KR100889214B1 - Method and apparatus for nano particle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노입자 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물리적인 방법으로 분자 본연의 구조와 특성을 유지하는 10나노 이하까지 제조할 수 있도록 한 나노입자 제조장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for producing nanoparticles, and more particularly, to an apparatus and method for producing nanoparticles, which can be manufactured up to 10 nanometers or less to maintain molecular structure and properties by physical methods.
지금 세계 여러나라가 한결같이 추구하는 것이 IT, BT, NT이며, 이 세 분야는 깊은 상관 관계를 가지고 있다.It is IT, BT, and NT that all the world's countries are pursuing constantly. These three fields are deeply correlated.
IT분야의 반도체 하나만 보더라도 작은 부피속에 대량의 데이터를 저장할 수 있는데 이는 나노공학에 의해 가능하다.A single semiconductor in IT can store large amounts of data in a small volume, which is possible by nanotechnology.
BT 또한 유전자를 밝히고 이를 쪼개어 생성의 원인과 변화의 원인을 찾아내는 것은 결국 인간의 건강과 질병없는 수명의 연장을 꾀하려는 것이고 이에 따라 필요한 의약품의 발견에 주 목적이 있다고 볼때, 나노공학의 뒷받침없이는 불가능하다.BT also reveals the genes and breaks them down and finds the cause of the production and the cause of the change in the end to promote human health and disease-free lifespan, so that the main purpose of the discovery of necessary medicines is impossible without the backing of nanotechnology. Do.
이와같이 나노의 쓰임분야는 점차 폭발적으로 확대되어 가겠지만 우선 도료분야, 의약품분야, 화장품 분야 등이 나노의 힘을 얻어 발전하고 있다.As such, the field of use of nano will expand explosively, but first of all, paint, pharmaceutical, cosmetics, etc. are developing with the power of nano.
페인트, 잉크 등에 쓰이는 안료, 점착제가 첨가되는 난연, 절연, 통전, 화장 품 등에 쓰이는 특수광선의 차단, 색상안료, 의약품에 쓰이는 수많은 광물질이 나노입자로 적용되고 있다.Nanoparticles have been applied to pigments used in paints and inks, flame retardants with adhesives added, insulation, electricity, and many special minerals used in color pigments and pharmaceuticals.
종래에는 로라 밀, 볼밀 또는 고속컷트밀, 고압분출 충격판, 고전압 스퍼터 등을 사용하여 나노입자를 제조하고 있으나, 철분 입자가 혼입되어 순수 나노입자를 얻기 힘든 문제점이 있었다. Conventionally, nano-particles are manufactured using a Laura mill, a ball mill or a high speed cut mill, a high pressure jet shock plate, a high voltage sputter, etc., but iron particles are mixed to obtain pure nanoparticles.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 순수한 물리적인 방식을 이용하여 나노입자를 제조할 수 있고, 특히 철분의 혼입을 방지할 수 있도록 한 나노입자 제조장치 및 방법를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, it is possible to manufacture nanoparticles using a pure physical method, in particular to provide a nanoparticle manufacturing apparatus and method to prevent the incorporation of iron Its purpose is to.
상기한 본 발명의 목적은,The object of the present invention described above,
분말이 혼합된 혼탁액을 배출하는 공급부와; 외접되는 복수의 롤러의 가압에 의해 상기 혼탁액을 분쇄하는 분쇄부와; 상기 분쇄부에서 분쇄된 혼탁액을 수거하는 수집조와; 상기 수집조에서 이송된 혼탁액을 원심분리하여 물과 슬러리로 분리하는 원심분리기와; 상기 슬러리를 동결건조시켜 고형 분말을 얻는 동결건조기로 구성된 나노입자 제조장치에 의해 달성된다.A supply unit for discharging the turbid liquid mixed with powder; A pulverizing unit for pulverizing the turbid liquid by pressurization of a plurality of rollers circumscribed; A collection tank for collecting the turbid liquid pulverized in the crushing unit; A centrifuge for separating the turbid liquid transferred from the collection tank into water and a slurry; It is achieved by a nanoparticle manufacturing apparatus consisting of a lyophilizer to obtain the solid powder by lyophilizing the slurry.
