산업의 발전에 따라 매년 1,000 여종 이상의 새로운 물질이 합성되어 판매되고 있으며, 이에 따라 생산 공정에서 발생되는 폐수도 기존의 재래식 폐수처리공정으로는 용이하게 처리되지 않는 각종 난분해성 물질의 함유량이 증가되고 있는 실정이다. 최근 전기화학적 공법에 기반을 가지고 있는 수 처리 분야, 도금 분야, 대체에너지 분야, 부식방지 분야에서 DSA(Dimensionally Stable Anode) 촉매전극에 대한 연구 및 상용화가 국내외에서 진행되고 있으나 향후 기술을 지속적으로 발전시키기 위해서는 전극의 내구성 및 효율의 개선이 필요하다. 또한 현재 상용화 되어있는 전극의 도포 촉매는 ...
산업의 발전에 따라 매년 1,000 여종 이상의 새로운 물질이 합성되어 판매되고 있으며, 이에 따라 생산 공정에서 발생되는 폐수도 기존의 재래식 폐수처리공정으로는 용이하게 처리되지 않는 각종 난분해성 물질의 함유량이 증가되고 있는 실정이다. 최근 전기화학적 공법에 기반을 가지고 있는 수 처리 분야, 도금 분야, 대체에너지 분야, 부식방지 분야에서 DSA(Dimensionally Stable Anode) 촉매전극에 대한 연구 및 상용화가 국내외에서 진행되고 있으나 향후 기술을 지속적으로 발전시키기 위해서는 전극의 내구성 및 효율의 개선이 필요하다. 또한 현재 상용화 되어있는 전극의 도포 촉매는 이리듐을 주촉매(Main Catalyst) 기타 Si, Ti, Ta, Sn, Co 등을 결합체(Binder)로 하여 합성 및 소성(Calcination)을 통하여 전극을 제작하고 있으며, 이러한 기존 전극의 단점은 주 촉매인 이리듐 산화물의 밀도가 적어 저항 발생 원인으로 작용되며, 저항발생으로 인한 내구성에 문제가 되고 있고, 전극 제작과정에서 소재인 티타늄의 Annealing이 포함되지 않아 촉매 산화막과의 결합강도가 떨어지는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 소재인 티타늄의 Annealing을 통하여 Rutile한 산화막을 형성시켜 촉매와의 결합강도를 증대시키는 단계와 Amorphous 유도촉매인 Ruthenium을 첨가하여 주촉매인 Iridium의 밀도를 증대시킴으로써 내구성을 증가시키고 저항을 줄이는 효율적인 촉매전극을 개발하고자 한다. 연구결과 불용성 촉매 전극 제작에 있어서 Ti 소재의 Annealing은 전극의 내구성 및 표면저항을 좌우한다. 최적의 Annealing 조건은 500℃ 90, 120분과 600℃ 30, 60분이며, TiO₂ 표면 두께 및 표면저항이 10㎛ 이하, 2ohm 이하로 내구성 및 저항이 우수한 것으로 파악되었다. 수소/산소 발생 과전위가 가장 낮은 전극의 조건은 Annealing 조건 600℃, 60min과 촉매 합성비율 Ir_(0.9)Ru_(0.2)Ta_(0.015)의 결과가 가장 우수한 것으로 파악되었다. 전극의 촉매 층의 두께는 8㎛이상 이었으며, Tafel을 이용한 내구성은 고 전류 0.1A/cm²에서 약 1,000분 이상 유지되었고 전류효율은 약 95.9%로 파악되었다.
산업의 발전에 따라 매년 1,000 여종 이상의 새로운 물질이 합성되어 판매되고 있으며, 이에 따라 생산 공정에서 발생되는 폐수도 기존의 재래식 폐수처리공정으로는 용이하게 처리되지 않는 각종 난분해성 물질의 함유량이 증가되고 있는 실정이다. 최근 전기화학적 공법에 기반을 가지고 있는 수 처리 분야, 도금 분야, 대체에너지 분야, 부식방지 분야에서 DSA(Dimensionally Stable Anode) 촉매전극에 대한 연구 및 상용화가 국내외에서 진행되고 있으나 향후 기술을 지속적으로 발전시키기 위해서는 전극의 내구성 및 효율의 개선이 필요하다. 또한 현재 상용화 되어있는 전극의 도포 촉매는 이리듐을 주촉매(Main Catalyst) 기타 Si, Ti, Ta, Sn, Co 등을 결합체(Binder)로 하여 합성 및 소성(Calcination)을 통하여 전극을 제작하고 있으며, 이러한 기존 전극의 단점은 주 촉매인 이리듐 산화물의 밀도가 적어 저항 발생 원인으로 작용되며, 저항발생으로 인한 내구성에 문제가 되고 있고, 전극 제작과정에서 소재인 티타늄의 Annealing이 포함되지 않아 촉매 산화막과의 결합강도가 떨어지는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 소재인 티타늄의 Annealing을 통하여 Rutile한 산화막을 형성시켜 촉매와의 결합강도를 증대시키는 단계와 Amorphous 유도촉매인 Ruthenium을 첨가하여 주촉매인 Iridium의 밀도를 증대시킴으로써 내구성을 증가시키고 저항을 줄이는 효율적인 촉매전극을 개발하고자 한다. 연구결과 불용성 촉매 전극 제작에 있어서 Ti 소재의 Annealing은 전극의 내구성 및 표면저항을 좌우한다. 최적의 Annealing 조건은 500℃ 90, 120분과 600℃ 30, 60분이며, TiO₂ 표면 두께 및 표면저항이 10㎛ 이하, 2ohm 이하로 내구성 및 저항이 우수한 것으로 파악되었다. 수소/산소 발생 과전위가 가장 낮은 전극의 조건은 Annealing 조건 600℃, 60min과 촉매 합성비율 Ir_(0.9)Ru_(0.2)Ta_(0.015)의 결과가 가장 우수한 것으로 파악되었다. 전극의 촉매 층의 두께는 8㎛이상 이었으며, Tafel을 이용한 내구성은 고 전류 0.1A/cm²에서 약 1,000분 이상 유지되었고 전류효율은 약 95.9%로 파악되었다.
