JP2011183375A - Absorbent made of nano line structure and method for producing nano line structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナノ線構造体よりなる吸着剤及びナノ線構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to an adsorbent comprising a nanowire structure and a method for producing the nanowire structure.
従来、多様な成分と形態のナノ物質が製作されている。このようなナノ物質は、物理的、化学的、機械的特性などを含む物性が既存の物質に比べて優れていることが知られている。特に、ナノ物質は、既存の物質に比べて表面積が広くて、ガス、イオン及び分子のような物質に対する吸着力に優れていて、表面処理によって特定の物質を除去することができ、高機能高効率のフィルタ素材やエネルギー貯蔵媒体素材などにおいて多くの研究と開発が進行されている。 Conventionally, various materials and forms of nanomaterials have been produced. Such nanomaterials are known to be superior to existing materials in physical properties including physical, chemical and mechanical properties. In particular, nanomaterials have a larger surface area than existing materials, have superior adsorption power to materials such as gases, ions, and molecules, and can remove specific materials by surface treatment. Much research and development is underway on efficient filter materials and energy storage media materials.
ナノ物質を多様な分野に効果的に適用するためには、大きく且つ所望の形態の構造体で製作することが必要であり、これを容易に製作する技術が開発されなければならない。現在商用化されているナノ構造体の製作技術は、大きく、トップダウン方式とボトムアップ方式を使用している。しかし、大部分をポリマーのような支持体を利用するか、またはナノ電子素子、ナノセンサーなどの微小構造体を製作することに限定されていて、フィルタやエネルギー貯蔵媒体として使用することができる大きく且つ多様な形態の巨視的構造体を製作するのに大きな困難がある。しかし、最近、新しい方式でこれを解決しようとする多くの研究が活発になされている。 In order to effectively apply nanomaterials to various fields, it is necessary to manufacture a large and desired structure, and a technology for easily manufacturing the structure must be developed. Currently, nanostructure fabrication technologies that are commercially available are large, using a top-down method and a bottom-up method. However, it is mostly limited to utilizing a support such as a polymer, or fabricating a microstructure such as a nanoelectronic element or nanosensor, and can be used as a filter or energy storage medium. In addition, there are great difficulties in fabricating various forms of macroscopic structures. Recently, however, many studies have been actively conducted to solve this problem using a new method.
このような例の１つとして、石英管の内壁に多重壁炭素ナノチューブを形成させて、炭素ナノチューブだけよりなり、直径と長さが最大で数ｃｍ、厚さが３００〜５００μｍに至るフィルタを製造する方法が挙げられる。製造された炭素ナノチューブフィルタは、水に含まれたバクテリアやウイルスの濾過が可能であり、石油の中に含まれた重質炭化水素の除去が可能であり、また、ベンゼンとナフタレン混合物の分離も可能である。しかし、製造方法が複雑であり、高価なので、実際工程に使用しにくい。 As one such example, a multi-walled carbon nanotube is formed on the inner wall of a quartz tube to produce a filter consisting of only carbon nanotubes, with a maximum diameter and length of several centimeters and a thickness of 300 to 500 μm. The method of doing is mentioned. The produced carbon nanotube filter can filter bacteria and viruses contained in water, remove heavy hydrocarbons contained in petroleum, and also separate benzene and naphthalene mixture. Is possible. However, since the manufacturing method is complicated and expensive, it is difficult to use in an actual process.
他の例として、チタニウム酸化物ナノ線で構成された板状構造体を製作する方法が挙げられる。このようなナノペーパーは、普通ペーパーのように手で折り畳むか、または、はさみで切って、三次元形態に加工することが可能であり、光によって化学的構成が変わる光触媒特性を有していて、多様な分野に活用されることができる。 Another example is a method of manufacturing a plate-like structure composed of titanium oxide nanowires. Such nanopaper can be folded by hand like ordinary paper, or cut with scissors and processed into a three-dimensional form, and has photocatalytic properties that change its chemical composition by light. Can be used in various fields.
さらに他の例として、酸化マンガンカリウムナノ線で水と油が混合したとき、油だけを除去するナノペーパータオルを製作する方法が挙げられる。このナノペーパーは、自体重さの２０倍に該当する油を吸収することができ、海に流出された油及び汚染物質を除去するのに活用されることができる。 Yet another example is a method of producing a nano paper towel that removes only oil when water and oil are mixed with potassium manganese oxide nanowires. The nanopaper can absorb oil corresponding to 20 times its own weight and can be used to remove oil and pollutants that have flowed into the sea.
しかし、前述した利点があるにもかかわらず、このような方法は、現実的に製造工程が複雑であり、材料が高価なので、普及段階に至らないという問題点がある。 However, in spite of the above-mentioned advantages, such a method has a problem that the manufacturing process is actually complicated and the material is expensive, so that it does not reach the diffusion stage.
