KR101944954B1 - Deionization and sterilization system including silver electrode and methods of deionization and sterilization using the same - Google Patents

Deionization and sterilization system including silver electrode and methods of deionization and sterilization using the same Download PDF

Info

Publication number
KR101944954B1
KR101944954B1 KR1020140058633A KR20140058633A KR101944954B1 KR 101944954 B1 KR101944954 B1 KR 101944954B1 KR 1020140058633 A KR1020140058633 A KR 1020140058633A KR 20140058633 A KR20140058633 A KR 20140058633A KR 101944954 B1 KR101944954 B1 KR 101944954B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
silver
carbon
desalination
silver electrode
Prior art date
Application number
KR1020140058633A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20150131654A (en
Inventor
윤제용
이재한
유지현
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020140058633A priority Critical patent/KR101944954B1/en
Publication of KR20150131654A publication Critical patent/KR20150131654A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101944954B1 publication Critical patent/KR101944954B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction

Abstract

탈염 및 살균 시스템은 반응기, 전극 구조물, 원수 공급부 및 처리수 회수부를 포함한다. 전극 구조물은 반응기 내부에 배치되며 은 전극, 탄소 전극, 은 전극 및 탄소 전극 사이에 배치되는 분리막, 및 은 전극 및 탄소 전극과 전기적으로 연결되는 전원 공급장치를 포함한다. 원수 공급부는 미생물을 포함하는 염수를 반응기에 공급한다. 처리액 회수부는 반응기에서 처리된 염수를 회수한다.The desalination and sterilization system includes a reactor, an electrode structure, a raw water supply part, and a treated water recovery part. The electrode structure includes a silver electrode, a separator disposed between the silver electrode and the carbon electrode, and a power supply device electrically connected to the silver electrode and the carbon electrode. The raw water supply section supplies the brine containing microorganisms to the reactor. The treatment liquid recovery part recovers the brine treated in the reactor.

Description

은 전극을 포함하는 탈염 및 살균 시스템, 및 이를 이용한 염수의 탈염 및 살균 방법{DEIONIZATION AND STERILIZATION SYSTEM INCLUDING SILVER ELECTRODE AND METHODS OF DEIONIZATION AND STERILIZATION USING THE SAME} FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a desalination and sterilization system including a silver electrode, and a desalination and sterilization method of saline using the desalination and sterilization system.

본 발명은 은 전극을 포함하는 탈염 및 살균 시스템, 및 이를 이용한 염수의 탈염 및 살균방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전기화학 반응을 활용한 은 전극을 포함하는 탈염 및 살균 시스템, 및 이를 이용한 염수의 탈염 및 살균방법에 관한 것이다.The present invention relates to a desalination and sterilization system including a silver electrode, and a method for desalination and sterilization of saline water using the same. More particularly, the present invention relates to a desalination and sterilization system including a silver electrode utilizing an electrochemical reaction, and a method for desalting and sterilizing saline water using the same.

수자원 부족 현상이 대두됨에 따라, 해수 및 염수의 탈염 공정 및 장치에 대한 연구가 지속되고 있으며, 예를 들면 슈퍼 커패시터(super capacitor)를 이용한 축전식 탈염(Capacitive Deionization: CDI) 장치가 개발되고 있다. 상기 슈퍼 커패시터에서는 활성탄과 같은 표면적이 큰 물질을 전극 재료로 이용하여 상기 전극 표면에 전기적 이온 흡착을 유도한다. 그러나, 상기 이온 흡착이 가능한 용량에 제한이 있어 고농도의 해수 탈염에 활용하기에는 한계가 있다. As the water shortage phenomenon appears, researches on desalination processes and apparatuses of seawater and salt water have been continued. For example, capacitive deionization (CDI) devices using super capacitors have been developed. In the supercapacitor, a substance having a large surface area such as activated carbon is used as an electrode material to induce the adsorption of electric ions on the surface of the electrode. However, there is a limit to the capacity for ion-adsorbing, and thus there is a limit to utilize for the desalination of high concentration of seawater.

또한, 상기 해수 및 염수에 다양한 유해 미생물들이 함유되어 있는 경우, 상기 미생물들을 제거하기 위해서는 별도의 소독 또는 살균 공정이 수행되어야 한다. In addition, if the harmful microorganisms are contained in the seawater and salt water, a separate disinfection or sterilization process must be performed to remove the microorganisms.

예시적으로, 특허문헌 1에서 은 전극을 포함하는 살균 장치를 개시하고 있으며, 탈염 공정 후에 예를 들면, 상기의 살균 장치를 이용하여 별도의 소독 공정 또는 살균 공정이 수행되어야 하는 문제점이 있다.For example, Patent Document 1 discloses a sterilizing device including a silver electrode, and there is a problem that a separate disinfection process or sterilization process must be performed after the desalination process, for example, by using the above-described sterilization device.

[특허문헌 1] 대한민국 등록특허공보 제10-0725658호(2007. 6. 7) [Patent Document 1] Korean Patent Registration No. 10-0725658 (June 7, 2007)

본 발명의 일 과제는 높은 용량 및 효율성을 갖는 은 전극을 포함하는 탈염 및 살균 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a desalination and sterilization system comprising a silver electrode with high capacity and efficiency.

본 발명의 일 과제는 높은 용량 및 효율성을 갖는 은 전극을 포함하는 탈염 및 살균 시스템을 이용한 염수의 탈염 및 살균방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for desalination and sterilization of saline water using a desalination and sterilization system including a silver electrode having high capacity and efficiency.

상기의 일 과제를 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 은 전극을 포함하는 탈염 및 살균 시스템은 반응기, 전극 구조물, 원수 공급부 및 처리수 회수부를 포함한다. 상기 전극 구조물은 상기 반응기 내부에 배치되며 은 전극, 탄소 전극, 상기 은 전극 및 상기 탄소 전극 사이에 배치되는 분리막, 및 상기 은 전극 및 상기 탄소 전극과 전기적으로 연결되는 전원 공급장치를 포함한다. 상기 원수 공급부는 미생물을 포함하는 염수를 상기 반응기에 공급한다. 상기 처리액 회수부는 상기 반응기에서 처리된 상기 염수를 회수한다.In order to accomplish the above object, a desalination and sterilization system including silver electrodes according to exemplary embodiments of the present invention includes a reactor, an electrode structure, a raw water supply unit, and a process water recovery unit. The electrode structure may include a silver electrode, a carbon electrode, a separator disposed between the silver electrode and the carbon electrode, and a power supply device electrically connected to the silver electrode and the carbon electrode. The raw water supply unit supplies saline containing microorganisms to the reactor. The treatment liquid recovery unit recovers the brine treated in the reactor.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 분리막은 상기 은 전극 및 상기 탄소 전극 사이에서 유로를 제공하는 스페이서를 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the separation membrane may include a spacer that provides a flow path between the silver electrode and the carbon electrode.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 분리막은 상기 탄소 전극 및 상기 스페이서 사이에 배치되는 양이온 교환막을 더 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the separation membrane may further include a cation exchange membrane disposed between the carbon electrode and the spacer.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 탈염 및 살균 시스템은 상기 원수 공급부 및 상기 처리수 회수부를 상기 반응기에 각각 유체 연결시키는 공급 유로 및 회수 유로를 더 포함할 수 있다. 상기 공급 유로 및 상기 회수 유로의 중간에 제1 유량 조절부 및 제2 유량 조절부가 각각 배치될 수 있다.According to exemplary embodiments, the desalination and sterilization system may further include a supply passage and a recovery passage for fluidly connecting the raw water supply portion and the process water recovery portion to the reactor, respectively. The first flow rate regulator and the second flow rate regulator may be respectively disposed between the supply flow path and the recovery flow path.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 탄소 전극에 의해 양이온이 포집되며, 상기 은 전극에 의해 음이온이 포집될 수 있다.According to exemplary embodiments, the positive electrode is captured by the carbon electrode, and the negative electrode can be captured by the silver electrode.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 은 전극에 양(+) 전위가 인가되며, 상기 탄소 전극에 음(-) 전위가 인가될 수 있다.According to exemplary embodiments, a positive potential is applied to the silver electrode, and a negative potential may be applied to the carbon electrode.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 은 전극에 의해 상기 염수 내부로 은이온이 방출될 수 있다.According to exemplary embodiments, silver ions can be released into the saline water by the silver electrode.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 탄소 전극은 활성탄소(activated carbon), 그래핀, 탄소 섬유, 탄소 나노 튜브 또는 다공성 탄소 입자를 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.According to exemplary embodiments, the carbon electrode may comprise activated carbon, graphene, carbon fibers, carbon nanotubes, or porous carbon particles. These may be used alone or in combination of two or more.

