KR102007829B1 - Apparatus and method of preparing nanoparticle comprising metal - Google Patents

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    • B22F2202/13Use of plasma

Abstract

본 발명은 금속 함유 나노입자 제조 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시형태는 몸체, 상기 몸체의 내부에 수용되고, 금속 전구체 유체가 도입되는 개구부를 포함하는 플라즈마 반응기, 상기 플라즈마 반응기의 내부로 말단부가 노출되는 플라즈마 전극 및 상기 몸체 내부에 말단부가 노출되도록 삽입되어 냉각 유체를 순환시키는 냉각 유체 공급부를 포함하여, 금속 함유 나노입자를 용이하게 순환 및 냉각시켜 고순도의 금속 함유 나노입자를 제조할 수 있고, 금속 함유 나노입자로의 전환율 및 생산성이 우수한 금속 함유 나노입자 제조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing metal-containing nanoparticles, an embodiment of the present invention is a plasma reactor including a body, an opening accommodated in the body, the metal precursor fluid is introduced, the end portion into the plasma reactor Including a plasma electrode and a cooling fluid supply portion is inserted to expose the distal end inside the body to circulate the cooling fluid, it is possible to easily circulate and cool the metal-containing nanoparticles to produce a high purity metal-containing nanoparticles The present invention relates to an apparatus for producing metal-containing nanoparticles, which is excellent in conversion rate and productivity to metal-containing nanoparticles.

Description

금속 함유 나노 입자의 제조 장치 및 제조 방법{APPARATUS AND METHOD OF PREPARING NANOPARTICLE COMPRISING METAL}A manufacturing apparatus and manufacturing method of a metal containing nanoparticles {APPARATUS AND METHOD OF PREPARING NANOPARTICLE COMPRISING METAL}

본 발명은 금속 함유 나노 입자의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method of metal-containing nanoparticles.

예를 들면, 금속 나노입자 관련 기술들은 노트북, 휴대폰과 같은 전자기기의 전자부품에 관한 기술 분야, 인쇄 전자 기술, 촉매, 이차전지, 환경응용분야 등 다양한 기술 분야에서 연구되고 있다.For example, metal nanoparticle-related technologies are being researched in various technical fields such as technical fields related to electronic components of electronic devices such as notebooks and mobile phones, printed electronic technologies, catalysts, secondary batteries, and environmental applications.

하지만, 기존의 금속 나노입자 합성 방법은 합성 시 사용되는 화학물질로 인해 환경오염을 유발할 수 있으며, 고온, 고압조건에서 합성이 이루어져 고가의 장비를 사용해야 하거나, 장비의 에너지 소모가 높아 경제성이 낮고, 합성 시간이 길어 대량생산에 어려움을 가지고 있다. 또한, 기존의 금속 나노입자 합성 방법들은 입도 분포의 불균일성, 낮은 분산력, 낮은 순도 등의 문제를 가지므로, 앞서 말한 기술 분야에 적용되기 어렵다.However, the existing method of synthesizing metal nanoparticles may cause environmental pollution due to chemicals used in the synthesis, and the synthesis is performed under high temperature and high pressure conditions to use expensive equipment, or the energy consumption of the equipment is high and economical, Due to the long synthesis time, mass production is difficult. In addition, existing methods for synthesizing metal nanoparticles have problems such as non-uniformity of particle size distribution, low dispersibility, low purity, and thus are difficult to apply to the aforementioned technical field.

한편, 수중 플라즈마 방전은 수중 전기 방전에 의해 수중 플라즈마가 발생하도록 하는 기술을 의미한다. 일반적으로 이러한 수중 플라즈마 방전은 수질 개선을 위해 널리 사용된다. 예를 들어, 선박평형수, 초순수 제조, 해수 담수화 등에 직접적 혹은 간접적으로 사용된다.On the other hand, underwater plasma discharge refers to a technique for generating underwater plasma by underwater electric discharge. In general, such underwater plasma discharge is widely used to improve the water quality. For example, it is used directly or indirectly in ballast water, ultrapure water production, seawater desalination, and the like.

이러한 수중 플라즈마 방전은, 플라즈마의 잠재성에 기초하여, 다양한 산업 분야에서 효과적으로 응용될 수 있다.Such underwater plasma discharges can be effectively applied in various industrial fields based on the potential of plasma.

한국공개특허 제10-2015-0118737호는 금속 함유 나노입자의 제조 방법에 관한 기술을 개시하고 있다.Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2015-0118737 discloses a technique related to a method for producing metal-containing nanoparticles.

한국공개특허 제10-2015-0118737호Korean Patent Publication No. 10-2015-0118737

본 발명의 일 과제는 입자 크기를 효과적으로 제어할 수 있는 금속 함유 나노입자 제조 장치를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a metal-containing nanoparticle production apparatus that can effectively control the particle size.

본 발명의 일 과제는 생산성을 향상시키면서도 생성물의 순도를 높일 수 있는 금속 함유 나노입자 제조 장치를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide an apparatus for producing metal-containing nanoparticles which can increase the purity of a product while improving productivity.

본 발명의 일 과제는 제조된 금속 함유 나노입자 제조 장치를 용이하게 포집할 수 있는 금속 함유 나노입자 제조 장치를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a metal-containing nanoparticle production apparatus that can easily collect the produced metal-containing nanoparticle production apparatus.

본 발명의 일 과제는 입자 크기를 효과적으로 제어할 수 있는 금속 함유 나노입자 제조 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for producing metal-containing nanoparticles that can effectively control the particle size.

본 발명은 완화된 조건에서도 높은 효율로 대량 생산이 가능한 금속 함유 나노입자 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a method for producing metal-containing nanoparticles that can be mass-produced with high efficiency even under mild conditions.

본 발명은 제조된 금속 함유 나노입자를 용이하게 포집할 수 있는 금속 함유 나노입자 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to provide a method for producing metal-containing nanoparticles that can easily collect the prepared metal-containing nanoparticles.

1. 몸체; 상기 몸체의 내부에 수용되고, 금속 전구체 유체가 도입되는 개구부를 포함하는 플라즈마 반응기; 상기 플라즈마 반응기의 내부로 말단부가 노출되는 플라즈마 전극; 및 상기 몸체 내부에 말단부가 노출되도록 삽입되어 냉각 유체를 순환시키는 냉각 유체 공급부;를 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.1. body; A plasma reactor received inside the body and including an opening into which a metal precursor fluid is introduced; A plasma electrode exposed at an end portion of the plasma reactor; And a cooling fluid supply part inserted into the body so as to expose the distal end to circulate the cooling fluid.

2. 위 1에 있어서, 상기 몸체를 지지하는 지지부를 더 포함하고, 상기 냉각 유체 공급부는 상기 지지부 및 상기 플라즈마 반응기 사이에 배치되는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.2. according to the above 1, further comprising a support for supporting the body, the cooling fluid supply is disposed between the support and the plasma reactor, the metal-containing nanoparticles manufacturing apparatus.

3. 위 1에 있어서, 상기 냉각 유체 공급부는 상기 몸체의 측벽을 따라 나선형으로 배치되는 복수의 냉각 유체 공급부를 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.3. In the above 1, wherein the cooling fluid supply comprises a plurality of cooling fluid supply is arranged spirally along the side wall of the body, metal-containing nanoparticles manufacturing apparatus.

4. 위 1에 있어서, 상기 플라즈마 전극은 전극 바디, 상기 전극 바디를 감싸는 제1 유전체 튜브, 및 상기 전극 바디 및 상기 제1 유전체 튜브 사이로 방전 가스를 도입하는 방전 가스 공급부를 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.4. In the above 1, wherein the plasma electrode includes an electrode body, a first dielectric tube surrounding the electrode body, and a discharge gas supply unit for introducing a discharge gas between the electrode body and the first dielectric tube, the metal containing nano Particle manufacturing apparatus.

5. 위 4에 있어서, 상기 플라즈마 전극은 상기 제1 유전체 튜브의 적어도 일부를 감싸며 상기 방전 가스 공급부를 고정하는 고정부를 더 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.5. The apparatus of claim 4, wherein the plasma electrode further comprises a fixing part surrounding at least a portion of the first dielectric tube and fixing the discharge gas supply part.

6. 위 4에 있어서, 상기 플라즈마 전극은 상기 제1 유전체 튜브를 감싸는 제2 유전체 튜브, 및 상기 제1 유전체 튜브 및 상기 제2 유전체 튜브 사이로 쉴드 유체를 도입하는 쉴드 유체 공급부를 더 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.6. In the above 4, wherein the plasma electrode further comprises a second dielectric tube surrounding the first dielectric tube, and a shield fluid supply for introducing a shield fluid between the first dielectric tube and the second dielectric tube, metal -Containing nanoparticle production apparatus.

7. 위 6에 있어서, 상기 쉴드 유체 공급부는 상기 제2 유전체 튜브의 측벽을 따라 나선형으로 배치되는 복수의 쉴드 유체 공급부들을 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.7. The apparatus of claim 6, wherein the shield fluid supply part comprises a plurality of shield fluid supply parts spirally disposed along the sidewall of the second dielectric tube.

8. 위 6에 있어서, 상기 쉴드 유체 공급부 및 상기 제2 유전체 튜브의 측벽의 수직 단면에서의 경사각은 30 내지 60°인, 금속 함유 나노입자 제조 장치.8. In the above 6, the inclination angle in the vertical section of the side wall of the shield fluid supply and the second dielectric tube is 30 to 60 °, metal-containing nanoparticles manufacturing apparatus.

9. 위 6에 있어서, 상기 쉴드 유체 공급부의 말단부는 상기 제1 유전체 튜브 및 제2 유전체 튜브 사이의 공간으로 돌출되는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.9. In the above 6, wherein the end portion of the shield fluid supply portion protrudes into the space between the first dielectric tube and the second dielectric tube, metal-containing nanoparticles manufacturing apparatus.

10. 위 6에 있어서, 상기 플라즈마 전극은 상기 제2 유전체 튜브의 적어도 일부를 감싸며 상기 쉴드 유체 공급부를 고정하는 추가 고정부를 더 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.10. The apparatus of claim 6, wherein the plasma electrode further comprises an additional fixing part surrounding at least a portion of the second dielectric tube and fixing the shield fluid supply part.

11. 위 1에 있어서, 상기 플라즈마 반응기 아래에 배치된 자성 수집부를 더 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.11. The above 1, further comprising a magnetic collector disposed below the plasma reactor, the metal-containing nanoparticles manufacturing apparatus.

12. 위 11에 있어서, 상기 자성 수집부는 전자석 또는 영구 자석을 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.12. The apparatus of claim 11, wherein the magnetic collection part comprises an electromagnet or a permanent magnet.

