KR100890561B1 - Oxidation colloid nano graphite manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 리튬전지,고전도성잉크,내식방청,태양열집열소재,탄소섬유대체 복합재료 분야 등에서 신소재로 다양하게 사용될 산화콜로이드 나노흑연을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing colloidal nano graphite oxide to be used as a variety of new materials in the field of lithium batteries, high conductivity ink, corrosion-resistant corrosion, solar heat collection material, carbon fiber substitute composite materials.
일반적으로 흑연은 코우크스 및 다이아몬드와 같이 탄소로 이루어져 있지만, 탄소 원자로 구성되는 6각형 구조가 층을 이루는 독특한 층상 결정 구조를 가지고 있다. 이러한 흑연을 적당한 산화제로 처리하면 흑연층 사이에 SO3 2 -, NO3 -와 같은 화학종이 도입되어 층간 화합물이 만들어진다. In general, graphite is composed of carbon such as coke and diamond, but has a unique layered crystal structure in which a hexagonal structure composed of carbon atoms is layered. When such graphite is treated with a suitable oxidizing agent, chemical species such as SO 3 2 - and NO 3 - are introduced between the graphite layers to form interlayer compounds.
고순도의 흑연은 일반적으로 흑연화로에서 처리한 2차 흑연재를 반응로내에서 가열하고, 2차 흑연재에 포함되어 있는 불순물을 염소가스나 수소소가스와 화합시켜서 제거하여 흑연의 순도를 높여 왔다. 기타 방법의 예를 들면, High-purity graphite has generally increased the purity of graphite by heating the secondary graphite material treated in the graphitization furnace in a reaction furnace and removing impurities contained in the secondary graphite material by combining with chlorine gas or hydrogen hydrogen gas. . For example of other methods
국내특허등록공보 등록번호 제10-0694649호에는 각종 고온이나 온열이 필요한 난방용, 급탕용, 건조용, 식품조리용, 기기에 코팅되어 사용될 수 있는 발열 물질에 있어서, 카본블랙을 선정하여 고온에서 탄화하여 1차 분쇄를 얻고, 1차 분쇄 된 카본블랙을 케익 상태로 만들어 분쇄 전 200도에서 2시간 열처리 후 분쇄하고 체로 쳐서 60~70마이크론 분말로 정제탄소를 얻는 단계;증류수와 이산화규소와 산화칼륨을 일정비율로 혼합시켜 물유리를 얻는 단계;물유리 100 중량부를 기준으로 하여 정제탄소를 15~40 중량부, 수성분산제를 0.3 ~ 1.0 중량부, 실리콘계 소포제를 0.2 ~ 1.0 중량부 비율로 섞어서 진동밑에 분쇄하여 콜로이드 탄소용액을 얻는 단계; 을 통하여 제공되는 도전성 탄소박막 발열물질이 기재되어 있고,In Korean Patent Registration No. 10-0694649, carbon black is selected and carbonized at a high temperature in heating materials that can be used for heating, hot water supply, drying, food cooking, and equipment that require high temperature or heat. To obtain the first pulverized, the first pulverized carbon black to a cake state, and then pulverized and sieved to obtain purified carbon as a 60 ~ 70 micron powder before heat treatment at 200 degrees before crushing; distilled water and silicon dioxide and potassium oxide To obtain a water glass by mixing a predetermined ratio; 15 to 40 parts by weight of purified carbon, 0.3 to 1.0 parts by weight of water-based acid powder, 0.2 to 1.0 parts by weight of a silicone antifoaming agent is pulverized under vibration by mixing 100 parts by weight of water glass To obtain a colloidal carbon solution; A conductive carbon thin film exothermic material provided through is described,
동 공보 등록번호 제10-0675992호에는 한 방향으로 신장하는 중심축을 갖는 탄소 헥사고날 망면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소 나노로드가 기재되어 있으며,Patent Publication No. 10-0675992 describes carbon nanorods, comprising a carbon hexagonal mesh with a central axis extending in one direction,
동 공보 등록번호 제10-0254483호에는 흑연을 발연 황산 또는 무수 황산에서 발생시킨 SO3 가스와 건식으로 접촉시키는 것에 의해 산화시키는 단계; 상기 산화된 흑연에 마이크로파를 조사하는 단계; 그리고 상기 마이크로파를 조사한 산화 흑연을 열처리하여 팽창시키는 단계를 포함하여 이루어지는 팽창흑연 제조방법이 기술되어 있고,Publication No. 10-0254483 discloses the steps of oxidizing graphite by dry contact with SO 3 gas generated from fuming sulfuric acid or sulfuric anhydride; Irradiating microwaves to the oxidized graphite; And it is described a method of producing expanded graphite comprising the step of expanding the thermally expanded graphite oxide irradiated with microwaves,
동 공보 등록번호 제10-238015호에는 고순도로 흑연화시킨 흑연을 적은 수의 처리고정에서 얻어지도록 전기저항 가열로의 로내에 코우크스와 규석의 혼합물을 주성분으로 하는 주원료를 충진하고, 전극사이로 코어부에 탄소재를 배치하는 준비공정과, 양전극에 통전하고, 규소의 환원 탄화반응에 의하여 코어부 주위에 탄화규소의 인고우트기를 생성시키는 전단계 공정과, 전단계 공정에 연속하여 양전극에 통전하고, 상기 인코우트를 규소의 승화 온도이상, 흑연의 승화온도 이하의 온도로 가열하여 탄화규소중 규소원자를 열해리시켜 인코우트 외부로 증산시켜 제거하는 것에 의하여 탄화규소의 인고우트를 고순도의 흑연으로 변성시키는 순화공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 흑연의 제조방법이 알려져 있으며,Korean Patent Publication No. 10-238015 is filled with a main raw material mainly composed of a mixture of coke and silica in a furnace of an electric resistance heating furnace to obtain a high-purity graphitized graphite in a small number of processing fixtures. A preliminary step of arranging the carbon material in the part, energizing the positive electrode, energizing the positive electrode continuously in a preliminary step of generating an ingot group of silicon carbide around the core part by reduction carbonization of silicon, and The ingot of silicon carbide is transformed into high-purity graphite by heating the incot to a temperature above the sublimation temperature of silicon and below the sublimation temperature of graphite, and thermally dissociating the silicon atoms in the silicon carbide to oxidize and remove the ingot outside. It is known a method for producing graphite, comprising a purifying step to
