이온교환막을 이용한 전기적 탈염기술은 막모듈 내에 양이온교환막과 음이온교환막을 교대로 장착시키고 모듈의 양단 전극에 전압을 적용함으로써 물속에 용존되어 있는 양이온과 음이온들을 전기의 힘을 이용하여 선택적으로 투과시키는 원리를 기반으로 하는 청정공정 기술이다. 이온교환막 공정은 전통적으로 산/알칼리의 생산, 산업폐수의 중금속의 제거, 해수의 담수화, 반도체 산업의 초순수의 제조, 해수에서 식염의 제조, 발효산업의 유기산 및 아미노산의 회수 등 다양한 산업분야에서 응용되어 왔다. 최근에는 이러한 기존의 응용분야에서 벗어나 새롭게 응용분야가 넓어지고 있다. 이온교환막과 다공성 탄소전극을 결합한 막축전식 해수담수화기술, 해수와 담수의 염도차를 이용한 역전기투석식 해수발전 등의 새로운 선택분리기능 및 응용분야를 가진 이온교환막의 개발 및 공정에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그러나 국내에서는 이온교환막이 아직 상용화되지 않고 있어 이온교환막을 이용한 응용연구가 활발하게 진행되지 못하고 있어 그 개발이 시급하다. 본 논문에서는 먼저 이온교환막을 이용한 전기투석식 탈염기술, 물분해 전기투석, 전기탈이온 공정에 관한 동향을 조사하였다. 아울러 미래의 이온교환막의 응용기술인 해수담수화기술로서 역삼투법과 경쟁하여 에너지를 낮게 소모할 것으로 예상되는 분리막을 이용한 막축전식 탈염기술과 무한한 신재생에너지원인 해수와 담수를 이용한 역전기투석 해수발전기술에 대해 기술의 원리들과 최근의 연구동향 등을 정리하였다.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05d
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pp.207-212
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1996
실증규모의 수지충전식 전기투석 재생조를 사용하여 농축음극액내 바나듐의 전기화학적 환원 방법에 의한 재생거동을 조사하였다. 전기투석 분리재생 종료후 남아있는 개미산용액을 전해액으로 사용한 농축음극액내 전기투석된 철 및 코발트는 음극액의 pH를 약 4.3내외로 조절하면 전해환원에 의해 전착.제거된다. 또한 농축음극액내 바나듐은 +2가로 전해환원 되어 착화물을 이루고 있는 Vanadous picolinate 형태로 존재하기 때문에 음극액은 농축된 LOMI 제염제로 재생된다. 이 전해환원에 의한 농축음극액의 재생방법은 제염폐액의 전기투석 분리재생 후 피콜리네이트 착화제만을 재사용하는 기존의 재생개념보다 더욱 효과적으로 제염폐액을 재생시켜 재활용할 순 있는 방사성폐기물의 감용효율이 큰 향상된 제염폐액 재생공정이다.
Ion exchange membrane (IEM) is an important class of membrane applied in batteries, fuel cells, chloride-alkali processes, etc to separate various mono and multivalent ions. The membrane process is based on the electrically driven force, green separation method, which is an emerging area in desalination of seawater and water treatment. Electrodialysis (ED) is a technique in which cations and anions move selectively along the IEM. Anion exchange membrane (AEM) is one of the important components of the ED process which is critical to enhancing the process efficiency. The introduction of cross-linking in the IEM improves the ion-selective separation performance due to the reduction of free volume. During the desalination of seawater by reverse osmosis (RO) process, there is a lot of dissolved salt present in the concentrate of RO. So, the ED process consisting of a monovalent cation-selective membrane reduces fouling and improves membrane flux. This review is divided into three sections such as electrodialysis (ED), anion exchange membrane (AEM), and cation exchange membrane (CEM).
