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KR20180133688A - Method for separating carbon dioxide and system for separating carbon dioxide - Google Patents

Method for separating carbon dioxide and system for separating carbon dioxide Download PDF

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KR20180133688A
KR20180133688A KR1020170070849A KR20170070849A KR20180133688A KR 20180133688 A KR20180133688 A KR 20180133688A KR 1020170070849 A KR1020170070849 A KR 1020170070849A KR 20170070849 A KR20170070849 A KR 20170070849A KR 20180133688 A KR20180133688 A KR 20180133688A
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carbon dioxide
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compartment
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mixed gas
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KR1020170070849A
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한종인
정재인
정욱
이예린
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한국과학기술원
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Abstract

The present invention relates to a system and a method for selectively separating carbon dioxide from industrial waste gas or the like based on an electrochemical system. By using the system and the method for separating carbon dioxide, concentrated carbon dioxide with high purity can be efficiently separated from a gas mixture with minimum energy.

Description

이산화탄소의 분리 방법 및 이산화탄소 분리 시스템{METHOD FOR SEPARATING CARBON DIOXIDE AND SYSTEM FOR SEPARATING CARBON DIOXIDE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for separating carbon dioxide and a carbon dioxide separation system,

본 발명은 산업폐기가스 등으로부터 이산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system capable of selectively separating carbon dioxide from industrial waste gases and the like.

이산화탄소(CO2)는 지구온난화를 유발하는 대표적인 온실가스로 알려져 있으며, 최근 해수 및 빗물의 산성화를 유발하여 생태계에 악영향을 끼치는 물질로 보고되고 있다. 또한, 대기 중 이산화탄소의 농도가 기준치(0.038% v/v) 초과 시 호흡계 질환 및 질식을 유발하는 것으로 알려져 있다. 따라서 세계 각국에서는 대기 중 이산화탄소의 농도가 기준치 초과 시 발생하는 문제점을 인식하고 이산화탄소의 배출량을 저감하는 것을 공동 의무로 명시하고 있다. 1985년 비엔나 협약을 시작으로 몬트리올 의정서 (1987년), 기후변화협약 (1992년), 교토의정서 (1997), 파리협정(2015) 등을 통해 국가별 이산화탄소 배출량을 제한 하였으며, 규제를 통해 이산화탄소 배출량 저감에 힘쓰고 있다. Carbon dioxide (CO 2 ) is known as a typical greenhouse gas that causes global warming. Recently, it has been reported that it causes acidification of seawater and rainwater, thereby adversely affecting ecosystem. It is also known that when the concentration of atmospheric carbon dioxide exceeds the standard value (0.038% v / v), it causes respiratory diseases and suffocation. Therefore, it is a common obligation for countries around the world to recognize the problems that occur when the concentration of atmospheric carbon dioxide exceeds the standard value and to reduce the emission of carbon dioxide. Starting with the Vienna Convention in 1985, the CO 2 emissions were limited by the Montreal Protocol (1987), the Climate Change Convention (1992), the Kyoto Protocol (1997), and the Paris Agreement (2015) .

이산화탄소는 주로 석탄, 석유 등 화석연료를 기반으로 한 연료의 연소과정에서 대량 발생하는 가스이다. 화석연료의 사용과 GDP와의 정의 상관 관계에 따라 인구증가 및 산업의 발달은 이산화탄소의 발생을 가속화 시켰으며 여전히 그 발생량이 증가하고 있는 추세이다. 현재 연간 8천만 톤에 달하는 이산화탄소가 발생하고 있다. Carbon dioxide is a major source of gas in the combustion process of fossil fuel-based fuels such as coal and oil. The use of fossil fuels and the positive correlation between GDP and population growth and industrial development have accelerated the generation of carbon dioxide, which is still increasing. Currently, 80 million tons of carbon dioxide is generated annually.

일반적으로 화석연료를 기반으로 한 배기가스 내에는 약 8 내지 15%의 이산화탄소가 포함되어 있다. 이에 따라, 이산화탄소를 포집하여 저장하는 기술인 CCS (Carbon Capture and Storage)와 이산화탄소를 포집하여 재활용하는 기술인 CCU (Carbon Capture and Utilization)를 융합한 CCUS (Carbon Capture Utilization and Storage) 기술이 주목 받고 있다. Generally, about 8 to 15% of carbon dioxide is contained in fossil fuel-based exhaust gas. Accordingly, CCUS (Carbon Capture Utilization and Storage) technology, which combines Carbon Capture and Storage (CCS), which captures and stores carbon dioxide, and Carbon Capture and Utilization (CCU), which captures and recycles carbon dioxide, is attracting attention.

CCUS 기술은 배기가스 내의 이산화탄소를 선택적으로 분리, 운송, 저장 및 활용하는 모든 기술을 포괄하고 있다. 현재 상용화 되어 있는 CCUS 과정 중 포집 단계는 전체 비용의 50 내지 70%를 차지하고 있으므로 처리비용을 줄이기 위해서는 저비용의 효율적인 포집 방법이 필요하다. CCUS technology encompasses all technologies for selectively separating, transporting, storing and exploiting carbon dioxide in exhaust gases. In the currently commercialized CCUS process, the collection stage accounts for 50% to 70% of the total cost, so an efficient and low-cost collection method is required to reduce the processing cost.

현재 이산화탄소를 분리하고 포집하는 방법에는 크게 3 가지 방법이 있다. 이러한 3 가지 방법은 연소 전 포집 (pre-combustion), 연소 후 포집 (post-combustion) 그리고 산소 연소 (oxy-fuel combustion) 방법이다. 연소 후 포집은 연료 연소 후 발생하는 혼합가스 중 이산화탄소를 분리하는 방법이고, 연소 전 포집은 산소를 통해 연료 내 이산화탄소와 수소의 혼합가스를 추출 후 이산화탄소를 분리하는 방법이며, 산소 연소는 극저온에서 고농도 산소를 통해 이산화탄소를 물과 함께 분리하는 방법이다. 각 포집 방법은 모두 연료 내 이산화탄소를 가스 형태로 전환 후 이를 흡수, 흡착, 멤브레인에 의한 분리를 기본 원리로 하며 연료의 수요 형태에 따라 다른 분리 방법이 적용된다. 분리 방법 중 흡수법은 가장 효과적인 방법이며, 아민계 물질 등을 흡수제로 하여 이산화탄소와 화학적 결합을 통해 배기가스 내 이산화탄소를 선택적으로 포집한다. 그러나 화학결합으로 이온화된 이산화탄소는 재활용에 용이한 가스형태로 역전환하기가 어렵고, 사용한 흡수제를 재활용하기 위해서 추가적인 단계가 필요하다는 단점이 있다. Currently, there are three methods for separating and collecting carbon dioxide. These three methods are pre-combustion, post-combustion, and oxy-fuel combustion. Combustion after combustion is a method for separating carbon dioxide from the mixture gas generated after fuel combustion. The pre-combustion trap is a method for separating carbon dioxide from a mixture of carbon dioxide and hydrogen in the fuel through oxygen, and oxygen combustion is a method for separating carbon dioxide It is a method of separating carbon dioxide with water through oxygen. Each capture method converts the carbon dioxide in the fuel into a gas form and then separates it by absorption, adsorption, and membrane. Different separation methods are applied according to the demand type of the fuel. Among the separation methods, the absorption method is the most effective method and selectively captures carbon dioxide in the exhaust gas through chemical bonding with carbon dioxide using an amine-based material as an absorbent. However, carbon dioxide ionized by chemical bonding has a disadvantage in that it is difficult to reverse to a gas form which is easy to recycle, and an additional step is required to recycle the used absorbent.

본 발명은 산업폐기가스 등으로부터 이산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하기 위한 것이다. The present invention is intended to provide a method and system capable of selectively separating carbon dioxide from industrial waste gases and the like.

발명의 일 구현예에 따르면, 제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막; 및 상기 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획과 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획을 포함하는 장치를 이용한 이산화탄소의 분리 방법으로, 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가하여 수산화 이온이 발생하는 제 2 구획에서 이산화탄소를 포함하는 혼합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성하는 제 1 단계; 및 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하여 수소 이온이 발생하는 제 2 구획에서 상기 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하는 제 2 단계를 포함하는 이산화탄소의 분리 방법이 제공된다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: a first electrode; A second electrode; A cation exchange membrane positioned between the first electrode and the second electrode; And a pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the first compartment being located on the first electrode side and the second compartment being located on the second electrode side. A carbon dioxide ion or a salt thereof is generated by trapping carbon dioxide in a mixed gas containing carbon dioxide in a second compartment where a voltage is applied so that the first electrode becomes an anode and the second electrode becomes a cathode, Stage 1; And a second step of recycling the carbonic acid ions or salts thereof to carbon dioxide in a second compartment where hydrogen ions are generated by applying a voltage such that the first electrode is a cathode and the second electrode is an anode. Method is provided.

발명의 다른 일 구현예에 따르면, 이산화탄소를 포함하는 혼합가스 내의 이산화탄소 분리 시스템으로, 제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막; 상기 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획과 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획; 및 상기 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가한 후, 다시 상기 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치를 포함하는 이산화탄소 분리 시스템이 제공된다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a carbon dioxide separation system in a gas mixture containing carbon dioxide, comprising: a first electrode; A second electrode; A cation exchange membrane positioned between the first and second electrodes; A pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the compartment being located in a first compartment and a second compartment located on the first electrode side; And a power supply device for applying a voltage such that the first electrode becomes an anode and the second electrode becomes a cathode, and then applies a voltage such that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode, System is provided.

본 발명의 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법 및 이산화탄소 분리 시스템을 이용하면 저에너지로 산업폐기가스 등으로부터 이산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있다. 이에 따라, 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 경제적이고 효율적으로 제거할 수 있다. 또한, 상기 방법 및 시스템에 따르면, 고순도의 농축된 이산화탄소를 제공하여 초고순도의 이산화탄소를 필요로 하는 분야, 예를 들면, 화학 반응 공정 등에 유용한 이산화탄소를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. The carbon dioxide separation method and the carbon dioxide separation system according to an embodiment of the present invention can selectively remove carbon dioxide from industrial waste gas and the like with low energy. As a result, carbon dioxide, a representative greenhouse gas, can be economically and efficiently removed. In addition, the method and system are expected to provide carbon dioxide that is useful for applications requiring ultra-high purity carbon dioxide, such as chemical reaction processes, by providing high purity, concentrated carbon dioxide.

도 1은 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획을 포함하는 전기분해장치를 이용한 제 1 단계의 모습(10)과 제 2 단계의 모습(20)을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획을 포함하는 전기분해장치를 이용한 제 1 단계의 모습(10), 제 2 단계의 모습(20) 및 제 2 단계 후 제 1 단계의 모습(10')을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 하나의 바이폴라막을 포함하여, 두 쌍의 제 1 및 제 2 구획을 포함하는 전기분해장치를 이용한 제 1 단계의 모습(10)과 제 2 단계의 모습(20)을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 4 개의 바이폴라막을 포함하여, 5 쌍의 제 1 및 제 2 구획을 포함하는 전기분해장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예 1에서 제 1 및 제 2 전극에 2.5 V 및 3 V의 전압을 인가하였을 때, 시간에 따른 제 2 구획 내 무기 탄소의 농도 변화를 보여주는 그래프이다.
FIG. 1 is a schematic view showing a first step (10) and a second step (20) using an electrolytic apparatus including a pair of first and second compartments separated by a cation exchange membrane.
FIG. 2 shows a first step 10, a second step 20 and a second step 20 after the second step using an electrolytic apparatus comprising a pair of first and second compartments separated by a cation exchange membrane. Fig. 8 is a schematic view showing a step 10 '.
3 schematically shows a first stage 10 and a second stage 20 using an electrolytic apparatus including two pairs of first and second compartments including one bipolar membrane .
4 is a diagram schematically showing an electrolytic apparatus including five bipolar membranes including four bipolar membranes.
FIG. 5 is a graph showing changes in the concentration of inorganic carbon in the second compartment with time when a voltage of 2.5 V and 3 V is applied to the first and second electrodes in Example 1. FIG.

이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법과 이산화탄소 분리 시스템 등에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a carbon dioxide separation method, a carbon dioxide separation system, and the like according to a specific embodiment of the present invention will be described.

발명의 일 구현예에 따르면, 제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막; 및 상기 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획과 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획을 포함하는 장치를 이용한 이산화탄소의 분리 방법으로, 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가하여 수산화 이온이 발생하는 제 2 구획에서 이산화탄소를 포함하는 혼합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성하는 제 1 단계; 및 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하여 수소 이온이 발생하는 제 2 구획에서 상기 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하는 제 2 단계를 포함하는 이산화탄소의 분리 방법이 제공된다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: a first electrode; A second electrode; A cation exchange membrane positioned between the first electrode and the second electrode; And a pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the first compartment being located on the first electrode side and the second compartment being located on the second electrode side. A carbon dioxide ion or a salt thereof is generated by trapping carbon dioxide in a mixed gas containing carbon dioxide in a second compartment where a voltage is applied so that the first electrode becomes an anode and the second electrode becomes a cathode, Stage 1; And a second step of recycling the carbonic acid ions or salts thereof to carbon dioxide in a second compartment where hydrogen ions are generated by applying a voltage such that the first electrode is a cathode and the second electrode is an anode. Method is provided.

상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 전기화학시스템을 기반으로 하여 저에너지로 산업폐기가스 등으로부터 이산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있다. 이에 따라, 상기 이산화탄소의 분리 방법은 기존의 CCUS (Carbon Capture Utilization and Storage) 기술의 전체 비용 중 50 내지 70%를 차지하는 포집 공정을 대체하여 경제적인 CCUS 기술을 제공할 수 있으며, 이를 통해 산업폐기가스 등으로부터 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 효율적으로 제거할 수 있다. The method of separating carbon dioxide according to one embodiment can selectively remove carbon dioxide from industrial waste gas or the like with low energy based on the electrochemical system. Accordingly, the carbon dioxide separation method can provide an economical CCUS technology in place of the collecting process which occupies 50 to 70% of the total cost of the conventional CCUS (Carbon Capture Utilization and Storage) technology, It is possible to efficiently remove carbon dioxide, which is a representative greenhouse gas.