일본국 특허공개공보소59-35078호에 기재된 팽창흑연 성형체의 제조방법에서는 50% 황산과 60% 과염소산을 중량비로 100:5로 섞은 혼합산에 침적시킨 흑연을 1000℃에서 열처리함으로써 팽창흑연을 제조하는 기술이 기술되어 있고, In the method for producing expanded graphite molded article described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-35078, expanded graphite is produced by heat-treating graphite deposited at a mixed acid of 50% sulfuric acid and 60% perchloric acid in a weight ratio of 100: 5 at 1000 ° C. Technology is described,
일본국 특허공개공보 소61-72609호에는 나트륨과 테트라 하이드로 퓨란을 이용하여 팽창흑연을 제조하는 방법이 기재되어 있으며,Japanese Patent Laid-Open No. 61-72609 describes a method for producing expanded graphite using sodium and tetrahydrofuran,
일본국 특허공개공보 소62-170332, 소63-139081, 평3086538 및 평4-21509호에는 황산과 과산화수소, 황산과 질산 및 붕산, 진한 황산과 진한 질산 등의 혼산을 산화제로 사용하여 가스킷용 소재, 시멘트와 모르타르의 복합 재료, 팽창흑연 쉬트 등으로 사용될 수 있는 팽창흑연을 제조하는 방법이 기재되어 있고,Japanese Patent Laid-Open Publication Nos. 62-170332, 63-3939081, 3086538 and 4-21509 use a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide, sulfuric acid and nitric acid and boric acid, and concentrated sulfuric acid and concentrated nitric acid as oxidizing agents. , A method for producing expanded graphite that can be used as a composite material of cement and mortar, expanded graphite sheet, and the like,
일본국 특허공개공보 평7-136501호, 평8-143856호 및 미합중국 특허 제5,149,518호에는 황산을 기본으로 한 혼합산을 산화제로 사용하여 팽창흑연 쉬트, 유류흡착제 및 무기질 섬유 복합 재료로 사용될 수 있는 팽창흑연을 제조하는 방법이 개시되어 있으며,Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-136501, 8-143856, and U.S. Patent No. 5,149,518 use mixed acids based on sulfuric acid as oxidants, which can be used as expanded graphite sheets, oil adsorbents and inorganic fiber composite materials. A method for producing expanded graphite is disclosed,
미합중국 특허 제5,503,717호에는 수용액상에서 전기 화학적으로 ZnCl2가 흑연 층간에 스며들도록 한 후 이를 열처리하는 방법으로 팽창흑연을 제조하는 방법이 개시되어 있음을 알 수 있다.US Pat. No. 5,503,717 discloses a process for producing expanded graphite by electrochemically injecting ZnCl 2 into graphite layers and then heat treating them.
본 발명은 상기에서 설명한 바와 같이, 황산을 기본으로 하는 혼합산을 산화제로 사용할 경우에는 흑연 입자를 다량(흑연의 1.5배 이상)의 진한 혼합산 원액 내에서 장시간에 걸쳐 직접 함침시킴으로 인하여 산의 소모량이 대단히 많은 단점을 해결하고자, 흑연을 가열로에서 전극으로 가열시킨 다음, 황산 질산 및 질산칼리를 이용한 전기 화학적으로 산화콜로이드 나노흑연 제조방법을 제공하는 것이 본 발명이 해결하고자 하는 과제인 것이다.As described above, when the mixed acid based on sulfuric acid is used as the oxidizing agent, the consumption of acid is caused by directly impregnating graphite particles in a large amount (1.5 times or more of graphite) in a concentrated mixed acid stock solution for a long time. In order to solve this very many disadvantages, it is a problem to be solved by the present invention to provide a method for producing a colloidal nano-graphite graphite electrochemically by heating the graphite in the furnace with an electrode, and then using nitric acid sulfate and calcium nitrate.
본 발명은 상기 종래의 기술에 대한 문제점을 해결하고자, 본 출원인이 선출원한 국내특허출원번호 제10-2006-36087호를 개량한 것으로서,The present invention is to solve the problems of the prior art, as an improvement of the domestic patent application No. 10-2006-36087, the applicant filed earlier,
흑연광물을 소성로에 넣어 재가열한 다음, 질산, 황산, 질산칼리 및 이산화질소 가수로 혼합한 다음, 가열한 후에 암모니아 및 가성소다 혼합물로 pH 2~3로 희석시킨 다음, 세척하여 건조시킨 다음, 용도에 따라 물에 희석하여 제조되는 산화콜로이드 나노흑연 제조방법을 제공하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 과제해결 수단인 것이다.The graphite minerals are placed in a kiln and reheated, mixed with nitric acid, sulfuric acid, calcium nitrate and nitrogen dioxide valence, heated, diluted with ammonia and caustic soda mixture to pH 2-3, washed, dried and Therefore, to provide a method for producing colloidal oxide nanographium oxide is prepared by dilution in water is a problem solving means to achieve the present invention.
