KR101211614B1 - Neutral Reduced Water Generation System Using Hydrogen Permeation Electrode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소투과 전극으로 분할된 제1전극실과 제2전극실에 각각 제1전극과 제2전극을 설치한 전해조; 수소투과 전극의 일 면과 제1전극에 연결된 제1전원부; 및 수소투과 전극의 다른 일 면과 제2전극에 연결된 제2전원부를 포함하는 중성 환원수 제조장치 및 이를 이용한 중성 환원수 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 장치를 사용하여 환원수를 제조하는 경우, 상기 수소투과 전극으로 인해 pH 상승이 억제되는 바, 중성 환원수를 제조할 수 있다. The present invention provides an electrolytic cell in which a first electrode and a second electrode are respectively provided in a first electrode chamber and a second electrode chamber divided by hydrogen permeable electrodes; A first power supply connected to one surface of the hydrogen permeable electrode and the first electrode; And a second power supply unit connected to the other surface of the hydrogen permeable electrode and the second electrode, and a method for producing neutral reduced water using the same.
When reducing water is produced using the apparatus according to the present invention, since the pH rise is suppressed due to the hydrogen permeable electrode, neutral reducing water can be produced.
Description
본 발명은 전기분해를 이용하여 중성 환원수와 산화수를 제조하는 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 산화전극 및 환원전극으로 동시에 사용되는 수소투과 전극을 사용하여 수소투과 전극의 일면에는 중성 환원수, 이면에는 산화수를 제조하는 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a device for producing neutral reduced water and oxidized water using electrolysis, and more particularly, using a hydrogen permeable electrode that is used simultaneously as an anode and a cathode, on one side of the hydrogen permeable electrode neutral neutralized water, The present invention relates to an apparatus for producing oxidized water.
수소기체(H2)가 녹아 있는 수용액은 쉽게 수소이온(H+)으로 환원될 수 있는 용존 수소기체로 인하여 환원력(reducing power)을 가진다. 이 때문에 수용액의 산화환원 전위 (redox potential)가 음의 값을 가지며, 수용액 중에 존재하는 다양한 이온을 환원상태로 유지시킬 뿐 아니라, 수용액에 노출된 금속의 부식을 억제하는 성질을 가지므로, 열교환 계통에 사용되는 냉각수로 많이 사용된다. 아울러, 환원수는 유기물의 산화반응도 억제하므로 음용수나 식물 재배 등에도 광범위하게 사용된다. 이러한 배경에서 현재까지 환원수 제조와 활용에 대하여 많은 기술들이 개발되어 왔다. The aqueous solution in which the hydrogen gas (H 2 ) is dissolved has a reducing power due to the dissolved hydrogen gas that can be easily reduced to hydrogen ions (H + ). For this reason, the redox potential of the aqueous solution has a negative value, not only keeps various ions present in the aqueous solution in a reduced state, but also has a property of suppressing corrosion of the metal exposed to the aqueous solution. A lot of coolant used in the In addition, the reduced water also inhibits the oxidation reaction of organic matter, it is widely used in drinking water and plant cultivation. Against this background, many technologies have been developed for reducing water production and utilization.
대한민국 특허 10-0678576에서는 수소기체를 가압하여, 환원수를 제조하는 방법이 개시되어 있으며, 대한민국 출원번호 10-2005-7009950, 국제출원번호 PCT/JP2003/006587, 국제공개번호 WO 2004/50563에서는 0℃ ~ 50℃ 로 냉각한 물에, -180℃ ~ 60℃ 로 냉각한 수소 가스를 0.5 기압 ~ 500 기압으로 가압하여 용해시키고, 그 후 상온 상압으로 되돌림으로써 상온 상압하에서 pH 가 9.0 이하 6.5 이상이며, 산화 환원 전위가 -150 mV 이하 -900 mV 이상인 환원수를 제조하는 방법을 개시하고 있다. Korean Patent No. 10-0678576 discloses a method for producing reduced water by pressurizing hydrogen gas, and 0 ° C in Korean Application No. 10-2005-7009950, International Application No. PCT / JP2003 / 006587, International Publication No. WO 2004/50563. Hydrogen gas cooled at -180 ° C to 60 ° C was dissolved in pressurized water at -50 ° C to 60 ° C by pressurizing to 0.5 atm to 500 atm, and then returning to normal temperature at normal temperature, and the pH was 9.0 or less and 6.5 or more under normal temperature and normal pressure, A method for producing reduced water having a redox potential of -150 mV or less and -900 mV or more is disclosed.
