• Membrane and Water Treatment
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• 제7권2호
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• pp.115-126
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• 2016

In this study, computational fluid dynamics (CFD) analysis was conducted to investigate the flow pattern and to find the occurrence of dead zones in an existing capacitive deionization (CDI) cell. Newly designed cells-specifically designed to avoid dead zones-were analyzed by CFD in accordance with the flow rates of 15, 25 and 35 ml/min. Next, the separation performances between the existing and newly designed cell were compared by conducting CDI experiments in terms of salt removal efficiency at the same flow rates. Then, the computational and experimental results were compared to each other. The salt removal efficiencies of the hexagon flow channel 1 (HFC1) and hexagon flow channel 2 (HFC2) were increased 88-124% at 15 ml/min and 49-50% at 25 ml/min, respectively. There was no difference between the existing cell and the foursquare flow cell (FFC) at 35 ml/min.

• 상하수도학회지
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• 제28권2호
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• pp.151-160
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• 2014

Capacitive deionization(CDI) has many advantages over other desalination technologies due to its low energy consumption, less environmental pollution and relative low fouling potential. The objectives of this study are evaluate the performance of CDI which can be used for dissolved salts removal from sewage. To identify ion selectivity of nitrate and phosphate in multiionic solutions and adsorption/desorption performance related to applied potential, a series of laboratory scale experiments were conducted using a CDI unit cell with activated carbon electrodes. The CDI process was able to achieve more than 75 % TDS and $NO_3{^-}$, $NH_4{^+}$ removals, while phosphate removal was 60.8 % and is inversely related in initial TDS and $HCO_3{^-}$ concentration. In continuous operation, increasing the inner cell pressure and reduction of TDS removal ability were investigated which are caused by inorganic scaling and biofouling. However a relative mild cleaning solution(5 % of citric acid for calcium scaling and 500 mg/L of NaOCl for organic fouling) restored the electrochemical adsorption capacity of the CDI unit to its initial level.

• 전기화학회지
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• 제7권1호
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• pp.38-43
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• 2004

전기화학적으로 이온을 흡착시켜 제거시키는 capacitive deionization(CDI) 공정용 전극으로 탄소에어로젤에 실리카젤이 첨가된 다공성 탄소에어로젤 복합전극을 사유하여 1,000ppm NaCl수용액에서 10회와 100회 동안 싸이클을 변화시켜 탈염과 재생 특성에 대한 충전과 방전 시 시간에 따른 전류변화, 싸이클에 대한 전하량 변화, 그리고 CDI효율을 조사하였다. Paste rolling법으로 제조된 탄소에어로젤 복합전극은 CDI반응진행에 대한 전극 활물질의 탈락이 없이 전극의 성형성이 크게 향상되었고, 전극시트 제조시간을 $50\%$ 이상 단축시킬 수 있었다. 10분동안 충전과 방전으로 10회 싸이클까지의 전하량 결과를 살펴보면, $50wt.\%$의 실리카젤이 첨가된 C복합전극의 평균 충전 전하량이 실리카젤이 첨가되지 않은 A전극에 비해 $3\%$ 증가하였으며, 평균 방전 전하량은 $7\%$증가하였다. 5분동안 충전과 방전으로 100회 싸이클까지 평균 충전 전하량을 보면 $25w1.\%$와 $50wt.\%$의 실리카젤이 첨가된 B복합전극과 C복합전극은 A전극에 비해 각각 $6\%,\;14\%$증가하였으며, 또한 평균 방전 전하량도 각각 $9\%,\;21\%$증가하여 복합전극의 전하량 특성이 매우 우수하였다. 100회 싸이클까지의 CDI효율은 싸이클이 진행되면서 $70\%$ 이상으로 안정하게 유지하였고, 100회 싸이클에서는 B 복합전극이 $72.3\%$, C 복합전극이 $74.0\%$로 A 전극$(63.1\%)$보다 $10\%$이상 우수한 CDI 효율을 나타내었다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제6권4호
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• pp.139-145
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• 2015

Capacitive deionization (CDI) process is a novel approach for desalination of an aqueous salt solution. In the present study, an activated carbon cloth (ACC) is proposed as effective electrode material. Initially the carbon cloth was activated in 1 M and 8 M HNO₃ for 9 hours at room temperature. The untreated and chemically activated carbon cloth (ACC) electrode materials were subjected to BET surface area measurements in order to get information about their specific surface area, average pore size, total pore volume and micropore area. The above materials were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) also. The electrochemical studies for the electrodes were done using cyclic voltammetry (CV) in 0.1 M Na₂SO₄ medium. From the studies, it was found that resistivity of the activated carbon cloth electrodes (treated in 1 M and 8 M HNO₃) was decreased significantly by the chemical oxidation in nitric acid at room temperature and its capacitance was found to be 90 F/g (1 M HNO₃) and 154 F/g (8 M HNO₃) respectively in 0.1 M Na₂SO₄ solution. The capacitive deionization behavior of a single cell CDI with activated carbon cloth electrodes was also studied and reported in this work.