본 발명은 고순도의 흑연을 전극봉을 이용한 가열로를 이용하여 얻은 다음, 질산, 황산, 질산칼리 및 이산화질소가스로 산처리한 후, NO2 가스로 인한 위험성을 배제할수있고 또한 별도로 고가인 습기정화장치를 생략할수있는, 저렴한 비용으로 고압펌프를 이용해 NO2 가스를제거 시키며, 암모니아와 가성소다 혼합물로 희석된 산으로 처리된 흑연 현탁액을 탈수 하면 산화과정에서 산화정도에 따라 다층인 흑연의 소자가 깨지는 현상으로 입자의크기를 10~30배 줄일 수 있고,후에 필요에 따라 물3:1정도의 페이스트에 물이나 알콜을 추가희석시켜 사용하게되는 산화콜로이드 나노흑연의 제조방법이고, 제조공정에서 안전성 제고와 위험물질제거 단순화로 설치비용과 생산원가를 크게 절감시켜 경제적이며, 현탁액흑연을 희석시킨 산 상태의 페이스트로 하여 새로운 기술로 제조되는 신소재인 산화 콜로이드 나노흑연을 제조하는 방법을 여는 학문적으로도 혁신적인 효과가 있는 것이다. The present invention is obtained by using a furnace using an electrode electrode of high purity graphite, and then acid treated with nitric acid, sulfuric acid, calcium nitrate and nitrogen dioxide gas, it is possible to eliminate the risk due to NO2 gas, and also separately expensive moisture purification device It is possible to omit the NO2 gas by using a high pressure pump, which can be omitted, and to dehydrate the graphite suspension treated with acid diluted with ammonia and caustic soda mixture. It can reduce
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일반흑연광물을 전기로에서In order to achieve the above object, the present invention provides a general graphite mineral in an electric furnace.
2600~3200℃의 고온소성으로 고순도 흑연을 얻는단계: Obtaining high purity graphite by high temperature firing at 2600 ~ 3200 ℃:
상기 고온소성으로 얻은 고순도 흑연을 0.1~3㎛ 미립자로 분쇄 한는 단계:Grinding the high purity graphite obtained by the high temperature firing into 0.1-3 μm fine particles:
상기분쇄선 미립자 고순도 흑연 1kg에 1N 질산카리 400g 1N 질산 2.5kg, 1N 황산7.5kg 증류수8~12ℓ를 반응기에 넣고 1N 질산암모니아 5~10g을 추가시켜 반응시키는 단계:Reacting by adding 1 ~ 10 kg of 1N carnitrate 400g 1N nitric acid 2.5kg, 1N sulfuric acid 7.5kg distilled water to 1kg to 5kg of 1N ammonium nitrate in 1kg
상기 혼합 반응된 내용물을 숙성기 에서 10~14시간 숙성시키고 질소제거를 위해 공기를 넣어, 폭기시켜 안정화 처리함을 특징으로 하는 안정화단계:Stabilizing step characterized in that the mixed content of the reaction in the aging period for 10 to 14 hours and put in air to remove nitrogen, aeration by stabilizing treatment:
상기 숙성시킨 내용물에 70~100℃, 2~4시간 가열시키고 급냉시키는 가열 및 냉각단계:Heating and cooling step of heating and
상기 가열,급냉후 탈수기에서 종이로 휠터링하여 1차탈수하는 단계:The first step of dewatering by filtering the paper in the dehydrator after the heating, quenching:
상기 1차 탈수로 채취된 페이스트 형태의 고순도흑연에 다시 증류수 6~10ℓ를 넣고 교반할 때 1N 암모니아와 1N 가성소다를 동일양 혼합한 다음, 혼합물을 pH 2~3될때까지 교반하여 콜로이드흑연을 중화시키는 중화단계:6-10 L of distilled water was added to the paste-type high-purity graphite collected by the first dehydration, and 1N ammonia and 1N caustic soda were mixed in the same amount, and the mixture was stirred until pH 2-3, to neutralize colloidal graphite. Neutralization stage
상기 pH2~3인 내용물을 탈수기에서 재차 종이를 사용하여 휠터링하고 2차탈수 단계:로 구성된 산화콜로이드 나노흑연의 제조방법에 관한 것이다.It relates to a method for producing colloidal nano-oxide oxide consisting of a second step of dewatering the content of the pH 2-3 using a paper again in the dehydrator.
흑연 제조는 흑연광물 500~1000㎛ 입자를 흑연재질의 700mm 세로 350mm 높이 350mm으로 3개의 컨테이너 박스를 준비하고 그 속에 동일한 흑연광물 직경 500~1000㎛ 입자를 채우며 기밀을 유지한 다음, Graphite manufacturing is to prepare three container boxes of 500 ~ 1000㎛ particles of graphite minerals 700mm length 350mm height 350mm of graphite material and fill the same graphite mineral particles 500 ~ 1000㎛ particles in it and maintain airtightness,
(도1 및 도2참조) 가로 4700mm 세로 1300mm 두께 500mm의 내화 벽돌을 쌓고 세로의 바닥 두께 300㎜로 한 박스 안에 준비된 (도1)의 흑연을 (도2) 콘테이너박스에 집어넣고 카바를 닫은 후에,(See Figs. 1 and 2) After stacking firebrick having a width of 4700 mm and a width of 1300 mm and a thickness of 500 mm, the graphite of (Fig. 1) prepared in a box having a bottom thickness of 300 mm is placed in a container box (Fig. 2) and the cover closed. ,
(도1)의 흑연 전극 봉 양쪽에 100㎾ 이상의 전기를 연결하여 흘리고 (필요에 따라 질소를 투입하여) 2600~3200℃ 이상 온도를 가열하며 주변의 흑연광물의 기밀이 유지되어 산소가 투입되지 않으므로 진공이 유지되어 산화가 방지되며 2600~3200℃ 이상에서 고온을 일정 시간 지속 가열하면 흑연광물 속에 있는 불순물이 소성되므로 순도 99.98% 이상의 순수 흑연을 얻을 수 있다.Since 100 전극 or more electricity is connected to both sides of the graphite electrode rod as shown in FIG. Oxidation is prevented by maintaining the vacuum, and when the high temperature is continuously heated at a temperature of 2600 ~ 3200 ℃ for a certain time, impurities in the graphite mineral are calcined, thereby obtaining pure graphite having a purity of 99.98% or more.
