KR101845745B1 - Ion exchange device and Manufacturing method of capacitive deionization electrode - Google Patents

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손원근
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Abstract

The present invention relates to an ion exchanger and a method for manufacturing an electrode for ion exchange, in which ions are isolated by a plurality of carbon electrodes and ion separation membranes are produced on the carbon electrodes by an electrospinning method and an electric spray method. The ion exchanger comprises: a case which is sealed and has an accommodating space therein; an input pipe communicating with the case; a discharge pipe communicating with the case; and a plurality of electrodes (200) accommodated in the accommodating space. The method for manufacturing the electrode for ion exchange comprises the following steps, which are performed in a time-wise manner: installing an electric supply plate to prepare a graphite plate; an ion absorption plate bonding step of forming carbon plates on both sides of the electric supply plate; and an ion blocking plate bonding step of forming an ion blocking plate on the carbon plate.

Description

이온교환기 및 이온교환용 전극생산방법 {Ion exchange device and Manufacturing method of capacitive deionization electrode}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion exchange device and a manufacturing method of an ion exchange electrode,

본 발명은 이온교환기 및 이온교환용전극 생산벙법에 대한 발명이다. The present invention relates to an ion exchanger and an ion exchange electrode production method.

특허발명 001은 지하수, 수도수, 기수(brackish water), 중수 및 산업폐수의 정수 및 연수용 CDI(Capacitive deionization)전극 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 CDI 전극의 양극과 음극을 각각 1장의 전극 단위셀을 한개 이상을 사용하여 원통형으로 단위 모듈을 제작하고, 단위 모듈의 셀 전극은 단극 혹은 복극의 셀로 구성할 수 있으며, 다수개의 단위 모듈을 병렬로 연결하여 고도정수 및 대용량화가 가능한 CDI 전극 모듈에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a CDI (Capacitive Deionization) electrode module for groundwater, tap water, brackish water, heavy water, industrial wastewater, and water. More specifically, A CDI electrode module capable of forming a unit module in a cylindrical shape using one or more unit cells and configuring the cell electrode of the unit module as a single-pole or a double-pole cell, and connecting a plurality of unit modules in parallel, .

특허발명 002는 음이온 교환막의 제조방법 및 이로부터 제조된 음이온 교환막에 관한 것이다. 음이온 교환막의 제조방법은 폴리비닐알코올 매트릭스 내에서 음이온 교환 관능기를 가지는 모노머와 하이드록시에틸메타크릴레이트를 공중합 시킴으로써, 불활성 분위기가 아닌 일반 작업환경 조건에서 이온 교환막을 제조할 수 있으며, 교환막에 음이온 관능기를 부여하기 위한 염화메틸화와 아민화 반응을 생략할 수 있어 제조단계를 낮추는 효과가 있으며, 공중합 반응이후 폴리비닐알코올과 공중합체의 에스테르화 반응 및 가교결합 반응에 의해 음이온 교환막의 물에 대한 내구성이 향상되고 함수율 조절이 용이함에 따라, 본 발명의 음이온 교환막은 탈염 또는 수처리 분야에 적용할 수 있다.Patent invention 002 relates to a process for producing an anion exchange membrane and an anion exchange membrane prepared therefrom. The method of preparing an anion exchange membrane can produce an ion exchange membrane under normal working conditions, not in an inert atmosphere, by copolymerizing a monomer having an anion exchange functional group with hydroxyethyl methacrylate in a polyvinyl alcohol matrix, And an amination reaction can be omitted. Thus, the copolymerization reaction of the polyvinyl alcohol and the copolymer after the esterification reaction and cross-linking reaction of the anion exchange membrane to water durability And the water content can be easily controlled, the anion exchange membrane of the present invention can be applied to the field of desalination or water treatment.

특허발명 003은 이온교환 수지, 가교 가능한 이온교환 수지 또는 비이온성 수지에서 선택되는 하나 이상의 수지와 전극활물질을 포함하는 제 1 조성물을 제조하는 단계, 제 1 조성물을 집전체에 도포하거나, 칼랜더링(calendering)가공하여 활성층을 제조하는 단계, 가교 가능한 이온교환 수지, 가교제, 단량체 및 중합개Patent invention 003 includes the steps of preparing a first composition comprising an electrode active material and at least one resin selected from an ion exchange resin, a crosslinkable ion exchange resin or a nonionic resin, applying the first composition to a current collector, calendering to produce an active layer, a crosslinkable ion exchange resin, a crosslinking agent, a monomer,

시제를 포함한 이온선택성 고분자매트릭스용액으로 상기 활성층 표면을 코팅하고, 가교시키는 단계로 이루어진 이온선택성 축전식 탈염 전극의 제조방법이다. 또한 이온선택성 축전식 탈염 전극을 스페이서와 순차적으로 적층하여 용존이온수의 유입구와 유출구가 존재하는 케이스에 넣은 형태인 CDI 모듈에 관한 것이다.Coating the surface of the active layer with an ion-selective polymer matrix solution containing a reagent, and crosslinking the surface of the active layer. The present invention also relates to a CDI module in which an ion selective storage type desalination electrode is sequentially stacked with spacers and placed in a case in which an inlet and an outlet of dissolved ion water are present.

특허발명 004는 양극 및 음극 사이에 유로 스페이서가 접착된 단위 셀이 하나 또는 복수로 적층된 유로 일체형 축전식 탈염전극 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 기계적 강도, 내구성 및 단위 시간당 이온 제거율이 향상된 유로 일체형 축전식 탈염전극 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The patented invention 004 relates to a channel integrated type desalination electrode in which one or a plurality of unit cells each having a channel spacer between an anode and a cathode are laminated and a method for manufacturing the same, A storage type desalination electrode and a manufacturing method thereof.