상기의 일 과제를 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 염수의 탈염 및 살균 방법에 따르면, 금속염 및 미생물을 함유하는 염수를 준비한다. 상기 염수를 탄소 전극 및 은 전극을 포함하는 전극 구조물에 도입한다. 상기 전극 구조물에 전위를 인가하여 상기 금속염 및 미생물을 제거한다.According to a method of desalination and sterilization of brine according to exemplary embodiments of the present invention for achieving the above object, salt water containing a metal salt and a microorganism is prepared. The brine is introduced into an electrode structure including a carbon electrode and a silver electrode. A potential is applied to the electrode structure to remove the metal salt and microorganisms.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 탄소 전극 및 상기 은 전극은 서로 대향하며, 상기 전극 구조물은 상기 탄소 전극 및 상기 은 전극 사이에 배치되는 분리막을 더 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the carbon electrode and the silver electrode are opposed to each other, and the electrode structure may further include a separation membrane disposed between the carbon electrode and the silver electrode.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 탄소 전극에 의해 상기 금속염에서 분리된 금속 양이온이 포집되며, 상기 은 전극에 의해 상기 금속염에서 분리된 음이온이 포집될 수 있다.According to exemplary embodiments, metal cations separated from the metal salt are collected by the carbon electrode, and anions separated from the metal salt can be collected by the silver electrode.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 은 전극에 양(+) 전위가 인가되며, 상기 탄소 전극에 음(-) 전위가 인가될 수 있다.According to exemplary embodiments, a positive potential is applied to the silver electrode, and a negative potential may be applied to the carbon electrode.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 금속염을 회수할 수 있다.According to exemplary embodiments, the metal salt may be recovered.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 금속염의 회수를 위해 상기 탄소 전극 및 상기 은 전극에 각각 양(+) 전위, 음(-) 전위를 인가하여 상기 탄소 전극 및 상기 은 전극에 포집된 이온들을 방출시킬 수 있다.According to exemplary embodiments, positive and negative potentials are applied to the carbon electrode and the silver electrode, respectively, for collecting the metal salt to emit ions collected on the carbon electrode and the silver electrode .

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 은 전극으로부터 방출된 은 이온에 의해 상기 미생물이 살균될 수 있다. According to exemplary embodiments, the microorganism can be sterilized by silver ions emitted from the silver electrode.

상술한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 비대칭 전극 구조를 갖는 탈염 및 살균 시스템이 제공된다. 상기 시스템에 있어서, 은 전극 및 탄소 함유 전극이 서로 대향되도록 배치될 수 있다. 상기 은 전극과 상기 탄소 함유 전극이 서로 보완적으로 작용하여 높은 출력 및 고용량의 탈염이 가능할 수 있다.According to the above-described exemplary embodiments of the present invention, a desalination and sterilization system having an asymmetric electrode structure is provided. In the above system, the silver electrode and the carbon-containing electrode may be arranged to face each other. The silver electrode and the carbon-containing electrode function complementarily to each other, so that high output and desorption at a high capacity can be achieved.

또한, 상기 은 전극을 통해 미생물 제거가 가능하므로, 탈염과 동시에 살균 공정이 함께 수행될 수 있다.In addition, since the microorganisms can be removed through the silver electrode, desalination and sterilization can be simultaneously performed.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 탈염 및 살균시스템을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 탈염 및 살균 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 실험예 1에 따라 처리된 용액의 전도도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 및 비교예의 전극 구조물에 의한 누적 이온 제거량을 기록한 그래프이다.
도 5는 실시예 및 대조군에 따른 미생물 농도 변화를 기록한 그래프이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a desalination and sterilization system in accordance with exemplary embodiments.
Figure 2 is a flow chart illustrating the desalination and sterilization method according to exemplary embodiments.
Fig. 3 is a graph showing the change in conductivity of the solution treated according to Experimental Example 1. Fig.
4 is a graph showing cumulative ion removal amounts by the electrode structures of Examples and Comparative Examples.
5 is a graph showing changes in microbial concentration according to the examples and the control group.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 탈염장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 본문에 설명된 실시예는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a composite desalination apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail. It is to be understood that the invention is not to be limited to the specific embodiments disclosed and that all changes which fall within the spirit and scope of the present invention are intended to be illustrative, , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a part or a combination thereof is described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

탈염 및 살균 시스템Desalting and Sterilization Systems

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 탈염 및 살균 시스템을 나타내는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a desalination and sterilization system in accordance with exemplary embodiments.

도 1을 참조하면, 탈염 및 살균 시스템(100)은 반응기(130), 원수 공급부(110) 및 처리수 회수부(180)를 포함할 수 있다. 반응기 내부에는 전극 구조물(160)이 배치될 수 있다.Referring to FIG. 1, a desalination and sterilization system 100 may include a reactor 130, a raw water supply unit 110, and a process water recovery unit 180. The electrode structure 160 may be disposed inside the reactor.

원수 공급부(110)에는 예를 들면, 탈염 및 살균 공정의 대상액인 해수와 같은 염수가 저장될 수 있다. 상기 염수는 금속염 혹은 미생물을 함유할 수 있다. 상기 금속염의 비제한적인 예로서 염화 리튬과 같은 리튬 염, 염화나트륨과 같은 나트륨 염, 염화 칼륨과 같은 칼륨 염, 염화 마그네슘과 같은 마그네슘 염, 염화칼슘과 같은 칼슘 염 등을 들 수 있다. 상기 염수에는 복수의 종의 금속염들이 함유될 수 있다.The raw water supply unit 110 may store saline, such as seawater, which is the object of the desalination and sterilization process, for example. The salt water may contain a metal salt or a microorganism. Non-limiting examples of the metal salt include lithium salts such as lithium chloride, sodium salts such as sodium chloride, potassium salts such as potassium chloride, magnesium salts such as magnesium chloride, and calcium salts such as calcium chloride. The salt water may contain a plurality of species of metal salts.

원수 공급부(110)는 공급 유로(115)를 통해 반응기(130)와 유체 연결되어 반응기(130) 내부로 상기 염수를 공급할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 공급 유로(115) 중간에 제1 유량 조절부(120)가 배치되어 반응기(130)에 공급되는 상기 염수의 유량을 조절할 수 있다.The raw water supply unit 110 may supply the brine into the reactor 130 in fluid connection with the reactor 130 through the supply flow path 115. In one embodiment, the first flow rate regulator 120 may be disposed in the middle of the supply flow path 115 to control the flow rate of the brine supplied to the reactor 130.