이렇게 얻어진 흑연을 통상의 분쇄기를 통해 분쇄하고 분쇄된 미립자를 선별 기를 통해 선별하여 대 소 미립자를 구분하여 소 미립자를 얻어내며 대 미립자는 다시 분쇄하여 소 미립자를 얻어내는 공정을 계속한다.The graphite thus obtained is pulverized through a conventional pulverizer and the pulverized fine particles are sorted through a sorting machine to separate small and small particles to obtain small particles, and the large particles are pulverized again to obtain small particles.
이렇게 하면 직경 0.1~3 ㎛의 흑연 분말 입자를 생산한다.This produces graphite powder particles with a diameter of 0.1-3 μm.
본 발명에서 NO2가스가 생성되는데 이를 제거해야 다음공정에서 NO2 가스로 인한 위험성을 배제하게되고 또한 별도로 고가인 습기정화장치를 생략하고 저렴한 비용으로 고압펌프를 이용해 NO2 가스를 제거하게 되는 것을 특징으로 하는 방법In the present invention, NO2 gas is generated, which must be removed to eliminate the dangers caused by NO2 gas in the next process, and also to remove NO2 gas by using a high pressure pump at a low cost by omitting an expensive moisture purification device. Way
본 발명에서 고압펌프를 이용하는 NO2 가스제거기에 제트노즐로 NO2가스를 흡입 분사시키면 NaOH 용액과 NO2가스가 흡입되여 NO2가스가 제거 되고 또한 작업시 질소산화물의 융합도 예방해주고 반응기 안에서 보통보다 낮은 농도를 생성케하여 이물질과 반응하지않게 하고, In the present invention, when the NO 2 gas is injected into the NO 2 gas remover using a high pressure pump with a jet nozzle, the NaOH solution and the NO 2 gas are inhaled to remove the NO 2 gas, and also prevent the fusion of nitrogen oxide during the operation and lower concentration than usual in the reactor. So that it does not react with foreign matter,
본 발명에서 사용된 약품의 양은 다양하고, 수십번에 걸쳐 실험결과 최선의 양을 찾아낸 결과이므로, 약품이 상기 기재된 양보다 적거나 많아도 공정시간을 달리하여도 산화 콜로이드 흑연은 제조되나, 품질과 특성이 다르게 되고 시간이 지남에 따라 또는 주변환경의 기온변화, 압력변화, 습도변화에 따라 콜로이드화된 흑연의품질이 저하될 수 있다.Since the amount of the drug used in the present invention is various, and the result of finding the best amount of experiment results over several decades, the colloidal graphite oxide is produced even if the process time is different or less than the amount described above, but the quality and characteristics The quality of the colloidal graphite may be deteriorated over time or due to changes in temperature, pressure, and humidity of the surrounding environment.
본 발명에서 공기를 넣어 교반하여, 폭기를 한후 가열기에서 80~100℃로 2~4시간 가열시킨후 급냉시켜 안정화 처리하며, 안정화 처리후 내용물을 1차 종이로 휠터링하여 탈수 하는데 사전에 미리 한번더 휠터링 하고 탈수시키면 작업과정에서 탈염수 사용량을 10~20배 줄일 수 있고 작업시간도 크게 단축시킬수 있으며,In the present invention, the air is stirred and aerated, and then heated in a heater at 80 to 100 ° C. for 2 to 4 hours, followed by quenching and stabilizing. After stabilizing, the contents are filtered by primary paper and dewatered once in advance. More filtering and dehydration can reduce the use of demineralized water in the work process by 10 ~ 20 times and greatly reduce the working time.
1차 탈수후 채취된 고순도 흑연 페이스트에 재차증류수 6~10ℓ을 넣고 교반하면서 1N 암모니아와 1N 가성소다 혼합액을 pH2~3 될 때까지 교반하여 콜로이드 흑연액을 중화시키면 휠터링 시간도 단축되고 증류수 사용도 크게 줄일수 있으며, After the first dehydration, add 6-10 liters of distilled water to the high-purity graphite paste collected, and stir until the mixture of 1N ammonia and 1N caustic soda is brought to pH 2-3 and neutralize colloidal graphite solution. Can be greatly reduced,
pH2~3으로 산화된 콜로이드흑연을 중화시킨후 2차 탈수공정에서 휠터링 하는 휠터의 재질도 종이로 사용하면 휠터링이 촉진되는, 탈수후 침전물인 산화 콜로이드 나노 흑연을 체취 하게되는 제조방법에 관한 것이다.A method for manufacturing a colloidal graphite graphite, which neutralizes colloidal graphite oxidized to pH 2 to 3, and then filter the filter in the second dewatering process, which also facilitates the filtering, and decomposes colloidal oxide oxide of graphite, which is a precipitate after dehydration. will be.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following Examples.
실시예Example
제1공정1st process
흑연광물 500~1000㎛ 입자를 흑연재질의 700mm 세로 350mm 높이 350mm으로 3개의 컨테이너 박스를 준비하고 그 속에 동일한 흑연광물 직경 500~1000㎛ 입자를 채우며 기밀을 유지한 다음, Prepare three container boxes with graphite mineral 500 ~ 1000㎛ particles of 700mm length 350mm height 350mm made of graphite material, fill them with the same graphite mineral diameter 500 ~ 1000㎛ particles, and maintain airtightness.
