선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 기존의 단위셀 형태의 막 축전식 탈염 공정을 처리 용량 증대를 위한 목적으로 단수를 늘려 10단 모듈의 형태로 설계하였다. 사용된 이온교환고분자로는 Polysulfone (PSf)에 아민기를 도입하여 음이온 교환고분자를 제조하였고, poly(ether ether ketone) (PEEK)에 술폰기를 도입하여 양이온교환고분자를 제조하였다.
- 본 연구에서는 막 결합형 축전식 탈염공정인 MCDI 에 모듈을 적용하여 같은 시간동안 더 많은 용량의 물을 처리하고자 하였다. 설계된 모듈의 성능을 확인하기 위해 5단 모듈에 NaCl을 공급액으로 하여 흡착시간, 유속, 농도에 따라 흡/탈착 실험을 진행하였고 더 많은 처리 용량을 위해 10단 모듈의 성능을 알아보았다.
제안 방법
- 5단 모듈은 흡착시간, 공급액의 유속과 농도변화에 따라 관찰하였다. 흡착전압은 1.
- 탄소전극의정 중앙에 지름 1 cm의 구멍을 뚫어 물이 흐르게 하였고 육각형의 한 대각선 양 끝점에서 유입되어 정중앙의 배출구로 나가도록 하였다. Potentiostat (Wonatech, WPG-100)를 사용해 전압을 인가하여 흡착과 탈착을 진행했으며 L/S pump (Masterflex)를 이용해 일정한 유량의 공급액을 셀에 공급했다. 배출수는 TDS conductivity meter (iSTEK, EC-470L)를 배출구에 연결해 측정하였다.
- 공급액의 종류에 따른 염 제거효율을 비교해보고자 CaSO4 , MgCl2 의 다가이온을 사용하여 염 제거효율을 알아보았다. 유속 100 mL/min, 흡착조건 1.
- 나머지 실험은 앞서 실험한 결과에서 가장 효율적인 조건을 선택하여 흡착전압 1.2 V, 흡착시간 3 min, 탈착전압 -0.5 V, 탈착시간 5 min으로 고정하고 진행하였다. 탈염공정에서 처리용량은 중요한 요소로 유속을 100, 150, 200, 250, 300 mL/min으로 증가시켜 실험을 진행하였다.
- 2, 49% 염 제거효율을 보였고 이의 결과를 Table 5에 나타내었다. 다음으로 공급액의 농도에 따른 염 제거효율을 알아보기 위하여 공급액의 농도를 100, 200, 300, 500 mg/L로 달리하여 실험을 진행하였다. 이의 결과는 Fig.
- 2 V로 고정하여 다음 실험을 진행하였다. 다음으로 유속 100 mL/min, 흡착 전압 1.2 V, 탈착조건은 -0.1 V/3 min으로 고정하였고, 흡착시간을 3, 5 min으로 달리하여 실험을 진행하였다. 흡착시간이 3분에서 5분으로 증가했을 때 염 제거효율이 감소함을 확인할 수 있었다.
- 3의 배출수 농도에 그래프로 나타내었으며 배출수의 최소점이 3분의 경우 10, 5분의 경우 2 mg/L로 각각 염 제거효율이 90, 98%를 나타내었다. 다음은 흡착시간을 5분으로 고정하고 공급액의 유속에 대한 염 제거효율을 비교하기 위해 공급액의 농도 100 mg/L, 흡착조건 1.2 V/5 min, 탈착조건 -0.1V/3 min의 조건에서 유속을 50, 75, 100, 125 mL/min로 달리하여 실험을 진행하였다. 이의 결과를 Fig.
- 이것을 탄소전극에 직접 코팅한 후 5단과 10 단 모듈에 적용하여 성능을 알아보았다. 먼저 5단 모듈에서 흡착시간, 공급액의 유속과 농도에 따라 실험을 진행하여 적용가능성을 확인하였고, 10단 모듈 형태로 흡착전압 및 시간, 탈착전압 및 시간, 공급수의 유속과 농도, 다가이온인 CaSO4 , MgCl2 , 수도수를 공급액으로 하여 10단 모듈에서 실험하였다.