또한 대한민국 특허 10-0700918에서는 전기분해를 통하여 산성, 중성, 알카리수를 제조하는 장치를 개시하고 있으며, 대한민국 특허 10-0538653에서는 마그네슘을 주요 재료로 물을 환원시키는 기술을 개시하고 있고, 대한민국 특허 10-0740860와 10-0681409에서는 마그네슘이 함유된 합금을 이용하여 알카리수를 제조하는 기술을 개시하고 있다. In addition, Korean Patent 10-0700918 discloses an apparatus for producing acidic, neutral, and alkaline water through electrolysis, and Korean Patent 10-0538653 discloses a technique for reducing water to magnesium as a main material, and Korean Patent 10- 0740860 and 10-0681409 disclose techniques for producing alkaline water using alloys containing magnesium.
상기에서 언급된 환원수 제조방법들은 크게 세 가지 그룹으로 분류될 수 있다. 첫째는 압축된 수소기체를 이용하여 직접 용액에 주입하는 방법이다. 두 번째 방법은 마그네슘과 같은 이온화 경향이 큰 금속을 수용액에 넣어 금속산화 반응과 함께 발생하는 수소를 이용하는 방법이며, 마지막 세 번째 방법은 물을 전기분해시켜 환원전극에서 수소기체를 발생시키는 방법이다. 그러나 이들 방법은 각각 고유의 문제점을 가지고 있다. 첫 번째 방법은 수소기체를 저장하고 가압해야 하는 큰 장치와 함께 이를 안전하게 취급할 수 있는 안전장치가 필수적으로 요구된다는 점, 두 번째와 세 번째 방법은 수소발생과 함께 수용액의 pH가 상승한다는 점이 그것이다.
The above-mentioned methods for producing reduced water can be classified into three groups. The first is to inject directly into the solution using compressed hydrogen gas. The second method is to use hydrogen generated in the aqueous solution by putting a metal with high ionization tendency, such as magnesium, and the third method is to generate hydrogen gas at the cathode by electrolyzing water. However, each of these methods has its own problems. The first method requires a large device that needs to store and pressurize the hydrogen gas, as well as a safety device that can safely handle it. The second and third methods require that the pH of the aqueous solution rises with hydrogen evolution. will be.
따라서 본 발명은 전기분해 방법으로 환원수 제조 시 수소 금속투과 현상을 이용하여 일반적으로 발생하는 pH 상승현상 없이 중성 환원수를 제조할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
Therefore, the present invention is to provide a device that can produce a neutral reduced water without the pH increase generally occurs by using a hydrogen metal permeation phenomenon in the production of reduced water by the electrolysis method.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 수소투과 전극으로 분할된 제1전극실과 제2전극실에 각각 제1전극과 제2전극을 설치한 전해조; 수소투과 전극의 일 면과 제1전극에 연결된 제1전원부; 및 수소투과 전극의 다른 일 면과 제2전극에 연결된 제2전원부를 포함하는 중성 환원수 제조장치를 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention is an electrolytic cell provided with a first electrode and a second electrode in the first electrode chamber and the second electrode chamber divided into a hydrogen permeable electrode; A first power supply connected to one surface of the hydrogen permeable electrode and the first electrode; And a second power supply unit connected to the other surface of the hydrogen permeable electrode and the second electrode.
또한 본 발명은 산화전극과 수소투과 전극 사이에 분리막을 추가로 구비하는 중성 환원수 제조장치를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a neutral reduced water production apparatus further comprising a separator between the anode and the hydrogen permeable electrode.
또한 본 발명은 수소투과 전극으로 분할된 제1전극실과 제2전극실에 각각 제1전극과 제2전극을 설치한 전해조; 수소투과 전극의 일 면과 제1전극에 연결된 제1전원부; 및 수소투과 전극의 다른 일 면과 제2전극에 연결된 제2전원부를 포함하는 중성 환원수 제조장치의 전극실에 수용액을 가하는 단계; 및 전기분해를 통해 중성 환원수가 생성되도록 전원부를 통해 전원을 공급하는 단계를 포함하는 중성 환원수 제조 방법을 제공한다.
The present invention also provides an electrolytic cell comprising a first electrode and a second electrode in a first electrode chamber and a second electrode chamber divided into hydrogen permeable electrodes; A first power supply connected to one surface of the hydrogen permeable electrode and the first electrode; And adding an aqueous solution to the electrode chamber of the apparatus for producing neutral reduced water, which includes a second power supply unit connected to the other surface of the hydrogen permeable electrode and the second electrode; And supplying power through the power supply unit to generate neutral reduced water through electrolysis.