상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 고순도의 농축된 이산화탄소를 제공할 수 있다. 따라서, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 초고순도의 이산화탄소를 필요로 하는 분야, 예를 들면, 전구체로서 이산화탄소가 사용되는 화학 반응 공정 등에 유용한 이산화탄소를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. The method of separating carbon dioxide according to one embodiment can provide concentrated carbon dioxide of high purity. Therefore, it is expected that the method of separating carbon dioxide according to one embodiment can provide carbon dioxide which is useful in a field requiring ultra-high purity carbon dioxide, for example, a chemical reaction process in which carbon dioxide is used as a precursor.

또한, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 이산화탄소의 포집제로 대표적인 포집제인 아민계 포집제 혹은 암모니아 대신 물의 전기 분해로 생성된 수산화 이온을 사용하기 때문에 이산화탄소 포집 후 포집제를 재활용하기 위해 재생성하는 별도의 공정이 필요하지 않다는 장점이 있다. In addition, the method of separating carbon dioxide according to one embodiment of the present invention uses an amine-based trapping agent, which is a typical trapping agent for carbon dioxide, or a hydroxide ion generated by electrolysis of water instead of ammonia, and thus regenerates to recover the carbon dioxide- There is an advantage that a separate process is not necessary.

이하, 도 1을 참조하여 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법을 상세하게 설명한다. Hereinafter, a method for separating carbon dioxide according to one embodiment will be described in detail with reference to FIG.

도 1을 참조하면, 상기 이산화탄소의 분리 방법은 제 1 전극(first electrode; 1st EL); 제 2 전극(second electrode; 2nd EL); 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막(cation exchange membrane; CEM); 및 상기 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획(first compartment; 1st CP)과 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획(second compartment; 2nd CP)을 포함하는 장치를 이용하여 구현될 수 있다. 본 명세서에서 상기 장치는 전기분해장치로 호칭될 수 있다.Referring to FIG. 1, the method for separating carbon dioxide includes a first electrode (1st EL); A second electrode (2nd EL); A cation exchange membrane (CEM) positioned between the first electrode and the second electrode; And a pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, wherein the first compartment (1st CP) located on the first electrode side and the second compartment ; ≪ / RTI > 2nd CP). The device may be referred to herein as an electrolysis device.

상기 제 1 단계에서 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가하면, 양이온 교환막을 기준으로 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획에서는 산화 반응이 일어나고, 양이온 교환막을 기준으로 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획에서는 환원 반응이 일어날 수 있다. 즉, 본 명세서에서 '양극(anode)'은 '산화 전극'을 의미하고, '음극(cathode)'은 '환원 전극'을 의미한다. In the first step, when a voltage is applied such that the first electrode is an anode and the second electrode is a cathode, an oxidation reaction occurs in the first compartment located on the first electrode side relative to the cation exchange membrane, And a reduction reaction may occur in the second section located on the second electrode side. That is, in this specification, 'anode' means 'oxidizing electrode' and 'cathode' means 'reducing electrode'.

상기 제 1 단계에서 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가하면 제 1 구획에서는 수소 이온이 발생하고, 제 2 구획에서는 수산화 이온이 발생할 수 있다(도 1의 10 참조). In the first step, if a voltage is applied so that the first electrode becomes an anode and the second electrode becomes a cathode, hydrogen ions may be generated in the first compartment and hydroxide ions may be generated in the second compartment (see 10 in FIG. 1) .

일 예로, 제 1 구획 내에 제 1 전극이 설치되어 있다면 하기 식 1 또는 식 2와 같이 산화 반응으로 인해 수소 이온이 발생할 수 있다. For example, if the first electrode is provided in the first compartment, hydrogen ions may be generated due to the oxidation reaction as shown in Equation 1 or 2 below.

[식 1][Formula 1]

2H2O → 4H+ + O2 + 4e- 2H 2 O → 4H + + O 2 + 4e -

[식 2][Formula 2]

H2 → 2H+ + 2e- H 2 - & gt ; 2H + + 2e -

그리고, 제 2 구획 내에 제 2 전극이 설치되어 있다면 하기 식 3과 같이 환원 반응으로 인해 수산화 이온이 발생할 수 있다. If the second electrode is provided in the second compartment, hydroxide ions may be generated due to a reduction reaction as shown in the following formula (3).

[식 3][Formula 3]

2H2O + 2e- → 2OH- + H2 2H 2 O + 2e - ? 2OH - + H 2

다른 일 예로, 후술한 바와 같이 상기 전기분해장치가 바이폴라막을 포함한다면(도 3 및 도 4 참조), 적어도 하나 이상의 제 1 및 제 2 구획은 바이폴라막과 접해 있을 수 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 전극에 전압이 인가되면, 바이폴라막에 의해 물이 수소 이온과 수산화 이온으로 분리된다. 상기 수소 이온과 수산화 이온은 전기적 인력에 의해 이동하는데, 만일 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하였다면, 바이폴라막에 접해 있는 제 1 구획에는 수소 이온이 공급되고 바이폴라막에 접해 있는 제 2 구획에는 수산화 이온이 공급된다.As another example, if the electrolytic device includes a bipolar membrane as described below (see FIGS. 3 and 4), at least one of the first and second sections may be in contact with the bipolar membrane. When a voltage is applied to the first and second electrodes, water is separated into hydrogen ions and hydroxide ions by the bipolar membrane. If the voltage is applied to the first and second electrodes so that the first electrode is an anode and the second electrode is a cathode, the first and second compartments, which are in contact with the bipolar membrane, Hydroxide ions are supplied to the second compartment where hydrogen ions are supplied and which are in contact with the bipolar membrane.

한편, 상기 제 2 단계에서 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하면, 상기 제 1 구획에서는 상기 제 1 단계의 제 2 구획과 같은 반응이 일어나고, 제 2 구획에서는 상기 제 1 단계의 제 1 구획과 같은 반응이 일어나게 된다. On the other hand, if a voltage is applied such that the first electrode is a cathode and the second electrode is an anode in the second step, the same reaction as the second compartment in the first compartment occurs in the first compartment, The same reaction as the first compartment of the first stage occurs.

일 예로, 제 1 구획 내에 제 1 전극이 설치되고 제 2 구획 내에 제 2 전극이 설치되어 있다면, 상기 제 2 단계의 제 1 구획에서는 상기 식 3과 같이 환원 반응이 일어나 수산화 이온이 발생하고, 제 2 구획에서는 상기 식 1 또는 식 2와 같이 산화 반응이 일어나 수소 이온이 발생할 수 있다(도 1의 20 참조). For example, if a first electrode is provided in the first compartment and a second electrode is provided in the second compartment, a reduction reaction occurs in the first compartment of the second stage to generate hydroxide ions, In the two compartments, an oxidation reaction occurs as shown in the formula 1 or 2 to generate hydrogen ions (see 20 in FIG. 1).

다른 일 예로, 상술한 대로 상기 전기분해장치가 바이폴라막을 포함하는 것이고(도 3 및 도 4 참조), 제 2 단계에 따라 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하였다면, 바이폴라막에 접해 있는 제 1 구획에는 수산화 이온이 공급되고 바이폴라막에 접해 있는 제 2 구획에는 수소 이온이 공급된다(도 3의 20 참조).In another example, as described above, the electrolytic device includes a bipolar membrane (see FIGS. 3 and 4), and in accordance with the second step, the first and second electrodes are made to be the cathode and the anode, respectively, When a voltage is applied to the electrode, hydroxide ions are supplied to the first compartment in contact with the bipolar membrane and hydrogen ions are supplied to the second compartment in contact with the bipolar membrane (see 20 in FIG. 3).

따라서, 제 1 및 제 2 전극 중 어느 전극이 양극 혹은 음극이 되도록 전압을 인가하느냐에 따라 제 1 및 제 2 구획에서 발생하는 이온의 종류가 결정될 수 있다. Accordingly, the kind of ions generated in the first and second compartments can be determined depending on which of the first and second electrodes is a positive or negative electrode.

상기 전기분해장치의 안정적인 구동과 이산화탄소의 높은 포집 효율 및 재전환 효율을 위하여, 상기 제 1 및 제 2 구획은 전해질이 녹아있는 용매로 채워질 수 있다. 상기 용매는 물일 수 있으며, 전해질은 물에 녹아 양이온 및 음이온으로 해리될 수 있는 다양한 염일 수 있다. 비제한적인 예로, 전해질은 염산염, 황산염, 질산염, 탄산염, 수산화물, 산화물 혹은 이들의 혼합물일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전해질은 염화나트륨, 염화칼륨, 염화리튬, 염화루비듐, 염화칼슘, 염화마그네슘, 황산나트륨, 황산칼륨, 황산리튬, 황산루비듐, 황산칼슘, 황산마그네슘, 질산나트륨, 질산칼륨, 질산리튬, 질산루비듐, 질산칼슘, 질산마그네슘, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산리튬, 탄산루비듐, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 수산화루비듐, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화리튬, 산화루비듐, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화알루미늄 또는 이들의 혼합물일 수 있다. The first and second compartments may be filled with a solvent in which electrolytes are dissolved for stable operation of the electrolytic apparatus, high collection efficiency and re-conversion efficiency of carbon dioxide. The solvent may be water, and the electrolyte may be various salts that dissolve in water and dissociate into cations and anions. By way of non-limiting example, the electrolyte may be a hydrochloride, sulfate, nitrate, carbonate, hydroxide, oxide, or a mixture thereof. More specifically, the electrolyte is selected from the group consisting of sodium chloride, potassium chloride, lithium chloride, rubidium chloride, calcium chloride, magnesium chloride, sodium sulfate, potassium sulfate, lithium sulfate, rubidium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, sodium nitrate, Potassium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, rubidium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, sodium oxide, potassium oxide, lithium oxide, calcium carbonate, magnesium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, lithium carbonate, rubidium carbonate, Rubidium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, or a mixture thereof.

상기 이산화탄소의 분리 방법에서는 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획에서 수소 이온이 발생하고 제 1 및 제 2 구획 중 다른 한 구획에서 수산화 이온이 발생하도록 상기 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가할 수 있다. 인가 전압은 상기 제 1 및 제 2 구획에 포함된 전해질의 종류 및 농도, 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획에서 일어나는 산화 반응 종류, 혹은 제 1 및 제 2 구획 중 다른 한 구획에서 일어나는 환원 반응 종류 등에 따라 조절될 수 있다. In the method of separating carbon dioxide, a voltage is applied to the first and second electrodes so that hydrogen ions are generated in any one of the first and second compartments and hydroxide ions are generated in the other of the first and second compartments . The applied voltage is determined by the type and concentration of the electrolyte contained in the first and second compartments, the kind of oxidation reaction occurring in any one of the first and second compartments, or the reduction reaction occurring in the other compartment of the first and second compartments Type and the like.

구체적으로, 상기 제 1 및 제 2 전극에는 0.42 V 이상, 0.83 V 이상, 1.03 V 이상 혹은 2.06 V 이상이며, 10 V 이하, 7 V 이하, 5 V 이하, 4 V 이하, 3 V 이하 혹은 2 V 이하의 전압을 인가할 수 있다. 이러한 범위 내에서 혼합가스 내 이산화탄소를 적은 에너지로 효율적으로 분리할 수 있다. More specifically, the first electrode and the second electrode are provided with a voltage of not less than 0.42 V, not less than 0.83 V, not less than 1.03 V or not less than 2.06 V, not more than 10 V, not more than 7 V, not more than 5 V, The following voltage can be applied. Within this range, carbon dioxide in the mixed gas can be efficiently separated with a small energy.

상기 일 구현예의 이산화탄소의 분리 방법에 따르면, 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획에 혼합가스를 직접 공급하여 상기 어느 한 구획에서 혼합가스 내 이산화탄소를 포집할 수 있다. 후술한 바와 같이, 제 1 단계에서는 제 2 구획에 혼합가스를 직접 공급하여 혼합가스 내 이산화탄소를 포집하며, 제 2 단계에서는 제 1 구획에 혼합가스를 직접 공급하여 혼합가스 내 이산화탄소를 포집하고, 다시 1 단계를 반복하는 경우 제 2 구획에 혼합가스를 직접 공급하여 혼합가스 내 이산화탄소를 포집할 수 있다. 이에 따라, 상기 이산화탄소의 분리 방법은 혼합가스 내 이산화탄소를 포집하기 위해 스크러버 등의 별도의 포집 장치를 구비할 필요가 없다는 이점이 있다.According to the method for separating carbon dioxide in the embodiment, the mixed gas may be directly supplied to any one of the first and second compartments to collect carbon dioxide in the mixed gas in any of the compartments. As described later, in the first step, the mixed gas is directly fed to the second compartment to collect carbon dioxide in the mixed gas. In the second step, the mixed gas is directly fed to the first compartment to collect the carbon dioxide in the mixed gas, When the first step is repeated, the carbon dioxide in the mixed gas can be collected by directly supplying the mixed gas to the second compartment. Accordingly, the carbon dioxide separation method is advantageous in that it is not necessary to provide a separate collecting device such as a scrubber in order to collect carbon dioxide in the mixed gas.

상기 혼합가스는 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하기 전, 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가함에 동시에, 혹은 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가한 후에 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획에 공급될 수 있다. The mixed gas may be applied to the first and second electrodes before applying a voltage to the first and second electrodes, or after applying a voltage to the first and second electrodes, It can be supplied to any one compartment.