한편, 상기 본 발명의 목적은, On the other hand, the object of the present invention,
분말이 혼합된 혼탁액을 롤러로 구성된 분쇄장치에 투입하여 분쇄하는 1공정과; 상기 분쇄된 혼탁액을 저속으로 원심분리시켜 1차상등액과 1차침전물로 분리하는 2공정과; 상기 1차상등액을 고속으로 원심분리시켜 2차상등액과 2차침전물을 분리하는 3공정과; 상기 3공정의 2차침전물을 동결 건조시켜 분말상으로 추출하는 4공정으로 구성된 나노입자 제조방법에 의해 달성된다.1 step of pulverizing the turbid liquid mixed with the powder into a pulverizing device consisting of a roller; Centrifuging the pulverized turbid liquid at low speed to separate the primary supernatant and the primary precipitate; Centrifuging the primary supernatant at high speed to separate the secondary supernatant from the secondary precipitate; It is achieved by a nanoparticle manufacturing method consisting of four steps of the three steps of the secondary precipitate is freeze-dried and extracted into a powder form.
본 발명에 따르면, 물리적인 방식을 이용하여 나노입자를 제조할 수 있고, 철분의 혼입을 방지할 수 있어 순수한 나노입자를 제조할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to manufacture nanoparticles using a physical method, it is possible to prevent the incorporation of iron has the effect of producing a pure nanoparticles.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 나노입자 제조장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a nanoparticle manufacturing apparatus according to the present invention.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 나노입자 제조장치(A)는,As shown in Figure 1, the nanoparticle manufacturing apparatus (A) according to the present invention,
분말이 혼합된 혼탁액을 배출하는 공급부(2)와;A
외접되는 복수의 롤러의 가압에 의해 상기 혼탁액을 분쇄하는 분쇄부(4)와;A crushing unit (4) for pulverizing the turbid liquid by pressurization of a plurality of rollers circumscribed;
상기 분쇄부(4)에서 분쇄된 혼탁액을 수거하는 수집조(6)와;A collection tank 6 for collecting the turbid liquid pulverized in the crushing
상기 수집조(6)에서 이송된 혼탁액을 원심분리하여 상등액과 침전물로 분리하는 원심분리기(8)와;A
상기 침전물을 동결건조시켜 고형 분말을 얻는 동결건조기(9)Lyophilizer (9) to freeze-dried the precipitate to obtain a solid powder
를 포함하여 이루어진다.It is made, including.
본 실시예의 설명에서는 상기 혼탁액의 분말은 수정인 것을 예로 들었으나 반드시 이에 한정되지 않고 다양한 광물질도 적용 가능할 수 있음을 밝혀둔다.In the description of this embodiment, the powder of the turbidity is exemplified as a crystal, but not necessarily limited thereto, but it is understood that various minerals may be applicable.
이제 상기 각 구성요소에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.Now, each of the above components will be described in more detail.
상기 공급부(2)는 분말이 혼합된 혼탁액을 저장하고 적정량씩 배출하기 위한 호퍼(22)와, 상기 호퍼(22) 내에 설치된 교반기(24)로 구성된다.The
상기 교반기(24)는 상기 호퍼(22) 내에 설치되며 다수의 교반날개가 형성된 축봉과, 상기 축봉을 회전시키는 모터로 구성된 통상의 구조로 이루어진다.The
첨부된 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 나노입자 제조장치에 적용되는 "분쇄부"를 나타낸 좌측면도 및 우측면도이다.2 and 3 are left and right side views showing the "grinding part" applied to the nanoparticle manufacturing apparatus according to the present invention.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 분쇄부(4)는, 제 1 및 제 2롤러(51,52)가 상호 외접되어 회전되면서 상기 혼탁액을 분쇄하는 제 1분쇄장치(5)와, 상기 제 1분쇄장치(5)의 하부에 설치되며, 제 3 및 제 4롤러(73,74)가 상호 외접되어 회전되면서 상기 제 1분쇄장치(5)에서 1차 분쇄된 혼탁액을 재분쇄하는 제 2분쇄장치(7)로 구성된다.As shown in Fig. 2 and 3, the
물론 본 실시예에서는 2개의 분쇄장치만 설치된 것을 예로들었으나, 이에 한정되지 않고 분쇄장치의 갯수는 필요에 따라 더 많이 설치될 수 있음은 당연할 것이다.Of course, in the present embodiment, only two grinding apparatus is installed as an example, it is not limited to this, it will be obvious that the number of the grinding apparatus can be installed more as needed.