- Potentiostat (Wonatech, WPG-100)를 사용해 전압을 인가하여 흡착과 탈착을 진행했으며 L/S pump (Masterflex)를 이용해 일정한 유량의 공급액을 셀에 공급했다. 배출수는 TDS conductivity meter (iSTEK, EC-470L)를 배출구에 연결해 측정하였다. 염 제거율은 아래의 식 (3)을 이용하여 계산하였다.
- 본 실험에서는 음이온교환고분자 제조를 위해 polysulfone (PSf, UdelⓇ , P-3500, M.W. 66100)을 사용하였고, trimethylamine (TMA, Junsei)를 이용해 아민화 반응을 진행했다. Tin(II) chloride (SnCl2 , Junsei)를 촉매로 사용하였다.
- 본 연구에서는 기존의 단위셀 형태의 막 축전식 탈염 공정을 처리 용량 증대를 위한 목적으로 단수를 늘려 10단 모듈의 형태로 설계하였다. 사용된 이온교환고분자로는 Polysulfone (PSf)에 아민기를 도입하여 음이온 교환고분자를 제조하였고, poly(ether ether ketone) (PEEK)에 술폰기를 도입하여 양이온교환고분자를 제조하였다. 이것을 탄소전극에 직접 코팅한 후 5단과 10 단 모듈에 적용하여 성능을 알아보았다.
- 본 연구에서는 막 결합형 축전식 탈염공정인 MCDI 에 모듈을 적용하여 같은 시간동안 더 많은 용량의 물을 처리하고자 하였다. 설계된 모듈의 성능을 확인하기 위해 5단 모듈에 NaCl을 공급액으로 하여 흡착시간, 유속, 농도에 따라 흡/탈착 실험을 진행하였고 더 많은 처리 용량을 위해 10단 모듈의 성능을 알아보았다.
- 이온교환막 내부에 존재하는 작용기의 용량을 나타내는 것으로 막 결합형 축전식 탈염기술에서 염 제거효율의 영향을 끼치는 요인 중 하나이다. 실험에 사용된 이온교환고분자의 이온교환용량을 비교하였다. 음이온 교환고분자 APSf의 이온교환용량은 2.
- Tin(II) chloride (SnCl2 , Junsei)를 촉매로 사용하였다. 양이온교환고분자 합성에는 sulfuric acid (95%, Samchun)를 이용해 poly(ether ether ketone) (PEEK, VictrexⓇ , 450PF)의 설폰화 반응을 진행시켰다. 1,2-dichloroethane (DCE, Samchun), chloromethyl ethyl ether (CMEE, Kanto chemical), N,N-imethylacetamide (DMAc, Junsei) 그리고 N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, Junsei)은 용매로 사용하였다.
- 의 다가이온을 사용하여 염 제거효율을 알아보았다. 유속 100 mL/min, 흡착조건 1.2 V /3 min, 탈착조건 -0.5 V/5 min에서 각각의 공급수의 농도를 100 mg/L로 설정하고 공급액을 NaCl, CaSO4 , MgCl2 로달리하여 실험을 진행하였다. 각각 98.
- 5 V를 고정으로 하여 탈착시간별 실험을 진행하였다. 유속 100 mL/min, 흡착조건 1.2 V/3min, 탈착전압 -0.5 V로 고정하고 탈착시간을 3, 5 min으로 달리하여 진행하였다. 탈착시간이 3분에서 5분으로 증가함에 따라 염 제거효율이 95.
- 음이온교환고분자를 합성하기 위해 PSf를 아민화 하였다. PSf 20 g을 DCE에 8 wt%로 녹인 후 클로로메틸 화를 위해 SnCl2 를 고분자 대비 10 wt%로 천천히 넣는다.
