• 멤브레인
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• 제27권3호
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• pp.240-247
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• 2017

본 연구에서는 막 결합형 축전식 탈염공정에 적용을 위해 폴리비닐플루오라이드를 고분자 지지체로 사용하여 양이온 및 음이온교환수지를 배합하여 제작된 불균질 이온교환막을 탄소전극에 결합하여 염 제거 효율을 알아보고자 하였다. 불균질 이온교환막의 배합 조건은 용매, 고분자 지지체, 이온교환수지를 7 : 2 : 1의 무게 비율로 하였으며 탄소전극에 직접 캐스팅 하였다. 운전조건으로 공급액은 주로 NaCl 수용액에 대하여 흡착전압, 시간, 공급액의 농도, 유속, 탈착전압, 시간 등에 대하여 염 제거 효율을 측정하였으며 이 외에 $CaCl_2$과 $MgSO_4$ 수용액에 대하여서도 측정하였다. 대표적으로 NaCl 100 mg/L 용액의 15 mL/min에서 1.5 V, 3분의 흡착조건, -0.1 V, 3분의 탈착조건에서 98%의 염 제거 효율을 보였으며, $CaCl_2$과 $MgSO_4$는 100 mg/L, 15 mL/min에서 1.2 V, 3분의 흡착조건, -0.5 V, 5분의 탈착조건에서 각각 70, 59%의 염 제거 효율을 보였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제58권3호
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• pp.466-473
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• 2020

직물집전체는 에너지 효율이 높은 담수화 방식인 축전식탈염(Capacitive deionization: CDI)시스템에서 유망한 전극 재료가 될 수 있다. 직물집전체의 매력적인 특징 중 하나는 인장강도가 강하다는 것인데, 기계적 강도가 약한 그라파이트 호일 전극의 대안이 될 수 있다. 또한 섬유적 특성으로 인하여 쉽게 형상을 만들 수 있고, 다공성 물질이라는 점과 섬유 간 공간은 수용성 매질의 흐름을 원활하게 해 준다. 본 연구에 사용된 섬유는 도전성 LM fiber와 carbon fiber를 사용한 방적사를 이용하여 직조 구조로 만들어졌으며, 인장강도는 319 MPa로 그라파이트 호일에 비해서 약 60 배 정도 더 강하다. 전극슬러리의 점도, 흡착전압, 공급액의 유량, 공급액의 농도를 변화시켜 가면서 염 제거효율을 측정하여 결과를 분석하였다. NaCl 200 mg/L, 20 ml/min, 흡착전압 1.5 V 조건에서, 단위 셀에서 43.9%, 100개의 셀을 적층한 모듈에서는 59.8%의 염 제거 효율을 각각 보였다. 단위 셀에서는 흡착전압이 1.3, 1.4, 1.5 V로 증가함에 따라 염 제거효율이 증가하다가 1.6과 1.7 V로 증가하면서 염 제거 효율은 감소하였다. 그러나 100 셀 적층 모듈에서는 1.5 V 이상의 전압에서도 염 제거효율이 완만한 증가세를 나타내었다. 공급액의 유량을 증가시켰을 때 염 제거율은 감소하였고, 또한 공급액의 농도를 증가시켰을 때에도 염 제거율은 감소하였다.

• 공업화학
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• 제21권3호
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• pp.265-271
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• 2010

활성탄에 $TiO_2$를 졸-겔 방법으로 코팅하여 탄소복합전극을 제조하였고 축전식 이온제거(Capacitive deionization : CDI) 과정에서 나타난 제염효과에 대하여 고찰하였다. 본 연구에서 $TiO_2$는 전극의 젖음성을 향상시켜 전극과 전해질의 접촉 저항을 감소시키고, 전기이중층 흡착량을 증가시킬 수 있으므로 CDI전극재로 활성탄에 코팅하였다. TEM, XRD, XPS로 활성탄에 $TiO_2$가 코팅되었는지 확인하였다. 순환전류전압법과 impedance측정 결과 탄소복합전극이 탄소전극보다 전기이중층 용량이 증가하였으며, 전극의 확산저항이 줄어든 것을 확인하였다. 또한 이온제거율을 확인하기 위한 충전-방전 및 이온전도도 평가 결과 전해질 NaCl $1000\;{\mu}S/cm$에서 탄소복합전극이 탄소전극보다 39% 더 많은 이온을 제거하는 것을 확인하였다. 본 연구 결과 CDI용 전극재료 $TiO_2$가 코팅된 탄소복합전극이 탄소전극보다 효과적인 제염효과를 보임을 확인하였다.

