KR101458410B1 - Method for making oxide and synthetic gas by carbon dioxide plasma torch and the oxide thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이산화탄소 플라즈마를 이용한 산화물 및 합성가스 제공 방법으로서, 상기 방법은, 전자파를 발생하여 플라즈마 발생기 내부로 상기 전자파를 전송하고, 상기 플라즈마 발생기로 이산화탄소 가스 공급시켜 이산화탄소 플라즈마 토치를 생성하며, 상기 이산화탄소 플라즈마 토치에 반응재료를 공급함을 포함하며, 상기 이산화탄소는 분해되어, 상기 반응재료와 반응하여, 합성가스 및 산화물을 생성하는, 이산화탄소 플라즈마를 이용한 산화물 및 합성가스 제공 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for providing an oxide and a syngas using a carbon dioxide plasma, the method comprising: generating an electromagnetic wave to transfer the electromagnetic wave into a plasma generator; supplying a carbon dioxide gas to the plasma generator to generate a carbon dioxide plasma torch; To a process for providing an oxide and a syngas using a carbon dioxide plasma, wherein the carbon dioxide decomposes and reacts with the reaction material to produce a synthesis gas and an oxide.
Description
본 발명은 이산화탄소 플라즈마 토치를 이용하여 이산화탄소를 재이용하여, 산업공정 및 실생활에 필요한 화합물 및 합성 가스를 생성할 수 있는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for reusing carbon dioxide using a carbon dioxide plasma torch to produce compounds and synthesis gas necessary for industrial processes and real life.
이산화탄소는 지구온난화를 유발하는 가장 중요한 원인이다. 이러한 이산화탄소를 분해하여 소멸시키는 것은 환경적 측면에서 매우 중요하다. 나아가, 이산화탄소를 분해하면서, 이산화탄소를 새로운 재생원료로 사용할 수 있다면 활용가치는 높을 것이다.Carbon dioxide is the most important cause of global warming. Decomposing and extinguishing such carbon dioxide is very important from an environmental point of view. Furthermore, if carbon dioxide can be used as a new renewable raw material while decomposing carbon dioxide, utilization value will be high.
이산화탄소 관련 기술은 크게 저감기술과 처리기술로 나눌 수 있다. 현재 이산화탄소를 포집, 이송, 및 저장하는 기술(Carbon dioxide capture and storage, CCS)이 주요 개발 방향이지만, 이산화탄소를 단순히 포집 및 저장하는 기술개발에서 벗어나 이산화탄소를 재생 가능한 물질 및 에너지 자원으로 활용할 수 있게 해주는 자원화 기술이 필요하다. Carbon dioxide technology can be divided into abatement technology and treatment technology. Carbon dioxide capture and storage (CCS) technology is currently being developed, but it can be used as a renewable source of energy and energy for CO2 capture. Recycling technology is needed.
이산화탄소 자원화 기술은 지구온난화 문제와 자원 고갈 문제를 동시에 해결할 수 있는 기술 중 하나로써 에너지뿐만 아니라 기초화학 원료로서의 그 중요성이 커지고 이를 유용한 화합물질로 전환하고자 하는 노력이 큰 관심사로 대두되고 있다. Carbon dioxide resource technology is one of the technologies that solve global warming problem and resource depletion problem at the same time, and its importance as a basic chemical raw material as well as energy has increased, and efforts to convert it into a useful harmful substance have become a big concern.
이산화탄소는 화학적, 생물학적, 광학적, 또는 전기화학적인 방법을 이용해 다양한 화학물질을 합성하여 자원화 할 수 있다. 따라서 이산화탄소의 재이용기술, 즉 전환에 따른 새로운 화합물의 생성기술은 매우 유용한 기술일 것이다.Carbon dioxide can be chemically, biologically, optically, or electrochemically synthesized and recycled into a variety of chemicals. Therefore, the technology of reusing carbon dioxide, that is, the technology of generating new compounds by conversion, would be a very useful technique.
본원 발명은, 이러한 이산화탄소의 재이용과 새로운 화합물의 생성을 전자파를 이용한 이산화탄소 플라즈마 토치 기술을 활용하려 한다. The present invention seeks to utilize carbon dioxide plasma torch technology using electromagnetic waves to reuse such carbon dioxide and generate new compounds.
