KR100654349B1 - An electrolyzer having conductive diamond electrode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기분해 장치에 관한 것으로서, 특히 도전성 다이아몬드 전극으로 전해조를 구성하여 전기분해되는 전해액으로 살균과 수질유지에 사용하며 폐수처리와 유기 무기 합성에 사용할 수 있는 도전성 다이아몬드 전극의 전기분해장치에 관한 것이며, 일측에 배출구(4) 또는 유입구가 각각 형성되고, 타측에 전극터미널(3)이 형성되어 서로 맞물려 고정되는 2개의 전극홀더(1); 2개 전극홀더(1) 사이에 형성되는 전해조(2); 전해조(2)의 내부에 설치되고 도전성 다이아몬드 피막이 형성된 전극; 전극에 연결하는 전원; 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrolysis apparatus, and more particularly, to an electrolysis apparatus of a conductive diamond electrode, which is used for sterilization and water quality as an electrolytic solution that is electrolyzed by forming an electrolytic cell and used for wastewater treatment and organic inorganic synthesis. Two electrode holders (1) formed at one side of the outlet port (4) or the inlet port, respectively, and at the other side of the electrode terminal (3) being engaged with each other; An electrolytic cell 2 formed between two electrode holders 1; An electrode provided inside the electrolytic cell 2 and having a conductive diamond film formed thereon; A power supply connected to the electrode; Characterized in that consists of.
다이아몬드전극, 살균, 전기분해, 세정Diamond Electrode, Sterilization, Electrolysis, Cleaning
Description
도 1은 본 발명의 도전성 다이아몬드 전극의 전기분해 장치를 도시한 사시도.1 is a perspective view showing an electrolysis device of a conductive diamond electrode of the present invention.
도 2a, 도 2b, 도 2c는 본 발명의 도전성 다이아몬드 전극의 전기분해 장치의 무격막 전극을 도시한 도면.2A, 2B, and 2C are diagrams illustrating a non-deposited electrode of the electrolysis device of the conductive diamond electrode of the present invention.
도 3은 본 발명의 도전성 다이아몬드 전극의 전기분해 장치의 격막 전극을 도시한 도면.3 is a diagram showing a diaphragm electrode of the electrolysis device of the conductive diamond electrode of the present invention.
도 4는 전해처리한 수돗물에서 레지오넬라균의 접촉시간에 따른 불활성도를 나타낸 도면.Figure 4 is a view showing the inactivation according to the contact time of Legionella bacteria in electrolytically treated tap water.
도 5는 전해처리한 NaOCl을 첨가한 수돗물에서 레지오넬라균의 접촉시간에 따른 불활성도를 나타낸 도면.5 is a view showing the inactivation according to the contact time of Legionella bacteria in tap water to which NaOCl electrolytically treated.
도 6은 전해처리한 NaHCO3 를 첨가한 DI물에서 접촉시간에 따른 레지오넬라균의 불활성화를 도시한 도면.FIG. 6 is a diagram illustrating inactivation of Legionella bacteria according to contact time in DI water added with electrolytically treated NaHCO 3. FIG.
도 7은 전해처리하여 NaSO4 를 첨가한 DI물에서 접촉시간에 따른 레지오넬라균의 불활성화를 도시한 도면.FIG. 7 is a diagram illustrating inactivation of Legionella bacteria with contact time in DI water to which NaSO 4 is added by electrolytic treatment.
도 8은 다이아몬드 전극과 다른 전극을 사용하였을때 페놀분해 정도를 도시한 도면.8 is a diagram showing the degree of phenol decomposition when using a diamond electrode and another electrode.
도 9는 다이아몬드 전극과 PbO2 전극을 사용하였을때 시안분해능력을 도시한 도면.FIG. 9 is a diagram illustrating cyanide decomposition ability when using a diamond electrode and a PbO 2 electrode. FIG.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 > <Brief description of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 전극홀더 2 : 전해조1: electrode holder 2: electrolytic cell
3 : 전극터미널 4 : 배출구3: electrode terminal 4: outlet
10 : 편면양극전극 11 : 편면음극전극10: one-sided cathode electrode 11: one-sided cathode electrode
12 : 처리액 14 : 양면피복전극12: treatment liquid 14: double-sided coating electrode
15 : 양극 16 : 음극15: anode 16: cathode
본 발명은 전기분해 장치에 관한 것으로서, 특히 도전성 다이아몬드 전극으로 전해조를 구성하여 전기분해되는 전해액으로 살균과 수질유지에 사용하며 폐수처리와 유기 무기 합성에 사용할 수 있는 도전성 다이아몬드 전극의 전기분해장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
현재 수처리를 위한 전기분해장치를 다양한 분야에 걸쳐 이용하고 있으며 이러한 전기분해장치는 물에 2개의 전극을 투입시켜 직류전류를 흐르게 하면 한방향 의 전극(양극)으로부터 산소가스가, 다른 방향에 있는 전극(음극)에서는 수소가스가 발생된다.Currently, electrolysis devices for water treatment are used in various fields. In this case, when two electrodes are introduced into water and a DC current flows, oxygen gas flows from one electrode (anode) and the electrode in the other direction ( Hydrogen gas is generated in the cathode).
