전기분해공정을 이용한 해양준설토의 염소이온 및 중금속 제거특성

이준희 ( Jun-hee Lee ),김대용 ( Dae-young Kim ),정진희 ( Jin-hee Jung ) 한국환경기술학회 2017 한국환경기술학회지 Vol.18 No.2

본 연구는 해양준설토의 재활용 시 영향을 미칠 수 있는 Cl^- 및 중금속 등을 전기분해공정을 통해 제거하는데 그 목적이 있다. 실험 장치는 해양준설토의 효과적 교반을 위해 나선형패들이 장착된 토양전기분해장치를 사용하였다. 해양준설토는 선행연구를 통해 결정한 전기분해장치의 최적운전조건에서 전압을 5 V(Condition 1), 15 V(Condition 2), 20 V(Condition 3)로 변화시켜주면서 전기분해 하였다. 그 결과 pH는 전해질용액 및 전기분해 후 해양준설토 모두 전압이 높아질수록 낮아지는 경향을 보였다. Cl^-는 condition 1, 2, 3에서 각각 79.8 mg/L, 126.1 mg/L 및 156.9 mg/L로 전압이 낮을수록 높은 제거율을 나타내었다. 중금속은 Cd 및 As는 불검출 되었고, 나머지 항목은 전압이 높아질수록 Cu는 condition 1, 2, 3에서 각각 92.4 mg/L, 56.6 mg/L, 및 18.5 mg/L를 나타내었으며, Pb는 각각 13.2 mg/L와 11.3 mg/L 그리고 condition 3은 모두제 제거되었고, Cr은 각각 32.1 mg/L, 22.6 mg/L 및 22.5 mg/L를 나타내어 전압이 높아질수록 높은 제거율을 나타내었다. 이러한 결과는 해양준설토의 재활용을 위한 오염물질 제거 시, 전기분해공정을 이용한 전압변화로 오염물질의 선택적 제거가 가능하다는 것을 보여준다. The purpose of this study is to remove Cl^- and heavy metals, which may affect the recycling of ocean dredged soil, through an electrolysis process. For the experimental equipment, a soil electrolysis apparatus equipped with spiral paddle was used to agitate the ocean dredged soil effectively. The ocean dredged soil was electrolyzed while varying the voltage to 5 V(Condition 1), 15 V(Condition 2), and 20 V(Condition 3) under the optimum operating conditions of the electrolysis apparatus determined by the previous studies. As a result, the pH of electrolyte solution and of the ocean dredged soil after electrolysis process tended to decrease as the voltage increased. Cl^- was 79.8 mg/L, 126.1 mg/L and 156.9 mg/L in conditions 1, 2 and 3, respectively. Cd and As were not detected in the heavy metals, and Cu was 92.4 mg/L, 56.6 mg/L, and 18.5 mg/L in the condition 1, 2 and 3 respectively as the voltage was increased. Pb was 13.2 mg/L and 11.3 mg/L in conditions 1 and 2, respectively, and was completely removed in condition 3. Cr was 32.1 mg/L, 22.6 mg/L and 22.5 mg/L in conditions 1, 2 and 3, respectively. These results suggest that varying voltage using a electrolysis process when removing the contaminants for the recycling of ocean dredged soil enables it to remove the contaminants selectively.

전기분해/UV를 이용한 1,4-dioxane의 제거효율 비교 평가

이상미(Sang Mi Lee),한인섭(Ihn Sup Han),김상은(Sang Eun Kim) 大韓環境工學會 2007 대한환경공학회지 Vol.29 No.10