전극 구조물(160)은 서로 대향하는 은 전극(145a) 및 탄소 전극(145b)을 포함할 수 있다. 은 전극(145a) 및 탄소 전극(145b) 사이에는 분리막(153)이 배치되어 두 전극들을 서로 물리적으로 분리시킬 수 있다.The electrode structure 160 may include silver electrodes 145a and carbon electrodes 145b facing each other. A separation membrane 153 may be disposed between the silver electrode 145a and the carbon electrode 145b to physically separate the two electrodes from each other.

전극 구조물(160)의 양 단부에는 각각 전극(145a) 및 탄소 전극(145b)과 접촉 또는 전기적으로 연결되는 제1 집전체(140a) 및 제2 집전체(140b)가 배치될 수 있다.A first current collector 140a and a second current collector 140b may be disposed at both ends of the electrode structure 160 so as to be in contact with or electrically connected to the electrode 145a and the carbon electrode 145b.

예시적인 실시예들에 따르면, 은 전극(145a)은 은 분말을 바인더 수지와 혼합하여 슬러리 혹은 반죽 형태의 혼합물을 형성한 후, 상기 혼합물에 열 및/또는 압력을 가하여 제조할 수 있다.According to exemplary embodiments, the silver electrode 145a may be prepared by mixing silver powder with a binder resin to form a slurry or dough-like mixture, and then applying heat and / or pressure to the mixture.

일 실시예에 있어서, 상기 혼합물 형성을 위해 적절한 용매를 사용할 수 있다. 상기 용매의 예로서 에탄올(ethanol), 프로판올(propanol)과 같은 알코올계 용매를 들 수 있다. 또한, 상기 바인더 수지의 예로서 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene: PTFE)을 들 수 있다. In one embodiment, suitable solvents may be used for forming the mixture. Examples of the solvent include alcohol-based solvents such as ethanol and propanol. An example of the binder resin is polytetrafluoroethylene (PTFE).

일 실시예에 있어서, 은 전극(145a)의 전기 전도성을 높이기 위해 상기 혼합물 형성 시, 전도성 분진을 첨가할 수 있다. 상기 전도성 분진으로서, 예를 들면, 흑연 분말, 카본 블랙(carbon black), 아세틸렌 블랙(acetylene black), 탄소 나노 입자와 같은 탄소계 물질을 사용할 수 있다.In one embodiment, conductive powder may be added during the formation of the mixture to enhance the electrical conductivity of the silver electrode 145a. As the conductive dust, for example, carbon-based materials such as graphite powder, carbon black, acetylene black, and carbon nanoparticles can be used.

탄소 전극(145b)은 예를 들면, 활성탄소(activated carbon: AC), 그래핀(graphene), 탄소 섬유, 탄소 나노 튜브, 다공성 탄소 입자와 같은 탄소계 물질을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.The carbon electrode 145b may include a carbon-based material such as, for example, activated carbon (AC), graphene, carbon fiber, carbon nanotube, and porous carbon particles. These may be used alone or in combination of two or more.

예시적인 실시예들에 따르면, 탄소 전극(145b)은 상기 탄소계 물질을 바인더 수지와 혼합하여 슬러리 혹은 반죽 형태의 혼합물을 형성한 후, 상기 혼합물에 열 및/또는 압력을 가하여 제조할 수 있다.According to exemplary embodiments, the carbon electrode 145b may be prepared by mixing the carbon-based material with a binder resin to form a mixture in the form of a slurry or paste, and then applying heat and / or pressure to the mixture.

일 실시예에 있어서, 은 전극(145a) 제조를 위해 사용된 용매, 전도성 분진 및/또는 상기 바인더 수지와 실질적으로 동일하거나 유사한 재료들이 탄소 전극(145b) 제조시 활용될 수 있다.In one embodiment, the solvent, conductive dust, and / or materials substantially the same or similar to the binder resin used for manufacturing the silver electrode 145a may be utilized in manufacturing the carbon electrode 145b.

분리막(153)은 스페이서(150)를 포함할 수 있다. 스페이서(150)에 의해 전극 구조물(160)에서 상기 염수가 통과하는 유로가 형성될 수 있다. 스페이서(150)는 이온 투과성을 갖는 다공질 재료를 포함할 수 있다. 스페이서(150)는 예를 들면, 나일론, 셀룰로오스 나이트레이트(cellulose nitrate), 유리 섬유, 실리콘, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET) 등을 포함할 수 있다.The separation membrane 153 may include a spacer 150. A channel through which the salt water passes in the electrode structure 160 can be formed by the spacer 150. [ The spacer 150 may include a porous material having ion permeability. The spacer 150 may include, for example, nylon, cellulose nitrate, glass fiber, silicone, polyethylene terephthalate (PET), and the like.

일 실시예에 있어서, 분리막(153)은 탄소 전극(145b)과 스페이서(150) 사이에 배치되는 양이온 교환막(147)을 더 포함할 수 있다. 양이온 교환막(147)은 예를 들면, 폴리스티렌(polystyrene), 폴리이미드(polyimide), 폴리에스테르(polyester), 폴리에테르(polyether), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리메틸암모늄클로라이드(polymethylammonium chloride), 폴리글리시딜메타크릴레이트(polyglycidyl methacrylate) 등과 같은 고분자 물질을 포함할 수 있다. 한편, 양이온 교환막(147)은 음이온의 운반을 위해 양이온기를 함유하는 이온 폴리머를 포함할 수 있다. In one embodiment, the separation membrane 153 may further comprise a cation exchange membrane 147 disposed between the carbon electrode 145b and the spacer 150. The cation exchange membrane 147 may be formed of, for example, polystyrene, polyimide, polyester, polyether, polyethylene, polytetrafluoroethylene, polymethylammonium A polymer material such as polymethylammonium chloride, polyglycidyl methacrylate, or the like. On the other hand, the cation exchange membrane 147 may comprise an ionic polymer containing a cationic group for transporting anions.

일 실시예에 있어서, 분리막(153)은 은 전극(145a) 및 스페이서(150) 사이에 배치되는 음이온 교환막(149)을 더 포함할 수도 있다. 음이온 교환막(149)은 양이온의 운반을 위해 술폰산기(-SO3H) 또는 카르복시기(-COOH) 등을 잔기로서 함유하는 이온 폴리머를 포함할 수 있다. 예를 들면, 음이온 교환막(149)은 폴리술폰(polysulfone, PSF), 폴리에테르 술폰(polyether sufone: PES) 등을 포함할 수 있다.In one embodiment, the separation membrane 153 may further include an anion exchange membrane 149 disposed between the silver electrode 145a and the spacer 150. The anion exchange membrane 149 may include an ionic polymer containing a sulfonic acid group (-SO 3 H) or a carboxyl group (-COOH) as a residue for transporting cations. For example, the anion exchange membrane 149 may include polysulfone (PSF), polyether sulfone (PES), and the like.

제1 집전체(140a) 및 제2 집전체(140b)는 각각 은 전극(145a) 및 탄소 전극(145b)과 접촉하며 전원을 공급할 수 있다. 제1 집전체(140a) 및 제2 집전체(140b)는 전원 공급부(Power Supply: PS)(165)와 연결될 수 있다. 전원 공급부(165)는 제1 집전체(140a) 및 제2 집전체(140b) 각각에 대응되어 제공될 수 있다. 이와는 달리, 전원 공급부(165)는 제1 집전체(140a) 및 제2 집전체(140b)에 공통으로 제공될 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전원 공급부(165)는 반응기(130)의 외부에 배치되어 전극 구조물(160)과 연결될 수 있다.The first current collector 140a and the second current collector 140b are in contact with the electrode 145a and the carbon electrode 145b, respectively, and can supply power. The first current collector 140a and the second current collector 140b may be connected to a power supply (PS) 165. The power supply unit 165 may be provided corresponding to each of the first current collector 140a and the second current collector 140b. Alternatively, the power supply unit 165 may be provided commonly to the first current collector 140a and the second current collector 140b. As shown in FIG. 1, the power supply 165 may be disposed outside the reactor 130 and connected to the electrode structure 160.