가로 4700mm 세로 1300mm 두께 500mm의 내화 벽돌을 쌓고 세로의 바닥 두께 300㎜로 한 박스 안에 준비된 흑연광물을 콘테이너박스에 집어넣고 카바를 닫은 후에,After stacking fire bricks 4700mm wide by 1300mm wide and 500mm thick, and putting the prepared graphite minerals in a box with a floor thickness of 300mm in the container box and closing the cover,
흑연 전극 봉 양쪽에 100㎾ 이상의 전기를 연결하여 흘리고 (필요에 따라 질소를 투입하여) 2600~3200℃ 온도를 가열하며 주변의 흑연광물의 기밀이 유지되어 산소가 투입되지 않으므로 진공이 유지되어 산화가 방지되며 흑연 속에 있는 불순 물이 소각되므로 순도 99% 이상의 순수 흑연을 얻은 다음,Connect electricity over 100㎾ to both sides of graphite electrode rod and flow it (by adding nitrogen as needed), and heat the temperature of 2600 ~ 3200 ℃, and maintain the airtightness of surrounding graphite minerals so that no oxygen is added, so vacuum is maintained by oxidation. To prevent incineration of impurities in the graphite, thus obtaining pure graphite with a purity of 99% or higher,
구워낸 입자를 분쇄기에 넣어 직경 05.~2 ㎛ 흑연 분말로 지속 분쇄하며 선별기를 지속적으로 거쳐 직경 0.1~3㎛ 미립자로 분쇄 한 흑연을 선별 한 후에,After the baked particles are put into a grinder and continuously pulverized with a graphite powder of diameter 05. ~ 2 ㎛, and after sorting the graphite pulverized into fine particles with a diameter of 0.1 ~ 3 ㎛ through a separator,
제2공정2nd process
상기와 같이 분쇄된 미립자 고순도 흑연 1kg에 1N 질산카리 400g 1N 질산 2.5kg, 1N 황산7.5kg 증류수8~12ℓ, 1N 질산암모니아 5~10g을 반응기에 투입하여 반응시킨 후에,After 1 kg of pulverized high-purity graphite as described above, 1 N Carri nitrate 400 g 1 N nitrate 2.5 kg, 1 N sulfuric acid 7.5 kg distilled water 8-12 L, 1 N ammonia nitrate 5-10 g was added to the reactor, followed by reaction.
(고압펌프를 이용하는 생성된 NO2 가스제거기에 제트노즐로 NO2가스를 흡입 분사시키면 NaOH 혼합액에 NO2가스가 흡입되여 NO2가스를 제거하고, 필요에 따라 카본필터를 이용하여 제거할 수도 있다.)(If the NO2 gas is injected into the NO2 gas remover using the high pressure pump with a jet nozzle, the NO2 gas is sucked into the NaOH mixture solution to remove the NO2 gas and, if necessary, removed using a carbon filter.)
상기 혼합반응된 내용물을 숙성기로 이송하여 10~14시간 숙성시키고 질소제거를 위해 콤푸레샤에 연결된 폭기조에 연결된 파이프를 이용하여 공기를 넣어 폭기시켜 안정화 처리한 다음,After transferring the mixed reaction contents to a ripening machine for 10 to 14 hours, and aeration by stabilizing by adding air using a pipe connected to the aeration tank connected to the compressor to remove nitrogen,
상기 숙성시킨 내용물에 가열기로 이송하여 70~100℃ 2~4시간 가열시키고, 급냉기로 이송시켜 급냉시킨 후에,After transferring the aged contents to a heater and heating at 70-100 ° C. for 2 to 4 hours, after transferring to a quenching machine and quenching,
상기 가열, 급냉시킨 다음, 진공탈수기로 이송하여 진공탈수기에서 종이로 휠터링하여 1차탈수 한 후에,After the heating and quenching, transfer to a vacuum dehydrator and filter by paper in the vacuum dehydrator to the first dehydration,
상기 1차 탈수후 체취된 산화콜로이드 흑연 페이스트를 중화조로 이송하여 증류수 6~10ℓ을 넣고 교반하면서 1N 암모니아와 1N 가성소다 혼합액을 pH2~3 될때까지 교반하여 콜로이드흑연을 중화시킨 다음,Transfer the colloidal graphite paste sifted after the first dehydration to a neutralization tank, add 6-10 L of distilled water, and stir the mixed solution of 1N ammonia and 1N caustic soda until pH 2 ~ 3 to neutralize colloidal graphite.
상기 pH2~3인 내용물을 진공탈수기로 이송하여 재차 종이를 사용하여 휠터링하고 탈수시켜 산화콜로이드 나노흑연을 제조하였다. The contents of pH 2-3 were transferred to a vacuum dehydrator to filter and dewater using paper again to prepare colloidal nano graphite oxide.
이하, 본 발명의 산화콜로이드 나노흑연 제조장치를 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the colloidal oxide nanographite production apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
도1 및 도2 본 발명의 흑연제조장치 상세도, 도3 본 발명의 콜로이드화 흑연 제조장치 상세도를 도시한 것이며, 커버(10), 벽체(20), 컨테이너박스(30), 바닥(40), 투시구(50), 지지대(70), 전극봉(80), 증류수공급탱크(101), 황산공급탱크(102), 질산공급탱크(103), 질산칼리공급탱크(104), 흑연공급탱크(105), 반응기 온도조절자켓(110), 이산화질소배출관(150), 고압펌프(155), 제트노즐(151), 가성소다공급탱크(160), 가성소다이산화질소흡수탱크(170), 카본여과탱크(180). 암모니아공급탱크(190), 증류수공급파이프(195), 반응기온도조절자켓(250), 컴푸레셔(310), 온수보일러(410), 가열자켓(450), 냉각펌프(510), 냉각자켓(550), 폐수수집탱크(710), 진공탱크(720), 진공펌프(740), 콜로이드흑연배출구(800),스크린 및 종이필터(850), 반응기(A), 숙성기(B), 폭기조(C), 가열기(D), 냉각기(E), 중화조(F), 진공탈수기(G)를 나타낸 것임을 알 수 있다.1 and 2 show a detailed view of the graphite production apparatus of the present invention, Figure 3 shows a detailed view of the colloidal graphite production apparatus of the present invention, the
구조를 살펴보면, 산화콜로이드 나노흑연 제조장치는 흑연제조 장치와 콜로이드화 흑연제조장치로 구성되며,Looking at the structure, the colloidal nano graphite manufacturing apparatus is composed of a graphite manufacturing apparatus and a colloidal graphite manufacturing apparatus,