발암물질로 알려진 1,4-dioxane의 정수처리방안을 연구하기 위하여 전기분해와 UV 공정을 조합한 고도산화공정으로 1,4-dioxane 제조수의 제거 특성을 평가하였다. 조건의 변화, pH 변화, voltage의 변화, 전극판 간격의 변화, 휴믹산 농도의 변화 및 공기의 주입 유무에 따른 변화를 주어 실험 한 결과들을 바탕으로 1,4-dioxane의 효과적인 제거 방법을 제시하였다. 실험 결과 UV나 전기분해의 단독공정보다는 전기분해에 UV를 조합한 공정이 높은 제거효율을 보였다. 최적의 운전 변수로 pH 3.5, 전극간격은 2 cm, 전압은 6 V임을 알 수 있었다. 또한 휴믹산의 첨가에 따른 1,4-dioxane의 제거효율을 살펴본 결과 휴믹산을 첨가한 경우 그렇지 않은 경우보다 제거효율이 낮았지만 60분 후 부터는 여전히 높은 제거효율을 나타내었다. 공기주입을 하였을 경우 그렇지 않은 경우보다 약 10%의 높은 제거효율을 보였다. 전기분해/UV를 조합한 고도산화공정을 통해 1,4-dioxane을 효과적으로 제거할 수 있는 것으로 나타났다. This study investigated the removal of 1,4-dioxane, which is well known as a carcinogen, in synthetic water by AOPs (electrolysis/UV). Experiments were performed several different conditions such as pH, voltage, electrode interval, HA(humic acid) concentrations and flowrates of air supply in order to search for the optimum conditions. The results showed that the removal efficiency of electrolysis/UV system was higher than removal efficiency of either electrolysis or UV system only. The optimum conditions of electrolysis/UV system were pH 3.5, 2 cm electrode intervals at 6 V. Also removal efficiencies of 1,4-dioxane depending on HA(humic acid) concentrations were lower than those without HA. After 60min, however, the result without HA showed higher removal efficiencies. The removal efficiency under the optimum condition with air diffusion was 10% higher than that without it. This study shows that OH radical, produced owing to the AOPs included electrical decomposition/UV and one of the strong oxidants, can remove 1,4-dioxane very efficiently.

전기분해를 이용한 PFCs 분해

정회석,이다진,한인섭 한국도시환경학회 2021 한국도시환경학회지 Vol.21 No.3

In this study, electrolysis was used to decompose PFOS, PFOA, and PFBS in PFCs. Experiments were conducted under the conditions of voltage, electrolyte concentration, and individual or composite PFCs using STS and Ti electrode plates (interval 2 cm) in a batch type reactor (200 ml). PFCs were analyzed using LC/MS/MS (Thermo Scientific). The decomposition of PFOS, PFOA, and PFBS using electrolysis was confirmed to be 97.2%, 65.2%, and 50.6%. The higher the input energy or the higher the electrolyte concentration, the higher the decomposition ratio. It was confirmed that the decomposition ratio of the STS electrode plate was about 30% (PFOS) higher than that of the Ti electrode plate. Because of the SO3 - functional group and the -COOH functional group present in the sample, it was confirmed that PFOS → PFOA → PFBS had a great influence on the decomposition efficiency. That is, long-chain substances with high bioaccumulation properties were decomposed into short chains through electrolysis. 본 연구에서는 전기분해를 이용하여, PFCs 중의 PFOS, PFOA, PFBS를 분해하고자 하였다. Batch type의 반응조(200 ml)에 STS 및 Ti 전극판(간격 2 cm)을 이용하여, 전압, 전해질농도, 개별 또는 복합 PFCs의 조건으로 실험을 실시하였다. PFCs는 LC/MS/MS(Thermo Scientific)를 사용하여 분석하였다. 전기분해를 이용한 PFOS, PFOA, PFBS의 분해는 97.2%, 65.2%, 50.6%가 되는 것을 확인하였다. 투입되는 에너지가 높거나 전해질농도가 높을수록 분해율이 높아졌다. STS 전극판의 분해율이 Ti 전극판보다 약 30% (PFOS) 높은 것을 확인하였다. 시료 중에 존재하는 SO3  작용기와 –COOH 작용기 때문에, PFOS → PFOA → PFBS로 영향을 끼쳐 분해효율에 큰 영향을 주는 것을 확인하였다. 즉, 전기분해를 통하여 생물농축성이 높은 긴 사슬 물질을 짧은 사슬로 분해하였다.

