• 멤브레인
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• 제30권5호
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• pp.350-358
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• 2020

본 연구에서는 다공성 탄소 전극의 음극과 양극 표면에 각각 양이온교환고분자(Nafion)와 음이온교환고분자(aminated polyphenylene oxide, APPO)를 코팅하여 막 결합형 축전식 탈염(membrane capacitive deionization, MCDI) 공정에 적용하였다. 또한 위 공정의 성능을 탄소 전극만으로 구성한 축전식 탈염(capacitive deionization, CDI) 공정과 비교 평가해 보고 염 제거 효율이 최대로 나타나는 MCDI 공정의 최적 운전 조건을 탐색하고자 하였다. 염 제거 효율은 MCDI 공정이 CDI 공정에 비해 높게 나타났으며 Nafion과 APPO를 적용한 MCDI 공정에서 흡착 조건이 1.2 V, 3 min이고 탈착 조건이 -1.0 V, 1 min 일 때의 염 제거 효율이 82.1%로 최댓값을 보임을 확인했다.

• 공업화학
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• 제31권5호
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• pp.552-559
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• 2020

Activated carbon-nickel (II) oxide (AC-NiO) electrodes were studied as materials for the capacitive deionization (CDI) of aqueous sodium chloride solution. AC-NiO electrodes were fabricated through physical mixing and low-temperature heating of precursor materials. The amount of NiO in the electrodes was varied and its effect on the deionization performance was investigated using a single-pass mode CDI setup. The pure activated carbon electrode showed the highest specific surface area among the electrodes. However, the AC-NiO electrode with approximately 10 and 20% of NiO displayed better deionization performance. The addition of a dielectric material like NiO to the carbon material resulted in the enhancement of the electric field, which eventually led to an improved deionization performance. Among all as-prepared electrodes, the AC-NiO electrode with approximately 10% of NiO gave the highest salt adsorption capacity and charge efficiency, which are equal to 7.46 mg/g and 90.1%, respectively. This finding can be attributed to the optimum enhancement of the physical and chemical characteristics of the electrode brought by the addition of the appropriate amount of NiO.

• Membrane and Water Treatment
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• 제7권1호
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• pp.39-53
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• 2016

In this study, polysufone (PSf) was used as a base polymer to synthesize sulfonated polysulfone (SPSf) and aminated polysulfone (APSf) as cation and anion exchange polymers, respectively. Then the ion exchange polymers were coated onto the surface of commercial carbon electrodes. To compare the capacitive deionization (CDI) and membrane capacitive deionization (MCDI) processes, the pristine carbon electrodes and ionic polymer coated electrodes were tested under various operating conditions such as feed flow rate, adsorption time at fixed desorption time, and feed concentration, etc., in terms of effluent concentration and salt removal efficiency. The MCDI was confirmed to be superior to the CDI process. The performance of MCDI was 2-3 times higher than that of CDI. In particular, the reverse desorption potential was a lot better than zero potential. Typically, the salt removal efficiency 100% for 100 mg/L NaCl was obtained for MCDI at feed flow rate of 15 ml/min and adsorption/desorption time of 3 min/1 min and applied voltages 1.0 V for adsorption and -0.3 V for desorption process, and for 500 mg/L, the salt removal efficiency 91% was observed.

• 한국가시화정보학회지
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• 제20권2호
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• pp.13-20
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• 2022

An effective capacitive deionization process termed membrane capacitive deionization (MCDI) is newly designed and experimentally tested for seawater desalination. By preventing co-ions to be expelled, MCDI can improve the ion removal performance, but there is a trade-off between blocking co-ion transfer and increasing contact resistance. The conventional MCDI uses 2D-shaped films which increase contact resistance and reduce desalination performance in the trade-off. In this paper, with the 3-D shape of Nafion coated activated carbon cloth, the mentioned problems are expected to be solved making the desalination performance better. We visualized ion concentration and fluid flows with half-MCDI cell that can measure only efficiency of cathode. We found the optimal number of coatings which have the better efficiency than CMX, commercial cation exchange membrane in fixed current conditions of 100uA.

• 전기화학회지
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• 제18권1호
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• pp.24-30
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• 2015

일반적으로 저농도의 염 용액에서 탈염성능이 우수한 축전식 탈염기술에 고농도의 염을 함유한 용액을 처리할 수 있는 가능성을 확인하기 위해 spacer와 spiral 형태의 두 가지 모양의 유로에따라 이온교환수지를 채움으로써 탈염효율을 비교분석하고 기술의 적용가능성을 평가하였다. Spacer와 spiral 형태로 이온교환수지를 채운 축전식 탈염 셀의 탈염효율은 각각 77.21 및 99.94%로, 이는 spiral 형태의 유로에 채워진 이온교환수지가 유입수와 고르게 접촉할 수 있는 유로의 모양을 구성하기 때문에 많은 이온들이 제거될 수 있었다고 판단된다. 또한 pH와 축적 전하량의 변화량에서 탈염성능을 감소시킬 수 있는 페러데이 반응이 현저하게 줄어들었다. 따라서 본 연구를 통해 에너지효율적인 축전식 탈염 기술을 이용하여 고농도의 염 용액의 탈염에 대한 가능성을 제시해주었고, 이온교환수지의 혼합비율의 최적화와 연속식 전기탈이온 기술의 재생공정의 도입에 대한 추가적인 연구를 통해 이상적인 탈염기술을 개발하는 데 큰 기반이 될 것으로 기대된다.