흑연제조장치는 도1내지 도2에 도시된 바와 같이,Graphite manufacturing apparatus is shown in Figure 1 to 2,
상부에 형성되는 커버(10)와, 내화벽돌로 설치된 바닥(40)과, 상기 바 닥(40)의 상부에 내부에 작업공간부가 형성되도록 내화벽돌로 설치된 4개의 벽체(20)와, 상기 벽체(20)의 상부에 내화벽돌로 설치되며, 상하부로 개방이 가능하도록 구비된 커버(10)와, 상기 내부 작업공간에 설치되어 순수흑연을 제조하는 컨테이너박스(30)와, 상기 벽체(20)의 일측과 컨테이너박스(30)에 연결되어 외부로 관통구가 설치된 투시구(50)와,A
벽체(20)의 다른 일측과 컨테이너박스(30)의 양측 끝단부에 설치된 전극봉(80)으로 구성된 흑연제조장치의 구조인 것이다.It is a structure of the graphite manufacturing apparatus composed of the
콜로이드화 흑연제조장치는 도3에 도시된 바와 같이,Colloidal graphite manufacturing apparatus as shown in Figure 3,
원료들이 반응기(A), 숙성기(B), 폭기조(C), 가열기(D), 냉각기(E), 진공탈수기(G), 중화조(F), 진공탈수기(G)를 순차적으로 펌프에 의해 순환되면서 콜로이드 흑연을 제조하는 장치로서,Raw materials are sequentially pumped to the reactor (A), ripening (B), aeration tank (C), heater (D), cooler (E), vacuum dehydrator (G), neutralization tank (F), and vacuum dehydrator (G). A device for producing colloidal graphite while being circulated by
반응기(A)와, 상기 반응기(A)의 상부에 각각 설치되어 자동공급기로 각 원료를 투입시키는 증류수공급탱크(101), 황산공급탱크(102), 질산공급탱크(103), 질산칼리공급탱크(104), 흑연공급탱크(105)로 구성되며,Distilled
상기 반응기(A)의 외부에 설치된 반응기온도조절자켓(110)과, 반응기(A)의 외부 일측에 설치된 교반모터와, 상기 교반모터와 연결되어 반응기(A)내부에 설치된 교반기와, 상기 반응기(A)의 하부 일측에는 배출파이프에 의해 다수개의 숙성기(B) 및 폭기조(C)에 연결되며,Reactor
상기 반응기(A)의 일측에 연결되어 반응기(A)에서 생성된 이산화질소가스를 배출하는 이산화질소배출관(150)과, 상기 이산화질소배출관(150)의 끝단부에 설치된 제트노즐(151)과, 상기 이산화질소배출관(150)의 끝단부에 제트노즐(151)이 구비되어 연결된 이산화질소흡수탱크(170)와, 상기 이산화질소흡수탱크(170)의 일측에 설치된 고압펌프(155)와, 상기 이산화질소흡수탱크(170)에 연결된 가성소다탱크(160)와, 상기 이산화질소흡수탱크(170)와 연결된 카본필터(180)으로 구성되며,The nitrogen
상기 숙성기(B)는 12개로 구성되며, 반응기(A)의 배출파이프에 의해 연결되어 있고, 외측 상부에 설치된 교반모터와, 상기 교반모터와 연결되어 숙성기를 관통하여 내부에 설치된 교반기와, 컴푸레셔(310)에서 산소를 공급받는 폭기조(C)에 연결되어 산소를 공급받도록 파이프로 밸브와 함께 연결되어 있으며,The aging machine (B) is composed of 12, connected by the discharge pipe of the reactor (A), the stirring motor is installed on the upper outside, the stirrer connected to the stirring motor and installed inside the stirrer, and the compressor It is connected to the aeration tank (C) receiving oxygen from the
각각의 숙성기(B) 상부에는 생성된 이산화질소를 배출하는 배출관에 의해 이산화질소흡수탱크(170)에 연결되어 있고, 하부에는 배출파이프로 구성되며, The upper part of each ripening machine (B) is connected to the nitrogen
상기 가열기(D)는 3개 설치되며 상부에는 12개의 숙성기(B) 및 폭기조(C)에 파이프로 연결되며, 외부에는 설치되며 보일러(410)에서 온수를 받아 가열기(D)를 가열시키는 가열자켓(450)과, 하부에 설치된 배출파이프와,Three heaters (D) are installed and connected to pipes at 12 aging (B) and aeration tank (C) at the top, and installed outside, and receives the hot water from the
외측 상부에 설치된 교반모터와, 상기 교반모터와 연결되어 가열기를 관통하여 내부에 설치된 교반기로 구성되어 있으며, It is composed of a stirring motor installed in the upper upper portion, a stirrer connected to the stirring motor and installed inside the heater,
상기 냉각기(E)는 파이프로 3개의 가열기(D)와 파이프로 연결되어 유입된 혼합물을 냉각시키도록 외부에 설치된 냉각펌프(510)에 연결된 냉각자켓(550)과, 하부에 설치된 배출파이프와, 외측 상부에 설치된 교반모터와, 상기 교반모터와 연결되어 냉각기를 관통하여 내부에 설치된 교반기로 구성되어 있고, The cooler (E) is connected to three heaters (D) by a pipe and a
상기 진공탈수기(G)는 상부에 상기 가열기(D) 및 냉각기(E)와 파이프로 연결되며, 상부 일측에는 중화조(F)와 연결되는 유입파이프와, 중간 일측에 설치된 스크린 및 종이필터(850)와, 상기 스크린 및 종이필터(850) 상부 일측에 설치된 콜로이드흑연배출구(800)와, 상기 스크린 및 종이필터(850) 상부의 다른 일측에 설치되며 중화조(F)와 연결된 배출파이프와, The vacuum dehydrator (G) is connected to the heater (D) and the cooler (E) and the pipe at the top, the inlet pipe connected to the neutralization tank (F) on one side, the screen and
상기 스크린 및 종이필터(850)하부에 설치된 폐수수집탱크(710)와,And the waste
상기 페수수집탱크(710)의 일측에 설치되며 진공펌프(740)에 연결되어 진공을 유지하는 진공탱크(720)로 구성되며,It is installed on one side of the
상기 중화조(F)는 진공탈수기(G)의 배출파이프에 연결되어 있으며,The neutralization tank (F) is connected to the discharge pipe of the vacuum dehydrator (G),
외측 상부에 설치된 교반모터와, 상기 교반모터와 연결되어 중화조를 관통하여 내부에 설치된 교반기와,A stirring motor installed at an upper portion of the outer side, a stirrer connected to the stirring motor and penetrating the neutralization tank and installed therein;
상부일측에 설치되며 가성소다공급탱크(160)에 연결된 가성소다공급파이프와,Caustic soda supply pipe is installed on the upper side and connected to the caustic
상기 가송소다공급파이프 하부에 설치되어 암모니아를 공급하는 암모니아공급탱크(190)에 의해 자동공급기에 의해 공급되는 가성소다공급파이프와,A caustic soda supply pipe which is installed under the gas feed soda supply pipe and supplied by an automatic feeder by an
증류수를 공급하는 증류수공급파이프(195)에 연결된 구조이며, 하부에는 중화조(F) 에 연결된 배출파이프로 구성된 구조임을 알 수 있다.It can be seen that the structure is connected to the distilled
본 발명의 장치의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operating state of the device of the present invention.