KR 10-0934161 B1 (2009년12월18일)KR 10-0934161 B1 (December 18, 2009) KR 10-1140793 B1 (2012년04월20일)KR 10-1140793 B1 (April 20, 2012) KR 10-2016-0115437 A(2016년10월06일)KR 10-2016-0115437 A (October 06, 2016) KR 10-1237258 B1 (2013년02월20일)KR 10-1237258 B1 (February 20, 2013)

본 발명은 이온교환기 및 이온교환용 전극생산벙법에 대한 발명으로서, 복수로 배치되는 탄소전극에 의해 이온을 분리하며, 전기방사방법 및 전기 스프레이 방법으로 탄소전극에 이온분리막을 생상하는 것이 목적이다. An object of the present invention is to provide an ion exchanger and an ion exchange electrode production method, in which ions are separated by a plurality of carbon electrodes, and an ion separation membrane is formed on a carbon electrode by an electrospinning method and an electric spraying method.

종래발명들의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 이온교환기에 대한 발명으로서, 구체적으로 밀폐되며, 내부에 수용공간을 형성하는 케이스(101);, 상기 케이스와 연통되는 투입관(102);, 상기 케이스와 연통되는 배출관(103);, 상기 수용공간에 수용되며, 복수 배치되는 전극(200);을 포함한다. In order to solve the problems of the prior art, the present invention is directed to an ion exchanger, which comprises: a case (101) which is hermetically closed and has a receiving space therein; a charging pipe (102) communicating with the case; A discharge tube 103 communicating with the case; and a plurality of electrodes 200 accommodated in the accommodation space.

본 발명의 이온교환기는 앞에서 제시한 발명의 케이스, 투입관, 배출관, 전극의 구성에 있어서, 상기 전극은 양전류만 공급되는 제1전극(210);, 상기 제1전극 사이에 배치되며 음전류만 공급되는 제2전극(220);을 포함한다. The ion exchanger of the present invention is characterized in that, in the structure of the case, the inlet tube, the outlet tube, and the electrode of the present invention, the electrode includes a first electrode 210 supplied with only a positive current, And a second electrode 220 which is supplied only with the second electrode 220.

본 발명의 이온교환기는 앞에서 제시한 발명의 케이스, 투입관, 배출관, 전극의 구성에 있어서, 상기 전극 사이에 삽입되는 스페이서(230);를 포함한다.The ion exchanger of the present invention includes a spacer (230) inserted between the electrodes in the structure of the case, the inlet tube, the discharge tube, and the electrode of the present invention.

본 발명의 이온교환용 전극생산방법은 그레파이트 판재를 준비하는 전기공급판 설치단계(S100);, 상기 전기공급판 양측에 카본판을 형성하는 이온흡수판결합단계(S200);, 상기 카본판에 이온차단판을 형성하는 이온차단판결합단계(S300);를 포함한다. A method for producing an electrode for ion exchange according to the present invention comprises the steps of: (a) providing an electricity supply plate (S100) for preparing a grapeflective plate; (ii) combining an ion absorption plate (S200) for forming a carbon plate on both sides of the electricity supply plate; And an ion blocking plate bonding step (S300) for forming an ion blocking plate on the substrate.

본 발명의 이온교환기는 하나의 케이스에 복수의 이온교환전극을 복극으로 배치하므로 대량 연속적으로 정수된 물을 생산할 수 있는 효과가 있다. 본 발명의 이온교환기는 박판의 이온차단판을 결합하므로 탄소전극 생산시간이 단축될 수 있다. 본 발명의 이온교환기는 전류변환기를 통해 자동으로 주기적인 극성을 변화시키므로 이온차단판에 부착된 부착물과 정수된 물을 분리하여 확보할 수 있다. 본 발명은 전기방사 또는 전기스프레이로 이온흡수판 표면에 이온교환고분자 전해질 용액을 분사하므로 박판형상의 전극이 커링되는 것을 방지할 수 있다. In the ion exchanger of the present invention, since a plurality of ion exchange electrodes are arranged in a single case as a double electrode, a large amount of purified water can be produced continuously. Since the ion exchanger of the present invention binds the ion-blocking plate of the thin plate, the production time of the carbon electrode can be shortened. Since the ion exchanger of the present invention automatically changes the periodic polarity through the current converter, it is possible to separate and secure the adhered matter and purified water attached to the ion blocking plate. Since the ion-exchange polymer electrolyte solution is sprayed on the surface of the ion-absorbing plate by electrospinning or electric spraying, the present invention can prevent curling of the thin-plate-shaped electrode.

도 1은 본 발명 이온교환기의 외부형상 사시도.
도 2는 본 발명 이온교환기 내부형상 및 작동개념도.
도 3은 본 발명 이온차단판이 전기방사에 의해 제작되는 개념도.
도 4는 본 발명 이온차단판이 전기스프레이에 의해 제작되는 개념도.1 is an external perspective view of an ion exchanger of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram of the inside of an ion exchanger of the present invention and operation thereof. FIG.
FIG. 3 is a conceptual diagram of an ion shield plate of the present invention produced by electrospinning. FIG.
FIG. 4 is a conceptual view of the ion shield plate of the present invention produced by an electric spray. FIG.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(실시예 1-1) 본 발명의 이온교환기는 밀폐되며, 내부에 수용공간을 형성하는 케이스(101);, 상기 케이스와 연통되는 투입관(102);, 상기 케이스와 연통되는 배출관(103);, 상기 수용공간에 수용되며, 복수 배치되는 전극(200);을 포함한다. (Example 1-1) The ion exchanger of the present invention comprises a case 101 which is hermetically sealed and forms a receiving space therein, a charging pipe 102 communicating with the case, a discharge pipe 103 communicating with the case, And a plurality of electrodes 200 accommodated in the accommodating space.