13. 용매, 환원제 및 금속 전구체를 포함하는 금속 전구체 수용액을 준비하는 단계; 상기 금속 전구체 수용액 주변으로 냉각 유체를 순환시키는 단계; 및 상기 금속 전구체 수용액으로부터 수중 플라즈마 방전을 통해 금속 함유 나노입자를 생성하는 단계;를 포함하는, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.13. preparing a metal precursor aqueous solution comprising a solvent, a reducing agent and a metal precursor; Circulating a cooling fluid around the metal precursor aqueous solution; And generating metal-containing nanoparticles from the metal precursor aqueous solution through an underwater plasma discharge.

14. 위 13에 있어서, 상기 냉각 유체를 순환시키는 단계는 상기 몸체 내에서 수행되며, 상기 수중 플라즈마 방전은 상기 금속 전구체 수용액이 공급되는 플라즈마 반응기 내에서 수행되는, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.14. In the above 13, wherein the step of circulating the cooling fluid is performed in the body, the underwater plasma discharge is performed in a plasma reactor to which the metal precursor aqueous solution is supplied, the manufacturing method of the metal-containing nanoparticles.

15. 위 13에 있어서, 자석을 이용하여 상기 금속 함유 나노입자의 크기를 제어하는 단계를 더 포함하는, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.15. The method according to the above 13, further comprising the step of controlling the size of the metal-containing nanoparticles by using a magnet, method for producing a metal-containing nanoparticles.

16. 위 15에 있어서, 상기 금속 함유 나노입자의 크기를 제어하는 단계는 상기 금속 함유 나노입자를 상기 자석에 결합시키는 단계를 포함하는, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.16. The method according to the above 15, wherein controlling the size of the metal-containing nanoparticles comprises bonding the metal-containing nanoparticles to the magnet.

17. 위 16에 있어서, 상기 수중 플라즈마 방전은 제1 수중 플라즈마 방전 및 제2 수중 플라즈마 방전을 포함하며, 상기 금속 함유 나노입자를 상기 자석에 결합시키는 단계는 상기 제1 수중 플라즈마 방전 및 상기 제2 수중 플라즈마 방전 사이에 수행되는, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.17. The method of 16 above, wherein the underwater plasma discharge comprises a first underwater plasma discharge and a second underwater plasma discharge, and the step of coupling the metal-containing nanoparticles to the magnet is the first underwater plasma discharge and the second A method for producing metal-containing nanoparticles, carried out between underwater plasma discharges.

18. 위 16에 있어서, 상기 금속 함유 나노입자를 상기 자석에 결합시키는 단계 후에, 상기 금속 함유 나노입자를 상기 자석으로부터 분리하는 단계; 및 추가 금속 전구체를 상기 금속 전구체 수용액에 첨가하는 단계;를 더 포함하는, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.18. The method of 16 above, after the bonding of the metal-containing nanoparticles to the magnet, separating the metal-containing nanoparticles from the magnet; And adding an additional metal precursor to the aqueous metal precursor solution.

19. 위 18에 있어서, 상기 추가 금속 전구체를 첨가하는 단계 이후에 상기 제2 수중 플라즈마 방전이 수행되는, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.19. The method according to the above 18, wherein the second underwater plasma discharge is performed after the step of adding the additional metal precursor.

20. 위 13에 있어서, 상기 금속 전구체 수용액은 담체를 더 포함하는, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.20. The method according to the above 13, wherein the metal precursor aqueous solution further comprises a carrier, method for producing metal-containing nanoparticles.

21. 위 20에 있어서, 상기 담체는 그래핀(graphene), 그래핀 옥사이드(graphene oxide), 탄소 나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래파이트(graphite), 탄소섬유(carbon fiber), 활성탄 및 폴리메틸(메타)크릴레이트로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.21. In the above 20, the carrier is graphene (graphene), graphene oxide (graphene oxide), carbon nanotubes (carbon nanotube, CNT), graphite (carbon fiber), activated carbon and polymethyl A method for producing metal-containing nanoparticles, comprising at least one selected from the group consisting of (meth) acrylates.

22. 위 13에 있어서, 상기 금속 함유 나노입자는 금속 나노입자, 금속산화물 나노입자, 금속-담체 복합체 입자 및 금속산화물-담체 복합체 입자로 구성된 군에서 선택된, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.22. The method of claim 13, wherein the metal-containing nanoparticles are selected from the group consisting of metal nanoparticles, metal oxide nanoparticles, metal-carrier composite particles, and metal oxide-carrier composite particles.

본 발명의 금속 함유 나노입자 제조 장치는 예를 들면, 플라즈마 반응기 주변부에 냉각 유체를 순환시킴으로써, 금속 함유 나노입자를 용이하게 순환 및 냉각시키므로 고순도의 금속 함유 나노입자 제조가 가능하다.The metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus of the present invention, for example, by circulating a cooling fluid around the plasma reactor, it is easy to circulate and cool the metal-containing nanoparticles, it is possible to manufacture high-purity metal-containing nanoparticles.

또한, 본 발명의 금속 함유 나노입자 제조 장치는 예를 들면 금속 전구체 수용액을 지속적으로 수중 플라즈마 방전에 노출시켜, 금속 함유 나노입자 제조 시의 공정 시간을 단축하고 공정 전환율(전구체에서 금속 및 산화 금속으로 전환된 비율)을 현저히 증가시킬 수 있어, 생산성이 우수하다.In addition, the apparatus for producing metal-containing nanoparticles of the present invention continuously exposes a metal precursor aqueous solution to an underwater plasma discharge, for example, to shorten the process time in manufacturing the metal-containing nanoparticles and to reduce the process conversion rate (from precursor to metal and metal oxide). Converted ratio) can be increased significantly, resulting in good productivity.

또한, 본 발명의 금속 함유 나노입자 제조 장치는 예를 들면 탈부착이 가능한 자성 수집부를 포함할 수 있으며, 이에 자성을 띄는 금속 함유 나노입자의 합성을 조절하여 금속 함유 나노입자의 크기를 균일하게 제어 또는 조절할 수 있다.In addition, the apparatus for producing metal-containing nanoparticles of the present invention may include, for example, a detachable magnetic collector, thereby controlling the synthesis of the metal-containing nanoparticles having magnetic properties to uniformly control the size of the metal-containing nanoparticles or I can regulate it.

또한, 본 발명의 금속 함유 나노입자 제조 방법은 금속 함유 나노입자 주변으로 냉각 유체를 순환시켜 금속 함유 나노입자를 용이하게 순환 또는 냉각시킬 수 있으므로 고순도의 금속 함유 나노입자 제조가 가능하다.In addition, the method for producing metal-containing nanoparticles of the present invention can circulate or cool the metal-containing nanoparticles easily by circulating a cooling fluid around the metal-containing nanoparticles, thereby making it possible to manufacture high-purity metal-containing nanoparticles.

또한, 본 발명의 금속 함유 나노입자 제조 방법은 완화된 조건, 즉 상온, 상압에서도 효율적으로 금속 함유 나노입자를 대량 생산할 수 있다.In addition, the method for producing metal-containing nanoparticles of the present invention can efficiently mass-produce metal-containing nanoparticles even under relaxed conditions, that is, at room temperature and atmospheric pressure.

또한, 본 발명의 금속 함유 나노입자 제조 방법은 금속 함유 나노입자의 산화를 방지하여, 고순도의 금속 함유 나노입자를 제조할 수 있다.In addition, the method for producing metal-containing nanoparticles of the present invention can prevent oxidation of the metal-containing nanoparticles, thereby producing highly pure metal-containing nanoparticles.

또한, 본 발명의 금속 함유 나노입자 제조 방법은 금속 함유 나노입자 제조 시의 공정 시간을 단축하고 공정 전환율을 현저하게 증가시킬 수 있다.In addition, the method for producing metal-containing nanoparticles of the present invention can shorten the process time in manufacturing the metal-containing nanoparticles and significantly increase the process conversion rate.

또한, 본 발명의 금속 함유 나노입자 제조 방법은 금속 함유 나노입자를 자석에 결합 및 분리시키는 단계를 포함할 수 있음에 따라, 예를 들면 자성을 띄는 금속 함유 나노입자의 합성을 조절함으로써, 용이하게 금속 함유 나노입자 크기를 제어할 수 있다.In addition, the method for producing metal-containing nanoparticles of the present invention may include the step of binding and separating the metal-containing nanoparticles to a magnet, for example, by easily controlling the synthesis of the magnetic metal-containing nanoparticles, The metal containing nanoparticle size can be controlled.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 금속 함유 나노입자 제조 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 일부 실시예들에 따른 금속 함유 나노입자 제조 장치에 포함되는 몸체 및 냉각 유체 공급부의 배치를 개략적으로 설명하는 평면도이다.
도 3은 예시적인 일부 실시예들에 따른 금속 함유 나노입자 제조 장치에 포함된 플라즈마 전극을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 예시적인 일부 실시예들에 따른 금속 함유 나노입자 제조 장치에 포함된 플라즈마 전극을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5은 도 4에 따른 플라즈마 전극에 있어서 쉴드 유체의 흐름을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6는 실시예 1 내지 6 및 비교예 1의 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 1 내지 6 및 비교예 1의 펜톤 반응(Fenton reaction) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 7의 SEM(Scanning Electron Microscopy) 관찰 결과를 나타낸다.
도 9는 실시예 8의 SEM 관찰 결과를 나타낸다.
도 10은 실시예 7의 X-ray 회절분석(XRD) 결과를 나타낸다.
도 11은 실시예 8의 X-ray 회절분석 결과를 나타낸다.
도 12는 실시예 7 및 8의 금속 함유 나노입자에 초음파 처리한 후시간 경과에 따른 입자의 분산 정도를 설명하기 위한 사진이다.
1 is a perspective view schematically showing a metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus according to embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a plan view schematically illustrating an arrangement of a body and a cooling fluid supply part included in an apparatus for manufacturing metal-containing nanoparticles, according to some embodiments.
3 is a perspective view schematically showing a plasma electrode included in the metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus according to some exemplary embodiments.
4 is a perspective view schematically showing a plasma electrode included in the metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus according to some exemplary embodiments.
FIG. 5 is a plan view illustrating a shield fluid flow in the plasma electrode of FIG. 4.
6 is a graph showing the results of X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1. FIG.
7 is a graph showing the results of Fenton reaction analysis of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1. FIG.
8 shows the SEM (Scanning Electron Microscopy) observation results of Example 7.
9 shows the SEM observation result of Example 8. FIG.
10 shows the results of X-ray diffraction (XRD) of Example 7.
11 shows the results of X-ray diffraction analysis of Example 8.
12 is a photograph for explaining the degree of dispersion of the particles over time after the ultrasonic treatment to the metal-containing nanoparticles of Examples 7 and 8.

이하, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.