제1 집전체(140a) 및 제2 집전체(140b)는 예를 들면, 금속 또는 금속 합금을 포함하는 판, 호일, 네트(net) 형태를 가질 수 있다. 상기 금속은 티타늄, 백금, 이리듐 등을 포함할 수 있다. The first current collector 140a and the second current collector 140b may have a plate, foil or net shape including, for example, a metal or a metal alloy. The metal may include titanium, platinum, iridium, and the like.

예시적인 실시예들에 따르면, 탈염 및 살균 시스템(100)을 활용하여 탈염 공정 수행시 은 전극(145a)에 의해 음이온이 포집될 수 있으며, 탄소 전극(145b)에 의해 양이온이 포집될 수 있다. 상기 양이온의 예로서, 리튬 이온, 칼륨 이온, 마그네슘 이온, 나트륨 이온과 같은 금속 이온을 들 수 있다. 상기 음이온은 상기 금속 이온과 결합하여 염을 생성하는 염화 이온과 같은 이온을 포함할 수 있다. According to exemplary embodiments, an anion can be collected by the electrode 145a and a cation can be collected by the carbon electrode 145b during the desalination process utilizing the desalination and sterilization system 100. [ Examples of the cation include metal ions such as lithium ion, potassium ion, magnesium ion, and sodium ion. The anion may include ions such as chloride ions which bind to the metal ion to form a salt.

이 경우, 은 전극(145a)에 양(+) 전위를, 탄소 전극(145b)에 음(-) 전위를 인가함으로써 상기 탈염 공정이 수행될 수 있다. 한편, 은 전극(145a)을 양극(anode)으로, 탄소 전극(145b)을 음극(cathode)으로 사용하여, 정전류 조건으로 각각 음(-) 전위, 양(+) 전위를 인가하는 경우, 포집된 이온들이 은 전극(145a) 및 탄소 전극(145b)으로부터 방출될 수 있다.In this case, the desalination process can be performed by applying a positive potential to the silver electrode 145a and a negative potential to the carbon electrode 145b. On the other hand, when negative (-) potential and positive (+) potential are applied in a constant current condition using the silver electrode 145a as the anode and the carbon electrode 145b as the cathode, Ions can be emitted from the silver electrode 145a and the carbon electrode 145b.

일 실시예에 따르면, 탈염 및 살균 시스템(100)은 방출된 상기 이온들을 회수 및/또는 농축하는 금속염 회수부를 더 포함할 수 있다. 상기 금속염 회수부에는 상기 염수의 탈염 공정이 연속적으로 반복 진행됨에 따라 고농도의 상기 금속염이 함유된 회수액이 저장될 수 있다.According to one embodiment, the desalination and sterilization system 100 may further include a metal salt recovery unit for recovering and / or concentrating the ions released. As the desalination process of the brine is continuously and repeatedly performed, the recovered solution containing the metal salt at a high concentration can be stored in the metal salt recovery section.

은 전극(145a)에 전위가 인가됨에 따라, 은 전극(145a)으로부터 은 이온이 방출될 수 있다. 예를 들면, 은 전극(145a) 표면 상에서 은/염화은(Ag/AgCl) 반응이 발생하여 상기 염수 내에 염화은이 방출될 수 있다. 염화은은 상기 염수에 용해되어 은 이온이 생성될 수 있다. 은 이온은 미생물에 대해 강한 살균력을 가지므로 상술한 탈염 공정이 수행됨과 동시에 상기 염수의 살균 공정이 수행될 수 있다.Silver ions may be emitted from the silver electrode 145a as a potential is applied to the silver electrode 145a. For example, a silver / silver chloride (Ag / AgCl) reaction may occur on the surface of the silver electrode 145a to release silver chloride in the saline. Silver chloride may be dissolved in the salt water to generate silver ions. Since the silver ion has a strong sterilizing power against the microorganism, the desalination process described above can be performed and the sterilizing process of the saline can be performed.

탈염 및 살균 시스템(100)은 전극 구조물(160)에 의해 탈염 및 살균 처리된 염수가 회수되어 저장되는 처리수 회수부(180)를 더 포함할 수 있다. 처리수 회수부(180)는 회수 유로(170)를 통해 전극 구조물(160)을 포함하는 반응기(130)와 유체 연결될 수 있다. The desalination and sterilization system 100 may further include a treatment water recovery unit 180 in which salt water desalted and sterilized by the electrode structure 160 is recovered and stored. The process water recovery unit 180 may be in fluid communication with the reactor 130 including the electrode structure 160 via the recovery flow path 170.

일 실시예에 있어서, 회수 유로(170)에 처리수의 회수 속도를 제어하기 위한 제2 유량 조절부(175)가 구비될 수 있다. 제2 유량 조절부(175)는 예를 들면, 처리수의 배출을 촉진하는 펌프 구조를 가질 수 있다. In one embodiment, the recovery flow path 170 may be provided with a second flow rate control unit 175 for controlling the recovery rate of the treatment water. The second flow rate regulator 175 may have, for example, a pump structure for promoting discharge of treated water.

본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 탈염 및 살균 시스템(100)은 서로 다른 재료의 전극들을 포함하는 비대칭 혹은 하이브리드 구조의 전극 구조물을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 전극 구조물(160)은 배터리 등에 사용되는 금속 전극으로서 은 전극(145a)을 포함하며, 슈퍼 캐패시터에 사용되는 탄소 전극(145b)을 포함할 수 있다. 상기 슈퍼 캐패시터에 사용되는 탄소 전극(145b)은 높은 출력을 보이나, 주로 물리적 흡착에 의해 탈염을 진행하므로 고용량 해수 및/또는 염수 탈염에는 한계가 있을 수 있다. 또한 상기 탄소계 전극은 에너지 밀도가 낮을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상대적으로 고용량의 은 전극(145a)이 보완적으로 적용하여 탈염 용량 및 출력을 동시에 높일 수 있다. According to exemplary embodiments of the present invention, desalination and sterilization system 100 may include asymmetric or hybrid structure electrode structures comprising electrodes of different materials. In the exemplary embodiments, the electrode structure 160 includes a silver electrode 145a as a metal electrode used for a battery or the like, and may include a carbon electrode 145b used for a supercapacitor. The carbon electrode 145b used in the supercapacitor has a high output, but the desalination proceeds mainly by physical adsorption, so there may be a limit to high-capacity seawater and / or salt desalination. The carbon-based electrode may have a low energy density. According to exemplary embodiments, a silver electrode 145a of a relatively high capacity can be supplementarily applied to simultaneously increase the desalination capacity and the output.

또한, 은 전극(145a)으로부터 발생된 은 이온에 의해 염수 내의 미생물을 제거할 수 있다. 따라서, 별도의 미생물 제거 혹은 살균 공정을 수행하지 않고도 예시적인 실시예들에 따른 탈염 및 살균 시스템(100)을 활용하여 염수의 살균 처리를 탈염 공정과 동시에 수행할 수 있다.
In addition, the silver ions generated from the silver electrode 145a can remove microorganisms in the salt water. Thus, the desalination and disinfection system 100 according to the exemplary embodiments can be utilized to perform the disinfection process simultaneously with the desalination process, without performing a separate microbial removal or disinfection process.