마이크로 에멀젼 상태에서 전기분해법을 이용한 독성물질 분해 연구

심성현(Sung Hyun Shim),전병철(Byoung Chul Chun),정용찬(Yong-Chan Chung) 한국청정기술학회 2008 청정기술 Vol.14 No.3

마이크로 에멀젼 수용액에 분산된 반응성 유기화합물을 전기분해를 통하여 얻을 수 있는 수산화이온 및 수소이온을 이용하여 가수분해 시키고, 분해속도를 비교하는 실험을 수행하였다. 반응물질로 사용된 p-nitrophenylacetate (PNPA)의 가수분해로부터 발생하는 p-nitrophenoxide 농도 변화에 따른 흡광도 변화를 이용하여 분해속도를 얻을 수 있었다. 자체 조립한 전기분해 장치를 이용하여 전압, 반응온도, 반응물질양에 따른 분해속도 변화를 관찰하였다. 마이크로 에멀젼 사용으로 인하여 반응물질 용해도를 증가시킬 수 있으며, 전기분해법 사용으로 인하여 반응속도 조절이 용이하며, 유지비용이 저렴하고, 기존 화학물질 투여방법에 비해 소모되는 시약 보충 및 반응 후 부산물 처리 등의 과정이 수월하다. 유기물질 분해에 대한 메커니즘 및 수처리 분야 응용에 대하여 토의하였다. Decomposition of reactive organic compound dispersed in microemulsion media by hydroxide ions and proton ions generated during electrolysis was tried and the half-lifes for decomposition were compared. Absorbance of p-nitrophenoxide produced from the decomposition of p-nitrophenylacetate (PNPA) was followed to find the rate of decomposition. The applied voltage, temperature, and the amount of substrate were changed to see the effects on the decomposition rate. The advantages of electrolysis in microemulsion system were the high solubilizing capacity of substrate, easy control of decomposition rate, low operation cost, no need for any addition of chemicals, and no byproducts. The mechanism of decomposition and the application to water purification were discussed.

묽은 산 전기분해에 의한 복합 산화제 생성

강신영(Shin-Young Kang),박종훈(Jong-Hun Park),김상현(Sang-Hyoun Kim) 대한환경공학회 2016 대한환경공학회지 Vol.38 No.6

전기분해에 의한 소독은 소규모 하수처리장, 강우월류수, 선박평형수, 수영장, 양식장 등 염소의 운송, 보관, 사용에 어려움이 있는 곳에 활용될 가능성이 높다. 본 연구에서는 전압(2-5 V), 반응시간(1-10 min), 전해질농도(HCl 0.4-2.2% w/v), NaCl 5-20 g/L)가 전기분해 산화제(HOCl, O₃, H₂O₂) 생성 효율에 미치는 영향을 고찰하였다. 회분식 실험 시 투입 전자 대비 산화제 전환율(전류 효율)이 가장 높은 최적 조건은 HCl 2.2%, 3 V, 반응 시간 5분이었으며, 이 때의 전류 효율은 99.3%였다. HCl 2.2%, 3 V에서 수행한 연속식 전기분해실험에서는 전류 효율이 97.4% 이상이었으며, NaCl 농도(0-20 g/L) 증가에 따라 주요 산화제인 HOCl의 농도가 비례하여 증가하여 최대 99.8%의 결과를 보였다. 연속식 실험에서 얻은 전기분해수를 이용한 살균실험 결과 5분 안에 92.2% 이상의 총대장균군이 제거되어, 전기분해가 병원성 미생물 소독에 유효하게 사용될 수 있을 것으로 확인되었다. Disinfection by electrolysis would be useful for small wastewater treatment plant, combined sewer overflow, ballast water, swimming pool, and fish farming, where the transport, storage, and the use of chlorine gas is limited. This study investigated the feasibility of the electrolysis of dilute hydrochloric acid (HCl) for disinfection. The effects of HCl concentration, voltage and reaction time on the generation of oxidizing agents, HOCl, O₃, and H₂O₂, were examined in a series of batch test. The highest current efficiency was 99.3% which was found at 2.2%, 3 V, and 5 min of HCl concentration, voltage, and reaction time, respectively. Continuous electrolysis at 2.2% HCl, 3 V, and 5 min of the hydraulic retention time showed 97.4% of the current efficiency. Addition of sodium chloride up to 20 g/L linearly increased the oxidizing agents production. 92.2% of total coliforms were removed by the contact with the electrolyzed water.

