KR101420511B1 - 자성 나노입자의 세정장치 및 이를 이용한 자성 나노입자의 세정방법 - Google Patents

자성 나노입자의 세정장치 및 이를 이용한 자성 나노입자의 세정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자성 나노입자의 세정장치 및 이를 이용한 자성 나노입자의 세정방법에 관한 것으로, 용매와 자성 나노입자가 투입되는 세정조와, 상기 세정조의 하부에 형성되어 자성 나노입자를 분리하는 자석부재 및 상기 자성 나노입자가 분리된 용매를 배출하는 배출수단을 포함한다.

Description

자성 나노입자의 세정장치 및 이를 이용한 자성 나노입자의 세정방법{CLEANING DEVICE OF MAGNETIC NANOPARTICLES AND CLEANING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 자성 나노입자의 세정장치 및 이를 이용한 자성 나노입자의 세정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용액에 포함되어 있는 자성 나노입자를 분리하여 세정할 수 있는 자성 나노입자의 세정장치 및 이를 이용한 자성 나노입자의 세정방법에 관한 것이다.
일반적으로 자성 나노입자를 제조하는 방법은 화학적 합성방법, 기계적 제조방법, 전기적 제조방법이 있다.
여기서, 기계적인 힘을 이용하여 분쇄하는 기계적 제조방법은 공정상 불순물의 혼입으로 고순도의 입자를 합성하기 어렵고 나노 사이즈의 균일한 입자의 형성이 불가능하다.
또한, 전기분해에 의한 전기적 제조방법의 경우 제조시간이 길고, 농도가 낮아 효율이 낮다는 단점이 있다.
아울러, 화학적 합성방법은 크게 기상법과 액상법(Colloid)이 있는데, 플라즈마나 기체 증발법을 사용하는 기상법의 경우 고가의 장비가 요구되는 단점이 있어, 저비용으로 균일한 입자의 합성이 가능한 액상법이 주로 사용되고 있다.
상기 액상법에 의한 자성 나노입자의 제조방법은 지금까지 수계에서 금속 화합물을 해리시킨 후 환원제나 계면활성제를 사용하여 히드로졸(hydrosol) 형태의 자성 나노입자를 제조하는 방법이 있다.
상기와 같이 합성된 자성 나노입자는 원심분리를 이용하여 용매와 자성 나노입자를 분리하여 회수하고, 회수된 자성 나노입자를 세정 용매와 같이 세정설비에 넣고 혼합하고, 원심분리기를 이용하여 세정 용매와 자성 나노입자를 분리하여 회수하는 과정을 반복하여 자성 나노입자의 표면에 잔존하는 불순물을 제거하게 된다.
그러나, 종래 방법의 경우 자성 나노입자의 세정을 위한 세정조와 원심분리기를 각각 구성하여야 하며, 원심분리기의 회전 rpm을 높일 경우 자성 나노입자가 응집되어 세정 과정에서 자성 나노입자 표면의 불순물 제거가 어려운 문제점이 있다.
또한, 미립 자성 나노입자의 경우 원심분리 과정에서 회수되지 않는 문제점이 있으며, 원심분리기의 구조상 연속적인 공정 진행이 불가능하다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명은 하나의 장치에서 용매와 자성 나노입자를 분리할 수 있고, 자성 나노입자의 세정을 위한 공정 단계를 줄일 수 있으며, 자성 나노입자의 표면에 잔존하는 불순물을 효율적으로 제거할 수 있는 자성 나노입자의 세정장치 및 이를 이용한 자성 나노입자의 세정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자성 나노입자의 세정장치는 용매와 자성 나노입자가 투입되는 세정조와, 상기 세정조의 하부에 형성되어 자성 나노입자를 분리하는 자석부재 및 상기 자성 나노입자가 분리된 용매를 배출하는 배출수단을 포함한다.
여기서, 상기 세정조에 투입되는 용매와 자성 나노입자를 교반하는 교반기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 세정조의 일측에 형성되는 초음파발생기를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 세정조는 하부가 일측으로 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 세정조는 하부가 깔때기 형태로 경사지게 형성될 수 있다.
