[논문]CDI 전극 내 파울링 현상 확인 및 제거공정 조건의 확립

김태영; 임지원

doi:10.14579/membrane_journal.2019.29.5.276

CDI 전극 내 파울링 현상 확인 및 제거공정 조건의 확립
Confirmation of The Fouling Phenomena in CDI Process and The Establishment of Its Removal Process Conditions 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.29 no.5, 2019년, pp.276 - 283

김태영 (한남대학교 화공신소재공학과) , 임지원 (한남대학교 화공신소재공학과)

초록
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본 논문에서는 축전식 탈염 공정에서 파울링 현상의 확인과 파울링의 제거공정 조건을 확립하는 연구를 진행하였다. 공급액에 첨가된 파울링 유발 물질인 Humic acid sodium salt (HA)의 농도는 5, 10, 15 mg/L이었다. 주어진 일반의 흡/탈착 조건에서 파울링의 발생은 시간이 지남에 따라 흡착과 탈착 농도의 증가로 확인할 수 있었다. 파울링 현상을 제거하기 위해 흡착 및 탈착에서의 전압과 시간을 변경하였다. 이로부터 흡착 조건 1.2 V/5 min, 탈착 조건 -3 V/2 min에서 파울링 제거를 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, The experiments of the confirmation of the fouling phenomena in CDI process and the establishment of its removal process conditions were carried out. The foulant concentrations of humic acid sodium salt (HA) added to the feed solution were 5, 10, 15 mg/L, respectively. The occurrence of fouling under the certain adsorption/desorption conditions could be confirmed with an increase in adsorption and desorption concentration curve over time. Both the voltage and time in adsorption and desorption processes were changed to eliminate the fouled pollutants. Typically, the fouling removal condition was found at the adsorption condition 1.2 V/5 min and the desorption condition -3 V/2 min, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 축전식 탈염 공정에서의 HA에 의한 파울링 현상의 확인과 파울링의 제거공정 조건을 확립하고자 하였다. 파울링 확인을 위해 NaCl 용액과 HA 용액의 결과를 비교하였으며 HA 용액을 이용하여 탈착 전압과 탈착 시간을 다르게 하여 실험을 진행하였다.

제안 방법

본 연구에서는 파울링 유발 물질로 Humic acid sodium salt를 사용하였는데 이 물질은 자연수와 하⋅폐수에 많이 용해된 물질 중 하나이며 파울링을 형성하기 위한 모델 물질이므로 다른 파울링 연구에서도 많이 사용되었다[1,17-18]. Humic acid sodium salt를 축전식 탈염 공정에 적용하여 파울링 현상의 확인과 제거공정 조건을 확인하였다.
본 논문에서는 축전식 탈염 공정에서의 HA에 의한 파울링 현상의 확인과 파울링의 제거공정 조건을 확립하고자 하였다. 파울링 확인을 위해 NaCl 용액과 HA 용액의 결과를 비교하였으며 HA 용액을 이용하여 탈착 전압과 탈착 시간을 다르게 하여 실험을 진행하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 Humic acid sodium salt는 Aldrich Chemicals의 제품을 사용하였고 Sodium chloride (NaCl)는 Samchun Chemicals (Korea)의 제품을 사용하였으며, 다공성 탄소 전극은 Pureechem (Korea)의 제품을 사용 하였다. 초순수는 Younglin Instrument (Korea)의 Water Purification System AquaMAXTM를 이용하여 생산된 초순수를 사용하였다.

성능/효과

탈착 시간 4, 5 min은 공정 진행 시 생산성이 낮아지므로 2 min이 적당한 탈착 시간임을 확인할 수 있었다. 파울링 제거에 가장 효과적인 공정 조건은 흡착 조건 1.2 V, 5 min, 탈착 조건 -3 V, 2 min이다.
파울링 확인을 위해 HA 용액을 공급액으로 사용한 실험에서는 HA의 농도를 다르게 하여 실험을 진행하였으며 흡착 시 배출수의 최저농도와 탈착 시 배출수의 최고농도가 점점 증가하는 것으로 보아 HA에 의해 파울링이 진행되는 것을 확인할 수 있었다. HA의 농도가 증가할수록 흡착 시 배출수의 최저농도와 탈착 시 배출 수의 최고농도가 증가하는 정도가 커지는 것으로 보아 HA의 농도가 높을수록 파울링이 더욱 빠르게 진행된다는 것이 확인되었으며 공정 진행에 따른 유량 변화는 없는 것으로 확인되었다.
파울링 확인을 위해 HA 용액을 공급액으로 사용한 실험에서는 HA의 농도를 다르게 하여 실험을 진행하였으며 흡착 시 배출수의 최저농도와 탈착 시 배출수의 최고농도가 점점 증가하는 것으로 보아 HA에 의해 파울링이 진행되는 것을 확인할 수 있었다. HA의 농도가 증가할수록 흡착 시 배출수의 최저농도와 탈착 시 배출 수의 최고농도가 증가하는 정도가 커지는 것으로 보아 HA의 농도가 높을수록 파울링이 더욱 빠르게 진행된다는 것이 확인되었으며 공정 진행에 따른 유량 변화는 없는 것으로 확인되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	해수 담수화란 무엇인가?	지구에 존재하는 물 중 98% 이상이 해수이며 이 풍부한 해수를 사용 가능한 담수로 만드는 기술이 계속 발전되어 왔다. 해수 담수화란 해수로부터 염분을 제거하여 우리가 식수, 농업용수 등으로 사용할 수 있는 담수로 만드는 것이다. 이를 위한 수처리 기술에는 여러 기술이 있으나 현재 사용되는 공정들은 오염을 유발하며 에너지와 비용의 소모가 크다[1].
	축전식 탈염 공정의 장점은 무엇인가?	그러므로 오염을 유발하지 않고 에너지와 비용의 소모가 적은 방법을 찾아야 한다. 수처리 기술 중 하나인 축전식 탈염(capacitive deionization, CDI) 기술은 다른 공정에 비해 에너지 소모량과 생산비용이 적고 2차 오염을 유발하지 않으므로 친환경적인 공정이다[2-4]. 현재 많이 사용되는 역삼투 공정의 생산비용에 비해 축전식 탈염 기술은 생산비용이 약 3배 정도 저렴하다[4].
	축전식 탈염 공정 탈착문제로 인해 발생되는 현상은 무엇인가?	하지만 축전식 탈염 공정은 탈착 시 전극에 흡착되었던 이온이 완전히 탈착되지 못하고 다음 흡착 사이클이 진행되면서 공정의 효율과 탄소 전극의 수명을 감소시킨다[13-16]. 이 과정이 연속적으로 진행되면 탄소 전극세공의 막힘과 탄소 전극 표면에 부착층을 만들게 되는데 이를 파울링(fouling)이라고 한다. 파울링을 제거할 수만 있으면 공정의 효율 유지와 탄소 전극의 수명이 연장될 것이다.

참고문헌 (18)

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