생활용수 또는 산업용수 중에는 이온을 다수 포함되며, 상기 생활용수 또는 산업용수에서 이온 제거하는 탈염(deionization)기술은 산업의 많은 분야에서 이용되고 있다. 즉 생활용수 중에 포함되는 중금속, 질산염, 질소, 불소이온 등을 탈염하기 위해, 본 발명의 이온교환기가 활용된다. 또한 전자산업, 의료산업, 약학산업 분야 등에서, 이온이 완전 제거된 물의 생산은 산업의 중요 기반이 된다. 생활용수 등은 투입관을 통해서 케이스 내부로 진입된다. 케이스 내부에는 전극을 수용하며, 전극은 생활용수 등에 포함된 이온을 분리한다. 이온이 분리된 물은 배출관을 통해 배출된다. 따라서, 배출관으로부터 정수된 물을 확보할 수 있다. Living water or industrial water contains a large number of ions, and deionization technology for removing ions from the living water or industrial water has been used in many fields of industry. That is, the ion exchanger of the present invention is utilized for desalting heavy metals, nitrates, nitrogen, fluorine ions and the like contained in the domestic water. In the electronics, medical, and pharmaceutical industries, the production of ion-free water is an important foundation for the industry. The domestic water enters the case through the inlet pipe. An electrode is housed inside the case, and the electrode separates the ions contained in the domestic water or the like. The separated water is discharged through a discharge pipe. Therefore, purified water can be reserved from the discharge pipe.

(실시예 2-1) 본 발명의 이온교환기는 실시예 1-1에 있어서, 상기 전극은 양전류만 공급되는 제1전극(210);, 상기 제1전극 사이에 배치되며 음전류만 공급되는 제2전극(220);을 포함한다. (Example 2-1) The ion exchanger of the present invention is the ion exchanger of Example 1-1, wherein the electrode comprises a first electrode 210 to which only a positive current is supplied, And a second electrode 220.

케이스 내부에는 복수의 전극을 나란히 나열하며, 전극과 전극 사이에는 투입수통과용 유로를 형성한다. 상기 전극은 공급전류의 극(양극, 음극)에 따라 제1전극과 제2전극으로 구분된다. 제1전극 및 제2전극은 상호 교차 형성된다. 즉, 유로 양측에는 양극전류가 흐르는 제1전극 및 음극전류가 흐르는 제2전극을 형성한다. 투입수가 유로를 통과하는 동안, 제1,2전극에 의해 이온이 분리된다. 따라서, 유로를 통과한 투입수는 정수된 물을 생성하게 된다. Inside the case, a plurality of electrodes are arranged side by side, and a flow passage for passing the input water is formed between the electrodes and the electrodes. The electrode is divided into a first electrode and a second electrode according to the polarity of the supply current (anode, cathode). The first electrode and the second electrode are mutually intersected. That is, on both sides of the flow path, a first electrode through which a positive current flows and a second electrode through which a negative current flows are formed. The ions are separated by the first and second electrodes while the input water passes through the flow path. Therefore, the input water passing through the flow path produces purified water.

(실시예 2-2) 본 발명의 이온교환기는 실시예 2-1에 있어서, 상기 전극은 중앙에 형성되는 전기공급판(211)(221);, 상기 전기공급판 일면 및 타면에 부착되는 이온흡수판(212)(222);, 상기 이온흡수판에 부착되는 이온차단판(213)(223);을 포함한다. (Example 2-2) The ion exchanger of the present invention is the ion exchanger of Example 2-1, wherein the electrode comprises an electric supply plate 211 (221) formed at the center, an ion attached to one surface and the other surface of the electric supply plate An absorption plate 212 (222), and an ion blocking plate 213 (223) attached to the ion absorption plate.

유로내부의 투입수로부터 이온분리를 위해 전기공급판 양측에는 이온흡수판을 부착한다. 즉, 투입수 중 양이온은 음이온흡수판에 부착되며, 음이온은 양이온흡수판에 부착된다. 따라서 투입수 중 양이온과 음이온을 분리할 수 있다. 이온차단판은 양이온흡수판 및 음이온흡수판에 부착된다. 이온차단판은 양이온차단판 및 음이온차단판으로 구분된다. 양이온차단판은 음이온흡수판에 부착되며, 음이온차단판은 양이온흡수판에 부착된다. 즉, 양이온차단판이 음이온만 통과시키며, 양이온은 통과되지 못하도록 한다. 반대로, 음이온차단판은 양이온만 통과시키며, 음이온을 통과되지 못하도록 한다. An ion absorption plate is attached to both sides of the electric supply plate to separate ions from the input water in the flow path. That is, the cation in the input water adheres to the anion absorption plate, and the anion adheres to the cation absorption plate. Therefore, positive ions and negative ions can be separated from the input water. The ion blocking plate is attached to the cation absorption plate and the anion absorption plate. The ion blocking plate is divided into a cation blocking plate and an anion blocking plate. The cation blocking plate is attached to the negative ion absorption plate, and the negative ion blocking plate is attached to the cation absorption plate. That is, the cation blocking plate allows only anions to pass, and cations can not pass through. Conversely, the anion-blocking plate allows only positive ions to pass through and prevents negative ions from passing through.