To evaluate the feasibility of electrodialysis for ammonia nitrogen removal from wastewater, the effects of operating parameters such as diluate concentration, applied voltage and flow rate on the removal of ammonia nitrogen were experimentally estimated. The removal rate was evaluated by measuring the elapsed time for ammonia nitrogen concentration of diluate to reach 20 mg/L. Limiting current density (LCD) linearly increased with ammonia nitrogen concentration and flow rate. The elapsed time was linearly proportional to initial concentration of diluate. Due to relatively large equivalent ion conductivity and ion mobility of ammonia nitrogen, the removal rate increased consistently with flow rate. Increase in the applied voltage gave positive effect to removal rate. From the operation of the electrodialysis module used in this research, the flow rate of 3.2 L/min and 80~90% of applied voltage for LCD are recommended as the optimum operating condition for the removal from high concentrate ammonia nitrogen solution.
It is a global challenge to fulfill the demand for clean water at an affordable cost to all the strata of the population. Desalination of seawater as well as brackish water by the membrane separation process is a well-established and cost-efficient method. However, there is still inherent problem of membrane fouling, disposal of the reject as well as a capital-intensive process. While electrodialysis (ED) is a membrane-based separation process in which a driving force is the potential difference. The advantages of ED process are excellent efficiency and low operation cost. Ion exchange membrane (IEM) used in the ED process needs to have higher chemical and thermal stability along with excellent mechanical strength for long-term use without losing its efficiency. The ion exchange capacity of the ED membrane is largely dependent on the conductivity of IEMs. In this review, the modification strategy of the pristine membrane to enhance the stability and ion conductivity of cation exchange membrane (CEM) and anion exchange membrane (AEM) is discussed.
Electrodialysis (ED) is essential in separating ions through an ion exchange membrane. The disposal of brine generated from seawater desalination is a primary environmental concern, and its recycling through membrane separation technology is highly efficient. Alkali is produced by several chemical industries such as leather, electroplating, dyeing, and smelting, etc. A high concentration of alkali in the waste needs treatment before releasing into the environment as it is highly corrosive and has a chemical oxygen demand (COD) value. The concentration of calcium and magnesium is almost double in brine and is the perfect candidate for carbon dioxide adsorption, a major environmental pollutant. Sodium hydroxide is essential for the metal carbonation process which, is easily produced by the bipolar membrane electrodialysis process. Various strategies are available for its recovery, like reverse osmosis (RO), nanofiltration (NF), ultrafiltration (UF), and ED. This review discusses the ED process by ion exchange membrane for alkali recovery are discussed.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.27
no.1
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pp.36-42
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2005
This study examined the feasibility of producing sulfuric acid and ammonia water from ammonium sulfate solution using two-compartment electrodialysis with a bipolar membrane (EDBM). Electrodialysis experiments were carried out with 20 wt% ammonium sulfate at different current densities and sulfuric acid concentrations in a concentrate compartment. The current efficiency increased with the current density from 25 to $100\;mA/cm^2$. Nevertheless, the efficiency was relatively low compared with that of general desalting electrodialysis, owing to the diffusion of sulfuric acid from the concentrate compartment to the diluate. The diffusion rate through the anion exchange membrane increased with the sulfuric acid concentration in the concentrate compartment, which decreased the current efficiency. Conversely, the electrical resistance decreased with increasing current density owing to the Joulian heat generated during water dissociation in the transition region of the bipolar membrane under a high electric field. From the experimental results, we concluded that operating at a higher current density is effective from the perspective of current efficiency and electrical resistance when producing sulfuric acid and ammonia water from ammonium sulfate using a two-compartment EDBM process. Further studies on the effects of increasing the sulfuric acid concentration on current efficiency are required to apply the EDBM process practically.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1993.06a
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pp.31-56
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1993
투과증방법은 역삼투법보다 더 먼저 개발이 진행되었으나 에너지의 소비가 증류법보다 높아 상업화가 진행되지 못하다가 연료용 에탄올의 탈수공정중 공비혼합물 분리공정에서 고순도의 에탄올제조시 증류법과 혼합하여 사용되고 있다. 그러나 다른 유기물의 분리에 적용하기 위해서는 막재료의 개발이 시급히 요구되고 있다. 이 외에도 가스분리, 투석등도 상업화가 진행되고 있지만 아직은 초기단계에 머무르고 있는 실정이므로 여기에서는 막분리기술의 공정설계를 설명하기 위하여 가장 많이 보급되고 개발이 많이 진행된 역삼투막 공정을 중심으로 공정설계를 설명하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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