• 멤브레인
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• 제26권1호
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• pp.62-69
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• 2016

본 연구에서는 양이온 교환막으로 Sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK)를 사용하였고, 음이온 교환막은 poly(vinyl alcohol) (PVA)과 poly(vinyl amine) (PVAm)을 혼합하여 가교시킨 막을 이용하였으며, 이에 대한 막결합형 축전식 탈염 공정(Membrane capacitive deionization, MCDI)의 성능실험을 진행하였다. 음이온 교환막의 함수율, 이온교환용량, FT-IR 측정을 통하여 막의 특성을 알아보았다. 음이온 교환막의 가교 시간이 3 h에서 5 h으로 증가할수록 염 제거 효율은 81.3%에서 65.7, 53.8%로 감소하였다. PVAm의 농도를 40, 60, 80%로 달리하여 실험한 결과 염 제거 효율은 81.3, 75.2, 37.7%로 PVAm이 80% 함량일 때 가장 효율이 떨어졌다. 이는 음이온 교환막의 가교 시간과 PVAm의 농도가 염제거 성능에 영향을 미치는 것으로 사료된다.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.563-571
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• 2021

In this study, calcium alginate based cation exchange membrane was prepared and used to develop membrane capacitive deionization (MCDI) system for effective hardness control. As a major result, the MCDI with Ca-alginate membrane showed 27% better deionization capacity than the MCDI with a commercial cation exchange membrane. This superior improvement in the deionization capacity was expected to be due to the high ratio of transport number/electrical resistance (S_c/R_ratio) of Ca-alginate membrane. In addition, the MCDI with Ca-alginate membrane showed better deionization performance than the MCDI with Ca-alginate coating. This was because the space between the electrode and the Ca-alginate membrane was utilized for ion adsorption. The preliminary results indicated that the MCDI with Ca-alginate membrane can be a viable technique for the hardness control.

• 전기화학회지
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• 제12권3호
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• pp.287-294
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• 2009

$TiO_2$가 첨가된 탄소복합전극을 제조 Capacitive deionization(CDI)에서의 제염효과에 대하여 고찰하였다. 본 연구에서는 탄소전극과 탄소복합전극을 제조하여 순환전류전압법과 충전-방전 평가를 하였으며 이때의 이온제거율에 대하여 고찰하였다. 순환전류전압법으로 1 mV/s의 전위주사속도에서 측정한 결과 탄소전극은 125 F/g, 탄소복합전극의 축전용량은 243 F/g으로 2배 증가됨을 확인하였다. 탄소복합전극의 $TiO_2$의 함량은 10 wt.%로 고정하였으며 $TiO_2$가 첨가됨에 따라 전기이중층 흡착량이 증가되어 이온제거율이 탄소전극보다 25% 증가되었다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제6권4호
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• pp.139-145
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• 2015

Capacitive deionization (CDI) process is a novel approach for desalination of an aqueous salt solution. In the present study, an activated carbon cloth (ACC) is proposed as effective electrode material. Initially the carbon cloth was activated in 1 M and 8 M HNO₃ for 9 hours at room temperature. The untreated and chemically activated carbon cloth (ACC) electrode materials were subjected to BET surface area measurements in order to get information about their specific surface area, average pore size, total pore volume and micropore area. The above materials were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) also. The electrochemical studies for the electrodes were done using cyclic voltammetry (CV) in 0.1 M Na₂SO₄ medium. From the studies, it was found that resistivity of the activated carbon cloth electrodes (treated in 1 M and 8 M HNO₃) was decreased significantly by the chemical oxidation in nitric acid at room temperature and its capacitance was found to be 90 F/g (1 M HNO₃) and 154 F/g (8 M HNO₃) respectively in 0.1 M Na₂SO₄ solution. The capacitive deionization behavior of a single cell CDI with activated carbon cloth electrodes was also studied and reported in this work.

• 멤브레인
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• 제29권6호
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• pp.355-361
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• 2019

본 연구에서는 기존의 CDI (capacitive deionization)를 이용해 산업 폐수에 함유되어있을 수 있는 바륨 이온 제거에 관해서 연구하였다. Feed 용액은 30 mg/L의 BaCl₂ (barium chloride dihydrate) 수용액을 사용하였고, 유속은 10 mL/min 설정하였다. 흡착 조건을 1.2 V에서 3, 5, 7분으로, 탈착 조건은 각각 -1, -1.5, -2 V 및 1, 2, 3분으로 다양하게 조정하여 가장 효율이 높은 조건을 선정하는 실험을 진행하였고, 그 결과 흡착 1.2 V/7분 탈착 -1 V/1분의 조건에서 64.4%의 바륨 이온 제거효율을 나타내었다. 동일한 실험 조건으로 바륨과 같은 농도인 30 mg/L NaCl 수용액에 대하여 CDI의 제거효율과 비교 분석한 결과 흡착 1.2 V/7분 탈착 -1 V/1분의 조건에서 69.9%의 제거효율을 나타내었다.