일 예로, 상기 혼합가스는 상기 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하여 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획에서 수산화 이온을 충분히 생성시킨 후 공급될 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합가스는 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하여 수산화 이온이 충분히 생성됨에 따라 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획의 pH가 약 10 내지 14, 약 11 내지 14, 약 12 내지 14, 약 13 내지 14, 약 10 내지 13, 약 11 내지 13, 약 12 내지 13, 약 10 내지 12, 약 11 내지 12 혹은 약 10 내지 11일 때, 상기 어느 한 구획에 공급될 수 있다. 이러한 pH를 가지는 어느 한 구획에 혼합가스가 공급됨으로써 혼합가스 내 이산화탄소의 포집 효율을 향상시킬 수 있다. For example, the mixed gas may be supplied after sufficiently generating hydroxide ions in any one of the first and second compartments by applying a voltage to the first and second electrodes. Specifically, when the voltage is applied to the first and second electrodes, hydroxide ions are sufficiently generated, the pH of any one of the first and second compartments is about 10 to 14, about 11 to 14, about 12 To about 14, about 13 to about 14, about 10 to about 13, about 11 to about 13, about 12 to about 13, about 10 to about 12, about 11 to about 12 or about 10 to about 11. By supplying the mixed gas to any one of the compartments having such a pH, it is possible to improve the collection efficiency of carbon dioxide in the mixed gas.

상기 혼합가스는 상기 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획에 연속적으로 공급되거나 혹은 주기적으로 공급될 수 있다. 일 예로, 상기 혼합가스는 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획의 pH가 상술한 범위에 도달할 때 주기적으로 공급될 수 있다. The mixed gas may be supplied continuously or periodically to any one of the first and second sections. In one example, the mixed gas may be supplied periodically when the pH of any one of the first and second compartments reaches the above-described range.

상기 이산화탄소의 분리 방법은 이산화탄소를 포함하고 있는 다양한 혼합가스로부터 순수한 이산화탄소를 분리하는 것이 가능하다. 이러한 혼합가스의 예로는 이산화탄소의 분리가 요구되는 혼합가스로서, 천연 가스 발전 시설, 시멘트 정제 공장 등에서 배출되는 산업폐기가스, 연료의 연소과정에서 배출되는 배기가스 등을 들 수 있다. The method for separating carbon dioxide can separate pure carbon dioxide from various mixed gases containing carbon dioxide. Examples of such a mixed gas include a mixed gas requiring separation of carbon dioxide, an industrial waste gas discharged from a natural gas power plant, a cement refinery, etc., and an exhaust gas discharged from a combustion process of a fuel.

상기 혼합가스 내 이산화탄소의 비율은 특별히 한정되는 것은 아니나 2 부피% 이상, 5 부피% 이상, 10 부피% 이상, 15 부피% 이상, 20 부피% 이상, 30 부피% 이상, 40 부피% 이상 혹은 50 부피% 이상일 수 있다. 이러한 범위에서 보다 순수하고 농축된 이산화탄소를 얻을 수 있다. 한편, 혼합가스에 포함된 이산화탄소 비율의 상한은 특별히 한정되지 않으며, 100 부피% 이하, 90 부피% 이하, 80 부피% 이하, 70 부피% 이하 혹은 60 부피% 이하일 수 있다. The ratio of carbon dioxide in the mixed gas is not particularly limited, but may be 2 vol% or more, 5 vol% or more, 10 vol% or more, 15 vol% or more, 20 vol% or more, 30 vol% or more, 40 vol% % ≪ / RTI > In this range, more pure and concentrated carbon dioxide can be obtained. On the other hand, the upper limit of the carbon dioxide ratio in the mixed gas is not particularly limited, and may be 100 vol% or less, 90 vol% or less, 80 vol% or less, 70 vol% or 60 vol% or less.

상기 제 1 단계에서 제 2 구획은 제 1 및 제 2 전극에 전압이 인가되면 수산화 이온이 발생하는 영역이다. 따라서, 상기 제 1 단계에서는 하기 식 4에 따라 제 2 구획에 공급된 혼합가스 내 이산화탄소를 상기 제 2 구획에 존재하는 수산화 이온으로 선택적으로 포집할 수 있다. In the first step, the second partition is a region where hydroxide ions are generated when a voltage is applied to the first and second electrodes. Accordingly, in the first step, carbon dioxide in the mixed gas supplied to the second compartment according to the following formula (4) can be selectively collected by hydroxide ions present in the second compartment.

[식 4][Formula 4]

CO2 + OH- → HCO3 - CO 2 + OH - > HCO 3 -

상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법에서 혼합가스 내 이산화탄소는 상압 하에서 포집될 수 있다. 상압은 가압 또는 감압되지 않은 자연 그대로의 압력을 의미한다. 구체적으로, 상기 혼합가스 내 이산화탄소는 약 0.100 내지 0.102 MPa의 압력 범위에서 포집될 수 있다. In the method for separating carbon dioxide according to this embodiment, the carbon dioxide in the mixed gas can be collected at atmospheric pressure. The atmospheric pressure means the natural pressure which is not pressurized or decompressed. Specifically, the carbon dioxide in the mixed gas can be collected in a pressure range of about 0.100 to 0.102 MPa.

또한, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 제조 방법에서 혼합가스 내 이산화탄소는 약 15 내지 80℃ 혹은 약 15 내지 60℃의 온도에서 포집될 수 있다. 이에 따라, 산업폐기가스 혹은 배기가스 등의 혼합가스를 냉각하지 않고 바로 제 1 또는 제 2 구획에 공급하여 상기 혼합가스로부터 이산화탄소를 포집할 수 있다.Also, in the method for producing carbon dioxide according to one embodiment, the carbon dioxide in the mixed gas may be collected at a temperature of about 15 to 80 ° C or about 15 to 60 ° C. Accordingly, the mixed gas such as the industrial waste gas or the exhaust gas can be directly supplied to the first or second compartment without cooling, and the carbon dioxide can be collected from the mixed gas.

상기 혼합가스 내 이산화탄소가 포집되는 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획의 pH는 약 4 이상, 약 5 이상, 약 6 이상, 약 7 이상, 약 8 이상, 약 9 이상, 약 10 이상, 약 11 이상 혹은 약 12 이상일 수 있으며, 약 14 이하, 약 13 이하 혹은 약 12 이하일 수 있다. 이 중에서도 이산화탄소의 선택적 포집을 위해, 상기 혼합가스 내 이산화탄소가 포집되는 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획의 pH는 약 10 내지 14, 약 11 내지 14, 약 12 내지 14, 약 13 내지 14, 약 10 내지 13, 약 11 내지 13, 약 12 내지 13, 약 10 내지 12, 약 11 내지 12 혹은 약 10 내지 11로 조절될 수 있다.The pH of any one of the first and second compartments in which carbon dioxide is trapped in the mixed gas may be at least about 4, at least about 5, at least about 6, at least about 7, at least about 8, at least about 9, at least about 10, 11, or about 12 or more, and can be about 14 or less, about 13 or less, or about 12 or less. Among these, in order to selectively capture carbon dioxide, the pH of any one of the first and second compartments in which carbon dioxide is captured in the mixed gas is about 10 to 14, about 11 to 14, about 12 to 14, about 13 to 14, About 10 to about 13, about 11 to about 13, about 12 to about 13, about 10 to about 12, about 11 to about 12, or about 10 to about 11.

한편, 혼합가스 내 이산화탄소는 수산화 이온에 의해 선택적으로 포집되어 탄산수소 이온(HCO3 -)을 생성하는데 이러한 탄산수소 이온(HCO3 -)은 pH가 높을수록 탄산 이온(CO3 2-)으로 변한다. 따라서, 상기 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획에 공급된 혼합가스 내 이산화탄소는 수산화 이온에 의해 포집되어 탄산수소 이온 및/또는 탄산 이온을 생성할 수 있다. 본 명세서에서는 탄산수소 이온, 탄산 이온, 혹은 탄산수소 이온 및 탄산 이온의 혼합물을 통칭하기 위해 용어 '탄산계 이온'을 사용하였다. On the other hand, the mixed gas carbon dioxide is selectively captured by the hydroxyl ion bicarbonate ion (HCO 3 -) The bicarbonate ion (HCO 3 -) to generate the higher the pH is changed to carbonate ions (CO 3 2-) . Therefore, the carbon dioxide in the mixed gas supplied to any one of the first and second compartments can be collected by the hydroxide ions to produce carbonate ions and / or carbonate ions. In the present specification, the term " carbonate ion " is used to collectively refer to a carbonate ion, a carbonate ion, or a mixture of a carbonate ion and a carbonate ion.

또한, 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획에서 이산화탄소 포집이 계속 이루어지면, 상기 어느 한 구획 내 탄산계 이온의 농도가 증가하게 되고, 일부 탄산계 이온이 전해질에서 해리된 양이온과 결합하여 염으로 침전될 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하고 수산화 이온이 발생하는 제 1 및 제 2 구획 중 어느 한 구획에 혼합가스를 공급하면 혼합가스 내 이산화탄소가 포집되어 탄산계 이온, 혹은 탄산계 이온과 이의 염, 혹은 탄산계 이온의 염이 생성될 수 있다. Further, when carbon dioxide capture is continuously performed in any one of the first and second compartments, the concentration of the carbonic acid ions in any one of the compartments is increased, and some carbonate ions combine with the dissociated cations in the electrolyte to form salts Can be precipitated. Therefore, when a mixed gas is supplied to any one of the first and second compartments in which a voltage is applied to the first and second electrodes and hydroxide ions are generated, the carbon dioxide in the mixed gas is collected to form carbonic acid ions, A salt thereof, or a salt of a carbonate ion may be produced.

이산화탄소의 포집 효율을 향상시키기 위해, 상기 제 1 및 제 2 구획 중 수산화 이온이 발생하는 어느 한 구획은 상술한 전해질 중에서도 탄산염, 수산화물 혹은 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 즉, 제 1 단계에서 제 2 구획은 전해질로 탄산염, 수산화물 혹은 이들의 혼합물을 포함할 수 있고, 제 2 단계에서 제 1 구획은 전해질로 탄산염, 수산화물 혹은 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 단계에서는 제 2 구획에 탄산염, 수산화물 혹은 이들의 혼합물을 공급하고, 제 2 단계에서는 제 1 구획에 탄산염, 수산화물 혹은 이들의 혼합물을 공급할 수 있다. In order to improve the collection efficiency of carbon dioxide, any one of the above-described electrolytes in which the hydroxide ions in the first and second compartments are generated may include a carbonate, a hydroxide, or a mixture thereof. That is, in the first stage, the second compartment may contain a carbonate, a hydroxide, or a mixture thereof as an electrolyte, and the first compartment in the second stage may include a carbonate, a hydroxide, or a mixture thereof as an electrolyte. Therefore, in the first step, carbonate, hydroxide or a mixture thereof is supplied to the second compartment, and carbonate, hydroxide or a mixture thereof is supplied to the first compartment in the second step.

상기 탄산염, 수산화물 혹은 이들의 혼합물의 구체적인 예로는, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산리튬, 탄산루비듐, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 수산화루비듐, 수산화칼슘, 수산화마그네슘 혹은 이들이 혼합물을 들 수 있다. Specific examples of the carbonate, hydroxide and mixtures thereof include sodium carbonate, potassium carbonate, lithium carbonate, rubidium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, rubidium hydroxide, magnesium hydroxide, magnesium hydroxide, .

상기 제 1 및 제 2 구획 중 수산화 이온이 발생하는 어느 한 구획에 전해질로서 공급된 탄산염은 양이온과 탄산 이온(CO3 2-)으로 해리되고, 상기 탄산 이온은 하기 식 5와 같이 혼합가스 내의 이산화탄소를 포집하여 탄산수소 이온을 생성할 수 있다. The carbonates supplied as electrolytes to any one of the first and second compartments in which hydroxide ions are generated are dissociated into cations and carbonate ions (CO 3 2- ), and the carbonate ions are dissolved in carbon dioxide Can be collected to generate hydrogen carbonate ions.

[식 5][Formula 5]

CO2 + CO3 2- + H2O → 2HCO3 - CO 2 + CO 3 2- + H 2 O - > 2HCO 3 -

또한, 상기 제 1 및 제 2 구획 중 수산화 이온이 발생하는 어느 한 구획에 전해질로서 공급된 수산화물도 양이온과 수산화 이온으로 해리되고, 상기 수산화 이온은 상기 식 4와 같이 혼합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산수소 이온을 생성할 수 있다. Also, the hydroxide supplied as an electrolyte to one of the compartments in which hydroxide ions are generated in the first and second compartments is also dissociated into cations and hydroxide ions, and the hydroxide ion collects carbon dioxide in the mixed gas, Hydrogen ions can be generated.

이렇게 제 1 및 제 2 구획 중 수산화 이온이 발생하는 어느 한 구획에 전해질로서 공급된 탄산염, 수산화물 혹은 이들의 혼합물로 인해, 초기 혼합가스 내 이산화탄소가 안정적으로 포집될 수 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 전극에 전압이 인가되어 생성되는 수산화 이온에 의해 혼합가스 내 이산화탄소가 연속적으로 포집될 수 있다. The carbon dioxide in the initial mixed gas can be stably trapped by the carbonate, the hydroxide, or the mixture thereof supplied as the electrolyte to one of the compartments in which the hydroxide ion is generated in the first and second compartments. The carbon dioxide in the mixed gas can be continuously collected by the hydroxide ions generated by applying the voltage to the first and second electrodes.

전해질로 공급되는 탄산염에서 해리된 탄산 이온과 전해질로 공급되는 수산화물에서 해리되거나 혹은 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하여 생성된 수산화 이온은 혼합가스 내 이산화탄소를 선택적으로 포집하는 이점이 있고, 이후 이산화탄소로 재전환하는 제 2 단계에서 별도의 에너지를 공급할 필요 없이 이산화탄소를 재생성할 수 있다는 이점이 있다. The hydroxide ions dissociated from the carbonate ions dissociated from the carbonate supplied to the electrolyte and the hydroxide supplied to the electrolyte or generated by applying the voltage to the first and second electrodes have an advantage of selectively capturing the carbon dioxide in the mixed gas, There is an advantage in that the carbon dioxide can be regenerated without supplying any additional energy in the second step of re-conversion to carbon dioxide.