한편, 상기 자석부재는 영구자석 또는 전자석으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 배출수단은 상기 용매가 배출되는 배출관과, 상기 배출관의 일단에 연결된 펌프 및 상기 배출관의 타단에 형성되어 세정조에 침지되는 필터를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 배출관은 상기 세정조 내부의 용매와 자성 나노입자의 양에 따라 세정조에 침지되는 배출관의 높이 조절이 가능하도록 형성될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자성 나노입자의 세정방법은 하부에 자석부재가 형성된 세정조에 자성 나노입자가 포함된 용액을 투입하는 단계와, 상기 세정조에 투입된 용액에서 자성 나노입자를 회수하는 단계와, 상기 세정조에 세정 용매를 투입하여 자성 나노입자를 세정하는 단계 및 상기 세정된 자성 나노입자를 회수하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 세정된 자성 나노입자를 회수하는 단계 이후, 세정 용매를 변경하여 자성 나노입자를 세정하는 단계와 세정된 자성 나노입자를 회수하는 단계를 반복할 수 있다.
또한, 상기 용액에서 자성 나노입자를 회수하는 단계는, 상기 자석부재로 자기장을 인가하여 자성 나노입자를 분리하는 단계 및 상기 자성 나노입자가 분리된 용매를 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 자성 나노입자를 세정하는 단계는, 상기 세정조에 세정 용매를 투입하고, 자성 나노입자에 인가된 자기장을 제거하는 단계와, 상기 세정 용매와 자성 나노입자를 교반하는 단계 및 상기 자성 나노입자에 초음파를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고 상기 세정된 자성 나노입자를 회수하는 단계는, 상기 자석부재로 자기장을 인가하여 자성 나노입자를 분리하는 단계 및 상기 자성 나노입자가 분리된 세정 용매를 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 자성 나노입자의 세정장치 및 이를 이용한 자성 나노입자의 세정방법은 자성 나노입자를 합성하는 세정조에서 자성 나노입자의 분리 및 세정을 모두 수행함으로써, 분리와 세정을 위한 별도의 설비가 필요하지 않으므로, 설비 공간과 설비 투자를 줄일 수 있으며, 제조 공정 단계를 줄여 리드타임의 단축과 제조 수율을 높일 수 있는 효과가 있다.
아울러, 교반기로 세정 용매와 자성 나노입자를 교반하고, 초음파발생기에서 발생되는 초음파를 이용하여 자성 나노입자를 세정함으로써, 자성 나노입자의 세정 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자성 나노입자의 세정장치를 나타낸 개략도.
도 2 및 도 3은 도 1의 세정조의 다른 형태를 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자성 나노입자의 세정 공정을 나타낸 순서도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자성 나노입자의 세정장치를 나타낸 개략도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 세정조의 다른 형태를 나타낸 개략도이다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자성 나노입자의 세정장치는 세정조(10)와, 자석부재(20) 및 배출수단(30)을 포함한다.
상기 세정조(10)는 용매와 자성 나노입자(P)가 혼합된 용액이 채워지는 것으로, 상부가 개방된 형태로 형성될 수 있으며, 자성 나노입자(P)의 회수 및 세정 용매를 투입하여 자성 나노입자(P)를 세정하는 세정 공정이 모두 진행될 수 있다.
상기 자석부재(20)는 세정조(10)에 투입되는 용매와 자성 나노입자(P)에서 자성 나노입자(P)를 분리하는 것으로, 세정조(10)의 하부에 형성될 수 있다.
여기서, 상기 자석부재(20)는 항상 자성을 띠는 영구자석 또는 전류가 인가될 시 자성을 띠게 되는 전자석 중 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.
이때, 상기 자석부재(20)가 영구자석으로 형성될 경우, 상기 자석부재(20)는 세정조(10)의 하면에 탈착가능하도록 형성되어, 자성 나노입자(P)의 분리 시에만 세정조(10)에 부착함으로써, 세정조(10)의 내부에 자기장이 인가될 수 있다.
또한, 상기 자석부재(20)가 전자석으로 형성될 경우에는 자성 나노입자(P)의 분리시에만 자석부재(20)에 전류를 공급함으로써, 세정조(10)의 내부에 자기장이 인가될 수 있다.
즉, 상기 자석부재(20)로 세정조(10)에 자기장을 인가하게 되면, 세정조(10)에 채워진 용액에서 자기장에 반응하는 자성 나노입자(P)가 세정조(10)의 하부에 집중됨으로써, 용매와 분리되게 된다.
