[논문]칼슘알지네이트 이온교환막을 활용한 경도 제거용 축전식 탈염 기술 개발

윤홍식; 민태진; 이건희; 박인용; 한방우; 강보식; 류경하; 이지호

doi:10.21289/ksic.2021.24.5.563

칼슘알지네이트 이온교환막을 활용한 경도 제거용 축전식 탈염 기술 개발
Development of Capacitive Deionization with Calcium Alginate Based Cation Exchange Membrane for Hardness Control 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.24 no.5, 2021년, pp.563 - 571

윤홍식 (한국기계연구원) , 민태진 (한국기계연구원 환경기계연구실) , 이건희 (한국기계연구원 환경기계연구실) , 박인용 (한국기계연구원 환경기계연구실) , 한방우 (한국기계연구원 환경기계연구실) , 강보식 (한국기계연구원 신뢰성평가연구실) , 류경하 (한국기계연구원 신뢰성평가연구실) , 이지호 (한국과학기술연구원 물순환연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, calcium alginate based cation exchange membrane was prepared and used to develop membrane capacitive deionization (MCDI) system for effective hardness control. As a major result, the MCDI with Ca-alginate membrane showed 27% better deionization capacity than the MCDI with a commercial cation exchange membrane. This superior improvement in the deionization capacity was expected to be due to the high ratio of transport number/electrical resistance (Sc/Rratio) of Ca-alginate membrane. In addition, the MCDI with Ca-alginate membrane showed better deionization performance than the MCDI with Ca-alginate coating. This was because the space between the electrode and the Ca-alginate membrane was utilized for ion adsorption. The preliminary results indicated that the MCDI with Ca-alginate membrane can be a viable technique for the hardness control.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1 Procedure to prepare the Ca-alginate membrane and the picture of the Ca-alginate membrane
그림 Fig. 2 Deionization capacity of the MCDI with Ca-alginate membrane, in comparison with the control CDI (no ion exchange membrane), CDI with CMX (ASTOM corp.) and CDI with Ca-alginate coated electrode
표 Table 1. Electrochemical characteristics of the Ca-alginate membrane, Ca-alginate coated layer and CMX (commercial membrane) (R_ratio = R_m (i.e., Electrical resistance of membrane) / (R_m + R_sol (i.e., Electrical resistance of solution)).
그림 Fig. 3 Schematics of the difference between Ca-alginate coating and Ca-alginate membrane
그림 Fig. 4 (a) Charge efficiency and (b) energy consumption of the MCDI with Ca-alginate membrane, in comparison with the control CDI (no ion exchange membrane), MCDI with CMX and CDI with Ca-alginate coated electrode
그림 Fig. 5 Average deionization rate of the MCDI with Ca-alginate membrane, in comparison with the control CDI (no ion exchange membrane), MCDI with CMX and CDI with Ca-alginate coated electrode

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 Ca-alginate 기반 양이온교환막을 적용하여 경도 제어를 위한 MCDI 시스템을 개발 했다. 실험실에서 직접 제작된 Ca-alginate 막이 적용된 MCDI의 경도 제어용 탈염 성능(탈염 용 량, 전하효율, 에너지 소모량, 탈염 속도)을 평가하여 대조군들과 비교했다.
또한 Ca-alginate막의 전기화학 특성을 분석했다. 이를 통해 Ca-alginate 막이 적용된 MCDI 시스템의 경도 제어용 기술로써의 활용 가능성을 조사했다.

제안 방법

실험실에서 직접 제작된 Ca-alginate 막이 적용된 MCDI의 경도 제어용 탈염 성능(탈염 용 량, 전하효율, 에너지 소모량, 탈염 속도)을 평가하여 대조군들과 비교했다. 대조군으로는 이온교환막이 적용되지 않은 CDI 시스템, 상용 양이온교환막이 적용된 MCDI 시스템, 그리고 Ca-alginate 코팅 전극이 적용된 CDI 시스템을 사용했다. 또한 Ca-alginate막의 전기화학 특성을 분석했다.
대조군으로는 이온교환막이 적용되지 않은 CDI 시스템, 상용 양이온교환막이 적용된 MCDI 시스템, 그리고 Ca-alginate 코팅 전극이 적용된 CDI 시스템을 사용했다. 또한 Ca-alginate막의 전기화학 특성을 분석했다. 이를 통해 Ca-alginate 막이 적용된 MCDI 시스템의 경도 제어용 기술로써의 활용 가능성을 조사했다.
본 연구에서는 Ca-alginate 기반 양이온교환막을 적용하여 경도 제어를 위한 MCDI 시스템을 개발 했다. 실험실에서 직접 제작된 Ca-alginate 막이 적용된 MCDI의 경도 제어용 탈염 성능(탈염 용 량, 전하효율, 에너지 소모량, 탈염 속도)을 평가하여 대조군들과 비교했다. 대조군으로는 이온교환막이 적용되지 않은 CDI 시스템, 상용 양이온교환막이 적용된 MCDI 시스템, 그리고 Ca-alginate 코팅 전극이 적용된 CDI 시스템을 사용했다.

성능/효과

우선, Fig. 2의 결과를 통해 Ca-alginate 막은 경도 제어용 MCDI에 효과적으로 적용할 수 있는 양이온교환막임을 보였다. 정량적으로 Ca-alginate 막이 적용된 탈염 용량은 약 14 mg/g이며 대조군(Control)(8.
한편, 이온교환막이 적용되지 않은 CDI 시스템은 261 kJ/mole, CMX 막이 적용된 MCDI는 147 kJ/mole, Ca-alginate 코팅 전극이 적용된 CDI 시스템은 143 kJ/mole의 에너지를 소모했다. 이를 통해 Ca-alginate 막은 탈염 용량뿐 아니라 전하 효율과 에너지 소모 측면에서도 경도 제어용 MCDI 시스템에 적용하기에 적합함을 나타냈다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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