• 한국재료학회지
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• 제22권2호
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• pp.86-90
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• 2012

Insoluble catalytic electrodes were fabricated by RF magnetron sputtering of Pt on Ti substrates and the performance of seawater electrolysis was compared in these electrodes to that is DSA electrodes. The Pt-sputtered insoluble catalytic electrodes were nearly 150 nm-thick with a roughness of $0.18{\mu}m$, which is 1/660 and 1/12 of these values for the DSA (dimensionally stable anodes) electrodes. The seawater electrolysis performance levels were determined through measurements of the NaOCl concentration, which was the main reaction product after electrolysis using artificial seawater. The NaOCl concentration after 2 h of electrolysis with artificial seawater, which has 3.5% NaCl normally, at current densities of 50, 80 and 140 mA/$cm^2$ were 0.76%, 1.06%, and 2.03%, respectively. A higher current density applied through the electrodes led to higher electrolysis efficiency. The efficiency reached nearly 58% in the Pt-sputtered samples after 2 h of electrolysis. The reaction efficiency of DSA showed higher values than that of the Pt-sputtered insoluble catalytic electrodes. One plausible reason for this is the higher specific surface area of the DSA electrodes; the surface cracks of the DSAs resulted in a higher specific surface area and higher reaction sites. Upon the electrolysis process, some Mg- and Ca-hydroxides, which were minor components in the artificial seawater, were deposited onto the surface of the electrodes, resulting in an increase in the electrical resistances of the electrodes. However, the extent of the increase ranged from 4% to 7% within an electrolysis time of 720 h.

• 대한환경공학회지
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• 제38권1호
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• pp.1-7
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• 2016

무전해 니켈 도금 산세 폐액을 강화된 니켈의 배출허용기준 3.0 mg/L 이하로 처리하기 위해서는 기존 처리방법의 단점을 보완한 처리방법의 개발이 필요하다. 용성전극 및 불용성전극을 이용한 전기분해 처리방법은 공통적으로 무전해 니켈 도금 산세 폐액을 효과적으로 처리할 수 있다. 그러나 용성전극은 전극으로부터 금속이 잘 용출되는 특징을 갖는 반면 불용성전극은 금속이 용출되지 않는 차이점을 갖고 있어 니켈 제거 효율 및 니켈 슬러지 순도에서 서로 다른 장단점이 존재한다. 이에 본 연구에서는 용성전극 및 불용성전극을 이용한 전기분해 방법으로 무전해 니켈 도금 산세 폐액을 처리하기 위한 최적조건을 도출하고, 두 전극을 이용한 방법의 장단점을 조사하였다. 실험결과 불용성전극을 사용하였을 때 처리수의 효율적인 니켈 제거를 위한 최적조건은 전류밀도 $15mA/cm^2$ 이상, pH 9 이상으로 도출되었고 이 조건에서 니켈 슬러지의 순도는 95.3%로 나타났으며, 슬러지 내 철 함량은 2.9%로 조사되었다. 용성전극을 사용하였을 때의 최적 조건은 전류밀도 $10mA/cm^2$ 이상, pH 9 이상으로 도출되었으며 최적조건에서 니켈 슬러지 순도는 77.3%, 슬러지 내 철 함량은 21.0%로 조사되었다. 처리비용을 기존의 처리비용과 비교하여 용성전극 사용시 50.7%, 불용성전극 사용시 24.2% 저감시킬 수 있는 것으로 조사되었다.

• 한국재료학회지
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• 제29권1호
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• pp.16-22
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• 2019

Indirect oxidation using chlorine species oxidizing agents is often effective in wastewater treatment using an electrochemical oxidation process. When chlorine ions are contained in the wastewater, oxidizing agents of various chlorine species are produced during electrolysis. In a ballast water management system, it is also used to treat ballast water by electrolyzing seawater to produce a chlorine species oxidizer. However, ballast water in the brackish zone and some wastewater has a low chlorine ion concentration. Therefore, it is necessary to study the chlorine generation current efficiency at various chlorine concentration conditions. In this study, the chlorine generating current efficiency of a boron-doped diamond(BDD) electrode and insoluble electrodes are compared with various chloride ion concentrations. The results of this study show that the current efficiency of the BDD electrode is better than that of the insoluble electrodes. The chlorine generation current efficiency is better in the order of BDD, MMO(mixed metal oxide), $Ti/RuO_2$, and $Ti/IrO_2$ electrodes. In particular, when the concentration of sodium chloride is 10 g/L or less, the current efficiency of the BDD electrode is excellent.