• 전기화학회지
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• 제7권1호
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• pp.38-43
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• 2004

전기화학적으로 이온을 흡착시켜 제거시키는 capacitive deionization(CDI) 공정용 전극으로 탄소에어로젤에 실리카젤이 첨가된 다공성 탄소에어로젤 복합전극을 사유하여 1,000ppm NaCl수용액에서 10회와 100회 동안 싸이클을 변화시켜 탈염과 재생 특성에 대한 충전과 방전 시 시간에 따른 전류변화, 싸이클에 대한 전하량 변화, 그리고 CDI효율을 조사하였다. Paste rolling법으로 제조된 탄소에어로젤 복합전극은 CDI반응진행에 대한 전극 활물질의 탈락이 없이 전극의 성형성이 크게 향상되었고, 전극시트 제조시간을 $50\%$ 이상 단축시킬 수 있었다. 10분동안 충전과 방전으로 10회 싸이클까지의 전하량 결과를 살펴보면, $50wt.\%$의 실리카젤이 첨가된 C복합전극의 평균 충전 전하량이 실리카젤이 첨가되지 않은 A전극에 비해 $3\%$ 증가하였으며, 평균 방전 전하량은 $7\%$증가하였다. 5분동안 충전과 방전으로 100회 싸이클까지 평균 충전 전하량을 보면 $25w1.\%$와 $50wt.\%$의 실리카젤이 첨가된 B복합전극과 C복합전극은 A전극에 비해 각각 $6\%,\;14\%$증가하였으며, 또한 평균 방전 전하량도 각각 $9\%,\;21\%$증가하여 복합전극의 전하량 특성이 매우 우수하였다. 100회 싸이클까지의 CDI효율은 싸이클이 진행되면서 $70\%$ 이상으로 안정하게 유지하였고, 100회 싸이클에서는 B 복합전극이 $72.3\%$, C 복합전극이 $74.0\%$로 A 전극$(63.1\%)$보다 $10\%$이상 우수한 CDI 효율을 나타내었다.

• 공업화학
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• 제20권6호
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• pp.700-704
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• 2009

본 연구에서는 다공성 탄소전극의 내부 전해질 농도에 따른 전극의 전기화학적 특성 변화를 연구하였다. 다공성 탄소전극의 내부를 0.01, 0.05, 0.1, 0.5 M KCl 용액으로 채우고 양이온교환막을 결합한 후 cyclic voltammetry, chronoamperometry, impedance spectroscopy 분석을 실시하였다. 실험결과 전극의 특성은 전극 내부의 전해질 농도에 따라 큰 차이를 보였으며 농도가 높을수록 전극 내부의 charging 저항이 감소하여 전기용량이 크게 증가하는 것을 알 수 있었다. 실험결과로부터 이온교환막을 결합한 축전식 탈염공정에서 전극 내부의 전해질 농도를 높임으로써 저 농도의 염수를 효과적으로 탈염할 수 있을 것으로 기대된다.

• 멤브레인
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• 제29권5호
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• pp.284-291
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• 2019

본 연구에서는 대면적을 지니는 CDI 모듈의 흐름 향상을 위하여 유체가 들어가는 유입구로부터 면적이 증가하는 직사각형 형태의 유로를 설계하였다. 이를 바탕으로 설계된 모듈 형태에 대해 공급수의 흐름성과 사영역의 유무를 파악하였고 CFD 전산 유체 역학 프로그램을 통해 유로 내의 내부 압력, 유선 그리고 속도 벡터 분포를 분석하였으며 실제 흐름 관측과 CFD 프로그램을 비교 분석하였다. 실험 결과 모든 유속 10, 20, 30 mL/min에서 유로 내 사영역이 거의 발생하지 않았으며 공급수의 흐름성도 일정하게 유지되어 추후 대면적을 가지는 CDI 공정에 적용이 가능할 것이라 판단된다.

