KR101563895B1 - Manufacturing method of graphene oxide nanopowder - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그래핀 나노분말의 제조방법에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 볼밀공정을 활용하고 상기 볼밀공정에서 흑연분말과 함께 탄산염 및 히드록시기를 포함하는 용매를 투입함으로써 산소관능기가 다량 도입되고 층간간격이 크게 벌어지며 입자면적의 크기가 나노 크기인 그래핀 나노분말을 대량으로 제조할 수 있는 방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 그래핀 나노분말을 제공함으로써, 종래 알려진 그래핀 옥사이드 제조방법인 화학적 박리법과 달리 화학약품의 사용으로 인한 환경오염 문제를 개선할 수 있어 친환경적일 뿐만 아니라 볼밀공정을 활용한 간단한 방법으로 그래핀 옥사이드를 제조할 수 있어 산 세척 등의 추가공정이 불필요하므로 경제성도 우수한 효과가 있다. 더불어 볼밀공정에서 흑연과 함께 탄산염 및 히드록시기를 포함하는 용매를 투입함으로써 산소관능기가 다량 도입되고 층간간격이 크게 벌어지며 입자면적의 크기가 나노 크기인 그래핀 분말을 대량 제조할 수 있는 효과가 있다.
The present invention relates to a method for producing graphene nanopowder.
According to the present invention, by using a ball mill process and introducing a solvent including a carbonate and a hydroxyl group together with graphite powder in the ball mill process, a large amount of oxygen functional groups are introduced and the interlayer spacing becomes wide, Unlike the conventional method of producing graphene oxide, which is known as a graphene nano powder produced by the method of manufacturing a large amount of phosphorus nano powder and the graphene nano powder produced by the above manufacturing method, It is possible to manufacture graphene oxide by a simple method using a ball mill process and it is also economically advantageous since an additional process such as pickling is unnecessary. In addition, in the ball milling process, a large amount of oxygen functional groups are introduced by introducing a solvent including a carbonate and a hydroxyl group together with graphite, and a large amount of graphene powder having a nano-sized particle size can be produced.

Description

그래핀 나노분말의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF GRAPHENE OXIDE NANOPOWDER}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for producing graphene nanopowder,

본 발명은 그래핀 나노분말의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 화학적 박리법과 전혀 다른 볼밀공정을 활용할 뿐만 아니라 상기 볼밀공정에서 흑연분말과 함께 탄산염 및 히드록시기를 포함하는 용매를 투입함으로써 산소관능기가 다량 도입되고 층간간격이 크게 벌어지며 입자면적의 크기가 나노 크기인 그래핀 나노분말을 대량으로 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing graphene nanopowder, and more particularly, to a method for manufacturing graphene nanopowder, which utilizes a ball milling process completely different from a conventional chemical stripping process, and a solvent including a carbonate and a hydroxyl group, The present invention relates to a method for mass-producing graphene nanoparticles having a nano-sized grain size with a large amount of functional groups introduced therebetween and a large gap between layers.