- 사용된 이온교환고분자로는 Polysulfone (PSf)에 아민기를 도입하여 음이온 교환고분자를 제조하였고, poly(ether ether ketone) (PEEK)에 술폰기를 도입하여 양이온교환고분자를 제조하였다. 이것을 탄소전극에 직접 코팅한 후 5단과 10 단 모듈에 적용하여 성능을 알아보았다. 먼저 5단 모듈에서 흡착시간, 공급액의 유속과 농도에 따라 실험을 진행하여 적용가능성을 확인하였고, 10단 모듈 형태로 흡착전압 및 시간, 탈착전압 및 시간, 공급수의 유속과 농도, 다가이온인 CaSO4 , MgCl2 , 수도수를 공급액으로 하여 10단 모듈에서 실험하였다.
- 탈착전압이 -1 V일 때 염 제거효율이 98%로, 이는 인가해주는 전압의 전위가 높을수록 탈착시 더 원활하게 이온들이 탈착된 것으로 보인다. 이의 결과로 탈착전압 -0.5 V를 고정으로 하여 탈착시간별 실험을 진행하였다. 유속 100 mL/min, 흡착조건 1.
- 제조한 음이온고분자 APSf와 양이온고분자 SPEEK 를 탄소 전극에 캐스팅하여 사용하였다. 음이온고분자인 경우 캐스팅 후 80°C의 진공오븐에서 건조시키고 양이온고분자의 경우 캐스팅 후 120°C에서 건조시켰다.
- 5 V, 탈착시간 5 min으로 고정하고 진행하였다. 탈염공정에서 처리용량은 중요한 요소로 유속을 100, 150, 200, 250, 300 mL/min으로 증가시켜 실험을 진행하였다. 유속이 빨라질수록 효율이 떨어지는 것을 Fig.
- 앞서 5단 모듈에서의 성능 평가를 통해 10단 모듈의 적용 가능성을 확인하였다. 흡착전압과 흡착시간에 따른 염 제거효율을 알아보기 위하여 공급액 NaCl 100 mg/L, 100 mL/min의 유속으로 일정하게 공급하였고, 흡착시간 3 min, 탈착조건 -0.1 V/3 min을 고정하였으며, 흡착전압을 1, 1.2, 1.5 V로 달리하여 탈염실험을 진행하였다. Fig.
대상 데이터
- 양이온교환고분자 합성에는 sulfuric acid (95%, Samchun)를 이용해 poly(ether ether ketone) (PEEK, VictrexⓇ , 450PF)의 설폰화 반응을 진행시켰다. 1,2-dichloroethane (DCE, Samchun), chloromethyl ethyl ether (CMEE, Kanto chemical), N,N-imethylacetamide (DMAc, Junsei) 그리고 N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, Junsei)은 용매로 사용하였다. 모든 시약과 용매는 정제 과정 없이 사용하였다.
- 66100)을 사용하였고, trimethylamine (TMA, Junsei)를 이용해 아민화 반응을 진행했다. Tin(II) chloride (SnCl2 , Junsei)를 촉매로 사용하였다. 양이온교환고분자 합성에는 sulfuric acid (95%, Samchun)를 이용해 poly(ether ether ketone) (PEEK, VictrexⓇ , 450PF)의 설폰화 반응을 진행시켰다.
- 다공성 탄소 전극은 Pureechem Co.에서 구매하여 사용했으며 초순수는 younglin pure water system (Seoul, Korea)으로 생산하여 사용하였다.
이론/모형
- 이온교환막 특성 중에 이온 교환 용량은 적정방법을 통해 측정했다. 먼저 음이온교환막을 0.
성능/효과
- 공급액의 종류를 달리하여 실험한 결과 NaCl, MgCl2, CaSO4 순으로 염 제거효율이 높았으며, 이는 2가 이온이 흡착될 때 더 많은 전위가 사용되어 낮은 염 제거효율이 나타난 것으로 사료된다. 수도수를 공급액으로 한 실험에서는 90%의 염 제거효율을 보였다.