本発明の目的は、多様な形状と大きさのナノ線構造体よりなる吸着剤と、ナノ線構造体をより容易に製造する方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an adsorbent composed of nanowire structures having various shapes and sizes, and a method for more easily producing the nanowire structures.
上記目的を達成するために、本発明の一構成によるナノ線構造体よりなる吸着剤は、ナノ線溶液からナノ線を凝集し、前記凝集されたナノ線を乾燥して形成される。 In order to achieve the above object, an adsorbent comprising a nanowire structure according to one configuration of the present invention is formed by aggregating nanowires from a nanowire solution and drying the aggregated nanowires.
上記ナノ線構造体は、多孔性構造であることができる。 The nanowire structure may be a porous structure.
上記ナノ線構造体は、表面に化学反応基を含むことができる。 The nanowire structure may include a chemically reactive group on the surface.
上記化学反応基は、アミン分子またはシリコン分子を含むことができる。 The chemically reactive group can include an amine molecule or a silicon molecule.
上記化学反応基は、アミノプロピルトリエトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、またはポリジメトキシシロキサン（ＰＤＭＳ）であることができる。 The chemically reactive group can be aminopropyltriethoxysilane, aminopropyltrimethoxysilane, or polydimethoxysiloxane (PDMS).
上記ナノ線構造体は、板状またはバルク形態であることができる。 The nanowire structure may be a plate or a bulk form.
上記ナノ線構造体は、表面積が１ｍｍ２乃至１ｍ２であることができる。 The nanowire structure may have a surface area of 1 mm 2 to 1 m 2 .
上記ナノ線構造体は、バナジウム五酸化物（Ｖ２Ｏ５）を基盤とすることができる。 The nanowire structure can be based on vanadium pentoxide (V 2 O 5 ).
上記ナノ線構造体は、半導体、金属、絶縁体、またはこれらのうち２つ以上の組み合わせで構成されることができる。 The nanowire structure may be composed of a semiconductor, a metal, an insulator, or a combination of two or more thereof.
上記半導体は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ、炭素ナノチューブ、またはこれらのうち２つ以上の組み合わせよりなることができる。 The semiconductor can be made of Si, Ge, GaAs, GaN, GaP, InP, ZnS, ZnO, In 2 O 3 , SnO, carbon nanotubes, or a combination of two or more thereof.
上記金属は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｌｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、またはこれらのうち２つ以上の組み合わせよりなることができる。 The above metals are Au, Ag, Al, Ni, Pt, Pd, Mg, Ti, Li, Cr, Fe, Ce, Mo, Sn, Be, V, Co, Cu, Zn, Nb, In, Ta, W, Ir or a combination of two or more of these may be used.
上記絶縁体は、ＳｉＯ２またはＴｉＯ２であることができる。 The insulator can be SiO 2 or TiO 2 .
本発明の他の構成によるナノ線構造体よりなる吸着剤は、ナノ線溶液からナノ線をフィルタ媒体に凝集させて複合体を形成し、前記複合体を乾燥して製造される。 An adsorbent comprising a nanowire structure according to another configuration of the present invention is manufactured by aggregating nanowires from a nanowire solution into a filter medium to form a composite, and drying the composite.
上記フィルタ媒体と前記凝集されたナノ線は、前記複合体内で個別特性が維持されることができる。 The filter media and the aggregated nanowires can maintain individual characteristics within the composite.
上記ナノ線構造体よりなる吸着剤を備える、フィルタ。 A filter comprising an adsorbent comprising the nanowire structure.
本発明の一構成によるナノ線構造体の製造方法は、ナノ線溶液を製造する段階と、前記製造されたナノ線溶液からナノ線を凝集する段階と、前記凝集されたナノ線を乾燥する段階と、を含む。 A method of manufacturing a nanowire structure according to one configuration of the present invention includes a step of manufacturing a nanowire solution, a step of aggregating nanowires from the manufactured nanowire solution, and a step of drying the aggregated nanowires And including.
上記ナノ線構造体の表面特性を調節するための表面処理段階をさらに含むことができる。 The method may further include a surface treatment step for adjusting the surface characteristics of the nanowire structure.
上記表面処理段階は、プラズマを利用した表面改質段階を含むことができる。 The surface treatment step may include a surface modification step using plasma.
上記ナノ線の凝集は、前記製造されたナノ線溶液を温度調節またはｐＨ調節して行われることができる。 Aggregation of the nanowires can be performed by adjusting the temperature or pH of the prepared nanowire solution.
上記ナノ線の乾燥は、凍結乾燥、超臨界乾燥、または常温常圧乾燥法を利用して行われることができる。 The nanowire may be dried using freeze drying, supercritical drying, or room temperature and atmospheric pressure drying.
