창조테크노

제품소개

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전기분해 (Electrolysis)

전기분해 (전해)란

전기분해를 공정으로 하는 기술로서는 염소-알칼리 산업을 위시하여 물의 전기분해, 유기물의 합성, 금속의 도금 등의 산업적으로 중요한 것이 많이 있습니다.

전기분해란 자발적으로 산화·환원반응이 일어나지 않는 경우에 전기에너지를 이용하여 비자발적인 반응을 일으키는 것을 전기분해라 말합니다. 전기 분해시 음극에서는 용액중의 양이온이 전자를 받아 환원 반응이 일어나고 반면 양극에서는 용액 중의 음이온이 전자를 잃고 산화 반응이 일어납니다.

창조테크노에서는 전기분해 장치에 이용되는 고분자 이온 교환막과 멤브레인 모듈(스택), 장치를 주문형으로 실험용에서 산업용까지 다양하게 제작하고 있습니다.

다음은 가장 널리 쓰이는 염소-알칼리 공정입니다.

그림1 - PILOT용 전해 장치

염소-알칼리 공정

이온 교환막법 NaCl → Na⁺ + Cl^-

음극 : 2H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH^- (H원자 환원)

양극 : 2Cl^- → Cl₂ + 2e^- (Cl원자 산화)

그림1 전기분해 설명

전해액종의 염화물이온이 Anode을 향해 이동하고 Anode에 전자를 넘겨준 Cl원자는 다른 염소와 결합하여 염소문자(Cl2)로 됩니다.
2Cl^- - 2e^- → Cl₂

전해액종의 Na+이온은 Cl-와 반대로 Cathode로 향하지만 물분자가 전자를 받아 수소가스을 발생합니다.
2H⁺ + 2e^- → H₂

Na⁺ 이온과 OH^- 이온이 전해액에 남게되고 가성소다 알칼리액을 형성하게 됩니다.

고분자막 전기 분해 장치

그림2 고분자막 전기 분해 장치

멤버레인은 소금물을 염소, 수소, 가성소다로 전환하기 위해 사용됩니다.

전극사이에는 셀을 2개로 분리하기 위해 이온교환막을 설치합니다.

Chlorine

Hydrogen

Brine

Sodium hydroxide
solution

그림3 고분자 전기분해장치에서 이온의 이동

염소(Chlorine), 수산화이온(OH-)은 Anode로 향하게 됩니다.

양이온인 H+와 Na+ 이온은 음극을 향하게 됩니다.

양이온 교환막은 Na+이온만을 음극쪽으로 통과하게 합니다.

음이온이 OH-이온은 이온교환막에 막히게 됩니다.

기타의 응용

1. 염화동(II) 수용액의 전기 분해

CuCl₂ → Cu²⁺ + 2Cl^-

음극 : Cu²⁺ + 2e^- → Cu (Cu 원자 환원)

양극 : 2Cl^- → Cl₂ + 2e^- (Cl 원자 산화)

2. 황산구리(II) 수용액의 전기 분해

CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄^2-

< 백금 전극 사용 >

음극 : Cu²⁺ + 2e^- → Cu (Cu 원자 환원)

양극 : 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e^- (O 원자 산화)

< 동전극 사용 >

음극 : Cu²⁺ + 2e^- → Cu (Cu 원자 환원)

양극 : Cu → Cu²⁺ + 2e^- (Cu 원자는 산화)

3. 물의 전기 분해

< 수산화 나트륨 수용액 > NaOH → Na⁺ + OH^-

음극 : 2H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH^- (H 원자 환원)

양극 : 4OH^- → 2H₂O + O₂ + 4e^- (O 원자 산화)

< 희황산 > H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

음극 : 2H⁺ + 2e^- → H₂ (H 원자 환원)

양극 : 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e^- (O 원자 산화)

4. 전해 공업

< 수산화 나트륨 >

이온 교환막법 NaCl → Na⁺ + Cl^-

음극 : 2H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH^- (H 원자 환원)

양극 : 2Cl^- → Cl₂ + 2e^- (Cl 원자 산화)

< 알루미늄 >

용융염 전해 2Al2O3 → 4Al₃ + + 6O₂^-

음극 : Al³⁺ + 3e^- → Al (Al 원자 환원)

양극 : 2O^2- + C → CO₂ + 4e^- (C 원자 산화)

< 동 >

전기분해 정련 CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄^2-

음극 : Cu²⁺ + 2e^- → Cu (순동) (Cu 원자 환원)

양극 : Cu (조동) → Cu²⁺ + 2e^- (Cu 원자 산화)