(실시예 2-3) 본 발명의 이온교환기는 실시예 2-2에 있어서, 상기 이온차단판의 두께는 0.001mm 내지 0.5mm로 하며, 바람직하게는 0.005mm로 제작되는 것을 포함한다. (Example 2-3) In Example 2-2 of the ion exchange apparatus of the present invention, the thickness of the ion exchange plate is 0.001 mm to 0.5 mm, preferably 0.005 mm.

상기 이온차단판의 두께는 0.001mm 내지 0.5mm에 대한 이유 및 효과에 대하여, 이온차단판의 두께가 0.001mm 이하일 경우에는 이온차단판의 저항은 낮으나 선택성이 떨어져 탈염효율이 낮아질 수 있고, 0.5mm이상일 경우 선택성을 좋으나 이온교환막의 저항이 증가하여 탈염효율이 낮아질 수 있으므로 이를 고려할 필요가 있다.When the thickness of the ion-blocking plate is 0.001 mm or less, the resistance of the ion-blocking plate may be low, but the selectivity may be low and the desalination efficiency may be low. On the other hand, , The selectivity is good, but the desalination efficiency may be lowered by increasing the resistance of the ion exchange membrane.

(실시예 2-4) 본 발명의 이온교환기는 실시예 2-2에 있어서, 상기 이온차단판은 음이온차단판 또는 양이온차단판으로 구분되며, 하나의 전극에는 음이온차단판을 형성하며, 다른 전극에는 양이온차단판을 형성하는 것을 포함하다. (Example 2-4) In the ion exchanger of the present invention, the ion-blocking plate is divided into an anion-blocking plate or a cation-blocking plate, an anion-blocking plate is formed on one electrode, Lt; RTI ID = 0.0 > cationic < / RTI >

음이온차단판은 술폰산기(-SO3H), 카르복실기(-COOH), 포스포닉기(-PO3H2), 포스피닉기(-HPO2H), 아소닉기(-AsO3H2) 및 셀리노닉기(-SeO3H)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 양이온으로 제작되며, 양이온차단판은 4급 암모늄염(-NH3), 1급 아민(-NH2), 2급 아민(-NHR), 3급 아민(-NR2), 4급 포스포니움기(-PR4) 및 3급 술폰니움기(-SR3)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 음이온으로 제작된다. 상기 이온차단판의 물질은 앞에서 제시된 것만으로 한정되지 않으며, 이와 균등한 대상으로 목적과 효과를 같이할 수 있는 모든 물질을 포함한다. 구체적으로, 이온을 교환할 수 있는 기능기를 가지는 고분자라면 제한되지 않는다. 예를 들어, 이온교환기를 가지고 있으면서 유기용매에 녹아 용액으로 존재할 수 있는 고분자 이오노머로, 폴리스티렌, 폴리술폰, 폴리이서술폰, 폴리아미드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리글리시딜메타크릴레이트 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. Anionic blocking plate is a sulfonic acid group (-SO 3 H), carboxyl group (-COOH), phospho nikgi (-PO 3 H 2), Phosphinicosuccinic nikgi (-HPO 2 H), oh sonic group (-AsO 3 H 2) And a celinonicking group (-SeO 3 H), and the cation blocking plate is made of a quaternary ammonium salt (-NH 3 ), a primary amine (-NH 2 ), a secondary amine (- NHR), a tertiary amine (-NR 2 ), a quaternary phosphonium group (-PR 4 ), and a tertiary sulfonium group (-SR 3 ). The substance of the ion-blocking plate is not limited to the above-mentioned materials, and includes all materials capable of achieving an object and an effect in an equivalent object. Specifically, a polymer having a functional group capable of exchanging ions is not limited. For example, a polymer ionomer having an ion exchanger and dissolved in an organic solvent to be present as a solution may be a polymer ionomer such as polystyrene, polysulfone, polyisocyanurate, polyamide, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyester, polyimide, Any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of polyether, polyethylene, polytetrafluoroethylene and polyglycidyl methacrylate can be used.

(실시예 2-5) 본 발명의 이온교환기는 실시예 2-2에 있어서, 상기 이온흡수판은 카본으로 제작되는 것을 포함한다. (Example 2-5) In the ion exchanger of the present invention, in Example 2-2, the ion absorbing plate includes one made of carbon.