염수의 탈염 및 살균 방법Desalination and disinfection of brine

도 2는 예시적인 실시예들에 따른 탈염 및 살균 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.Figure 2 is a flow chart illustrating the desalination and sterilization method according to exemplary embodiments.

도 2를 참조하면, 금속염 및 미생물을 함유하는 염수를 준비한다(단계 S10). 상기 금속염의 비제한적인 예로서 염화 리튬과 같은 리튬 염, 염화나트륨과 같은 나트륨 염, 염화 칼륨과 같은 칼륨 염, 염화 마그네슘과 같은 마그네슘 염, 염화칼슘과 같은 칼슘 염 등을 들 수 있다. 상기 염수에는 복수의 종의 금속염들이 함유될 수 있다. 상기 염수는 도 1을 참조로 설명한 탈염 및 살균 시스템의 원수 공급부(110)에 저장될 수 있다.Referring to FIG. 2, salt water containing a metal salt and a microorganism is prepared (step S10). Non-limiting examples of the metal salt include lithium salts such as lithium chloride, sodium salts such as sodium chloride, potassium salts such as potassium chloride, magnesium salts such as magnesium chloride, and calcium salts such as calcium chloride. The salt water may contain a plurality of species of metal salts. The saline can be stored in the raw water supply 110 of the desalination and sterilization system described with reference to FIG.

준비된 상기 염수를 탄소 전극 및 은 전극을 포함하는 전극 구조체에 도입할 수 있다(단계 S20).The prepared brine can be introduced into an electrode structure including a carbon electrode and a silver electrode (step S20).

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 염수는 상술한 탈염 및 살균 시스템의 공급 유로(115)를 통해 전극 구조물(160)을 포함하는 반응기(130) 내부로 공급될 수 있다.According to exemplary embodiments, the brine may be supplied into the reactor 130, including the electrode structure 160, through the feed channel 115 of the desalination and sterilization system described above.

상술한 바와 같이, 전극 구조물(160)은 서로 대향되도록 배치되는 은 전극(145a) 및 탄소 전극(145b)을 포함하며, 은 전극(145a) 및 탄소 전극(145b) 사이에 배치되는 분리막(153)을 더 포함할 수 있다.The electrode structure 160 includes a silver electrode 145a and a carbon electrode 145b arranged to face each other and a separation membrane 153 disposed between the silver electrode 145a and the carbon electrode 145b, As shown in FIG.

이후, 상기 전극 구조물에 전위를 인가하여 상기 염수로부터 상기 금속염 및 미생물을 제거할 수 있다(단계 S30).Thereafter, a potential is applied to the electrode structure to remove the metal salt and the microorganisms from the brine (step S30).

상술한 바와 같이, 전원 공급부(165)로부터 제1 집전체(140a) 및 제2 집전체(140b)를 통해 각각 은 전극(145a) 및 탄소 전극(145b)에 소정의 전위가 인가될 수 있다.A predetermined potential may be applied to the electrodes 145a and the carbon electrodes 145b from the power supply unit 165 through the first current collector 140a and the second current collector 140b.

예시적인 실시예들에 있어서, 은 전극(145a)에 양(+) 전위를, 탄소 전극(145b)에 음(-) 전위를 인가함으로써 상기 염수로부터 상기 금속염이 제거되는 탈염 공정이 수행될 수 있다. 이 경우, 상기 탈염 공정에 의해 탄소 전극(145b)에 는 리튬 이온, 칼륨 이온, 마그네슘 이온, 나트륨 이온과 같은 금속 양이온이 포집될 수 있다. 또한, 은 전극(145a)에는 상기 금속 이온과 결합하여 염을 생성하는 염화 이온과 같은 음 이온이 포집될 수 있다.In the exemplary embodiments, a desalination process may be performed in which the metal salt is removed from the brine by applying a positive potential to the silver electrode 145a and a negative potential to the carbon electrode 145b . In this case, metal ions such as lithium ions, potassium ions, magnesium ions, and sodium ions can be trapped in the carbon electrode 145b by the desalting process. In addition, the silver electrode 145a may collect negative ions such as chloride ions that combine with the metal ions to generate a salt.

상술한 바와 같이, 은 전극(145a)에 전위가 인가됨에 따라 은 전극(145a)으로부터 상기 염수 내부로 은 이온이 방출될 수 있으며, 상기 은 이온에 의해 살균 공정이 수행되어 상기 염수 내에 함유된 상기 미생물이 제거될 수 있다.As described above, as silver potential is applied to the silver electrode 145a, silver ions may be released from the silver electrode 145a into the saline water, and the sterilization process is performed by the silver ions, Microorganisms can be removed.

소정의 유량 및 시간으로 탈염 및 살균 공정이 수행된 상기 염수는 상기 금속염 및 상기 미생물이 제거된 처리수로서 처리수 회수부(180)에 저장될 수 있다.The brine in which the desalination and sterilization process is performed at a predetermined flow rate and time may be stored in the treatment water recovery section 180 as the treatment water from which the metal salt and the microorganism have been removed.

일 실시예에 있어서, 상기 전극 구조물의 은 전극(145a) 및 탄소 전극(145b)에 의해 제거된 금속염을 회수할 수 있다. 예를 들면, 은 전극(145a) 및 탄소 전극(145b)에 포집된 이온들을 방출시킬 수 있다.In one embodiment, the metal salt removed by the silver electrode 145a and the carbon electrode 145b of the electrode structure may be recovered. For example, the silver electrode 145a and the carbon electrode 145b can emit ions collected.

일 실시예에 따르면, 은 전극(145a)을 양극으로, 탄소 전극을 음극(cathode)으로 사용하여, 정전류 조건으로 각각 음(-) 전위, 양(+) 전위를 인가함으로써 포집된 상기 이온들이 은 전극(145a) 및 탄소 전극(145b)으로부터 방출될 수 있다. According to one embodiment, the ions collected by applying the negative (-) potential and the positive (+) potential in the constant current condition using the silver electrode 145a as the anode and the carbon electrode as the cathode, The electrode 145a and the carbon electrode 145b.

이하에서는, 구체적인 실시예, 비교예 및 실험예들을 통해 상술한 탈염 및 살균 시스템의 성능에 대해 설명한다.
Hereinafter, the performance of the desalination and sterilization system described above will be described with reference to specific examples, comparative examples and experimental examples.

실시예Example

1) 은 전극의 제조 1) Manufacture of electrode

상업적으로 수득되는 은 분말(Sigma Aldrich 제조, 직경분포: 5 내지 8μm)을 전도성 분진으로서 흑연 분말인 Super P(상표명), 바인더 수지로서 PTFE 및 에탄올 용매와 함께 혼합하여 슬러리 형태의 혼합물을 제조하였다. A commercially available silver powder (Sigma Aldrich, diameter distribution: 5-8 μm) was mixed with graphite powder Super P (trademark) as conductive dust, PTFE and ethanol as binder resin to prepare a slurry-like mixture.

이 때, 은 분말, Super P 및 PTFE는 중량비로서 86:7:7의 비율로 혼합되었다. At this time, the silver powder, Super P and PTFE were mixed at a weight ratio of 86: 7: 7.

상기의 혼합물을 롤 압력기(rolling pressure) 및 핫 프레스(hot press)를 이용하여 두께 300μm의 시트(sheet)형태로 만들어 준 뒤 상기 에탄올 용매가 남아있지 않도록 건조시켜 은 전극을 제조하였다.
The mixture was made into a sheet having a thickness of 300 mu m by using a rolling pressure and a hot press and then dried so that the ethanol solvent remained, thereby preparing a silver electrode.