그래핀(graphene)은 sp2 결합 탄소 원자로 이루어진 육각형 구조의 단층 2차원 구조체이다. 이처럼 평면 구조를 가지는 탄소 원자의 결합체인 그래핀은 그 두께가 단지 탄소원자 한 개에 불과한 0.3 nm 정도로 알려져 있다. 그래핀은 종래의 다른 탄소동소체인 탄소나노튜브, 흑연 등과는 매우 다른 유용한 특징을 가지고 있다. 이 중에서 가장 주목할 특징으로는 전자의 이동속도가 광속에 가깝게 빠르다는 것과 전자와 정공에 대하여 비정상적 반-정수 양자홀 효과를 가진다는 것이다. 그 외에도, 그래핀 만의 우수한 물성들이 발표되었는데, 높은 전자이동도, 높은 기계적 강도 및 전기 전도도, 광학적 투명성이 그것이다. 이런 뛰어난 물성으로 인해 최근까지도 그래핀의 제조방법에 대한 연구가 활발하게 진행되어지고 있는데 이러한 그래핀의 대표적인 제조방법으로는 기계적 박리법, 화학적 제조법, 및 금속기판 위에 탄화수소계 가스를 주입하여 그래핀을 성장시키는 화학적 기상증착법이 방법이 있다. 기계적 박리법은 초음파나 실리콘 구조물을 사용한 박리법을 이용하여 그래핀을 분리해 내는 방법이나 다양한 분야에서 상업적으로 응용되기에는 어렵다. 또한 화학적 제조법은 화학적 방법으로 흑연을 산화시키고 환원시키는 과정을 통해 그래핀을 합성하는 방법이다. 대량 생산에 가장 용이한 공정이나 공정 중에 많은 약품이 필요하며 과정 또한 복잡하여 상업적으로 적용하기에는 어려움이 있다. 마지막으로, 화학적 기상증착법은 기존의 그래핀 제조방법의 단점들을 해결하며, 대면적으로 성장시킬 수 있음이 밝혀졌다. 그러나, 우세한 부반응들로 인한 그래핀 부반응 산화물들이 부가적으로 형성되는 문제를 해결하지 못하였고, 금속 기판의 제조 과정이 부수적으로 필요로 함에 따라, 고가의 공정을 필요로 하며, 낮은 양산 효율 및 재현성이 단점으로 남아 있다.Graphene is a hexagonal, single-layer, two-dimensional structure composed of sp 2 -bonding carbon atoms. Graphene, a complex of carbon atoms with a planar structure, is known to have a thickness of only 0.3 nm, which is only one carbon atom. Graphene has useful properties very different from other carbon isotopes such as carbon nanotubes and graphite. The most remarkable feature is that the electron movement speed is close to the speed of light and that it has an abnormal semi-integer quantum Hall effect on electrons and holes. In addition, the excellent properties of Graphene have been announced, including high electron mobility, high mechanical strength, electrical conductivity and optical transparency. In recent years, graphene production methods have been actively studied due to their excellent physical properties. Typical manufacturing methods of graphene include mechanical peeling, chemical manufacturing, and injection of a hydrocarbon-based gas onto a metal substrate, A chemical vapor deposition method is known. The mechanical peeling method is difficult to be applied commercially in various fields or a method of separating graphene using a separation method using an ultrasonic wave or a silicon structure. The chemical method is a method of synthesizing graphene through oxidation and reduction of graphite by a chemical method. It is necessary to use many chemicals in the process which is easiest to mass-produce or the process, and the process is also complicated and it is difficult to be applied commercially. Finally, it has been found that the chemical vapor deposition method solves the disadvantages of the conventional graphene manufacturing method and can be grown to a large area. However, the problem of additional formation of graphene side reaction oxides due to the dominant side reactions can not be solved, and the manufacturing process of the metal substrate is incidentally required, which requires an expensive process, low mass production efficiency and reproducibility This remains a drawback.

한편, 관련 종래기술로는 한국공개특허 제10-2013-0105149호(환원 그래핀 옥사이드의 제조방법) 등이 있다.On the other hand, Korean Patent Laid-Open No. 10-2013-0105149 (a method for producing reduced graphene oxide) is known as a related art.

본 발명자는 그래핀 나노분말의 제조에 있어서 볼밀공정을 활용하면, 볼밀공정시 흑연분말과 함께 탄산염 및 히드록시기를 포함하는 용매를 투입함으로써 최종적으로 입자면적이 크게 향상되며 나노 크기의 균일한 그래핀 나노분말을 제조할 수 있을 뿐만 아니라 종래 화학적 박리법과 비교하여 친환경적이고 추가공정의 생략 등으로 인해 경제성이 뛰어나다는 것을 실험적으로 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have found that when a ball milling process is used in the production of graphene nanopowder, when a solvent containing a carbonate and a hydroxyl group is added together with graphite powder during the ball milling process, the grain size is greatly improved finally and uniform nano- The present invention has been completed by experimentally confirming that it is economically advantageous in comparison with conventional chemical exfoliation methods and owing to omission of additional processes and the like.