전자파를 이용한 플라즈마토치로 이산화탄소의 재이용기술에 대한 종래 기술로서, 대한민국 등록특허 제 10-1166444호가 있다. 이 특허는 본 발명은 전자파로 발생한 이산화탄소 토치 및 그 응용에 관한 것으로, 그 목적은 이산화탄소가스를 전자파로 가열하여 순수한 이산화탄소 플라즈마 토치를 발생하고 발생된 이산화탄소 플라즈마에 기체, 액체 또는 고체 상태의 탄화수소 화합물을 공급하여 합성가스 원료를 생산함을 제시하고 있다.Korean Patent No. 10-1166444 discloses a technology for reusing carbon dioxide with a plasma torch using electromagnetic waves. The present invention relates to a carbon dioxide torch produced by an electromagnetic wave and its application, and its object is to generate a pure carbon dioxide plasma torch by heating a carbon dioxide gas with an electromagnetic wave and to generate a gas, liquid or solid hydrocarbon compound in the generated carbon dioxide plasma To produce synthesis gas raw materials.
또한, 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 매연 제거 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-0375423호가 있다.
As a soot removal technique using microwave plasma, Korean Patent Registration No. 10-0375423 is available.
본 발명의 목적은 상기 설명된 바와 같이 필요성이 대두 되고 있는 이산화탄소 재이용기술을, 전자파를 이용한 플라즈마 토치 기술을 활용하여 달성함에 있다. An object of the present invention is to achieve a carbon dioxide reuse technology, which has become necessary as described above, by utilizing plasma torch technology using electromagnetic waves.
나아가, 본 발명의 목적은, 지구온난화를 일으킬 수 있는 물질인 이산화탄소(CO2)를 이용하여 안정화된 고온, 고밀도 마이크로웨이브 플라즈마를 발생시키고 상기 고온의 플라즈마에 전이금속과 같은 반응재료를 주입하여 산업공정 및 실생활에 필요한 화합물 및 합성 가스를 만드는 장치와 방법을 제공하는데 있다.
Further, it is an object of the present invention to provide a high-temperature and high-density microwave plasma stabilized by using carbon dioxide (CO 2 ) which can cause global warming and to inject a reaction material such as a transition metal into the high- And a device and a method for producing a compound and a syngas necessary for the process and the real life.
본 발명은, 이산화탄소 플라즈마를 이용한 산화물 및 합성가스 제공 방법을 제공한다.The present invention provides a method for providing an oxide and a syngas using a carbon dioxide plasma.
상기 방법은, 전자파를 발생하여 플라즈마 발생기 내부로 상기 전자파를 전송하고, 상기 플라즈마 발생기로 이산화탄소 가스를 공급시켜 이산화탄소 플라즈마 토치를 생성하며, 상기 이산화탄소 플라즈마 토치에 반응재료를 공급함을 포함하며, 상기 이산화탄소는 분해되어, 상기 반응재료와 반응하여, 합성가스 및 산화물을 생성한다.The method includes generating an electromagnetic wave to transfer the electromagnetic wave into a plasma generator, supplying a carbon dioxide gas to the plasma generator to produce a carbon dioxide plasma torch, and supplying the reaction material to the carbon dioxide plasma torch, Decomposed and reacted with the reaction material to produce synthesis gas and oxide.
본 발명의 다른 측면으로서, 본 발명은 이산화탄소 플라즈마를 이용하여 생성된 산화물을 제공한다. In another aspect of the present invention, the present invention provides an oxide produced using a carbon dioxide plasma.
상기 산화물은, 전자파를 발생하여 플라즈마 발생기 내부로 상기 전자파를 전송하고, 상기 플라즈마 발생기로 이산화탄소 가스를 공급시켜 이산화탄소 플라즈마 토치를 생성하며, 상기 이산화탄소 플라즈마 토치에 반응재료를 공급하여, 상기 이산화탄소는 분해되고, 상기 반응재료와 반응하여 생성되는 산화물이다. The oxide generates an electromagnetic wave to transfer the electromagnetic wave into the plasma generator, generates a carbon dioxide plasma torch by supplying carbon dioxide gas to the plasma generator, supplies the reaction material to the carbon dioxide plasma torch, and the carbon dioxide is decomposed , And an oxide produced by reacting with the reaction material.