본 발명에 따르면, 수소 금속투과 현상을 이용한 수소투과 전극의 사용으로, 전기화학적 방법으로 환원수를 제조할 때 피할 수 없는 pH 상승 (H2O + e → ½H2 + OH-)을 수소투과 전극에서 발생하는 수소이온으로 중화시켜 중성 조건의 환원수를 제조할 수 있다. According to the invention, the use of hydrogen permeable electrode using a hydrogen-metal permeation phenomenon, the electrochemical method pH rise (H 2 O + e → ½H 2 + OH -) can not be avoided when manufacturing the reduced water in the in the hydrogen permeable electrode By neutralizing with the generated hydrogen ions it is possible to produce reduced water in neutral conditions.
또한, 산화전극에 노출된 전극실의 수용액에서는 중성, 또는 약산성 산화수를 제조할 수 있으며, 산화전극과 수소투과 전극 사이에 분리막을 추가하면 산성 산화수와 약 염기성 환원수를 동시에 제조할 수 있다.
In addition, in the aqueous solution of the electrode chamber exposed to the anode, neutral or weakly acidic oxidized water may be prepared, and acidic and weakly basic reduced water may be simultaneously produced by adding a separator between the anode and the hydrogen permeable electrode.
도 1은 본 발명에 따른 중성 환원수 제조장치의 기본적인 구성도이다.
도 2는 튜브형 수소투과 전극을 사용한 중성 환원수 제조장치의 구성도이다.
도 3은 산화전극과 수소투과 전극 사이에 분리막이 추가된 중성 환원수 제조장치의 구성도이다. 1 is a basic configuration of the apparatus for producing neutral reduced water according to the present invention.
2 is a block diagram of the apparatus for producing neutral reduced water using a tubular hydrogen permeable electrode.
3 is a block diagram of an apparatus for producing neutral reduced water in which a separator is added between an anode and a hydrogen permeable electrode.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, it should be noted that the same components or parts in the drawings represent the same reference numerals as much as possible. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention.
본 발명의 한 구체예에 따른 중성 환원수 제조장치는 도 1 내지 도 3에 나타난 바와 같이, 수소투과 전극(30)으로 분할된 제1전극실(10)과 제2전극실(20)에 각각 제1전극(11)과 제2전극(21)을 설치한 전해조(40); 수소투과 전극의 일 면(31)과 제1전극(11)에 연결된 제1전원부(12); 및 수소투과 전극의 다른 일 면(32)과 제2전극(21)에 연결된 제2전원부(22)를 포함한다. Neutral reduced water production apparatus according to an embodiment of the present invention, as shown in Figures 1 to 3, each of the first electrode chamber 10 and the second electrode chamber 20 is divided into a hydrogen permeable electrode 30 An electrolytic cell 40 provided with one electrode 11 and a second electrode 21; A first power supply unit 12 connected to one
본 발명의 다른 구체예에서, 제1전극 및 제2전극 중 어느 하나는 산화전극, 나머지 하나는 환원전극일 수 있으며, 산화전극과 수소투과 전극 사이에 분리막을 추가로 구비할 수 있다. In another embodiment of the present invention, any one of the first electrode and the second electrode may be an anode, and the other may be a reduction electrode, and may further include a separator between the anode and the hydrogen permeable electrode.
분리막은 이온투과성 유기 고분자, 미세 다공성 섬유질, 다공성 유리질, 이온투과성 세라믹을 포함하는 재료로 구성될 수 있다. 이는 전기분해 시 격막에 의해서 발생하는 전압 감소를 최소로 하는 역할을 수행하는 것으로, 두 용액 상에서 생성되는 이온이나 용존기체를 물리적으로 분리하는 격막의 역할을 수행할 수 있는 최소의 두께로 형성될 수 있다. 유기고분자 재료나 세라믹의 경우, 0.1 mm 이상 5.0 mm 이하의 두께가 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
The separator may be made of a material including an ion permeable organic polymer, microporous fiber, porous glass, and ion permeable ceramic. It plays a role of minimizing the voltage reduction caused by the diaphragm during electrolysis, and can be formed to a minimum thickness that can serve as a diaphragm to physically separate ions or dissolved gases generated in the two solutions. have. In the case of an organic polymer material or a ceramic, the thickness is preferably 0.1 mm or more and 5.0 mm or less, but is not limited thereto.