결국 본 발명의 목적은 볼밀공정을 활용하고 상기 볼밀공정에서 흑연분말과 함께 탄산염 및 히드록시기를 포함하는 용매를 투입함으로써 산소관능기가 다량 도입되고 층간간격이 크게 벌어지며 입자면적의 크기가 나노 크기인 그래핀 나노분말을 대량으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 있다. As a result, the object of the present invention is to utilize a ball mill process and introduce a carbonate and a hydroxyl group-containing solvent together with graphite powder in the ball mill process, thereby introducing a large amount of oxygen functional groups and increasing interlayer spacing. And a method for mass-producing fin nanopowder.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법에 의해 제조된 그래핀 나노분말을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide graphene nanopowder produced by the above-mentioned method.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 흑연분말, 탄산염 및 히드록시기를 포함하는 용매를 혼합한 후 볼밀처리하는 단계;와 (2) 상기 (1)단계에 의한 볼밀처리 후 미반응 탄산염 및 미반응 히드록시기를 포함하는 용매을 제거하여 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계;와 (3) 상기 (2)단계에 의해 제조된 그래핀 옥사이드를 건조하는 단계; 및 (4) 상기 (3)단계에 의해 제조된 그래핀 옥사이드를 환원가스 분위기에서 열처리하는 단계;를 포함하는 그래핀 나노분말의 제조방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a process for producing a carbon black powder, comprising the steps of: (1) mixing a solvent containing graphite powder, a carbonate and a hydroxyl group, followed by ball milling; and (2) (3) drying the graphene oxide prepared in the step (2); and (4) drying the graphene oxide prepared in the step (2). And (4) heat-treating the graphene oxide prepared in the step (3) in a reducing gas atmosphere.

상기 (1)단계에서 탄산염은 흑연분말 중량의 2 내지 10배로 혼합하는 것을 특징으로 한다.In the step (1), the carbonate is mixed at 2 to 10 times the weight of the graphite powder.

상기 (1)단계에서 탄산수소나트륨, 탄산수소암모늄, 탄산나트륨, 탄산암모늄, 탄산칼륨, 탄산칼슘 및 탄산바륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 탄산염과 증류수, 에탄올, 메탄올, 에틸렌글리콜 및 글리세린으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 히드록시기를 포함하는 용매를 혼합하는 것을 특징으로 한다. In step (1), at least one carbonate selected from the group consisting of sodium hydrogencarbonate, ammonium hydrogencarbonate, sodium carbonate, ammonium carbonate, potassium carbonate, calcium carbonate and barium carbonate and distilled water, ethanol, methanol, And a solvent containing one or more kinds of hydroxyl groups selected from the group consisting of glycerin.

상기 (4)단계에서 300 내지 2000℃에서 1 내지 6시간 동안 열처리 하는 것을 특징으로 한다.And then heat-treated at 300 to 2000 ° C for 1 to 6 hours in the step (4).

또한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 그래핀 나노분말을 제공한다.The present invention also provides graphene nanopowder produced by the above-described method.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 볼밀공정을 활용하고 상기 볼밀공정에서 흑연분말과 함께 탄산염 및 히드록시기를 포함하는 용매를 투입함으로써 산소관능기가 다량 도입되고 층간간격이 크게 벌어지며 입자면적의 크기가 나노 크기인 그래핀 나노분말을 대량으로 제조할 수 있는 방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 그래핀 나노분말을 제공함으로써, 종래 알려진 그래핀 옥사이드 제조방법인 화학적 박리법과 달리 화학약품의 사용으로 인한 환경오염 문제를 개선할 수 있어 친환경적일 뿐만 아니라 볼밀공정을 활용한 간단한 방법으로 그래핀 옥사이드를 제조할 수 있어 산 세척 등의 추가공정이 불필요하므로 경제성도 우수한 효과가 있다. 더불어 볼밀공정에서 흑연과 함께 탄산염 및 히드록시기를 포함하는 용매를 투입함으로써 산소관능기가 다량 도입되고 층간간격이 크게 벌어지며 입자면적의 크기가 나노 크기인 그래핀 나노분말을 대량 제조할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by using a ball mill process and introducing a solvent including a carbonate and a hydroxyl group together with graphite powder in the ball mill process, a large amount of oxygen functional groups are introduced and the interlayer spacing becomes wide, Unlike the conventional method of producing graphene oxide, which is known as a graphene nano powder produced by the method of manufacturing a large amount of phosphorus nano powder and the graphene nano powder produced by the above manufacturing method, It is possible to manufacture graphene oxide by a simple method using a ball mill process and it is also economically advantageous since an additional process such as pickling is unnecessary. In addition, a large amount of oxygen functional groups are introduced by introducing a solvent containing a carbonate and a hydroxyl group together with graphite in a ball mill process, and a large amount of graphene nano powder having a nano-sized grain size can be produced .