상기 반응재료는 전이금속이다. 바람직하게는, Zn(Zinc), Ti(titanium), Mg(magnesium), V(vanadium), Fe(iron), Cd(cadmium), Cu(copper), Sn(tin), Te(tellurium) 및 Si(silicon)로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속이다. The reaction material is a transition metal. Preferably, Zn (zinc), Ti, magnesium, vanadium, Fe, cadmium, Cu, tin, tellurium and Si 0.0 > (silicon). < / RTI >
예를 들어, Zn, Ti 또는 Mg의 경우에, 상기 산화물은 각각 ZnO, TiO2, 또는 MgO이다. For example, in the case of Zn, Ti or Mg, the oxide are each ZnO, TiO 2, or MgO.
이의 반응식은 다음과 같다.The reaction formula is as follows.
xCO2 + yZn → aZnO + bCO xCO 2 + yZn → aZnO + bCO
xCO2 + yTi → aTiO2 + bCO xCO 2 + yTi → aTiO 2 + bCO
xCO2 + yMg → aMgO + bCO xCO 2 + yMg → aMgO + bCO
ZnO, TiO2, 또는 MgO는 주로 광촉매적 특성을 가진다. VOC(volatile organic compounds)를 분해하고 세균 등을 제거하여, 공기청정기나 에어컨 등에 이용되고, 건물 내벽이나 수조, 유리등에 코팅하여 사용된다. 또한 친수성의 원리로 김서림 방지제 등에 사용된다. 반도체로서 넓은 밴드갭(3.37eV, 3.2eV)에 해당되는 파장(380nm)을 가지고 있으며, 상온에서 결합에너지가 크다는 것이 장점이다. ZnO, TiO 2 , or MgO have mainly photocatalytic properties. It decomposes volatile organic compounds (VOCs) and removes germs and the like, and is used in air purifiers, air conditioners, etc., and is used by being coated on inner walls of buildings, water tanks and glass. It is also used as anti-fogging agent on the principle of hydrophilicity. As semiconductor, it has wavelength (380nm) corresponding to wide band gap (3.37eV, 3.2eV), and it is advantageous that bonding energy is large at room temperature.
본 발명의 방법을 통해 얻어진, 전이금속 산화물, 예를 들어 ZnO, TiO2, 또는 MgO는 C2(불순물)가 도핑되어, 줄어든 밴드갭 에너지를 가져서, 보다 효율적으로 광촉매 반응을 높일 수 있다. The transition metal oxide such as ZnO, TiO 2 , or MgO obtained through the method of the present invention is doped with C 2 (impurity) and has a reduced band gap energy, so that the photocatalytic reaction can be more efficiently enhanced.
상기 반응재료는 H2O, 탄화수소화합물 또는 H2O 및 탄화수소화합물을 추가로 포함할 수 있다. 이를 통해 생성물의 몰 비를 제어 할 수 있다. The reaction material may further comprise H 2 O, a hydrocarbon compound or H 2 O and a hydrocarbon compound. This can control the molar ratio of the product.
특히, 탄화수소화합물을 주입함에 의해 합성된 금속 산화물의 밴드갭 에너지를 더 좁힐 수 있다. In particular, by injecting a hydrocarbon compound, the band gap energy of the synthesized metal oxide can be further narrowed.
H20를 반응재료로 더 추가하는 경우는 아래 식과 같은 반응이 이뤄진다.When H 2 O is added as a reaction material, the following reaction is performed.
1.aCO2 + bH2O + cZn → xZnO + yCO + zH2 1.aCO 2 + bH 2 O + cZn → xZnO + yCO + zH 2
2.aCO2 + bH2O + cTi → xTiO + yCO + zH2 2.aCO 2 + bH 2 O + cTi → xTiO + yCO + zH 2
3.aCO2 + bH2O + cMg → xMgO + yCO + zH2 3.aCO 2 + bH 2 O + cMg → xMgO + yCO + zH 2
탄화수소 화합물의 예로서, CH4를 반응재료로 더 추가하는 경우는 아래 식과 같은 반응이 이뤄진다.As an example of a hydrocarbon compound, when further adding CH 4 as a reaction material, the following reaction is performed.
