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Design of electrochemical system for simultaneous removal and utilization of $CO_2$ and $SO_2$ in flue gas = 배가스 내 $CO_2$, $SO_2$ 동시 제거 및 유용화를 위한 전기화학 시스템 설계
서명 / 저자 Design of electrochemical system for simultaneous removal and utilization of $CO_2$ and $SO_2$ in flue gas = 배가스 내 $CO_2$, $SO_2$ 동시 제거 및 유용화를 위한 전기화학 시스템 설계 / Uk Jeong.
저자명 Jeong, Uk ; 정욱
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2018].
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8031748

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초록정보

Sulfur dioxide ($SO_2$) emissions, primarily from coal-fired power plant, should be and has been regulated due to adverse effects on humans and environment. Among flue gas desulfurization (FGD), scrubbing with sodium hydroxide (NaOH) is often used, but it requires the adjustment of pH from 4 to 5.5 to avoid carbon dioxide ($CO_2$) absorption into the form of bicarbonate ion, which slows down the kinetics of $SO_2$ absorption. In this study, NaOH-based absorbent with high pH, in which $SO_2$ and $CO_2$ were simultaneously absorbed, was incorporated into a functional electrochemical system, which contributes to: (1) purifying $CO_2$ up to the concentration of 90 %; (2) mineralizing $SO_2$ into the form of $Na_2$$SO_4$; (3) and finally producing hydrogen, which is a potential energy carrier. As a result, using graphite electrodes, demonstration of expected reaction at both anode and cathode been made. When voltages applied, pH, sulfate concentration, TIC increased and decreased as expected. At 3V, sulfite oxidation would be concluded within 3 hours, and its faraday efficiency is close to 100%. In reality, high purity of $CO_2$ and $H_2$ gas would be generated. Graphite electrode, however, proved to be an unsuitable electrode for this cell by result of TIC and gas volume. Among precious metal catalysts, platinum turned out to be the best catalyst for sulfite oxidation from LSV and CV results.

이산화황은 주로 석탄 발전소에서 많이 배출되며, 인간과 환경에 많은 악영향을 끼친다고 알려져 있어 철저히 규제되고 있다. 탈황 공정 중 자주 사용되는 공정은 바로 수산화 나트륨을 사용하여 미네랄화 시키는 공정이다. 하지만 배가스 내 포함되어있는 이산화탄소 또한 중탄산이온의 형태로 쉽게 용해될 수 있는 까닭에 pH를 4~5.5 사이, 즉 약산의 형태로 조절한 용액을 사용하고 이는 이산화황의 흡수 속도를 굉장히 낮춘다. 따라서 이 연구에서는 강염기의 용액을 흡수제로 사용하여 이산화탄소와 이산화황을 동시에 빠른 속도로 음이온의 형태로 흡수 후 (1) 흡수된 이산화탄소를 고농도의 이산화탄소 가스로 농축, (2) 흡수된 이산화황을 황산나트륨 염의 형태로 전환, (3) 에너지 운반체의 역할을 하는 고농도의 수소 가스를 생산 할 수 있는 전기 화학시스템을 설계하였다. 실험 결과, 흑연 전극을 양쪽 전극으로 사용하여, 원하는 반응이 일어남을 보였다. 전기화학 시스템에 전압을 가했을 때, 양극 용액의 pH 및 탄산염의 농도가 낮아지고, 황산 이온 농도가 높아졌다. 3V의 전압에서 약 3시간 만에 아황산 이온의 산화 반응이 종결되었고, 패러데이 효율은 100%에 가깝다. 또한 고농도의 이산화탄소 및 수소 가스가 실제로 생성되었다. 하지만 흑연 전극이 이 전기화학 셀의 적합하지 않음을 TIC 및 생성된 이산화탄소 가스의 부피에 의해 증명되었고, 귀금속 촉매 중 백금이 아황산 이온의 산화에 적합한 물질임을 LSV와 CV 결과로 증명하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MCE 18001
형태사항 iv, 27 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 정욱
지도교수의 영문표기 : Jong In Han
지도교수의 한글표기 : 한종인
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 건설및환경공학과,
서지주기 References : p. 24-26
주제 $CO_2$
$SO_2$
electolysis
simultaneous removal
mineralization
$H_2$ gas production
이산화탄소
이산화황
전기분해
동시 제거
미네랄화
수소 가스 생산
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