도 1 은 본 발명에서 습식 볼밀분쇄 제조를 이용하여 제조된 그래핀 나노분말의 입도분석 그래프이다. FIG. 1 is a graph showing particle size analysis of graphene nanopowder prepared by wet ball mill pulverization in the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 (1) 흑연분말, 탄산염 및 히드록시기를 포함하는 용매를 혼합한 후 볼밀처리하는 단계;와 (2) 상기 (1)단계에 의한 볼밀처리 후 미반응 탄산염 및 미반응 히드록시기를 포함하는 용매을 제거하여 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계;와 (3) 상기 (2)단계에 의해 제조된 그래핀 옥사이드를 건조하는 단계; 및 (4) 상기 (3)단계에 의해 제조된 그래핀 옥사이드를 환원가스 분위기에서 열처리하는 단계;를 포함하는 그래핀 나노분말의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 그래핀 나노분말을 제공한다.The present invention relates to a process for producing a magnetic powder, comprising the steps of (1) mixing a solvent containing graphite powder, a carbonate and a hydroxyl group, followed by ball milling, and (2) a solvent containing unreacted carbonate and unreacted hydroxyl groups after ball milling by the above step (1) (3) drying the graphene oxide prepared in the step (2); And (4) heat-treating the graphene oxide produced by the step (3) in a reducing gas atmosphere, and a graphene nanopowder produced by the manufacturing method .

상기 (1)단계에서 사용되는 흑연분말은 판상 흑연분말(그라파이트 플레이크)의 크기를 고르고 작게 분쇄한 것으로서, 일반 분쇄기를 사용하여 분쇄한 후 50㎛ 체 를 이용하여 걸러진 입자를 습식 볼밀분쇄 조제를 이용한 그래핀 옥사이드 제조에 사용한다. 이 과정은 입자의 크기가 작을수록 흑연분말의 물리적 및 화학적 기능화 반응의 효율이 증가함에 따라, 습식 볼밀분쇄 조제에서 필요한 볼밀 분쇄과정의 사이클 수를 감소시킴으로서 시간 및 비용의 소모를 최소화 할 수 있다. The graphite powder used in the step (1) is obtained by crushing the size of the graphite flake (graphite flake) in a small size using a general crusher, and then pulverizing the particles filtered with a 50 mu m sieve using a wet ball mill crushing aid It is used for the production of graphene oxide. In this process, the smaller the particle size, the more efficient the physical and chemical functionalization of the graphite powder, thereby reducing the number of cycles of the ball milling process required in the wet ball mill grinding aid, thereby minimizing the time and cost consumption.

상기 (1)단계에서 흑연분말과 탄산염 및 히드록시기가 풍부한 용매(증류수, 에탄올, 메탄올, 에틸렌글리콜 및 글리세린으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상)를 동시에 투입하는 과정은 그라파이트 플레이크의 분쇄과정에서 발생하는 화학적 기능화 반응을 극대화하기 위한 방법으로서, 건식제조방법에 비해 제조되는 과정에서 생산되는 그래핀 옥사이드가 함께 투입되는 볼(ball) 또는 비드(bead)와의 접촉하는 면적이 넓어지므로, 제조되는 그래핀 옥사이드 나노분말의 균질성 증대에 효과가 있어 입도분포도를 조밀하게 할 수 있다. 이는, 제조되는 그래핀 옥사이드가 상기 나열된 용매들에 반응하지 않으므로 가능한 방법이다. 또한, 투입되는 탄산염들은 볼밀과정에서 발생하는 물리적 박리반응과 더불어 이산화탄소 가스를 제공할 수 있으므로, 그래핀 옥사이드가 제조되는 단계에서 분쇄된 흑연에 산소 관능기를 다량으로 도입가능하다. 이러한 탄산염으로는 탄산수소나트륨, 탄산수소암모늄, 탄산나트륨, 탄산암모늄, 탄산칼륨, 탄산칼슘, 및 탄산바륨에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 선택할 수 있으며, 흑연분말의 중량 대비 2 내지 10배 투입하는 것이 바람직하다. In the step (1), the process of simultaneously introducing the graphite powder, the carbonate and the hydroxyl group-enriched solvent (one or more selected from the group consisting of distilled water, ethanol, methanol, ethylene glycol and glycerin) As a method for maximizing the chemical functionalization reaction occurring in the process of manufacturing the graphene oxide, the area of contact with balls or beads into which the graphene oxide produced in the process of manufacturing is widened is widened as compared with the dry manufacturing method. It is effective in increasing the homogeneity of the graphene oxide nano powder and the particle size distribution can be made compact. This is possible because graphene oxide produced does not react to the solvents listed above. In addition, the introduced carbonates can provide carbon dioxide gas in addition to the physical peeling reaction occurring in the ball mill process, and thus it is possible to introduce a large amount of oxygen functional groups into the crushed graphite at the stage of producing graphene oxide. Such a carbonate may be selected from one or two or more selected from sodium hydrogen carbonate, ammonium hydrogen carbonate, sodium carbonate, ammonium carbonate, potassium carbonate, calcium carbonate, and barium carbonate. .