1.aCO2 + bCH4 + cZn → xZnO + yCO + zH2 2 + 4 + 1.aCO bCH cZn → xZnO + yCO + zH 2
2.aCO2 + bCH4 + cTi → xTiO + yCO + zH2 2 + 4 + 2.aCO bCH cTi → xTiO + yCO + zH 2
3.aCO2 + bCH4 + cMg → xMgO + yCO + zH2 2 + 4 + 3.aCO bCH cMg → xMgO + yCO + zH 2
바람직하게, 상기 전자파는 2.45GHz, 902 내지 928 MHz, 또는 886~896 MHz 임을 특징으로 한다.Preferably, the electromagnetic wave is 2.45 GHz, 902 to 928 MHz, or 886 to 896 MHz.
상기 반응재료를 상기 이산화탄소 플라즈마 토치의 가장 밝은 영역에 주입함을 특징으로 한다. And the reaction material is injected into the brightest region of the carbon dioxide plasma torch.
상기 산화물은 C2 도핑된 산화물임을 특징으로 한다. And the oxide is a C 2 -doped oxide.
상기 산화물의 흡수 파장이 Red-shift된다.
The absorption wavelength of the oxide is red-shifted.
본 발명은, 지구온난화 물질인 이산화탄소를 합성재료와 반응시켜 유용한 물질로 전환시킴으로써 이산화탄소의 원료로서의 활용기술과 저감 방법 제공하며, 이산화탄소 마이크로웨이브 플라즈마에 전이금속과 같은 합성재료를 주입하여 상업공정 및 실생활에 필요한 화합물 생성하고, 이산화탄소 플라즈마 재료 합성으로부터 일산화탄소 생산기술을 제공한다. The present invention provides carbon dioxide as a raw material utilization technique and a reduction method by converting carbon dioxide which is a global warming material into a useful material by reacting with a synthetic material and injecting a synthesis material such as a transition metal into a carbon dioxide microwave plasma, And provides carbon monoxide production technology from carbon dioxide plasma material synthesis.
본 발명에 따라 생성된 전이금속산화물 특히 ZnO, TiO2 및 MgO는 광촉매로서, C2 라디칼(불순물)의 도핑에 의해 red-shift가 일어난다. 즉, 자외선 영역보다 작은 에너지인 가시광선 영역에서 촉매 반응을 일으킬 수 있으며 보다 효율적으로 광촉매 반응을 높일 수 있다. Transition metal oxides produced according to the present invention, especially ZnO, TiO 2 and MgO, are red-shifted by the doping of C 2 radicals (impurities) as photocatalysts. That is, it is possible to cause a catalytic reaction in a visible light region, which is energy smaller than the ultraviolet region, and to increase the photocatalytic reaction more efficiently.
특히, 이산화탄소 및 탄화수소화합물에 의한 플라즈마 토치 하에서 얻어진 전이금속산화물은 더 많은 C2 라디칼(불순물)의 도핑에 의해 red-shift가 일어나며, 밴드갭이 줄어든다.
Particularly, the transition metal oxide obtained under a plasma torch by carbon dioxide and hydrocarbon compounds is red-shifted by doping with more C 2 radicals (impurities), and the band gap is reduced.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소 플라즈마를 이용한 합성가스 제조 장치를 개념적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 이산화탄소 플라즈마를 이용한 합성가스 제조 장치를 더욱 구체적으로 예시한다.
도 3은 플라즈마 발생부(150) 및 반응기(170)의 더욱 자세히 설명하는 도면이다.
도 4a는 2.45 GHz 전자파를 이용한 본 발명의 이산화탄소 플라즈마 토치 발생 장치로부터 발생된 이산화탄소 플라즈마 토치 불꽃을 보여주는 사진이다.
도 4b는 915 MHz 전자파를 이용한 본 발명의 이산화탄소 플라즈마 토치 발생 장치로부터 발생된 이산화탄소 플라즈마 토치 불꽃을 보여주는 사진이다.
도 5는 OES 스펙트로미터에 의한, 2.45 GHz 전자파에 따른 상기 이산화탄소(검은색 그래프) 및 이산화탄소와 메탄의 혼합가스(파란색 그래프)의 플라즈마 토치 불꽃의 방출 스펙트럼이다.
도 6a는 통상의 상업적으로 구입 가능한 ZnO 분말을 EDX 분석 결과를 보여준다. 도 6b는 상기 실시예를 통해 얻어진 ZnO 분말의 EDX 분석 결과를 보여준다.