이온흡수판은 고분자수지를 유기용매에 용해하거나 수분산 고분자용액으로 바인더 용액을 제조하며, 바인더 용액에 전극활물질을 첨가하여 슬러리를 제조하거나 캘린더링 가공을 하기 위한 반죽하며, 슬러리를 전기공급판에 도포하여 이온흡수판을 제조한다. 또는 반죽을 캘리더링 가공하여 탄소시트(carbon sheet)를 전기공급판에 붙여 탄소전극을 만드는 단계 및 탄소전극을 일정한 두께를 갖도록 프레스하는 단계를 통해 제조한다. 전극활물질은 활성탄소계열의 물질로서, 활성탄소 분말, 활성탄소 섬유, 카본 나노 튜브, 탄소 에어로겔 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 분말로 제조하여 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그리고, 금속산화물 계열의 물질로서 RuO2, Ni(OH)2, MnO2, PbO2, TiO2 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 전극활물질의 입자크기는 평균입경이 10㎛ 이하, 바람직하게는 10nm ~ 10㎛을 사용하여 전극의 비표면적과 축전용량을 증가시킬 수 있다. 전극활물질의 함량은 이온교환작용기를 갖는 고분자물질 20 중량부에 대하여, 600 ~ 900 중량부 범위로 사용하여 좋은 이온선택성 및 축전용량이 높은 전극을 제조할 수 있다. 전극활물질과 함께 추가할 수 있는 전도성 물질은 전기저항이 낮은 물질이라면 제한하지 않고 사용할 수 있다. 예를 들면, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, XCF 카본, SRF 카본 등의 전도성 카본블랙을 사용할 수 있다. The ion absorbing plate is prepared by dissolving the polymer resin in an organic solvent or preparing a binder solution with an aqueous dispersion polymer solution, adding an electrode active material to the binder solution to prepare a slurry or kneading for calendering, To prepare an ion absorption plate. Or calendering the dough to prepare a carbon electrode by attaching a carbon sheet to the electric supply plate, and pressing the carbon electrode to a predetermined thickness. The electrode active material may be an activated carbon material, such as an activated carbon powder, an activated carbon fiber, a carbon nanotube, a carbon aeroge, or a mixture thereof, and may be preferably used as a powder. As the metal oxide series material, RuO 2 , Ni (OH) 2 , MnO 2 , PbO 2 , TiO 2 or a mixture thereof can be used. The average particle size of the electrode active material may be 10 μm or less, preferably 10 nm to 10 μm, to increase the specific surface area and storage capacity of the electrode. The electrode active material may be used in an amount of 600 to 900 parts by weight based on 20 parts by weight of the ion exchange functional group-containing polymer material, thereby producing an electrode having good ion selectivity and high storage capacity. The conductive material that can be added together with the electrode active material can be used without restriction as long as the material has low electrical resistance. For example, conductive carbon black such as acetylene black, Ketjen black, XCF carbon, SRF carbon and the like can be used.

(실시예 2-6) 본 발명의 이온교환기는 실시예 2-2에 있어서, 상기 전기공급판은 그래파이트, 알루미늄, 니켈, 구리, 티타늄, 철, 스테인레스, 흑연 중 선택된 어느 하나로 형성되는 것을 포함한다.(Example 2-6) In the ion exchanger of the present invention, in the practical example 2-2, the electric supply plate includes one selected from graphite, aluminum, nickel, copper, titanium, iron, stainless steel and graphite .

전기공급판은 전원공급 장치를 통해 제조한 전극에 전류를 공급했을 때 전기장이 전극표면에 균일하게 분포할 수 있도록 전도성이 우수한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 그래파이트, 알루미늄, 니켈, 구리, 티타늄, 철, 스테인레스, 흑연 또는 이들의 혼합물을 포함하는 시트, 박막 또는 평직금망 형태를 사용할 수 있다.It is preferable to use an electric supply plate having excellent conductivity so that the electric field can be uniformly distributed on the electrode surface when electric current is supplied to the electrode manufactured through the power supply. For example, a sheet, a thin film, or a plain paper network form including graphite, aluminum, nickel, copper, titanium, iron, stainless steel, graphite or a mixture thereof may be used.

(실시예 2-7) 본 발명의 이온교환기는 실시예 2-2에 있어서, 교류전류를 공급받으며, 전류를 직류로 변환하며, 변환된 직류전류를 상기 제1전극 및 제2전극으로 공급하는 전류변환기(310)를 포함한다.(Embodiment 2-7) In the ion exchanger of the embodiment 2-2, the ion exchanger of the embodiment 2-2 receives the alternating current, converts the current into direct current, and supplies the converted direct current to the first electrode and the second electrode Current converter 310,

이온교환법은 효과적인 이온분리를 가능하게 하나, 부착물이 이온차단판에 부착되는 문제를 추가적으로 유발한다. 따라서 주기적인 부착물 이탈을 요구한다. 부착물 이탈은 제1,2전극의 극성변화로 가능하다. 극성변화는 전류변환기에서 이루어진다. 전류변환기는 교류전류를 직류로 변경하여 제1, 2전극에 직류전류를 공급하지만, 극성을 변경시킬 수도 있다. 따라서, 주기적으로 극성변화에 의해 이온차단판에 부착된 부착물을 이탈시킬 수 있다. The ion exchange method enables effective ion separation, but additionally causes the problem that the deposit adheres to the ion blocking plate. Thus requiring periodic attachment deviations. Displacement of the deposit is possible by the change of polarity of the first and second electrodes. The polarity change is made in the current transducer. The current converter changes the alternating current to direct current and supplies the direct current to the first and second electrodes, but may change the polarity. Therefore, it is possible to remove the adhering substance attached to the ion blocking plate by periodically changing the polarity.

(실시예 2-8) 본 발명의 이온교환기는 실시예 2-2에 있어서, 상기 배출관에 결합되는 밸브(320);, 상기 밸브로부터 분기되는 제1분기관(321) 및 제2분기관(322);, 상기 밸브를 제어하여 제1분기관 및 제2분기관의 개폐를 변경하며, 상기 전류변환기를 제어하여 양전류와 음전류를 변경하는 제어기(330);를 포함한다.(Example 2-8) The ion exchanger of the present invention is the ion exchanger of Example 2-2, wherein the valve (320) coupled to the discharge pipe, the first branch (321) branching from the valve and the second branch 322), a controller (330) for controlling opening and closing of the first branch and the second branch by controlling the valve, and controlling the current converter to change the positive current and the negative current.