전기분해장치에 사용하는 전극은 백금, 귀금속, 티탄전극등을 사용하고 있습니다.Platinum, precious metals and titanium electrodes are used for the electrodes used in the electrolysis device.
일반적인 백금, 이산화납 등의 전극을 사용한 전기분해장치는 처리장치가 간단하고, 조작이 간편하며 산화반응과 환원반응을 다른 장소에서 실시할 수 있으나, 전위창이 좁고, 물의 전기분해가 우수하며, 합성 분해능력이 낮고, 전류효율이 낮으며 전극의 안정성이 약한 단점이 있다.The electrolysis device using electrodes such as platinum and lead dioxide has a simple treatment device, is easy to operate, and can perform oxidation and reduction reactions in other places, but the potential window is narrow, and the electrolysis of water is excellent, and the synthesis Low resolution, low current efficiency and weak electrode stability.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 전도성 다이아몬드 전극을 이용한 전기분해장치를 사용하여 효율적이고 안정적인 살균과 소독을 할 수 있는 도전성 다이아몬드 전극의 전기분해 장치를 제공하고자 하는 목적을 가지고 있다.The present invention has been made in view of the above-described problem, and has an object of providing an electrolysis device of a conductive diamond electrode capable of efficient and stable sterilization and disinfection using an electrolysis device using a conductive diamond electrode. .
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 일측에 배출구 또는 유입구가 각각 형성되고, 타측에 전극터미널이 형성되어 서로 맞물려 고정되는 2개의 전극홀더; 2개 전극홀더 사이에 형성되는 전해조; 전해조의 내부에 설치되고 도전성 다이아몬드 피막이 형성된 전극; 전극에 연결하는 전원; 으로 구성되며, 전해조는 무격막으로 다이아몬드 피막이 한면에만 피복된 편면양극전극과 편면음극전극을 설치하고, 편면양극전극과 편면음극전극 사이에 처리액이 통과하거나, 전해조는 무 격막으로 편면양극전극과 편면음극전극 사이에 양면피복전극을 설치하고, 편면양극전극과 양면피복전극의 음극 사이와 양면피복전극의 양극과 편면음극전극 사이를 처리액이 통과하거나, 전해조는 무격막으로 편면양극전극과 편면음극전극 사이에 양면피복전극을 2개 이상 설치하고, 편면양극전극과 양면피복전극의 음극사이와 양면피복전극의 양극과 그 다음 양면피복전극의 음극 사이와 양면피복전극 양극과 편면음극전극 사이에 처리액이 통과하거나, 전해조는 편면양극전극과 편면음극전극을 설치하고, 편면양극전극과 편면음극전극 사이에 격막을 설치하며, 처리액은 편면양극전극과 격막 사이와 편면음극전극과 격막 사이를 각각 분리되어 흐르는 것을 특징으로 하고, 일측에 배출구 또는 유입구가 각각 형성되고, 타측에 전극터미널이 형성되어 서로 맞물려 고정되는 2개의 전극홀더; 2개 전극홀더 사이에 형성되는 전해조; 전해조 내부에 설치되고, 도전성 다이아몬드 피막이 형성되는 전극; 전극에 연결하는 전원; NaOCl 또는 NaCl을 Cl2 환산 산화제 농도로 0.6ppm 이상이 되도록 첨가하여 전해조를 통과하는 처리액; 으로 구성되는 도전성 다이아몬드 전극의 전기분해 장치를 제공한다.The present invention is the discharge or inlet is formed on each side in order to achieve the above object, the electrode terminal is formed on the other side of the two electrode holder is fixed to each other; An electrolytic cell formed between two electrode holders; An electrode provided inside the electrolytic cell and in which a conductive diamond film is formed; A power supply connected to the electrode; The electrolytic cell is a non-diaphragm and is provided with a single-sided cathode electrode and a one-sided cathode electrode coated only on one surface with a diamond coating, and a treatment solution passes between the one-sided anode electrode and the one-sided cathode electrode, or the electrolytic cell is a diaphragm with a single-sided anode electrode. A double-sided coating electrode is provided between the single-sided cathode electrodes, the treatment liquid passes between the single-sided cathode electrode and the cathode of the double-sided coating electrode, and between the anode and the single-sided cathode electrode of the double-sided coating electrode, or the electrolytic cell is a diaphragm. Two or more double coated electrodes are provided between the cathode electrodes, between the cathode of the one-sided electrode and the both-side coated electrode, the anode of the two-sided coated electrode, and then between the cathode of the two-sided coated electrode, and between the anode and the one-sided coated electrode. The treatment liquid passes through, or the electrolytic cell is provided with a single-sided cathode electrode and a single-sided cathode electrode, and a diaphragm is installed between the one-sided