도 7은 본 발명의 실시예의 샘플(a), 샘플(b), 샘플(c) 및 상용 ZnO의 UV-Visible 스펙트럼을 보여준다.
도 8은 실시예2의 반응재료및 산화물을 보여주는 TEM 사진이다.1 is a block diagram conceptually illustrating an apparatus for producing a syngas using a carbon dioxide plasma according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates the syngas production apparatus using the carbon dioxide plasma of the present invention more specifically.
3 is a more detailed view of the
4A is a photograph showing a carbon dioxide plasma torch flame generated from the carbon dioxide plasma torch generator of the present invention using 2.45 GHz electromagnetic waves.
4B is a photograph showing a carbon dioxide plasma torch flame generated from the carbon dioxide plasma torch generator of the present invention using 915 MHz electromagnetic waves.
5 is an emission spectrum of the plasma torch flame of the carbon dioxide (black graph) and the mixed gas of carbon dioxide and methane (blue graph) according to the 2.45 GHz electromagnetic wave by the OES spectrometer.
Figure 6a shows the results of EDX analysis of conventional commercially available ZnO powders. FIG. 6B shows the EDX analysis results of the ZnO powder obtained through the above-described embodiment.
Figure 7 shows the UV-Visible spectra of samples (a), (b), (c) and commercial ZnO of the embodiments of the present invention.
8 is a TEM photograph showing the reaction material and the oxide of Example 2. Fig.
1. 전자파를 이용한 이산화탄소 플라즈마 토치 발생 장치1. CO2 plasma torch generator using electromagnetic wave
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자파를 이용한 이산화탄소 플라즈마 토치 발생 장치를 개념적으로 나타낸 블록도이다. 1 is a block diagram conceptually showing an apparatus for generating a carbon dioxide plasma torch using electromagnetic waves according to a preferred embodiment of the present invention.
이산화탄소 플라즈마 토치 발생 장치에 대해서는 본원 특허의 발명자의 이전 등록 특허인, 대한민국 특허공보 10-0394994호가 참조된다. 이 특허는 본원에 그대로 참조로서 통합된다.As for the carbon dioxide plasma torch generator, reference is made to Korean Patent Publication No. 10-0394994, which is a previously registered patent of the present inventor. This patent is incorporated herein by reference in its entirety.
도 1을 참조하면, 본 발명의 장치는 전원공급부(110), 마이크로웨이브 발진기(120), 마이크로웨이브 전송라인(130), 재료공급부(140), 플라즈마 발생부(150), 이산화탄소주입부(160), 및 반응기(170)를 포함한다.1, the apparatus of the present invention includes a
상기 전원공급부(110)는 전파전압배율기와 펄스 및 직류(DC)장치로 구성되어 상기 마이크로웨이브 발진기(120)로 전력을 공급하도록 구성된다.The
상기 마이크로웨이브 발진기(120)는 10 ㎒ 내지 10 ㎓ 대역의 전자파를 발진하는 마그네트론이 사용된다. 바람직하게는 상기 마이크로웨이브 발진기(120)는 2.45㎓ 전자파를 발진한다. The
상기 마이크로웨이브 전송라인(130)은 도파관으로서, 상기 마이크로웨이브를 플라즈마 발생부(150)로 전송하도록 구성된다.The
상기 플라즈마 발생부(150)는 상기 마이크로웨이브 전송라인(130)의 종단에 설치되어 상기 마이크로웨이브 전송라인(130)을 통해 입력되는 전자파에 의해 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하도록 구성된다.The
상기 이산화탄소주입부(160)는 이산화탄소 플라즈마 토치가 발생되도록, 플라즈마 발생부(150) 내에 주입되도록 구성된다. 도 3이 참조된다.The
상기 반응기(170)는 상기 플라즈마 발생부로부터 상기 이산화탄소주입부의 주입 방향에 따른 반대편에 생성된 이산화탄소 플라즈마 토치가 위치하는 공간이다. The
상기 재료공급부(140)는 상기 반응기로, 반응재료를 공급하도록 구성된다. 특히, 상기 재료공급부(140)는 상기 이산화탄소 플라즈마 토치로, 반응재료를 공급하도록 구성된다. The
도 2는 본 발명의 이산화탄소 플라즈마를 이용한 합성가스 제조 장치를 더욱 구체적으로 예시한다.FIG. 2 illustrates the syngas production apparatus using the carbon dioxide plasma of the present invention more specifically.
