《마그네사이트와 흑연, 규석과 희토류광물을 비롯하여 우리 나라에 풍부한 자원과 우리의 기술로 세계적인 패권을 쥘수 있는 경제분야를 개척하고 발전시키는데 커다란 힘을 넣어야 합니다.》
우리는 자력갱생의 기치높이 경제건설과 인민생활향상에서 혁명적전환을 일으킬데 대한 당의 호소를 높이 받들고 인민생활에서 중요한 의의를 가지는 먹는물생산의 정상화를 보장할수 있는 소독수제조용전극을 우리 나라에 흔한 천연흑연을 원료로 하여 국산화하기 위한 연구사업을 진행하였다.
현재 대규모의 음료수생산지들에서는 소독수의 실시간생산 및 공급을 위한 전극으로서 귀금속을 촉매로 입힌 티탄전극이 널리 쓰이고있다.
티탄전극은 사용수명이 길고 생태학적으로 깨끗하며 전해조건의 제한을 크게 받지 않는 우점이 있는 반면에 원가가 높고 전해과정에 음양극의 응력차이에 의한 변형때문에 단락현상을 일으키면서 전력소비를 증대시키며 어디서나 쉽게 만들수 없는 결함이 있다.
지금 세계적으로 대규모의 음료수생산을 위한 소독은 크게 기체염소에 의한 소독과 실시간생산 및 공급(ON-SITE GENERATER)체계로 된 소금물 또는 바다물전기분해에 의하여 만들어지는 차아염소산나트리움용액에 의한 소독 그리고 분말형차아염소산칼시움에 의한 소독 등으로 진행되고있다. 일부 중소규모의 물처리공정들에서 오존에 의한 소독과 자외선에 의한 소독, 생물활성려과에 의한 소독 등과 그것들의 복합형체계를 이룬 소독 등으로 소독공정을 꾸리고있다.
대부분의 실시간생산 및 공급체계에서 리용하는 소독수제조용전극으로는 귀금속촉매를 입힌 치수안정화된 티탄전극이 쓰이고있으며 일부 소규모적인 생산지들에서 흑연전극을 리용하고있다. 흑연전극은 원가가 눅은 반면에 사용과정에 전극면의 부식과 마모에 의한 손실이 큰것으로 하여 널리 쓰이지 못하고있다.
그러한 흑연전극조차도 천연흑연을 원료로 하면 인조흑연을 쓸 때보다 사용수명이 훨씬 짧은것으로 되여있다.
우리는 천연흑연을 기본으로 하면서 여기에 유리상무기질결합제와 나노복합촉매를 혼합한 혼합물을 성형, 소결 등과 같은 일정한 공정을 거쳐 제작한 흑연전극이 대규모소독수생산조건에 완전히 부합되도록 함으로써 새로운 방식의 소독용전극을 개발하였다.
지금까지 리용되고있는 흑연전극은 양극에서 방출하는 Cl2과 O2, NaClO과 같은 강한 부식성물질들과 부단히 접촉하는 과정에 산화와 탈락현상을 일으키면서 수명이 기껏해서 규격이 길이20×너비20×두께0.5(cm)인 경우 한주일정도밖에 되지 않으며 그것도 천연흑연으로는 절대로 담보할수 없는것으로 되여있다.
여기서는 산 및 알카리처리를 거친 천연흑연(린상)을 50~70wt%로 하고 여기에 염소과전압은 될수록 낮추고 산소과전압은 될수록 높여주는 무기질유리상결합제를 넣어줌으로써 흑연전극의 산화를 방지하고 염소의 생성량을 높일수 있게 하였다.
무기질결합제는 일종의 유리성분들로서 그것은 흑연전극내부에서 유리상을 이루면서 흑연립자들을 잡아주는 방법으로 전극의 결합과 기계적특성을 높인다.
흑연은 일반적으로 금속보다 인성이 훨씬 작으며 더우기 우리가 개발한 흑연전극은 소독수제조를 위한것으로서 사용수명을 늘이기 위해 무기질결합제를 많이 넣었기때문에 비저항이 크다. 따라서 이에 맞게 활성염소의 농도를 높이기 위해서는 염소과전압은 될수록 낮추고 산소과전압을 높여 많은 량의 염소를 발생시키도록 해야 하는데 이를 위해서는 적당한 촉매를 리용할 필요가 있다. 현재 티탄전극에서 광범히 리용되고있는 촉매는 백금이나 이산화루테니움, 산화이리디움으로서 값이 대단히 비싸고 촉매제작공정이 어느 정도 힘들다.
본 기사에서는 희토류원소가 들어있는 산화물을 담체로 하고 여기에 나노급의 나노이산화망간을 일정한 비률로 침투시켜 높은 염소발생능력을 나타낼수 있는 복합나노촉매를 개발하였다.
나노복합촉매의 량은 흑연전극전체질량의 2.5wt% 게 하였다.
이렇게 만든 흑연전극의 활성염소농도는 티탄전극에 비하여 85%이상이고 사용수명은 티탄전극과 동일한 조건에서 티탄수명의 1/3정도로서 원가가 티탄전극의 1/5~1/7정도이다.
우리가 개발한 소독수용흑연전극은 현재 상하수도분야의 수원지들에서 소금물전기분해에 의한 대규모소독수제조용전극으로 효과적으로 리용되고있다.
앞으로 흑연전극의 사용수명을 더 늘이고 활성염소생산을 티탄전극과 동일한 수준으로 만들기 위한 연구사업을 보다 심화시켜야 할 필요가 있다. 이에 맞게 결합재조성 및 촉매성분에 대한 연구를 심도있게 진행하려고 한다.