- 4의 배출수 농도에 대한 그래프로 나타내었고 각각 98, 84, 68, 54%의 염 제거효율을 보였다. 마지막으로 공급액 농도에 따른 실험은 유속 50 mL/min, 흡착조건 1.2 V/5 min, 탈착조건 -0.1 V/3 min의 조건에서 100, 200, 300, 500 mg/L으로 공급액 농도를 달리하여 진행하였고 결과를 Fig. 5에 나타냈으며 100 mg/L일 때 98%의염 제거효율을 보였다.
- 11과 Table 6에나타내었다. 유속 100 mL/min, 흡착조건 1.2 V/3 min, 탈착조건 -0.5 V/5 min에서 공급액 농도 100, 200, 300, 500 mg/L로 실험하였을 때 각각 98.3, 69.5, 58, 28%의 염 제거효율을 나타내었다. 농도가 높을수록 용액 속에 녹아있는 이온의 수가 많다는 것으로 전극에 흡착 가능한 이온의 수는 한정되어 있기 때문에 공급액의 농도가 높을수록 염 제거효율이 감소된 것으로 사료된다.
- 유속에 따른 실험을 100~300 mL/min로 달리하여 실험을 진행하였으며, 98.3, 86, 74, 54.2, 49%의 염 제거효율을 보였다. 유속이 빠를수록 염 제거효율이 감소함을 보였고 이는 유속이 증가함에 따라 이온들이 전극에 체류 가능한 시간이 줄어 충분히 흡착되지 못하기 때문에 염 제거효율이 낮아짐으로 사료된다.
- 실험에 사용된 이온교환고분자의 이온교환용량을 비교하였다. 음이온 교환고분자 APSf의 이온교환용량은 2.01 meq/g이고, 양이온교환고분자 SPEEK의 이온교환용량은 2.64 meq/g으로 측정되었다.
- 1V/3 min의 조건에서 유속을 50, 75, 100, 125 mL/min로 달리하여 실험을 진행하였다. 이의 결과를 Fig. 4의 배출수 농도에 대한 그래프로 나타내었고 각각 98, 84, 68, 54%의 염 제거효율을 보였다. 마지막으로 공급액 농도에 따른 실험은 유속 50 mL/min, 흡착조건 1.
- 탈착전압을 -0.1, -0.5, -1 V로 달리하여 실험한 결과 85, 95.5, 98%의 염 제거효율로 탈착전압이 증가할수록염 제거효율로 증가함을 확인하였고, 탈착시간은 3, 5 min일 때 비교한 결과 95.5, 98.3%로 탈착시간이 5분으로 증가했을 때 높은 염 제거효율을 보였다. 이와 같은 결과는 탈착 시 이온들이 충분히 탈착되어 다음 흡착구간에 이온들이 원활하게 흡착이 가능하기 때문에 염 제거효율이 증가된 것으로 사료된다.
- 흡착전압은 높을수록 높은 염 제거효율을 나타내었으며, 이는 인가해주는 전압의 크기가 증가될수록 많은 양의 이온들이 전극에 흡착되어 이러한 이유로 염 제거효율이 증가된 것으로 사료된다. 흡착시간은 5분보다 3분일 때 더 높은 염 제거효율을 나타내었는데 흡착시간은 증가했지만 적층 단수가 증가함에 따라 탈착 시 흡착되었던 이온들이 전극이 비교적 많이 남아있는 상태로 다음 사이클이 진행되고 탈착된 배출수가 다음 흡착 사이클에 다시 흡착되어 염 제거효율이 감소됨으로 사료된다.
- 1 V/3 min으로 고정하였고, 흡착시간을 3, 5 min으로 달리하여 실험을 진행하였다. 흡착시간이 3분에서 5분으로 증가했을 때 염 제거효율이 감소함을 확인할 수 있었다. 이는 앞서 5단 적층 모듈에서의 결과와 다른 경향을 나타내었으며 Table 2에 염 제거효율을 나타내었다.
- 6은 배출수의 농도를 나타낸 그래프로 전압이 높을수록 배출수의 최저점이 낮은 것을 볼 수 있다. 흡착전압이 높을수록 염 제거효율이 증가함을 확인할 수 있었다. 흡착전압 1.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.