本発明の他の構成によるナノ線構造体の製造方法は、ナノ線溶液を製造する段階と、前記製造されたナノ線溶液からナノ線をフィルタ媒体に凝集させて複合体を形成する段階と、前記複合体を乾燥する段階と、を含む。 A method of manufacturing a nanowire structure according to another configuration of the present invention includes a step of manufacturing a nanowire solution, a step of aggregating nanowires from the manufactured nanowire solution into a filter medium to form a composite, Drying the complex.
本発明によるナノ線構造体よりなる吸着剤は、揮発性有機化合物及び悪臭を同時に除去するガスフィルタ分野と、油及び汚染物質を除去する流体フィルタ分野において産業的に使用されることができる。 The adsorbent comprising the nanowire structure according to the present invention can be used industrially in the field of gas filters that simultaneously remove volatile organic compounds and malodors, and in the field of fluid filters that remove oil and contaminants.
本発明によるナノ線構造体の製造方法によれば、ナノ線構造体を所望の形態と大きさで製造することができる。 According to the method for producing a nanowire structure according to the present invention, the nanowire structure can be produced in a desired form and size.
表面積が広いナノ線だけで構造体を製造することができ、揮発性有機化合物や悪臭、または水中に含まれた油や汚染物質の除去能力を向上させることができる。 A structure can be manufactured only with nanowires having a large surface area, and the ability to remove volatile organic compounds, malodors, oils and contaminants contained in water can be improved.
また、ナノ線構造体の表面処理を通じて親水性または疎水性など多様な表面特性を付与することができ、有害ガスなど多様な物質を吸着して除去することができる。 In addition, various surface characteristics such as hydrophilicity or hydrophobicity can be imparted through the surface treatment of the nanowire structure, and various substances such as harmful gases can be adsorbed and removed.
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲は下記実施例に限定されるものではない。なお、図面において、本発明を明確に説明するために、説明と関係ない部分を省略し、明細書全般において、同一の参照符号は同一の構成要素を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can implement. However, the present invention can be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples. In the drawings, for the purpose of clearly describing the present invention, portions not related to the description are omitted, and the same reference numerals denote the same components throughout the specification.
また、明細書全般において、或る部分が任意の構成要素を「含む」とするとき、これは、特に制限される記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。また、明細書に記載された「…部」、「…器」などの用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味する。 In addition, throughout the specification, when a part “includes” an arbitrary component, this does not exclude the other component unless there is a particularly limited description. It can be further included. In addition, terms such as “... Unit” and “... Container” described in the specification mean a unit for processing at least one function or operation.
本発明の実施形態においては、ナノ線構造体を吸着剤、またはこの吸着剤を備えるフィルタとして利用する場合を例に取って説明する。しかし、ナノ線構造体の用途がこれに限定されるものではない。 In the embodiment of the present invention, a case where the nanowire structure is used as an adsorbent or a filter including the adsorbent will be described as an example. However, the use of the nanowire structure is not limited to this.
図１は、本発明の一実施例によるナノ線構造体を示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view illustrating a nanowire structure according to an embodiment of the present invention.
図１を参照すれば、本発明の一実施形態によるナノ線構造体１００は、ナノ線が凝集された形態よりなる。ナノ線構造体１００は、凝集されたナノ線が巨大構造物を形成したものである。 Referring to FIG. 1, a nanowire structure 100 according to an embodiment of the present invention has a form in which nanowires are aggregated. The nanowire structure 100 is a structure in which aggregated nanowires form a giant structure.
このように形成されたナノ線構造体１００は、その特性によって有害性の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、悪臭、そして油や汚染物質を濾過する吸着剤、またはこの吸着剤を備えるフィルタとして使用されることができる。 The nanowire structure 100 thus formed is used as an adsorbent that filters harmful volatile organic compounds (VOCs), bad odors, and oils and pollutants depending on its characteristics, or as a filter including the adsorbent. Can.
ナノ線構造体１００は、その大きさと形状が多様に形成されることができるが、例えば、ナノ線構造体１００は、板状またはバルク形態であってもよい。ここで、ナノ線構造体１００としては、長さ１ｍｍ〜１ｍ、幅１ｍｍ〜１ｍ、及び厚さ１ｍｍ〜１ｍの板状とすることができる。 The nanowire structure 100 can be formed in various sizes and shapes. For example, the nanowire structure 100 may have a plate shape or a bulk shape. Here, the nanowire structure 100 may be a plate having a length of 1 mm to 1 m, a width of 1 mm to 1 m, and a thickness of 1 mm to 1 m.
また、ナノ線構造体１００は、表面積が１ｍｍ２乃至１ｍ２であってもよい。 The nanowire structure 100 may have a surface area of 1 mm 2 to 1 m 2 .
ナノ線構造体１００は、半導体、金属、絶縁体で構成されることができる。またはこれらのうち２つ以上の組み合わせで構成されてもよい。 The nanowire structure 100 can be composed of a semiconductor, a metal, or an insulator. Alternatively, a combination of two or more of these may be used.