anode electrode and the one-sided cathode electrode. The treatment liquid is characterized in that flows separately between the one-sided positive electrode and the diaphragm and between the one-sided negative electrode and the diaphragm, respectively, the outlet or inlet is formed on one side, the electrode terminal is formed on the other side is interlocked and fixed to each other Two electrode holders; An electrolytic cell formed between two electrode holders; An electrode provided inside the electrolytic cell and having a conductive diamond film formed thereon; A power supply connected to the electrode; A treatment liquid which adds NaOCl or NaCl to a concentration of Cl 2 oxidizing agent to be 0.6 ppm or more and passes through the electrolytic cell; It provides an electrolysis device of a conductive diamond electrode composed of.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
물의 전기분해를 일으키기 위해서 필요한 이론상의 분해전압은 약 1.2볼트이지만, 실제적으로 이 전압에서는 전기분해를 할 수 없다. 전기 분해를 하기 위해서 는 1.2볼트 이상의 전압을 필요로 하며 물의 전기 분해에 필요한 최저전압을 전위창이라고 부른다. 산소발생이 시작되는 전위와 수소발생이 시작되는 전위의 차가 전위창이 되며, 이 전위창은 전극의 종류에 따라 다르다.The theoretical breakdown voltage required to cause electrolysis of water is about 1.2 volts, but practically no electrolysis is possible at this voltage. Electrolysis requires a voltage of at least 1.2 volts and the lowest voltage required for electrolysis of water is called the potential window. The difference between the potential at which the generation of oxygen starts and the potential at which the generation of hydrogen starts becomes the potential window, which varies depending on the type of electrode.
도전성 다이아몬드(BDD;Boron Doped Diamond)전극은 붕소를 도프한 약 5.5eV의 밴드캡이 있는 p형 반도체이다. 표면종단기나 흡착종에 후랫밴드 전위는 바뀌지 않지만, 다결정의 수소종단 상태로 전위는 약 1Vvs.NHE로 된다. 도프하지 않는 경우에도 표면준위의 존재, 또는 미량의 sp구조를 포함한 비결정성분의 존재에 따라 전도성이 생긴다. p형 반도체에 있음에도 불구하고 환원 전류가 흐르는 것은 전위가 관여하기 때문이라고 추정된다. 붕소를 도프한 양의 증가에 따라 전도성이 상승하고, 10000ppm에서는 준금속상태가 된다. 다이아몬드의 격자정수는 0.3567 nm로 그 중 8개는 탄소원자이다. 단위 체적당 탄소원자, 붕소원자 수는 각각 1.76×1023 cm-3{=8/(0.3567×10-7)3}, 1.76×1021cm-3이 된다. A conductive diamond (BDD) electrode is a p-type semiconductor with a band cap of about 5.5 eV doped with boron. The backband potential does not change between the surface terminator and the adsorbed species, but the potential becomes about 1 Vvs.NHE in the state of polycrystalline hydrogen termination. Even when not dope, conductivity occurs due to the presence of a surface level or the presence of an amorphous component including a trace sp structure. Despite being in the p-type semiconductor, it is presumed that the reduction current flows because the potential is involved. As the amount doped with boron increases, the conductivity increases, and at 10000 ppm, it becomes a metalloid state. The lattice constant of diamond is 0.3567 nm, eight of which are carbon atoms. The number of carbon atoms and boron atoms per unit volume is 1.76 × 10 23 cm −3 {= 8 / (0.3567 × 10 −7 ) 3 }, and 1.76 × 10 21 cm −3 , respectively.
백금이나 귀금속 피혁 티탄전극 등의 전극에서는 약 2볼트이지만 다이아몬드전극은 3-5볼트까지로 넓은 전위창을 가지고 있다. 전위창이 넓으면 물의 전기분해 반응대신 통상 전기분해가 어려운 물질의 산화 환원반응을 우선적으로 진행시킬 수가 있고, 이러한 물성을 이용하면 종래의 전기화학 시스템에서는 불가능했던 물질의 분해나 합성이 가능하게 된다. Electrodes, such as platinum and precious metal titanium electrodes, are about 2 volts, but diamond electrodes have a wide potential window of up to 3-5 volts. If the potential window is wide, instead of water electrolysis, the redox reaction of a material which is difficult to be electrolytically can be proceeded preferentially. By using such physical properties, it is possible to decompose or synthesize materials that were impossible in the conventional electrochemical system.