<금속 함유 나노입자 제조 장치><Metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus>

본 발명은 금속 함유 나노입자 제조 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시형태는 몸체, 상기 몸체의 내부에 수용되고, 금속 전구체 유체가 도입되는 개구부를 포함하는 플라즈마 반응기, 상기 플라즈마 반응기의 내부로 말단부가 노출되는 플라즈마 전극 및 상기 몸체 내부에 말단부가 노출되도록 삽입되어 냉각 유체를 순환시키는 냉각 유체 공급부를 포함하여, 금속 함유 나노입자를 용이하게 순환 및 냉각시켜 고순도의 금속 함유 나노입자를 제조할 수 있고, 금속 함유 나노입자로의 전환율 및 생산성이 우수한 금속 함유 나노입자 제조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing metal-containing nanoparticles, an embodiment of the present invention is a plasma reactor including a body, an opening accommodated in the body, the metal precursor fluid is introduced, the end portion into the plasma reactor Including a plasma electrode and a cooling fluid supply portion is inserted to expose the distal end inside the body to circulate the cooling fluid, it is possible to easily circulate and cool the metal-containing nanoparticles to produce a high purity metal-containing nanoparticles The present invention relates to an apparatus for producing metal-containing nanoparticles, which is excellent in conversion rate and productivity to metal-containing nanoparticles.

이하, 첨부한 도면들을 참조로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 하기에서 본 발명의 바람직한 실시예들을 제시하나, 이들 실시예들은 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Although the following describes preferred embodiments of the present invention, these embodiments are only illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the appended claims, and various modifications to the embodiments within the scope and spirit of the present invention. Modifications and variations are apparent to those skilled in the art, and such variations and modifications are naturally within the scope of the appended claims.

한편, 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 실질적으로 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 동일하거나 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.On the other hand, in adding reference numerals to the components of each drawing, the same or similar reference numerals may be used for substantially the same components, even if shown on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description may be omitted.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 금속 함유 나노입자 제조 장치를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing a metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus according to embodiments of the present invention.

도 1을 참조하면, 상기 금속 함유 나노입자 제조 장치는 몸체(10), 플라즈마 반응기(20), 플라즈마 전극(30) 및 냉각 유체 공급부(40)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus includes a body 10, a plasma reactor 20, a plasma electrode 30, and a cooling fluid supply unit 40.

상기 금속 함유 나노입자 제조 장치를 통해 예를 들면, 금속 전구체 수용액 또는 금속 전구체 유체를 몸체(10) 내에 투입하고, 상기 금속 전구체 수용액를 수중 플라즈마 방전, 냉각 및 회수하여 금속 함유 나노입자를 얻을 수 있다.For example, a metal precursor aqueous solution or a metal precursor fluid may be introduced into the body 10 through the metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus, and the metal precursor aqueous solution may be plasma discharged, cooled, and recovered in water to obtain metal-containing nanoparticles.

본 명세서에서 금속 함유 나노입자는 금속을 함유하는 나노입자로서, 예를 들면, 금속 나노입자, 금속산화물 나노입자, 금속-담체 복합체 입자, 금속산화물-담체 복합체 입자 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present specification, the metal-containing nanoparticles may be, for example, metal nanoparticles, metal oxide nanoparticles, metal-carrier composite particles, metal oxide-carrier composite particles, and the like, but are not limited thereto. .

몸체(10)는 그 내부에 플라즈마 반응기(20) 등을 수용할 수 있고, 유체를 담을 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 다만, 후술하는 바와 같이, 플라즈마 반응기(20)가 접지부 등을 통해 몸체(10)와 연결되어 몸체(10) 내부의 수용액을 접지시키는 경우, 몸체(10)는 전도성 소재로 형성될 수 있다.The body 10 may accommodate the plasma reactor 20 and the like therein, and is not particularly limited as long as it can contain a fluid. However, as will be described later, when the plasma reactor 20 is connected to the body 10 through a grounding part to ground the aqueous solution inside the body 10, the body 10 may be formed of a conductive material.

플라즈마 반응기(20)는 몸체(10)의 내부에 배치되며, 금속 전구체 유체가 도입되는 개구부(22)를 포함한다.The plasma reactor 20 is disposed inside the body 10 and includes an opening 22 into which the metal precursor fluid is introduced.

예를 들면, 플라즈마 반응기(20)는 수중 플라즈마 방전이 수행되는 반응기로 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라즈마 반응기(20)의 내부에서 플라즈마 전극(30)에 의해 금속 전구체 유체에 수중 플라즈마 방전을 수행하여 금속 함유 나노입자를 제조할 수 있다.For example, the plasma reactor 20 may be provided as a reactor in which an underwater plasma discharge is performed. In some embodiments, the metal-containing nanoparticles may be manufactured by performing an underwater plasma discharge on the metal precursor fluid by the plasma electrode 30 in the plasma reactor 20.

일부 실시예들에 있어서, 플라즈마 반응기(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 양 말단에 개구부(22)를 포함할 수 있으며, 이로써 몸체(10) 내로 유입된 금속 함유 나노입자 제조를 위한 금속 전구체 물질, 담체 및/또는 금속 함유 나노입자를 포함하는 유체가 수중 플라즈마 방전이 수행되는 플라즈마 반응기(20) 내부로 흐를 수 있다. 유체의 유출입 방향(F)은 도 1에 도시된 바와 같을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In some embodiments, the plasma reactor 20 may include openings 22 at both ends as shown in FIG. 1, whereby metal precursors for the preparation of metal-containing nanoparticles introduced into the body 10 are provided. A fluid comprising a substance, a carrier and / or metal containing nanoparticles may flow into the plasma reactor 20 where an underwater plasma discharge is performed. The outflow direction F of the fluid may be as shown in FIG. 1, but is not limited thereto.

일부 실시예들에 있어서, 플라즈마 반응기(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 반응기 고정부(24)를 통해 몸체(10) 내벽에 고정될 수 있다. 반응기 고정부(24)의 형상, 크기, 배치 위치 등은 몸체(10)의 내부 및/또는 플라즈마 반응기(20) 등의 내외부를 유통하는 유체의 흐름을 방해하지 않는 것이면 별다른 제한 없이 사용될 수 있다.In some embodiments, the plasma reactor 20 may be fixed to the inner wall of the body 10 through the reactor fixture 24 as shown in FIG. 1. The shape, size, placement position, etc. of the reactor fixing part 24 may be used without any limitation as long as it does not interfere with the flow of the fluid flowing inside and / or outside the body 10 and / or the plasma reactor 20.

플라즈마 반응기(20)의 형태, 모양 등은 특별히 제한되지 않으며 금속 전구체 물질, 금속 함유 나노입자가 용이하게 순환될 수 있도록 적절하게 설계될 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 반응기(20)는 금속 전구체 및/또는 담체가 수중 플라즈마 방전에 의해 균일하게 반응될 수 있도록 하는 측면에서, 도 1에 도시된 바와 같이 지면 방향을 따라 반응기 폭이 감소되도록 형성될 수 있다.The shape, shape, etc. of the plasma reactor 20 are not particularly limited and may be appropriately designed such that the metal precursor material and the metal-containing nanoparticles can be easily circulated. For example, the plasma reactor 20 may be formed to reduce the reactor width along the ground direction as shown in FIG. 1 in terms of allowing the metal precursor and / or carrier to be uniformly reacted by an underwater plasma discharge. Can be.

플라즈마 전극(30)은 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 반응기의 내부로 말단부가 노출될 수 있다. 플라즈마 전극(30)의 삽입 방향은 특별히 한정되지 않는다. 일부 실시예들에 있어서 몸체(10)의 입구 및/또는 출구를 관통하도록 몸체(10)의 개구부를 통해 장치의 상측 또는 하측으로부터 삽입되거나, 후술할 지지부(50)로부터 몸체(10)의 내부로 삽입되도록 형성될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 플라즈마 전극(30)은 도 1에 도시된 바와 같이 몸체(10) 및 플라즈마 반응기(20)의 측벽을 관통하여, 플라즈마 반응기(20)의 내부로 말단부가 노출되도록 삽입될 수도 있다.As shown in FIG. 1, the plasma electrode 30 may expose a distal end of the plasma electrode. The insertion direction of the plasma electrode 30 is not particularly limited. In some embodiments it is inserted from the top or bottom of the device through an opening in the body 10 to penetrate the inlet and / or outlet of the body 10, or from the support 50 to the interior of the body 10, which will be described later. It may be formed to be inserted. In one embodiment, the plasma electrode 30 may be inserted to penetrate the side wall of the body 10 and the plasma reactor 20, as shown in FIG. 1, to expose the distal end of the plasma reactor 20. have.

플라즈마 전극(30)은 예를 들면 전원 공급부(미도시) 등의 외부 전원으로부터 전원을 공급받아 금속 전구체 수용액 등에 플라즈마 방전을 일으킬 수 있다.For example, the plasma electrode 30 may receive power from an external power source such as a power supply unit (not shown) to cause plasma discharge in a metal precursor aqueous solution or the like.

플라즈마 전극(30)을 통해 양전하, 또는 음전하가 일정하게 발생될 수도 있고, 양전하 또는 음전하가 번갈아 발생할 수도 있으나, 바람직하게는 음전하가 발생될 수 있다. 음전하가 발생되는 경우, 금속 함유 나노입자의 산화가 보다 감소할 수 있다.Positive or negative charges may be constantly generated through the plasma electrode 30, and positive or negative charges may be alternately generated, but preferably negative charges may be generated. If negative charges are generated, the oxidation of the metal containing nanoparticles may be further reduced.

일부 실시예들에 있어서, 플라즈마 전극(30)은 고정부(34, 37)를 통해 몸체(10) 외벽에 고정될 수 있다.In some embodiments, the plasma electrode 30 may be fixed to the outer wall of the body 10 through the fixing parts 34 and 37.

냉각 유체 공급부(40)는 도 1에 도시된 바와 같이 몸체(10) 내부에 말단부가 노출되도록 삽입되어 냉각 유체를 순환시킬 수 있다. 냉각 유체 공급부(40)는 예를 들면 플라즈마 반응기(20)의 측벽을 관통할 수 있는 관 또는 파이프일 수 있다.The cooling fluid supply unit 40 may be inserted to expose the distal end inside the body 10 as shown in FIG. 1 to circulate the cooling fluid. The cooling fluid supply 40 can be, for example, a tube or pipe that can penetrate the sidewall of the plasma reactor 20.

냉각 유체 공급부(40)를 통해 몸체(10) 내부로 냉각 유체가 도입, 공급될 수 있으며, 예를 들면 냉각 유체가 몸체(10) 및/또는 플라즈마 반응기(20)에서 순환될 수 있다. 이에 따라 금속 전구체, 금속 함유 나노입자 및/또는 담체가 포함될 수 있는 금소 전구체 수용액이 용이하게 순환 및 냉각될 수 있으므로 제조 효율의 현저한 향상을 기대할 수 있다.Cooling fluid may be introduced and supplied into the body 10 through the cooling fluid supply 40, for example, the cooling fluid may be circulated in the body 10 and / or the plasma reactor 20. Accordingly, since the aqueous solution of the gold precursor, which may include the metal precursor, the metal-containing nanoparticles and / or the carrier, can be easily circulated and cooled, a marked improvement in manufacturing efficiency can be expected.