상기 제 1분쇄장치(5)는, 상호 외접되는 제 1 및 제 2롤러(51,52)와, 상기 제 1 및 제 2롤러(51,52)를 회전시키는 제 1구동부와, 상기 제 2롤러(52)의 위치를 조정하는 위치조절부재로 구성된다. The
상기 제 1 및 제 2롤러(51,52)는 박스형상의 케이스(40) 내에 수평으로 설치 되며, 상기 케이스(40)에는 상기 공급부(2)로부터 투입되는 혼탁액을 유입 및 배출하기 위한 유입구(402)와 배출구(404)가 형성된다.The first and
상기 제 1구동부는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 제 1 및 제 2롤러(51,52)를 상호 반대방향으로 회전시켜 분쇄하는 동력을 제공하기 위한 것으로, 상기 제 1 및 제 2롤러(51,52)의 일 축에 설치되어 상호 치합되는 제 1 및 제 2헬리컬기어(511,522)와, 상기 제 2롤러(52)의 타 축에 설치된 제 3헬리컬기어(513)와, 상기 제 3헬리컬기어(513)와 치합되도록 제 1롤러(51)의 타 축에 설치된 제 4헬리컬기어(524)와, 상기 제 4헬리컬기어(524)에 치합되는 제 5헬리컬기어(535)가 축설된 구동모터(53)로 구성된다.As shown in FIGS. 2 and 3, the first driving unit is configured to provide power for grinding the first and
상기와 같이 본 발명은 헬리컬기어로 구동력이 전달되도록 한 것이 가장 주된 특징이다.As described above, the main feature of the present invention is that the driving force is transmitted to the helical gear.
스퍼기어를 사용할 경우 기어 이빨과 이빨이 맞물려 돌아가는 순간에 미세하게 들뜨는 폐단이 발생되므로 나노입자를 추출하기 위한 본 발명의 목적에는 적합하지 않다.When the spur gear is used, it is not suitable for the purpose of the present invention for extracting the nanoparticles because microscopic lifting ends are generated at the moment when the teeth of the gear mesh with each other.
따라서, 본 발명은 헬리컬기어를 사용함으로써 제 1 및 제 2롤러(51,52)가 회전되는 도중에 미세한 들뜸현상이라도 방지될 수 있도록 하였다.Therefore, the present invention allows the use of helical gears to prevent even fine lifting while the first and
또한, 상기 제 1 및 제 2롤러(51,52)는 외면에 초경을 능가하는 지르코니아 세라믹이 2cm 두께로 코팅됨으로써 철분의 발생을 원천적을 차단할 수 있다.In addition, the first and
상기 제 1롤러(51)와 제 2롤러(52)는 외경이 상이하게 함으로써 맷돌을 가는 원리에 의해 보다 분쇄효율이 향상될 수 있도록 하였다.The
바람직하게는 상기 제 1롤러(51)는 외경이 50mm인 것을 사용하고, 제 2롤러(52)는 1/25이 큰 52mm인 것을 사용한다.Preferably, the
상기 구동모터는 3마력 감속기가 부착된 것이 적당하며, 상기 감속기에 의해 제 1분쇄장치가 분당 10회의 저속으로 구동되도록 하였다.The drive motor is suitably equipped with a three-horsepower reducer, by which the first grinding device is driven at low speed ten times per minute.
상기 위치조절부재는 상기 제 2롤러(52)를 상하방향 및 전방으로 이동시킴으로써 제 1롤러(51)와의 밀착간격을 조절하기 위한 것으로, 상기 케이스(40)에 나사결합되어 그 선단이 제 2롤러(52)의 축에 접촉되도록 설치된 수직조절볼트(43)와, 수평조절볼트(44)로 구성된다.The position adjusting member is for adjusting the close interval with the
한편, 보다 효과적인 분쇄력을 얻기 위해서 상기 위치조절부재를 조작하여 제 1롤러(51)와 제 2롤러(52)를 밀착시키되 대략 5 ~ 8mm 정도 미세하게나마 제 1롤러(51)와 제 2롤러(52)가 상호 엇갈리게 "X"자 형상으로 배열시킬 수도 있다.On the other hand, in order to obtain a more effective grinding force by operating the position adjusting member to close the
상기 제 2분쇄장치(7)는, 상기 제 1분쇄장치(5)와 동일한 구조로 이루어진다.The
본 설명에서는 상기 제 1분쇄장치(5)와 중복되는 혼동을 피하기 위해 상이한 구성부호를 부여하고, 명칭도 구별하였다.In this description, in order to avoid the confusion which overlaps with the said
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2분쇄장치(7)는, 상호 외접되는 제 3 및 제 4롤러(73,74)와, 상기 제 3 및 제 4롤러(73,74)를 회전시키는 제 2구동부와, 상기 제 4롤러(74)의 위치를 조정하는 위치조절부재로 구성된다. As shown in Fig. 2 and Fig. 3, the
상기 제 2구동부는 제 3 및 제 4롤러(73,74)의 일 축에 설치되어 상호 치합되는 제 6 및 제 7헬리컬기어(735,746)와, 상기 제 4롤러(74)의 타 축에 설치된 제 8헬리컬기어(747)와, 상기 제 8헬리컬기어(747)와 치합되도록 제 3롤러(73)의 타 축에 설치된 제 9헬리컬기어(738)와, 상기 제 9헬리컬기어(738)에 치합되는 제 10헬리컬기어(759)가 축설된 구동모터(75)로 구성된다.The second driving part is provided on one axis of the third and fourth rollers (73, 74), and the sixth and seventh helical gears (735, 746) are engaged with each other, and the second shaft is provided on the other axis of the fourth roller (74) The
상기 제 2분쇄장치(7)의 각 구성은 상기 제 1분쇄장치(5)와 동일하므로 중복 설명은 생략한다.Since each structure of the said
상기 제 3 및 제 4롤러(73,74)는 외면에도 지르코니아 세라믹이 코팅된다. The third and
상기 원심분리기(8) 및 동결건조기(9)는 이미 공지된 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Since the
이와 같이 구성된 본 발명의 작동관계를 도 4를 참조하여 설명한다.The operating relationship of the present invention configured as described above will be described with reference to FIG.