전원공급부(110)는 마이크로웨이브 발진기(120)로 전력을 공급한다. 상기 마이크로웨이브 발진기는 전자파를 발생시킨다. 상기 발생된 전자파는 순차적으로 순환기(210), 방향성 결합기(220), 정합기(230), 및 마이크로웨이브 전송라인(130)을 통해 플라즈마 발생부(150)로 전송된다.The
플라즈마 발생부(150) 및 반응기(170)의 더욱 자세한 설명은 도 3이 참조된다.A more detailed description of the
상기 이산화탄소 가스는 상기 플라즈마 발생부(150)의 일 측을 통해 주입된다.The carbon dioxide gas is injected through one side of the
이산화탄소 플라즈마 토치는 이산화탄소가 상기 플라즈마 발생부(150)로 공급되고, 상기 마이크로웨이브 전송라인(130)을 통해 전자파가 플라즈마 발생부(150)로 전송되면서, 상기 반응기(170)에 생성된다. The carbon dioxide plasma torch is supplied to the
상기 이산화탄소 플라즈마 토치(310)의 임의의 선택된 위치로 상기 재료공급부(140)를 통해 반응재료(320)가 공급된다.
The
2. 실시예12. Example 1
상기 설명된 전자파를 이용한 이산화탄소 플라즈마 토치 발생 장치를 이용하였다. 상기 마이크로웨이브 발진기(120)는 2.45 GHz 및 915 MHz 마이크로웨이브를 발진시켰다. 소정의 주입 속도로 이산화탄소를 이산화탄소주입부(160)로부터 플라즈마 발생부(150)로 주입시켰다. 이로써 2.45GHz 및 915 MHz 전자파를 이용한 이산화탄소 플라즈마 토치를 발생시켰다.A carbon dioxide plasma torch generator using the electromagnetic waves described above was used. The
도 4a는 2.45 GHz 전자파를 이용한 본 발명의 이산화탄소 플라즈마 토치 발생 장치로부터 발생된 이산화탄소 플라즈마 토치 불꽃을 보여주는 사진이다. 4A is a photograph showing a carbon dioxide plasma torch flame generated from a carbon dioxide plasma torch generator of the present invention using 2.45 GHz electromagnetic waves.
도 4b는 915 MHz 전자파를 이용한 본 발명의 이산화탄소 플라즈마 토치 발생 장치로부터 발생된 이산화탄소 플라즈마 토치 불꽃을 보여주는 사진이다.4B is a photograph showing a carbon dioxide plasma torch flame generated from the carbon dioxide plasma torch generator of the present invention using 915 MHz electromagnetic waves.
도 4a를 참조하면, 상기 이산화탄소 플라즈마 토치 불꽃은 온도가 증가함에 따라 파란색 영역에서 밝게 영역으로 나눠진다. Referring to FIG. 4A, the carbon dioxide plasma torch flame is divided into a bright region in the blue region as the temperature increases.
도 5는 OES 스펙트로미터에 의한, 2.45 GHz 전자파에 따른 상기 이산화탄소(검은색 그래프) 및 이산화탄소와 메탄의 혼합가스(파란색 그래프)의 플라즈마 토치 불꽃의 방출 스펙트럼이다.5 is an emission spectrum of the plasma torch flame of the carbon dioxide (black graph) and the mixed gas of carbon dioxide and methane (blue graph) according to the 2.45 GHz electromagnetic wave by the OES spectrometer.
Zn 분말을 재료공급부(140)를 통해 2.45 GHz 전자파에 따른 상기 이산화탄소 플라즈마 토치 불꽃으로 주입하였다. 주입 위치는 이산화탄소 플라즈마 불꽃의 위치에 따라 달리하였다. Zn powder was injected through the
Zn 분말은 이산화탄소와 반응하여 아래 반응식과 같이 ZnO 및 CO를 발생시킨다. Zn powder reacts with carbon dioxide and generates ZnO and CO as shown in the following reaction formula.
xCO2 + yZn → aZnO + bCO xCO 2 + yZn → aZnO + bCO
본 발명에 따른 ZnO는 C2가 도핑된다.ZnO according to the present invention is doped with C 2 .