본 발명의 한 구체예에서, 상기 수소투과 전극은 제1전원부 및 제2전원부에 연결되어 산화, 환원 전위가 모두 인가되는 것으로, 전해조를 제1전극실과 제2전극실로 나눈다. 환원전위가 인가된 수소 투과 전극의 일 면에서는 수소 흡착 반응(H2O + e → Had + OH-)이 발생하고, 산화 전위가 인가된 수소 투과 전극의 다른 일면에서는 환원 전위가 인가된 수소투과 전극의 일 면으로부터 투과 (Had → H?)되어 온 수소원자의 산화반응 (H? → H+ + e)이 일어난다.In one embodiment of the present invention, the hydrogen permeable electrode is connected to the first power supply unit and the second power supply unit to be applied both oxidation and reduction potential, and divides the electrolytic cell into the first electrode chamber and the second electrode chamber. In one aspect of applying the hydrogen-reduction potential of a transparent electrode a hydrogen absorption reaction (H 2 O + e → H ad + OH -) is the hydrogen-reduction potential of the other side of the generation, and is a hydrogen permeable oxidation potential electrode the transmission takes place (H ad → H?) is turned on oxidation (H? → H + + e ) of the hydrogen atoms have been removed from one side of the transparent electrode.
본 발명의 다른 구체예에서, 상기 수소투과 전극으로는 수소의 투과가 일어나는 것이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 구체적으로는 비소모성 전극일 수 있다. 보다 구체적으로는 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 수소투과 전극은 금속 또는 이의 합금으로 이루어 질 수 있으며, 이때 철 (Fe), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 알루미늄 (Al), 금 (Au), 은 (Ag), 백금 (Pt), 팔라듐 (Pd), 티타늄 (Ti), 지르코늄 (Zr), 탈륨 (Ta), 이트륨 (Y), 니오브 (Nb) 및 몰리브텐 (Mo) 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
In another embodiment of the present invention, any hydrogen permeation electrode may be used as long as hydrogen permeation occurs, and specifically, may be a non-consumable electrode. More specifically, but not limited to, the hydrogen permeable electrode may be made of a metal or an alloy thereof, wherein iron (Fe), nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), gold (Au) , The group consisting of silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), titanium (Ti), zirconium (Zr), thallium (Ta), yttrium (Y), niobium (Nb) and molybdenum (Mo) It may include any one or more selected from.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 수소투과 전극은 수소의 투과효율을 향상시키기 위하여 탄소 (C) 및 고분자 (polymer)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the hydrogen permeable electrode may further include any one or more selected from the group consisting of carbon (C) and polymer to improve the permeation efficiency of hydrogen.
탄소 (C)는 수소발생 과전압이 큰 물질인 바, 금속과 혼합하여(금속/탄소 복합재료) 금속의 수소투과 효율을 증가시킬 수 있다. Carbon (C) is a substance with a large hydrogen generating overvoltage, so it can be mixed with a metal (metal / carbon composite material) to increase the hydrogen permeation efficiency of the metal.
또한 고분자를 추가로 포함하는 경우, 고분자 막 양면에 비소모성 전극으로 사용되는 금속 또는 이의 합금을 코팅시키는 태양으로 사용하여 물리적 구조를 유지하면서 수소투과 속도를 향상시킬 수 있다. In addition, when the polymer is further included, the hydrogen permeation rate can be improved while maintaining the physical structure by using it as an aspect of coating a metal or an alloy thereof used as a non-consumable electrode on both sides of the polymer membrane.
이 경우, 고분자 막 양면에 금속 박막을 코팅시킨 후, 양면에 전압 차를 주면 금속박막을 통해 수소원자가 들어와서 고분자 막을 투과한 후 다른 쪽 금속 박막을 통하여 나가게 된다. In this case, after coating the metal thin film on both sides of the polymer film, if a voltage difference is applied to both sides, hydrogen atoms enter through the metal thin film to pass through the polymer film and then exit through the other metal thin film.
상기 고분자로는 수소투과능력이 우수한 폴리설폰 (polysulfone), 폴리이미드 (polyimide), 폴리에터설폰 (polyethersulfone)계 고분자를 사용할 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니며, 바람직하게는 설포네이티드 테트라플로로에틸렌 코폴리머 (sulfonated tetrafluorethylene copolymer)를 사용할 수 있다. As the polymer, polysulfone, polyimide, or polyethersulfone polymer having excellent hydrogen permeability may be used, but is not limited thereto. Preferably, sulfonated tetrafluoroethylene is used. Sulfonated tetrafluorethylene copolymer can be used.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 수소투과 전극의 두께는 0.1 ㎛ 내지 5 mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 수소 투과가 발생하게 하기 위한 목적이 달성되는 범위 내에서 임의의 두께의 것을 사용할 수 있다.
In another embodiment of the present invention, the hydrogen permeable electrode may have a thickness of 0.1 μm to 5 mm, but is not limited thereto, and the hydrogen permeable electrode may have any thickness within a range in which an object for generating hydrogen permeation is achieved. Can be used.