2) 탄소 전극의 제조 2) Manufacture of carbon electrode

활성탄, 전도성 분진으로서 Super P 및 바인더 수지로서 PTFE를 중량비 86:7:7 의 비율로 에탄올 용매에 혼합하여 슬러리 형태의 혼합물을 수득하였다. Activated carbon, Super P as conductive dust, and PTFE as binder resin were mixed in ethanol solvent at a weight ratio of 86: 7: 7 to obtain a slurry-like mixture.

상기 혼합물을 롤 압력기 및 핫 프레스를 이용하여 두께 300μm의 시트 형태로 만들어 준 뒤 상기 용매가 남아있지 않도록 건조시켜, 탄소 전극을 제조하였다.
The mixture was made into a sheet having a thickness of 300 mu m by using a roll presser and a hot press, and then dried to remove the solvent, thereby preparing a carbon electrode.

3) 전극 구조물의 제조 3) Manufacture of electrode structure

제조된 상기 은 전극 및 탄소 전극 사이에 스페이서를 배치시키고 상기 탄소 전극 및 상기 스페이서 사이에 음이온 교환막을 배치하여 실시예에 따른 전극 구조물을 제조하였다.
A spacer was disposed between the prepared silver electrode and the carbon electrode, and an anion exchange membrane was disposed between the carbon electrode and the spacer. Thus, an electrode structure according to an embodiment was manufactured.

비교예Comparative Example

실시예에서 제조된 탄소 전극 한 쌍을 양 단에 배치하고 그 사이에 음이온 교환막, 스페이서 및 양이온 교환막을 순차적으로 배치하여 비교예에 따른 전극 구조물을 제조하였다.
A pair of carbon electrodes prepared in the examples were arranged at both ends, and an anion exchange membrane, a spacer and a cation exchange membrane were sequentially disposed therebetween to prepare an electrode structure according to a comparative example.

실험예 1:　탈염 성능 실험 Experimental Example 1: Desalting performance test

실시예의 전극 구조물을 통해 10mM의 염화나트륨 용액을 원수로 사용하여 탈염 실험을 수행하였다. 반응기 내부에 상기 실시예의 전극 구조물 배치시키고 상기 반응기 내부로 염화나트륨 용액을 유량 10mL/min로 흘려주었다. Desalting experiments were performed using 10 mM sodium chloride solution as the raw water through the electrode structure of the examples. The electrode structure of the above example was disposed inside the reactor, and sodium chloride solution was flowed into the reactor at a flow rate of 10 mL / min.

상기 은 전극에 양(+) 전위, 상기 탄소 전극에 음(-) 전위가 인가되도록 1.2V의 전압을 15분간 인가하여 상기 원수의 이온들을 전극들에 흡착시켰다. 이온 흡착 후, 역으로 ??1.2V의 전압을 인가하여 흡착된 상기 이온들을 상기 전극들로부터 탈착시켰다.A voltage of 1.2 V was applied for 15 minutes so that a positive potential was applied to the silver electrode and a negative potential was applied to the carbon electrode to adsorb the ions of the raw water to the electrodes. After ion adsorption, a voltage of? 1.2 V was applied in reverse to desorb the adsorbed ions from the electrodes.

한편, 비교예의 전극 구조물을 사용하여 동일한 조건으로 상기 염화나트륨 용액의 흡착 및 탈착 공정을 수행하였다.On the other hand, the adsorption and desorption process of the sodium chloride solution was performed under the same conditions using the electrode structure of the comparative example.

실시예 및 비교예의 전극 구조물이 배치된 상기 반응기로부터 배출되는 용액의 전도도를 전도도 미터기를 이용해 측정하였다.Conductivity of the solution discharged from the reactor in which the electrode structures of Examples and Comparative Examples were arranged was measured by using a conductivity meter.

도 3은 실험예 1에 따라 처리된 용액의 전도도 변화를 나타내는 그래프이다.Fig. 3 is a graph showing the change in conductivity of the solution treated according to Experimental Example 1. Fig.

도 3을 참조하면, 실시예 및 비교예의 전극 구조물에 의해 이온의 흡착 및 탈착에 따른 전도도 변화 사이클이 반복되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the cycle of the conductivity change according to adsorption and desorption of ions is repeated by the electrode structures of Examples and Comparative Examples.

한편, 도 3의 그래프에서 세 번째 사이클에서의 농도변화를 통해 실시예 및 비교예에 따른 전극 구조물에 의한 누적 이온 제거량을 측정하여 비교하였다.On the other hand, in the graph of FIG. 3, accumulated ion removal amounts by the electrode structures according to Examples and Comparative Examples were measured and compared through the concentration change in the third cycle.

도 4는 실시예 및 비교예의 전극 구조물에 의한 누적 이온 제거량을 기록한 그래프이다. 4 is a graph showing cumulative ion removal amounts by the electrode structures of Examples and Comparative Examples.

구체적으로, 상기 누적 이온 제거량은 전극의 단위 질량당 이온 수착 용량(sorption capacity)(mg/g)으로 측정하였다.Specifically, the cumulative ion removal amount was measured by the ion sorption capacity (mg / g) per unit mass of the electrode.

도 4를 참조하면, 실시예에 따른 비대칭 전극 재료를 포함한 전극 구조물의 경우, 탄소 전극만으로 구성된 전극 구조물보다 약 2배 이상의 누적 이온 제거량을 기록함으로 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 4, an electrode structure including an asymmetric electrode material according to an embodiment of the present invention can be confirmed to record a cumulative ion removal amount of about twice as much as an electrode structure composed of only a carbon electrode.

실험예 2: 미생물 살균 성능 실험Experimental Example 2: Microbial sterilization performance test

실시예에 따른 전극 구조물이 배치된 반응기에 공급 유로 및 회수 유로를 연결하였다. 살균처리된 2,000mg/L의 염화나트륨 용액 100mL에 미생물을 첨가하여 초기 미생물 농도 3 X 105 CFU/mL의 원수를 제조하였다. 상기 원수를 상기 공급 유로를 통해 상기 반응기 내부로 10mL/min의 유량으로 공급하며, 반응기 내부의 온도를 23.5oC로 유지시켰다. 상기 은 전극에 양(+) 전위, 상기 탄소 전극에 음(-) 전위가 인가되도록 1.2V의 전압을 30분간 인가하고, 상기 회수 유로를 통해 상기 반응기를 통과한 원수를 10분마다 1mL씩 추출하였다. 추출된 상기 원수 내의 미생물 농도 변화를 표준 평판균수산정법(standard platecounting method)을 이용하여 측정하였다.The supply passage and the recovery passage were connected to the reactor in which the electrode structure according to the embodiment was disposed. The microorganism was added to 100 mL of the sterilized 2,000 mg / L sodium chloride solution to prepare raw water having an initial microbial concentration of 3 × 10 5 CFU / mL. The raw water was supplied into the reactor through the supply passage at a flow rate of 10 mL / min, and the temperature inside the reactor was maintained at 23.5 ° C. A voltage of 1.2 V was applied for 30 minutes so that positive (+) potential was applied to the silver electrode and negative (-) potential was applied to the carbon electrode. Raw water passing through the recovery channel was extracted by 1 mL every 10 minutes Respectively. The change in microbial concentration in the extracted raw water was measured using a standard plate counting method.

대조군으로서 상술한 바와 동일한 방법으로 원수를 제조하고, 이를 10분마다 1mL씩 추출하여 표준 평판균수산정법에 의해 미생물 농도 변화를 관찰하였다.As a control, raw water was prepared in the same manner as described above, and extracted by 1 mL every 10 minutes, and microbial concentration changes were observed by standard plate counting.

