
【청구항 29】 【Claim 29】
제 24 항에 있어서, 상기 제 1 단계에서 제 1 구획의 pH가 0 내지 3이 되면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of claim 24, wherein when the pH of the first compartment becomes 0 to 3 in the first step, a voltage is applied so that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode.
【청구항 30】 【Claim 30】
제 24 항에 있어서, 상기 제 1 단계에서 제 2 구획 내 탄산계 이온의 농도가 포화 농도 이상이면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법 . The method of claim 24, wherein if the concentration of carbonate ions in the second compartment is greater than the saturation concentration in the first step, a voltage is applied so that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode.
【청구항 31] [Claim 31]
제 24 항에 있어서, 상기 제 1 단계의 제 2 구획 ᅵ내 전기전도도의 증가량이 10 mS/cm 내지 50 tnS/cm이 되면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of claim 24, wherein when the increase in electrical conductivity in the second compartment of the first step ranges from 10 mS/cm to 50 tnS/cm, a voltage is applied so that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode. ,Separation method of carbon dioxide.
【청구항 32】 【Claim 32】
제 24 항에 있어서, 상기 거 1 1 및 제 2 전극에 0.83 V 내지 2 V의 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of claim 24, wherein a voltage of 0.83 V to 2 V is applied to the first and second electrodes.
【청구항 33] [Claim 33]
제 24 항에 있어서, 상기 흔합가스를 pH 3. 5 내지 7의 물과 접촉시킨 후 제 2 구획에 주입하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of separating carbon dioxide according to claim 24, wherein the mixed gas is brought into contact with water of pH 3.5 to 7 and then injected into the second compartment.
【청구항 34】 【Claim 34】
제 24 항에 있어서, 상기 게 1 단계의 제 2 구획에서는 상기 흔합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성하고 , 이산화황을 포집하여 아황산 이온 또는 이의 염을 생성하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of claim 24, wherein in the second compartment of the first stage, the A carbon dioxide separation method that captures carbon dioxide in common gas to produce carbonate ions or salts thereof, and captures sulfur dioxide to produce sulfurous acid ions or salts thereof.
【청구항 35] [Claim 35]
제 34 항에 있어서, 상기 제 2 단계의 제 2 구획에서는 상기 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하고, 상기 아황산 이온 또는 이의 염으로부터 황산 이온 또는 이의 염을 생성하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of claim 34, wherein in the second section of the second step, the carbonate ions or salts thereof are reconverted to carbon dioxide, and sulfate ions or salts thereof are generated from the sulfite ions or salts thereof.
【청구항 36] [Claim 36]
제 35 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극에 1.03 V 내지 2 V의 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of claim 35, wherein a voltage of 1.03 V to 2 V is applied to the first and second electrodes.
【청구항 37】 【Claim 37】
제 24 항에 있어서, 상기 제 2 단계 후에 다시 게 1 단계를 반복하는: 이산화탄소의 분리 방법 . The method of claim 24, wherein step 1 is repeated again after the second step .
, ,
【청구항 38】 【Claim 38】
제 24 항에 있어서, 상기 제 2 단계는 제 1 구획에서 이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성하는, 이산화탄소의 분리 방법. The method of claim 24, wherein the second step captures carbon dioxide in the mixed gas containing carbon dioxide in the first compartment to produce carbonate ions or salts thereof.
【청구항 39] [Claim 39]
제 24 항에 있어서, 상기 제 1 단계에서 제 2 구획은 전해질로 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 혼합물을 포함하고, 상기 제 2 단계에서 제 1 구획은 전해질로 탄산염, 수산화물 흑은 이들의 흔합물을 포함하는, 이산화탄소의 분리 방법 . The method of claim 24, wherein in the first step, the second compartment contains carbonate and hydroxide as the electrolyte and a mixture thereof, and in the second step, the first compartment contains carbonate and hydroxide as the electrolyte and a mixture thereof. Including, a method of separating carbon dioxide.
【청구항 40】 【Claim 40】
제 38 항에 있어서, 상기 제 2 단계 후에 반복된 제 1 단계의 제 1 구획에서 탄산계 이은 또는 이의 염이 이산화탄소로 재전환되는, 이산화탄소의 분리 방법 . The method of claim 38, wherein carbonic acid or its salt is reconverted to carbon dioxide in the first section of the first step repeated after the second step.
【청구항 41] [Claim 41]
제 24 항에 있어서, 상기 장치로 제 1 전극; 제 2 전극; 상기 거 1 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 하나의 바이폴라막; 상기 제 1 전극과 바이폴라막 사이 및 바이폴라막과 제 2 전극 사이에 위치하는 2 개의 양이온 교환막; 상기 각각의 양이은 교환막에 의해 분리된 두 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서 , 게 1 전극 측에 위치하는 2 개의 게 1 구획과 게 2 전극 측에 위치하는 2 개의 제 2 구획을 포함하는 장치를 이용하는, 이산화탄소의 분리 방법 . 25. The method of claim 24, wherein the device includes: a first electrode; second electrode; One bipolar film located between the first electrode and the second electrode; The first electrode and two cation exchange membranes positioned between the bipolar membrane and between the bipolar membrane and the second electrode; A device comprising two pairs of first and second compartments, each of which is separated by an exchange membrane, with two Crab 1 compartments located on the Crab 1 electrode side and two second compartments located on the Crab 2 electrode side. Method for separating carbon dioxide using .
【청구항 42】 【Claim 42】
제 24 항에 있어서, 상기 장치로 제 1 전극; 게 2 전극; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 2 개 이상의 바이폴라막; 제 1 전극과 바이폴라막 사이 , 바이폴라막과 바이폴라막 사이 및 바이폴라막과 제 2 전극 사이에 위치하는 3 개 이상의 양이온 교환막; 상기 각각의 양이은 교환막에 의해 분리된 3 쌍 이상의 계 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 3 개 이상의 게 1 구획과 제 2 전극 측에 위치하는 3 개 이상의 제 2 구획을 포함하는 장치를 이용하는, 이산화탄소의 분리 방법 . 【청구항 43】 25. The method of claim 24, wherein the device includes: a first electrode; Crab 2 electrode; two or more bipolar films positioned between the first electrode and the second electrode; three or more cation exchange membranes located between the first electrode and the bipolar membrane, between the bipolar membrane and the bipolar membrane, and between the bipolar membrane and the second electrode; Three or more pairs of first and second compartments, each of which is separated by a silver exchange membrane, including at least three first compartments located on the first electrode side and three or more second compartments located on the second electrode side. A method of separating carbon dioxide using a device that does this. 【Claim 43】
이산화탄소를 포함하는 흔합가스 내의 이산화탄소 분리 시스템으로, 제 1 전극; 게 2 전극; 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막; 상기 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획과 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획; 및 상기 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가한 후, 다시 상기 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치를 포함하는 이산화탄소 분리 시스템. A system for separating carbon dioxide from a common gas containing carbon dioxide, comprising: a first electrode; Crab 2 electrode; a cation exchange membrane positioned between the first and second electrodes; A pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the first compartment located on the first electrode side and the second compartment located on the second electrode side; And a power supply device that applies a voltage so that the first electrode becomes an anode and the second electrode becomes a cathode, and then applies a voltage so that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode. Carbon dioxide separation comprising a power supply device. system.
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