Along with industrial development, more than about 1,000 types of new substances are being synthesized and sold each year. Accordingly, the reality is that the content of various non-biodegradable substances that are not disposed easily by existing conventional water waste disposal process is being ...
Along with industrial development, more than about 1,000 types of new substances are being synthesized and sold each year. Accordingly, the reality is that the content of various non-biodegradable substances that are not disposed easily by existing conventional water waste disposal process is being increased in the waste water created in the manufacturing process. Although the research and commercialization on DSA (Dimensionally Stable Anode) catalyst electrode are being performed in the fields of water treatment based on electrochemical technique, alternative energy source and corrosion protection, the improvement in durability and efficiency of electrode is necessary in order to keep developing the technology in the future. Also, the application catalyst of currently commercialized electrode is manufacturing the electrode through synthesis and calcination with iridium as Main Catalyst and Si, Ti, Ta, Sn and Co, etc as binders while the disadvantage of this existing electrode is that it acts as the cause of creating resistance because the density of iridium oxide which is the main catalyst is low, becomes a problem for durability from creating resistance and the combined intensity with oxide layer getting dropped because the annealing of titanium which is a material of electrode production process is not included. Therefore, this research is trying to develop an efficient catalyst electrode reducing resistance by increasing the density of iridium which is the main catalyst by the stage of increasing combined intensity with catalyst by forming rutile oxide layer through annealing of titanium and adding Ruthenium which is an amorphous induction catalyst. As a result of research, annealing of Ti material influences the durability and surface resistance of electrode in the production of insoluble catalyst electrode. The best annealing conditions are 500℃ 90, 120 minutes and 600℃ 30, 60 minutes while it has been found out that the durability and resistance are excellent with TiO₂ surface thickness and surface resistance of 10㎛ or less and 2ohm or less. It has been found that the electrode condition with lowest hydrogen/oxygen generating overpotential is annealing condition of 600℃, 60min and catalyst synthesis ratio of Ir_(0.9)Ru_(0.2)Ta_(0.015) was the most excellent result The thickness of electrode catalyst layer was 8㎛ or greater while the durability using Tafel was maintained for more than about 1,000 minutes at high current of 0.1A/cm² and the current efficiency was found as 95.9%.
Along with industrial development, more than about 1,000 types of new substances are being synthesized and sold each year. Accordingly, the reality is that the content of various non-biodegradable substances that are not disposed easily by existing conventional water waste disposal process is being increased in the waste water created in the manufacturing process. Although the research and commercialization on DSA (Dimensionally Stable Anode) catalyst electrode are being performed in the fields of water treatment based on electrochemical technique, alternative energy source and corrosion protection, the improvement in durability and efficiency of electrode is necessary in order to keep developing the technology in the future. Also, the application catalyst of currently commercialized electrode is manufacturing the electrode through synthesis and calcination with iridium as Main Catalyst and Si, Ti, Ta, Sn and Co, etc as binders while the disadvantage of this existing electrode is that it acts as the cause of creating resistance because the density of iridium oxide which is the main catalyst is low, becomes a problem for durability from creating resistance and the combined intensity with oxide layer getting dropped because the annealing of titanium which is a material of electrode production process is not included. Therefore, this research is trying to develop an efficient catalyst electrode reducing resistance by increasing the density of iridium which is the main catalyst by the stage of increasing combined intensity with catalyst by forming rutile oxide layer through annealing of titanium and adding Ruthenium which is an amorphous induction catalyst. As a result of research, annealing of Ti material influences the durability and surface resistance of electrode in the production of insoluble catalyst electrode. The best annealing conditions are 500℃ 90, 120 minutes and 600℃ 30, 60 minutes while it has been found out that the durability and resistance are excellent with TiO₂ surface thickness and surface resistance of 10㎛ or less and 2ohm or less. It has been found that the electrode condition with lowest hydrogen/oxygen generating overpotential is annealing condition of 600℃, 60min and catalyst synthesis ratio of Ir_(0.9)Ru_(0.2)Ta_(0.015) was the most excellent result The thickness of electrode catalyst layer was 8㎛ or greater while the durability using Tafel was maintained for more than about 1,000 minutes at high current of 0.1A/cm² and the current efficiency was found as 95.9%.
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