바이폴라막을 이용한 물분해 전기투석은 기존의 수처리 공정에 사용되는 전기투석법과 기본 원리는 같으나 기존 전기투석 공정보다 에너지 소모량이 낮고 부산물의 발생이 없기 때문에 최근 수처리 공정에 많이 사용되고 있다. 이 때 사용되는 바이폴라막은 양이온교환층과 음이온교환층이 결합되어 있는 형태의 이온교환막이다. 바이폴라막의 계면에서는 인가된 전위에 의한 강한 자기장의 형성과 촉매의 protonation/deprotonation 반응에 의해 물분해가 일어난다. 기존에 사용되어온 ...
바이폴라막을 이용한 물분해 전기투석은 기존의 수처리 공정에 사용되는 전기투석법과 기본 원리는 같으나 기존 전기투석 공정보다 에너지 소모량이 낮고 부산물의 발생이 없기 때문에 최근 수처리 공정에 많이 사용되고 있다. 이 때 사용되는 바이폴라막은 양이온교환층과 음이온교환층이 결합되어 있는 형태의 이온교환막이다. 바이폴라막의 계면에서는 인가된 전위에 의한 강한 자기장의 형성과 촉매의 protonation/deprotonation 반응에 의해 물분해가 일어난다. 기존에 사용되어온 iron hydroxide는 높은 물분해 효율을 가지지만 장기간 사용 시 촉매의 손실 때문에 효율이 점차 감소되는 문제점이 있다. 따라서 높은 물분해 효율을 가지면서 물리적 안정성이 우수한 촉매를 개발하고자 하였다. 본 연구에서, 바이폴라 막 (BPM)의 효율적인 물분해를 위해 금속 착물 촉매가 개발되었다. BPM은 스티렌 계 이오노머를 다공성 기재 필름에 충전시켜 제조 된 음이온교환 막 위에 설 폰화 된 폴리 (에테르 에테르 케톤) (SPEEK)을 캐스팅함으로써 제조되었다. BPM에서 물분해를 용이하게 하기 위한 촉매로서 Fe(OH)3, Fe(OH)2EDTA, Fe(OH)3@TiO2,, Fe(OH)3@Fe2O3, Fe3O4@ZIF-8가 사용되었다. 또한, 용액 중의 용매 조성을 최적화함으로써 금속 촉매의 분산성을 향상 시켰으며, 분무 코팅을 통해 양극 접합부에 촉매를 정량적으로 로딩 할 수 있었다. 최적의 금속 촉매 및 로딩량을 결정하기 위해 막 특성화 및 물분해 전기 투석 실험을 수행 하였다. 또한, 최적화된 로딩량의 촉매를 도입하여 각 촉매별로 물분해 효율을 도출하였다. 실험 결과, 촉매를 도입한 모든 막이 상용막과 유사한 수준의 물분해 성능을 나타냄을 확인하였다. 특히 EDTA를 iron hydroxide와 결합한 촉매를 사용했을 때 물분해 효율이 가장 높았고, 이는 iron hyroxide뿐만 아니라 EDTA의 카르복실산기와 아민기가 물분해 반응을 촉진하기 때문으로 사료되었다. 또한, 제조한 촉매의 물리적 안정성을 평가하기 위해 장기 안정성 실험을 진행하였다. 그 결과, EDTA가 사용된 촉매가 가장 물리적 안정성이 우수하였다. 이는 EDTA의 여섯자리 리간드에 철 이온을 배위결합 함으로써 안정적인 착체가 형성되었기 때문으로 사료되었다.
바이폴라막을 이용한 물분해 전기투석은 기존의 수처리 공정에 사용되는 전기투석법과 기본 원리는 같으나 기존 전기투석 공정보다 에너지 소모량이 낮고 부산물의 발생이 없기 때문에 최근 수처리 공정에 많이 사용되고 있다. 이 때 사용되는 바이폴라막은 양이온교환층과 음이온교환층이 결합되어 있는 형태의 이온교환막이다. 바이폴라막의 계면에서는 인가된 전위에 의한 강한 자기장의 형성과 촉매의 protonation/deprotonation 반응에 의해 물분해가 일어난다. 기존에 사용되어온 iron hydroxide는 높은 물분해 효율을 가지지만 장기간 사용 시 촉매의 손실 때문에 효율이 점차 감소되는 문제점이 있다. 따라서 높은 물분해 효율을 가지면서 물리적 안정성이 우수한 촉매를 개발하고자 하였다. 본 연구에서, 바이폴라 막 (BPM)의 효율적인 물분해를 위해 금속 착물 촉매가 개발되었다. BPM은 스티렌 계 이오노머를 다공성 기재 필름에 충전시켜 제조 된 음이온교환 막 위에 설 폰화 된 폴리 (에테르 에테르 케톤) (SPEEK)을 캐스팅함으로써 제조되었다. BPM에서 물분해를 용이하게 하기 위한 촉매로서 Fe(OH)3, Fe(OH)2EDTA, Fe(OH)3@TiO2,, Fe(OH)3@Fe2O3, Fe3O4@ZIF-8가 사용되었다. 또한, 용액 중의 용매 조성을 최적화함으로써 금속 촉매의 분산성을 향상 시켰으며, 분무 코팅을 통해 양극 접합부에 촉매를 정량적으로 로딩 할 수 있었다. 최적의 금속 촉매 및 로딩량을 결정하기 위해 막 특성화 및 물분해 전기 투석 실험을 수행 하였다. 또한, 최적화된 로딩량의 촉매를 도입하여 각 촉매별로 물분해 효율을 도출하였다. 실험 결과, 촉매를 도입한 모든 막이 상용막과 유사한 수준의 물분해 성능을 나타냄을 확인하였다. 특히 EDTA를 iron hydroxide와 결합한 촉매를 사용했을 때 물분해 효율이 가장 높았고, 이는 iron hyroxide뿐만 아니라 EDTA의 카르복실산기와 아민기가 물분해 반응을 촉진하기 때문으로 사료되었다. 또한, 제조한 촉매의 물리적 안정성을 평가하기 위해 장기 안정성 실험을 진행하였다. 그 결과, EDTA가 사용된 촉매가 가장 물리적 안정성이 우수하였다. 이는 EDTA의 여섯자리 리간드에 철 이온을 배위결합 함으로써 안정적인 착체가 형성되었기 때문으로 사료되었다.
