• 공업화학
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• 제34권4호
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• pp.331-346
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• 2023

탄소중립 달성을 위해 에너지 효율적이고 전기화된 사회에 직접 이용될 수 있는 친환경 공정이 주목받고 있다. 다량의 에너지를 소모하는 기존의 열 및 압력 기반의 담수화 기술에서도 이는 예외가 아니기에, 최근 차세대 전기화학 기반 담수화 기술들의 성장이 두드러진다. 대표적으로 에너지 저장 장치의 구동 원리를 기반으로 하는 전기화학적 이온 분리(electrochemical ion separation, EIONS) 기술이 있으며, 여기에는 축전식 탈염(CDI) 기술과 배터리 담수화 시스템(BD)가 포함된다. EIONS 기술에는 시스템 성능 향상을 위해 CDI와 BD를 기본으로 한 다양한 응용 시스템들이 개발되어 왔는데, 이러한 결과물들의 의미와 독창성을 배경지식 없이 한눈에 파악하기 매우 어렵다. 따라서 우리는 이 리뷰 논문에서 EIONS 연구에서의 지난 몇 년간의 기술적 진보와 시스템 개별 특성을 각 시스템의 구동원리, 연구 배경, 장단점을 중심으로 명확하고 구체적으로 설명하고자 한다. 아울러, EIONS의 미래 발전과 연구 방향을 설명하며 리뷰 논문을 마무리하겠다. 이 논문을 통해 EIONS 연구를 막 시작하는 연구자들이 EIONS의 연구 동향을 보다 쉽게 파악할 수 있을 것이다.

• 대한환경공학회지
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• 제36권4호
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• pp.295-302
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• 2014

본 연구는 물 재이용을 위한 하수고도처리공정으로서 이단유로 축전식 탈염공정의 적용 가능성을 평가하였다. 일반적으로 축전식 탈염장치는 전극이 병렬식으로 단순 적층되어 있는 반면에 이단유로 축전식 탈염장치는 분리판에 의해 모듈이 2개의 단으로 구분되어 1단과 2단이 수리학적 직렬연결이 되도록 고안되었다. 동일한 유입조건에서 전산유체역학 분석결과 이단유로 모듈이 단일유로 모듈에 비해 스페이서에서 보다 균등하고 빠른 유속분포를 보였고, 사영역도 상대적으로 작게 나타났다. 하지만 입구와 출구 간 압력강하는 단일유로 모듈이 0.4 bar인 반면 이단유로 모듈은 0.7 bar로 높게 나타났다. NaCl용액을 원수로 사용한 단위셀 테스트 결과, 단일유로와 이단유로의 최대 탈염효율은 유입유량 10 mL/min/cell pair에서 각각 88%, 91%이었다. 유량증가에 따른 단위셀 압력강하의 증가는 이단유로가 단일유로보다 높게 나타났으며, 유입유량 70 mL/min/cell pair에서 이단유로의 압력강하는 1.67 bar로 단일유로의 압력강하보다 2배 높게 나타났다. 이단유로의 압력강하를 완화시키기 위하여 전극 간 간격을 100에서 $200{\mu}m$으로 늘린 결과, 탈염효율은 유사하게 유지하면서 압력강하는 최대 0.87 bar로 낮게 유지할 수 있었다. Proto-type 축전식 탈염장치에 하수처리수를 주입하여 연속 운전한 결과, TDS 제거효율은 평균 78%로 나타났으며, 특정이온의 경우, $NH_4{^+}$-N, $NO_3{^-}$-N 및 $PO_4{^{3-}}$-P 제거효율이 각각 50%, 93% 및 50%로 나타나 질소제거 관점에서 CDI기술의 하수고도처리공정 활용가능성이 높을 것으로 판단된다.

• 접착 및 계면
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• 제15권1호
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• pp.1-8
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• 2014

이온 교환막은 전기투석, 확산투석, Redox flow 전지, 연료전지 등 다양하고 넓은 분야에서 사용되고 있다. 초음파를 이용하여 만들어진 PVC 양이온 교환막을 시간을 변화시켜 가면서 술폰화 반응에 의해 제조하였다. 술폰화제로 황산을 사용하였으며, 술폰화 PVC 양이온 교환막의 기본구조와 특성을 FT-IR, EDX, Water uptake, 이온교환용량(IEC), 전기저항(ER), 전도도, 이온수송수 및 표면 morphology를 SEM 분석하였다. FT-IR 스펙트럼 분석결과 술폰화 PVC 양이온 교환막에 술폰산기가 도입되었음을 확인하였으며 멤브레인의 Water uptake, IEC, 전기 저항 및 ion transport number의 최대값은 각각 40.2%, 0.87 meq/g, $35.2{\Omega}{\cdot}cm^2$ 및 0.88이었다.

• 멤브레인
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• 제33권4호
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• pp.181-190
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• 2023

폐수 처리는 담수 공급의 수요를 맞추고 동시에 환경 오염을 제어하기 위한 가장 중요한 기술 중 하나이다. 여러 종류의 증류법과 역삼투 공정과 같은 다양한 기술은 더 높은 에너지 투입을 필요로 한다. 축전식 탈염(CDI) 기술은 전력 소비가 매우 적어 슈퍼커패시터 원리에 기반한 대안으로 떠오르고 있다. 공정의 효율성을 향상시키기 위해 전극 재료를 개선하기 위한 연구가 계속되고 있다. 역전기투석은 가장 일반적으로 사용되는 담수화 기술 및 삼투압 발전기이다. 역전기투석의 효율을 향상시키기 위해 수행된 많은 연구 중, 맥신(MXene)은 이온교환막 및 2차원 나노유체 채널로서 역전기투석의 물리적 및 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있는 유망한 방법으로 떠오르고 있다. 맥신은 단독 사용뿐만 아니라 다른 물질들이 맥신과 혼합되어 복합막의 성능을 더욱 향상시킨다. 전처리를 거치거나 Ti₃C₂T_x, 나피온 등을 포함한 이종구조를 가진 맥신은 각각 최대 담수화 성능 측정 결과를 통해 담수화 산업에서 유망한 재료로 맥신의 잠재력을 입증했다. 역전기투석을 통한 삼투압 발전 산업에서 이온교환막에서 비대칭 나노유체 이온 채널에 맥신을 사용함으로써 최대 삼투압 출력 밀도를 크게 향상시켰으며, 대부분 상용화 기준값인 5 Wm^-2를 넘었다. 일정 개수의 단위체를 연결함으로써 매개체의 도움 없이 전자기기에 직접적으로 전력을 공급할 수 있는 수준의 전압이 출력됐다. 본 리뷰에서는 맥신 복합막을 기반으로 한 전기투석 공정의 최근 연구들에 대해 설명한다.