ナノ線構造体１００が半導体よりなる場合、半導体は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ、炭素ナノチューブよりなる群から選択されることができる。または、これらのうち２つ以上の物質が組み合わせられた物質であってもよい。 When the nanowire structure 100 is made of a semiconductor, the semiconductor can be selected from the group consisting of Si, Ge, GaAs, GaN, GaP, InP, ZnS, ZnO, In 2 O 3 , SnO, and carbon nanotubes. Alternatively, a substance in which two or more of these substances are combined may be used.
ナノ線構造体１００が金属よりなる場合、金属は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｌｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒよりなる群から選択されることができる。または、これらのうち２つ以上の物質が組み合わせられた物質であってもよい。 When the nanowire structure 100 is made of metal, the metals are Au, Ag, Al, Ni, Pt, Pd, Mg, Ti, Li, Cr, Fe, Ce, Mo, Sn, Be, V, Co, Cu, It can be selected from the group consisting of Zn, Nb, In, Ta, W, Ir. Alternatively, a substance in which two or more of these substances are combined may be used.
ナノ線構造体１００が絶縁体よりなる場合、絶縁体は、ＳｉＯ２またはＴｉＯ２であることができる。 When the nanowire structure 100 is made of an insulator, the insulator can be SiO 2 or TiO 2 .
ナノ線構造体１００の構成物質について様々な例を取って説明したが、ナノ線構造体１００は、好ましくは、バナジウム五酸化物（Ｖ２Ｏ５）を基盤として、すなわちバナジウム五酸化物を主成分にして形成されることができる。しかし、ナノ線構造体１００の成分がこれらに限定されるものではない。 Although various examples of the constituent materials of the nanowire structure 100 have been described, the nanowire structure 100 is preferably based on vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), that is, vanadium pentoxide is mainly used. It can be formed as a component. However, the components of the nanowire structure 100 are not limited to these.
以下、このようなナノ線構造体の吸着原理について説明する。これは、ナノ線が有する特徴をそのまま活用したものである。 Hereinafter, the principle of adsorption of such a nanowire structure will be described. This utilizes the characteristics of nanowires as they are.
運動量を有する粒子状物質が吸着剤に流入されたとき、このような粒子状物質は、ナノ線構造体が有する稠密性によって運動量が次第に減少するようになり、結果的に、運動量を失う状態に到逹するようになる。このようなすべての運動量を失った粒子状物質は、ナノ線構造体よりなる吸着剤の表面に吸着されることによって、排出口に現われなくなる。このように、ナノ線構造体は、粒子を濾過するフィルタ、すなわちＨＥＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ）フィルタの役目をするようになる。 When particulate matter having momentum flows into the adsorbent, such particulate matter gradually decreases in momentum due to the denseness of the nanowire structure, and as a result, loses momentum. To come. Particulate matter that has lost all of its momentum does not appear at the outlet by being adsorbed on the surface of the adsorbent comprising the nanowire structure. As described above, the nanowire structure serves as a filter for filtering particles, that is, a HEPA (High Efficiency Particulate Air) filter.
また、このようなＨＥＰＡフィルタの役目と共に、ナノ線構造体を構成するナノ線が有する物理的・化学的特性によって、ナノ線構造体は、有害性の揮発性有機化合物、悪臭、油を含む汚染物質を濾過する吸着剤、及びこの吸着剤を備えるフィルタとして使用可能である。 In addition to the role of such a HEPA filter, the nanowire structure is contaminated with harmful volatile organic compounds, malodors, and oils depending on the physical and chemical properties of the nanowires constituting the nanowire structure. It can be used as an adsorbent for filtering a substance and a filter provided with this adsorbent.
すなわち、ナノ線で構成されたナノ線構造体の多孔性構造に粒子状でないガス状物質が流入されたとき、このような多孔性構造のナノ線を除いた空き空間にガス状有害物質が捕集されて排出されない特性を有する。 That is, when a non-particulate gaseous substance flows into the porous structure of a nanowire structure composed of nanowires, the gaseous harmful substance is trapped in the empty space excluding the nanowire of such a porous structure. It has the property of being collected and not discharged.
図２ａは、本発明の他の実施形態によるナノ線構造体を示す斜視図であり、図２ｂは、図２ａのナノ線構造体を構成する単一ナノ線を示す斜視図である。 FIG. 2a is a perspective view showing a nanowire structure according to another embodiment of the present invention, and FIG. 2b is a perspective view showing a single nanowire constituting the nanowire structure of FIG. 2a.
図２ａ及び図２ｂを参照すれば、本発明の他の実施形態によるナノ線構造体２００は、ナノ線構造体２００の表面特性を調節することができる物質、例えば、化学反応基２１０を含むことができる。 Referring to FIGS. 2 a and 2 b, a nanowire structure 200 according to another embodiment of the present invention includes a material that can adjust the surface characteristics of the nanowire structure 200, for example, a chemically reactive group 210. Can do.
