극 전환 후 백금 코팅 전극 표면의 Pt/PtOx 비율과 염소 발생 효율 간의 관계

Abstract

최근 들어, 전기화학적 염소 발생 시스템으로 DSA 전극 이외에 백금 코팅 전극을 주기적으로 극 전환시켜 저 농도 소금물에서 염소를 발생시키는 공정이 주목 받고 있다. 백금 코팅 전극은 장시간 산화 전류에 노출될 경우 전극 표면에 산화물층이 형성되는 부동화 현상으로 인해 염소 발생 효율이 감소하는데, 극 전환을 통해 염소 발생 효율을 향상시키고 유지하는 것은 물론 반대 전극의 스케일 생성을 억제할 수 있다. 이 때, 극 전환 주기에 따라 극 전환 후 백금 코팅 전극의 염소 발생 효율이 향상되는 정도가 달라진다. 이는 백금 코팅 전극에 환원 전류가 인가될 때 백금 활성 사이트가 재생성 되어 염소 발생 효율이 향상되는 메커니즘 때문으로 알려져 있으나 그 원인에 대한 정량적 분석이 부족하다. 본 논문에서는 전극 표면의 백금과 백금 산화물의 정량적 비율이 염소 발생 효율과 어떠한 관계를 갖는지에 주목하여 극 전환 주기에 따라 (30 s, 60 s, 90 s, 120 s, 600 s) 백금 코팅 전극 표면의 Pt/PtOX 비율과 염소 발생 효율 간의 관계를 알아보고자 하였다. 이를 위해 먼저 극 전환하지 않았을 때와 극 전환했을 때 염소 발생 효율 변화를 관찰하였고, 0.1 M NaCl 용액에서 극 전환 주기 별로 1시간 극 전환 후 백금 코팅 전극 표면의 Pt/PtOX 비율을 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) 정량 분석을 통해 측정하였다. 이를 통해, 백금 코팅 전극 표면의 Pt/PtOX 비율과 염소 발생 효율이 로그함수적 비례 관계를 갖고 있음을 실험적으로 확인하였다.

Pt coated electrode undergoes passivation because of the formation of an oxides film on the electrode surface and loses its initial activity quickly. And calcareous deposits which are formed on the counter electrode cause to reduce a disinfection performance. In order to solve these problems, periodic polarity reversal operation using platinum coated electrode has been introduced as an enhanced electrolytic chorine generation from dilute aqueous solution. However, the reason for enhanced chlorine generation efficiency on Pt coated electrode after polarity reversal is still unknown. The primary objective of this research is to investigate the relationship between the ratio of platinum to platinum oxides (Pt/PtOx ratio) on Pt coated electrode surface and chlorine generation efficiency with different polarity reversal periods (30, 60, 90, 120, 600 s). It is observed that Pt coated electrode shows dramatic decrease in chlorine generation efficiency in 0.1 M NaCl solution and chlorine generation efficiency increased with Pt/PtOx ratio after polarity reversal operation. In this regard, we confirmed that the relationship between Pt/PtOx ratio on the electrode surface and chlorine generation efficiency shows logarithmic increase. With this result, we propose that chlorine generation efficiency on Pt coated electrode can be optimized by controlling Pt/PtOx ratio on the electrode surface.