스페이서 구조 및 음극 전해질 농도 변화에 따른 Pilot 규모 전기화학적 H₂O₂ 발생 장치의 최적화 및 성능 평가

이진희(Jin Hee Lee),한희주(Hee Joo Han),이정훈(Jeong Hun Lee),장정화(Jung Hwa Jang),김대원(Dae Won Kim) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회지 Vol.42 No.2

목적 : 전기화학적 과산화수소(H₂O₂) 생산을 위하여 pilot 규모의 바이폴라형 전기화학적 발생 장치(bipolar-electrochemical generator or bipolar-electrolyzer)를 개발하였다. 그리고 전기화학적 과산화수소 발생 장치 내 전해질의 유로를 형성하는 역할을 하는 양극 스페이서와 음극 스페이서의 구조 및 배치 변화에 따른 과산화수소의 발생 농도와 발생 효율을 비교함으로써 최적 스페이서 구조와 배치 방안을 확립하고 전기화학적 과산화수소 발생 장치의 성능을 향상시키고자 하였다. 방법 : 본 연구에서는 전기화학적 과산화수소 발생 장치 내 양극 스페이서와 음극 스페이서의 채널 서포터의 구조와 배치를 조절하여, 전기화학적 과산화수소 발생 장치 내 양극 및 음극 스페이서의 구조와 배치를 최적화하였다. 또한 실제 산업에서 요구하는 고농도의 과산화수소를 생산하기 위해 전해질(Na₂SO₄)의 농도를 조절하여 발생한 과산화수소의 농도와 발생 효율을 평가하였다. 결과 및 토의 : 너비가 넓은 채널 서포터와 좁은 채널 서포터를 양/음극 스페이서로 적용하여 50 A에서 전기분해장치를 운영하였다. 그 결과, 너비가 넓은 채널 서포터를 사용하였을 때 2023.83 mg/L의 과산화수소 발생 농도를 보이며 좁은 채널 서포터를 사용하였을 때보다 더 높은 과산화수소 발생 농도를 보임을 확인하였다. 그리고 양/음극 스페이서의 채널 서포터 존재 유・무를 조합하여 50 A에서 전기분해하였을 때, 양극 스페이서에 채널 서포터가 없고 음극 스페이서에 채널 서포터가 존재할 때 가장 높은 과산화수소 농도(2295.95 mg/L)와 발생 효율(86.87%)을 나타냈다. 또한, 전해질(Na₂SO₄)의 농도를 10 PSU와 20 PSU로 조절하여 테스트하였을 때 전해질의 농도가 더 높을수록 과산화수소의 발생 농도(20 PSU, 80 A, 4217.74 mg/L)와 발생 효율(20 PSU, 80 A, 74.80%)이 높은 것을 확인하였다. 결론 : 본 연구는 전기화학적 과산화수소 발생 장치 내 스페이서의 형태와 배치를 최적화하여 고농도의 과산화수소를 높은 발생 효율로 생산하였으며, 본 논문의 과산화수소 발생 장치에 대하여 실제 산업에서의 적용 가능성을 확인하였다. Objectives : In this study, We developed pilot-scale bipolar-electrochemical generator (or bipolar-electrolyzer) for generating hydrogen peroxide (H₂O₂). By comparing H₂O₂ concentration and generation efficiency of H₂O₂ according to structure and arrangement of anode/cathode spacer, the structure and arrangement of spacer have been optimised for high H₂O₂ concentration and generation efficiency. Methods : The concentration and generation efficiency of H₂O₂ were evaluated by changing the width of the channel supporter in anode/cathode spacer and we optimised the arrangement of anode/cathode spacer in electrochemical generator. Additionally, we also evaluated the efficiency of H₂O₂ generation with different concentration catholyte (Na₂SO₄). Results and Discussion : The electrochemical H₂O₂ generator applied anode/cathode supporter with narrow channel supporter showed high H₂O₂ concentration of 2023.83 mg/L. Electrochemical H₂O₂ generator with N-C type spacer (anode: no channel supporter, cathode: channel supporter) showed the highest H₂O₂ concentration (2295.95 mg/L) and H₂O₂ generation efficiency (86.87%). also, we observed that the electrolyzer with 20 PSU has higher H₂O₂ concentration (4217.74 mg/L) and generation efficiency (74.80%). Conclusions : As a results, We generated H₂O₂ with high concentration and high generation efficiency by optimising structure and arrangement of spacer in electrochemical H₂O₂ generator. Also, We concluded that the developed bioplar-electrochemical generator in our study could be applied to the real industry.