化学反応基２１０は、例えば、アミン分子またはシリコン分子を含むことができる。 The chemically reactive group 210 can include, for example, an amine molecule or a silicon molecule.
アミン分子を含む場合、化学反応基は、アミノプロピルトリエトキシシランまたはアミノプロピルトリメトキシシランであることができ、シリコン分子を含む場合、化学反応基は、ポリジメトキシシロキサン（ＰＤＭＳ）であることができる。 When containing an amine molecule, the chemically reactive group can be aminopropyltriethoxysilane or aminopropyltrimethoxysilane, and when containing a silicon molecule, the chemically reactive group can be polydimethoxysiloxane (PDMS). .
このようにナノ線構造体２００が化学反応基２１０を含む場合、ナノ線構造体２００の表面を親水性または疎水性に調節することができるので、流入される物質の吸着をさらに容易にすることができ、化学的結合を通じて有害ガスを捕集することができる。 As described above, when the nanowire structure 200 includes the chemically reactive group 210, the surface of the nanowire structure 200 can be adjusted to be hydrophilic or hydrophobic, thereby further facilitating the adsorption of the inflowing substance. Can collect harmful gases through chemical bonding.
詳細には、有害性有機化合物のように、化学的反応が容易な物質が流入された場合、ナノ線構造体２００に親水性表面を形成するようになれば、有害性有機化合物が親水性表面とさらに積極的に反応するようになるので、吸着がさらに容易に行われることができる。 In detail, when a substance that is easy to react chemically, such as a harmful organic compound, is introduced, if the hydrophilic surface is formed on the nanowire structure 200, the harmful organic compound is a hydrophilic surface. Adsorption can be performed more easily.
親油性表面処理を通じてナノ線構造体２００に親油性表面を形成するようになれば、油のような物質が容易に吸着されることができる。したがって、ナノ線構造体２００をオイルフェンスのような役目をする油捕集媒体として活用することができる。 If a lipophilic surface is formed on the nanowire structure 200 through the lipophilic surface treatment, a substance such as oil can be easily adsorbed. Therefore, the nanowire structure 200 can be used as an oil collecting medium that functions like an oil fence.
また、ナノ線構造体２００に疎水性表面を形成する場合、油と水のように互いに異なる密度及び吸着を有する物質を選択的に吸着することができるようになる。 In addition, when a hydrophobic surface is formed on the nanowire structure 200, substances having different densities and adsorptions such as oil and water can be selectively adsorbed.
ナノ線構造体を吸着剤、またはこの吸着剤を備えるフィルタとして使用する場合、一実施形態として図１乃至図２ｂに示されたように、ナノ線自体のみで巨大構造体を形成し、吸着剤またはフィルタとして使用する方法も可能である。また、他の実施形態として既存のフィルタ構造にナノ線構造体を応用することによって、詳細には、既存のフィルタ媒体とナノ線構造体を一定の割合で合成させることによって、両物質の特性が複合された物理的・化学的吸着剤、またはこの吸着剤を備えるフィルタとして使用可能である。 When the nanowire structure is used as an adsorbent or a filter including the adsorbent, as shown in FIGS. 1 to 2b as an embodiment, a macrostructure is formed only by the nanowire itself, and the adsorbent is used. Or the method of using as a filter is also possible. Further, as another embodiment, by applying the nanowire structure to the existing filter structure, specifically, by synthesizing the existing filter medium and the nanowire structure at a certain ratio, the characteristics of both substances can be improved. It can be used as a combined physical / chemical adsorbent or a filter equipped with this adsorbent.
例えば、既存のＨＥＰＡフィルタ構造にナノ線構造体を凝集させて一般的な粒子状物質を濾過する吸着剤またはフィルタだけでなく、化学的ガス物質を吸着する吸着剤またはフィルタとして使用可能である。他の例として、既存の油除去不織布に本発明の実施形態によるナノ線構造体を複合して使用すれば、さらに高い効率を有する油除去媒体を得ることができる。 For example, the present invention can be used not only as an adsorbent or filter for aggregating nanowire structures in an existing HEPA filter structure to filter general particulate matter, but also as an adsorbent or filter for adsorbing chemical gas substances. As another example, when a nanowire structure according to an embodiment of the present invention is used in combination with an existing oil removal nonwoven fabric, an oil removal medium having higher efficiency can be obtained.
このように、ナノ線構造体の表面特性を調節することができる物質を含ませる場合、またはナノ線構造体を含む複合物質を形成する場合、親水性または疎水性表面処理を容易にし、複合物質の形成を容易にするために、プラズマを含む表面改質過程を施すことが好ましい。 Thus, when a material capable of adjusting the surface characteristics of the nanowire structure is included, or when a composite material including the nanowire structure is formed, the hydrophilic or hydrophobic surface treatment is facilitated and the composite material is formed. In order to facilitate the formation of the surface, it is preferable to perform a surface modification process including plasma.
