Na0.44MnO2 전극의 선택성과 고순도 수산화칼륨 제조 공정에의 적용

Abstract

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