• 공업화학
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• 제21권1호
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• pp.87-92
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• 2010

탄소전극으로만 구성된 단위 셀(CDI)과 음극 표면에 양이온교환막을 결합한 단위 셀(MCDI)을 제작하여 탈염실험을 수행하였다. 실험결과 탈염속도와 탈염량은 셀 전위가 증가할수록 선형적으로 증가하였다. 그러나 동일한 탄소전극을 사용했음에도 불구하고 MCDI 셀이 CDI 셀보다 높은 탈염효율을 보였다. 셀 전위를 0.8~1.2 V로 변화시키면서 실험한 결과 흡착량은 셀 전위에 따라 MCDI 셀이 CDI 셀보다 33.1~135% 정도 증가하는 것으로 나타났다. 또한 전류효율에서도 MCDI 셀은 80% 정도를 나타낸 반면 CDI 셀은 40% 이하의 전류효율을 나타내었다. MCDI 셀에서 탈염효율이 높은 원인은 흡착 및 탈착전위가 인가되었을 때 전극 표면의 전기이중층과 bulk 용액 사이에서 이온들이 선택적으로 이동하기 때문인 것으로 사료된다.

• 멤브레인
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• 제33권5호
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• pp.257-268
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• 2023

막 축전식 탈염 공정(membrane capacitive deionization, MCDI)은 이온교환막을 다공성 전극과 함께 사용하여 탈염 효율을 향상시킬 수 있는 CDI 공정의 변형이다. 이온교환막은 MCDI의 성능에 큰 영향을 미치는 핵심 구성요소이다. 본 연구에서는 MCDI의 탈염 효율을 크게 향상시킬 수 있는 이온교환막의 최적 제조 인자를 도출하고자 하였다. 이를 위해 PE 다공성 필름의 세공에 단량체를 충진하고 in-situ 광중합을 진행하여 세공충진 이온교환막(pore-filled ion-exchange membranes, PFIEMs)을 제조하였다. 실험 결과, 제조된 PFIEMs은 다양한 탈염 및 에너지 변환 공정에 적용할 수 있는 수준의 우수한 전기화학적 특성을 나타내었다. 또한, MCDI 성능과 막 특성 인자와의 상관성 분석을 통해 막의 가교도를 제어하여 막의 전기적 저항이 충분히 낮은 범위에서 이온 선택 투과성을 최대화하는 것이 MCDI의 성능 향상을 위해 가장 바람직한 막제조 조건이라는 결론을 얻었다.

• 상하수도학회지
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• 제35권4호
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• pp.293-300
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• 2021

Recently, various researches have been studied, such as water treatment, water reuse, and seawater desalination using CDI (Capacitive deionization) technology. Also, applications like MCDI (Membrane capacitive deionization), FCDI (Flow-capacitive deionization), and hybrid CDI have been actively studied. This study tried to investigate various factors by an experiment on the TDS (Total dissolved solids) removal characteristics using MCDI module in aqueous solution. As a result of the TDS concentration of feed water from 500 to 2,000 mg/L, the MCDI cell broke through faster when the higher TDS concentration. In the case of TDS concentration according to the various flow rate, 100 mL/min was stable. In addition, there was no significant difference in the desorption efficiency according to the TDS concentration and method of backwash water used for desorption. As a result of using concentrated water for desorption, stable adsorption efficiency was shown. In the case of the MCDI module, the ions of the bulk solution which is escaped from the MCDI cell to the spacer during the desorption process are more important than the concentration of ions during desorption. Therefore, the MCDI process can get a larger amount of treated water than the CDI process. Also, prepare a plan that can be operated insensitive to the TDS concentration of backwash water for desorption.