상기 전해질로 공급되는 탄산염, 수산화물 혹은 이들의 혼합물의 농도는 이산화탄소의 포집 효율 및 경제성 등을 고려하여 적절하게 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질은 전해질의 포화 농도 이하의 농도로 공급될 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 전해질은 포화 농도 대비 1% 내지 50%, 1% 내지 30% 혹은 22% 내지 28%로 공급될 수 있다. 일 예로, 탄산나트륨의 15℃에서의 포화 농도는 1.55 M이다. 따라서, 전해질로 탄산나트륨을 이용하는 경우 제 1 및 제 2 구획 중 수산화 이온이 발생하는 어느 한 구획 내에서 탄산나트륨의 농도가 15℃ 기준 0.0155 내지 0.775 M, 0.0155 내지 0.465 M, 또는 0.341 내지 0.434 M이 되도록 탄산나트륨을 공급할 수 있다. 이러한 범위 내에서 경제적이며 효율적으로 이산화탄소를 포집할 수 있다. The concentration of the carbonate, hydroxide, or mixture thereof supplied to the electrolyte can be appropriately adjusted in consideration of the collection efficiency and economical efficiency of the carbon dioxide. Specifically, the electrolyte may be supplied at a concentration below the saturation concentration of the electrolyte, and more specifically, the electrolyte may be supplied at 1% to 50%, 1% to 30%, or 22% to 28% have. As an example, the saturation concentration of sodium carbonate at 15 ° C is 1.55 M. Therefore, when sodium carbonate is used as the electrolyte, the concentration of sodium carbonate in the first and second compartments in which hydroxide ions are generated ranges from 0.0155 to 0.775 M, 0.0155 to 0.465 M, or 0.341 to 0.434 M based on 15 ° C, Can be supplied. Within this range, it is possible to collect carbon dioxide economically and efficiently.

상기 제 1 단계에서 이산화탄소가 포집되어 탄산계 이온 또는 이의 염이 충분히 생성되면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가할 수 있다. In the first step, when carbon dioxide is collected to sufficiently generate carbonate ions or salts thereof, a voltage may be applied such that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode.

이산화탄소가 포집되어 탄산계 이온 또는 이의 염이 충분히 생성된 시점은 제 1 또는 제 2 구획의 pH, 제 1 또는 제 2 구획의 전해액 내 탄산계 이온의 농도, 혹은 제 1 또는 제 2 구획의 전기전도도 등을 통해 확인할 수 있다. When carbon dioxide is captured and the carbonate ion or its salt is sufficiently generated, the pH of the first or second compartment, the concentration of carbonic acid ions in the electrolyte of the first or second compartment, or the electrical conductivity of the first or second compartment And so on.

일 예로, 상기 제 1 단계에서 제 1 및 제 2 전극에 전압이 인가되면 제 2 구획에서는 수산화 이온이 발생하기 때문에 제 2 구획은 높은 pH를 나타내거나, 혹은 제 1 단계에서는 제 2 구획에 전해질로 탄산염, 수산화물 혹은 이들의 혼합물을 공급하여 제 2 구획은 높은 pH를 나타낼 수 있다. 그러나, 상기 수산화 이온과 탄산 이온은 상기 식 4 및 식 5와 같이 이산화탄소를 포집하는데 사용되기 때문에 이산화탄소가 포집됨에 따라 상기 제 1 단계의 제 2 구획의 pH는 점점 낮아지게 된다. 본 발명자들의 실험 결과, 제 1 단계에서 이산화탄소의 포집이 진행됨에 따라 상기 제 2 구획의 pH는 점차 낮아져 약 7 내지 9, 약 7 내지 8.5 혹은 약 7.5 내지 8.5 사이의 일정한 값에 도달하여 유지되는 것을 확인하였다. 상기 제 1 단계의 제 2 구획의 pH가 일정한 값으로 유지된다는 것으로부터 상기 제 2 구획의 반응이 평형에 도달했음을 알 수 있다. 따라서, 상기 제 1 단계의 제 2 구획의 pH가 약 7 내지 9 사이의 일정한 값을 유지하면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가할 수 있다. For example, when a voltage is applied to the first and second electrodes in the first step, hydroxide ions are generated in the second compartment, so that the second compartment has a high pH or, in the first step, The second compartment may exhibit a high pH by feeding a carbonate, hydroxide or mixtures thereof. However, since the hydroxide ion and carbonate ion are used to collect carbon dioxide as shown in Equation 4 and Equation 5, the pH of the second compartment in the first step is gradually lowered as carbon dioxide is collected. As a result of experiments conducted by the present inventors, it has been found that as the carbon dioxide is collected in the first step, the pH of the second compartment gradually decreases to reach a constant value of about 7 to 9, about 7 to 8.5 or about 7.5 to 8.5 Respectively. It can be seen that the reaction of the second compartment reaches equilibrium since the pH of the second compartment of the first stage is maintained at a constant value. Accordingly, when the pH of the second compartment of the first stage is maintained at a constant value between about 7 and 9, the voltage may be applied such that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode.

다른 예로, 제 1 단계의 제 2 구획에서 이산화탄소가 포집되는 동안 제 1 구획에서는 계속적으로 수소 이온이 발생하여 제 1 구획의 pH가 점점 낮아지게 된다. 따라서, 상기 제 1 단계의 제 1 구획의 pH가 0 내지 3, 1 내지 3, 2 내지 3, 0 내지 2, 1 내지 2 혹은 0 내지 1이 되면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가할 수 있다. As another example, hydrogen ions are continuously generated in the first compartment while the carbon dioxide is collected in the second compartment of the first stage, so that the pH of the first compartment is gradually lowered. Accordingly, when the pH of the first compartment of the first step is 0 to 3, 1 to 3, 2 to 3, 0 to 2, 1 to 2 or 0 to 1, the first electrode becomes the cathode, A voltage can be applied so as to be an anode.

또 다른 예로, 상기 제 2 구획 내 탄산계 이온의 농도를 직접 혹은 간접적으로 측정하여 탄산계 이온이 충분히 생성되면, 예를 들어 포화 농도 이상으로 생성되면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가할 수 있다.As another example, if the concentration of the carbonic acid ions in the second compartment is directly or indirectly measured to generate sufficient carbonic acid ions, for example, if the concentration is higher than the saturated concentration, the first electrode becomes the cathode and the second electrode A voltage can be applied so as to be an anode.

또 다른 예로, 제 1 단계의 제 2 구획에서 이산화탄소가 포집됨에 따라 탄산계 이온의 농도가 증가하여 상기 제 2 구획의 전기전도도가 증가하게 된다. 따라서, 제 1 단계의 제 2 구획의 전기전도도를 측정하여 전기전도도의 증가량이 0 mS/cm 내지 50 mS/cm, 10 mS/cm 내지 50 mS/cm, 20 mS/cm 내지 50 mS/cm, 30 mS/cm 내지 50 mS/cm, 혹은 40 mS/cm 내지 50 mS/cm가 되면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가할 수 있다.As another example, as the carbon dioxide is captured in the second compartment of the first stage, the concentration of carbonic acid ions increases to increase the electrical conductivity of the second compartment. Thus, the electrical conductivity of the second compartment of the first stage is measured so that the increase in the electrical conductivity is from 0 mS / cm to 50 mS / cm, from 10 mS / cm to 50 mS / cm, from 20 mS / cm to 50 mS / cm, The voltage can be applied so that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode when the mobility is from 30 mS / cm to 50 mS / cm or from 40 mS / cm to 50 mS / cm.

제 1 단계에서 양극으로 기능하던 제 1 전극이 음극이 되고, 음극으로 기능하던 제 2 전극이 양극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 제 1 및 제 2 전극과 연결된 전원 공급 장치에서 제 1 및 제 2 전극 중 어느 전극이 양극 혹은 음극으로 기능할 것인지 설정하여 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가함으로써 수행될 수 있다. 통상적으로, 전원 공급 장치에서 2 개의 전극 중 어느 전극이 양극으로 기능하게 할 것인지 설정하는 것은 매우 용이하다. 따라서, 제 1 및 제 2 구획에 설치된 센서를 통해 탄산계 이온 또는 이의 염이 충분히 생성되었다는 신호를 받으면 양극 및 음극이 서로 바뀌도록 설정함으로써 제 1 및 제 2 단계를 수행할 수 있다. 탄산계 이온 또는 이의 염이 충분히 생성되었다는 신호는 상술한 대로, 제 1 또는 제 2 구획의 pH, 탄산예 이온의 농도 혹은 전기전도도가 특정 수치에 도달했음을 의미한다. The method of applying the voltage to the first and second electrodes so that the first electrode functioning as the anode in the first step becomes the cathode and the second electrode functioning as the cathode become the anode is not particularly limited, and the first and second By setting which one of the first and second electrodes functions as an anode or a cathode in a power supply connected to the electrode and applying a voltage to the first and second electrodes. Normally, it is very easy to set which of the two electrodes in the power supply apparatus is to function as the anode. Therefore, when a signal indicating that carbonate ions or salts thereof are sufficiently generated through the sensors installed in the first and second compartments is received, the first and second steps can be performed by setting the anode and the cathode to be mutually changed. Signals that the carbonate ion or its salt is sufficiently generated means that the pH of the first or second compartment, the concentration of the carbonate ion or the electric conductivity has reached a certain value, as described above.

제 1 단계에서 양극으로 기능하던 제 1 전극이 음극이 되고, 음극으로 기능하던 제 2 전극이 양극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하면, 제 2 구획에서 생성된 탄산계 이온 또는 이의 염은 이산화탄소로 재전환된다. When a voltage is applied to the first and second electrodes so that the first electrode functioning as an anode functions as a cathode and the second electrode functioning as a cathode functions as an anode in the first step, The salt is converted back to carbon dioxide.

구체적으로, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 전압이 인가되면, 제 1 구획은 수산화 이온이 발생되는 영역이 되고 제 2 구획은 수소 이온이 발생되는 영역이 된다. 따라서, 이러한 제 2 구획에 존재하는 탄산계 이온 또는 이의 염은 하기 식 6 및 식 7과 같이 pH 평형 유지 원리에 따라 이산화탄소로 전환될 수 있다. 구체적으로, 전해액에 용해된 탄산 이온 혹은 탄산염으로부터 해리된 탄산 이온은 하기 식 6과 같이 탄산수소 이온으로 전환되며, 탄산수소 이온은 하기 식 7과 같이 이산화탄소로 전환될 수 있다. Specifically, when a voltage is applied to the first and second electrodes so that the first electrode is a cathode and the second electrode is an anode, the first compartment becomes a region where hydroxide ions are generated and the second compartment generates hydrogen ions Area. Therefore, the carbonate ion or its salt present in the second compartment can be converted to carbon dioxide according to the following equations (6) and (7), according to the principle of maintaining pH equilibrium. Specifically, the carbonate ion dissolved in the electrolytic solution or the carbonate ion dissociated from the carbonate is converted into a bicarbonate ion as shown in the following Formula 6, and the hydrogen carbonate ion can be converted into carbon dioxide as shown in Formula 7 below.

[식 6][Formula 6]

CO3 2- + H+ → HCO3 - CO 3 2- + H + - & gt ; HCO 3 -

[식 7][Equation 7]

HCO3 - + H+ → CO2 + H2OHCO 3 - + H + - & gt ; CO 2 + H 2 O

특히, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법에서는 포집제로 탄산 이온 혹은 수산화 이온을 사용하기 때문에 별도의 첨가제를 첨가하거나 에너지를 공급하지 않고, 포집된 이산화탄소를 이산화탄소로 재전환할 수 있다. In particular, in the method of separating carbon dioxide according to one embodiment, since carbon dioxide or hydroxide ions are used as a trapping agent, it is possible to convert the captured carbon dioxide into carbon dioxide without adding any additives or supplying energy.

상기 제 2 단계는 상압 하에서 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄산계 이온 또는 이의 염은 약 0.100 내지 0.102 MPa의 압력 범위에서 이산화탄소로 재전환될 수 있다. The second step may convert the carbonate ion or its salt to carbon dioxide under atmospheric pressure. Specifically, the carbonate ion or its salt may be recycled to carbon dioxide at a pressure range of about 0.100 to 0.102 MPa.

또한, 상기 제 2 단계에서 탄산계 이온 또는 이의 염은 약 15 내지 80℃ 혹은 약 15 내지 60℃의 온도에서 이산화탄소로 재전환될 수 있다. 이에 따라, 산업폐기가스 혹은 배기가스 등의 혼합가스를 냉각하지 않고 바로 사용하더라도 혼합가스로부터 이산화탄소를 우수한 효율로 분리할 수 있다. Further, in the second step, the carbonate ion or its salt may be recycled to carbon dioxide at a temperature of about 15 to 80 ° C or about 15 to 60 ° C. Accordingly, even if the mixed gas such as industrial waste gas or exhaust gas is used immediately without cooling, carbon dioxide can be separated from the mixed gas with excellent efficiency.

상기 제 2 단계에서 탄산계 이온 또는 이의 염이 이산화탄소로 재전환되는 제 2 구획의 pH는 약 7 이하, 약 6 이하, 약 5 이하, 약 4 이하, 약 3 이하 혹은 약 2 이하일 수 있으며, 약 0 이상, 약 1 이상 혹은 약 2 이상일 수 있다. 이 중에서도 이산화탄소로의 효율적인 재전환을 위해, 제 2 단계의 제 2 구획의 pH는 약 0 내지 6, 약 0 내지 5, 약 0 내지 4, 약 0 내지 3, 약 0 내지 2, 약 0 내지 1, 약 1 내지 6, 약 1 내지 5, 약 1 내지 4, 약 1 내지 3, 약 2 내지 6, 약 2 내지 5, 약 2 내지 4 혹은 약 2 내지 3으로 조절될 수 있다.The pH of the second compartment in which the carbonate ion or salt thereof is converted back to carbon dioxide in the second step may be about 7 or less, about 6 or less, about 5 or less, about 4 or less, about 3 or less or about 2 or less, 0 or more, about 1 or more, or about 2 or more. Among these, the pH of the second compartment in the second stage is preferably from about 0 to about 6, from about 0 to about 5, from about 0 to about 4, from about 0 to about 3, from about 0 to about 2, from about 0 to about 1 About 1 to about 6, about 1 to about 5, about 1 to about 4, about 1 to about 3, about 2 to about 6, about 2 to about 5, about 2 to about 4, or about 2 to about 3.