상기 냉각 유체는 몸체(10) 내부에 냉각 유체 흐름을 형성할 수 있는 것이라면 특별하게 제한하지 않으며, 예를 들면 냉각 가스 또는 냉각수 일 수 있다. 상기 냉각 가스는 예를 들면 헬륨, 네온, 아르곤 등의 불활성 가스, 공기, 산소, 질소 또는 2 이상의 조합 등으로 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 냉각 유체의 온도는 공정 조건, 반응 물질의 종류, 양 등에 따라 적절하게 조절될 수 있다.The cooling fluid is not particularly limited as long as it can form a cooling fluid flow in the body 10, and may be, for example, a cooling gas or cooling water. The cooling gas may be exemplified by, for example, an inert gas such as helium, neon, argon, air, oxygen, nitrogen, or a combination of two or more, but is not limited thereto. The temperature of the cooling fluid can be appropriately adjusted according to the process conditions, the type, amount, and the like of the reactant.

일부 실시예들에 있어서, 냉각 가스 공급부(40)는 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 냉각 유체 공급부를 포함할 수 있다. 도 1에는 설명의 편의를 위해 4개의 냉각 유체 공급부가 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않으며 2 이상의 냉각 유체 공급부(40)가 금속 함유 나노입자 제조 장치 내에 포함될 수 있다.In some embodiments, the cooling gas supply 40 may include a plurality of cooling fluid supplies as shown in FIG. 1. Although four cooling fluid supplies are shown for convenience of description in FIG. 1, two or more cooling fluid supplies 40 may be included in the metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus.

냉각 유체 공급부(40)가 복수로 구비될 경우, 형성되는 냉각 유체 버블 또는 냉각 유체 흐름의 양이 증가되므로 금속 전구체 및/또는 금속 함유 나노입자의 순환 및 냉각이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있다.When the cooling fluid supply unit 40 is provided in plural, the amount of the cooling fluid bubble or the cooling fluid flow formed is increased, so that the circulation and cooling of the metal precursor and / or the metal-containing nanoparticles can be more effectively performed.

냉각 유체 공급부(40)의 배치 위치 등은 특별히 제한되지 않으며, 공정 조건, 금속 전구체의 종류 등을 적절히 고려하여 설계할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이 냉각 유체 공급부는 장치의 바닥부 또는 후술할 몸체(10)를 지지하는 지지부(50)와 플라즈마 반응기(20) 사이에 배치되어 냉각 유체 흐름을 장치의 하부에서 형성함으로써 금속 전구체 및/또는 금속 함유 나노입자의 순환 및 냉각을 가속화할 수 있다.The arrangement position of the cooling fluid supply unit 40 is not particularly limited, and may be designed in consideration of process conditions, types of metal precursors, and the like. In some embodiments, the cooling fluid supply, as shown in FIG. 1, is disposed between the plasma reactor 20 and the support 50 supporting the bottom of the device or the body 10 to be described later to provide cooling fluid flow. Formation at the bottom of the device can accelerate the circulation and cooling of the metal precursor and / or the metal containing nanoparticles.

일부 실시예들에 있어서, 상기 금속 함유 나노입자 제조 장치는 몸체(10)를 지지하기 위한 지지부(50)을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 지지부(50)는 몸체(10) 하단에 배치되어 몸체(10)를 지지함으로써, 상기 금속 함유 나노입자 제조 장치는 플라즈마 반응을 안정적으로 수행할 수 있다.In some embodiments, the metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus may further include a support 50 for supporting the body 10. For example, the support 50 is disposed on the bottom of the body 10 to support the body 10, the metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus can perform a plasma reaction stably.

일 실시예에 있어서, 지지부(50)는 자성 수집부(60)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 자성 수집부(60)는 플라즈마 반응기(20) 아래에 배치될 수 있다.In one embodiment, the support 50 may further include a magnetic collector (60). For example, the magnetic collector 60 may be disposed below the plasma reactor 20.

자성 수집부(60)는 플라즈마 반응기(20)의 하단에 배치되어 수중 플라즈마 방전으로 얻어진 금속 함유 나노입자를 회수 또는 포집할 수 있다. 예를 들면, 금속 전구체 유체 내의 금속 전구체들은 수중 플라즈마 방전에 의해 자성을 띠는 금속 함유 나노입자 예를 들면, 금속 나노입자, 금속산화물 나노입자 또는 이들과 담체의 복합체 등으로 합성될 수 있고, 자성 수집부(60)가 플라즈마 반응기(20)의 하단에 배치 또는 부착되면 금속 함유 나노입자의 합성 또는 응집이 중단되고, 자성 수집부(60)가 플라즈마 반응기(20)으로부터 분리되면 추가적인 플라즈마 방전에 의해 계속적으로 금속 함유 나노입자의 합성이 수행될 수도 있다. 이에 따라 금속 함유 나노입자의 합성을 조절할 수 있는 바, 금속 함유 나노입자의 크기를 균일하게 제어 또는 조절할 수 있으며, 예를 들면 플라즈마 처리 또는 금속 함유 나노입자 합성 시간에 따라 자성 수집부(60)를 탈부착함으로써 입자의 크기를 조절하고, 목적하는 크기의 금속 함유 나노입자를 수득할 수 있다.The magnetic collecting unit 60 may be disposed at the lower end of the plasma reactor 20 to collect or collect the metal-containing nanoparticles obtained by the underwater plasma discharge. For example, the metal precursors in the metal precursor fluid may be synthesized into metal-containing nanoparticles, such as metal nanoparticles, metal oxide nanoparticles, or complexes of these and carriers, which are magnetic by an underwater plasma discharge. When the collecting unit 60 is disposed or attached to the bottom of the plasma reactor 20, the synthesis or aggregation of the metal-containing nanoparticles is stopped, and when the magnetic collecting unit 60 is separated from the plasma reactor 20, additional plasma discharge is performed. Continuing the synthesis of metal containing nanoparticles may be carried out. Accordingly, since the synthesis of the metal-containing nanoparticles can be controlled, the size of the metal-containing nanoparticles can be uniformly controlled or controlled. For example, the magnetic collector 60 may be changed according to the plasma treatment or the synthesis time of the metal-containing nanoparticles. Desorption can control the size of the particles and obtain metal-containing nanoparticles of the desired size.

예를 들면, 자성 수집부(60)는 플라즈마 반응기(20)으로부터 탈부착이 가능한 것일 수 있으며, 수중 플라즈마 방전 및 자석의 탈부착 단계를 반복하여 금속 함유 나노입자의 크기를 균일하게 증가시킬 수도 있다.For example, the magnetic collecting unit 60 may be detachable from the plasma reactor 20, and the size of the metal-containing nanoparticles may be uniformly increased by repeating the underwater plasma discharge and the detaching and detaching of the magnet.

자성 수집부(60)의 플라즈마 반응기(20)로의 배치는 직접적 부착되는 경우뿐만 아니라, 금속 함유 나노입자를 자성 수집부(60) 방향으로 유도할 수 있다면 거리를 두고 이격되는 경우도 포함할 수 있다.The arrangement of the magnetic collector 60 into the plasma reactor 20 may include not only a case where the magnetic collector 60 is directly attached, but also a case where the metal-containing nanoparticles can be guided toward the magnetic collector 60 in a spaced manner. .

자성 수집부(60)는 자성을 띄는 금속 함유 나노입자의 포집을 용이하게 할 수 있다면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 자석을 포함할 수 있고, 구체적으로 전자석 또는 영구자석을 포함할 수 있다.The magnetic collecting unit 60 is not particularly limited as long as it can easily collect magnetic-containing metal-containing nanoparticles, and may include, for example, a magnet, and specifically, may include an electromagnet or a permanent magnet.

일부 실시예들에 있어서, 금속 함유 나노입자 제조 장치는 접지부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 접지부는 몸체(10) 내부에 수용되는 상기 유체와 전기적으로 연결되도록 구비된다. 몸체(10) 내부에 포함되는 유체를 접지시킴으로써, 유체의 전위가 0이 된다.In some embodiments, the metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus may further include a ground (not shown). The ground portion is provided to be electrically connected to the fluid accommodated in the body 10. By grounding the fluid contained in the body 10, the potential of the fluid becomes zero.

유체로 사용되는 금속 전구체 수용액이 통전이 가능한 물질이므로, 플라즈마 전극(30)에 인가된 전류는 유체에 전기적으로 연결된 상기 접지부를 통해 흐를 수 있게 된다.Since the aqueous metal precursor solution used as the fluid is a material capable of energizing, the current applied to the plasma electrode 30 can flow through the ground portion electrically connected to the fluid.

상기 접지부의 연결 대상은 유체를 접지시킬 수 있다면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 전술한 바와 같이 몸체(10)가 전도성 소재로 형성되는 경우는 몸체(10)에 접지시킴으로써 유체와 전기적으로 연결될 수도 있고, 직접 상기 접지부가 유체와 접촉함으로써 형성될 수도 있다.The connection object of the ground portion is not particularly limited as long as it can ground the fluid, for example, when the body 10 is formed of a conductive material as described above may be electrically connected to the fluid by grounding the body 10 It may be formed by directly contacting the ground portion with the fluid.

도 2는 예시적인 일부 실시예들에 따른 금속 함유 나노입자 제조 장치에 포함되는 몸체(10), 플라즈마 반응기(20) 및 냉각 유체 공급부(40)의 배치를 개략적으로 설명하는 평면도이다. 설명의 편의를 위해 도 2에는 금속 함유 나노입자 제조 장치의 다른 구성들 예를 들면, 플라즈마 전극(30), 지지부(50), 자성 수집부(60) 등이 생략되어 도시되었다.2 is a plan view schematically illustrating an arrangement of a body 10, a plasma reactor 20, and a cooling fluid supply unit 40 included in an apparatus for manufacturing metal-containing nanoparticles according to some exemplary embodiments. For convenience of description, other components of the metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus, for example, the plasma electrode 30, the support 50, the magnetic collector 60, and the like are omitted.

일부 실시예들에 있어서, 냉각 유체 공급부(40)는 몸체(10)의 측벽을 따라 나선형으로 배치되는 복수의 냉각 유체 공급부(40)를 포함할 수 있다. 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 냉각 유체 공급부(40)는 몸체(10)의 측벽을 따라 나선형으로 배치되어 냉각 유체 버블 또는 냉각 유체의 흐름이 몸체(10) 및/또는 플라즈마 반응기(20) 내에 형성되어 금속 전구체 및/또는 금속 함유 나노입자의 냉각 및 순환이 가속화될 수 있어 금속 함유 나노입자의 제조 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.In some embodiments, the cooling fluid supply 40 may include a plurality of cooling fluid supplies 40 spirally disposed along the sidewall of the body 10. For example, as shown in FIG. 2, the plurality of cooling fluid supplies 40 are spirally disposed along the sidewall of the body 10 such that cooling fluid bubbles or flow of cooling fluid are transferred to the body 10 and / or the plasma reactor. It is formed in the (20) can be accelerated the cooling and circulation of the metal precursor and / or metal-containing nanoparticles can further improve the production efficiency of the metal-containing nanoparticles.