다이아몬드 전극에는 백금과 비교했을때 2배에 달하는 넓은 전위창을 가지고 있다. 이것은 다이아몬드 표면의 전기화학적 안정성에 유래하며 물의 방전에 있어 서의 소반응인 표면의 산화환원이 진행할 수 없게 반영한다. 이 특성에 의해 고전류 밀도가 흐르게 할 수 있게 되었고 600℃까지 사용가능하며 역전위에 대해서도 강한 편이기 때문에 지금까지의 측정할 수 없었던 화학종을 검출할 수 있게 되었다. 또한 산소, 수소가스 발생 이외의 반응도 가능하게 되었다. 공업용 양극재료로서 백금 등의 귀금속이 있지만 산화환원 전위창이 좁아 각 자체의 산화반응이 중량을 차지한다.Diamond electrodes have twice as wide a potential window as platinum. This is due to the electrochemical stability of the diamond surface and reflects the redox of the surface, which is a small reaction in the discharge of water, from proceeding. This characteristic allows high current density to flow, and it can be used up to 600 ° C and is also strong against reverse potential, thus detecting chemical species that could not be measured until now. In addition, reactions other than oxygen and hydrogen gas generation are also possible. There are precious metals such as platinum as industrial anode materials, but the redox potential window is narrow, and each of the oxidation reactions occupies a weight.
또한 기존의 전극에서 사용할 수 없는 전류, 전압범위를 자유로이 선정 사용할 수 있으므로 높은 전압을 가하여 효율을 극대화 시킬 수 있다.In addition, it is possible to maximize the efficiency by applying a high voltage because the current and voltage range that can not be used in the existing electrodes can be freely selected.
기존의 전극에서는 낮은 전류를 흐르게 할 수 밖에 없으므로 전해조의 효율이 낮아서 사용하기 어려운 점이 있었으나, 다이아몬드 전극에서는 높은 전압을 가할 수 있으므로 백금전극 대비 과산화수소 발생량이 30배에 이른다.In the conventional electrode, it was difficult to use because of the low efficiency of the electrolytic cell because it is forced to flow a low current, but since the high voltage can be applied to the diamond electrode, the generation of hydrogen peroxide is 30 times higher than that of the platinum electrode.
순수수를 전기분해하는 반응의 화학적 특징을 설명하면, 다이아몬드 전극은 산소의 표준전극전위이며 1.23V vs. NHE로부터 1V이상의 과전압을 부여해도 거의 반응이 없기 때문에 큰 전위차가 전극 - 용액계면에서 형성된다. 양극은 이때 다음과 같은 OH라디칼, 과산화수소, 오존등의 활성산소를 생성하는 것에 충분한 귀전위로 유지된다.To explain the chemical characteristics of the reaction of electrolysis of pure water, the diamond electrode is the standard electrode potential of oxygen and 1.23 V vs. A large potential difference is formed at the electrode-solution interface because there is almost no reaction even when an overvoltage of 1 V or more is applied from the NHE. The anode is then maintained at a sufficient potential to produce active oxygen such as OH radicals, hydrogen peroxide, and ozone.
산화특성을 나타내는 아주 극단적인 데이타로서 순수수중에서 이온교환막을 이용한 수전해를 할경우, Pt 전극의 경우 O3는 0.2 H2O2는 0.005 가 생성되고, PbO2 전극의 경우 O3는 5 H2O2는 0.001이 생성되는 반면에 다이아몬드 전극인 BDD 의 경우 O3는 2 H2O2는 0.15가 생성된다.When the electrolysis can be used as an extreme data representing Oxidation film of ion-exchanged in the water pure, in the case of Pt electrodes O 3 is 0.2 H 2 O 2 0.005 is produced, in the case of PbO2 electrode O 3 is 5 H 2 O 2 is generated 0.001, while in the case of diamond electrode BDD O 3 is produced 2 H 2 O 2 is 0.15.
오존은 과산화수소와 공존하면 AOP(advanced oxidation process)가 되며 OH라디칼이 신속하게 생성된다.Ozone, when coexisted with hydrogen peroxide, becomes an advanced oxidation process (AOP) and OH radicals are produced quickly.
O3 + H2O2 = OH + HO2 + O2 O 3 + H 2 O 2 = OH + HO 2 + O 2
HO2 = O2 - + H+, pKa=4.8 HO 2 = O 2 - + H +, pKa = 4.8
활로겐화물 이온에서 300ppm, 30mAcm-2의 저농도인 NaCl전해시 발생되는 생성물은 백금의 2배 속도에 달하는 차아염소이온이 생성되고 최종적으로는 다량의 과염소산이온을 검출할 수 있다.The product generated during the low concentration of 300 ppm and 30 mAcm −2 NaCl in the halide ions produces hypochlorite which is twice as fast as platinum, and can finally detect a large amount of perchlorate ion.