고순도의 흑연제조장치의 작동방법은 흑연광물 500~1000㎛ 입자를 흑연재질의 700mm 세로 350mm 높이 350mm으로 3개의 컨테이너 박스를 준비하고 그 속에 동일한 흑연광물 직경 500~1000㎛ 입자를 채우며 기밀을 유지한 다음,The operation method of high purity graphite manufacturing apparatus is to prepare three container boxes with 500 ~ 1000㎛ particle of graphite mineral and 700mm length 350mm height 350mm of graphite material, and fill the same graphite mineral diameter 500 ~ 1000㎛ particle and keep airtight. next,
(도1 및 도2참조) 가로 4700mm 세로 1300mm 두께 500mm의 내화 벽돌을 쌓고 세로의 바닥 두께 300㎜로 한 박스 안에 준비된 (도1)의 흑연광물을 (도2) 콘테이너박스에 집어넣고 카바를 닫은 후에,(See Figs. 1 and 2) The graphite minerals of Fig. 1 were placed in a container box (Fig. 2) and the cover was closed by stacking fire bricks 4700 mm wide by 1300 mm thick and 500 mm thick, and placed in a box having a floor thickness of 300 mm vertically. after,
(도1)의 흑연 전극 봉 양쪽에 100㎾ 이상의 전기를 연결하여 흘리고 (필요에 따라 질소를 투입하여) 2600~3200℃ 온도를 가열하며 주변의 흑연광물의 기밀이 유지되어 산소가 투입되지 않으므로 진공이 유지되어 산화가 방지되며 흑연 속에 있는 불순물이 소각되므로 순도 99% 이상의 순수 흑연을 얻은 다음,100 ㎾ or more electricity is connected to both sides of the graphite electrode rod as shown in FIG. 1, and the temperature is heated to 2600 ~ 3200 ℃ by adding nitrogen as needed. Is maintained to prevent oxidation and the impurities in the graphite are incinerated, thus obtaining pure graphite having a purity of 99% or higher,
구워낸 입자를 분쇄기에 넣어 흑연 분말로 지속 분쇄하며 선별기를 지속적으로 거쳐 직경 0.1~3㎛ 미립자로 분쇄 한 흑연을 선별하여 작동하는 방법이며, The baked particles are put into a grinder and continuously pulverized into graphite powder, and continuously passed through a sorting machine to sort and operate the graphite pulverized into fine particles of 0.1 ~ 3㎛ diameter.
콜로이드화 제조장치의 작동방법은The method of operating the colloidal manufacturing apparatus is
상기와 같이 흑연제조장치에서 제조된 직경 0.1~3㎛ 미립자로 분쇄 한 흑연을 흑연공급탱크(105)에 투입한 후에 증류수공급탱크(101), 황산공급탱크(102), 질산공급탱크(103), 질산칼리공급탱크(104), 흑연공급탱크(105)에 연결된 반응기(A)의 상부에 각각 설치되어 자동공급기로 각 원료를 투입시키되, 반응기(A)의 외부에 설치된 반응기온도조절자켓(110)에 의해 온도를 조절하고, 반응기(A)의 외부 일측에 설치된 교반모터와, 상기 교반모터와 연결되어 반응기(A)내부에 설치된 교반기에 의해 투입된 각 원료들을 혼합한 다음,After the graphite pulverized into 0.1 ~ 3㎛ diameter particles produced in the graphite manufacturing apparatus as described above into the
반응기(A)의 하부 일측에는 배출파이프에 의해 12개의 숙성기(B) 및 폭기조(C)로 이송시키며,The lower one side of the reactor (A) is transferred to 12 ripening machines (B) and aeration tank (C) by discharge pipes,
(반응기(A)내의 혼합과정에서 생성된 이산화질소가스는 고압펌프(155)의 작동에 의해 이산화질소배출관(150)을 통해 이산화질소배출관(150)의 끝단부에 설치된 제트노즐(51)에 연결된 가성소다가 내장된 이산화질소흡수탱크(170)에서 흡수시키고, 필요에 따라, 이산화질소흡수탱크(170)과 연결된 카본필터(180)로 처리하고)(Nitrogen dioxide gas generated in the mixing process in the reactor (A) is caustic soda connected to the jet nozzle 51 installed at the end of the nitrogen
12개의 숙성기(B) 각각은 반응기와 동일하게 외측 상부에 설치된 교반모터와, 상기 교반모터와 연결되어 유입된 혼합물을 유입시키며, 컴푸레셔(310)에서 산소를 공급받는 폭기조(C)에 연결되어 숙성기(B)내부에 산소로 폭기시킨 다음,Each of the 12 ripening machines (B) is connected to the aeration tank (C) receiving oxygen from the compressor (310) to introduce a stirring motor installed in the outer upper portion and the stirring motor connected to the stirring motor in the same manner as the reactor. Then aerated with oxygen inside the ripening machine (B),
(이때, 각각의 숙성기(B)의 숙성과정에서 생성된 이산화질소는 배출관을 통해 상기에서 기재한 가성소다가 내장된 이산화질소흡수탱크(170)에 이동시켜 흡수시키고, 필요에 따라, 이산화질소흡수탱크(170)과 연결된 카본필터(180)로 처리하고)(At this time, the nitrogen dioxide generated during the aging process of each aging machine (B) is moved to absorb the nitrogen
