Recently, flow capacitive deionization (FCDI) has been considered as continuous and scalable deionization technology for sea and brackish water desalination. However, the electrochemical and flow properties of the flow electrode need to be improved to minimize energy consumption. To overcome this limitation, we have designed flow-CDI process using suspended carbon flow-electrode and compared with static capacitive deionization (SCDI) and reverse osmosis (RO) in respect of performance assessment and energy analysis. The salt adsorption capacity reached $116.5 mg g^{-1}$ which is almost 30 times higher than typical SCDI, which has fixed carbon electrode thin-layered with ion exchanger. FCDI had more energy consumption than SCDI because of higher electrical resistance of flow electrode. Increasing the mass loading from 5 to 20 wt% decreased the deionization energy consumption to the level of SCDI. FCDI was more competitive in lower than 3,000mg/L salinity compared with theoretical minimum energy of RO at 50 % recovery in seawater ($1.06 kwh/m^3$), which is one of the dominant commercial desalination technologies. Development of energy recovery technology in FCDI is necessary to be fully commercialized in the higher salinity area.
최근, 흐름 축전식 탈염 (FCDI)은 해수와 기수 담수화를 위한 연속적이고 대용량화가 가능한 탈염 기술로 검토되어 왔다. 그러나, 흐름 전극의 전기화학 및 흐름 특성은 에너지 소비량을 최소화하기 위해 개선될 필요가 있다. 이를 극복하기 위해, 우리는 현탁 탄소 흐름전극을 사용한 흐름 축전식 탈염 공정을 설계하였고 이를 성능평가와 에너지 해석의 관점에서 고정 축전식 탈염기술 (SCDI) 및 역삼투 기술 (RO)과 비교 검토하였다. 흐름 전극의 이온 흡착 용량은 $116.5 mg g^{-1}$ 이었고, 이는 이온교환막이 얇게 코팅된 고정탄소전극인 SCDI와 대비하여 약 30 배 높게 구현되었다. FCDI는 흐름전극의 전기저항이 높기 때문에 SCDI 대비 에너지 소비량이 더 높게 나타났다. 흐름전극의 탄소함량을 5에서 20 wt%로 증가시키면 탈염 에너지 소비량이 SCDI 수준까지 감소함을 볼 수 있었다. FCDI는 상업적으로 널리 쓰이는 RO와 비교했을 시, 3000 mg/L의 염도보다 낮은 영역에서 에너지 측면에서 더 경쟁력을 가짐을 볼 수 있었다. 높은 염도에서도 FCDI의 상업화를 위해서는 에너지 회수 기술 개발이 반드시 필요하다.