도 4는 본 발명에 따른 나노입자 제조방법을 나타낸 공정 흐름도이다.Figure 4 is a process flow diagram illustrating a nanoparticle manufacturing method according to the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 나노입자 제조방법은,4, the nanoparticle manufacturing method of the present invention,
분말이 혼합된 혼탁액을 롤러로 구성된 분쇄장치에 투입하여 분쇄하는 1공정(S1)과;1 step (S1) of putting the mixed turbid liquid mixed with the powder into a grinding device consisting of a roller;
상기 분쇄된 혼탁액을 저속으로 원심분리시켜 1차상등액과 1차침전물로 분리하는 2공정(S2)과;Centrifuging the pulverized turbid liquid at low speed to separate the primary supernatant and the primary precipitate (S2);
상기 1차상등액을 고속으로 원심분리시켜 2차상등액과 2차침전물로 분리하는 3공정(S3)과;Centrifuging the primary supernatant at high speed to separate the secondary supernatant into a secondary precipitate and a secondary precipitate (S3);
상기 3공정(S3)의 2차침전물을 동결 건조시켜 분말상으로 추출하는 4공정(S4)Fourth step (S4) of freezing-drying the secondary precipitate of the third step (S3) and extracting it into powder form
으로 구성된다.It consists of.
이제 각 공정을 상세하게 설명한다.Each process will now be described in detail.
1공정(S1) Step 1 (S1)
공급부에서 적정량의 혼탁액이 배출되어 제 1분쇄장치(5)로 투입된다.An appropriate amount of turbidity liquid is discharged from the supply portion and introduced into the
제 1분쇄장치(5)의 제 1 및 제 2롤러(51,52)가 상호 외접된 상태로 분당 10회의 속도로 저속 회전되고, 그 사이로 상기 혼탁액이 투입됨으로써 상기 혼탁액은 지긋이 눌려지면서 분쇄된다.The first and
이때 제 1 및 제 2롤러(51,52)는 약간 엇갈리게 외접되어 있으므로 혼탁액은 쉽게 빠져나가지 않으며서 서서히 분쇄되어 하방으로 흘러내려가게 된다.At this time, since the first and
회전속도를 저속으로 하는 것은 동일한 지점에서 받는 압력이 실제로 배가 되도록 하기 위한 것이다.Lowering the rotational speed is such that the pressure received at the same point is actually doubled.
상기 제 1분쇄장치(5)에서 1차 분쇄된 혼탁액은 다시 그 하부에 설치된 제 2분쇄장치(7)에 투입되어 동일한 분쇄공정을 거치면서 분쇄된다.The turbid liquid firstly pulverized in the
2공정(S2) 2nd step (S2)
상기 분쇄된 혼탁액을 원심분리기(8)에 수집한 후 7000~9000rpm의 비교적 저속으로 원심분리하여 1차상등액과 1차침전물로 분리해낸다.The crushed turbid liquid is collected in a centrifuge (8) and then centrifuged at a relatively low speed of 7000-9000 rpm to separate the primary supernatant and the primary precipitate.
분리된 1차상등액은 수거하고, 1차침전물은 재차 상기 공급부(2)로 이송시켜 계속적인 분쇄 및 원심분리를 수행한다.The separated primary supernatant is collected, and the primary precipitate is transferred to the
상기 분리된 1차상등액에는 10 % 정도의 1~10나노의 수정미립자가 포함되어 있다.The separated primary supernatant contains about 10% 1-10 nanoparticles of quartz.