한편, 물의 산화 반응을 통해 수소 이온을 발생시키는 경우에 비하여 수소 가스의 산화 반응을 통해 수소 이온을 발생시키는 경우 더 낮은 전압을 필요로 한다. 상기 제 1 단계의 제 2 구획에서는 상기 식 3에 따라 수소 가스가 생성되는데 제 2 단계의 제 2 구획에서는 이러한 수소 가스를 산화시켜 수소 이온을 발생시킴으로써 에너지를 보다 절약할 수 있다. On the other hand, when hydrogen ions are generated through the oxidation reaction of hydrogen gas, a lower voltage is required compared with the case where hydrogen ions are generated through oxidation reaction of water. In the second compartment of the first stage, hydrogen gas is generated according to Equation 3. In the second compartment of the second stage, the hydrogen gas is oxidized to generate hydrogen ions, thereby further saving energy.

구체적으로, 제 2 단계에서 탄산계 이온 또는 이의 염을 상기 식 2와 같이 수소 가스의 산화 반응을 통해 생성된 수소 이온에 의해 이산화탄소로 전환하는 경우, 제 1 및 제 2 전극에는 0.83 V 내지 2 V의 전압을 인가할 수 있다. 이러한 범위의 전압을 인가함으로써 이산화탄소를 분리하는데 들어가는 에너지를 크게 절감할 수 있다. 또한, 물이 산화되어 수소 이온과 산소 가스를 발생시키기 위한 이론 전압은 2.06 V이다. 따라서, 전압 범위를 상기와 같이 조절함으로써, 제 1 단계의 제 2 구획에서 생성된 수소 가스를 소비함과 동시에 제 2 단계의 제 2 구획에서 산소 가스가 발생하는 것을 억제함에 따라 이산화탄소의 순도를 향상시킬 수 있다. Specifically, in the second step, when the carbonic acid ion or its salt is converted into carbon dioxide by the hydrogen ion generated through the oxidation reaction of the hydrogen gas as shown in Formula 2, the first and second electrodes are implanted with 0.83 V to 2 V Can be applied. By applying a voltage in this range, the energy for separating carbon dioxide can be greatly reduced. The theoretical voltage for generating hydrogen ions and oxygen gas by oxidizing water is 2.06 V. Therefore, by controlling the voltage range as described above, the hydrogen gas produced in the second compartment of the first stage is consumed and the generation of oxygen gas in the second compartment of the second stage is suppressed, thereby improving the purity of carbon dioxide .

한편, 혼합가스 내 이산화탄소의 비율이 증가할수록 이산화탄소의 포집 효율이 향상되고, 탄산계 이온 또는 이의 염을 재전환하여 얻어지는 이산화탄소의 순도 및 수율이 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 제 1 단계 전에 혼합가스를 전처리할 수 있다. On the other hand, as the ratio of carbon dioxide in the mixed gas increases, the efficiency of collecting carbon dioxide increases and the purity and yield of carbon dioxide obtained by recycling the carbonate ion or its salt can be improved. Accordingly, the method for separating carbon dioxide according to one embodiment can pre-process the mixed gas before the first step.

일 예로, 제 1 또는 제 2 구획에 혼합가스를 공급하기 전 혼합가스를 용매와 접촉시켜 혼합가스로부터 이산화탄소 외의 다른 가스를 제거할 수 있다. For example, a gas other than carbon dioxide may be removed from the mixed gas by bringing the mixed gas into contact with the solvent before supplying the mixed gas to the first or second compartment.

상기 혼합가스로 상술한 산업폐기가스 등을 이용하는 경우 혼합가스는 이산화탄소 외에도 SOx, HF, HCl, NH3, Cl2, SiF4, O2, N2, CO, NOx, SH2 등의 가스를 포함할 수 있다. When using the industrial waste gases, such as described above in the mixed gas mixed gas of carbon dioxide in addition to gases such as SO x, HF, HCl, NH 3, Cl 2, SiF 4, O 2, N 2, CO, NO x, SH 2 . ≪ / RTI >

CO2는 pH가 3.5 내지 5.5인 물에 잘 용해되지 않지만, SOx, HF, HCl, NH3, Cl2, SiF4 등은 원활하게 용해될 수 있다. 따라서, 상기 혼합가스를 pH가 약 3.5 내지 7, 약 3.5 내지 6, 약 3.5 내지 5.5, 약 3.5 내지 5 혹은 약 3.5 내지 4의 물과 접촉시켜 혼합가스로부터 CO2 보다 상기 pH 범위의 물에 대한 용해도가 높은 가스, 예를 들면, SOx, HF, HCl, NH3, Cl2, SiF4 등의 가스를 미리 제거할 수 있다. CO 2 does not dissolve well in water having a pH of 3.5 to 5.5, but SO x , HF, HCl, NH 3 , Cl 2 , SiF 4 and the like can be dissolved smoothly. Therefore, pH is about 3.5 to 7, 3.5 to 6, from about 3.5 to 5.5, about 3.5 to 5, or is contacted with from about 3.5 to 4, the water for the water in the pH range than the CO 2 from the gas mixture to the gas mixture A gas having a high solubility such as SO x , HF, HCl, NH 3 , Cl 2 , SiF 4 and the like can be removed in advance.

구체적으로, 상기 혼합가스를 상기 pH 범위의 물이 담긴 용기 혹은 관 등을 통과시키거나 혹은 상기 혼합가스가 지나가는 흐름에 상기 pH 범위의 물을 분사하여 혼합가스 내 CO2 외의 다른 가스를 미리 제거할 수 있다.Specifically, the mixed gas is passed through a container or a tube containing water in the pH range, or water in the pH range is injected into the flow of the mixed gas to remove other gases than CO 2 in the mixed gas in advance .

일 예로, 상기 혼합가스를 전처리하는 단계는 스크러버(scrubber)를 이용하여 수행될 수 있다. 구체적으로, 스크러버에 상기 pH 범위의 물을 채운 후 스크러버 내부로 다공분사판(sparger) 등을 통해 혼합가스를 고압 분산시킴으로써 전처리된 혼합가스를 얻을 수 있다. 또한, 스크러버 입구에 혼합가스 공급한 후 혼합가스의 흐름에 상기 pH 범위의 물을 분사하여 스크러버의 출구로부터 전처리된 혼합가스를 얻을 수도 있다. For example, the step of pretreating the mixed gas may be performed using a scrubber. Specifically, a pretreated mixed gas can be obtained by filling the scrubber with water having the above-mentioned pH range and then dispersing the mixed gas at a high pressure through a multicomponent sparger or the like into the scrubber. In addition, a mixed gas may be supplied to the inlet of the scrubber, and water of the pH range may be injected into the flow of the mixed gas to obtain a mixed gas pretreated from the outlet of the scrubber.

또한, 이러한 전처리 단계에서 제거되지 않은 CO2 외의 다른 가스는 상기 제 1 및 제 2 구획 중 수산화 이온이 발생하는 어느 한 구획의 높은 pH의 전해액에 용해되지 않아 자연스럽게 제거될 수 있다. 구체적으로, 혼합가스 내 O2, N2, CO, NOx, SH2 등의 가스는 높은 pH의 전해액에 용해되지 않아 이러한 가스를 포함하는 혼합가스를 제 1 또는 제 2 구획에 공급하더라도 혼합가스로부터 CO2를 선택적으로 포집할 수 있다. In addition, the gas other than CO 2 that has not been removed in the pretreatment step can be removed naturally because it is not dissolved in the electrolytic solution of the high pH of one of the compartments in which the hydroxide ions are generated in the first and second compartments. Specifically, gases such as O 2 , N 2 , CO, NO x , and SH 2 in the mixed gas are not dissolved in the electrolytic solution having a high pH, and even if a mixed gas containing such gas is supplied to the first or second compartment, It is possible to collect CO 2 selectively.

한편, 본 발명자들은 많은 연구 끝에 상기 혼합가스가 CO2 및 SO2를 포함할 경우 SO2가 CO2의 포집 효율 및 재전환 효율을 향상시킨다는 사실을 발견하였다. 따라서, 혼합가스가 CO2 및 SO2를 포함한다면, 전처리 공정을 생략하더라도 보다 효율적으로 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리할 수 있다. 또한, 이산화탄소의 분리와 함께 SO2로부터 황산 이온(SO4 2-)을 수득할 수 있다. On the other hand, the inventors of the present invention have found that when the mixed gas includes CO 2 and SO 2 , SO 2 improves the CO 2 capturing efficiency and recycling efficiency. Therefore, if the mixed gas includes CO 2 and SO 2 , carbon dioxide can be separated from the mixed gas more efficiently even if the pretreatment process is omitted. In addition, sulfuric acid ions (SO 4 2- ) can be obtained from SO 2 with the separation of carbon dioxide.

구체적으로, 상술한 대로 혼합가스를 상기 제 1 단계의 제 2 구획에 공급하면, 혼합가스 내 이산화탄소는 상기 식 4와 같이 수산화 이온에 의해 포집된다. 그리고, 상기 혼합가스 내 이산화황은 하기 식 8과 같이 수산화 이온에 의해 포집될 수 있다. Specifically, when the mixed gas is supplied to the second compartment of the first stage as described above, the carbon dioxide in the mixed gas is trapped by the hydroxide ion as shown in the formula (4). The sulfur dioxide in the mixed gas can be collected by the hydroxide ion as shown in the following equation (8).

[식 8][Equation 8]

SO2 + OH- → SO3 2- + H+ SO 2 + OH - & gt ; SO 3 2- + H +

이때, 혼합가스를 전처리하지 않아 혼합가스에는 NOx가 포함되어 있을 수 있다. 그러나, 상술한 대로 NOx는 높은 pH의 전해액에 용해되지 않는다. 따라서, NOx는 혼합가스를 제 1 단계의 제 2 구획에 공급할 때 전해액에 녹아 들어가지 않아 제거될 수 있다. At this time, since the mixed gas is not pretreated, the mixed gas may contain NO x . However, as described above, NO x is not dissolved in the electrolytic solution of high pH. Therefore, NO x can be removed because it does not melt into the electrolyte when supplying the mixed gas to the second compartment of the first stage.

상기 식 8과 같이 상기 수산화 이온에 의한 이산화황의 포집이 계속 이루어지면, 탄산계 이온과 마찬가지로, 제 1 단계의 제 2 구획 내 아황산 이온(sulfite, SO3 2-)의 농도가 증가하게 되고, 일부 아황산 이온이 전해질 등에서 유래한 양이온과 결합하여 염으로 침전될 수 있다. 따라서, 제 1 단계의 제 2 구획에 혼합가스를 공급하면 혼합가스 내 이산화탄소가 포집되어 탄산계 이온, 혹은 탄산계 이온과 이의 염, 혹은 탄산계 이온의 염이 생성되며, 혼합가스 내 이산화황이 포집되어 아황산 이온, 혹은 아황산 이온과 이의 염, 혹은 아황산 이온의 염이 생성될 수 있다. As the sulfur dioxide is continuously trapped by the hydroxide ion as shown in the formula 8, the concentration of sulfite ions (sulfite, SO 3 2- ) in the second compartment of the first step is increased as in the carbonate ion, The sulfurous acid ion may bind to a cation derived from an electrolyte or the like and precipitate as a salt. Therefore, when the mixed gas is supplied to the second compartment of the first stage, carbon dioxide in the mixed gas is collected to generate a carbonate ion, a carbonate ion and a salt thereof, or a salt of a carbonate ion, And a sulfite ion, a sulfite ion and its salt, or a sulfite ion salt may be produced.

그리고, 상술한 대로, 제 1 단계에서 양극으로 기능하던 제 1 전극이 음극이 되고, 음극으로 기능하던 제 2 전극이 양극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하여 제 2 구획에서 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하고, 아황산 이온 또는 이의 염으로부터 황산 이온 또는 이의 염을 생성할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 단계는 달리 설명되어 있지 않는 한, 상술한 바와 같이 수행될 수 있다. As described above, a voltage is applied to the first and second electrodes so that the first electrode functioning as the anode in the first step becomes the cathode and the second electrode functioning as the cathode becomes the anode, Ion or a salt thereof to carbon dioxide, and a sulfate ion or a salt thereof from a sulfite ion or a salt thereof. The first and second steps may be performed as described above, unless otherwise described.

상기 제 2 단계의 제 2 구획에 존재하는 아황산 이온 또는 이의 염으로부터 해리된 아황산 이온은 하기 식 9와 같이 물과 반응하여 수소 이온을 발생시킬 수 있다.The sulfite ion dissociated from the sulfite ion or its salt present in the second compartment of the second step may generate hydrogen ions by reacting with water as shown in the following formula (9).

[식 9][Equation 9]

SO3 2- + H2O → SO4 2- + 2H+ + 2e- SO 3 2- + H 2 O → SO 4 2- + 2H + + 2e -

상기 제 2 단계의 제 2 구획에서 탄산계 이온 또는 이의 염은 수소 이온에 의해 이산화탄소로 재전환되므로, 수소 이온을 발생시키는 아황산 이온으로부터 황산 이온을 생성하는 반응은 이산화탄소의 재전환 반응을 촉진시킬 수 있다. 또한, 아황산 이온으로부터 생성된 황산 이온은 제 2 구획 내의 총 이온량을 증가시켜 전기전도도를 향상시킬 수 있다. Since the carbonate ion or its salt in the second section of the second step is converted back to carbon dioxide by the hydrogen ion, the reaction of generating the sulfate ion from the sulfite ion generating the hydrogen ion can promote the re-conversion of the carbon dioxide have. In addition, the sulfate ion generated from the sulfite ion can increase the total ion amount in the second section to improve the electric conductivity.