도 5는 실시예 및 대조군에 따른 미생물 농도 변화를 기록한 그래프이다. 5 is a graph showing changes in microbial concentration according to the examples and the control group.

구체적으로, 미생물 농도는 각 시간대 별로 측정된 미생물 농도를 초기 미생물 농도로 나눈 값의 마이너스 로그값으로 측정되었다. 이 경우, 미생물 농도는 하기의 수식 1로 표시된다.Specifically, the microbial concentration was measured as a negative logarithmic value obtained by dividing the microbial concentration measured at each time period by the initial microbial concentration. In this case, the microbial concentration is expressed by the following formula (1).

[수식 1] -log(C/Co)[Formula 1] -log (C / Co)

C: 시간대별 미생물 농도C: Microbial concentration by time

Co: 초기 미생물 농도Co: Initial microbial concentration

도 4를 참조하면, 실시예에 따르면 시간이 지남에 따라 미생물 농도가 감소함으로 알 수 있다. 특히, 30분 후에는 미생물 농도가 초기 미생물 농도 대비 약 85%로 감소함을 확인할 수 있다. 그러나, 대조군에서는 오히려 시간이 지남에 따라 미생물 농도가 증가함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, the microbial concentration decreases with time according to the embodiment. In particular, after 30 minutes, the microbial concentration was reduced to about 85% of the initial microbial concentration. However, in the control group, the concentration of microorganisms increases with time.

한편, 상기 원수의 초기 전도도 및 실시예에 따라 처리된 상기 원수의 30분 후 전도도를 측정하였으며, 각각 3.92mS/cm 및 2.5mS/cm으로 측정되었다. 따라서, 미생물 제거와 함께 상기 원수내의 이온이 제거되는 탈염 공정이 동시에 수행되었음을 알 수 있다.On the other hand, the initial conductivity of the raw water and the conductivity after 30 minutes of the raw water treated according to the embodiment were measured and measured to be 3.92 mS / cm and 2.5 mS / cm, respectively. Thus, it can be seen that the desalination process in which the ions in the raw water are removed together with the removal of the microorganisms is performed simultaneously.

본 발명의 실시예들에 따른 탈염 및 살균 시스템은 서로 다른 재료의 전극들을 포함하는 비대칭 전극 구조물을 포함하며, 상기 전극 구조물은 살균 활성을 제공하는 은 전극을 포함할 수 있다. 따라서, 염수의 탈염 뿐만 아니라 미생물 제거를 동시에 수행할 수 있다.A desalination and sterilization system according to embodiments of the present invention includes an asymmetric electrode structure comprising electrodes of different materials, and the electrode structure may include a silver electrode that provides sterilizing activity. Therefore, desalination of salt water as well as microbial removal can be performed at the same time.

상기 탈염 및 살균 시스템은 역삼투압(reverse osmosis) 공정, 정삼투(forward osmosis) 공정, 압력지연삼투(pressure-retarded osmosis), 막 증발(membrane distillation) 등과 같은 막 기반 탈염을 위한 전처리 공정을 통해 막 구조물의 바이오파울링(biofouling)을 억제하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 상기 탈염 및 살균 시스템은 세탁기, 연수기, 정수기와 같은 각종 장치와 결합되어 탈염 및 살균 처리를 위해 사용될 수도 있다.The desalination and disinfection system may be applied to the membrane through a pretreatment process for membrane-based desalination such as reverse osmosis, forward osmosis, pressure-retarded osmosis, membrane distillation, Can be used to inhibit the biofouling of the structure. In addition, the desalination and sterilization system may be combined with various devices such as a washing machine, a water softener, and a water purifier to be used for desalination and sterilization.

100: 탈염 및 살균 시스템
110: 원수 공급부 115: 공급 유로
120: 제1 유량 조절부 130: 반응기
140a: 제1 집전체 140b: 제2 집전체
145a: 은 전극 145b: 탄소 전극
147: 양이온 교환막 149: 음이온 교환막
150: 스페이서 153: 분리막
160: 전극 구조물 165: 전원 공급부
170: 회수 유로 175: 제2 유량 조절부
180: 처리수 회수부100: Desalting and Sterilization System
110: raw water supply part 115:
120: first flow rate regulator 130: reactor
140a: first current collector 140b: second current collector
145a: silver electrode 145b: carbon electrode
147: Cation exchange membrane 149: Anion exchange membrane
150: spacer 153: separation membrane
160: Electrode structure 165: Power supply
170: return flow path 175: second flow rate regulating section
180: treated water recovery unit

Claims (15)