도 3은 예시적인 일부 실시예들에 따른 금속 함유 나노입자 제조 장치에 포함된 플라즈마 전극(30)을 개략적으로 나타낸 사시도이다.3 is a schematic perspective view of a plasma electrode 30 included in a metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus according to some exemplary embodiments.

도 3을 참조하면 일부 실시예들에 따른 플라즈마 전극(30)은 전극 바디(31), 제1 유전체 튜브(32) 및 방전 가스 공급부(33)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the plasma electrode 30 according to some embodiments may include an electrode body 31, a first dielectric tube 32, and a discharge gas supply unit 33.

전극 바디(31)는 전원 공급부(미도시) 등의 외부 전원으로부터 전원을 공급받아 플라즈마 방전을 일으킬 수 있다. 전극 바디(31)는 금속 재질, 예를 들어 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 스테인리스 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The electrode body 31 may receive power from an external power source such as a power supply unit (not shown) to cause plasma discharge. The electrode body 31 may be made of a metal material, for example, tungsten, molybdenum, titanium, stainless steel, or the like, but is not limited thereto.

제1 유전체 튜브(32)는 도 3에 도시된 바와 같이 전극 바디(31)의 외측에서 전극 바디(31)를 감싸며 마련될 수 있다. 제1 유전체 튜브(32)는 예를 들면, 전극 바디(31)를 보호하거나, 전극 바디(31)에 의해 발생된 플라즈마를 보호하는 역할을 수행할 수 있으며, 예를 들면 제1 유전체 튜브(32)는 전극 바디(31)의 말단(플라즈마가 방출되는 측)보다 소정 거리(D) 돌출되도록 전극 바디(31)를 감쌀 수 있으며, 이에 따라 전극 바디(31)에 의해 형성된 플라즈마가 제1 유전체 튜브(32)에 의해 보호될 수 있다.As illustrated in FIG. 3, the first dielectric tube 32 may be provided to surround the electrode body 31 at the outside of the electrode body 31. For example, the first dielectric tube 32 may serve to protect the electrode body 31 or to protect the plasma generated by the electrode body 31, for example, the first dielectric tube 32. ) May surround the electrode body 31 such that the electrode body 31 protrudes a predetermined distance D from the end of the electrode body 31 (the side from which the plasma is emitted), so that the plasma formed by the electrode body 31 is formed in the first dielectric tube. It can be protected by (32).

일부 실시예들에 있어서, 제1 유전체 튜브(32)는 후술하는 바와 같이 방전 가스가 전극 바디(31) 주변부로 흐르도록 하는 파이프일 수 있고, 예를 들면 전극 바디(31) 및 제1 유전체 튜브(32) 사이로 방전 가스를 도입할 수 있도록, 전극 바디(31)와 소정 거리 이격되도록 전극 바디(31)를 감쌀 수 있다.In some embodiments, the first dielectric tube 32 may be a pipe that allows discharge gas to flow around the electrode body 31 as described below, for example the electrode body 31 and the first dielectric tube. The electrode body 31 may be wrapped so as to be spaced apart from the electrode body 31 by a predetermined distance so as to introduce a discharge gas therebetween.

제1 유전체 튜브(32)의 소재는 특별히 제한하지 않으며, 예를 들면 알루미나 및/또는 석영을 포함할 수 있다.The material of the first dielectric tube 32 is not particularly limited and may include, for example, alumina and / or quartz.

방전 가스 공급부(33)는 전극 바디(31)와 제1 유전체 튜브(32) 사이로 방전 가스를 도입할 수 있다. 방전 가스 공급부(33)는 예를 들면, 제1 유전체 튜브(32)를 관통하는 관 또는 파이프일 수 있다. 이에 방전 가스 공급부(33)를 통해 투입된 방전 가스 및 전극 바디(31)에 의해 금속 전구체 등에 수중 플라즈마 방전을 일으켜 금속 함유 나노입자를 형성할 수 있다.The discharge gas supply unit 33 may introduce a discharge gas between the electrode body 31 and the first dielectric tube 32. The discharge gas supply 33 may be, for example, a tube or a pipe passing through the first dielectric tube 32. Accordingly, plasma discharge in the metal precursor or the like may be caused by the discharge gas and the electrode body 31 introduced through the discharge gas supply unit 33 to form metal-containing nanoparticles.

방전 가스 공급부(33)를 통해 도입되는 방전 가스는 특별히 제한하지 않으며, 예를 들면 헬륨, 네온, 아르곤 등의 불활성 가스, 공기, 산소, 질소 또는 2 이상의 조합 등으로 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The discharge gas introduced through the discharge gas supply unit 33 is not particularly limited, and may be, for example, an inert gas such as helium, neon, argon, air, oxygen, nitrogen, or a combination of two or more, but is not limited thereto. no.

일부 실시예들에 있어서, 플라즈마 전극(30)은 제1 유전체 튜브(32)의 적어도 일부를 감싸며, 방전 가스 공급부(33)를 고정하는 고정부 또는 제1 고정부(34)를 더 포함할 수 있다. 고정부(34)는 제1 유전체 튜브 및/또는 방전 가스 공급부(34)를 고정하거나 보호할 수 있고, 플라즈마 전극(30)을 몸체(10) 및/또는 플라즈마 반응기(20)에 삽입 시 몸체(10)의 외벽에 플라즈마 전극(30)을 고정하는 역할을 수행할 수도 있다.In some embodiments, the plasma electrode 30 may further include a fixing part or a first fixing part 34 surrounding at least a portion of the first dielectric tube 32 and fixing the discharge gas supply part 33. have. The fixing part 34 may fix or protect the first dielectric tube and / or the discharge gas supply part 34, and when the plasma electrode 30 is inserted into the body 10 and / or the plasma reactor 20, the body ( 10 may serve to fix the plasma electrode 30 to the outer wall.

도 4는 예시적인 일부 실시예들에 따른 금속 함유 나노입자 제조 장치에 포함된 플라즈마 전극(30)을 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 5는 도 4에 도시된 플라즈마 전극(30)에 있어서 쉴드 유체의 흐름을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.4 is a perspective view schematically illustrating a plasma electrode 30 included in an apparatus for manufacturing metal-containing nanoparticles according to some exemplary embodiments, and FIG. 5 is a perspective view of a shield fluid in the plasma electrode 30 shown in FIG. 4. A schematic plan view for explaining the flow.

도 4 및 도 5를 참조하면, 일부 실시예들에 따른 금속 함유 나노입자 제조 장치에 포함되는 플라즈마 전극(30)은 전술한 전극 바디(31), 제1 유전체 튜브(32), 방전 가스 공급부(33)에 더하여, 제2 유전체 튜브(35), 쉴드 유체 공급부(36)를 더 포함할 수 있다.4 and 5, the plasma electrode 30 included in the metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus according to some embodiments includes the above-described electrode body 31, the first dielectric tube 32, and the discharge gas supply unit ( In addition to 33, the second dielectric tube 35 may further include a shield fluid supply 36.

제2 유전체 튜브(35)는 제1 유전체 튜브를 감싼다. 제2 유전체 튜브(35)는 제1 유전체 튜브(32)를 감싸며, 전극 바디(31) 및/또는 제1 유전체 튜브(32)를 보호할 수 있고, 전극 바디(31)로부터 형성된 플라즈마를 보호할 수 있다.The second dielectric tube 35 surrounds the first dielectric tube. The second dielectric tube 35 surrounds the first dielectric tube 32 and may protect the electrode body 31 and / or the first dielectric tube 32 and may protect the plasma formed from the electrode body 31. Can be.

또한, 제2 유전체 튜브(35)는 후술하는 쉴드 유체가 제1 유전체 튜브(32) 및 제2 유전체 튜브(34) 사이로 도입되도록 하기 위한 관 또는 파이프일 수 있으며, 예를 들면 제2 유전체 튜브(35)는 제1 유전체 튜브(32)와 소정거리 이격되도록 제1 유전체 튜브(32)를 감쌀 수 있다.In addition, the second dielectric tube 35 may be a tube or pipe for introducing a shielding fluid, which will be described later, between the first dielectric tube 32 and the second dielectric tube 34, for example, a second dielectric tube ( 35 may surround the first dielectric tube 32 to be spaced apart from the first dielectric tube 32 by a predetermined distance.

쉴드 유체(shield gas) 공급부(36)는 제1 유전체 튜브(32) 및 제2 유전체 튜브(35) 사이로 쉴드 유체를 도입한다. 예를 들면, 쉴드 유체 공급부(36)의 말단부는 제1 유전체 튜브(32) 및 제2 유전체 튜브(35) 사이의 공간으로 돌출되어, 쉴드 유체 공급부(36)의 말단부를 통해 쉴드 유체가 도입될 수 있다.The shield gas supply 36 introduces a shield fluid between the first dielectric tube 32 and the second dielectric tube 35. For example, the distal end of the shield fluid supply 36 projects into the space between the first dielectric tube 32 and the second dielectric tube 35 so that the shield fluid can be introduced through the distal end of the shield fluid supply 36. Can be.

상기 쉴드 유체는 제1 유전체 튜브(32) 및 제2 유전체 튜브(35) 사이로 공급되어, 전극 바디(31)에 의한 플라즈마 방전을 보조하고, 전극 바디(31)를 냉각시킬 수 있게 된다. 또한, 상기 쉴드 유체를 통해 예를 들면 쉴드 유체 버블 또는 쉴드 유체 흐름을 형성할 수 있어, 몸체(10) 또는 플라즈마 반응기(20) 내의 금속 전구체 또는 금속 함유 나노입자 등의 순환 및 냉각을 더욱 촉진시켜 제조 효율의 현저한 향상을 기대할 수 있다. 또한, 상기 쉴드 유체는 금속 전구체 및/또는 금속 함유 나노입자가 플라즈마 전극 안으로 들어가는 것을 방지하여 플라즈마 전극의 수명을 연장시키는 역할을 할 수 있다.The shield fluid is supplied between the first dielectric tube 32 and the second dielectric tube 35 to assist plasma discharge by the electrode body 31 and to cool the electrode body 31. In addition, the shield fluid may form, for example, shield fluid bubbles or shield fluid flow, thereby further promoting circulation and cooling of metal precursors or metal-containing nanoparticles in the body 10 or the plasma reactor 20. Significant improvement in manufacturing efficiency can be expected. In addition, the shield fluid may serve to prevent the metal precursor and / or the metal-containing nanoparticles from entering the plasma electrode, thereby extending the life of the plasma electrode.

상기 쉴드 유체의 종류는 특별히 제한하지 않으며, 예를 들면 쉴드 유체는 오존(O3), 산소(O2), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 공기(Air) 등의 기체 또는 이들의 2 이상의 조합일 수 있다.The kind of the shield fluid is not particularly limited, and for example, the shield fluid may be ozone (O 3 ), oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), argon (Ar), helium (He), air (Air), or the like. Gas or combinations of two or more thereof.