Water-splitting electrodialysis using a bipolar membrane has the same basic principle as the electrodialysis processes used in the existing water treatment process, but has been widely used in the water treatment process since it consumes less energy and generates no by-products than the existing el...
Water-splitting electrodialysis using a bipolar membrane has the same basic principle as the electrodialysis processes used in the existing water treatment process, but has been widely used in the water treatment process since it consumes less energy and generates no by-products than the existing electrodialysis process. The bipolar membrane used at this time is an ion-exchange membrane in which a cation exchange layer and an anion exchange layer are combined. At the interface of the bipolar membrane, water-splitting occurs due to the formation of a strong magnetic field by the applied potential and the protonation / deprotonation reaction of the catalyst. Iron hydroxide, which has been used in the past, has high water-splitting efficiency but has a problem in that the efficiency gradually decreases due to the loss of the catalyst during long-term use. Therefore, it has been intended to develop a catalyst having high water-splitting efficiency and excellent physical stability. In this study, metal complex catalysts have been developed for the efficient water-splitting of bipolar membranes (BPMs). The BPMs were prepared by casting sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) on an anion-exchange membrane which is fabricated by filling a styrene-based ionomer into a porous substrate film. Several metal complexes were examined as the catalysts for facilitating water-splitting in BPMs. In addition, the dispersion properties of the metal catalysts were improved by optimizing the solvent composition in the solution and the catalysts could be quantitatively loaded at the bipolar junction through spray coating. Membrane characterizations and water-splitting electrodialysis experiments were conducted to determine the optimum metal catalyst and loading amount. In addition, an optimized loading amount of catalyst was introduced to derive water decomposition efficiency for each catalyst. As a result of the experiment, it was confirmed that all the membranes introduced with the catalyst showed the same level of water-splitting performance as the commercial membranes. Particularly, the highest water-splitting efficiency was obtained when EDTA was combined with iron hydroxide. In addition, a long-term stability experiment was conducted to evaluate the physical stability of the prepared catalyst. As a result, the catalyst using EDTA had the best physical stability. This may be due to the formation of stable complexes by coordinating iron ions to the hexadentate ligand of EDTA.
Water-splitting electrodialysis using a bipolar membrane has the same basic principle as the electrodialysis processes used in the existing water treatment process, but has been widely used in the water treatment process since it consumes less energy and generates no by-products than the existing electrodialysis process. The bipolar membrane used at this time is an ion-exchange membrane in which a cation exchange layer and an anion exchange layer are combined. At the interface of the bipolar membrane, water-splitting occurs due to the formation of a strong magnetic field by the applied potential and the protonation / deprotonation reaction of the catalyst. Iron hydroxide, which has been used in the past, has high water-splitting efficiency but has a problem in that the efficiency gradually decreases due to the loss of the catalyst during long-term use. Therefore, it has been intended to develop a catalyst having high water-splitting efficiency and excellent physical stability. In this study, metal complex catalysts have been developed for the efficient water-splitting of bipolar membranes (BPMs). The BPMs were prepared by casting sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) on an anion-exchange membrane which is fabricated by filling a styrene-based ionomer into a porous substrate film. Several metal complexes were examined as the catalysts for facilitating water-splitting in BPMs. In addition, the dispersion properties of the metal catalysts were improved by optimizing the solvent composition in the solution and the catalysts could be quantitatively loaded at the bipolar junction through spray coating. Membrane characterizations and water-splitting electrodialysis experiments were conducted to determine the optimum metal catalyst and loading amount. In addition, an optimized loading amount of catalyst was introduced to derive water decomposition efficiency for each catalyst. As a result of the experiment, it was confirmed that all the membranes introduced with the catalyst showed the same level of water-splitting performance as the commercial membranes. Particularly, the highest water-splitting efficiency was obtained when EDTA was combined with iron hydroxide. In addition, a long-term stability experiment was conducted to evaluate the physical stability of the prepared catalyst. As a result, the catalyst using EDTA had the best physical stability. This may be due to the formation of stable complexes by coordinating iron ions to the hexadentate ligand of EDTA.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.