다공성 탄소나노재료를 사용하는 Capacitive Deionization 공정의 염수 제거효과

다공성 탄소재료를 이용하여 만든 전극을 사용해서 전기화학적으로 이온을 흡착시켜 제거시키는 capacitive deionization (CDI) 특성을 다공성 탄소재료의 종류에 따라서 조사하였다. CDI에 의한 담수화는 충전 시, 두 개의 다공성 탄소전극에 적절한 전압을 인가하고 그 사이로 이온들이 함유된 물을 흘려주어 양이온은 음극에, 음이온은 양극에 흡착되어 이온들이 서로 분리되고, 양이온과 음이온으로 포화된 탄소전극은 반대 전압을 인가하거나 탄소전극을 서로 연결(Short circuit)해주면 흡착된 이온들이 탈리되는 원리이다. 다공성 탄소 전극 재료로는 탄소에어로젤 (specific surface area : 950 ㎡/g, pore volume : 3.71 ㏄/g, pore diameter : 15.19 ㎚)과 활성탄소(BP-25: specific surface area 2500 ㎡/g, Kansai Coke ＆ Chemicals Co. Ltd), 탄소나노튜브(MWNT type, 10~20 ㎚ diameter, ILJIN Nanotach), 그리고 탄소나노섬유(straight type, 130~150 ㎚ diameter, Nanomirae Co. Ltd)를 전극 활물질로 사용하여 침지법으로 CDI용 탄소전극을 각각 제조하였으며, 0.9 V 충전과 -0.001 V 방전, 휴기(rest) 과정을 1회로 하여 CDI 특성을 탄소전극 활물질의 종류에 따라 10회 동안 조사하였다. 충전과 방전 시 평균 전하량은 활성탄소를 이용한 전극에서 각각 0.229〔Aㆍmin〕와 0.143〔Aㆍmin〕으로 가장 높았으며, 활물질의 양을 고려한 평균 방전 비전하량의 경우, 전극 활물질로서 탄소에어로젤이 0.593〔Aㆍmin〕으로 가장 높게 나타났다. 10회 충-방전 싸이클에 대한 전하량 효율은 탄소에어로젤이 63.98%로 가장 우수하였으며, 활성탄소(62.45%)와 탄소나노섬유(56.50%)도 비교적 안정하게 나타났다.