다이아몬드 양극을 이용하여 합성이나 분해를 할 경우 과산화물이나 OH라디칼의 영향을 고려하는 것은 필수이고, 라디칼이 발생하는 것은 산화분해뿐만 아니라 폴리마화, 코르베 반응에서도 가능하다.When synthesizing or decomposing using a diamond anode, it is essential to consider the effects of peroxides and OH radicals, and the generation of radicals is possible not only in oxidative decomposition but also in polymamination and corbe reaction.
전도성 다이아몬드 전극은 물의 전기분해 반응의 영향을 받기 어렵다. 그래서 종래의 전기화학 시스템의 장점을 살려 종래에 어려웠던 점들을 해결한 전기화학 시스템을 구축할 수 있는 기반이 되었다.The conductive diamond electrode is hardly affected by the electrolysis of water. Therefore, utilizing the advantages of the conventional electrochemical system has become the basis for building an electrochemical system that solves the problems that were difficult in the prior art.
다이아몬드전극은 니오브나 실리콘이 기본이 되며 그 표면을 도전성 다이아몬드로 피복하여 도전성 다이아몬드의 특성을 100% 이용할 수 있게 하였다.The diamond electrode is made of niobium or silicon, and the surface of the diamond electrode is covered with conductive diamond, so that 100% of the conductive diamond can be used.
본 발명에서 다결정 도전성 다이아몬드는 화학적으로 안정된 전극 재료로 되어 있고 수용액중에서 높은 산소과 전압을 나타낸다. 이러한 특성을 이용해 레지오넬라균을 포함한 세균을 제어하는 목적으로 한 도전성 다이아몬드 전극의 전기분해 장치를 구성한다.In the present invention, the polycrystalline conductive diamond is made of a chemically stable electrode material and exhibits high oxygen and voltage in aqueous solution. By using these characteristics, the electrolysis apparatus of the electroconductive diamond electrode for the purpose of controlling bacteria containing Legionella bacteria is comprised.
종래의 전극시스템과 전도성 다이아몬드 전극 시스템을 비교하면, 종래전극의 장점은 처리장치가 간단하고, 조작이 간편하며 산화반응과 환원반응을 다른 장소에서 실시할 수 있다는 점이지만 이러한 장점은 전도성 다이아몬드 전극 시스템에서도 동일하다.Compared with the conventional electrode system and the conductive diamond electrode system, the advantages of the conventional electrode are that the processing apparatus is simple, the operation is simple, and the oxidation and reduction reactions can be performed elsewhere, but the advantage is the conductive diamond electrode system. The same is true for.
그리고 종래의 전극시스템의 단점은 전위창이 좁고, 물의 전기분해가 우수하며, 합성 분해능력이 낮고, 전류효율이 낮으며 전극의 안정성이 약한 단점이 있으나, 이러한 단점을 전도성 다이아몬드 전극 시스템에서는 보완하여 전위창이 넓고, 물의 전기분해를 억제하며, 합성 분해 능력이 높고, 전류효율이 높으며, 전극이 안전하다.The disadvantages of the conventional electrode system are that the potential window is narrow, the electrolysis of water is excellent, the synthetic decomposition capacity is low, the current efficiency is low, and the electrode stability is weak. It has a wide window, suppresses the electrolysis of water, has high synthetic decomposition ability, high current efficiency, and safe electrode.
본 발명에서는 이러한 다이아몬드 전극의 특성을 이용하여 효율적이고 안정적인 살균과 소독을 할 수 있는 도전성 다이아몬드 전극의 전기분해 장치를 제공한다.The present invention provides an electrolysis apparatus for a conductive diamond electrode capable of efficient and stable sterilization and disinfection using the characteristics of the diamond electrode.