図３は、本発明の実施形態によるナノ線構造体の製造方法を説明するフロー図である。 FIG. 3 is a flow diagram illustrating a method for manufacturing a nanowire structure according to an embodiment of the present invention.
図３を参照すれば、多様な形状と巨大な大きさのナノ線構造体を製造するための本発明の実施形態によるナノ線構造体の製造方法では、まず、ナノ線溶液を製造する（Ｓ１０）。 Referring to FIG. 3, in the method of manufacturing a nanowire structure according to the embodiment of the present invention for manufacturing nanowire structures having various shapes and huge sizes, first, a nanowire solution is manufactured (S10). ).
その後、製造されたナノ線溶液内に含有されたナノ線を所望の形態と大きさで凝集させる（Ｓ２０）。このようなナノ線の凝集は、ナノ線を含有する溶液の温度を調節するか、またはｐＨを調節することによって行われることができる。 Thereafter, the nanowires contained in the manufactured nanowire solution are aggregated in a desired form and size (S20). Such agglomeration of nanowires can be performed by adjusting the temperature of the solution containing the nanowires or adjusting the pH.
次に、凝集されたナノ線を乾燥させて三次元形態のナノ線構造体を製造する（Ｓ３０）。ナノ線の乾燥は、例えば、凍結乾燥、超臨界乾燥、または常温常圧乾燥法を利用して行われることができる。 Next, the aggregated nanowires are dried to produce a three-dimensional nanowire structure (S30). The nanowire can be dried using, for example, freeze drying, supercritical drying, or room temperature and atmospheric pressure drying.
これに付加的にナノ線構造体に親水性または疎水性などの表面特性を付与するために、またはナノ線構造体の表面に化学反応基を付着させるために（例えば、特定の有害ガスを除去するためである）、ナノ線構造体の表面処理を行うことができる（Ｓ４０）。 In addition to this, to impart surface properties such as hydrophilicity or hydrophobicity to the nanowire structure, or to attach chemically reactive groups to the surface of the nanowire structure (for example, to remove certain harmful gases) Therefore, the surface treatment of the nanowire structure can be performed (S40).
このような表面処理は、前述したようにプラズマを利用した表面改質過程を進行することによって行われることができる。 Such a surface treatment can be performed by a surface modification process using plasma as described above.
図３に示されたフロー図は、ナノ線自体のみを巨大構造体で形成した後、製造されたナノ線構造体を吸着剤またはこの吸着剤を備えるフィルタとして使用する過程を説明している。また、前述のように、本発明の他の実施形態として既存のフィルタ構造にナノ線構造体を応用することによって、すなわち既存のフィルタ媒体とナノ線構造体を一定の割合で合成させることによって、両物質の特性が複合された物理的・化学的吸着剤またはフィルタとして使用する場合には、ナノ線溶液を製造した後、ナノ線溶液内に含有されるナノ線をフィルタ媒体に凝集させて複合体を形成する。その後、複合体を乾燥することによって、ナノ線構造体の特性を有するフィルタ媒体を吸着剤またはフィルタとして使用することができる。 The flow diagram shown in FIG. 3 illustrates a process in which only the nanowire itself is formed as a giant structure, and then the manufactured nanowire structure is used as an adsorbent or a filter including the adsorbent. In addition, as described above, by applying the nanowire structure to the existing filter structure as another embodiment of the present invention, that is, by synthesizing the existing filter medium and the nanowire structure at a certain ratio, When used as a physical / chemical adsorbent or filter in which the characteristics of both substances are combined, after the nanowire solution has been manufactured, the nanowires contained in the nanowire solution are aggregated into a filter medium and combined. Form the body. Thereafter, by drying the composite, a filter medium having the characteristics of a nanowire structure can be used as an adsorbent or a filter.
以下、本発明の実施例によるナノ線構造体の製造方法の具体的な実施例を説明する。 Hereinafter, specific examples of the method of manufacturing the nanowire structure according to the examples of the present invention will be described.
＜バナジウム五酸化物ナノ線構造体の製造＞
（１）５ｇのアンモニウムメタバナジウム酸塩と５０ｇのイオン交換樹脂とを１Ｌ蒸留水に入れた後、撹拌器を利用して充分に混ぜた。初めには黄色を呈するが、７２時間以後には、赤褐色のバナジウム五酸化物ナノ線溶液が製造された。
（２）製造されたバナジウム五酸化物ナノ線溶液１Ｌに水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ２）５ｍＬを入れ、５０℃を維持した撹拌器で２分間混ぜた。
（３）その後、５０℃の電気炉で３日間乾燥させた。
（４）湿潤ゲル以外のすべての溶液が蒸発した後、不純物の除去のために蒸留水に１時間浸漬した。
（５）１時間が経過した後、イソプロパノールに２日間浸漬して湿潤ゲルを強化した。
（６）強化された湿潤ゲルを凍結させるために、４５分間蒸留水に入れ、イソプロパノールを蒸留水に置換した。
（７）置換が終われば、５℃を維持する冷凍庫で２日間凍結した。
（８）最後に、湿潤ゲルを乾燥する前に、凍結乾燥器が真空度５ｍＴｏｒｒ、温度−８０℃を維持するか否かを確認した後、凍結した湿潤ゲルを入れて乾燥させる。
<Manufacture of vanadium pentoxide nanowire structure>
(1) 5 g of ammonium metavanadate and 50 g of ion exchange resin were placed in 1 L of distilled water, and then sufficiently mixed using a stirrer. Although initially yellow, a reddish brown vanadium pentoxide nanowire solution was produced after 72 hours.