본 발명에서 사용되는 전해조(40)는 전해액을 넣고 전기분해하기 위한 용기이며, 넓은 뜻으로는 용기 외에 전극, 전해액, 격막 등과 같은 전기분해 장치 모두를 가리키지만, 본 발명에서는 용기 자체의 의미로만 사용되었다. The electrolytic cell 40 used in the present invention is a container for putting an electrolytic solution and electrolyzing. In a broad sense, the electrolyzer 40 refers to all of electrolytic devices such as electrodes, electrolytes, and diaphragms, but in the present invention, only the container itself is used. Was used.
본 발명의 한 구체예에서, 상기 전해조(40)는 제1전극실과 제2전극실을 나누는 수소 투과 전극 및 각각의 전극실에 위치한 전극을 포함할 수 있으며, 형태는 상기 구성을 구비하기만 한다면 형태에 구애되지 않고 모두 사용 가능하며, 구체적으로는 상자형, 원통형 등을 사용할 수 있으나 이제 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the electrolytic cell 40 may include a hydrogen permeable electrode for dividing the first electrode chamber and the second electrode chamber and an electrode located in each electrode chamber, provided that the shape has the configuration described above. Regardless of the form, all can be used, and specifically, box-shaped, cylindrical, etc. may be used, but is not limited thereto.
또한 전해조(40)는 내부 수용액 및 생성되는 중성, 약산성 산화수, 중성 환원수, 염기성 환원수에 내성을 가지는 것이면 어느 것으로든 제작될 수 있으나, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리프로필렌, 아크릴 수지 등의 유기 재료와 세라믹, 유리 등의 무기재료, 표면에 절연피막이 형성된 금속재 등으로 이루어 질 수 있다. 또한 내부의 수용액을 살균하거나 항균성을 높이기 위하여 나노실버로 코팅하거나 전해조(20) 제조를 위한 합성수지 성형시 은 나노 분말을 포함시켜 성형할 수도 있다.
In addition, the electrolyzer 40 may be manufactured as long as it has resistance to the internal aqueous solution and the generated neutral, weakly acidic, neutral, and reduced water, but may be made of organic materials such as polyethylene, polyvinyl chloride, polypropylene, and acrylic resin. It may be made of an inorganic material such as ceramic or glass, or a metal material having an insulating coating formed on its surface. In addition, in order to sterilize the aqueous solution or to increase the antimicrobial properties may be formed by coating with silver nano silver or powder containing silver nano-powder when forming a synthetic resin for the electrolytic cell 20.
상기 수소 투과 전극은 제1전극실 및 제2전극실을 분리할 수 있는 모든 임의의 형태로 존재할 수 있다. 보다 구체적으로는 판형으로 형성되어 전해조에 끼움 고정되어 제1전극실 및 제2전극실을 양분하는 형태로 존재할 수 있고(도 1참조), 튜브형으로 형성되어 제1전극실 또는 제2전극실을 감싸는 형태로 존재(도 2 참조)할 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
The hydrogen permeable electrode may be present in any form capable of separating the first electrode chamber and the second electrode chamber. More specifically, it may be formed in a plate shape and fitted into an electrolytic cell so as to bisect the first electrode chamber and the second electrode chamber (see FIG. 1), and may be formed in a tubular shape to form the first electrode chamber or the second electrode chamber. It may be present in a wrapping form (see FIG. 2), but is not limited thereto.
제1, 2전극실(10, 20) 각각의 내부에 위치하는 제1, 2 전극(11, 21)은 각각의 전극실 내부에 위치하며, 전원부에 연결되고, 전극실 내부에 존재하는 수용액에 노출된다. 이는 금속, 합금, 금속 산화물 등으로 이루어진 판부재에 도금 또는 코팅한 것과 소결 탄소 등의 도전성 재료를 이용할 수 있으며, 평판 타입(plate type), 메쉬 타입(mesh type), 섬유 타입(fiber type), 펀칭 플레이트 등의 형상으로 존재할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. The first and second electrodes 11 and 21 positioned inside the first and second electrode chambers 10 and 20 are located in the respective electrode chambers, are connected to the power supply, and are disposed in the aqueous solution present in the electrode chamber. Exposed. It may be plated or coated on a plate member made of a metal, an alloy, a metal oxide, or the like, and a conductive material such as sintered carbon may be used, and may be a plate type, a mesh type, a fiber type, It may exist in the shape of a punching plate or the like, but is not limited thereto.
각 전극은 수행하는 역할에 따라 산화전극(anode) 및 환원전극(cathode)로 분리되며, 제1전극 및 제2전극의 역할이 한정되는 것은 아니나, 편의상 본 명세서 및 도면에서 제1전극은 산화전극, 제2전극은 환원전극으로 하여 설명한다. Each electrode is divided into an anode and a cathode according to a role to be performed, and the roles of the first electrode and the second electrode are not limited, but for convenience, the first electrode is an anode in the present specification and drawings. The second electrode is described as a reduction electrode.