한편, 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획은 양이온 교환막에 의해 분리되어 있기 때문에 제 2 단계의 제 2 구획에서 생성된 수소 이온은 전기적 인력에 의해 양이온 교환막을 통과하여 제 1 구획으로 이동할 수 있다. 그러나, 이러한 경우에도 제 2 구획에서 아황산 이온 또는 이의 염이 상기 식 9와 같이 수소 이온을 추가적으로 발생시키기 때문에 이산화탄소 재전환 효율을 저하시키지 않을 수 있다. On the other hand, since the pair of first and second compartments are separated by the cation exchange membrane, the hydrogen ions generated in the second compartment of the second stage can be moved to the first compartment through the cation exchange membrane by the electrical attraction. However, even in such a case, the sulfide ion or its salt in the second section additionally generates hydrogen ions as shown in the above formula (9), so that the carbon dioxide conversion efficiency may not be lowered.

한편, 상기 제 2 단계의 제 2 구획에서는 상기 식 1과 같이 물의 산화 반응으로 인해 수소 이온과 산소 가스가 발생한다. 이에 따라, 제 2 단계의 제 2 구획에서 이산화탄소뿐 아니라 산소 가스도 방출되어 제 2 단계의 제 2 구획에서 얻어지는 이산화탄소의 순도가 저하될 수 있다. 하지만, 제 2 단계에서 제 2 구획에 존재하는 아황산 이온 또는 이의 염으로부터 해리된 아황산 이온은 하기 식 10과 같이 산소와 반응하여 황산 이온을 생성함으로써 제 2 구획에서 발생하는 산소 가스를 소비할 수 있다. 이에 따라, 제 2 단계의 제 2 구획에서 방출되는 이산화탄소의 순도를 향상시킬 수 있다. On the other hand, in the second section of the second stage, hydrogen ions and oxygen gas are generated due to the oxidation reaction of water as in the above-mentioned formula (1). As a result, not only carbon dioxide but also oxygen gas is released from the second compartment of the second stage, so that the purity of carbon dioxide obtained from the second compartment of the second stage can be lowered. However, in the second step, the sulfite ion dissociated from the sulfite ion or its salt present in the second compartment may consume oxygen gas generated in the second compartment by reacting with oxygen to generate sulfate ions . Accordingly, the purity of carbon dioxide emitted from the second compartment of the second stage can be improved.

[식 10][Equation 10]

2SO3 2 - + O2 → 2SO4 2 - 2 SO 3 2 - + O 2 - > 2 SO 4 2 -

한편, 제 2 단계의 제 2 구획에서 탄산계 이온 또는 이의 염으로부터 이산화탄소를 재전환하기 위해서는 수소 이온이 필요한데 이러한 수소 이온을 상기 식 1에 따른 물의 전기분해가 아닌 상기 식 9에 따른 아황산 이온 또는 이의 염의 산화 반응을 통해 공급한다면, 제 2 단계의 제 2 구획에서 산소 가스가 발생되는 것을 방지하여 고순도의 이산화탄소를 제공할 수 있다. On the other hand, in order to re-convert carbon dioxide from carbonic acid ions or salts thereof in the second compartment in the second step, hydrogen ions are required. These hydrogen ions are not electrolyzed in water according to the above formula 1 but sulfite ions according to the above formula If it is supplied through the oxidation reaction of the salt, oxygen gas is prevented from being generated in the second compartment of the second stage, and carbon dioxide of high purity can be provided.

구체적으로, 제 2 단계의 제 2 구획에서 발생하는 산소 가스를 최소화하기 위해 상기 제 1 및 제 2 전극에는 1.03 V 내지 2 V의 전압이 인가될 수 있다. 물이 산화되어 수소 이온과 산소 가스를 발생시키기 위한 이론 전압은 2.06 V 이므로, 전압 범위를 상기와 같이 조절하여 산소 가스 발생을 억제할 수 있다. Specifically, a voltage of 1.03 V to 2 V may be applied to the first and second electrodes to minimize oxygen gas generated in the second compartment of the second stage. Since the theoretical voltage for generating hydrogen ions and oxygen gas by oxidizing water is 2.06 V, the generation of oxygen gas can be suppressed by adjusting the voltage range as described above.

한편, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 제 2 단계 후에 다시 제 1 단계를 반복할 수 있다. 이에 따라, 계속적으로 혼합가스로부터 고순도 및 고농도의 이산화탄소를 분리해낼 수 있다. Meanwhile, in the method for separating carbon dioxide according to one embodiment, the first step may be repeated after the second step. Accordingly, high purity and high concentration of carbon dioxide can be continuously separated from the mixed gas.

도 2를 참조하면, 제 2 단계의 제 1 구획(1st CP)에서는 제 1 단계의 제 2 구획(2nd CP)과 마찬가지로 수산화 이온이 발생하게 된다(도 2의 10 및 20 참조). 따라서, 제 2 단계는 제 1 구획에서 이산화탄소를 포함하는 혼합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성할 수 있다(도 2의 20 참조). 제 1 단계의 제 2 구획에서 이산화탄소를 포집하는 방법은 앞서 상세하게 설명하였으므로, 제 2 단계의 제 1 구획에서 이산화탄소를 포집하는 방법에 관한 자세한 설명은 생략하도록 한다. 하나의 예시로서, 제 1 단계에서 이산화탄소의 포집 효율 향상을 위해 제 2 구획에 전해질로서 탄산염, 수산화물 혹은 이들의 혼합물을 공급한 것과 같이, 제 2 단계에서는 제 1 구획에 전해질로서 탄산염, 수산화물 혹은 이들이 혼합물을 공급할 수 있다. 또한, 제 1 단계의 제 2 구획에서 이산화탄소와 함께 이산화황을 포집한 것과 같이, 제 2 단계의 제 1 구획에서도 이산화탄소와 함께 이산화황을 포집할 수 있다. Referring to FIG. 2, in the first compartment (1st CP) of the second stage, hydroxide ions are generated similarly to the second compartment (2nd CP) of the first stage (see 10 and 20 in FIG. 2). Therefore, the second step can capture carbon dioxide in the mixed gas containing carbon dioxide in the first compartment to produce carbonic acid ions or salts thereof (see 20 in FIG. 2). Since the method of collecting carbon dioxide in the second compartment of the first stage has been described in detail above, a detailed description of the method of collecting carbon dioxide in the first compartment of the second stage will be omitted. As an example, in the first step, carbonate, hydroxide, or a mixture thereof is supplied to the second compartment as an electrolyte in order to improve the collection efficiency of carbon dioxide. In the second compartment, a carbonate, a hydroxide, The mixture can be fed. Also, in the first compartment of the second stage, sulfur dioxide can be collected together with carbon dioxide, as in the case of collecting sulfur dioxide together with carbon dioxide in the second compartment of the first stage.

상술한 대로, 제 2 단계의 제 1 구획(1st CP)에서 혼합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성하였다면, 제 1 단계를 반복할 때 제 1 구획에서는 수소 이온이 발생하기 때문에 상기 탄산계 이온 또는 이의 염이 이산화탄소로 재전환될 수 있다(도 2의 10' 참조). 이로써, 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획을 모두 활용할 수 있기 때문에 더욱 많은 혼합가스로부터 더욱 많은 이산화탄소를 분리해낼 수 있다. As described above, if carbon dioxide in the mixed gas is captured in the first compartment (1st CP) of the second stage to generate carbonic acid ions or salts thereof, hydrogen ions are generated in the first compartment when the first step is repeated The carbonate ion or its salt may be recycled to carbon dioxide (see 10 ' in Fig. 2). This makes it possible to utilize both the first and second compartments of a pair, so that more carbon dioxide can be separated from more mixed gas.

상술한 제 1 및 제 2 단계는 상술한 전기분해장치를 이용하여 수행될 수 있다. 이하, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소 분리 방법에서 사용되는 전기분해장치에 대해 상세하게 설명한다. The above-described first and second steps may be performed using the electrolytic apparatus described above. Hereinafter, the electrolytic apparatus used in the carbon dioxide separation method according to one embodiment will be described in detail.

도 1을 참조하면, 상기 전기분해장치는 제 1 전극(first electrode; 1st EL); 제 2 전극(second electrode; 2nd EL); 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막(cation exchange membrane; CEM); 및 상기 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획(first compartment; 1st CP)과 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획(second compartment; 2nd CP)을 포함한다. 1, the electrolytic apparatus includes a first electrode (1st EL); A second electrode (2nd EL); A cation exchange membrane (CEM) positioned between the first electrode and the second electrode; And a pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, wherein the first compartment (1st CP) located on the first electrode side and the second compartment ; 2nd CP).

상술한 대로, 제 1 단계의 제 2 구획에서 혼합가스 내 이산화탄소는 수산화 이온에 의해 포집되고, 제 2 단계의 제 2 구획에서 탄산계 이온 또는 이의 염은 수소 이온에 의하여 이산화탄소로 재전환될 수 있다. 만일 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획이 음이온 교환막에 의해 분리된다면, 수산화 이온이 전기적 인력에 의해 음이온 교환막을 통과하여 다른 구획으로 넘어가 이산화탄소의 포집 효율이 저하될 수 있다. 반면, 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획이 양이온 교환막에 의해 분리되면, 수소 이온이 전기적 인력에 의해 양이온 교환막을 통과하여 다른 구획으로 넘어가 이산화탄소의 재전환 효율이 저하될 수 있다. 음이온 교환막의 경우 음이온 교환막을 통과하는 이온종이 수산화 이온뿐 이지만, 양이온 교환막의 경우 수소 이온 외에도 전해질로부터 해리된 양이온 등이 있다. 이러한 점을 고려할 때, 음이온 교환막에 의해 수산화 이온이 이동하여 이산화탄소의 포집 효율이 저하되는 정도가 양이온 교환막에 의해 수소 이온이 이동하여 이산화탄소의 재전환 효율을 저하시키는 정도보다 크다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 1의 20을 참조하면, 수산화 이온에 비하여 수소 이온은 공급되는 경로가 많다. 예를 들어, 이산화탄소의 포집 시에 발생한 수소 가스로부터 수소 이온을 얻을 수 있으며, 이산화탄소와 함께 이산화황을 포집하면, 아황산 이온으로부터 황산 이온이 생성되면서 수소 이온이 추가로 발생된다. 따라서, 상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법에서는 양이온 교환막을 채용함으로써 이산화탄소의 포집 효율과 재전환 효율을 모두 우수한 수준으로 유지하였다. As described above, in the second compartment of the first stage, the carbon dioxide in the mixed gas is captured by the hydroxide ion, and in the second compartment of the second stage, the carbonate ion or its salt can be converted back to carbon dioxide by hydrogen ions . If the pair of first and second compartments are separated by the anion exchange membrane, the hydroxide ions may pass through the anion exchange membrane to the other compartment by electrical attraction, and the collection efficiency of the carbon dioxide may be lowered. On the other hand, if the pair of first and second compartments are separated by the cation exchange membrane, the hydrogen ions may pass through the cation exchange membrane by electrical attraction to the other compartments, thereby reducing the re-conversion efficiency of the carbon dioxide. In the case of the anion exchange membrane, only the ionic hydroxide ion passes through the anion exchange membrane. However, in the case of the cation exchange membrane, in addition to the hydrogen ion, there are dissociated cations from the electrolyte. Considering this point, it can be seen that the degree of reduction of the capture efficiency of the carbon dioxide by the movement of the hydroxide ion by the anion exchange membrane is larger than the degree that the hydrogen ion migrates by the cation exchange membrane to reduce the conversion efficiency of the carbon dioxide. Further, referring to FIG. 1, 20, there are many paths through which hydrogen ions are supplied compared with hydroxide ions. For example, hydrogen ions can be obtained from hydrogen gas generated during the capture of carbon dioxide. When sulfur dioxide is captured together with carbon dioxide, sulfate ions are generated from sulfite ions and hydrogen ions are further generated. Therefore, in the method of separating carbon dioxide according to the above embodiment, both the trapping efficiency and the re-conversion efficiency of carbon dioxide are maintained at a good level by adopting the cation exchange membrane.

상기 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 제 2 단계 후에 전해질을 재생성 단계를 추가로 포함할 수 있다. 그리고, 전해질 재생성 후 제 1 단계를 반복할 수 있다. The method of separating carbon dioxide according to one embodiment may further include regenerating the electrolyte after the second step. After the electrolyte is regenerated, the first step can be repeated.

상기 전해질을 재생성하는 단계는 제 1 및 제 2 구획의 전해액을 혼합하고, 균일하게 섞인 전해액을 제 1 및 제 2구획에 공급하여 수행할 수 있다. The step of regenerating the electrolyte may be performed by mixing the electrolytic solution of the first and second compartments and supplying the uniformly mixed electrolytic solution to the first and second compartments.

보다 구체적으로 전해질을 재생성하는 단계는 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하여 어느 한 구획의 pH를 3 내지 5로 조절하고, 다른 한 구획의 pH를 11 내지 12로 조절한 후, 상기 제 1 및 제 2 구획의 전해액을 혼합하여 pH 8 내지 10의 전해액을 생성하여 수행할 수 있다. 이렇게 생성된 pH 8 내지 10의 전해액을 다시 제 1 및 제 2 구획에 공급할 수 있다. More specifically, in the step of regenerating the electrolyte, a voltage is applied to the first and second electrodes to adjust the pH of one of the compartments to 3 to 5, the pH of the other compartment to 11 to 12, And the electrolyte of the second compartment may be mixed to produce an electrolyte solution having a pH of 8 to 10. The electrolytic solution having the pH of 8 to 10 thus produced can be supplied again to the first and second compartments.