전기분해 관련 개념에 대한 고등학생, 예비 교사, 화학 교사들의 어려움에 대한 분석

박진희 ( Park Jin Hui ),백성혜 ( Baeg Seong Hye ),김동욱 ( Kim Dong Ug ) 한국과학교육학회 2003 한국과학교육학회지 Vol.23 No.6

This study examined the conceptions of high school students, In-service chemistry teachers, and chemistry teachers related to the electrolysis phenomena by questionnaires and follow-up interviews. High school chemistry Ⅱ textbooks were analyzed for finding the cause of the misconceptions of the teachers and students. From the analysis, it was found that many teachers represented to students the reduction-oxidation reaction and the electrodes of electrolysis are opposite to the reaction of a chemical cell without explanation of the principles. It means that students would learn the electrolysis phenomena by rote. But the teaches thought that it wat not necessary to explain the principles to students because the students could not understand. Also, some of the teacher had misconceptions in electrolysis of solution taking no account of water electrolysis. They only considered the reduction-oxidation reactions of the ions already were contained in solution. They did not considered the ions generated by the electrolysis. This tendency is similar to In-service chemistry leachers and high school students. Also, this tendency can be found in chemistry Ⅱ textbooks.

전기분해 반응조의 간접산화 효과가 하ㆍ폐수 재활용 시스템 설계에 미치는 영향

신춘환(Choon-Hwan Shin) 한국청정기술학회 2009 청정기술 Vol.15 No.2

Ti/IrO₂를 양극으로 SUS 316L 을 음극으로 사용한 전기분해 반응조에 간접산화조를 설치하여 간접산화 효과를 제시함으로써 하ㆍ폐수 재활용 시스템의 설계에 미치는 영향을 고찰하였다. 전기분해 반응조의 운전조건은 극판 간격, 전류 밀도, 전해질 농도에 대한 영향을 조사하여 극판 간격 6 ㎜, 전류 밀도 1.0A/dm² L, 전해질 농도 15%로 설정하였다. 산화에 의한 제거효율은 유기물은 COD로서 직접산화조에서 55%, 간접산화조에서 12.5~15. 0%의 추가 분해가 일어나고 있으며 T-N (전체 질소량), T-P(전체 인량)는 직접산화조에서 각각 88%, 75%의 제거 효율을 나타내고 있으나 COD제거와는 달리 간접산화조의 추가 제거 효과는 거의 없는 것으로 판명되었다. 또한 COD, T-N, T-P의 제거는 2~5 일의 반응초기에 일어나고 있기 때문에 전기 분해 반응조의 체류시간을 크게 설계할 필요는 없다는 결론을 얻을 수 았었다. In this paper, we investigated the effect of an indirect oxidation zone in an electrolysis reactor that used Ti/IrO₂ as the anode and SUS 316L as the cathode. Based on our preliminary results, the electrolysis reactor was operated with pole plate interval of 6 ㎜, current density 1.0 A/dm²L and electrolyte concentration 15%. The removal efficiency, COD (chemical oxygen demand), was additionally increased by 55% and 12.5-15.0% in the direct and indirect oxidation zones, respectively. The removal efficiencies of T-N (total nitrogen) and T-P (total phosphorus) were found to be 88% and 75%, respectively. It was shown that the additional effect of the indirect oxidation zone on the removal was nearly negligible. Also, as the removal of COD, T-N and T-P took place during the initial 2~5 days of reaction, it was concluded that there was no need to extend the retention time of the electrolysis reactor.

