초록
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연구개발 결과
■ 정전용량으로부터 얻은 변환탈염용량과 축전식 탈염기술로부터 얻은 탈염 용량이 서로 비례한다는 것을 확인하였음.
■ 실험에 사용된 다양한 활성탄의 변환탈염용량 (Dc)-탈염용량 (D) 상관관계 계수 (D/Dc...

연구개발 결과
■ 정전용량으로부터 얻은 변환탈염용량과 축전식 탈염기술로부터 얻은 탈염 용량이 서로 비례한다는 것을 확인하였음.
■ 실험에 사용된 다양한 활성탄의 변환탈염용량 (Dc)-탈염용량 (D) 상관관계 계수 (D/Dc)는 0.6-0.8으로 나타났으며, 이는 60-80%의 충전용량을 이온 제거에 이용한다는 것을 의미.
■ 이러한 상관관계를 통해서 전극의 정전용량만으로도 탈염용량을 예측할 수 있음.
■ 본 연구를 통해서 전극의 정전용량이 축전식 탈염기술의 탈염용량을 결정하는데 매우 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있음.
■ 도전체는 전극의 활물질 비율을 감소시켜 정전용량을 감소시키지만 전극의 전도도를 증가시켜 속도특성을 향상시킴.
■ 탈염용량은 도전체가 없을 때 가장 높았으며 도전체의 증가는 오히려 탈염용량을 큰 폭으로 감소시켰음.
■ 투수율 측정 결과, 도전체는 전극 외부에 내부로 이동하는 이온의 흐름을 방해하는 것으로 나타남.
■ 도전체는 전기화학적 특성은 향상시키지만 탈염성능은 오히려 저해하는 것으로 판단됨.
■ 미세 기공은 비표면적과 정전용량 및 그에 따른 탈염용량을 증가시키고, 중형 및 대형 기공은 비표면적의 증가에는 크게 기여하지 못하는 반면 속도특성 및 탈염속도를 증가시킴.
■ 미세 기공만으로 구성된 전극은 탈염용량은 크지만 탈염속도가 느리고, 중형 및 대형 기공만으로 구성된 전극은 탈염용량은 낮지만 탈염속도가 빠름.
■ 미세, 중형, 대형 기공을 모두 갖춘 계층적 구조의 탄소 재료는 높은 탈염 용량과 빠른 탈염속도를 모두에서 우수한 특성을 나타냄.
■ MCDI는 CDI에 비해 약 60%의 탈염용량이 증가하였음.
■ 탈염성능의 향상은 주로 전극의 정전용량에 의해 결정되는 것으로 판단됨.
■ 우수한 전극을 개발함으로써 MCDI의 탈염성능을 향상시킬 수 있음.
■ MCDI의 탈염성능 향상은 기공 구조의 영향을 받는 것으로 보임.
■ 큰 사이즈의 기공을 갖는 전극일수록 탈염용량의 향상 폭이 더 크게 나타났음.
■ 따라서 큰 사이즈의 기공은 MCDI에서 더욱 우수한 탈염성능을 발휘하는 것으로 판단됨.

Abstract
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Ⅱ. The Objective & Necessity of the Research
■ Water purification belongs to high technology industry, and is considered as a r...