(2) 5 mL of ammonium hydroxide (NH 4 OH 2 ) was added to 1 L of the manufactured vanadium pentoxide nanowire solution, and mixed for 2 minutes with a stirrer maintained at 50 ° C.
(3) Then, it was dried in an electric furnace at 50 ° C. for 3 days.
(4) After all the solutions except the wet gel had evaporated, they were immersed in distilled water for 1 hour to remove impurities.
(5) After 1 hour, the wet gel was reinforced by dipping in isopropanol for 2 days.
(6) In order to freeze the strengthened wet gel, it was placed in distilled water for 45 minutes, and isopropanol was replaced with distilled water.
(7) When the replacement was completed, it was frozen for 2 days in a freezer maintaining 5 ° C.
(8) Finally, before drying the wet gel, after confirming whether or not the lyophilizer maintains a vacuum of 5 mTorr and a temperature of −80 ° C., the frozen wet gel is put in and dried.
上記実施例で製造されたバナジウム五酸化物ナノ線構造体の状態及び構造を確認するために、製造されたバナジウム五酸化物ナノ線構造体をカメラと電子顕微鏡で撮影し、その結果を図４及び図５に示す。 In order to confirm the state and structure of the vanadium pentoxide nanowire structure manufactured in the above example, the manufactured vanadium pentoxide nanowire structure was photographed with a camera and an electron microscope, and the results are shown in FIG. And shown in FIG.
図４は、本発明の実施例によるナノ線構造体のカメラ写真であり、図５は、本発明の実施例によるナノ線構造体の電子顕微鏡写真である。 FIG. 4 is a camera photograph of the nanowire structure according to the embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an electron micrograph of the nanowire structure according to the embodiment of the present invention.
図４を参照すれば、製造されたナノ線構造体の大きさは、直径７ｃｍ、厚さ２ｃｍ、重さ０．２ｇであり、所望の大きさ及び形状で製造可能であることが分かる。 Referring to FIG. 4, the manufactured nanowire structure has a diameter of 7 cm, a thickness of 2 cm, and a weight of 0.2 g, and can be manufactured in a desired size and shape.
また、図５を参照すれば、図示の電子顕微鏡写真は、製造されたバナジウム五酸化物ナノ線構造体が、厚さが１０〜５０ｎｍ、長さが数十マイクロメーターの純粋バナジウム五酸化物ナノ線だけで実際に構成された物質であることを確認し、バナジウム五酸化物ナノ線構造体は、全体的に多孔性が維持され、緻密に縛られた形態で構成されていることが分かる。これから、ナノ線構造体が有害性の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、悪臭、そして油と汚染物質を濾過する吸着剤及びこれを備えるフィルタとして直接使用することができることが分かる。 Referring to FIG. 5, the illustrated electron micrograph shows that the manufactured vanadium pentoxide nanowire structure has a thickness of 10 to 50 nm and a length of several tens of micrometers. It is confirmed that the substance is actually composed only of lines, and it can be seen that the vanadium pentoxide nanowire structure is maintained in a porous form and is composed in a tightly bound form. From this, it can be seen that the nanowire structure can be used directly as an adsorbent for filtering harmful volatile organic compounds (VOC), malodors, and oils and contaminants, and a filter provided therewith.
本発明の実施例において、ナノ線構造体としてバナジウム五酸化物ナノ線構造体を具体的な例として説明したが、本発明のナノ線構造体よりなる吸着剤またはフィルタがバナジウム五酸化物ナノ線構造体よりなる吸着体またはフィルタにのみ限定されるものではない。前述のように、半導体、金属、または絶縁体のナノ線、またはこれらの組み合わせよりなるナノ線構造体がすべて本発明の範囲に含まれることができる。 In the embodiments of the present invention, the vanadium pentoxide nanowire structure was described as a specific example of the nanowire structure. However, the adsorbent or the filter comprising the nanowire structure of the present invention is a vanadium pentoxide nanowire. It is not limited only to the adsorbent or filter made of a structure. As described above, all nanowire structures composed of semiconductor, metal, or insulator nanowires, or a combination thereof may be included in the scope of the present invention.