일부 실시예들에 있어서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 쉴드 유체 공급부(36)는 복수로 구비될 수 있고, 복수의 쉴드 유체 공급부(36)는 제2 유전체 튜브(35)의 측벽을 따라 나선형으로 배치될 수 있으며, 이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 쉴드 유체의 버블(bubble) 또는 흐름이 나선 방향으로 형성되어 전극 바디(31)의 냉각 효과 및 금속 함유 나노입자의 플라즈마 반응 촉진 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.In some embodiments, as shown in FIGS. 4 and 5, a plurality of shield fluid supplies 36 may be provided, and the plurality of shield fluid supplies 36 may include sidewalls of the second dielectric tube 35. As shown in FIG. 5, a bubble or a flow of the shield fluid is formed in a spiral direction, thereby cooling the electrode body 31 and promoting plasma reaction of the metal-containing nanoparticles. Can be further improved.

쉴드 유체 공급부(36) 및 제2 유전체 튜브(35)의 측벽의 수직 단면에서의 경사각(θ)은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 30 내지 60°일 수 있다. 경사각(θ)이 상기 범위일 때, 쉴드 유체 공급부(36)를 통한 쉴드 유체 흐름에 따른 금속 전구체 및/또는 제조된 금속 함유 나노입자의 입자 순환 흐름 향상 효과, 냉각 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.The inclination angle θ in the vertical cross section of the side wall of the shield fluid supply 36 and the second dielectric tube 35 is not particularly limited, and may be, for example, 30 to 60 degrees. When the inclination angle θ is in the above range, the particle circulating flow improving effect and the cooling effect of the metal precursor and / or the manufactured metal-containing nanoparticles according to the shield fluid flow through the shield fluid supply unit 36 may be further improved.

쉴드 유체 공급부(36)의 제2 유전체 튜브(35)로의 쉴드 유체 투입 방향은 특별히 제한되지 않으며, 쉴드 유체 공급부(36)은 금속 전구체 또는 금속 함유 나노입자의 순환 정도를 더욱 향상시킨다는 측면에서, 플라즈마 전극(30)의 말단부 또는 플라즈마 반응기 방향으로 기울어지는 것이 바람직하다.The shield fluid input direction of the shield fluid supply 36 to the second dielectric tube 35 is not particularly limited, and the shield fluid supply 36 further improves the degree of circulation of the metal precursor or the metal-containing nanoparticles. It is preferable to incline toward the distal end of the electrode 30 or the plasma reactor.

일부 실시예들에 있어서, 플라즈마 전극(30)은 제2 유전체 튜브(35)의 적어도 일부를 감싸며, 쉴드 유체 공급부(36)를 고정하는 추가 고정부/제2 고정부(37)를 더 포함할 수 있다. 추가 고정부/제2 고정부(37)는 제2 유전체 튜브(35) 및/또는 쉴드 유체 공급부(36)를 고정하거나 보호할 수 있고, 플라즈마 전극(30)을 몸체(10) 및/또는 플라즈마 반응기(20)에 삽입 시 몸체(10)의 외벽에 플라즈마 전극(30)을 고정하는 역할을 수행할 수도 있다.In some embodiments, the plasma electrode 30 further includes at least a portion of the second dielectric tube 35, and further an additional fixture / second fixture 37 that secures the shield fluid supply 36. Can be. The additional fixture / second fixture 37 may secure or protect the second dielectric tube 35 and / or the shield fluid supply 36, and connect the plasma electrode 30 to the body 10 and / or the plasma. When inserted into the reactor 20 may serve to fix the plasma electrode 30 to the outer wall of the body 10.

일부 실시예들에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이 고정부(37)는 쉴드 유체 공급부(36) 및 방전 가스 공급부(34)를 모두 고정하도록 제2 유전체 튜브(35)의 적어도 일부를 감쌀 수도 있다.In some embodiments, as shown in FIG. 4, the fixture 37 may wrap at least a portion of the second dielectric tube 35 to secure both the shield fluid supply 36 and the discharge gas supply 34. have.

<금속 함유 나노입자의 제조 방법><Method for Producing Metal-Containing Nanoparticles>

또한, 본 발명은 금속 함유 나노입자의 제조 방법을 제공하며, 구체적으로 용매, 환원제 및 금속 전구체를 포함하는 금속 전구체 수용액을 준비하는 단계; 상기 금속 전구체 수용액 주변으로 냉각 유체를 순환시키는 단계 및 상기 금속 전구체 수용액으로부터 수중 플라즈마 방전을 통해 금속 함유 나노입자를 생성하는 단계를 포함함으로써, 생산성(대량 생산성, 고전환율, 고순도), 분산성 및 생성물의 순도가 높은 금속 함유 나노입자의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing a metal-containing nanoparticles, specifically preparing a metal precursor aqueous solution comprising a solvent, a reducing agent and a metal precursor; Circulating a cooling fluid around the aqueous metal precursor solution and generating metal-containing nanoparticles from the aqueous metal precursor solution through an underwater plasma discharge, thereby providing productivity (mass productivity, high conversion rate, high purity), dispersibility and product It provides a method for producing a metal containing nanoparticles of high purity.

실시예들에 따르면 먼저 금속 전구체 수용액을 준비하며, 상기 금속 전구체 수용액은 용매, 환원제 및 금속 전구체를 포함할 수 있다.According to embodiments, first, a metal precursor aqueous solution is prepared, and the metal precursor aqueous solution may include a solvent, a reducing agent, and a metal precursor.

본 명세서에서, "금속"은 금속 및 1종 이상의 금속의 합금, 또는 이들의 금속산화물을 모두 포괄하는 의미이다.As used herein, "metal" is meant to encompass both metals and alloys of one or more metals, or metal oxides thereof.

상기 금속 전구체는 후술하는 수중 플라즈마 방전을 통해 금속을 얻을 수 있는 전구체이면 당분야에 공지된 전구체가 제한 없이 사용될 수 있으나, 예를 들면 니켈 전구체, 철 전구체 등일 수 있다.The metal precursor may be any precursor known in the art as long as it is a precursor capable of obtaining a metal through an underwater plasma discharge described later. For example, the metal precursor may be a nickel precursor or an iron precursor.

구체적으로, 니켈 전구체는 염화니켈(NiCl2), 황산니켈(NiSO4), 수산화니켈(Ni(OH)2), 니켈 아세테이트(Ni(OCOCH3)2), 니켈 아세틸아세토네이트(Ni(C5H7O2)2), 탄산니켈(NiCO3), 니켈 시클로헥산부티레이트([C6H11(CH2)3CO2]2Ni), 질산니켈(Ni(NO3)2), 니켈 옥살레이트(NiC2O4), 니켈 스티어레이트(Ni(H3C(CH2)16CO2)2) 및 니켈 옥타노에이트([CH3(CH2)6CO2]2Ni) 등일 수 있다.Specifically, the nickel precursor is nickel chloride (NiCl 2 ), nickel sulfate (NiSO 4 ), nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ), nickel acetate (Ni (OCOCH 3 ) 2 ), nickel acetylacetonate (Ni (C 5) H 7 O 2 ) 2 ), nickel carbonate (NiCO 3 ), nickel cyclohexanebutyrate ([C 6 H 11 (CH 2 ) 3 CO 2 ] 2 Ni), nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 ), nickel oxal Rate (NiC 2 O 4 ), nickel stearate (Ni (H 3 C (CH 2 ) 16 CO 2 ) 2 ), nickel octanoate ([CH 3 (CH 2 ) 6 CO 2 ] 2 Ni), and the like. .

또한, 철 전구체는 염화제이철(FeCl2), 염화제이철사수화물 (FeCl2·4H2O), 염화제삼철(FeCl3), 염화제삼철육수화물(FeCl3·6H2O), 불화제이철(FeF2), 불화제이철사수화물(FeF2·4H2O), 질산제삼철구수화물(Fe(NO3)3·9H2O), 아세트산제이철(Fe(CH3CO2)2), 브롬화제이철(FeBr2), 요오드화제이철(FeI2), 요오드화제이철사수화물(FeI2·4H2O), 피로인산제이철수화물(Fe4(P2O7)3·xH2O), 황산제일철칠수화물(FeSO4·7H2O), 황화제일철(FeS), 메타티탄산제일철(FeTiO3) 등일 수 있다. In addition, the iron precursors are ferric chloride (FeCl 2 ), ferric chloride tetrahydrate (FeCl 2 · 4H 2 O), ferric chloride (FeCl 3 ), ferric chloride hexahydrate (FeCl 3 · 6H 2 O), ferric fluoride ( FeF 2 ), ferric fluoride tetrahydrate (FeF 2 · 4H 2 O), ferric nitrate ferric nitrate (Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O), ferric acetate (Fe (CH 3 CO 2 ) 2 ), ferric bromide ( FeBr 2 ), Ferric Iodide (FeI 2 ), Ferric Iodide Tetrahydrate (FeI 2 · 4H 2 O), Ferric Pyrophosphate (Fe 4 (P 2 O 7 ) 3 · H 2 O), Ferrous Sulfate Heptahydrate (FeSO 4 7H 2 O), ferrous sulfide (FeS), ferrous metatitanate (FeTiO 3 ), and the like.

일부 실시예들에 있어서, 상기 금속 전구체 수용액은 안정성 및 내구성이 더욱 향상된 금속 함유 나노입자 또는 복합체 입자를 제조한다는 측면에서 담체를 더 포함하여 합성될 수 있다.In some embodiments, the metal precursor aqueous solution may further be synthesized by further including a carrier in terms of preparing metal-containing nanoparticles or composite particles having further improved stability and durability.

예를 들면, 상기 담체는 전술한 금속 전구체와 함께 복합체를 형성하여 금속-담체 복합체 또는 금속산화물-담체 복합체를 형성할 수 있으며, 전기적, 화학적 안정성의 향상, 나노사이즈 구조에서도 안정성을 향상시킬 수 있고, 입자의 표면적이 증가되므로 촉매 등으로 사용시 반응성을 더욱 향상시킬 수 있다.For example, the carrier may form a complex with the metal precursor described above to form a metal-carrier complex or a metal oxide-carrier complex, improve electrical and chemical stability, and improve stability even in a nano-sized structure. As the surface area of the particles increases, the reactivity can be further improved when used as a catalyst.

예를 들면 상기 담체는 그래핀(graphene), 그래핀 옥사이드(graphene oxide), 탄소 나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래파이트(graphite), 탄소섬유(carbon fiber), 활성탄, 폴리메틸(메타)아크릴레이트 등의 고분자, 구리(Cu) 등의 자성을 띄지 않는 금속 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 수중 플라즈마 방전을 통해, 전술한 금속 전구체로 제조된 금속 함유 나노입자는 지지체와 결합되어 우수한 자성을 가지면서도 금속 함유 나노입자의 안정성 및 내구성이 향상될 수 있다.For example, the carrier may include graphene, graphene oxide, carbon nanotubes (CNTs), graphite, carbon fibers, activated carbon, and polymethyl (meth) acryl. It may include a polymer such as a rate, a non-magnetic metal such as copper (Cu) or a combination of two or more thereof, but is not limited thereto. For example, through underwater plasma discharge, the metal-containing nanoparticles made of the metal precursor described above may be combined with a support to improve the stability and durability of the metal-containing nanoparticles while having excellent magnetic properties.