본 발명의 상세한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Detailed embodiments of the present invention will be described below.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 도전성 다이아몬드 전극의 전기분해 장치는 전해조(2)의 외측을 둘러싸도록 전극홀더(1)가 양측에 형성되어 볼트등으로 고정되며, 전극홀더(1)의 일측에 양극과 음극에 연결되는 전극터미널(3)이 형성된다. 그리고 전극홀더(1)의 일측에 전해처리된 물이 배출되는 배출구(4)가 형성되고, 타측에 전해처리될 물이 유입되는 유입구(미도시)가 형성된다. 상기 전극홀더(1)는 폴리프로필렌제품이 바람직하다.As shown in FIG. 1, in the electrolytic apparatus of the conductive diamond electrode of the present invention,
전극홀더(1)의 유입구로 물을 공급하도록 펌프를 설치하고, 전극에 직류전원이나 교류전원을 연결하여 사용할 수 있다.A pump may be installed to supply water to the inlet of the
본 발명에서 도전성 다이아몬드 전극이 설치되는 실시예를 설명하면, 도 2a에 도시되어 있듯이, 무격막 1실 전해조를 형성할때 편면 양극전극(10)과 편면 음극전극(11) 사이로 처리액(12)이 지나가게 된다. 이와 같이 편면 양극전극(10)과 편면 음극전극(11) 사이에서 산화 환원 반응이 일어난다.Referring to the embodiment in which the conductive diamond electrode is provided in the present invention, as shown in Figure 2a, when forming a membrane-free electrolytic cell, the
상기 편면 양극전극(10)과 편면 음극전극(11)은 다이아몬드 피막 전극으로 한쪽면에만 도전성 다이아몬드 피막을 형성시킨 것으로 이하에서 동일하다. 도전성 다이아몬드 피막은 전술한 다이아몬드 전극의 특성을 그대로 나타내므로 높은 전류와 전압을 가할 수 있어서 전해조의 효율을 월등하게 향상시킬 수 있다.The one-
도 2b에는 무격막 2실 전해조가 도시되어 있으며, 편면 양극전극(10)과 편면음극전극(11)이 설치되고, 그 사이에 양면피복전극(14)이 설치된다.In FIG. 2B, a two-layer non-deposited electrolytic cell is illustrated, and one-
양면피복전극(14)은 일면에 도전성 다이아몬드 피막이 피복되어 양극(15)이 형성되고, 타면에 다이아몬드 피막이 피복되어 음극(16)이 형성되는 것으로 이하에서 동일하다. 처리액(12)은 편면양극전극(10)과 양면피복전극(14)의 음극(16)면 사이로 흐르고, 양면피복전극(14)의 양극(15)면과 편면음극전극(11) 사이로 처리액이 흘러 산화 환원반응이 일어난다.The double-sided
도 2c에는 무격막 3실 전해조가 도시되어 있으며, 편면 양극전극(10)과 편면음극전극(11)이 설치되고, 그 사이에 양면 피복전극(14)이 2개 설치된다.In FIG. 2C, a three-layer non-deposited electrolytic cell is illustrated, and one-
편면 양극전극(10)과 양면피복전극(14)의 음극 사이에 처리액이 흐르고, 양 면피복전극(14)의 양극과 다른 양면피복전극(14)의 음극 사이에 처리액이 흐르며, 양면피복전극(14)의 양극과 편면 음극전극(11) 사이에 처리액이 흘러 3개의 전해조를 형성한다.The processing liquid flows between the one-
이상과 같이 유로전환밸브등이 없이 간단한 구조인 무격막으로 전해조를 형성하면 ph가 중성에 잔류염소가 높아져 살균소독용으로 적합하다.As described above, when the electrolytic cell is formed with a diaphragm having a simple structure without a flow path switching valve, the ph is neutral and the residual chlorine is increased, which is suitable for disinfection.
도 3에는 격막이 있는 전해조를 도시하였은데, 이 경우에 편면 양극전극(10)과 편면 음극전극(11) 중간에 격막(17)을 설치하고, 상기 격막으로는 물은 통과하지 못하고 이온만이 통과한다. 그러므로 산과 알카리가 분리되고 ph가 구분된다. 이 장치에는 유로전환 밸브등 복잡한 장치를 구비하여야 하고, 분리된 산성수의 경우에 살균효율이 증가한다.3 shows an electrolytic cell with a diaphragm. In this case, a
이상과 같은 전도성 다이아몬드 전극의 전기분해장치에서 전해처리한 전해수에서 레지오넬라균의 안정성을 실험하면 다음과 같다.The stability of Legionella bacteria in the electrolyzed water electrolyzed by the electrolytic apparatus of the conductive diamond electrode as described above is as follows.
양극 또는 음극에서는 실리콘 기판위에 핫필라멘트 CVD법에 의해 다결정 도전성 다이아몬드막을 형성한 전극을 이용한다. 전해조는 전해면적 65cm2 인 것을 사용하고 전해액은 수돗물, NaCl을 첨가한 수돗물, NaHCO3를 첨가한 이온교환수, 또는 Na2SO4를 첨가한 DI수를 사용한다. 전해조의 전해액 공급량을 160 l/h로 정하고 전해액 온도 22-26℃ 밑으로, 전류밀도 50mA/cm2 으로 전해를 실시한다. 각 전해 처리수 중에 5ml의 레지오넬라균을 첨가하여 5분, 20분, 60분 경과후에 살아있는 레지오넬라균의 수를 측정한다.In the anode or cathode, an electrode in which a polycrystalline conductive diamond film is formed on a silicon substrate by hot filament CVD is used. The electrolyzer uses an electrolytic area of 65 cm2 and the electrolytic solution uses tap water, tap water with NaCl, ion exchange water with NaHCO 3 , or DI water with Na 2 SO 4 . The electrolytic solution supply amount of the electrolyzer is set at 160 l / h, and electrolysis is performed at a current density of 50 mA / cm 2 below the electrolytic solution temperature of 22-26 ° C. 5 ml of Legionella bacteria is added to each electrolyzed water, and the number of live Legionella bacteria is measured after 5 minutes, 20 minutes, and 60 minutes.