• 멤브레인
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• 제30권5호
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• pp.350-358
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• 2020

본 연구에서는 다공성 탄소 전극의 음극과 양극 표면에 각각 양이온교환고분자(Nafion)와 음이온교환고분자(aminated polyphenylene oxide, APPO)를 코팅하여 막 결합형 축전식 탈염(membrane capacitive deionization, MCDI) 공정에 적용하였다. 또한 위 공정의 성능을 탄소 전극만으로 구성한 축전식 탈염(capacitive deionization, CDI) 공정과 비교 평가해 보고 염 제거 효율이 최대로 나타나는 MCDI 공정의 최적 운전 조건을 탐색하고자 하였다. 염 제거 효율은 MCDI 공정이 CDI 공정에 비해 높게 나타났으며 Nafion과 APPO를 적용한 MCDI 공정에서 흡착 조건이 1.2 V, 3 min이고 탈착 조건이 -1.0 V, 1 min 일 때의 염 제거 효율이 82.1%로 최댓값을 보임을 확인했다.

• Membrane and Water Treatment
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• 제7권1호
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• pp.39-53
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• 2016

In this study, polysufone (PSf) was used as a base polymer to synthesize sulfonated polysulfone (SPSf) and aminated polysulfone (APSf) as cation and anion exchange polymers, respectively. Then the ion exchange polymers were coated onto the surface of commercial carbon electrodes. To compare the capacitive deionization (CDI) and membrane capacitive deionization (MCDI) processes, the pristine carbon electrodes and ionic polymer coated electrodes were tested under various operating conditions such as feed flow rate, adsorption time at fixed desorption time, and feed concentration, etc., in terms of effluent concentration and salt removal efficiency. The MCDI was confirmed to be superior to the CDI process. The performance of MCDI was 2-3 times higher than that of CDI. In particular, the reverse desorption potential was a lot better than zero potential. Typically, the salt removal efficiency 100% for 100 mg/L NaCl was obtained for MCDI at feed flow rate of 15 ml/min and adsorption/desorption time of 3 min/1 min and applied voltages 1.0 V for adsorption and -0.3 V for desorption process, and for 500 mg/L, the salt removal efficiency 91% was observed.

• 멤브레인
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• 제26권3호
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• pp.229-237
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• 2016

막결합 축전식 탈염에 적용하기 위하여 불균질 이온교환막을 제조하였다. 이온교환수지 분말과 LLDPE (linear low density polyethylene) 혼합물을 압착시켜 불균질 이온교환막을 제조하였다. 제조한 막의 막 특성 분석과 MCDI 탈염실험을 실시하였다. 이온교환수지의 함량이 증가할수록 막의 전기저항은 감소하였고 함수율은 증가하였다. 그러나 막의 이온선택성을 나타내는 이온 수송수는 상업용 균질 막과 유사한 성능을 나타냈다. MCDI 탈염실험 결과 탈염량은 불균질 막의 높은 전기저항으로 인해 균질 막을 이용한 셀의 탈염량의 90% 수준을 나타냈다. 불균질 이온교환막은 균질 막에 비해 탈염성능은 다소 감소하였지만 제조가 간편하고 가격이 저렴하여 MCDI에 적용이 가능할 것으로 판단되었다.

• 공업화학
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• 제24권1호
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• pp.49-54
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• 2013

혼합용액에서 nitrate 이온을 선택적으로 제거하기 위해 복합탄소전극을 제조하였다. 질산이온 선택성 수지(BHP55, Bonlite Co.) 분말을 탄소전극 표면에 코팅하여 전극을 제조하였다. 제조한 전극으로 BHP55 셀을 제작하여 chloride, nitrate, sulfate 이온이 혼합된 용액에 대해 축전식 탈염 실험을 수행하였다. 그리고 BHP55 셀에서의 질산 이온 제거량을 이온교환막을 결합한 MCDI 셀의 결과와 비교하였다. BHP55 셀에서 이온의 총 흡착량은 MCDI 셀에서 보다 31% 증가한 $38.3meq/m^2$를 나타냈다. 또한 BHP55 셀에서 질산 이온의 흡착량은 $15.9meq/m^2$ (전체 흡착량의 42%)이었고, 이는 MCDI 셀에서 보다 2.1배 큰 것으로 나타났다. 실험결과 제조한 복합탄소전극은 음이온 혼합용액에서 질산 이온을 선택적으로 제거하는데 매우 효과적임을 알 수 있었다.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.563-571
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• 2021