Zn 분말을 이산화탄소 플라즈마 불꽃의 가장 밝은 영역(410)에 주입하여 얻은 반응물을 샘플(a)로 정의하였고, 이산화탄소 플라즈마 불꽃의 약간 흰 영역(420)에 주입하여 얻은 반응물을 샘플(b)로 정의하였으며, 이산화탄소 플라즈마 불꽃의 파란 영역(430)에 주입하여 얻은 반응물을 샘플(c)로 정의하였다.
The reactant obtained by injecting the Zn powder into the
상기와 같이 실시예를 통해 얻어진 샘플(c)의 C2 도핑 여부를 확인하기 위해 아래와 같이 분석하였다.In order to confirm whether or not the sample (c) obtained through the example as described above was doped with C 2, the following analysis was made.
도 6a는 통상의 상업적으로 구입가능한 상용 ZnO 분말을 EDX 분석 결과를 보여준다. 도 6b는 상기 실시예를 통해 얻어진 ZnO 분말의 EDX 분석 결과를 보여준다.6A shows the results of EDX analysis of commercially available commercial ZnO powders. FIG. 6B shows the EDX analysis results of the ZnO powder obtained through the above-described embodiment.
도 6b에서 보는 바와 같이, C원소의 중량%가 상용 ZnO보다 증가하였음을 볼 수 있다. CO2 플라즈마의 C2 라디칼(불순물) 도핑에 의한 C-specie의 세기 증가함을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 6B, it can be seen that the weight percentage of C element is higher than that of commercial ZnO. It is confirmed that the intensity of C-specie is increased by doping C 2 radical (impurity) of CO 2 plasma.
상기와 같이 실시예를 통해 얻어진 ZnO의 Red-Shift 현상을 확인하기 위해 아래와 같이 분석하였다.In order to confirm the red-shift phenomenon of ZnO obtained through the above-described embodiment, the following analysis was made.
도 7은 본 발명의 실시예의 샘플(a), 샘플(b), 샘플(c) 및 상용 ZnO의 UV-Visible 스펙트럼을 보여준다.Figure 7 shows the UV-Visible spectra of samples (a), (b), (c) and commercial ZnO of the embodiments of the present invention.
본 발명의 실시예의 샘플들은 플라즈마 내의 C2 라디칼(불순물)의 도핑에 의해 ZnO의 red-shift 현상이 발생되고 있음을 확인할 수 있다. 자외선 영역보다 작은 에너지인 가시광선 영역에서 촉매 반응을 일으킬 수 있음을 확인할 수 있다. 특히, 샘플(a)가 많이 red-shift 되었음을 확인할 수 있다.
The samples of the present invention can be confirmed that the red-shifting phenomenon of ZnO occurs due to the doping of C 2 radicals (impurities) in the plasma. It can be confirmed that the catalytic reaction can be caused in the visible light region which is smaller than the ultraviolet region. In particular, it can be confirmed that the sample (a) is red-shifted a lot.
또한, 이산화탄소 및 탄화수소가스의 혼합가스의 플라즈마 토치에 의한 더 많은 C2 도핑 및 밴드갭 줄어듬은 다음과 같이 확인할 수 있다.Further, more C 2 doping and band gap reduction by the plasma torch of the mixed gas of carbon dioxide and hydrocarbon gas can be confirmed as follows.
도 5에서 확인되는 바와 같이, 이산화탄소와 메탄의 혼합가스의 플라즈마 토치의 경우, C2의 세기가 이산화탄소만의 경우보다 강하였다. 이는 C2 종이 더 많이 존재한다는 것이며, 이러한 분위기에서 전이금속을 반응시키면, 전이금속 산화물은 C2가 더 많이 도핑될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 이산화탄소 및 메탄가스의 혼합 가스의 플라즈마 토치로 전이금속을 반응시켜 얻은 전이금속산화물은 밴드갭이 좁은 촉매일 것이다.
As can be seen in FIG. 5, in the case of a plasma torch of a mixed gas of carbon dioxide and methane, the intensity of C 2 was stronger than that of carbon dioxide only. This means that there are more C 2 species, and if the transition metal is reacted in this atmosphere, the transition metal oxide can be doped with C 2 more. Therefore, the transition metal oxide obtained by reacting the transition metal with a plasma torch of a mixed gas of carbon dioxide and methane gas is a catalyst having a narrow band gap.