또한, 상기 (1) 단계에서 시행되는 습식 볼밀분쇄 조제를 이용한 그래핀 옥사이드 제조단계에서 사용되는 ball 및 bead의 종류나 크기는 어떠한 종류도 상관이 없지만 ball 및 bea와 Jar의 재질을 통일하여야 한다. 또한, 이 과정은 볼밀과정에서 필수적으로 수반되는 강력한 물리적 충돌로 인하여 각 ball 및 bead의 마모로 인한 마모입자 발생은 피할 수 없다. 이러한 까닭으로, 통상적으로 많이 사용되는 SUS ball 또는 SUS bead의 경우에는, SUS 재질의 마모 또는 마모되어 분리된 입자 발생으로 인하여 SUS 미세입자 제거를 위한 추가적인 산 처리 공정이 반드시 필요하다. 하지만, 본 발명에서는 흑연분말 분쇄에 적합한 지르코니아 재질의 ball, bead, 및 Jar를 사용함으로서, 간단한 원심분리법에 의하여 발생하는 지르코니아의 마모된 미세입자를 간단히 제거할 수 있다. 그리고 사용하는 ball과 bead의 크기는 1 내지 20㎜에서 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하고, 그 양은 사용 용기의 2/3정도 채워질 정도로 사용하는 것이 바람직하다. In addition, the kind and size of the ball and bead used in the step of preparing the graphene oxide using the wet ball mill pulverizing aid performed in the step (1) do not matter, but the material of the ball and bea and the jar should be unified. In addition, this process can not avoid the generation of abrasive particles due to abrasion of each ball and bead due to the strong physical collision which is necessarily accompanied by the ball mill process. For this reason, in the case of a commonly used SUS ball or SUS bead, an additional acid treatment process for removing SUS fine particles is necessarily required due to wear or wear of the SUS material or generation of separated particles. However, in the present invention, by using zirconia balls, beads and Jar suitable for pulverizing graphite powder, worn fine particles of zirconia generated by simple centrifugal separation can be easily removed. The size of the ball and the bead to be used is preferably 1 to 20 mm in a mixture of one kind or two or more kinds, and the amount of the ball and the bead is preferably used so as to be about 2/3 of the used container.

또한, 상기 (1) 단계에서 사용하는 볼밀의 종류는 Jet mill Ball-mill, 진동 ball-mill (Vibration mill), 유성 mill(Planetary ball-mill) 중 1종을 선택하고, 볼밀 사용 시 rpm은 100 내지 500 정도로 사용하는 것이 바람직하다.The ball mill used in the step (1) may be one of a jet mill ball mill, a vibrating ball mill, and a planetary ball mill. The ball mill may have a rpm of 100 To 500% by weight.

상기 (4) 단계에서 그래핀 옥사이드를 고온가열로에서 환원하여 그래핀을 제조하는 단계는 환원 시 열처리 온도는 300 내지 2000 ℃에서 1 내지 10 wt.%의 수소를 포함하는 불활성 분위기 하에서 1 내지 6 시간 동안 열처리함으로써 그래핀 옥사이드를 그래핀으로 환원시켜 제조하는 것을 특징으로 한다.
In the step of reducing graphene oxide in the high-temperature furnace in the step (4), the heat treatment temperature during reduction is in the range of 1 to 6 at an annealing temperature of 300 to 2000 ° C. in an inert atmosphere containing 1 to 10 wt. And then reducing the graphene oxide with graphene.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

실시예 1. Example 1 .