보다 구체적으로, 산화전극으로 사용되는 제1전극(11)의 재질로는 내산성이 우수하고, 산화되기 어려운 재료, 예를 들면, 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 베타형 이산화납(β-PbO2), 아철산니켈(NiFe2O4) 등을 사용할 수 있고, 환원전극으로 사용되는 제2전극(21)의 재질로는 내알카리성이 우수한 재료, 예를 들면, 백금, 팔라듐, 금, 탄소강, 스테인리스(stainless), 은(Ag), 구리(Cu), 그라파이트(Graphite), 유리질 탄소(Glassy Carbon)등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 제1, 2 전극은 티타늄(Ti)으로 이루어진 판 부재에 백금을 코팅하여 제작된 것을 사용할 수도 있으나, 이에 제한되지 아니한다.
More specifically, the material of the first electrode 11 used as the anode is excellent in acid resistance and difficult to oxidize, for example, platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (Ir), and beta type. Lead dioxide (β-PbO 2 ), nickel ferrite (NiFe 2 O 4 ), and the like may be used, and as the material of the second electrode 21 used as a reducing electrode, a material having excellent alkali resistance, for example, platinum , Palladium, gold, carbon steel, stainless steel (stainless), silver (Ag), copper (Cu), graphite (Graphite), glassy carbon (Glassy Carbon) and the like can be used, but is not limited thereto. In addition, the first and second electrodes may be manufactured by coating platinum on a plate member made of titanium, but are not limited thereto.
본 발명에서 사용되는 전원부(12, 22)는 전기분해를 통해 중성 환원수가 생성되도록 전원을 공급하고, 전위, 전류를 조절하는 역할을 수행하며, 수소투과 전극의 일 면과 제1전극에 연결된 제1전원부(12) 및 수소투과 전극의 다른 일 면과 제2전극에 연결된 제2전원부는 수소투과 전극에 산원 및 환원 전위를 각각 인가한다.
The power supply units 12 and 22 used in the present invention supply power to generate neutral reduced water through electrolysis, and control electric potential and current, and are connected to one surface of the hydrogen permeable electrode and the first electrode. The first power supply 12 and the second power supply connected to the other surface of the hydrogen permeable electrode and the second electrode apply an acid source and a reduction potential to the hydrogen permeable electrode, respectively.
본 발명은 또한 수소투과 전극으로 분할된 제1전극실과 제2전극실에 각각 제1전극과 제2전극을 설치한 전해조; 수소투과 전극의 일 면과 제1전극에 연결된 제1전원부; 및 수소투과 전극의 다른 일 면과 제2전극에 연결된 제2전원부를 포함하는 중성 환원수 제조장치의 전극실에 수용액을 가하는 단계; 및 전기분해를 통해 중성 환원수가 생성되도록 전원부를 통해 전원을 공급하는 단계를 포함하는 중성 환원수 제조 방법을 제공한다.
The present invention also provides an electrolytic cell in which a first electrode and a second electrode are respectively provided in a first electrode chamber and a second electrode chamber divided into hydrogen permeable electrodes; A first power supply connected to one surface of the hydrogen permeable electrode and the first electrode; And adding an aqueous solution to the electrode chamber of the apparatus for producing neutral reduced water, which includes a second power supply unit connected to the other surface of the hydrogen permeable electrode and the second electrode; And supplying power through the power supply unit to generate neutral reduced water through electrolysis.
본 발명의 한 구체예에서, 상기 전원을 공급하는 단계에서는, In one embodiment of the invention, in the step of supplying power,
제1전원부에 의해 제1전극에 산화전위, 제1전극실에 노출된 수소투과 전극의 일면에 환원전위를 인가하고, 제2전원부에 의해 제2전극에 환원전위, 제2전극실에 노출된 수소투과 전극의 일면에 산화전위를 인가할 수 있다.
The oxidation potential is applied to the first electrode and the reduction potential is applied to one surface of the hydrogen permeable electrode exposed to the first electrode chamber by the first power supply unit, and the reduction potential is exposed to the second electrode and the second electrode chamber by the second power supply unit. An oxidation potential may be applied to one surface of the hydrogen permeable electrode.
