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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

김용철 (창원대학교, 창원대학교 대학원)

지도교수
이택순
발행연도
2017
저작권
창원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수4

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

초록· 키워드

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산업화로 인해 다양한 폐수가 발생하게 되면서 강, 호수, 하천 등 모든 수원을 오염시켜 양질의 먹는물을 확보하는 것이 점점 어려워지고 있다. 오염된 수원에는 일반세균, 대장균군 등의 유해 미생물들이 많이 분포하고 있어 소독공정이 필수적이다. 소금물을 전기분해하여 HOCl, OCl- 등의 염소계 산화제를 발생시키는 현장발생형 소독장치는 설치면적을 적게 차지하며 자동화 및 유지관리가 간단한 장점이 있다. 또한 위험물질인 염소 소독제의 운반이 없어 안전성이 높은 공정이다. 본 연구는 염소계 산화제를 생성하는 전기화학적 공정에 영향을 미치는 인자들을 변화시켜 최적의 운전조건을 알아내고자 하는 것이 목적이다. 실험에 사용된 전극은 Ti/RuO2(plate type)을 anode로 하였고 Ti(mesh type)을 cathode로 하였다. 전해액(NaCl)의 용량은 200ml이며, 전류의 공급은 전극(30 * 40mm)에 전원공급장치로 정전류를 주입하였다. 전기분해 Cell은 무격막식이며 batch형식으로 실험하였고 전극의 극간 거리, 전해액의 염도, 온도, 전류밀도 및 pH를 달리하여 실험을 실시하였다. 반응으로 발생한 유리염소(HOCl, OCl-)는 수질오염공정시험방법 중 요오드화 적정법으로 측정하였고, 전해액의 염도는 염도측정기로 측정하였으며, 전해액의 온도는 chiller로 일정온도를 유지하였다. pH 조절은 H2SO4와 NaOH로 조절하였다. 전기분해에서 전해액의 염도, 온도, 전류밀도 및 pH는 공정의 산화제 생성효율 측면에서 매우 중요한 인자들이다. 전해액의 초기 pH를 다르게 하여 실험한 결과에서는 산화제 생성 효율의 차이를 확인할 수 없었고 전해액의 염도를 0.5∼3%로 0.5% 간격으로 증가시켜 반응시킨 결과, 0.5%의 염도에서 약 55%의 산화제 생성효율을 나타내었고, 1%의 염도에서는 약 81%의 산화제 생성효율을 나타내어 효율이 급격히 증가하는 것을 알 수 있다. 염도가 증가할수록 산화제 생성효율이 증가하는 것을 알 수 있으나 전해액 염도 2.5%와 3%에서는 효율차이가 크지 않은 것을 알 수 있다. 염도가 높을수록 전해액 내 염소이온의 절대량이 증가했기 때문에 산화제 생성효율이 증가한 것으로 판단된다. 전류밀도를 변화시켜 실험한 결과에서는 전해액의 염도 변화에 비해 큰 영향은 나타나지 않지만 5∼15 A/dm2로 증가할 때는 효율이 증가하다가 이후에는 효율이 감소하는 경향을 보였다. 이 경향은 전류밀도가 증가할수록 faraday법칙에 의해 산화제 생성량이 증가하지만 일정 전류밀도 이상에서는 cathode에서 발생하는 수소기체의 bubble에 의한 anode의 분극 현상으로 인해 나타나는 것으로 판단된다. 전해액의 온도를 10∼40℃로 10℃씩 증가시켜 반응시킨 결과, 전해액의 온도가 30℃이상 증가할수록 산화제의 생성효율이 감소하는 것을 알 수 있다. 전해액의 온도가 증가함에 따라 전해액 내에 함유된 전해질의 운동성이 활성화되는데 활성화된 분자들이 전류의 흐름을 방해하는 저항으로 작용하여 온도가 상승할수록 산화제 생성 효율이 감소하는 것으로 판단된다. 전극의 극간간격을 2∼10mm로 달리하여 실험한 결과에서는 극간간격이 멀어질수록 산화제 생성 효율이 감소하였고 3mm이하에서도 효율이 감소하는 것으로 나타났다. 3mm이하에서는 분극현상에 의해 효율이 감소하고 3mm이상에서는 극간간격이 멀어질수록 전류의 저항이 커져서 효율이 감소하는 것으로 판단된다. 전기화학적 산화공정에서 염소계 산화제 생성효율에 영향을 미치는 인자들 중 전해액의 염도에 대한 영향이 가장 크고 온도가 10~20℃ 효율이 좋았으며 전류밀도가 15A/dm2일 때부터 분극현상에 의한 효율감소가 일어났다. 그러나 pH의 영향은 미비하였다. RuO2/Ti 전극으로 200ml 용량의 전해조에서 전해액의 염도, 전류밀도, 전해액의 온도, 전해시간을 달리하여 실험을 하였으며 전해액의 염도가 2.5∼3%, 전류밀도가 10∼15A/dm2, 전해액의 온도가 10∼20℃일 때 염소계 산화제의 발생효율이 가장 높다.

목차

목 차
Ⅰ. 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 내용 및 목적 3
Ⅱ. 문헌연구 7
1. 전기분해의 이론 7
1. 1. 전기분해의 원리 7
1. 2. 전기화학의 개념 8
1. 3. 전기분해 Cell 10
1. 4. 산화제 발생 경로에 따른 전극물질 분류 13
2. RuO2/Ti 전극의 특징 19
Ⅲ. 연구방법 및 재료 22
1. 실험장비 22
1. 1. RuO2/Ti 전극 제조 22
1. 2. RuO2/Ti 표면 분석 23
1. 3. 실험 장치 및 재료 28
2. 실험 방법 31
2. 1. 실험 조건 32
Ⅳ. 결과 및 고찰 36
1. pH에 따른 산화제 생성 효율 변화 36
2. 전해질 농도에 따른 산화제 생성 효율 변화 42
3. 전해액 온도에 따른 산화제 생성 효율 변화 45
4. 전류밀도에 따른 산화제 생성 효율 변화 48
5. 반응시간에 따른 산화제 생성 효율 변화 51
6. 극간거리에 따른 산화제 생성 효율 변화 54
7. 해수와 소금물의 전기분해 시 산화제 생성 효율 변화 57
Ⅴ. 결론 63
참고문헌 65
Abstract 70

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