[논문]전류밀도와 전기삼투 현상이 전기투석 공정의 탈염성능에 미치는 영향

천은서; 최재환

doi:10.14478/ace.2023.1035

전류밀도와 전기삼투 현상이 전기투석 공정의 탈염성능에 미치는 영향
Effect of Current Density and Electroosmotic Phenomena on the Desalination Performance of the Electrodialysis Process 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.34 no.3, 2023년, pp.272 - 278

초록
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이 연구에서는 전류밀도와 전기삼투 현상이 전기투석(electrodialysis, ED)의 탈염성능에 미치는 영향을 분석하였다. 농축액의 농도를 10~200 g/L로 변화시키면서 정전압 조건에서 ED 실험을 진행하였다. ED 운전과정에서 스택에 공급되는 전류밀도와 전하량, 희석액과 농축액의 농도, 그리고 전기삼투에 의한 물 이동량을 측정하여 탈염성능을 분석하였다. 농축액의 농도가 증가함에 따라 이온교환막의 선택성이 감소하여 전류효율이 감소하였다. 또한 전류효율은 스택에 공급되는 전류밀도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 전류밀도가 15 mA/cm² 이상에서는 역 확산이 억제되어 전류효율이 증가하였다. ED 운전과정에서 전기삼투에 의한 물 이동량을 분석하였다. 물 이동량은 농축액과 희석액의 농도비에 비례하여 증가하는 것을 알 수 있었다. 농도비가 100 이상에서는 삼투압에 의한 물 이동량이 급격히 증가하여 200 g/L 이상의 농축액을 얻는데 한계가 있는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we analyzed the effects of current density and electroosmotic phenomena on the desalination performance of electrodialysis (ED). We conducted ED experiments under constant voltage conditions, changing the concentration of the concentrate solution from 10 to 200 g/L. During the ED operation, we measured the current density and charge supplied to the stack, the concentration of the diluted and concentrated solutions, and the amount of water transported by electroosmosis to analyze desalination performance. As the concentration of the concentrated solution increased, the selectivity of the ion exchange membrane decreased, resulting in a decrease in current efficiency. Moreover, the current efficiency was found to be influenced by the current density supplied. When the current density exceeded 15 mA/cm2, back diffusion of ions was suppressed, leading to an increase in current efficiency. We also investigated the specific water transport by electroosmosis during the ED operation. We found that the amount of water transported increased proportionally to the concentration ratio of the concentrated and diluted solutions. When the concentration ratio exceeded 100, the specific water transport rapidly increased due to osmotic pressure, making it challenging to obtain a concentrated solution greater than 200 g/L.

주제어

표/그림 (7)

그림 Figure 1. Schematic diagram of the desalination experiment using an electrodialysis system.
그림 Figure 2. Changes in (a) the concentration of diluate solution and (b) the current density supplied to the stack at various concentrations of concentrate solution.
그림 Figure 3. The mass of electroosmotic flow during electrodialysis operation at different initial concentrations of the concentrate solution.
그림 Figure 4. Variation of instantaneous current efficiency according to electrodialysis operation time.
그림 Figure 5. Changes in the specific water transport at different initial concentrations of concentrate solution.
표 Table 1. Average Current Efficiency According to the Region of Current Density Supplied at Different Concentrations of Concentrate Solution
그림 Figure 6. (a) The concentration increment of the concentrate solution and (b) the concentration ratio of the concentrate and diluate solution during ED operation.

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