3. 실시예23. Example 2
이산화탄소 플라즈마 토치에 Cd 및 Zn의 혼합 금속 분말을 반응재료로 사용한 점 이외에, 상기 설명된 실시예1와 동일한 실험을 하였다.The same experiment as in Example 1 described above was carried out except that a mixed metal powder of Cd and Zn was used as a reaction material in the carbon dioxide plasma torch.
도 8은 실시예2의 반응재료및 산화물을 보여주는 TEM 사진이다.8 is a TEM photograph showing the reaction material and the oxide of Example 2. Fig.
도 8에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 이산화탄소 플라즈마 토치에 전이금속 혼합 분말을 반응재료로서 사용한 경우, 다양한 구조의 산화물의 나노 입자를 제조할 수 있음이 확인된다.
As shown in Fig. 8, it is confirmed that when the transition metal mixed powder is used as the reaction material in the carbon dioxide plasma torch of the present invention, nanoparticles of oxides of various structures can be produced.
Claims (16)
상기 산화물은,
플라즈마 발생기 내부로 전자파를 전송하고, 상기 플라즈마 발생기로 이산화탄소 가스 공급시켜 이산화탄소 플라즈마 토치를 생성하며, 상기 이산화탄소 플라즈마 토치에 반응재료를 공급하여,
상기 이산화탄소는 분해되고, 상기 반응재료와 반응하여 생성되며,
상기 산화물은 C2 도핑된 산화물임을 특징으로 하는,
이산화탄소 플라즈마 토치를 이용하여 생성된 반응재료의 산화물.
As an oxide of a reaction material produced using a carbon dioxide plasma torch,
Preferably,
A plasma processing method comprising: transferring an electromagnetic wave into a plasma generator, generating a carbon dioxide plasma torch by supplying carbon dioxide gas to the plasma generator, supplying a reaction material to the carbon dioxide plasma torch,
Wherein the carbon dioxide is decomposed, reacted with the reaction material,
Wherein the oxide is a C 2 doped oxide.
Oxides of reaction materials produced using carbon dioxide plasma torches.
상기 반응재료는 전이금속임을 특징으로 하는,
이산화탄소 플라즈마 토치를 이용하여 생성된 반응재료의 산화물.
11. The method of claim 10,
Characterized in that the reaction material is a transition metal.
Oxides of reaction materials produced using carbon dioxide plasma torches.
상기 전이 금속은, Zn(Zinc), Ti(titanium), Mg(magnesium), V(vanadium), Fe(iron), Cd(cadmium), Cu(copper), Sn(tin), Te(tellurium) 및 Si(silicon)로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속임을 특징으로 하는,
이산화탄소 플라즈마 토치를 이용하여 생성된 반응재료의 산화물.
12. The method of claim 11,
The transition metal may be at least one selected from the group consisting of Zinc, Ti, Ti, Mg, V, Fe, Cd, Si (silicon). ≪ RTI ID = 0.0 >
Oxides of reaction materials produced using carbon dioxide plasma torches.
상기 전자파는 2.45GHz, 902 내지 928 MHz, 또는 886~896 MHz 임을 특징으로 하는,
이산화탄소 플라즈마 토치를 이용하여 생성된 반응재료의 산화물.
The method according to claim 10 or 11,
Wherein the electromagnetic wave is 2.45 GHz, 902 to 928 MHz, or 886 to 896 MHz.
Oxides of reaction materials produced using carbon dioxide plasma torches.
상기 반응재료를 상기 이산화탄소 플라즈마 토치의 가장 밝은 영역에 주입함을 특징으로 하는,
이산화탄소 플라즈마 토치를 이용하여 생성된 반응재료의 산화물.
The method according to claim 10 or 11,
Characterized in that the reaction material is injected into the brightest region of the carbon dioxide plasma torch.
Oxides of reaction materials produced using carbon dioxide plasma torches.
상기 산화물의 흡수 파장이 Red-shift됨을 특징으로 하는,
이산화탄소 플라즈마 토치를 이용하여 생성된 반응재료의 산화물.The method according to claim 10 or 11,
Characterized in that the absorption wavelength of the oxide is red-shifted.
Oxides of reaction materials produced using carbon dioxide plasma torches.
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