제1전원부(12)에 의해 제1전극(11)에 산화전위, 제1전극실(10)에 노출된 수소투과 전극의 일면(31)에 환원전위가 인가되고, 제2전원부(22)에 의해 제2전극(21)에 환원전위, 제2전극실(20)에 노출된 수소투과 전극의 일면(32)에 산화전위가 인가되는 경우, 구체적인 중성 환원수 제조 반응식은 도 1 내지 도 3에 나타내었다.
The oxidation potential is applied to the first electrode 11 by the first power supply unit 12, and the reduction potential is applied to one
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. This will be described in detail as follows.
산화전극인 제1전극(11)에서는 제1전극실 내부에 존재하는 수용액의 산화반응이 일어나 물이 전자를 잃고 산화되며(H2O → ½O2 + 2H+ + 2e), 이에 대응하는 제1전극실에 노출된 수소투과 전극(31) 표면에서는 환원반응이 일어나 수소흡착 반응이 일어난다(H2O + e → Had + OH-). In the first electrode 11, which is an anode, oxidation of an aqueous solution in the first electrode chamber occurs, so that water loses electrons and is oxidized (H 2 O → ½O 2 + 2H + + 2e), corresponding to the first electrode. A reduction reaction occurs on the surface of the hydrogen
수소흡착 반응에 의해 수소투과 전극 표면에 흡착(adsorption)된 수소(Had)가 확산반응에 의하여 수소투과 전극을 통해 제2전극실에 노출된 수소투과 전극(32) 쪽으로 투과 (Had → H?)되고, 투과된 수소가 산화전위가 인가된 제2전극실에 노출된 수소투과 전극(32) 표면에서 산화된다 (H? → H+ + e). 이에 대응하는 제2전극(21)에서는 제2전극실 내에 존재하는 수용액의 환원 반응이 일어나 물이 환원되고 수소가 생성되어 제2전극실 내에서 환원수가 제조된다(H2O + e → ½H2 + OH-). 이때 발생하는 수산화이온이 제2전극실에 노출된 수소투과 전극(32)에서 발생한 수소 이온으로 중화되는 바, 생성되는 환원수는 중성 조건을 유지할 수 있게 된다. Hydrogen adsorbed on the surface of the hydrogen permeable electrode by the hydrogen adsorption reaction (H ad ) is transmitted through the hydrogen permeable electrode toward the hydrogen
상기와 같은 경우, 제2전극실 내에서는 중성 환원수가 제조되며, 제1전극실 내에서는 중성, 혹은 약산성 산화수가 제조될 수 있다.
In this case, neutral reduced water may be produced in the second electrode chamber, and neutral or weakly acidic oxidized water may be produced in the first electrode chamber.
본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 산화전극과 수소투과 전극 사이에 분리막(50)이 추가로 구비될 수 있는데, 이러한 경우에는 제2전극실에서는 여전히 중성 환원수가 제조되지만, 제1전극실 내에서 제1전극과 접한 구획에서는 산성 산화수가 제조되고, 수소투과 전극과 접한 구획에서는 염기성 환원수가 제조될 수 있다.
According to another embodiment of the present invention, a separator 50 may be additionally provided between the anode and the hydrogen permeable electrode, in which case the neutral reducing water is still produced in the second electrode chamber, but in the first electrode chamber In the compartment in contact with the first electrode in the acidic oxidation water is prepared, the basic reduced water in the compartment in contact with the hydrogen permeable electrode can be prepared.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 본 발명의 중성 환원수 제조장치는 복수개가 연결되어 대량의 중성 환원수에 제조에 적합하도록 연속식 장치로 제조될 수 있다. In still another embodiment of the present invention, the apparatus for producing neutral reduced water of the present invention may be manufactured as a continuous apparatus to be connected to a plurality of neutral reduced water suitable for production in a large amount of neutral reduced water.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시예일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Having described the specific parts of the present invention in detail, it will be apparent to those skilled in the art that such specific descriptions are merely preferred embodiments, and thus the scope of the present invention is not limited thereto. will be. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
10: 제1전극실
11: 제1전극
12: 제1전원부
20: 제2전극실
21: 제2전극
22: 제2전원부
30: 수소투과전극
31: 제1전극실에 노출된 수소투과 전극
32: 제2전극실에 노출된 수소투과 전극
40: 전해조
50: 분리막10: first electrode chamber
11: first electrode
12: first power supply unit
20: second electrode chamber
21: second electrode
22: second power supply
30: hydrogen permeable electrode
31: hydrogen permeable electrode exposed to the first electrode chamber
32: hydrogen permeable electrode exposed to the second electrode chamber
40: electrolyzer
50: membrane
Claims (12)
수소투과 전극의 일 면과 제1전극에 연결된 제1전원부; 및
수소투과 전극의 다른 일 면과 제2전극에 연결된 제2전원부; 를 포함하며, 상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 어느 하나는 산화전극, 나머지 하나는 환원전극이며, 상기 산화전극과 상기 수소투과 전극 사이에 분리막을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 중성 환원수 제조장치.