• 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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• 제29권5호
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• pp.284-291
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• 2019

본 연구에서는 대면적을 지니는 CDI 모듈의 흐름 향상을 위하여 유체가 들어가는 유입구로부터 면적이 증가하는 직사각형 형태의 유로를 설계하였다. 이를 바탕으로 설계된 모듈 형태에 대해 공급수의 흐름성과 사영역의 유무를 파악하였고 CFD 전산 유체 역학 프로그램을 통해 유로 내의 내부 압력, 유선 그리고 속도 벡터 분포를 분석하였으며 실제 흐름 관측과 CFD 프로그램을 비교 분석하였다. 실험 결과 모든 유속 10, 20, 30 mL/min에서 유로 내 사영역이 거의 발생하지 않았으며 공급수의 흐름성도 일정하게 유지되어 추후 대면적을 가지는 CDI 공정에 적용이 가능할 것이라 판단된다.

• 적정기술학회지
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• 제6권2호
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• pp.183-189
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• 2020

개발도상국은 빈약한 식수 인프라로 인해 식수공급에 어려움을 겪고 있으며 식수가 공급되지 않는 지역에서는 지하수를 주된 식수원으로 이용하는 경우가 많다. 하지만 지하수의 경우 다양한 오염원에 노출되어 있고 이로 인한 문제가 발생하기도 한다. 특히 해안지역은 그 지리적 특성으로 인해 해수침투에 노출되기 쉽고 해수침투에 노출된 지역의 지하수는 일반적인 경우보다 높은 염도를 가지는 경향이 있다. 만약 염도가 높은 지하수를 지속적으로 마시게 된다면 심장 및 신장질환 등 인체에 다방면으로 치명적인 영향을 끼치는 원인이 될 수 있기에 주의가 필요하다. 본 연구에서는 해수침투가 일어난 지역에서의 탈염을 위한 기술인 CDI(Capacitive Deionization)와 역삼투의 원리를 이용한 RO(Reverse Osmosis)의 적용가능성을 탐색해보고자 하며, 염수 농도에 따른 정수성능 실험을 진행하여 탈염성능을 평가해 보고자 한다. 또한 개발도상국의 일부 지역은 전력이 원활하게 보급되지 않는 경우가 많기에 본 연구에는 정수하는데 실제 사용하는데 필요한 소비전력을 계산하여 평가에 포함하고자 한다. 이를 통해 개발도상국 해수침투지역에 적합한 탈염기술을 제안할 수 있을 것으로 기대한다.

• 전기화학회지
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• 제12권3호
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• pp.287-294
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• 2009

$TiO_2$가 첨가된 탄소복합전극을 제조 Capacitive deionization(CDI)에서의 제염효과에 대하여 고찰하였다. 본 연구에서는 탄소전극과 탄소복합전극을 제조하여 순환전류전압법과 충전-방전 평가를 하였으며 이때의 이온제거율에 대하여 고찰하였다. 순환전류전압법으로 1 mV/s의 전위주사속도에서 측정한 결과 탄소전극은 125 F/g, 탄소복합전극의 축전용량은 243 F/g으로 2배 증가됨을 확인하였다. 탄소복합전극의 $TiO_2$의 함량은 10 wt.%로 고정하였으며 $TiO_2$가 첨가됨에 따라 전기이중층 흡착량이 증가되어 이온제거율이 탄소전극보다 25% 증가되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권3호
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• pp.269-275
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• 2015

질산이온 선택성 탄소전극(NSCE, nitrate-selective carbon electrode)에서 전원공급 방식에 따른 이온들의 흡착특성을 분석하였다. 질산이온에 선택성이 높은 음이온수지 분말을 탄소전극에 코팅하여 NSCE를 제조하였다. 질산과 염소이온의 혼합용액에 대해 정전압(CV, constant voltage)과 정전류(CC, constant current) 모드에서 축전식 탈염(CDI, capacitive deionization)을 실시하였다. 이온들의 총 흡착량은 CV 모드로 운전한 경우 CC 모드에 비해 약 15% 증가하였다. 혼합용액에서 질산이온의 비율은 26%로 낮았지만 흡착된 질산이온의 몰비율은 최대 58%로 나타나 NSCE가 질산이온을 선택적으로 제거하는데 효과적임을 확인하였다. CC 모드에서 운전한 경우 흡착된 질산이온의 몰비율은 흡착기간 동안 55~58%로 일정하였다. 반면 CV 모드에서는 30~58%로 큰 차이를 보였다. 이를 통해 셀에 공급되는 전류가 질산이온의 선택적 제거율을 결정하는데 중요한 인자임을 알 수 있었다.

• 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.