상기 1차침전물은 초기와 같은 비율의 물을 첨가하여 공급부로 이송시키게 되며, 재차 분쇄 및 원심분리를 수행하는데 약 8회 정도 수행한다.The primary precipitate is added to the same proportion as the initial water to be transferred to the supply unit, and is again performed about eight times to perform the grinding and centrifugation.
3공정(S3) 3 step (S3)
상기 2공정(S2)에서 약 8회에 걸쳐 저속 원심분리에 의해 수거된 1차상등액을 다시 원심분리기(8)에 넣고 17000~19000 rpm의 고속 회전에 의해 파쇄된 나노 입자들을 2차침전물로 분리 채취하고, 분자가 파괴되어 성능을 잃은 1~2나노입자와 고속 회전으로 안되는 4~5나노입자는 물과 같이 폐수로 배출시킨다.In the second step (S2), the first supernatant collected by low-speed centrifugation about 8 times was put into the centrifuge (8) again and the nanoparticles crushed by high-speed rotation at 17000-19000 rpm were separated into secondary precipitates. Collected, 1 to 2 nanoparticles that have lost their performance due to the destruction of molecules and 4 to 5 nanoparticles that do not rotate at high speed are discharged into the wastewater as water.
4공정(S4) 4 step (S4)
채집된 5~10나노의 2차침전물을 동결건조기(9)에 넣고, 온도 -50℃ ~ -85℃, 압력 760 torr이상의 조건하에서 36시간 유지시킴으로써 분말형태의 수정 미립자를 추출한다.The collected 5-10 nanosecond precipitates are placed in a freeze-dryer (9), and the crystal fine particles in powder form are extracted by maintaining for 36 hours under a temperature of -50 ° C to -85 ° C and a pressure of 760 torr or more.
따라서, 처음 시작공정부터 종료시까지 물리적인 분쇄를 수행하고, 물이 함유된 상태로 분쇄시켰으므로 입자의 손실도 없이 깨끗한 분말을 얻게 된다.Therefore, physical grinding is performed from the initial start process to the end, and the powder is pulverized in a state of containing water, thereby obtaining a clean powder without loss of particles.
이렇게 본 발명에 의해 얻어진 수정미립자는 고형분 30%에서는 맑은 물로 보인다. 물은 물론 어떤 용매에도 잘 녹는다. Thus, the crystal grains obtained by the present invention appear to be clear water at 30% of solid content. It dissolves well in water and any solvent.
또한, 본 발명의 제조장치는 다량 생산이 가능하고, 청소가 간편하여 많은 종류의 물질과 색상을 변경시킬 수 있다.In addition, the manufacturing apparatus of the present invention can be produced in large quantities, easy to clean it can change many kinds of materials and colors.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be readily apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention, all such modifications and modifications being attached It is obvious that the claims belong to the claims.
도 1은 본 발명에 따른 나노입자 제조장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a nanoparticle manufacturing apparatus according to the present invention.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 나노입자 제조장치에 적용되는 "분쇄부"를 나타낸 좌측면도 및 우측면도이다.2 and 3 is a left side view and a right side view showing the "grinding part" applied to the nanoparticle manufacturing apparatus according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 나노입자 제조방법을 나타낸 공정 흐름도이다.Figure 4 is a process flow diagram illustrating a nanoparticle manufacturing method according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
2 : 공급부 4 : 분쇄부2 supply
5 : 재 1분쇄장치 6 : 수집조5: ash 1 grinding apparatus 6: collection tank
7 : 제 2분쇄장치 8 : 원심분리기7: second grinding device 8: centrifugal separator
9 : 동결건조기 51 : 제 1롤러9: lyophilizer 51: first roller
52 : 제 2롤러 73 : 제 3롤러52: second roller 73: third roller
74 : 제 4롤러 511 : 제 1헬리컬기어74: fourth roller 511: the first helical gear
522 : 제 2헬리컬기어 513 : 제 3헬리컬기어522: second helical gear 513: third helical gear
524 : 제 4헬리컬기어 535 : 제 5헬리컬기어524: 4th helical gear 535: 5th helical gear
746 : 제 6헬리컬기어 747 : 제 7헬리컬기어746: 6th helical gear 747: 7th helical gear
738 : 제 8헬리컬기어 759 : 제 9헬리컬기어738: 8th helical gear 759: 9th helical gear
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KR1020080058217A KR100889214B1 (en) | 2008-06-20 | 2008-06-20 | Method and apparatus for nano particle |
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KR200209433Y1 (en) | 2000-07-25 | 2001-01-15 | 구정길 | Cereal pulverator |
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