50㎛ 이하로 분쇄된 판상 흑연분말 0.5g과 탄산수소나트륨 5g을 지르코니아 자에 넣고, 여기에 직경 5㎜의 볼 70%, 나머지 30%를 직경 10㎜의 볼로 준비하여, 자의 총 부피 2/3정도 되도록 채운 후,(사용된 볼의 재질은 지르코니아로 통일한다), 동시에 에틸렌글리콜을 볼이 잠길 정도로 투입한다. 볼밀반응은 300 rpm의 속도로 1h씩 총 24회 진행하였다. 볼밀반응이 끝난 후, 미반응 탄산수소나트륨 및 에틸렌글리콜은 증류수를 이용해 세척하고, 원심분리기를 이용하여 마모된 지르코니아 입자를 제거하였다. 그 다음, 필터 및 진공오븐을 이용하여 160℃에서 24 시간 완전히 건조시켜 그래핀 옥사이드를 제조하였다. 0.5 g of flaky graphite powder pulverized to 50 m or less and 5 g of sodium hydrogencarbonate were put into a zirconia kneader, and 70% of a ball having a diameter of 5 mm and the remaining 30% were prepared with a ball having a diameter of 10 mm, (The material of the ball used is unified with zirconia), and at the same time, ethylene glycol is added to the extent that the balls are locked. The ball mill reaction was carried out for 24 h at a rate of 300 rpm for 1 h. After the ball mill reaction, unreacted sodium hydrogencarbonate and ethylene glycol were washed with distilled water and the worn zirconia particles were removed using a centrifuge. The graphene oxide was then prepared by thoroughly drying at 160 DEG C for 24 hours using a filter and a vacuum oven.

그 다음 단계로는 상기 제조한 그래핀 옥사이드를 튜브형 퍼니스를 이용하여10% 수소기체가 포함된 아르곤기체 분위기 하에서, 1℃/min의 승온 속도로 1200℃까지 승온시킨 다음, 5 시간 동안 열처리하여, 환원된 그래핀 나노분말을 제조하였다. In the next step, the prepared graphene oxide was heated to 1200 DEG C at a heating rate of 1 DEG C / min in an argon gas atmosphere containing 10% hydrogen gas using a tubular furnace, and then heat-treated for 5 hours, To prepare a reduced graphene nano powder.

실시예 2.Example 2.

50㎛ 이하로 분쇄된 판상 흑연분말 0.5g과 탄산수소나트륨 3g을 지르코니아 자에 넣고, 여기에 직경 5㎜의 볼 70%, 나머지 30%를 직경 10㎜의 볼로 준비하여, 자의 총 부피 2/3정도 되도록 채운 후,(사용된 볼의 재질은 지르코니아로 통일한다), 동시에 에틸렌글리콜을 볼이 잠길 정도로 투입한다. 볼밀반응은 400 rpm의 속도로 1h씩 총 24회 진행하였다. 볼밀반응이 끝난 후, 미반응 탄산수소나트륨 및 에틸렌글리콜은 증류수를 이용해 세척하고, 원심분리기를 이용하여 마모된 지르코니아 입자를 제거하였다. 그 다음, 필터 및 진공오븐을 이용하여 160℃에서 24 시간 완전히 건조시켜 그래핀 옥사이드를 제조하였다. 0.5 g of platelet-shaped graphite powder pulverized to 50 탆 or less and 3 g of sodium hydrogencarbonate were put into a zirconia kneader, and 70% of a ball having a diameter of 5 mm and the remaining 30% were prepared with a ball having a diameter of 10 mm. (The material of the ball used is unified with zirconia), and at the same time, ethylene glycol is added to the extent that the balls are locked. The ball mill reaction was carried out for 24 h at a rate of 400 rpm for 1 h. After the ball mill reaction, unreacted sodium hydrogencarbonate and ethylene glycol were washed with distilled water and the worn zirconia particles were removed using a centrifuge. The graphene oxide was then prepared by thoroughly drying at 160 DEG C for 24 hours using a filter and a vacuum oven.

그 다음 단계로는 상기 제조한 그래핀 옥사이드를 튜브형 퍼니스를 이용하여5% 수소기체가 포함된 아르곤기체 분위기 하에서, 1℃/min의 승온 속도로 1500℃까지 승온시킨 다음, 3 시간 동안 열처리하여, 환원된 그래핀 나노분말을 제조하였다. In the next step, the prepared graphene oxide was heated to 1500 DEG C at a rate of 1 DEG C / min in an argon gas atmosphere containing 5% hydrogen gas using a tubular furnace, and then heat-treated for 3 hours, To prepare a reduced graphene nano powder.

실시예 3.Example 3.