여기서, 상기 자성 나노입자(P)가 세정조(10)의 하부에 집중되어 용매와 분리되면, 상기 배출수단(30)을 통하여 용매를 배출하게 된다.
상기 배출수단(30)은 용매가 배출되는 배출관(31)과, 상기 배출관(31)의 일단에 연결된 펌프(32) 및 상기 배출관(31)의 타단에 형성되어 세정조(10)에 침지되는 필터(33)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 배출관(31)은 일단에 펌프(32)가 연결되어 용매가 배출되도록 형성된 것으로, 세정조(10)의 개방된 상부를 통해 용매가 배출되도록 형성될 수 있으며, 세정조(10) 내부에 채워진 용매와 자성 나노입자(P)의 양에 따라 세정조(10)에 침지되는 배출관(31)의 높이 조절이 가능하도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 세정조(10)의 하부에 자성 나노입자(P)가 집중되면, 용매의 배출시 세정조(10)에 침지되는 배출관(31)의 높이 조절함으로써, 자성 나노입자(P)가 용매와 같이 배출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 세정조(10)에 침지되는 배출관(31)의 끝단에는 필터(33)가 형성되어 자성 나노입자(P)를 걸러줌으로써, 자성 나노입자(P)가 용매와 같이 배출되는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 상기 배출관(32)의 일측에는 밸브(34)가 형성되어 배출되는 용매의 양을 조절할 수 있다.
한편, 상기 자성 나노입자(P)의 세정시 세정조(10)에 투입되는 세정 용매와 자성 나노입자(P)를 교반하는 교반기(40)가 더 포함될 수 있다.
상기 교반기(40)는 하나 이상의 교반날개(41)가 세정조(10)에 침지되도록 형성되고, 상기 교반날개(41)가 형성된 회전축을 회전시키는 모터(42)로 구성될 수 있다.
즉, 상기 교반기(40)는 자성 나노입자(P)의 세정시 세정조(10)에 투입되는 세정 용매와 자성 나노입자(P)를 교반함으로써, 자성 나노입자(P)의 표면에 존재하는 불순물을 제거하게 된다.
또한, 상기 세정조(10)의 일측에는 초음파를 발생시키는 초음파발생기(50)가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 초음파발생기(50)는 상기 세정조(10)의 내부에 침지되도록 형성될 수 있으며, 상기 초음파발생기(50)에서 발생된 초음파를 자성 나노입자(P)에 조사함으로써, 자성 나노입자(P)의 표면에 존재하는 불순물을 보다 효율적으로 제거할 수 있게 된다.
도 2 및 도 3은 도 1의 세정조의 다른 형태를 나타낸 개략도이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 상기 세정조(10)는 하면이 일측으로 기울어져 경사지게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 세정조(10)의 하면에는 자석부재(20)가 형성될 수 있으며, 자석부재(20)에 의해 집중되는 자성 나노입자(P)는 경사지게 형성된 면을 따라 이동하여 일측에 집중되게 된다.
또한, 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 세정조(10)의 하면은 깔때기 형태로 경사지게 형성될 수 있다.
이때, 상기 세정조(10) 하면의 경사면에는 자석부재(20)가 형성될 수 있으며, 자석부재(20)에 의해 집중된 자성 나노입자(P)는 경사지게 형성된 면을 따라 이동하여 중심영역으로 집중되게 된다.
즉, 상기 세정조(10)의 하면이 경사지게 형성되면, 경사지게 형성된 면의 하부에 자성 나노입자(P)가 집중됨으로써, 자성 나노입자(P)의 회수시 자성 나노입자(P)의 손실 없이 원활하게 할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도 3의 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 자성 나노입자의 세정방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 자성 나노입자의 세정 공정을 나타낸 순서도이다.
도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자성 나노입자의 세정방법은 하부에 자석부재(20)가 형성된 세정조(10)에 자성 나노입자(P)가 포함된 용액을 투입하는 단계(S100)와, 상기 세정조(10)에 투입된 용액에서 자성 나노입자(P)를 회수하는 단계(S200)와, 상기 세정조(10)에 세정 용매를 투입하여 자성 나노입자(P)를 세정하는 단계(S300) 및 상기 세정된 자성 나노입자(P)를 회수하는 단계(S400)를 포함한다.
