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      Na0.44MnO2 전극의 선택성과 고순도 수산화칼륨 제조 공정에의 적용

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      https://www.riss.kr/link?id=T14227126

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      수산화칼륨은 칼륨계 화합물 제조, 의약품, 전자 재료 등 여러 분야에서 사용되는 기초 무기화합물로 용도가 다양하며 현재 KCl 용액의 전기 분해를 통해 대량 생산된다. 특히 의약품이나 전자 재료 분야에서는 수산화칼륨의 순도가 제품의 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문에
      불순물이 적게 포함되어야 한다. 이러한 수산화칼륨의 고순도화 요구에 따라 전자급 수산화칼륨 제품이 따로 생산되고 있으며 이를 만들기 위해 결정화법으로 불순물을 제거한다. 결정화법에 사용하기 위한
      수산화칼륨은 나트륨 함유량이 200 mg/kg 이하여야 하는데 전자급이
      아닌 일반 범용 수산화칼륨 수용액의 경우 나트륨 함유량이 ≤ 324
      mM 이다. 따라서 결정화법으로 수산화칼륨 수용액을 고순도화 할 때
      나트륨 불순물 함유량 감소가 불가피하다. 본 연구에서는 소듐 배터리
      전극인 Na0.44MnO2 와 Ag 전극을 이용한 탈염 배터리 (desalination
      battery) 시스템의 Na+ 이온에대한 선택성을 확인하고 이를 전기 분해 전 KCl 수용액에 적용해 선택적으로 나트륨 불순물을 제거하고자
      하였다. 또한 탈염 배터리 시스템의 성능을 발전 시켜 KCl 수용액의
      전기 분해 후에 별도의 후처리 없이 전자급 수산화칼륨의 순도의 제품을 생산할 수 있는 가능성도 기대해 볼 수 있다. 먼저 Na0.44MnO2 전극의 Na+ 이온에 대한 선택성을 알아보기 위해 같은 농도 (30mM)의 Na+, K+, Mg2+, Ca2+ 이온이 용해된 용액에서 충∙방전 실험을 하였고 전극의 충전과 방전 과정에서 선택적으로 Na+ 이온이 탈∙삽입된다는 것을 확인하였다. 또한 순환전압전류법으로 전극과 각 양이온과의 반응을 통해 전극의 선택성을 간접적으로 확인하였다. 이 후 탈염 배터리 시스템을 칼륨계 화합물 제조사인 UNID 사에서 제공받은 공업용 KCl (low grade) 수용액에 적용하여 Na+ 이온의 농도가 선택적으로
      감소하는 것을 확인하였다.
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      수산화칼륨은 칼륨계 화합물 제조, 의약품, 전자 재료 등 여러 분야에서 사용되는 기초 무기화합물로 용도가 다양하며 현재 KCl 용액의 전기 분해를 통해 대량 생산된다. 특히 의약품이나 전...

      수산화칼륨은 칼륨계 화합물 제조, 의약품, 전자 재료 등 여러 분야에서 사용되는 기초 무기화합물로 용도가 다양하며 현재 KCl 용액의 전기 분해를 통해 대량 생산된다. 특히 의약품이나 전자 재료 분야에서는 수산화칼륨의 순도가 제품의 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문에
      불순물이 적게 포함되어야 한다. 이러한 수산화칼륨의 고순도화 요구에 따라 전자급 수산화칼륨 제품이 따로 생산되고 있으며 이를 만들기 위해 결정화법으로 불순물을 제거한다. 결정화법에 사용하기 위한
      수산화칼륨은 나트륨 함유량이 200 mg/kg 이하여야 하는데 전자급이
      아닌 일반 범용 수산화칼륨 수용액의 경우 나트륨 함유량이 ≤ 324
      mM 이다. 따라서 결정화법으로 수산화칼륨 수용액을 고순도화 할 때
      나트륨 불순물 함유량 감소가 불가피하다. 본 연구에서는 소듐 배터리
      전극인 Na0.44MnO2 와 Ag 전극을 이용한 탈염 배터리 (desalination
      battery) 시스템의 Na+ 이온에대한 선택성을 확인하고 이를 전기 분해 전 KCl 수용액에 적용해 선택적으로 나트륨 불순물을 제거하고자
      하였다. 또한 탈염 배터리 시스템의 성능을 발전 시켜 KCl 수용액의
      전기 분해 후에 별도의 후처리 없이 전자급 수산화칼륨의 순도의 제품을 생산할 수 있는 가능성도 기대해 볼 수 있다. 먼저 Na0.44MnO2 전극의 Na+ 이온에 대한 선택성을 알아보기 위해 같은 농도 (30mM)의 Na+, K+, Mg2+, Ca2+ 이온이 용해된 용액에서 충∙방전 실험을 하였고 전극의 충전과 방전 과정에서 선택적으로 Na+ 이온이 탈∙삽입된다는 것을 확인하였다. 또한 순환전압전류법으로 전극과 각 양이온과의 반응을 통해 전극의 선택성을 간접적으로 확인하였다. 이 후 탈염 배터리 시스템을 칼륨계 화합물 제조사인 UNID 사에서 제공받은 공업용 KCl (low grade) 수용액에 적용하여 Na+ 이온의 농도가 선택적으로
      감소하는 것을 확인하였다.

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      목차 (Table of Contents)

      • 제 1 장 서론 1
      • 제 2 장 문헌 연구 4
      • 2.1 KOH 의 용도 4
      • 2.2 KOH 의 제조 방법 6
      • 제 1 장 서론 1
      • 제 2 장 문헌 연구 4
      • 2.1 KOH 의 용도 4
      • 2.2 KOH 의 제조 방법 6
      • 2.2.1 가성화법 (Causticization Process) 6
      • 2.2.2 전기 분해 (Electrolysis) 8
      • 2.3 Desalination Battery (탈염 배터리)의 원리 11
      • 2.4 Sodium Manganese Oxide (Na0.44MnO2) 전극의 구조 및 특성 15
      • 제 3 장 연구 방법 19
      • 3.1 전극 제조 19
      • 3.1.1 Na0.44MnO2 Powder 19
      • 3.1.2 Na0.44MnO2 Electrode 20
      • 3.1.3 Silver Electrode 23
      • 3.2 전기 화학 셀의 구성 24
      • 3.2.1 탈염 배터리 셀의 구성 24
      • 3.2.2 순환전압전류 코인셀의 구성 26
      • 3.3 실험 방법 28
      • 3.3.1 여러 이온 환경에서 Na0.44MnO2 전극의 선택성 실험 28
      • 3.3.2 공업용 KCl 용액에서 Na0.44MnO2 전극의 선택성 실험 29
      • 3.3.3 정전류 사이클 실험 31
      • 제 4 장 연구 결과 및 고찰 32
      • 4.1 Na 0.44MnO2 전극의 Na+ 이온에 대한 선택성 32
      • 4.1.1 다양한 이온 환경에서의 Na+ 농도 변화 32
      • 4.1.2 다양한 이온 환경에서 Na0.44MnO2 전극의 순환전압전류 곡선 35
      • 4.2 공업용 KCl 용액에서의 선택적 Na+ 추출 38
      • 4.2.1 공업용 KCl 용액에서의 Na+ 농도 변화 38
      • 4.2.2 선택적 Na+ 추출의 충∙방전 전압 프로필 43
      • 4.3 정전류 사이클 실험 결과 45
      • 4.4 선택적 Na+ 추출을 위한 탈염 배터리 시스템의 문제점 및 고찰 47
      • 제 5 장 결론 50
      • 참고 문헌 52
      • Abstract 56
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