• 한국환경과학회지
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• 제20권10호
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• pp.1273-1284
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• 2011

The aim of this research was to evaluate the performance of insoluble electrode for the purpose of degradation of Rhodamine B (RhB) and oxidants generation [N,N-Dimethyl-4-nitrosoaniline (RNO, indicator of OH radical), $O_3$, $H_2O_2$, free Cl, $ClO_2$)]. Methods: Four kinds of electrodes were used for comparison: DSA (dimensional stable anode; Pt and JP202 electrode), Pb and boron doping diamond (BDD) electrode. The effect of applied current (0.5~2.5 A), electrolyte type (NaCl, KCl and $Na_2SO_4$) and electrolyte concentration (0.5~3.5 g/L) on the RNO degradation were evaluated. Experimental results showed that the order of RhB removal efficiency lie in: JP202 > Pb > BDD ${\fallingdotseq}$ > Pt. However, when concerned the electric power on maintaining current of 1 A during electrolysis reaction, the order of RhB removal efficiency was changed: JP202 > Pt ${\fallingdotseq}$ Pb > BDD. The total generated oxidants ($H_2O_2$, $O_3$, free Cl, $ClO_2$) concentration of 4 electrodes was Pt (6.04 mg/W) > JP202 (4.81 mg/W) > Pb (3.61 mg/W) > BDD (1.54 mg/W), respectively. JP202 electrode was the best electrode among 4 electrodes from the point of view of performance and energy consumption. Regardless of the type of electrode, RNO removal of NaCl and KCl (chlorine type electrolyte) were higher than that of the $Na_2SO_4$ (sulfuric type electrolyte) RNO removal. Except BDD electrode, RhB degradation and creation tendency of oxidants such as $H_2O_2$, $O_3$, free Cl and $ClO_2$, found that do not match. RNO degradation tendency were considered a simple way to decide the method which is simple it will be able to determinate the electrode where the organic matter decomposition performance is superior. As the added NaCl concentration was increases, the of hydrogen peroxide and ozone concentration increases, and this was thought to increase the quantity of OH radical.

• 에너지공학
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• 제20권1호
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• pp.21-25
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• 2011

본 연구에서는 방사성 폐기물을 처리하는 원통형 회전 분리기를 감시하기 위해 전기 저항법을 제안하고 수학적 모델을 연구하였다. 회전형 방사성 폐기물 분리기에서 관 벽에 설치된 한 쌍의 전극의 전기 저항은 표면을 따라 형성된 불용해성 입자의 환상 영역의 두께와 그 영역의 불용해성 입자의 농도와 관련이 있다. 본 연구는 전위 방정식에 대한 2차원 해와 실험적인 전도도-농도 관계를 기반으로 전술한 인자들 사이의 해석적 관계를 기술하였다. 또한, 원통형 회전 분리기를 감시하기 위한 전기 저항법의 적용 가능성을 논의 하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제45권2호
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• pp.190-196
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• 2007

본 연구에서는 전기화학적 처리공정을 이용하여 전극판 종류에 따른 질산성 질소의 농도별 제거효율을 살펴보았고, 여기서 선정된 전극으로 운전조건(pH 변화, 전류밀도, 환원제, 교차전류)을 변화시켜 질산성 질소 제거효율, 에너지소모량에 따른 최적운전조건을 평가하였다. 또한 단일공정에 의한 처리가 아닌 다단계 전기화학적 처리를 통한 질산성 질소 제거 실험을 진행하였다. 100 mg $NO_3^{-}$ -N/L 농도로 실험한 결과에서 동일 전극인 경우 Zn-Zn 전극판, 불용성 산화전극 백금(Pt)인 경우 Pt-Ti 전극에서 높은 질산성 질소 제거효율을 나타내었다. 150 mg $NO_3^{-}$ -N/L에서 Zn-Zn 전극판인 경우 pH 조절없이 전기분해한 결과 70~85%, 불용성 산화전극인 백금(Pt)인 경우 Pt-Ti 전극에서 40~50%의 질산성 질소 제거효율을 나타내었다. 그리고 고농도인 500, 1,000 mg $NO_3^{-}$ -N/L 질산성 질소 제거 실험결과, 농도가 증가할수록 제거효율은 감소하는 경향을 보이지만 에너지 소모량에 대한 질소 제거효율은 증가하였다. 다단계 전기화학적 처리 실험결과, Test 4 조건을 최적의 조건으로 선정하였으며 그 이유는 다음과 같다. 첫 번째, 1단계에서 소모된 Zn 양극의 대부분을 2단계 이후 공정에서 회수하였고, 두 번째, 2단계 이후에서는 불용성 백금을 산화전극으로 사용함으로써 전극 소모 가능성을 줄였으며, 마지막으로 Zn을 환원전극으로 사용함으로써 Zn의 재이용 가능성을 높였다. 따라서, 질소를 함유한 표면처리 폐수 처리에 전기화학적 공정이 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제38권6호
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• pp.291-298
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• 2016