먼저, 자석부재(20)가 형성된 세정조(10)에 자성 나노입자(P)가 포함된 용액을 투입하는 단계(S100)를 수행할 수 있다.
여기서, 상기 세정조(10)에 투입되는 용액은 자성 나노입자(P)가 포함된 용액으로, 자성 나노입자(P)의 합성 공정이 수행된 용액을 상기 세정조(10)에 투입할 수 있다.
다음으로, 상기 세정조(10)에 투입된 용액에서 자성 나노입자(P)를 회수하는 단계(S200)를 수행할 수 있다.
상기 자성 나노입자(P)를 회수하는 단계(S200)에서는 먼저, 상기 세정조(10)의 하부에 형성된 자석부재(20)로 세정조(10)에 자기장을 인가하여 자성 나노입자(P)를 세정조(10)의 하부로 집중시킴으로써, 자성 나노입자(P)를 용매와 분리할 수 있다.
한편, 상기 자석부재(20)는 자기장을 인가하는 것으로, 항상 자성을 띠는 영구자석 또는 전류가 인가될 시 자성을 띠게 되는 전자석 중 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.
이때, 상기 자석부재(20)가 영구자석일 경우, 상기 세정조(10)의 하면에 자석부재(20)를 부착하여 자기장을 인가하여 자성 나노입자(P)를 분리할 수 있다. 또한, 상기 자석부재(20)가 전자석일 경우, 상기 세정조(10)의 하면에 부착된 상태에서 전류를 공급하여 자기장을 인가하여 자성 나노입자(P)를 분리할 수 있다.
이후, 상기 자성 나노입자(P)가 분리된 용매를 배출수단(30)으로 세정조(10)의 외부로 배출한다.
여기서, 상기 배출수단(30)은 배출관(31), 펌프(32) 및 필터(33)로 구성되며, 필터(33)가 형성된 배출관(31)의 일단부가 세정조(10)에 침지하고, 배출관(31)에 연결된 펌프(32)를 구동하여 용매를 개방된 세정조(10)의 상부를 통해 외부로 배출하여 자성 나노입자(P)를 회수할 수 있다.
이때, 상기 배출관(31)은 용매와 자성 나노입자(P)의 양에 따라 세정조(10)에 침지되는 높이를 조절할 수 있다.
다음으로, 상기 세정조(10)에 세정 용매를 투입하여 자성 나노입자(P)를 세정하는 단계(S300)를 수행할 수 있다.
상기 자성 나노입자(P)를 세정하는 단계(S300)에서는 먼저, 상기 세정조(10)에 세정 용매를 투입할 수 있다. 이때, 상기 세정 용매는 에탄올, 아세톤, 톨루엔 및 메탄올이 사용될 수 있다.
이후, 상기 세정 용매의 투입 후 자석부재(20)를 통해 인가된 자기장을 제거하고, 교반기(40)를 구동하여 세정 용매와 자성 나노입자(P)를 교반하여 자성 나노입자(P)를 세정할 수 있다. 이때, 상기 세정부(10)의 일측에 형성된 초음파발생기(50)에서 발생되는 초음파를 인가함으로써, 자성 나노입자(P)의 세정 효율을 높일 수 있다.
다음으로, 상기 세정된 자성 나노입자(P)를 회수하는 단계(S400)를 수행할 수 있다.
여기서, 상기 세정된 자성 나노입자(P)를 회수하는 단계(S400)는 상기 세정조(10)의 하부에 형성된 자석부재(20)로 세정조(10)에 자기장을 인가하여 자성 나노입자(P)를 세정조(10)의 하부로 집중시킴으로써, 자성 나노입자(P)를 세정 용매와 분리할 수 있다. 다음, 상기 자성 나노입자(P)가 분리된 세정 용매를 배출수단(30)을 이용하여 세정조(10)의 외부로 배출하여 자성 나노입자(P)를 회수할 수 있다.