환원제는 금속 전구체를 환원시키는 기능을 한다. The reducing agent functions to reduce the metal precursor.

환원제는 금속 전구체를 환원시킬 수 있는 것이면 별다른 제한 없이 사용될 수 있으나, 예를 들면, 하이드라진(Hydrazine), 하이드라진 하이드레이트(Hydrazine hydrate), 하이드라진 하이드로클로라이드(Hydrazine hydrochloride), 소듐 보로하이드라이드(Sodium borohydride, NaBH4), 테트라부틸암모늄 보로하이드라이드(Tetrabutyammonium borohydride, TBAB) ((CH3CH2CH2CH2)4N(BH4)), 리튬 알루미늄 하이드라이드(Lithium Aluminum hydride, LiAlH4), 소듐 하이드라이드(Sodium hydride, NaH), 보란 디메틸아민 착물(Borane dimethylamine complex, (CH3)2NHㆍBH3) 및 알칸디올(Alkanediol, HO(CH2)nOH(n은 5 내지 30의 정수임)) 등일 수 있다.The reducing agent can be used without limitation as long as it can reduce the metal precursor, but for example, hydrazine, hydrazine hydrate, hydrazine hydrochloride, sodium borohydride, NaBH 4 ), Tetrabutyammonium borohydride (TBAB) ((CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 4 N (BH 4 )), Lithium Aluminum hydride (LiAlH 4 ), Sodium Hydride (Sodium hydride, NaH), borane dimethylamine complex (Borane dimethylamine complex, (CH 3 ) 2 NH.BH 3 ) and alkanediol, HO (CH 2 ) n OH (n is an integer of 5 to 30)) Can be.

상기 용매는 후술하는 수중 플라즈마 방전을 수행할 수 있는 용매이면 별다른 제한 없이 사용될 수 있으나, 예를 들면, 물 및 유기용매 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유기용매는 바람직하게 폴리올을 비롯한 알코올계일 수 있으며, 구체적으로, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 등일 수 있다.The solvent may be used without any limitation as long as it is a solvent capable of performing an underwater plasma discharge described later. For example, the solvent may include at least one of water and an organic solvent. The organic solvent may be preferably alcohol-based, including polyol, and specifically, may be ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, and the like.

실시예들에 따른 금속 함유 나노입자의 제조 방법은 상기 금속 전구체 수용액 주변으로 냉각 유체를 순환시키는 단계를 포함한다.Method for producing metal-containing nanoparticles according to embodiments includes circulating a cooling fluid around the metal precursor aqueous solution.

상기 금속 전구체 수용액 주변으로 냉각 유체를 순환시킴으로써, 상기 금속 전구체 또는 상기 금속 함유 나노입자의 순환 정도를 더욱 향상시키고, 냉각을 용이하게 수행할 수 있으며, 특히 플라즈마 반응 후에는 금속 함유 나노입자가 열에 의해 산화될 수 있는데 냉각 단계를 더 포함함으로써, 금속 함유 나노입자의 산화를 보다 더 저하시킬 수 있다. By circulating the cooling fluid around the aqueous metal precursor solution, the degree of circulation of the metal precursor or the metal-containing nanoparticles can be further improved, and cooling can be easily performed. In particular, after the plasma reaction, the metal-containing nanoparticles can By further comprising a cooling step, which may be oxidized, the oxidation of the metal-containing nanoparticles may be further reduced.

냉각 수단은 유체를 냉각시킬 수 있는 수단이면 별다른 제한 없이 사용될 수 있으나, 예를 들면 상기 냉각 유체는 상기 수중 플라즈마 방전이 수행되는 플라즈마 반응기를 수용하는 몸체 내에서 순환될 수 있다. 이에 따라 상기 플라즈마 반응기 주변에 냉각 유체가 순환되므로 금속 함유 나노입자가 빠르고 균일하게 냉각될 수 있다. 구체적으로 도 1에 도시된 금속 함유 나노입자 제조 장치의 냉각 유체 공급부(30)를 통해 플라즈마 반응기(20) 주변에 냉각수 또는 냉각 가스 버블을 순환시켜 금속 함유 나노입자를 순환 및 냉각시킬 수 있다.The cooling means may be used without any limitation as long as it is a means capable of cooling the fluid, but for example, the cooling fluid may be circulated in a body containing a plasma reactor in which the underwater plasma discharge is performed. Accordingly, since the cooling fluid is circulated around the plasma reactor, the metal-containing nanoparticles can be cooled quickly and uniformly. Specifically, the cooling fluid or cooling gas bubbles may be circulated around the plasma reactor 20 through the cooling fluid supply unit 30 of the metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus illustrated in FIG. 1 to circulate and cool the metal-containing nanoparticles.

실시예들에 따르면, 상기 금속 전구체 수용액에 수중 플라즈마 방전을 하여 금속 함유 나노입자를 얻는다.According to embodiments, the metal precursor aqueous solution is plasma discharged in water to obtain metal-containing nanoparticles.

상기 금속 함유 나노입자는 금속 나노입자, 금속산화물 나노입자 금속-담체 복합체 입자 및/또는 금속산화물-담체 복합체 입자를 포함할 수 있다.The metal-containing nanoparticles may include metal nanoparticles, metal oxide nanoparticle metal-carrier composite particles, and / or metal oxide-carrier composite particles.

실시예들에 따른 금속 함유 나노입자의 제조 방법은 수중 플라즈마 방전에 의하므로 물에 잘 용해되지 않는 금속 전구체 등도 쉬게 용해되어 입자 제조가 가능하다. 또한, 기존의 금속 나노입자 제조 방법에 사용되는 다른 화학물질을 사용하지 않아도 금속 함유 나노입자를 효율적으로 대량 합성할 수 있고, 산화를 효과적으로 방지할 수 있다.Since the method of manufacturing the metal-containing nanoparticles according to the embodiments is performed by plasma discharge in water, metal precursors, etc., which are not easily dissolved in water, may be easily dissolved to prepare particles. In addition, it is possible to efficiently synthesize a large amount of the metal-containing nanoparticles without using other chemicals used in the existing metal nanoparticle manufacturing method, it is possible to effectively prevent oxidation.

상기 수중 플라즈마 방전은 상기 금속 전구체 수용액이 공급되는 플라즈마 반응기 내에서 수행될 수 있으며, 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같은 전술한 금속 함유 나노입자 제조 장치의 플라즈마 반응기(20) 내에서 수행될 수 있다.The underwater plasma discharge may be performed in a plasma reactor to which the aqueous metal precursor solution is supplied, for example, in the plasma reactor 20 of the above-described metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus as shown in FIG. 1. have.

수중 플라즈마 방전 방식은, 예를 들어, 통상의 교류, 직류, 펄스, RF, 마이크로웨이브 등을 이용한 다양한 방식일 수 있다. 펄스 공급은, 일 예로서, 펄스 생성부 및 펄스 방전부를 포함하는 장치에 의할 수 있고, 플라즈마의 조건을 조절함으로써 입자 크기의 조절할 수 있다.The underwater plasma discharge method may be, for example, various methods using conventional AC, DC, pulse, RF, microwave, and the like. The pulse supply may be, for example, by an apparatus including a pulse generator and a pulse discharge unit, and may adjust the particle size by adjusting the conditions of the plasma.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 플라즈마 방전은 예를 들어, 수중에 삽입되어 있는 전극에 고압 전압을 인가하여 상기 전극 주위 물분자를 해리하거나 이온화시키는, 수중 플라즈마 발생 방법; 수중에 기포를 형성(임의적으로 수중에 기포를 주입)시키고, 전기장을 형성시켜 기포 내를 방전시키는 수중 플라즈마 발생 방법; 수중에 삽입되어 있는 전극의 표면의 온도를 비등점까지 올려 전극표면에 버블을 형성(전극 내의 협소한 공간 안에 Joule Heating에 의한 기포 형성)시키고 버블 내에 방전을 시키는 방법; 펄스 수중 플라즈마 방전 방법; 모세관 플라즈마 방전 방법 등에 의할 수 있다.In addition, the underwater plasma discharge according to an embodiment of the present invention, for example, by applying a high voltage voltage to the electrode inserted in the water, to dissociate or ionize the water molecules around the electrode; An underwater plasma generation method for forming bubbles in water (optionally injecting bubbles into the water) and forming an electric field to discharge the bubbles in the bubbles; Raising the temperature of the surface of the electrode inserted in water to a boiling point to form bubbles on the surface of the electrode (bubble formation by Joule Heating in a narrow space in the electrode) and to discharge the bubbles; Pulse underwater plasma discharge method; Capillary plasma discharge method or the like.

일부 실시예들에 있어서, 금속 함유 나노입자를 얻는 단계 후에 금속 전구체 수용액을 초음파 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the method may further include sonicating the metal precursor aqueous solution after obtaining the metal-containing nanoparticles.

초음파 처리하는 단계를 더 포함함으로써, 금속 함유 나노입자 간의 응집력 저하 및 분산성 증가의 효과를 보다 개선할 수 있다.By further comprising the step of ultrasonication, it is possible to further improve the effect of the decrease in cohesion and increase in dispersibility between the metal-containing nanoparticles.

초음파 처리 방법은 금속 함유 나노입자 간의 분산성을 증가시킬 수 있는 방법이면 당분야에 공지된 초음파 처리 방법이 별다른 제한 없이 사용될 수 있으며, 초음파 발생기 종류, 파장의 영역이나, 처리 시간 등은 적절히 선택하여 사용될 수 있다.If the ultrasonic treatment method is to increase the dispersibility between the metal-containing nanoparticles, ultrasonic treatment methods known in the art can be used without particular limitation, and the type of ultrasonic generator, the region of the wavelength or the treatment time can be appropriately selected. Can be used.

일 실시예에 따른 금속 함유 나노입자의 제조 방법에 있어서, 금속 전구체 수용액은 플라즈마가 발생하는 부위를 지나도록 순환될 수 있다.In the method of manufacturing the metal-containing nanoparticles according to an embodiment, the metal precursor aqueous solution may be circulated to pass through the site where the plasma is generated.

구체적으로, 수중 플라즈마 방전 시에 금속 전구체 수용액이 플라즈마가 발생하는 부위를 통과하면서 수중 플라즈마 방전에 노출되는 것인데, 플라즈마가 발생한 부위를 통과한 금속 전구체 수용액은 다시 플라즈마가 발생하는 부위를 통과하도록 순환되어, 금속 전구체 수용액 내에 포함된 금속 전구체들이 균일하게 플라즈마에 노출될 수 있다.Specifically, during the underwater plasma discharge, the metal precursor aqueous solution is exposed to the underwater plasma discharge while passing through the portion where the plasma is generated, and the metal precursor aqueous solution passing through the portion where the plasma is generated is circulated to pass through the portion where the plasma is generated The metal precursors included in the aqueous metal precursor solution may be uniformly exposed to the plasma.