반응기;
상기 반응기 내부에 배치되며,
음이온 탈염 및 미생물 제거용 은 전극;
양이온 탈염용 탄소 전극;
상기 은 전극 및 상기 탄소 전극 사이에 배치되는 분리막; 및
상기 은 전극 및 상기 탄소 전극과 전기적으로 연결되는 전원 공급장치를 포함하는 전극 구조물;
상기 반응기에 미생물을 포함하는 염수를 공급하는 원수 공급부; 및
상기 반응기에서 처리된 상기 염수를 회수하는 처리수 회수부를 포함하며,
상기 은 전극은 상기 염수의 음이온을 포집하여 금속염을 형성하고, 상기 탄소 전극은 상기 염수의 양이온을 물리적으로 흡착하는 것을 특징으로 하는 탈염 및 살균 시스템.A reactor;
A reactor disposed inside the reactor,
Silver electrodes for anion desalination and microbial removal;
A carbon electrode for cationic desalination;
A separator disposed between the silver electrode and the carbon electrode; And
An electrode structure including a silver electrode and a power supply device electrically connected to the carbon electrode;
A raw water supply unit for supplying saline water containing microorganisms to the reactor; And
And a treatment water recovery section for recovering the brine treated in the reactor,
Wherein the silver electrode captures anions of the saline water to form a metal salt, and the carbon electrode physically adsorbs cations of the saline water. 제1항에 있어서, 상기 분리막은 상기 은 전극 및 상기 탄소 전극 사이에서 유로를 제공하는 스페이서를 포함하는 탈염 및 살균 시스템.The desalination and disinfection system of claim 1, wherein the separation membrane comprises a spacer providing a flow path between the silver electrode and the carbon electrode. 제2항에 있어서, 상기 분리막은 상기 탄소 전극 및 상기 스페이서 사이에 배치되는 양이온 교환막을 더 포함하는 탈염 및 살균 시스템.The desalination and disinfection system of claim 2, wherein the separation membrane further comprises a cation exchange membrane disposed between the carbon electrode and the spacer. 제1항에 있어서, 상기 원수 공급부 및 상기 처리수 회수부를 상기 반응기에 각각 유체 연결시키는 공급 유로 및 회수 유로를 더 포함하며,
상기 공급 유로 및 상기 회수 유로의 중간에 각각 배치되는 제1 유량 조절부 및 제2 유량 조절부를 더 포함하는 탈염 및 살균 시스템.2. The apparatus according to claim 1, further comprising a supply passage and a recovery passage for fluidly connecting the raw water supply portion and the process water recovery portion to the reactor,
Further comprising: a first flow rate regulator and a second flow rate regulator disposed between the supply flow path and the recovery flow path, respectively. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 은 전극에 의해 상기 염수 내부로 은이온이 방출되는 탈염 및 살균 시스템.The desalination and disinfection system according to claim 1, wherein silver ions are released into the saline water by the silver electrode. 제1항에 있어서, 상기 탄소 전극은 활성탄소(activated carbon), 그래핀, 탄소 섬유, 탄소 나노 튜브 및 다공성 탄소 입자로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈염 및 살균 시스템.The desalting and sterilizing system according to claim 1, wherein the carbon electrode comprises at least one selected from the group consisting of activated carbon, graphene, carbon fiber, carbon nanotube, and porous carbon particles. 금속염 및 미생물을 함유하는 염수를 준비하는 단계;
상기 염수를 서로 대향하는 탄소 전극 및 은 전극을 포함하는 전극 구조물에 도입하는 단계; 및
상기 전극 구조물에 전위를 인가하여 상기 염수로부터 상기 금속염 및 미생물을 함께 제거하는 단계를 포함하며,
상기 탄소 전극에 의해 상기 금속염에서 분리된 금속 양이온이 물리적으로 흡착되며, 상기 금속염에서 분리된 음이온은 상기 은 전극과 반응하여 금속염을 형성하고,
상기 은 전극으로부터 방출된 은 이온에 의해 상기 미생물이 살균되는 염수의 탈염 및 살균 방법.Preparing salt water containing a metal salt and a microorganism;
Introducing said brine into an electrode structure comprising a carbon electrode and a silver electrode opposite to each other; And
Applying a potential to the electrode structure to remove the metal salt and the microorganism from the brine together,
The metal cations separated from the metal salt are physically adsorbed by the carbon electrode and the anions separated from the metal salt react with the silver electrode to form a metal salt,
Wherein the microorganisms are sterilized by silver ions emitted from the silver electrode. 제9항에 있어서, 상기 탄소 전극 및 상기 은 전극은 서로 대향하며, 상기 전극 구조물은 상기 탄소 전극 및 상기 은 전극 사이에 배치되는 분리막을 더 포함하는 염수의 탈염 및 살균 방법.The method of claim 9, wherein the carbon electrode and the silver electrode are opposed to each other, and the electrode structure further comprises a separation membrane disposed between the carbon electrode and the silver electrode. 삭제delete 제9항에 있어서, 상기 은 전극에 양(+) 전위가 인가되며, 상기 탄소 전극에 음(-) 전위가 인가되는 염수의 탈염 및 살균 방법.The method of claim 9, wherein positive (+) potential is applied to the silver electrode, and negative (-) potential is applied to the carbon electrode. 삭제delete 제12항에 있어서, 상기 전극 구조물에 전위를 인가하여 상기 금속염 및 미생물을 함께 제거하는 단계 이후, 상기 탄소 전극 및 상기 은 전극에 각각 양(+) 전위, 음(-) 전위를 인가하여 상기 탄소 전극 및 상기 은 전극에 포집된 이온들을 방출시키는 단계를 더 포함하는 염수의 탈염 및 살균 방법. 13. The method of claim 12, further comprising the step of applying a potential to the electrode structure to remove the metal salt and the microorganism together, and then applying a positive potential and a negative potential to the carbon electrode and the silver electrode, respectively, And discharging ions collected at the electrode and the silver electrode. 삭제delete
KR1020140058633A 2014-05-15 2014-05-15 Deionization and sterilization system including silver electrode and methods of deionization and sterilization using the same KR101944954B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140058633A KR101944954B1 (en) 2014-05-15 2014-05-15 Deionization and sterilization system including silver electrode and methods of deionization and sterilization using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140058633A KR101944954B1 (en) 2014-05-15 2014-05-15 Deionization and sterilization system including silver electrode and methods of deionization and sterilization using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150131654A KR20150131654A (en) 2015-11-25
KR101944954B1 true KR101944954B1 (en) 2019-04-17

Family

ID=54845447

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140058633A KR101944954B1 (en) 2014-05-15 2014-05-15 Deionization and sterilization system including silver electrode and methods of deionization and sterilization using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101944954B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210037343A (en) * 2019-09-27 2021-04-06 서울대학교산학협력단 Multi-channel membrane capacitive deionization with enhanced deionization performance

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107585802A (en) * 2017-10-13 2018-01-16 南京旭羽睿材料科技有限公司 A kind of graphene composite material applied to Industrial Waste Water Treatments
US20230183103A1 (en) * 2021-12-09 2023-06-15 PowerTech Water, Inc. Electrode regeneration in electrochemical devices

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101094731B1 (en) * 2009-09-30 2011-12-16 한국전력공사 Electrochemical water treatment apparatus using carbon electrodes

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100746325B1 (en) * 2005-11-18 2007-08-03 주식회사 디마퓨어텍 The equipment of sterilization silver ion water
US9305716B2 (en) * 2010-12-03 2016-04-05 Imra America, Inc. Rechargeable electrochemical energy storage device
KR20130134964A (en) * 2012-05-31 2013-12-10 에스케이이노베이션 주식회사 Flowable electrode for energy storage

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101094731B1 (en) * 2009-09-30 2011-12-16 한국전력공사 Electrochemical water treatment apparatus using carbon electrodes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M.Pasta, et al.. A desalination battery. Nano Letters. 2012, Vol.12, pp.839-843.*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210037343A (en) * 2019-09-27 2021-04-06 서울대학교산학협력단 Multi-channel membrane capacitive deionization with enhanced deionization performance
KR102268476B1 (en) 2019-09-27 2021-06-23 서울대학교 산학협력단 Multi-channel membrane capacitive deionization with enhanced deionization performance

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150131654A (en) 2015-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6462935B1 (en) Replaceable flow-through capacitors for removing charged species from liquids
Pan et al. Fluoride removal from water by membrane capacitive deionization with a monovalent anion selective membrane
Lee et al. Rocking-chair capacitive deionization for continuous brackish water desalination
EP3245162B1 (en) Single module, flow-electrode apparatus and method for continous water desalination and ion separation by capacitive deionization
KR102093443B1 (en) Capacitive deionization apparatus and methods of treating fluid using the same
CN201581010U (en) Clamp slot type activated carbon fiber electrode capacitance adsorption deionizing device
KR101004707B1 (en) Electrode and electronic cell using it for eliminating ions in water
US20120186980A1 (en) Methods and systems for separating ions from fluids
WO2011043604A2 (en) Ion-selective capacitive deionization composite electrode, and method for manufacturing a module
WO2010130465A1 (en) Apparatus and method for removal of ions
KR101047335B1 (en) Manufacturing Method of Electrode
CN104495991A (en) Efficient membrane capacitive deionizing array based on flowing electrodes
Sivasubramanian et al. Capacitive deionization and electrosorption techniques with different electrodes for wastewater treatment applications
KR101944954B1 (en) Deionization and sterilization system including silver electrode and methods of deionization and sterilization using the same
KR102019317B1 (en) Hybrid generating device and method for electricity and desalting
KR102268476B1 (en) Multi-channel membrane capacitive deionization with enhanced deionization performance
KR101759158B1 (en) Hybrid deionization apparatus
Kim et al. Effect of brine water on discharge of cations in membrane capacitive deionization and its implications on nitrogen recovery from wastewater
WO2016054659A1 (en) Devices and methods for removing dissolved ions from water using composite resin electrodes
TW201934496A (en) A flowing capacitive method and its divice for desalination and disinfection of sea/waste waters
KR101343334B1 (en) Electrochemical cell for capacitive deionization containing carbon electrode having patterned channel and method for preparing the same
KR101692387B1 (en) Flow-electrode device with electrode regeneration by short circuit and capacitive deionization device
JP2017225927A (en) Desalinization capacitor
KR101637539B1 (en) Flow-electrode device by cross flow and capacitive deionization device using this
US20160122211A1 (en) Method and device to remove ions from an electrolytic media, such as water desalination, using suspension of divided materials in a flow capacitor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL NUMBER: 2017101000566; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20170202

Effective date: 20180928

S901 Examination by remand of revocation
E902 Notification of reason for refusal
GRNO Decision to grant (after opposition)
GRNT Written decision to grant