本発明の実施例で製造されたバナジウム五酸化物ナノ線構造体のエタノールガスに対する濾過率を測定し、その結果を図６に示す。 The filtration rate with respect to ethanol gas of the vanadium pentoxide nanowire structure manufactured in the Example of this invention was measured, and the result is shown in FIG.
図６は、本発明の実施例によるナノ線構造体のエタノール濾過率を示すグラフである。 FIG. 6 is a graph showing the ethanol filtration rate of a nanowire structure according to an embodiment of the present invention.
図６を参照すると、本発明の実施例によって製造されたバナジウム五酸化物ナノ線構造体の揮発性有機化合物ガス除去特性を見れば、１５ｓｃｃｍの流量でエタノールガスを流し、ナノ線構造体を透過したエタノールの量を１５分間測定した結果、エタノールガスが８分間濾過されることを確認することができる。 Referring to FIG. 6, if the volatile organic compound gas removal characteristic of the vanadium pentoxide nanowire structure manufactured according to the embodiment of the present invention is seen, ethanol gas is flowed at a flow rate of 15 sccm and the nanowire structure is permeated. As a result of measuring the amount of ethanol obtained for 15 minutes, it can be confirmed that ethanol gas is filtered for 8 minutes.
本発明の実施例で製造されたバナジウム五酸化物ナノ線構造体のアンモニアと酢酸ガスに対する濾過効率を測定し、その結果を図７に示す。 The filtration efficiency with respect to ammonia and acetic acid gas of the vanadium pentoxide nanowire structure manufactured in the Example of this invention was measured, and the result is shown in FIG.
図７は、本発明の実施例によるナノ線構造体のアンモニアと酢酸ガスの除去効率を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing the removal efficiency of ammonia and acetic acid gas of the nanowire structure according to the embodiment of the present invention.
図７を参照すると、本発明の実施例によって製造されたバナジウム五酸化物ナノ線構造体の悪臭除去特性では、１０ｐｐｍでアンモニアと酢酸ガスを流し、ナノ線構造体を透過したガス除去効率を２時間測定した結果、アンモニアガス６０％、酢酸ガス３５％が除去されることを確認することができる。 Referring to FIG. 7, in the malodor removal characteristics of the vanadium pentoxide nanowire structure manufactured according to the embodiment of the present invention, ammonia and acetic acid gas were flowed at 10 ppm, and the gas removal efficiency permeated through the nanowire structure was 2 As a result of time measurement, it can be confirmed that 60% ammonia gas and 35% acetic acid gas are removed.
このように、本発明の実施例によるナノ線構造体の製造方法によれば、ナノ線構造体を所望の形態と大きさで製作することができ、表面積が広いナノ線だけで構造体を製作することができ、揮発性有機化合物や悪臭、または水中に含まれた油や汚染物質の除去能力を向上することができる。また、ナノ線構造体の表面処理を通じて親水性または疎水性など多様な表面特性を付与することができ、有害ガスなど多様な物質を吸着して除去することができる。 As described above, according to the method of manufacturing a nanowire structure according to the embodiment of the present invention, the nanowire structure can be manufactured in a desired shape and size, and the structure can be manufactured using only nanowires having a large surface area. It is possible to improve the ability to remove volatile organic compounds and odors, or oils and contaminants contained in water. In addition, various surface characteristics such as hydrophilicity or hydrophobicity can be imparted through the surface treatment of the nanowire structure, and various substances such as harmful gases can be adsorbed and removed.
以上で説明した本発明の実施例は、上記した装置及び方法によってのみ実現されるものではなく、本発明の範囲内でその他の構成によっても実現することもできる。このような実現は、前述した実施例の記載から本発明の属する技術分野の当業者であれば実施することができる。 The embodiments of the present invention described above are not only realized by the above-described apparatus and method, but can also be realized by other configurations within the scope of the present invention. Such a realization can be carried out by those skilled in the art to which the present invention belongs from the description of the embodiments described above.
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。 The embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the scope of the present invention is not limited thereto, and those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the claims. Various modifications and improvements are also within the scope of the present invention.
１００ ナノ線構造体
２００ ナノ線構造体
２１０ 化学反応基
100 Nanoline structure 200 Nanoline structure 210 Chemically reactive group
Claims (21)
前記製造されたナノ線溶液からナノ線を凝集する段階と、
前記凝集されたナノ線を乾燥する段階と、を含むナノ線構造体の製造方法。 Producing a nanowire solution; and
Aggregating nanowires from the manufactured nanowire solution;
Drying the aggregated nanowires, and a method for producing a nanowire structure.
前記製造されたナノ線溶液からナノ線をフィルタ媒体に凝集させて複合体を形成する段階と、
前記複合体を乾燥する段階と、を含む、ナノ線構造体の製造方法。 Producing a nanowire solution; and
Aggregating nanowires from the produced nanowire solution into a filter medium to form a composite;
Drying the composite, and a method for producing a nanowire structure.
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