상기 전기분해장치는 바이폴라막을 이용하여 두 쌍 이상의 제 1 및 제 2 구획을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 전극에 전압이 인가되면, 바이폴라막에 의해 물이 수소 이온과 수산화 이온으로 분리되며, 이러한 수소 이온과 수산화 이온은 전기적 인력에 의해 이동할 수 있다. 상기 전기분해장치에서 바이폴라막은 측벽이 바이폴라막으로 구성된 물 이동 통로로 대체될 수 있다. 이러한 물 이동 통로에 물을 흘려주고, 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하면 물이 측벽인 바이폴라막에서 물이 수소 이온과 수산화 이온으로 분리된다. 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획 중 상기 제 1 및 제 2 구획 사이에 위치한 양이온 교환막을 기준으로 양극 측에 위치하는 구획에는 전기적 인력에 의해 수소 이온이 공급되고, 음극 측에 위치하는 구획에는 전기적 인력에 의해 수산화 이온이 공급될 수 있다. The electrolytic apparatus may include at least two pairs of first and second compartments using a bipolar membrane. When a voltage is applied to the first and second electrodes, water is separated into hydrogen ions and hydroxide ions by the bipolar membrane, and the hydrogen ions and the hydroxide ions can move by the electrical attraction. In the electrolytic apparatus, the bipolar membrane may be replaced with a water passage of which the side wall is composed of a bipolar membrane. When water is supplied to the water transfer passages and a voltage is applied to the first and second electrodes, water is separated into hydrogen ions and hydroxide ions in the bipolar membrane in which water is sidewall. Hydrogen ions are supplied to the compartment located on the anode side with respect to the cation exchange membrane located between the first and second compartments of the pair of first and second compartments by electrical attraction, Hydroxide ions can be supplied by the attraction force.

도 3을 참조하면, 상기 전기분해장치는 제 1 전극(1st EL); 제 2 전극(2nd EL); 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 하나의 바이폴라막(bipolar membrane; BM); 제 1 전극(1st EL)과 바이폴라막(BM) 사이 및 바이폴라막(BM)과 제 2 전극(2nd EL) 사이에 위치하는 2 개의 양이온 교환막(CEM); 상기 각각의 양이온 교환막(CEM)에 의해 분리된 두 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극(1st EL) 측에 위치하는 2 개의 제 1 구획(1st CP)과 제 2 전극(2nd EL) 측에 위치하는 2 개의 제 2 구획(2nd CP)을 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 상기 전기분해장치는 제 1 전극(1st EL); 제 2 전극(2nd EL); 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 2 개 이상의 바이폴라막(bipolar membrane; BM); 제 1 전극(1st EL)과 바이폴라막(BM) 사이, 바이폴라막과 바이폴라막 사이 및 바이폴라막(BM)과 제 2 전극(2nd EL) 사이에 위치하는 3 개 이상의 양이온 교환막(CEM); 상기 각각의 양이온 교환막(CEM)에 의해 분리된 3 쌍 이상의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극(1st EL) 측에 위치하는 3 개 이상의 제 1 구획(1st CP)과 제 2 전극(2nd EL) 측에 위치하는 3개 이상의 제 2 구획(2nd CP)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the electrolytic apparatus includes a first electrode (1st EL); A second electrode (2nd EL); A bipolar membrane (BM) positioned between the first and second electrodes; Two cation exchange membranes (CEM) positioned between the first electrode (1st EL) and the bipolar membrane (BM) and between the bipolar membrane (BM) and the second electrode (2nd EL); Two first compartments (1st CP) and two second compartments (1st EL) located on the first electrode (1st EL) side and two second compartments (1st CP) separated by the respective cation exchange membranes (CEM) (2 < nd > CP). Referring to FIG. 4, the electrolytic apparatus includes a first electrode (1st EL); A second electrode (2nd EL); Two or more bipolar membranes (BM) positioned between the first and second electrodes; Three or more cation exchange membranes (CEM) positioned between the first electrode (1st EL) and the bipolar membrane (BM), between the bipolar membrane and the bipolar membrane, and between the bipolar membrane (BM) and the second electrode (2nd EL); Three or more pairs of first and second compartments separated by the respective cation exchange membranes (CEM), wherein at least three first compartments (1st CP) located on the first electrode (1st EL) side and a second compartment EL) side of the second partition (2nd CP).

이러한 전기분해장치를 이용할 경우 상기 제 1 단계에서 2 개 이상의 제 2 구획에 각각 혼합가스가 공급될 수 있다. 또한, 상기 제 2 단계에서 2 개 이상의 제 1 구획에 각각 혼합가스가 공급될 수 있다. 그리고, 해당 구획에서 생성된 탄산계 이온 또는 이의 염은 제 1 및 제 2 전극의 양극 및 음극으로서의 역할이 변경되면서 해당 구획에서 이산화탄소로 재전환될 수 있다. When such an electrolytic apparatus is used, a mixed gas may be supplied to each of the two or more second compartments in the first step. Further, in the second step, the mixed gas may be supplied to each of the two or more first compartments. The carbonic acid ions or salts thereof generated in the compartment may be re-converted to carbon dioxide in the compartment while changing roles of the first and second electrodes as the cathode and the anode.

상기 전기분해장치는 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 대로 구성될 수 있다. 이하, 상기 전기분해장치를 구성하는 부품에 대해 상세하게 설명한다. The electrolytic device may be constructed as is known in the art. Hereinafter, the components constituting the electrolytic apparatus will be described in detail.

상기 양이온 교환막으로는 전기분해장치 또는 연료전지 등에 적용되는 다양한 종류의 양이온 교환막이 모두 사용될 수 있다. 구체적으로, 양이온 교환막으로는, 예를 들면, 시중에 유통되고 있는 듀퐁사의 나피온 또는 일본 도쿠야마사의 CMX 등을 사용할 수 있다. As the cation exchange membrane, various types of cation exchange membranes, which are applied to an electrolytic apparatus or a fuel cell, can be used. Specifically, as the cation exchange membrane, for example, Nafion of Dupont Co., Ltd. or CMX of Tokuyama Corporation of Japan may be used.

상기 제 1 및 제 2 전극은 제 1 및 제 2 구획에 포함된 이온종에 전기적 인력을 미칠 수 있도록 적절한 위치에 설치될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 전극의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 바에 따라 다양하게 변형될 수 있다. The first and second electrodes may be disposed at appropriate positions to apply an electrical attraction to the ion species contained in the first and second sections. The shapes of the first and second electrodes are not particularly limited, and may be variously modified as known in the art to which the present invention pertains.

상기 제 1 및 제 2 전극으로는 전기분해장치 또는 연료전지 등에 적용되는 다양한 종류의 전극들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 및 제 2 전극으로는 다양한 종류의 도체를 사용하거나 혹은 전극 기재 및 상기 전극 기재에 도포된 촉매를 포함하는 전극 등을 사용할 수 있다. 상기에서 도체로는 티탄(Ti), 스테인리스강, 니켈(Ni), 니켈/크롬(Ni/Cr) 합금, 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루테늄(Ru) 또는 이들의 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 전극 기재에 도포된 촉매를 포함하는 전극에서, 전극 기재로는 카본천(carbon cloth) 등을 사용할 수 있고, 촉매로는 백금(Pt), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 탄소(C), 그 외 전이금속 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. As the first and second electrodes, various types of electrodes applied to an electrolytic device, a fuel cell, or the like may be used. For example, as the first and second electrodes, various types of conductors may be used, or an electrode including an electrode substrate and a catalyst coated on the electrode substrate may be used. As the conductor, a conductor such as titanium (Ti), stainless steel, nickel (Ni), nickel / chromium (Ni / Cr) alloy, platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), iridium Rh), ruthenium (Ru), or an oxide thereof. In the electrode including the catalyst coated on the electrode substrate, a carbon cloth or the like can be used as the electrode substrate. Examples of the catalyst include platinum (Pt), ruthenium (Ru), osmium (Os) (Pd), iridium (Ir), carbon (C), other transition metals, and mixtures thereof.

상기 제 1 및 제 2 전극은 전원 공급 장치와 연결될 수 있다. 상기 전원 공급 장치로는 상기 제 1 및 제 2 전극에 상술한 범위의 전압을 인가할 수 있으며, 제 1 및 제 2 전극의 양극 및 음극으로서의 역할을 변경할 수 있는 것이라면 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 것을 모두 사용할 수 있다. The first and second electrodes may be connected to a power supply. The power supply device may apply a voltage in the above-described range to the first and second electrodes and may change the roles of the first and second electrodes as the anode and the cathode. Can be used.

상기 전기분해장치는 상기 전기분해장치에 혼합가스 및 전해액 등을 연속적으로 공급하고, 전기분해장치로부터 얻어지는 이산화탄소 등을 수집할 수 있도록 하나 이상의 저장소와 연결될 수 있다. The electrolytic apparatus may be connected to one or more reservoirs so as to continuously supply a mixed gas, an electrolytic solution or the like to the electrolytic apparatus and collect carbon dioxide or the like obtained from the electrolytic apparatus.

이 밖에도 상기 전기분해장치는 유체 등의 유속을 조절할 수 있는 유체 유속 조절 장치; 제 1 및 제 2 구획의 상태를 모니터링하기 위한 센서; 및 전기분해장치와 관련된 전기적 신호와 각 구획의 용액 성상 변화를 기록할 수 있는 기록 장치 등을 추가로 포함할 수 있다. In addition, the electrolytic apparatus may include a fluid flow rate regulator capable of regulating the flow rate of fluid or the like; A sensor for monitoring the condition of the first and second compartments; And an electrical signal relating to the electrolytic apparatus and a recording apparatus capable of recording the change in the solution state of each of the compartments.

상기 전기분해장치는 상술한 구성 외에 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 전기분해장치 등에 통상적으로 채용되는 구성을 추가로 포함하거나 혹은 다른 장치 부품과 연결되어 대규모 시설의 일 부품으로서 채용될 수 있다.In addition to the above-described configuration, the electrolytic apparatus may further include a structure commonly employed in an electrolytic apparatus known in the art, or may be employed as one part of a large-scale facility in connection with other apparatus parts.

한편, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 이산화탄소를 포함하는 혼합가스 내의 이산화탄소 분리 시스템으로, 제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막; 상기 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획과 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획; 및 상기 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가한 후, 다시 상기 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치를 포함하는 이산화탄소 분리 시스템이 제공된다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a carbon dioxide separation system in a mixed gas including carbon dioxide, comprising: a first electrode; A second electrode; A cation exchange membrane positioned between the first and second electrodes; A pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the compartment being located in a first compartment and a second compartment located on the first electrode side; And a power supply device for applying a voltage such that the first electrode becomes an anode and the second electrode becomes a cathode, and then applies a voltage such that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode, System is provided.

상기 이산화탄소 분리 시스템은 상술한 이산화탄소의 분리 방법을 수행할 수 있는 시스템으로 이에 대해서는 앞서 자세히 설명하였으므로, 여기서는 자세한 설명을 생략한다. The carbon dioxide separation system is a system capable of performing the above-described separation method of carbon dioxide, which has been described above in detail, and a detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 일 구현예에 따른 이산화탄소의 분리 방법은 연소과정에서 배출되는 혼합가스로부터 이산화탄소를 순수하게 분리 가능하므로 이산화탄소를 분리, 사용 또는 처리하는 다양한 기술분야에 적용 가능할 것으로 예상된다. 특히, 상기 이산화탄소의 분리 방법은 있어 CCUS 기술의 비용 절감에 유용하며, 초고순도의 이산화탄소를 필요로 하는 분야, 예를 들면, 화학 반응 공정 등에 유용한 이산화탄소를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. The method of separating carbon dioxide according to an embodiment of the present invention is expected to be applicable to various technical fields for separating, using, or treating carbon dioxide because it enables purely separating carbon dioxide from a mixed gas discharged in a combustion process. Particularly, it is expected that the method of separating carbon dioxide is useful for cost reduction of CCUS technology, and can provide carbon dioxide which is useful for fields requiring ultra-high purity carbon dioxide, for example, in a chemical reaction process.

이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. However, this is provided as an example of the invention, and the scope of the invention is not limited thereto in any sense.

실시예Example : 이산화탄소의 분리: Separation of Carbon Dioxide

도 2와 같은 전기분해장치를 이용하여 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리하였다. 구체적으로, 제 1 및 제 2 구획에 전해액으로 15℃ 기준 약 0.4 M의 탄산나트륨 수용액을 공급하였다. 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 4 V의 전압을 인가하고, 상기 제 2 구획에 이산화탄소를 10 부피%로 포함하는 혼합가스를 80 cc/min의 속도로 공급하였다(도 2의 10 참조).Carbon dioxide was separated from the mixed gas using an electrolytic apparatus as shown in FIG. Specifically, about 0.4 M aqueous sodium carbonate solution was supplied to the first and second compartments as an electrolytic solution at 15 캜. A voltage of 4 V is applied to the first and second electrodes so that the first electrode becomes the anode and the second electrode becomes the cathode, and a mixed gas containing 10 vol% of carbon dioxide in the second section is supplied at a rate of 80 cc / min (See 10 in Fig. 2).

상온에서 제 2 구획의 초기 pH는 약 11.75로 측정되었다. 그리고, 이산화탄소가 계속 포집됨에 따라 pH는 점점 낮아지다가 약 7.9에 도달하여 유지되는 것을 확인하였다. The initial pH of the second compartment at room temperature was measured to be about 11.75. It was confirmed that as the carbon dioxide was continuously collected, the pH was gradually lowered to about 7.9 and maintained.

