Chap 12. 환경문제와 전기화학

12.1 배수처리 배수처리 배수처리에 응용되는 전해법 전해처리 전해부상 전기투석 환경오염을 해소하고 에너지 자원을 절약하기 위해 물을 각종방법으 로 살균, 정화하여 재사용하는 것 배수처리에 응용되는 전해법 전해처리 전해부상 전기투석

12.1 배수처리 1) 전해처리 도금폐액처리 유해 음이온 도금폐액속 유해 중금속은 음극에서 석출시체 고체로 제거 직접전해를 이용하여 제거가능

_ 그림12.1 반도체베드를 이용한 전해처리조 직류전원 - + + - 주전극 피처리액 반도체 베드 + -

그림12.2 전해처리와 살균을 조합한 생활하수의 처리장치 직류전원 해수 해수전해조 전해된 해수저장 여과기 생활하수 반응조 반응조 방류수 그림12.2 전해처리와 살균을 조합한 생활하수의 처리장치

12.1 배수처리 2) 전해부상 전해부상법 3) 전기투석 강철압연공장, 제지공장, 식품공장, 염색공장 등에서 단백질이나 물의 전해에 의해 생성하는 수소나 산소의 미소기포의 작용에 의 해 희박한 현탁액에서 고체입자나 기름방울을 부상시켜 제거하는 방법 강철압연공장, 제지공장, 식품공장, 염색공장 등에서 단백질이나 유분을 함유한 배수의 처리에 사용 3) 전기투석 이온교환막을 이용하여 전해액에서 이온을 분리하는 방법

부상물제거장치 청정수 출구 원수입구 오니 기포대 저압직류전원 청정수배출관 유공전극 그림12.3 전해부상법에 의한 하수처리장치

12.2 배기가스 처리 1) 배기가스 탈황 전기투석을 응용한 탈황 프로세스 SO2함유 배기가스를 흡수탑에 보내고 알칼리에 의해 SO2를 세정하여 고정화 생성한 아황산수소나트륨을 중화기로 보내어 SO2 를 회수 전해조에서 황산나트륨을 전기투석으로 알카리와 산 재생

그림12.4 이온교환막이 이용된 전해에 의한 배기가스 탈황법 물 H2 O2 SO2 가스 저장 탱크 전해조 여과기 증발기 중화기 (분리기) 살포기 수증기 (열교환매체) SO2 함유 배기가스 흡수탑 (세정탑) 다공성격막 양이온교환막 - + 그림12.4 이온교환막이 이용된 전해에 의한 배기가스 탈황법

12.2 배기가스 처리 1) 배기가스 탈황 치아염소산나트륨에 의한 so2의 산화 진한 식염수에 소석회를 가하여 알카리성 액을 무격막전해하여 NaClO함유 용액생성 용액을 흡수액으로 하여 배기가스흡수탑에서 SO2 흡수 흡수액을 정출장치로 보내어 소석회와 반응시켜 석고를 석출, 분리

그림12.5 전해생성물을 산화제로 사용하는 배기탈황법 배기가스 수소가스분리조 송풍기 펌프 정류기 전력 식염전해조 원심분리기 흡수액 아프터버너 수소 대기 가스 세정장치 정석조 석고 석회 물 배석고 용액 조정조 그림12.5 전해생성물을 산화제로 사용하는 배기탈황법

12.2 배기가스 처리 2) 배기가스의 탈질 알칼리성 과망간산칼륨을 NOX의 흡수제로 이용하는 방법 진한 식염수에 소석회를 가하여 알칼리성 액을 무격막전해하여 NaClO함유 용액생성 생성한 망간산염을 전해로 산화시켜서 과망간산염을 재생

12.3 기체의 전기화학 ~ 그림12.6 고주파방전에 의한 저온플라즈마의 발생 콘덴서 전극 전압강하부분 (이온시-스) 고주파전원 (13.56MHz) 콘덴서 전압강하부분 (이온시-스) 반응기 프라즈마 ~ 그림12.6 고주파방전에 의한 저온플라즈마의 발생

12.3 기체의 전기화학 1) 플라즈마 CVD CVD (Chemical Vapor Deposition, 화학 증착법) 반응기체 또는 불활성 담체와의 혼합기체를 가영한 기판에 흘려주고 가수분해, 자기분해, 광분해, 산화환원, 치환 등의 반응으로 기판에 증착시키는 방법 플라즈마 CVD (Plasma Chemical Vapor Deposition) 플라즈마 방전중의 기체반응을 이용. 플라즈마 중에서 생성된 화학적으로 활성인 기체물체를 비교적 저온으로 유지된 기판에 석출시키는것