하부에 연결된 배출파이프로 3개의 가열기(D)로 이송시켜, 외부에는 설치되며 보일러(410)에서 온수를 받아 가열기(D)의 외측에 설치된 가열자켓(450)에 의해 가열기(D)를 가열시킴과 동시에 가열기(D)의 외측 상부에 설치된 교반모터와, 상기 교반모터에 의해 가열기(D) 내부의 혼합물질을 교반시킨 후에, The heater D is transferred to three heaters D by a discharge pipe connected to the lower part, and the heater D is heated by a
냉각기(E)로 이송시켜, 외부에 설치된 냉각펌프(510)에 연결된 냉각자켓(550)에 의해 유입된 혼합물을 냉각시킴과 동시에 외측 상부에 설치된 교반모터와, 상기 교반모터와 연결되어 냉각기를 관통하여 내부에 설치된 교반기로 교반한 다음,It is transferred to the cooler (E) to cool the mixture introduced by the cooling
배출파이프에 의해 진공탈수기(G)로 이송시킨 다음, 스크린 및 종이필터(850)하부에 설치된 폐수수집탱크(710)의 일측에 설치되며 진공펌프(740)에 연결되어 진공을 유지하는 진공탱크(720)의해 진공탈수기(G)내부를 진공상태로 유지하여, 중간 일측에 설치된 스크린 및 종이필터(850)로 1차 여과하고 여액은 하부의 폐수수집탱크(710)를 통해 배출시키고, 여과된 혼합액을Transfer to the vacuum dehydrator (G) by the discharge pipe, and then installed on one side of the waste
중화조(F)로 이송시킨 후에, 상부 일측에 설치된 가성소다공급탱크(160)에 연결된 가성소다공급파이프와, 상기 가송소다공급파이프 하부에 설치되며 암모니아공급탱크(190)에 의해 자동공급기에 의해 공급되는 암모니아공급파이프에 및 증류수공급파이프(195)에 의해 가성소다, 암모니아 및 증류수를 자동공급함과 동시에After the transfer to the neutralization tank (F), the caustic soda supply pipe connected to the caustic
외측 상부에 설치된 교반모터와, 상기 교반모터와 연결되어 숙성기를 관통하여 내부에 설치된 교반기로 충분히 교반시킨 다음, After the stirring motor is installed on the outer top, the stirring motor is connected to the stirring motor and stirred sufficiently by the stirrer installed inside,
다시, 진공탈수기(G)로 이송시킨 다음, 스크린 및 종이필터(850)하부에 설치된 폐수수집탱크(710)의 일측에 설치되며 진공펌프(740)에 연결되어 진공을 유지하는 진공탱크(720)의해 진공탈수기(G)내부를 진공상태로 유지하여, 중간 일측에 설치된 스크린 및 종이필터(850)로 2차 여과하고 여액은 하부의 폐수수집탱크(710)를 통해 배출시키고, 2차 여과되어 제조된 콜로이드 흑연을 스크린 및 종이필터(850) 상부 일측에 설치된 콜로이드흑연배출구(800)를 통해 배출하는 산화콜로이드 나노흑연장치의 작동방법인 것이다.Again, the
상기에서 각 약품 및 증류수공급파이프에는 자동공급기가 설치되어 사전에 세팅된 지시에 의해 일정량을 공급하도록 하였으며, 자동공급기는 당분야에서 널리 사용되는 통상의 기술이므로 구체적인 내용은 서술하지 않기로 하였다.In the above, each chemical and distilled water supply pipe is provided with an automatic feeder to supply a predetermined amount according to a preset instruction. Since the automatic feeder is a common technique widely used in the art, specific details will not be described.
도1 및 도2 본 발명의 흑연제조장치 상세도1 and 2 detailed view of the graphite manufacturing apparatus of the present invention
도3 본 발명의 클로이드화 흑연제조장치 상세도Figure 3 is a detailed view of the clad graphite production apparatus of the present invention
도면의 부호 설명Explanation of symbols in the drawings
커버(10), 벽체(20), 컨테이너박스(30), 바닥(40), 투시구(50), 지지대(70), 전극봉(80), 증류수공급탱크(101), 황산공급탱크(102), 질산공급탱크(103), 질산칼리공급탱크(104), 흑연공급탱크(105), 반응기온도조절자켓(110), 이산화질소배출관(150), 고압펌프(155), 제트노즐(151), 가성소다공급탱크(160), 가성소다이산화질소흡수탱크(170), 카본여과탱크(180). 암모니아공급탱크(190), 증류수공급파이프(195), 반응기온도조절자켓(250), 컴푸레셔(310), 온수보일러(410), 가열자켓(450), 냉각펌프(510), 냉각자켓(550), 폐수수집탱크(710), 진공탱크(720), 진공펌프(740), 콜로이드흑연배출구(800),스크린 및 종이필터(850), 반응기(A), 숙성기(B), 폭기조(C), 가열기(D), 냉각기(E), 중화조(F), 진공탈수기(G) Cover (10), wall (20), container box (30), bottom (40), sight hole (50), support (70), electrode (80), distilled water supply tank (101), sulfuric acid supply tank (102) , Nitric acid supply tank (103), nitrate supply tank (104), graphite supply tank (105), reactor temperature control jacket (110), nitrogen dioxide discharge pipe (150), high pressure pump (155), jet nozzle (151), caustic
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