제 2 구획에서 pH가 일정한 값에 도달하면, 제 2 구획 내 반응이 평형에 도달한 것을 예상할 수 있다. 따라서, 제 2 구획의 pH가 일정한 값에 도달하면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 2.5 V 또는 3 V의 전압을 인가하였다(도 2의 20 참조). When the pH reaches a constant value in the second compartment, it can be expected that the reaction in the second compartment reaches equilibrium. Thus, when the pH of the second compartment reaches a certain value, a voltage of 2.5 V or 3 V is applied to the first and second electrodes so that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode Reference).

제 2 전극이 양극으로 기능함에 따라 제 2 구획에서는 수소 이온이 발생하였으며, 제 1 및 제 2 전극에 2.5 V의 전압을 인가하였을 경우에는 pH가 8에서 6.7로 낮아지고, 3 V의 전압을 인가하였을 경우에는 pH가 8에서 1.8로 낮아지는 것이 확인되었다. 그 결과, 제 2 구획에서 생성된 탄산계 이온 혹은 이의 염은 다시 이산화탄소로 전환되어 방출되었다.As the second electrode functions as an anode, hydrogen ions are generated in the second compartment. When a voltage of 2.5 V is applied to the first and second electrodes, the pH is decreased from 8 to 6.7, and a voltage of 3 V is applied , It was confirmed that the pH was lowered from 8 to 1.8. As a result, the carbonate ion or its salt generated in the second compartment was again converted to carbon dioxide and released.

제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가한 후, 시간에 따른 상기 제 2 구획 내 무기 탄소(inorganic carbon)의 농도 변화를 측정하여 도 5에 나타내었다. 도 5를 참조하면, 제 1 및 제 2 전극에 3 V의 전압을 인가한 경우 2.5 V의 전압을 인가한 경우에 비하여 더 빨리 다량의 이산화탄소가 방출되는 것이 확인된다. 그러나, 제 1 및 제 2 전극에 3 V의 전압을 인가하든 혹은 2.5 V의 전압을 인가하든 약 3 시간이 경과하면, 제 2 구획 내 포집된 이산화탄소가 모두 방출되는 것이 확인된다. FIG. 5 shows a change in concentration of inorganic carbon in the second compartment with time after applying a voltage such that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode. Referring to FIG. 5, when a voltage of 3 V is applied to the first and second electrodes, it is confirmed that a greater amount of carbon dioxide is emitted faster than when a voltage of 2.5 V is applied. However, it is confirmed that when about 3 hours have elapsed whether the voltage of 3 V is applied to the first and second electrodes or the voltage of 2.5 V is applied, all the carbon dioxide trapped in the second compartment is released.

제 1 및 제 2 전극에 2.5 V의 전압을 인가하였을 경우와 3 V의 전압을 인가하였을 경우 모두 제 2 구획에서 순도가 약 90 부피%인 이산화탄소가 방출되었다. When a voltage of 2.5 V was applied to the first and second electrodes and a voltage of 3 V was applied to the first and second electrodes, carbon dioxide having a purity of about 90 vol% was emitted in the second compartment.

한편, 제 2 전극이 양극으로 기능하고 제 1 전극이 음극으로 기능함에 따라 제 1 구획에서는 수산화 이온이 발생하였으며, 이에 따라 제 1 구획에 혼합가스를 공급하면 이산화탄소가 포집되었다. 이후, 제 1 구획의 pH가 점점 낮아지다가 일정한 값에 도달하면 다시 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 제 1 및 제 2 전극에 4 V의 전압을 인가하여, 제 1 구획에서 생성된 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 전환하면서 제 2 구획에서 이산화탄소의 포집을 진행하였다(도 2의 10' 참조). 이러한 과정을 반복하여 혼합가스로부터 이산화탄소를 계속적으로 분리할 수 있음을 확인하였다. On the other hand, as the second electrode functions as an anode and the first electrode functions as a cathode, hydroxyl ions are generated in the first compartment, and carbon dioxide is captured when a mixed gas is supplied to the first compartment. Thereafter, when the pH of the first compartment is gradually lowered and reaches a predetermined value, a voltage of 4 V is applied to the first and second electrodes so that the first electrode becomes the anode and the second electrode becomes the cathode, Carbon dioxide was collected from the second compartment while converting the produced carbonate ion or its salt to carbon dioxide (see 10 'in FIG. 2). It was confirmed that carbon dioxide could be continuously separated from the mixed gas by repeating this process.

Figure pat00001
: 양극(anode)
Figure pat00002
: 음극(cathode)
1st EL: 제 1 전극(first electrode)
2nd EL: 제 2 전극(second electrode)
1st CP: 제 1 구획(first compartment)
2nd CP: 제 2 구획(second compartment)
CEM: 양이온 교환막(cation exchange membrane)
BM: 바이폴라막(bipolar membrane)
Mix: 혼합가스
10: 제 1 단계의 모습
20: 제 2 단계의 모습
10': 제 2 단계 후 제 1 단계의 모습
Figure pat00001
: Anode
Figure pat00002
: Cathode
1st EL: First electrode:
2nd EL: second electrode (second electrode)
1st CP: First compartment
2nd CP: second compartment
CEM: cation exchange membrane
BM: bipolar membrane
Mix: Mixed gas
10: The first stage
20: The appearance of the second stage
10 ': After the second stage, the first stage

Claims (20)

제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막; 및 상기 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획과 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획을 포함하는 장치를 이용한 이산화탄소의 분리 방법으로,
제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가하여 수산화 이온이 발생하는 제 2 구획에서 이산화탄소를 포함하는 혼합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성하는 제 1 단계; 및
제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하여 수소 이온이 발생하는 제 2 구획에서 상기 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하는 제 2 단계를 포함하는 이산화탄소의 분리 방법.
A first electrode; A second electrode; A cation exchange membrane positioned between the first electrode and the second electrode; And a pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the first compartment being located on the first electrode side and the second compartment being located on the second electrode side. to,
A first step of generating a carbonic acid ion or a salt thereof by capturing carbon dioxide in a mixed gas containing carbon dioxide in a second compartment where a first electrode is an anode and a second electrode is a cathode to generate a hydroxide ion, ; And
And a second step of recycling the carbonic acid ions or salts thereof to carbon dioxide in a second compartment where hydrogen ions are generated by applying a voltage such that the first electrode is a cathode and the second electrode is an anode. .
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극에 0.42 V 이상 10 V 이하의 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법.
The method of separating carbon dioxide according to claim 1, wherein a voltage of 0.42 V to 10 V is applied to the first and second electrodes.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합가스는 이산화탄소를 2 부피% 이상으로 포함하는, 이산화탄소의 분리 방법.
The method of claim 1, wherein the mixed gas comprises at least 2 vol% of carbon dioxide.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단계에서 제 2 구획은 전해질로 탄산염, 수산화물 혹은 이들의 혼합물을 포함하는, 이산화탄소의 분리 방법.
The method of claim 1, wherein the second compartment in the first step comprises a carbonate, hydroxide or a mixture thereof as an electrolyte.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단계에서 제 2 구획의 pH가 7 내지 9 사이의 일정한 값을 유지하면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법.
The method according to claim 1, wherein, in the first step, when the pH of the second compartment is maintained at a constant value between 7 and 9, a voltage is applied so that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode. Way.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단계에서 제 1 구획의 pH가 0 내지 3이 되면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법.
The method according to claim 1, wherein, in the first step, when the pH of the first compartment is 0 to 3, the voltage is applied so that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단계에서 제 2 구획 내 탄산계 이온의 농도가 포화 농도 이상이면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법.
The method of separating carbon dioxide according to claim 1, wherein in the first step, when the concentration of carbonic acid ions in the second compartment is equal to or higher than the saturation concentration, a voltage is applied so that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단계의 제 2 구획 내 전기전도도의 증가량이 10 mS/cm 내지 50 mS/cm이 되면, 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법.
The method according to claim 1, wherein, when the amount of increase in the electrical conductivity in the second section of the first step is 10 mS / cm to 50 mS / cm, a voltage is applied so that the first electrode becomes the cathode and the second electrode becomes the anode , A method for separating carbon dioxide.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극에 0.83 V 내지 2 V의 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법.
The method of claim 1, wherein a voltage of 0.83 V to 2 V is applied to the first and second electrodes.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합가스를 pH 3.5 내지 7의 물과 접촉시킨 후 제 2 구획에 주입하는, 이산화탄소의 분리 방법.
The method of separating carbon dioxide according to claim 1, wherein the mixed gas is contacted with water having a pH of 3.5 to 7 and then injected into the second compartment.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단계의 제 2 구획에서는 상기 혼합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성하고, 이산화황을 포집하여 아황산 이온 또는 이의 염을 생성하는, 이산화탄소의 분리 방법.
The separation method of carbon dioxide according to claim 1, wherein the second compartment in the first step collects carbon dioxide in the mixed gas to produce carbonic acid ions or salts thereof, and collects sulfur dioxide to produce sulfite ions or salts thereof .
제 11 항에 있어서, 상기 제 2 단계의 제 2 구획에서는 상기 탄산계 이온 또는 이의 염을 이산화탄소로 재전환하고, 상기 아황산 이온 또는 이의 염으로부터 황산 이온 또는 이의 염을 생성하는, 이산화탄소의 분리 방법.
12. The method of separating carbon dioxide according to claim 11, wherein in the second section of the second step, the carbonic acid ion or its salt is converted into carbon dioxide and the sulfate ion or a salt thereof is produced from the sulfite ion or a salt thereof.
제 12 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극에 1.03 V 내지 2 V의 전압을 인가하는, 이산화탄소의 분리 방법.
13. The method of claim 12, wherein a voltage of 1.03 V to 2 V is applied to the first and second electrodes.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 단계 후에 다시 제 1 단계를 반복하는, 이산화탄소의 분리 방법.
The method of claim 1, wherein the first step is repeated after the second step.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 단계는 제 1 구획에서 이산화탄소를 포함하는 혼합가스 내 이산화탄소를 포집하여 탄산계 이온 또는 이의 염을 생성하는, 이산화탄소의 분리 방법.
The method for separating carbon dioxide according to claim 1, wherein the second step comprises capturing carbon dioxide in a mixed gas containing carbon dioxide in the first compartment to produce a carbonic acid ion or a salt thereof.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단계에서 제 2 구획은 전해질로 탄산염, 수산화물 혹은 이들의 혼합물을 포함하고, 상기 제 2 단계에서 제 1 구획은 전해질로 탄산염, 수산화물 혹은 이들의 혼합물을 포함하는, 이산화탄소의 분리 방법.
The method of claim 1, wherein the second compartment in the first stage comprises a carbonate, hydroxide or a mixture thereof as an electrolyte, and the first compartment in the second stage comprises a carbonate, hydroxide, A method for separating carbon dioxide.
제 15 항에 있어서, 상기 제 2 단계 후에 반복된 제 1 단계의 제 1 구획에서 탄산계 이온 또는 이의 염이 이산화탄소로 재전환되는, 이산화탄소의 분리 방법.
16. The method of claim 15, wherein the carbonic acid ion or salt thereof is recycled to carbon dioxide in the first compartment of the first stage, which is repeated after the second step.
제 1 항에 있어서, 상기 장치로 제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 하나의 바이폴라막; 상기 제 1 전극과 바이폴라막 사이 및 바이폴라막과 제 2 전극 사이에 위치하는 2 개의 양이온 교환막; 상기 각각의 양이온 교환막에 의해 분리된 두 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 2 개의 제 1 구획과 제 2 전극 측에 위치하는 2 개의 제 2 구획을 포함하는 장치를 이용하는, 이산화탄소의 분리 방법.
2. The device of claim 1, wherein the device comprises: a first electrode; A second electrode; A bipolar membrane positioned between the first electrode and the second electrode; Two cation exchange membranes between the first electrode and the bipolar membrane and between the bipolar membrane and the second electrode; Two pairs of first and second compartments separated by the respective cation exchange membranes and including two first compartments located on the first electrode side and two second compartments located on the second electrode side, A method for separating carbon dioxide.
제 1 항에 있어서, 상기 장치로 제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 2 개 이상의 바이폴라막; 제 1 전극과 바이폴라막 사이, 바이폴라막과 바이폴라막 사이 및 바이폴라막과 제 2 전극 사이에 위치하는 3 개 이상의 양이온 교환막; 상기 각각의 양이온 교환막에 의해 분리된 3 쌍 이상의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 3 개 이상의 제 1 구획과 제 2 전극 측에 위치하는 3 개 이상의 제 2 구획을 포함하는 장치를 이용하는, 이산화탄소의 분리 방법.
2. The device of claim 1, wherein the device comprises: a first electrode; A second electrode; Two or more bipolar membranes positioned between the first electrode and the second electrode; Three or more cation exchange membranes between the first electrode and the bipolar membrane, between the bipolar membrane and the bipolar membrane, and between the bipolar membrane and the second electrode; Three or more pairs of first and second compartments separated by the respective cation-exchange membranes, wherein the first and second compartments include at least three first compartments located on the first electrode side and three or more second compartments located on the second electrode side A method of separating carbon dioxide using a device.
이산화탄소를 포함하는 혼합가스 내의 이산화탄소 분리 시스템으로,
제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막; 상기 양이온 교환막에 의해 분리된 한 쌍의 제 1 및 제 2 구획으로서, 제 1 전극 측에 위치하는 제 1 구획과 제 2 전극 측에 위치하는 제 2 구획; 및 상기 제 1 전극이 양극이 되고 제 2 전극이 음극이 되도록 전압을 인가한 후, 다시 상기 제 1 전극이 음극이 되고 제 2 전극이 양극이 되도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치를 포함하는 이산화탄소 분리 시스템.
A carbon dioxide separation system in a mixed gas comprising carbon dioxide,
A first electrode; A second electrode; A cation exchange membrane positioned between the first and second electrodes; A pair of first and second compartments separated by the cation exchange membrane, the compartment being located in a first compartment and a second compartment located on the first electrode side; And a power supply device for applying a voltage such that the first electrode becomes an anode and the second electrode becomes a cathode, and then applies a voltage such that the first electrode becomes a cathode and the second electrode becomes an anode, system.
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