전류변환기의 극성 변화시 이온차단판에 부착된 부착불은 이탈되며, 이탈된 부착불은 별도로 보관하여 폐수한다. 이는 전류변환기의 극성이 변화시, 배출관의 밸브가 변화되어 제1분기관으로 흐르던 정수된 물을 를 제2분기관으로 분기시킨다. When the polarity of the current transformer changes, the adhering charge attached to the ion blocking plate is released, and the discharged adhering charge is stored separately. When the polarity of the current converter changes, the valve of the discharge pipe is changed to branch the purified water that has flowed to the first branch to the second branch.

제어기는 이온분리과정과 부착물 이탈과정을 프로그램으로 작동시킨다. 이온분리과정(제1모드)시에는 전류변환기 및 밸브를 구동하며, 이탈과정(제2모드)시에는 전류변환기의 극성을 변화시키며, 밸브의 개방방향을 변화시킨다. 따라서, 이온분리과정에서 얻어지는 정수된 물과 이탈과정에서 얻어지는 부착물을 분리하여 확보할 수 있다. 제어기는 상기 제1모드와 제2모드를 교차 적용한다. 제1모드는 1분 50초 동안 이루어지며, 제2모드는 1분 20초 동안 이루어진다. 제1모드와 제2모드는 가압단계와 감압단계로 이루어진다. 가압단계 및 감압단계는 복수의 단계로 증감되며, 가압단계의 단수가 감압단계의 단수보다 많다. The controller programs the ion separation process and the detachment process. The current converter and the valve are driven during the ion separation process (first mode), and the polarity of the current converter is changed and the opening direction of the valve is changed during the disconnection process (second mode). Therefore, the purified water obtained in the ion separation process and the deposit obtained in the separation process can be separated and secured. The controller cross-applies the first mode and the second mode. The first mode is performed for 1 minute and 50 seconds, and the second mode is performed for 1 minute and 20 seconds. The first mode and the second mode comprise a pressurization step and a depressurization step. The pressurization step and the depressurization step are increased or decreased in a plurality of steps, and the number of steps of the pressurization step is larger than that of the decompression step.

(실시예 3-1) 본 발명의 이온교환기는 실시예 1-1에 있어서, 상기 전극 사이에 삽입되는 스페이서(230);를 포함한다.(Example 3-1) The ion exchanger of the present invention includes, in Embodiment 1-1, a spacer 230 inserted between the electrodes.

전극과 전극 사이에는 유로를 형성하며, 투입수는 유로를 따라 흐른다. 투입수가 유로를 지나가는 동안 이온분리과정이 이루어진다. 따라서, 전극과 전극 사이에는 유로를 형성하는 스페이서가 삽입된다. 결과적으로 2개의 전극 사이에는 스페이서가 형성되며, 이는 전극 제조과정에서 스페이서가 부착되게 된다. A flow path is formed between the electrode and the electrode, and the input water flows along the flow path. The ion separation process is performed while the input water passes through the flow path. Therefore, a spacer for forming a flow path is inserted between the electrode and the electrode. As a result, a spacer is formed between the two electrodes, and the spacer is attached in the electrode manufacturing process.

(실시예 3-2) 본 발명의 이온교환기는 실시예 3-1에 있어서, 상기 스페이서는 직포 또는 부직포로 형성되는 것을 포함한다.(Example 3-2) In the ion exchanger of the present invention, in Example 3-1, the spacer includes a woven fabric or a nonwoven fabric.

스페이서는 내부에 복수의 다공망을 형성하며, 투입수의 투입 및 배출이 용이하며, 또한 투입수의 흡수를 가능하게 한다. 이러한 목적달성을 위해 스페이서는 직포 또는 부직포로 이루어지며, 이는 폴리아미드계(polyamide series), 폴리에틸렌계(Polyethylene series), 폴리프로필렌계(polypropylene series), 셀룰로스계(cellulose series), 아크릴계(polyacryl series), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리에스테르계(polyester series) 및 천연섬유로 이루어진 군에서 선택되는 고분자로 형성된 것인 바람직하다. The spacers form a plurality of porous networks in the interior thereof, and the input and discharge of the input water is facilitated, and the input water can be absorbed. For this purpose, the spacer is made of a woven fabric or a nonwoven fabric. The spacer may be a polyamide series, a polyethylene series, a polypropylene series, a cellulose series, a polyacryl series, , Polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl alcohol (PVA), polyester series, and natural fibers.

(실시예 3-3) 본 발명의 이온교환기는 실시예 3-1에 있어서, 상기 스페이서는 균일한 두께로 형성되며, 두께는 0.005mm 내지 0.5mm로 형성되는 것을 포함한다.(Example 3-3) In the ion exchanger of the present invention, in Example 3-1, the spacer is formed to have a uniform thickness and the thickness is formed to be 0.005 mm to 0.5 mm.

이온차단판 두께 0.005mm 내지 0.5mm의 수치를 사용하는 이유와 효과가 존재하며, 특히 그 임계적 의미로서, 이온차단판의 두께가 0.005 mm 이하이면, 전극 표면에 균일한 섬유층을 확보할 수 없으며, 이는 이온의 선택성이 저하되어 효율이 좋지 않다. 반면 이온차단판의 두께가 0.5 mm 이상이면, 이온의 선택성은 좋으나 장시간의 전기방사 시간이 소요되는 된다. There is a reason and an effect of using the numerical value of the ion blocking plate thickness of 0.005 mm to 0.5 mm. Particularly, as a critical meaning thereof, if the thickness of the ion blocking plate is 0.005 mm or less, a uniform fiber layer can not be secured on the electrode surface , Which deteriorates the selectivity of ions and is not efficient. On the other hand, if the thickness of the ion blocking plate is 0.5 mm or more, the ion selectivity is good, but it takes a long electrospinning time.