도 4의 그래프에서 볼 수 있듯이, 수돗물에서는 접촉시간 60분후에서도 레지오넬라균은 불활성화하지 않았지만, 전해처리한 수돗물은 레지오넬라균이 불활성화하였다. 전류밀도가 50 mA/cm2, 또는 100 mA/cm2 의 전해 처리한 수돗물은 산화제 농도가 0.11ppm, 0.13ppm 이 되었지만, 레지오넬라균 불활성화율에서 큰 차이점은 없었다. 반면 전류밀도 150 mA/cm2 의 전해처리한 수돗물 0.19ppm의 산화 경우와 비교했을때 레지오넬라균 불활성화율은 전해밀도 50, 100 mA/cm2에서 전해 했을 때와 비교할 때 3배 이상 크게 차이가 났다. 접촉시간이 길어지면 길어질수록 레지오넬라균의 불활성화가 진행되고 접촉시간이 60분이 지나면 레지오넬라균의 불활성화는 89%에 달하게 된다.As can be seen in the graph of FIG. 4, in the tap water, Legionella was not inactivated even after 60 minutes of contact time, but Legionella was inactivated in the treated tap water. Electrolyzed tap water with a current density of 50 mA / cm 2 or 100 mA / cm 2 had oxidant concentrations of 0.11 ppm and 0.13 ppm, but there was no significant difference in the Legionella inactivation rate. On the other hand, in comparison with the oxidation of 0.19 ppm of tap water electrolytically treated with a current density of 150 mA / cm 2, the inactivation rate of Legionella was more than three times higher than that of electrolytic densities of 50 and 100 mA / cm 2 . . The longer the contact time is, the longer the inactivation of Legionella bacteria progresses, and after 60 minutes, the inactivation of Legionella bacteria reaches 89%.
도 5에는 NaOCl을 첨가한 수돗물 중의 레지오넬라균의 불활성화가 표시되어 있다. NaOCl를 Cl2 환산으로 0.18ppm, 0.67ppm, 1.12ppm 첨가한 수돗물의 레지오넬라균은 불활성화가 인정된다.5 shows inactivation of Legionella bacteria in tap water to which NaOCl was added. Legionella bacteria in tap water containing 0.18 ppm, 0.67 ppm, and 1.12 ppm of NaOCl in terms of
NaOCl를 0.67ppm, 그리고 1.12ppm 첨가한 수돗물에 접촉시간 5분후 레지오넬라균이 완전히 불활성화 된다.Legionella is completely inactivated after 5 minutes of contact time in tap water containing 0.67 ppm NaOCl and 1.12 ppm NaOCl.
도 6에는 전해처리한 NaHCO3 를 첨가한 DI물에서 레지오넬라균의 불활성화가 도시된다. 수돗물 안의 이온강도와 거의 같도록 하여 NaHCO3 를 첨가한 DI수를 전해처리하였다. 전해처리하여 NaHCO3 를 첨가한 DI수의 레지오넬라균은 불활성화하고 접촉시간 60분후 불활성화율은 산화제 농도에 의존하지 않고 70~80%가 되었다.Figure 6 shows the inactivation of Legionella bacteria in DI water added with electrolytically treated NaHCO 3 . The DI water added with NaHCO 3 was electrolyzed to approximately the same as the ionic strength in tap water. The Legionella bacteria of DI water added with electrolytic treatment with NaHCO 3 were inactivated, and after 60 minutes of contact time, the inactivation rate was 70-80% regardless of the oxidizer concentration.
다이아몬드 전극은 NaHCO3 용액, 또는 NaCO3 용액을 전해처리한 경우 과산소가 발생하고, 과산소등의 활성종이 레지오넬라균의 불활성화에 기여한다.When the diamond electrode is electrolyzed with NaHCO 3 solution or NaCO 3 solution, peroxygen is generated, and active species such as peroxygen contribute to inactivation of Legionella.
도 7은 전해처리하여 NaSO4 를 첨가한 DI물에서 레지오넬라균의 불활성화를 나타낸 그래프로서, 수돗물에 이온강도는 같도록 Na2 SO4 를 첨가한 DI물을 전해 처리하였다. 전래처리 Na2 SO4 를 첨가한 DI수안의 레지오넬라균은 거의 활성화 하지 않고, 접촉시간 60분후의 불활성화율은 20%이하가 되었다.FIG. 7 is a graph showing inactivation of Legionella bacteria in DI water added with NaSO 4 by electrolytic treatment, and electrolyzed DI water with Na 2 SO 4 added to tap water to have the same ionic strength. Legionella bacteria in DI water containing conventionally treated Na 2 SO 4 hardly activated, and the inactivation rate after 60 minutes of contact time was 20% or less.