불용성 전극은 전기화학 공정에 있어 가장 핵심적인 소재이며, 이를 이용한 전기화학적 수처리 공정은 난분해성 물질을 제거하는 유용한 방법으로서 이에 대한 연구가 지속적으로 이루어져 오고 있다. 전기화학적 수처리 공정은 주로 산화전극에서의 산화반응과 환원전극에서의 환원반응을 이용하는 것이다. 본 연구에서는 불용성 전극의 제조공정에서 전처리 방법이 전극의 수명에 미치는 영향을 평가하였다. 실험결과 촉매전극층을 코팅하는 물질계 및 코팅방법을 동일하게 하는 경우에도 기판의 전처리 방법 즉, 기판표면의 조도, 세정방법, 중간층 형성 여부 및 방법 등에 따라 전극의 수명이 크게 달라지는 것을 확인하였다. 실험은 가장 많이 사용되는 전극의 하나인 $IrO_2/Ti$ 전극을 대상으로 하였다. 샌드 블라스팅 공정의 경우 입도를 달리하는 샌딩 미디어를 이용하여 전극을 제조하고 이에 대한 수명을 평가한 결과 #80알루미나(입도 $212{\sim}180{\mu}m$)를 이용하는 경우가 가장 효과적인 것으로 나타났다. 기판에 대한 세정 공정은 arc plasma를 이용하는 것이 가장 우수하였으며, 중간층을 형성함에 있어서는 스퍼터링법을 이용하여 Ta 계열의 중간층을 형성하는 방법을 적용하는 것이 가장 바람직한 것으로 확인되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권2호
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• pp.979-984
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• 2011

지속적인 하수처리장 증설에 따른 하수 슬러지 발생량이 증가하고 있으나, 런던협약 발효에 의해 2012년부터 해양투기가 금지되어서 효과적인 슬러지 감량화 및 처분에 대한 기술 수요가 꾸준히 제기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 슬러지 처분법의 대안으로 전기분해를 활용한 슬러지 가용화 연구를 수행하였다. 전극은 티타늄 (Titanium)에 이리듐 (Iridium)을 코팅한 불용성 전극을 사용하여 직류전원 공급장치 (DC power supply)를 이용하였다. 전압은 20V로 고정하여 폐슬러지 가용화 실험을 수행하였다. 전기분해에 의해 처리된 슬러지의 여액을 분석한 결과 Soluble COD, TN, TP가 각각 151%, 22%, 6% 가량 증가하였다. 또한, 슬러지의 플록 크기가 전기분해 후에 0.1 ~ 1.0 ${\mu}m$ 영역에 있는 입자들이 다량 증가하였다. 이상의 결과는 전기분해에 의하여 미생물 세포가 파괴되어 세포 내 유기물질이 세포 밖으로 용출됨으로써 미생물이 이용 가능한 상태로 전환되었음을 의미한다. 이는 고도처리 공정에서 슬러지발생 저감과 함께 전기분해에 의해 가용화된 슬러지를 반송시킴으로써 외부 탄소원으로 활용할 수 있는 장점이 있다.

• 한국환경기술학회지
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• 제19권6호
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• pp.536-542
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• 2018

절임염수 재이용을 위한 전기화학적 시스템과 활성탄 흡착시스템 연계를 위한 평가를 수행하였다. 대상 전극은 IrOx/Ti 불용성촉매전극을 사용하였으며, 염분 농도 10 %에서의 전류밀도에 따른 잔류염소 농도 변화와 활성탄을 이용한 잔류된 염소 및 유기물 흡착능을 확인하였다. 실험 결과, $500A/m^2$, $1,000A/m^2$의 경우 인가된 전류량이 0.33 Ah/L일 때 더 이상 잔류염소 농도 증가 없이 일정하게 유지되는 것을 확인하였다. 잔류염소 농도 별 흡착효율 평가 시 단위흡착량은 $Y=0.0066+2.087{\times}10^{-4}b$ 식을 유추할 수 있으며 전기화학 방법에 의한 잔류염소 발생과 활성탄 흡착에 의한 제거 시 단위흡착제거량이 0.33 g/g으로 동일하게 나타나는 것을 확인하였다. 또한 활성탄 최대 유기물 흡착량은 $COD_{Cr}$의 경우 0.021 g/g, $COD_{Mn}$의 경우 0.004 g/g을 확인하였다.