(실시예 4-1) 본 발명의 이온교환용 전극생산방법은 그레파이트 판재를 준비하는 전기공급판 설치단계(S100);, 상기 전기공급판 양측에 카본판을 형성하는 이온흡수판결합단계(S200);, 상기 카본판에 이온차단판을 형성하는 이온차단판결합단계(S300);를 포함한다. (Example 4-1) A method of producing an electrode for ion exchange according to the present invention comprises: a step (S100) of preparing an electricity supply plate for preparing a grapeite plate; an ion absorption plate bonding step S200); and an ion blocking plate bonding step (S300) of forming an ion blocking plate on the carbon plate.

전극생산을 위해 그래파이트 판재의 양측에 카본판을 부착한다. 카본판은 전극활물질이 수용된 고분자 바인더를 부착하며, 균일한 두께가 되도록 형성한다. 카본판에는 이온을 차단하기 위한 이온차단판을 결합한다. Carbon plates are attached to both sides of the graphite sheet material for electrode production. The carbon plate is formed so as to have a uniform thickness by attaching a polymer binder containing an electrode active material. The carbon plate is combined with an ion blocking plate for blocking ions.

(실시예 4-2) 본 발명의 이온교환용 전극생산방법은 실시예 4-1에 있어서, 상기 이온차단판결합단계는 이온차단물질을 전기방사(400) 또는 전기 스프레이(500)로 결합하는 것을 포함한다.(Example 4-2) The method for producing an ion-exchange electrode of the present invention is the same as the method for producing an ion-exchange electrode according to the embodiment 4-1, wherein the ion-blocking plate bonding step is a step of bonding the ion- .

박판형상의 카본판 표면에 이온차단물질을 코팅하면 굽힘현상이 발생된다. 이를 방지하기 위해 전기방사 또는 전기 스프레이로 이온흡수판의 표면에 이온차단판을 결합한다. 전기방사 또는 전기스프레이로 도포된 이온차단판은 카본판의 굽힘을 방지할 수 있으며 평면상태의 탄소전극을 확보할 수 있다. When the surface of the thin carbon plate is coated with an ion blocking material, a bending phenomenon occurs. To prevent this, the ion shield plate is bonded to the surface of the ion absorption plate with electrospinning or electric spray. The ion shield plate coated with electrospinning or electric spray can prevent the carbon plate from bending and can secure a planar carbon electrode.

(실시예 4-3) 본 발명의 이온교환용 전극생산방법은 실시예 4-2에 있어서, 상기 전기방사로 얻어지는 이온차단판의 두께는 0.005mm 내지 0.5mm인 것을 포함한다.  (Example 4-3) The method for producing an ion-exchange electrode of the present invention is the same as the method for producing an ion-exchange electrode according to the embodiment 4-2, wherein the thickness of the ion-shielding plate obtained by electrospinning is 0.005 mm to 0.5 mm.

상기 이온차단판 두께 0.005mm 내지 0.5mm의 수치를 사용하는 이유와 효과가 존재하며, 특히 그 임계적 의미로서, 이온차단판의 두께가 0.005 mm 이하이면, 전극 표면에 균일한 섬유층을 확보할 수 없으며, 이는 이온의 선택성이 저하되어 효율이 좋지 않다. 이온차단판의 두께가 0.5 mm 이상이면, 이온의 선택성은 좋으나 장시간의 전기방사 시간이 소요되므로 생산성이 저하되는 단점이 있다. There is a reason and an advantage to use the numerical value of the ion blocking plate thickness of 0.005 mm to 0.5 mm. Particularly, as a critical meaning thereof, when the thickness of the ion blocking plate is 0.005 mm or less, a uniform fiber layer can be secured on the electrode surface This is because the selectivity of ions deteriorates and the efficiency is not good. If the thickness of the ion blocking plate is 0.5 mm or more, the selectivity of ions is good, but it takes a long time of electrospinning to deteriorate the productivity.

(실시예 4-4) 본 발명의 이온교환용 전극생산방법은 실시예 4-2에 있어서, 상기 전기방사조건은 70Kv의 전압을 부여하며, 노즐(401)과 목표물의 거리는 20cm이며, 전기방사에 사용되는 전해질 용액(403)은 5%의 메탄올(MeOH)을 함유하는 DMAc용매에 용해되며, 전해질 용액의 비율은 전체 중량 중 17% 내지 18%를 수용하며, 노즐의 직경은 0.025mm이다. (Example 4-4) The method for producing an ion-exchange electrode of the present invention is the same as the method for producing an ion-exchange electrode according to the embodiment 4-2 except that a voltage of 70 Kv is applied to the electrospinning condition, a distance between the nozzle 401 and the target is 20 cm, Is dissolved in a DMAc solvent containing 5% methanol (MeOH), the proportion of the electrolyte solution accommodating 17% to 18% of the total weight, and the diameter of the nozzle is 0.025 mm.

전기방사에 사용되는 전해질의 적정한 점성 확보를 위해 메탄올을 함유하는 DMAc 용매가 사용되었다. 또한 전해질 용액은 전체중량 중17% 내지 18%를 포함한다. A DMAc solvent containing methanol was used to ensure proper viscosity of the electrolyte used for electrospinning. Further, the electrolyte solution contains 17% to 18% of the total weight.