12.3 기체의 전기화학 2) 스파터링 그림12.7 음극스파터링 모식도 저압기체 중의 금속을 가열 또는 이온충격을 가하여 증발 또는 충격을 통해 금속표면 위의 원자들이 표면에 부착되는것 그림12.7 음극스파터링 모식도 알콜 타켓트(음극) 암부영역 플라즈마 글로우방전 기판및 기판홀더(양극) -2 ~ -5kV

12.3 기체의 전기화학 3) 오존의 제조 공업적으로 공기와 산소를 자외선조사나 무성방전에 의해 제조됨 공기나 산소에서의 오존생성 (흡열반응) 강한 흡열반응이기때문에 통상의 화학반응에서는 제조가 어려움 무성방전에서는 가능함

가스입구 가스출구 금속전극 유리판 전해질 (a) (b) 그림12.8 무성방전장치 (a) 동일유리관형 (b) 평행 유리판형

12.3 기체의 전기화학 4) 전기집진기 - 건식 전기집진기 (a) 건식 더스트출구 가스입구 방전극인장추 접지집진극 고전압 방전극 가스 (a) 건식 - 건식 전기집진기 관상의 집진극과 방전전극 사이에 3~5 kV의 직류전장 기내의 분진이나 미스트 함유가스의 속도는 1~3 m/s 양극 사이에 코로나 방전, 방전극에서 가스이온화 마이너스로 이온화된 가스분자 집전극쪽으로 이동 분진이나 미스트의 입자와 충돌. 마이너스 전하를 줌 집진극에서 흡입, 분말상태로 전극에 포집 그림12.9 원통형 전기집진기의 구조

12.3 기체의 전기화학 4) 전기집진기 - 습식 전기집진기 (b) 습식 분진이 씻기고 흘러서 퇴적되지 않아 높은 전장이 가능 더스트출구 가스입구 가스 물 (b) 습식 - 습식 전기집진기 분진이 씻기고 흘러서 퇴적되지 않아 높은 전장이 가능 이온화한 미스트는 집진극 표면을 덮은 얇은 물층에 흡수 SO2, SO3, HCl등이 포함된 배기가스 청정화에 효과적임 그림12.9 원통형 전기집진기의 구조

12.4 이산화탄소의 환원 이산화탄소의 집적은 지구 온난화 초래 배출규제는 세계적인 문제 이산화탄소의 집적은 지구 온난화 초래 배출규제는 세계적인 문제 이산화 탄소의 유효이용법같은 직접적인 활용방안 검토 무공해의 자원인 태양에너지를 이용하는 방안 태양전지를 이용한 발전 금속전극으로 전해 환원시기는 방안 반도체전극에 태양광을 직접 조사하는 방법

그림12.10 태양광 에너지에 의한 이산화탄소의 환원 (a) 태양전지를 이용한 전해환원 방식 + - CO2 n형 P-n접합 격막 O2 H2O 금속 환원 생성물 캐소드 아노드 태양전지 그림12.10 태양광 에너지에 의한 이산화탄소의 환원 (a) 태양전지를 이용한 전해환원 방식

- 그림12.10 태양광 에너지에 의한 이산화탄소의 환원 (b) 반도체 광전극 (습식광전지) 방식 + 격막 CO2 O2 H2O 금속 환원 생성물 캐소드 아노드 - P형반도체 단락 그림12.10 태양광 에너지에 의한 이산화탄소의 환원 (b) 반도체 광전극 (습식광전지) 방식

(b) 전지전력저장시스템을 이용하는 발전양식 12.5 전지와 환경문제 전력 부하 조정 야간의 잉여전력을 2차전지로 저장하고, 전력수요가 많은 주간에 다시 공급 환경문제뿐만 아니라 에너지 절약, 자원절약, 탈석유 등의 문제해결에도 큰 기여 전력수요곡선 22 10 야간발전량 주간발전량 에너지저장 에너지방출 발전소용량 (a) 종래의 발전양식 (b) 전지전력저장시스템을 이용하는 발전양식 그림12.11 전지전력저장시스템을 이용하는 경우와 종래의 발전양식의비교