50㎛ 이하로 분쇄된 판상 흑연분말 0.5g과 탄산수소나트륨 5g을 지르코니아 자에 넣고, 여기에 직경 3㎜의 볼 70%, 나머지 30%를 직경 10㎜의 볼로 준비하여, 자의 총 부피 2/3정도 되도록 채운 후(사용된 볼의 재질은 지르코니아로 통일한다), 동시에 에틸렌글리콜을 볼이 잠길 정도로 투입한다. 볼밀반응은 350rpm의 속도로 1h 씩 총 24회 진행하였다. 볼밀반응이 끝난 후, 미반응 탄산수소나트륨 및 에틸렌글리콜은 증류수를 이용해 세척하고, 원심분리기를 이용하여 마모된 지르코니아 입자를 제거하였다. 그 다음, 필터 및 진공오븐을 이용하여 160℃에서 24 시간 완전히 건조시켜 그래핀 옥사이드를 제조하였다. 0.5 g of flaky graphite powder pulverized to 50 탆 or less and 5 g of sodium hydrogen carbonate were put into a zirconia kneader and 70% of a ball having a diameter of 3 mm and a remaining 30% thereof were prepared with a ball having a diameter of 10 mm. (The material of the balls used is unified with zirconia), and at the same time, ethylene glycol is added to the extent that the balls are locked. The ball mill reaction was carried out at a speed of 350 rpm for 1h for a total of 24 times. After the ball mill reaction, unreacted sodium hydrogencarbonate and ethylene glycol were washed with distilled water and the worn zirconia particles were removed using a centrifuge. The graphene oxide was then prepared by thoroughly drying at 160 DEG C for 24 hours using a filter and a vacuum oven.

그 다음 단계로는 상기 제조한 그래핀 옥사이드를 튜브형 퍼니스를 이용하여 10% 수소기체가 포함된 아르곤기체 분위기 하에서, 1℃/min의 승온 속도로 1000℃까지 승온시킨 다음, 5 시간 동안 열처리하여, 환원된 그래핀 나노분말을 제조하였다. In the next step, the prepared graphene oxide was heated to 1000 ° C at a rate of 1 ° C / min in an argon gas atmosphere containing 10% hydrogen gas using a tube-type furnace, and then heat-treated for 5 hours, To prepare a reduced graphene nano powder.

실시예 4.Example 4.

50㎛ 이하로 분쇄된 판상 흑연분말 0.5g과 탄산나트륨 5g을 지르코니아 자에 넣고, 여기에 직경 5㎜의 볼 100%로 준비하여, 자의 총 부피 2/3정도 되도록 채운 후(사용된 볼의 재질은 지르코니아로 통일한다), 동시에 메탄올을 볼이 잠길 정도로 투입한다. 볼밀반응은 400rpm의 속도로 1h 씩 총 24회 진행하였다. 볼밀반응이 끝난 후, 미반응 탄산수소나트륨 및 에틸렌글리콜은 증류수를 이용해 세척하고, 원심분리기를 이용하여 마모된 지르코니아 입자를 제거하였다. 그 다음, 필터 및 진공오븐을 이용하여 160℃에서 24 시간 완전히 건조시켜 그래핀 옥사이드를 제조하였다. 0.5 g of flaky graphite powder pulverized to 50 탆 or less and 5 g of sodium carbonate were charged into a zirconia sieve and 100% of a ball having a diameter of 5 mm was prepared and filled to a total volume of 2/3 of the sieve Zirconia), and at the same time, the methanol is put into the ball so that the ball is locked. The ball mill reaction was carried out at a speed of 400 rpm for 1h for a total of 24 times. After the ball mill reaction, unreacted sodium hydrogencarbonate and ethylene glycol were washed with distilled water and the worn zirconia particles were removed using a centrifuge. The graphene oxide was then prepared by thoroughly drying at 160 DEG C for 24 hours using a filter and a vacuum oven.

그 다음 단계로는 상기 제조한 그래핀 옥사이드를 튜브형 퍼니스를 이용하여 10% 수소기체가 포함된 아르곤기체 분위기 하에서, 1℃/min의 승온 속도로 900℃까지 승온시킨 다음, 5 시간 동안 열처리하여, 환원된 그래핀 나노분말을 제조하였다. In the next step, the prepared graphene oxide was heated to 900 DEG C at a heating rate of 1 DEG C / min in an argon gas atmosphere containing 10% hydrogen gas using a tubular furnace, and then heat-treated for 5 hours, To prepare a reduced graphene nano powder.