An electrolytic cell in which a first electrode and a second electrode are respectively provided in the first electrode chamber and the second electrode chamber divided into hydrogen permeable electrodes;
A first power supply connected to one surface of the hydrogen permeable electrode and the first electrode; And
A second power supply unit connected to the other surface of the hydrogen permeable electrode and the second electrode; It includes, wherein one of the first electrode and the second electrode is an anode, the other one is a reduction electrode, neutral reduced water production, characterized in that further comprising a separator between the anode and the hydrogen permeable electrode Device.
수소투과 전극은 비소모성 전극인 것인 중성 환원수 제조장치.
The method of claim 1,
The hydrogen permeable electrode is a non-consumable electrode neutral neutralized water production apparatus.
비소모성 전극은 철 (Fe), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 알루미늄 (Al), 금 (Au), 은 (Ag), 백금 (Pt), 팔라듐 (Pd), 티타늄 (Ti), 지르코늄 (Zr), 탈륨 (Ta), 이트륨 (Y), 니오브 (Nb)및 몰리브텐 (Mo)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것인 중성 환원수 제조장치.
5. The method of claim 4,
Non-consumable electrodes are iron (Fe), nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), titanium (Ti), zirconium (Zr), thallium (Ta), yttrium (Y), niobium (Nb) and molybdenum (Mo) comprising any one or more selected from the group consisting of.
비소모성 전극은 탄소 (C) 및 고분자 (polymer)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 추가로 포함하는 것인 중성 환원수 제조장치.
The method of claim 5,
The non-consumable electrode further comprises any one or more selected from the group consisting of carbon (C) and polymer (polymer).
고분자는 폴리설폰 (polysulfone), 폴리이미드 (polyimide) 및 폴리에터설폰 (polyethersulfone)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것인 중성 환원수 제조장치.
The method according to claim 6,
The polymer is a polysulfone (polysulfone), polyimide (polyimide) and polyethersulfone (polyethersulfone) is any one or more selected from the group consisting of neutral reduced water production apparatus.
고분자는 설포네이티드 테트라플로로에틸렌 코폴리머 (sulfonated tetrafluorethylene copolymer)인 것인 중성 환원수 제조장치.
The method according to claim 6,
The polymer is a sulfonated tetrafluoroethylene copolymer (sulfonated tetrafluorethylene copolymer) is a device for producing neutral reduced water.
상기 수소투과 전극의 두께는 0.1 ㎛ 내지 5 mm인 것인 중성 환원수 제조 장치.
The method of claim 1,
The thickness of the hydrogen permeable electrode is 0.1 ㎛ to 5 mm apparatus for producing reduced water.
전기분해를 통해 중성 환원수가 생성되도록 전원부를 통해 전원을 공급하는 단계; 를 포함하는 중성 환원수 제조 방법.
An electrolytic cell in which a first electrode and a second electrode are respectively provided in a first electrode chamber and a second electrode chamber divided by a hydrogen permeable electrode, one surface of the hydrogen permeable electrode and a first power supply connected to the first electrode, and the other work of the hydrogen permeable electrode. And a second power supply connected to the surface and the second electrode, wherein one of the first electrode and the second electrode is an anode and the other is a cathode, and a separator is added between the anode and the hydrogen permeable electrode. Adding an aqueous solution to the electrode chamber of the apparatus for producing neutral reduced water; And
Supplying power through a power supply unit to generate neutral reduced water through electrolysis; Neutral reduced water production method comprising a.
상기 전원을 공급하는 단계는,
제1전원부에 의해 제1전극에 산화전위, 제1전극실에 노출된 수소투과 전극의 일면에 환원전위를 인가하고, 제2전원부에 의해 제2전극에 환원전위, 제2전극실에 노출된 수소투과 전극의 일면에 산화전위를 인가하는 것인 중성 환원수 제조 방법.
The method of claim 10,
The step of supplying power,
The oxidation potential is applied to the first electrode and the reduction potential is applied to one surface of the hydrogen permeable electrode exposed to the first electrode chamber by the first power supply unit, and the reduction potential is exposed to the second electrode and the second electrode chamber by the second power supply unit. Neutral reduced water production method of applying an oxidation potential to one surface of the hydrogen permeable electrode.
제2전극실에서 중성 환원수를 얻는 단계를 추가로 포함하는 중성 환원수 제조 방법.
The method of claim 11,
The method for producing neutral reduced water further comprising the step of obtaining neutral reduced water in the second electrode chamber.
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