Ⅱ. The Objective & Necessity of the Research
■ Water purification belongs to high technology industry, and is considered as a representative green technology which requires national policy support in many developed countries.
■ Recently, capacitive deionization has attracted growing attention as a novel technology to remove ionic substances in aqueous solutions.
■ Capacitive deionization is a novel desalination technology to remove ionic species by applying potential to porous electrodes, which is expected to be one of Korea’s leading export industries due to its many advantages.
■ The development of high performance electrode is essential to achieve enhanced desalination performance in capacitive deionization.
Ⅲ. Contents and Scope
■ Selection and characterization of appropriate electrode materials for capacitive deionization
■ Electrode fabrication and optimization
■Electrochemical characterization of carbon electrodes
■Desalination performance analysis in a capacitive deionization module
■The completion of high performance carbon electrodes for capacitive deionization
Ⅳ. Outcomes
■Deionization capacity was found to be proportionally related to the converted deionization capacity obtained by capacitance.
■Correlation coefficient, which relates deionization capacity and charging capacity, was 0.6-0.8, indicating 60-80% of charging capacity can be utilized in deionization.
■This relationship allows the estimation of deionization capacity from capacitance without desalination performance tests.
■The results suggest that capacitance of an electrode is an important parameter to decide desalination performance, especially the deionization capacity, in capacitive deionization.
■Conducting agents in carbon composite electrodes enhanced the conductivity but the specific capacitance based on total mass of an electrode decreased since the ratio of the active material decreased.
■However, deionization capacity was the highest without conducting agents.
■Conducting agents in the carbon composite electrodes seemed to disturb the diffusion of ionic species, which was confirmed by water permeability tests.
■Electrochemical properties can be enhanced by adding conducting agents to carbon compote electrodes, but desalination performance was rather hindered.
■Capacitance and subsequent deionization capacity increase were mainly affected by micropores (<2 nm). On the other hand, rate capability and deionization rate were found to be enhanced by development of mesopores (2-50 nm) and macropores (>50nm).
■Hierarchically porous carbon containing micro-, meso-, and macropores allowed high deionization capacity with high deionization rate.
■Deionization capacity of MCDI was enhanced by 60% compared to that of CDI.
■Capacitance was dominant factor to determine desalination performance of MCDI as in the case of CDI.
■High performance electrode could enhance desalination performance in MCDI.
■Desalination performance of MCDI was greatly affected by pore structure of carbon electrodes.
■Large pore size was beneficial for the effective deionization in MCDI.
Ⅴ. Business Application Based the Outcomes
The results that were found in ‘relationship between capacitance and deionization capacity’ could provide valuable information to determine deionization capacity from capacitance measured at high electrolyte concentrations. This allows the tailored design of CDI module depending on its applications, which will be helpful to diversify products and reduce costs. In addition, ‘hierarchically porous carbon electrode’ was found to be suitable for rapid desalination. The results showed that rate constant of microporous carbon was 0.38 min-1 and that of hierarchically porous carbon were 0.53 min-1, indicating that 40 seconds can be reduced to achieve the 63% of its maximum deionization capacity. Therefore, the resulted carbon is expected to enhance the efficiency and reduce the related costs in capacitive deionization module developed for desalination, removing heavy metals, and control nutritive salts.

목차
Contents
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• 제출문 ... 1
• 요약서 ... 2
• 요약문 ... 6
• SUMMARY ... 9
• 표목차 ... 13
• 그림목차 ... 14
• 제 1 장 서 론 ... 16
• 제1절 연구개발과제의 개요 ... 16
• 1. 연구개발의 목적 및 필요성 ... 16
• 2. 연구개발대상 기술의 차별성 ... 17
• 제2절 연구개발의 국내외 현황 ... 17
• 제3절 연구개발의 내용 및 범위 ... 19
• 1. 연구개발의 최종목표 ... 19
• 2. 연도별 연구개발 목표 및 평가방법 ... 19
• 3. 연도별 추진체계 ... 20
• 제 2 장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 21
• 제1절 연구개발 결과 및 토의 ... 21
• 제2절 연구개발 결과 요약 ... 61
• 제 3 장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 ... 62
• 제1절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 62
• 제2절 관련분야의 기술발전 기여도(환경적 성과 포함) ... 62
• 제 4 장 연구개발결과의 활용계획 등 ... 64
• 제1절 연구개발 결과의 활용계획 ... 64
• 제2절 연구개발과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 65
• 제3절 연구개발결과의 보안등급 ... 71
• 제4절 NTIS에 등록한 연구시설.장비현황 ... 71
• 제 5 장 참고문헌 ... 72
• 끝페이지 ... 74

연구자의 다른 보고서

참고문헌

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