이상과 같은 실험에서 알 수 있듯이, 다이아몬드 전극으로 전해처리한 수돗물에서 레지오넬라균은 활성화 하지 않았다. 그리고 과탄산등의 활성종은 레지오넬라균이 불활성화 하는 것에 큰 기여를 하고, 과황산은 레지오넬라균의 불활성화에 별로 영향을 미치지 않는다.As can be seen from the above experiments, Legionella was not activated in tap water electrolyzed with diamond electrodes. And active species such as percarbonate contributes to the inactivation of Legionella bacteria, and persulfate has little effect on inactivation of Legionella bacteria.
따라서 저 농도 NaCl을 첨가한 수돗물을 전해 처리하는 것에 의해 전해처리수 안의 과산제 농도가 올라가고 레지오넬라균은 짧은 사긴 안에 불활성화 한다.Therefore, the concentration of peracid in the electrolyzed water is increased by electrolytic treatment of tap water with low concentration of NaCl, and the Legionella bacteria are inactivated in the short sand.
처리액(12)에 NaOCl 또는 NaCl을 Cl2 환산 산화제 농도로 0.6ppm 이상이 되도록 첨가하면, 가장 이상적으로 살균과 수질유지를 할 수 있다.When NaOCl or NaCl is added to the
도전성 다이아몬드를 이용한 전기분해장치를 이용하여 풀을 정화하는 시스템을 형성할 수 있다.An electrolysis device using conductive diamond can be used to form a system for purifying the pool.
도 8에는 다이아몬드 전극과 다른 전극을 사용하였을때 페놀분해 정도를 도시하고 있다. 도면에서 볼 수 있듯이 적은 전압이 가해졌을때 다이아몬드 전극에서 탁월한 분해능력을 가진다.8 shows the degree of phenol decomposition when a diamond electrode and another electrode are used. As can be seen in the figure, the diamond electrode has excellent resolution when applied with a low voltage.
도 9에는 다이아몬드 전극과 PbO2 전극을 사용하였을때 시안분해능력을 도시하였다. 다이아몬드 전극은 10시간이 지난 시점에 시안이 거의 분해되었고, PbO2 전극은 60시간 이후에야 시안이 완전히 분해되었다.9 shows the cyanide decomposition ability when using a diamond electrode and a PbO 2 electrode. Cyanide was almost decomposed at 10 hours after the diamond electrode, and cyan was completely decomposed after 60 hours at the PbO 2 electrode.
본 발명의 도전성 다이아몬드 전극의 전기분해 장치는 간단한 구조의 전극을 사용하여 전해처리한 전해수를 생성하고, 이 전해수를 이용하여 풀장등의 살균과 수질유지를 할 수 있으며, 유기, 무기화합물의 산화분해를 할 수 있다. 그리고 시안이나 페놀등의 유해물질을 제거하고, 중금속을 제거할 수 있는 효과가 있다.The electrolytic apparatus of the conductive diamond electrode of the present invention generates electrolytically treated electrolyzed water using an electrode having a simple structure, and can use the electrolyzed water to sterilize and maintain water quality of the pool, and to oxidatively decompose organic and inorganic compounds. You can do And to remove harmful substances such as cyan and phenol, there is an effect that can remove heavy metals.
전해조내에 사용되는 전극은 도전성 다이아몬드 피막이 형성된 전극으로 전위창이 넓어 높은 전압과 전류를 가할 수 있으므로 전해조의 효율이 높아진다.The electrode used in the electrolytic cell is an electrode having a conductive diamond film formed thereon, which has a wide potential window and thus can apply high voltage and current, thereby increasing the efficiency of the electrolytic cell.
양극과 음극의 편면 피막전극 사이에 양면피막전극을 두어 간단하게 전해조를 구성하여 살균수를 제조할 수 있으며, 저농도의 NaCl을 첨가한 수돗물을 전해처리하는 것에 의하여 전해처리수 안의 과산제 농도가 올라가므로 쉽게 살균과 소독을 할 수 있다.By placing a double-sided coating electrode between the one-sided coating electrode of the positive electrode and the negative electrode, the electrolytic cell can be easily constructed to prepare sterilized water. The concentration of peracid in the electrolyzed water is increased by electrolyzing tap water containing low concentration of NaCl. So you can easily sterilize and disinfect.
또한 본 발명의 전기분해장치는 무격막 1실 전해조나 이온교환 격막을 이용한 2실 전해조를 쉽게 만들 수 있으며, 복극으로 형성되어 쉽게 5실까지 전해조를 늘릴 수 있는 효과가 있다.In addition, the electrolysis device of the present invention can easily make a two-chamber electrolyzer using a non-diaphragm one chamber or an ion exchange membrane, it is formed into a bipolar has the effect that can easily increase the electrolytic cell to five chambers.
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