이후, 다른 세정 용매로 변경하여 세정조(10)에 투입하고, 자성 나노입자(P)를 세정하는 단계(S300) 및 상기 세정된 자성 나노입자(P)를 회수하는 단계(S400)를 반복함으로써, 자성 나노입자(P)를 세정할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 자성 나노입자의 세정장치 및 이를 이용한 자성 나노입자의 세정방법은 자석부재(20)로 자성 나노입자(P)를 분리하고, 배출수단(30)으로 용매를 배출함으로써, 하나의 세정조(10)에서 자성 나노입자(P)의 회수 및 세정을 모두 수행할 수 있으므로, 자성 나노입자(P)의 회수와 세정을 위한 별도의 설비가 필요하지 않아 설비 공간과 설비 투자를 줄일 수 있으며, 자성 나노입자(P)의 세정과 회수를 위하여 설비를 이동하는 공정 단계를 줄일 수 있으므로, 리드타임의 단축과 제조 수율을 높일 수 있는 효과가 있다.
아울러, 교반기(40)로 세정 용매와 자성 나노입자(P)를 교반하고, 초음파발생기(50)에서 발생되는 초음파를 이용하여 자성 나노입자(P)를 세정함으로써, 자성 나노입자(P)의 세정 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 세정조 20 : 자석부재
30 : 배출수단 31 : 배출관
32 : 펌프 33 : 필터
40 : 교반기 41 : 교반날개
42 : 모터 50 : 초음파발생기

Claims (13)

  1. 용매와 자성 나노입자가 투입되는 세정조;
    상기 세정조의 하부에 형성되어 자성 나노입자를 분리하는 자석부재; 및
    상기 자성 나노입자가 분리된 용매를 배출하는 배출수단을 포함하되,
    상기 세정조의 일측에 형성되는 초음파발생기를 더 포함하는 자성 나노입자의 세정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세정조에 투입되는 용매와 자성 나노입자를 교반하는 교반기를 더 포함하는 자성 나노입자의 세정장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세정조는
    하부가 일측으로 경사지게 형성되는 자성 나노입자의 세정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세정조는
    하부가 깔때기 형태로 경사지게 형성되는 자성 나노입자의 세정장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자석부재는
    영구자석 또는 전자석으로 형성되는 자성 나노입자의 세정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배출수단은
    상기 용매가 배출되는 배출관;
    상기 배출관의 일단에 연결된 펌프; 및
    상기 배출관의 타단에 형성되어 세정조에 침지되는 필터;
    를 포함하는 자성 나노입자의 세정장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배출관은
    상기 세정조 내부의 용매와 자성 나노입자의 양에 따라 세정조에 침지되는 배출관의 높이 조절이 가능하도록 형성된 자성 나노입자의 세정장치.
  9. 하부에 자석부재가 형성된 세정조에 자성 나노입자가 포함된 용액을 투입하는 단계;
    상기 세정조에 투입된 용액에서 자성 나노입자를 회수하는 단계;
    상기 세정조에 세정 용매를 투입하여 자성 나노입자를 세정하는 단계; 및
    상기 세정된 자성 나노입자를 회수하는 단계를 포함하되,
    상기 자성 나노입자를 세정하는 단계는,
    상기 자성 나노입자에 초음파를 인가하는 단계;
    를 포함하는 자성 나노입자의 세정방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 세정된 자성 나노입자를 회수하는 단계 이후,
    세정 용매를 변경하여 자성 나노입자를 세정하는 단계;와 세정된 자성 나노입자를 회수하는 단계;를 반복하는 자성 나노입자의 세정방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 용액에서 자성 나노입자를 회수하는 단계는,
    상기 자석부재로 자기장을 인가하여 자성 나노입자를 분리하는 단계; 및
    상기 자성 나노입자가 분리된 용매를 배출하는 단계;
    를 포함하는 자성 나노입자의 세정방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 자성 나노입자를 세정하는 단계는,
    상기 자성 나노입자에 초음파를 인가하는 단계 이전에,
    상기 세정조에 세정 용매를 투입하고, 자성 나노입자에 인가된 자기장을 제거하는 단계; 및
    상기 세정 용매와 자성 나노입자를 교반하는 단계;
    를 포함하는 자성 나노입자의 세정방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 세정된 자성 나노입자를 회수하는 단계는,
    상기 자석부재로 자기장을 인가하여 자성 나노입자를 분리하는 단계; 및
    상기 자성 나노입자가 분리된 세정 용매를 배출하는 단계;
    를 포함하는 자성 나노입자의 세정방법.
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