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연속식 전기탈이온(continuous electrodeionization, CEDI)은 고순도수(high purity water, HPW)를 제조하기 위한 핵심적인 수처리 기술이다. 본 연구에서는 CEDI 성능 향상을 위해 이온교환수지 층의 구성과 이온교환막의 특성이 미치는 영향을 고찰하였다. 먼저, 다양한 이온교환수지 층 구성(mixed-bed, layered-bed, separated-bed)을 비교한 결과, mixed-bed 구 조가 가장 높은 염 제거율과 낮은 에너지 소비를 나타내었다. 이어서 이온교환수지 조성의 영향을 평가하기 위해 chromatography 수지와 gel 수지의 부피비율(C:G) 및 음이온/양이온 수지 비율(A:C)을 조절한 실험을 수행하였다. 그 결과, C:G = 25:75 및 A:C = 5:5 조건에서 가장 우수한 탈염 성능을 나타냈으며, 이는 적절한 공극 구조와 이온교환기 함량 간 균형을 통 해 물 분해 반응 및 이온 전달이 최적화된 결과로 해석된다. 또한, 두 종류의 상용 불균질 이온교환막(Lanxess 막과 금화정수 막)을 비교한 결과, 금화정수 막이 Lanxess 막보다 더 높은 이온전도도, 이온교환용량, 투과선택성을 나타내었고, 이에 따라 더 높은 탈염 효율과 낮은 에너지 소비를 나타내었다. 본 연구의 결과는 고효율 CEDI 시스템 설계를 위한 이온교환수지 층 조성 및 멤브레인 특성의 최적화 방향을 보여준다.
Continuous electrodeionization (CEDI) is a key water treatment technology for producing high purity water (HPW). In this study, the effects of the configuration of the ion-exchange resin bed and the characteristics of the ion-exchange membranes on the improvement of CEDI performance were investigated. First, various ion-exchange resin bed configurations (mixed-bed, layered-bed, separated-bed) were compared, and the mixed-bed showed the highest salt rejection and lowest energy consumption. Next, to evaluate the effects of the ion-exchange resin composition, experiments were conducted by controlling the volume ratio of the chromatography resin to the gel resin (C:G) and the anion/cation resin ratio (A:C). As a result, the best desalination performance was shown at the conditions of C:G = 25:75 and A:C = 5:5, which is interpreted as the result of optimizing the water splitting reaction and ion transfer through the balance between the appropriate pore structure and the ion-exchange group content. In addition, the results of comparing two types of commercial heterogeneous ion-exchange membranes (Lanxess membrane and Geumhwa WTS membrane) showed that Geumhwa WTS membrane showed higher ion conductivity, ion-exchange capacity, and permselectivity than Lanxess membrane, and thus showed higher desalination efficiency and lower energy consumption. The results of this study show the direction of optimization of ion-exchange resin layer composition and membrane characteristics for designing a high-efficiency CEDI system.
Abstract
1. 서 론
2. 실험 방법
2.1. 이온교환막의 특성 분석
2.2. CEDI 성능 평가
3. 결과 및 고찰
4. 결 론
감 사
Reference