직접 전기분해식 선박평형수 처리장치 개발과 시험에 관한 연구

박옥열,문장,박준모,공길영 한국항해항만학회 2017 한국항해항만학회지 Vol.41 No.3

선박의 항해 안전성을 유지하기 위하여 평형수 탱크에 주입ㆍ배출되는 선박평형수는 그 안에 포함되어 있는 각종 수중생물로 인하 여 지역 해양 환경에 부정적인 영향을 주고 있다. 국제해사기구(IMO)는 선박평형수를 통한 수중생물의 이동을 막기 위해, 2004년 선박평형수 와 침전물 통제 및 관리를 위한 국제협약을 채택하고 2016년 9월에 발효하여, 2017년 9월 이후 정기검사가 도래하는 모든 선박은 선박평형수 처리장치를 설치하도록 하였다. 선박평형수 처리 방식에는 활성물질을 이용하여 처리하는 전기분해식, 오존식, 약품식과 물리적인 처리방식인 필터, 자외선식 등으로 나누어 지며, 두 가지 방식을 혼용하여 사용하기도 한다. 일반적으로 비용과 효율 면에서 전기분해방식이 우수한 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 직접식 전기분해 선박평형수 처리장치의 기본 원리, 구성 요소, 육상 시험 내용을 고찰하였다. 육상시험은 정부시 험 시설이 설치되어 있는 KIOST 거제분원에서 300m3/h 처리 용량의 장치로 수행하였다. 이 육상시험을 통해 직접식 전기분해 선박평형수 처 리장치가 IMO에서 제시하고 있는 기준을 만족하고 다른 방식에 비해 효율적인 것을 확인하였다. Ballast water filled into and discharged from the ballast tank of a ship has a negative impact on local marine environment due to various aquatic organisms contained therein. The IMO developed and adopted "The International Convention for the Control and Management of Ships Ballast Water and Sediments, 2004" with the purpose of protecting the marine environment from transfer of harmful aquatic organisms in ballast water carried by ships. The IMO BWM Convention was approved in September 2016 and ships must be equipped with ballast water management system after September 2017. Ships’ ballast water treatment methods are divided into using active substances as electrolytic type, ozone type, chemical dosing type and using physical treatment type as filter type, ultraviolet type. It is also used with a combination of two methods. Electrolysis is superior in terms of cost and efficiency. In this study, basic principles, components, and land base test contents of electrolysis ballast water treatment system, a direct electrolyzed ballast water treatment system, were examined. Land base test was conducted with 300m3/h capacity device at the KIOST Geoje plant where the government test facility was installed. This test validated that the system meets IMO standards.

해수 전기분해를 적용한 배연 탈질 기술에 관한 연구

김태우 ( Tae Woo Kim ),김종화 ( Jong Hwa Kim ),송주영 ( Ju Yeong Song ) 한국유화학회 2012 한국응용과학기술학회지 Vol.29 No.4

본 연구에서는 무격막식 전기분해 처리된 해수를 산화제로하는 NO 산화반응의 특성에 대해실험적으로 살펴보았다. 폐순환 정전류 전기분해 시스템을 통해전해 시간이 길어질수록 전해수의 유효염소농도와 온도, 염소산 이온의 비율이 증가함을 확인하였다. 전해수가 채워진 버블링 반응기에서 전해수의 유효염소농도와 온도에 비례하여 NO2로 산화되는 NO의 양이 증가하였다. 또한 산화되어 생성된 NO2는 전해수에 용해되어 HNO3- 이온으로 존재함을 확인하였다. In this study, we investigated the characteristics of NO oxidation using un-divided electrolyzed seawater as oxidant. The concentration of available chlorine and the temperature of electrolyzed seawater are increased with electrolysis time in the closed-loop constant current electrolysis system. While NO gas flow through bubbling reactor which is filled with electrolyzed seawater, the oxidation rate of NO to NO2 is increased with the concentration of available chlorine and the temperature. NO2, generated by oxidation reaction, is dissolved in electrolyzed seawater and existed as HNO3-ion.