In this study, calcium alginate based cation exchange membrane was prepared and used to develop membrane capacitive deionization (MCDI) system for effective hardness control. As a major result, the MCDI with Ca-alginate membrane showed 27% better deionization capacity than the MCDI with a commercial cation exchange membrane. This superior improvement in the deionization capacity was expected to be due to the high ratio of transport number/electrical resistance (S_c/R_ratio) of Ca-alginate membrane. In addition, the MCDI with Ca-alginate membrane showed better deionization performance than the MCDI with Ca-alginate coating. This was because the space between the electrode and the Ca-alginate membrane was utilized for ion adsorption. The preliminary results indicated that the MCDI with Ca-alginate membrane can be a viable technique for the hardness control.

• 공업화학
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• 제30권4호
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• pp.472-478
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• 2019

막 축전식 탈염(MCDI) 셀에 공급하는 총 전하(TC)를 조절하여 경도물질($Ca^{2+}$)을 안정하게 탈염할 수 있는 방법을 연구하였다. 흡착과정에서 TC를 변화시키면서 흡착(1.5 V)과 탈착(0.0 V)을 30회 반복하였다. 탈염과정에서 유출수의 농도와 pH, 흡착 및 탈착량, 전류밀도와 셀 전위의 변화를 분석하였다. MCDI 셀에 사용된 탄소전극의 최대허용전하(MAC)는 46 C/g로 측정되었다. MAC 이하의 TC (40 C/g)에서 운전한 결과 전극반응이 일어나지 않아 장기간 운전에서도 안정적인 탈염특성을 얻을 수 있었다. 반면, MAC 이상의 TC (50, 60 C/g)에서 운전한 경우 유출수의 농도와 pH가 크게 변하였다. 또한 전극반응으로 인해 전극표면에 스케일이 생성되어 셀의 전기저항이 점차 증가하였다. 이를 통해 흡착과정에서 MCDI 셀에 공급하는 전하를 제어함으로써 전극반응 없이 경도물질을 안정하게 제거할 수 있음을 확인하였다.

• 멤브레인
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• 제34권2호
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• pp.87-95
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• 2024

최근 연구는 역삼투압(RO), 나노여과(NF) 및 전기투석(ED)과 같은 막 공정에서 고급 용량성 탈이온화(CDI) 및 막 변형(MCDI)을 포함하는 광범위한 담수화 및 수처리 방법을 탐구합니다. 비교 분석은 저염도 시나리오에서 ED의 비용 효율성을 보여주는 반면 하이브리드 시스템(NF-MCDI, RO-NF-MCDI)은 향상된 염 제거 및 에너지 효율성을 보여줍니다. 새로운 이온 분리 방법(NF-CDI, NF-FCDI)은 향상된 효율성과 에너지 절감을 제공합니다. 이러한 연구는 또한 다양한 산업에 특정한 복잡한 폐수를 처리하는 데 있어 이러한 방법의 효율성을 강조합니다. 환경 영향 평가는 시스템 선택의 지속 가능성의 필요성을 강조합니다. 또한 마이크로 제작된 센서를 멤브레인에 통합하면 실시간 모니터링이 가능하여 기술 개발이 진전됩니다. 이러한 연구는 새로운 담수화 및 수처리 기술의 다양성과 가능성을 강조합니다. 이는 효율성 향상, 에너지 사용 최소화, 산업별 문제 해결 및 기존 방법 한계를 능가하는 혁신을 위한 귀중한 통찰력을 제공합니다. 다양한 응용 분야에서 효율성 향상, 환경 영향 최소화 및 적응성 보장에 초점을 맞춘 지속적인 발전으로 지속 가능한 수처리의 미래는 밝습니다.