비교예 1.Comparative Example 1

50㎛ 이하로 분쇄된 판상 흑연분말 0.5g에 직경 3㎜의 볼 70%, 나머지 30%를 직경 10㎜의 볼로 준비하여, 자의 총 부피 2/3정도 되도록 채운 후(사용된 볼의 재질은 지르코니아로 통일한다), 동시에 에틸렌글리콜을 볼이 잠길 정도로 투입한다. 볼밀반응은 350rpm의 속도로 1h 씩 총 24회 진행하였다. 볼밀반응이 끝난 후, 미반응 탄산수소나트륨 및 에틸렌글리콜은 증류수를 이용해 세척하고, 원심분리기를 이용하여 마모된 지르코니아 입자를 제거하였다. 그 다음, 필터 및 진공오븐을 이용하여 160℃에서 24시간 완전히 건조시켜 그래핀 옥사이드를 제조하였다. A ball having a diameter of 3 mm and containing the remaining 30% was prepared with a ball having a diameter of 10 mm and filled to a total volume of 2/3 (0.5 g of the graphite powder pulverized to 50 탆 or less (the material of the ball used was zirconia At the same time, ethylene glycol is injected enough to lock the ball. The ball mill reaction was carried out at a speed of 350 rpm for 1h for a total of 24 times. After the ball mill reaction, unreacted sodium hydrogencarbonate and ethylene glycol were washed with distilled water and the worn zirconia particles were removed using a centrifuge. The graphene oxide was then prepared by thoroughly drying at 160 DEG C for 24 hours using a filter and a vacuum oven.

그 다음 단계로는 상기 제조한 그래핀 옥사이드를 튜브형 퍼니스를 이용하여 10% 수소기체가 포함된 아르곤기체 분위기 하에서, 1℃/min의 승온 속도로 1200℃까지 승온시킨 다음, 5 시간 동안 열처리하여, 환원된 그래핀 나노분말을 제조하였다. In the next step, the prepared graphene oxide was heated to 1200 DEG C at a heating rate of 1 DEG C / min in an argon gas atmosphere containing 10% hydrogen gas using a tubular furnace, and then heat-treated for 5 hours, To prepare a reduced graphene nano powder.

[표 1][Table 1]

Figure 112014003435992-pat00001

Figure 112014003435992-pat00001

이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다. Having described specific portions of the present invention in detail, those skilled in the art will appreciate that these specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (5)

(1) 흑연분말, 탄산염 및 히드록시기를 포함하는 용매를 혼합한 후 볼밀처리하는 단계;
(2) 상기 (1)단계에 의한 볼밀처리 후 미반응 탄산염 및 미반응 히드록시기를 포함하는 용매을 제거하여 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계;
(3) 상기 (2)단계에 의해 제조된 그래핀 옥사이드를 건조하는 단계; 및
(4) 상기 (3)단계에 의해 제조된 그래핀 옥사이드를 환원가스 분위기에서 열처리하는 단계;를 포함하는 그래핀 나노분말의 제조방법.
(1) mixing a solvent containing graphite powder, a carbonate, and a hydroxyl group, followed by ball milling;
(2) preparing graphene oxide by removing the solvent containing unreacted carbonate and unreacted hydroxyl groups after the ball mill treatment in the step (1);
(3) drying the graphene oxide produced by the step (2); And
(4) heat-treating the graphene oxide prepared in the step (3) in a reducing gas atmosphere.
제 1 항에 있어서,
상기 (1)단계에서 탄산염은 흑연분말 중량의 2 내지 10배로 혼합하는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노분말의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the carbonate is mixed at 2 to 10 times the weight of the graphite powder in the step (1).
제 1 항에 있어서,
상기 (1)단계에서 탄산수소나트륨, 탄산수소암모늄, 탄산나트륨, 탄산암모늄, 탄산칼륨, 탄산칼슘 및 탄산바륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 탄산염과 증류수, 에탄올, 메탄올, 에틸렌글리콜 및 글리세린으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 히드록시기를 포함하는 용매를 혼합하는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노분말의 제조방법.
The method according to claim 1,
In step (1), at least one carbonate selected from the group consisting of sodium hydrogencarbonate, ammonium hydrogencarbonate, sodium carbonate, ammonium carbonate, potassium carbonate, calcium carbonate and barium carbonate and distilled water, ethanol, methanol, Glycerin, and a solvent containing at least one hydroxyl group selected from the group consisting of glycerin.
제 1 항에 있어서,
상기 (4)단계에서 300 내지 2000℃에서 1 내지 6시간 동안 열처리 하는 것을 특징으로 하는 그래핀 나노분말의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment is performed at 300 to 2000 ° C for 1 to 6 hours in the step (4).
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