상기 용매는 전기방사기의 용기(402)에 수용되며, 용기 내부는 일정한 압력이 작용되며, 용기 일측에는 노즐을 형성하여 노즐로 용액이 분사된다. 노즐에 위치된 용액은 점도에 의해 테일러콘을 형성하며, 70Kv의 양전류가 노즐에 부여되며, 이온흡수판에는 음전류가 부여된다. 따라서, 정전기력에 의해 용매가 섬유형태로 방사되어 이온흡수판의 표면에 부착된다. The solvent is accommodated in a container 402 of an electrospinner, a certain pressure is applied to the inside of the container, and a nozzle is formed on one side of the container to spray the solution with the nozzle. The solution placed in the nozzle forms a Taylor cone by viscosity, a positive current of 70 Kv is applied to the nozzle, and a negative current is given to the ion absorption plate. Therefore, the solvent is radiated in the form of fibers by the electrostatic force and attached to the surface of the ion absorption plate.

(실시예 4-5) 본 발명의 이온교환용 전극생산방법은 실시예 4-4에 있어서, 상기 전해질 용액의 전기방사는 양이온 교환 고분자 전해질 용액 또는 음이온 교환 고분자 전해질 용액이 사용되는 것을 포함한다. (Example 4-5) In the method for producing an ion-exchange electrode of the present invention, the electrospinning of the electrolyte solution in Example 4-4 includes the use of a cation-exchange polymer electrolyte solution or an anion-exchange polymer electrolyte solution.

상기 양이온 교환 고분자 전해질 용액은 SPPO(sulfonated polyphenylene oxide)로 사용되는 것을 포함한다. 상기 음이온 교환 고분자 전해질 용액 용액은 APPO(Aminated polyphenylene oxide)로 사용되는 것을 포함한다. The cation exchange polyelectrolyte solution includes those used as SPPO (sulfonated polyphenylene oxide). The anion exchange polyelectrolyte solution solution includes those used as APPO (Aminated polyphenylene oxide).

101 : 케이스 102 : 투입관
103 : 배출관 200 : 전극
210 : 제1전극 211 : 전기공급판
212 : 이온흡수판 213 : 이온차단판
220 : 제2전극 221 : 전기공급판
222 : 이온흡수판 223 : 이온차단판
230 : 스페이서 310 : 전류변환기
320 : 밸브 321 : 제1분기관
322 : 제2분기관 330 : 제어기
401 : 노즐 402 : 용기
403 : 전해질 용액101: Case 102:
103: discharge pipe 200: electrode
210: first electrode 211: electric supply plate
212: ion absorption plate 213: ion blocking plate
220: second electrode 221: electric supply plate
222: ion absorption plate 223: ion blocking plate
230: Spacer 310: Current transducer
320: valve 321: 1st branch
322: second branch body 330: controller
401: nozzle 402: container
403: Electrolyte solution

Claims (4)

이온교환기에 있어서,
밀폐되며, 내부에 수용공간을 형성하는 케이스(101);,
상기 케이스와 연통되는 투입관(102);,
상기 케이스와 연통되는 배출관(103);,
상기 수용공간에 수용되며, 복수 배치되는 전극(200);,
상기 전극은 양전류만 공급되는 제1전극(210);,
상기 제1전극 사이에 배치되며 음전류만 공급되는 제2전극(220);,
제1전극 및 제2전극 사이에 형성된 투입수통과용 유로;,
상기 제1전극 및 제2전극의 전극을 주기적으로 변화시키는 전류변환기(310);,
상기 전극의 중앙에 형성되는 전기공급판(211)(221);,
상기 전기공급판 일면 및 타면에 부착되는 이온흡수판(212)(222);,
상기 이온흡수판에 부착되는 이온차단판(213)(223);,
상기 전기공급판은 그래파이트, 알루미늄, 니켈, 구리, 티타늄, 철, 스테인레스, 흑연 중 선택된 어느 하나의 재질로 형성되는 것;,
상기 배출관에 결합되는 밸브(320);,
상기 밸브로부터 분기되는 제1분기관(321) 및 제2분기관(322);,
상기 밸브를 제어하여 제1분기관 및 제2분기관의 개폐를 변경하며, 상기 전류변환기를 제어하여 양전류와 음전류를 변경하는 제어기(330);를 포함하는 이온교환기
In an ion exchanger,
A case 101 which is hermetically closed and forms a receiving space therein;
An inlet pipe (102) communicating with the case;
A discharge pipe (103) communicating with the case;
A plurality of electrodes 200 accommodated in the accommodation space,
The electrode includes a first electrode 210 to which only a positive current is supplied;
A second electrode 220 disposed between the first electrodes and supplied only with a negative current;
A passage for passing the input water formed between the first electrode and the second electrode;
A current converter 310 for periodically changing the electrodes of the first electrode and the second electrode;
Electrical supply plates 211 and 221 formed at the center of the electrode;
Ion-absorbing plates (212, 222) attached to one surface and the other surface of the electric supply plate;
Ion blocking plates 213 and 223 attached to the ion absorbing plate;
Wherein the electric supply plate is formed of any one material selected from graphite, aluminum, nickel, copper, titanium, iron, stainless steel and graphite;
A valve 320 coupled to the discharge pipe;
A first branch pipe 321 and a second branch pipe 322 branching from the valve;
And a controller (330) for controlling opening and closing of the first branch pipe and the second branch pipe by controlling the valve and changing the positive current and the negative current by controlling the current converter
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 전극 사이에 삽입되는 스페이서(230);를 포함하는 이온교환기.
The method according to claim 1,
And a spacer (230) inserted between the electrodes.
삭제delete
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KR100901857B1 (en) * 2008-11-06 2009-06-09 주식회사 덕영엔지니어링 Electrodialysis water softner

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