• 멤브레인
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• 제29권5호
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• pp.292-298
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• 2019

본 연구에서는 축전식 탈염 공정에 분할 전극을 이용하여 탈염 성능을 향상하고자 하였다. 운전조건으로 NaCl 수용액에 대하여 20 mL/min의 유속과 1.2 V, 3분의 흡착 조건과 -1 V, 1분의 탈착 조건으로 전극의 분할 여부에 따른 탈염 효율을 측정함으로써 실험을 진행하였다. 분할되지 않은 전극에서는 유효면적이 $146cm^2$일 때 40%의 탈염 효율이 나타났고 분할 전극의 유효면적이 $133cm^2$일 때 57%의 탈염 효율을 보였다. 같은 분할된 전극에서 탈염 효율은 2 cm 간격을 두었을 때 49%, 1 cm의 간격을 두었을 때 57%로 확인되었다. 탈염 효율이 일반 CDI보다 분할 전극 CDI가 높았고 분할 전극 사이의 간격이 좁을수록 증가하였다.

• 공업화학
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• 제33권3호
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• pp.315-321
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• 2022

We firstly observed that activated carbon (AC) deposited by atomic-layer vanadium pentoxide (V₂O₅) was used as CDI electrodes to utilize the high dielectric constant for enhancing the capacitance equipped with atomic layer deposition (ALD). It was demonstrated that the vanadium pentoxide (V₂O₅) with sub-nanometer layer was effectively deposited onto activated carbon, and the electric double-layer capacitance of the AC was improved due to an increase in the surface charge density originated from polarization, leading to high ion removal in CDI operation. It was confirmed that the performance of modified-AC increases more than 200%, comparable to that of pristine-AC under 1.5 V at 20 mL min^-1 in CDI measurements.

• 전기화학회지
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• 제17권1호
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• pp.37-43
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• 2014

본 연구에서 광산수의 재활용을 위해 축전식 탈염공정을 적용하였다. 이를 위해 이온교환폴리머를 코팅한 탄소 전극을 활용하였는데 본 성능을 관찰하기 위해 이온교환폴리머를 코팅하지 않은 탄소 전극으로 광산수의 탈염 운전을 수행하고 비교분석하였다. 또한, 광산수의 높은 농도가 축전식 탈염공정에 미치는 영향을 조사하기 위해 저농도의 기수(NaCl 200 ppm)를 활용한 운전 성능 비교 역시 수행하였다. 연구 결과 이온교환폴리머를 코팅한 탄소 전극을 활용한 광산수 탈염 효율 및 제거양 모두 그렇지 않은 전극에 비해 높았고 에너지 소모량은 더 적게 나타났다. 이는 높은 비패러데이 전류, 높은 염농도에 따른 낮은 용액 저항, 전극 기공 내에서의 이중층 중첩효과에 기인하는 것으로 판단되었다. 또한, 이온교환폴리머를 코팅한 전극을 활용한 기수 탈염 운전 결과 낮은 염농도에 따라 용액의 저항이 높아지고, 제거 대상의 염의 양이 낮아 광산수에 비해 매우 높은 효율을 보였으나, 제거양은 매우 낮음을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권6호
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• pp.791-794
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• 2010

축전식 전기탈이온(Capacitive deionization: CDI) 시스템을 실제공정에 적용하기 위하여 대용량 제작이 가능하며 높은 처리 효율을 갖는 셀 구조 연구가 필요하다. 본 연구에서는 대용량 제작을 위하여 낮은 수압으로 운전할 수 있는 병렬형 구조와 처리효율을 증가시키기 위하여 집중형 유로를 동시에 적용하여 설계하고 성능 평가하였다. 설계한 유로 구조의 유입수 흐름을 확인하기 위하여 유체역학적 모델링이 가능한 COMSOL프로그램을 사용하여 집중형 유로가 형성되는 것을 확인하였고, 염 제거 효율을 확인하기 위하여 단위 셀과 20층으로 용량 증축된 스택을 사용하여 CDI운전을 통한 제거효율을 확인하였다. 그 결과 $210cm^2$ 면적의 단위 셀에서는 18 ml/min의 유량조건에서 1.1 psi의 수압으로 70.8%의 제거효율을 보였으며, 20층으로 용량 증축된 셀에서는 유량을 20배로 늘린 360 ml/min의 유량조건에서 1.3~1.5 psi의 수압으로 75.6%의 제거효율을 확인할 수 있었다. 연구된 유로 설계는 대용량 시스템을 제작하는데 있어서 적합한 병렬형 구조이며 효율적인 탈염을 할 수 있는 집중형 유로로 설계되어 실제공정에 적용할 수 있는 구조임을 확인할 수 있었다.