이에 따라, 금속 전구체 수용액이 일회성에 그치지 않고 지속적으로 수중 플라즈마 방전에 노출됨으로써, 금속 함유 나노입자의 순도, 생산성 및 경제성을 보다 개선할 수 있다.Accordingly, the aqueous metal precursor solution is not limited to one-time but continuously exposed to the plasma discharge in water, it is possible to further improve the purity, productivity and economy of the metal-containing nanoparticles.

본 발명의 일 실시예에 따른 금속 함유 나노입자의 제조 방법은 수중 플라즈마 방전에 따라 얻어진 금속 함유 나노입자를 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.Method for producing a metal-containing nanoparticles according to an embodiment of the present invention may further comprise the step of recovering the metal-containing nanoparticles obtained by the plasma discharge in water.

회수 방법은 당분야에 공지된 회수 방법이 별다른 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 필터를 이용하여 거르는 방법, 자성을 이용하여 수집하는 방법 등일 수 있다.Recovery methods known in the art may be used without particular limitation, for example, may be a filter using a filter, a method of collecting by using a magnetic.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 함유 나노입자의 제조 방법은 회수 단계 후에 회수된 금속 함유 나노입자를 비산화성 분위기에서 건조하여 건조된 금속 함유 나노입자를 수득하는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the manufacturing method of the metal-containing nanoparticles according to an embodiment of the present invention may further include the step of obtaining the dried metal-containing nanoparticles by drying the recovered metal-containing nanoparticles in a non-oxidizing atmosphere after the recovery step. .

예를 들어, 비산화성 분위기는 진공, 환원성 가스 분위기, 불활성 가스 분위기 등일 수 있고, 불활성 가스 분위기로서 질소 환경이 사용될 수 있다.For example, the non-oxidizing atmosphere may be a vacuum, a reducing gas atmosphere, an inert gas atmosphere, or the like, and a nitrogen environment may be used as the inert gas atmosphere.

본 발명의 일 실시예에 따른 금속 함유 나노입자의 제조 방법은 자석을 이용하여 상기 금속 함유 나노입자의 크기를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 함유 나노입자의 크기 제어는 상기 금속 함유 나노입자를 상기 자석에 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.Method for producing a metal-containing nanoparticles according to an embodiment of the present invention may further comprise the step of controlling the size of the metal-containing nanoparticles using a magnet. For example, controlling the size of the metal containing nanoparticles may include coupling the metal containing nanoparticles to the magnet.

본 명세서에서 "결합"이란 상기 금속 함유 나노입자가 상기 자석에 직접적으로 부착되거나, 간접적으로 자석에 인접하게 유도되는 것을 포함한다. As used herein, "bonding" includes those in which the metal-containing nanoparticles are directly attached to the magnet or indirectly induced adjacent to the magnet.

예를 들면, 전술한 금속 전구체 수용액 내의 금속 전구체들은 수중 플라즈마 방전에 의해 금속 함유 나노입자로 합성될 수 있으며, 상기 금속 함유 나노입자는 예를 들면 자성을 띠는 입자일 수 있다. 따라서 수중 플라즈마 방전 수행 후 자성을 띠는 금속 전구체 및/또는 금속 함유 나노입자에 자석을 접근시키면, 금속 전구체의 금속 함유 나노입자로의 계속적인 합성 또는 응집이 중단되며, 금속 함유 나노입자는 자석에 인접하도록 유도되거나, 자석에 결합 또는 부착될 수 있다. 이를 통해 금속 함유 나노입자의 합성을 조절함으로써, 금속 함유 나노입자의 크기를 제어 또는 조절할 수 있으며 금속 함유 나노입자의 크기를 균일하게 할 수 있다.For example, the metal precursors in the aforementioned aqueous metal precursor solution may be synthesized into metal-containing nanoparticles by an underwater plasma discharge, and the metal-containing nanoparticles may be magnetic particles, for example. Therefore, when magnets are approached to magnetic metal precursors and / or metal-containing nanoparticles after performing an underwater plasma discharge, continuous synthesis or aggregation of the metal precursors into metal-containing nanoparticles is interrupted, and the metal-containing nanoparticles It may be induced adjacent, or may be coupled or attached to a magnet. By controlling the synthesis of the metal-containing nanoparticles through this, it is possible to control or control the size of the metal-containing nanoparticles and to make the size of the metal-containing nanoparticles uniform.

또한, 자석을 이용하여 금속 함유 나노입자를 자석 방향으로 유도하거나 자석에 결합함에 따라, 금속 함유 나노입자의 회수 또는 포집이 용이할 수 있다.In addition, by using the magnet to guide the metal-containing nanoparticles in the direction of the magnet or bonded to the magnet, it may be easy to recover or collect the metal-containing nanoparticles.

상기 자성을 띄는 금속 함유 나노입자는 전술한 금속 전구체 중에서 수중 플라즈마 방전을 통해 자성을 띌 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있으며 예를 들면 전술한 철 전구체 및/또는 니켈 전구체로부터 수중 플라즈마 방전을 통해 얻은 금속 함유 나노입자일 수 있다.The magnetic metal-containing nanoparticles may be used without limitation as long as the metal-containing nanoparticles having magnetic properties can be magnetized through an underwater plasma discharge. Containing nanoparticles.

또한, 상기 자성을 띄는 금속 전구체 및/또는 금속 함유 나노입자는 내구성을 향상시킨다는 측면에서 전술한 금속 전구체 등에 더하여 담체를 더 포함하여 금속-담체 복합체 입자 또는 금속산화물-담체 복합체 입자로 합성될 수 있다. 예를 들면 상기 담체는 그래핀(graphene), 그래핀 옥사이드(graphene oxide), 탄소 나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래파이트(graphite), 탄소섬유(carbon fiber), 활성탄, 폴리메틸(메타)아크릴레이트 등의 고분자, 구리 등 자성을 띄지 않는 금속 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 수중 플라즈마 방전을 통해, 전술한 금속-담체 복합체 입자 또는 금속산화물-담체 복합체 입자 등의 금속 함유 나노입자는 우수한 자성을 가지면서도 금속 함유 나노입자의 안정성 및 내구성이 향상되며, 전기적, 화학적 안정성이 우수하다.In addition, the magnetic metal precursor and / or metal-containing nanoparticles may be synthesized into metal-carrier composite particles or metal oxide-carrier composite particles by further including a carrier in addition to the metal precursor described above in terms of improving durability. . For example, the carrier may include graphene, graphene oxide, carbon nanotubes (CNTs), graphite, carbon fibers, activated carbon, and polymethyl (meth) acryl. It may include a polymer such as a rate, a non-magnetic metal such as copper, or a combination of two or more thereof, but is not limited thereto. For example, through underwater plasma discharge, metal-containing nanoparticles, such as the metal-carrier composite particles or metal oxide-carrier composite particles described above, have excellent magnetic properties and improve the stability and durability of the metal-containing nanoparticles, Excellent chemical stability.

일 실시예에 따른 금속 함유 나노입자의 제조 방법에 있어서, 상기 금속 전구체와 상기 담체를 금속 전구체 수용액에 포함하여 금속-담체 복합체 입자, 금속산화물-담체 복합체 입자 등의 금속 함유 나노입자를 제조 또는 합성하는 경우, 금속과 담체를 용이하게 결합시켜 복합체 입자로 더욱 용이하게 형성할 수 있다는 측면에서 수중 플라즈마 방전 수행 전에 초음파 처리를 수행할 수 있다.In the method of manufacturing a metal-containing nanoparticles according to an embodiment, the metal precursor and the carrier are included in a metal precursor aqueous solution to prepare or synthesize metal-containing nanoparticles, such as metal-carrier composite particles, metal oxide-carrier composite particles In this case, in the aspect that the metal and the carrier can be easily combined to form the composite particles more easily, the ultrasonic treatment may be performed before performing the underwater plasma discharge.

또한, 전술한 자석은 금속 함유 나노입자의 반응기 또는 반응장소로부터 분리 가능한 것일 수 있으며, 수중 플라즈마 방전 및 자석의 결합, 분리시키는 단계를 2회 이상 반복하여 금속 함유 나노입자의 크기를 균일하게 증가시킬 수도 있다.In addition, the above-described magnet may be detachable from the reactor or the reaction site of the metal-containing nanoparticles, and the size of the metal-containing nanoparticles may be uniformly increased by repeating the plasma discharge and combining and separating the magnets two or more times. It may be.

일 실시예에 따른 금속 함유 나노입자의 제조 방법에 있어서, 수중 플라즈마 방전은 제1 수중 플라즈마 방전 및 제2 수중 플라즈마 방전을 포함할 수 있으며, 상기 금속 함유 나노입자를 상기 자석에 결합시키는 단계는 상기 제1 수중 플라즈마 방전 및 상기 제2 수중 플라즈마 방전 사이에 수행될 수 있다.In the method of manufacturing a metal-containing nanoparticles according to an embodiment, the underwater plasma discharge may include a first underwater plasma discharge and a second underwater plasma discharge, the step of coupling the metal-containing nanoparticles to the magnet is It may be performed between a first underwater plasma discharge and the second underwater plasma discharge.

상기 제1 수중 플라즈마 방전 및 상기 제2 수중 플라즈마 방전은 수중 플라즈마 방전이 2회 이상의 다른 단계로 구분되어 수행되는 것을 표현하기 위해 사용되는 용어이며, 본 발명은 제3 수중 플라즈마 방전, 제4 수중 플라즈마 방전 또는 그 이상의 수중 플라즈마 방전이 계속적으로 구분된 단계로서 수행될 수 있다.The first underwater plasma discharge and the second underwater plasma discharge are terms used to express that the underwater plasma discharge is divided into two or more different steps, and the present invention relates to the third underwater plasma discharge and the fourth underwater plasma discharge. The discharge or more underwater plasma discharges may be performed as a continuously separated step.

상기 금속 함유 나노입자를 상기 자석에 결합시키는 단계가 상기 제1 수중 플라즈마 방전 및 상기 제2 수중 플라즈마 방전 사이에 수행됨으로써 금속 함유 나노입자의 크기 제어가 용이하게 이루어질 수 있으며, 안정적이고 균일하게 금속 함유 나노입자의 크기가 증가될 수 있다.Coupling the metal-containing nanoparticles to the magnet may be performed between the first underwater plasma discharge and the second underwater plasma discharge to facilitate size control of the metal-containing nanoparticles, and to stably and uniformly contain metal. The size of the nanoparticles can be increased.

예를 들면, 상기 제1 수중 플라즈마 방전 수행 후에 금속 함유 나노입자를 상기 자석에 결합시키면, 상기 금속 함유 나노입자의 크기가 균일하게 제어될 수 있으며, 이후 제2 수중 플라즈마 방전이 수행됨에 따라 상기 금속 함유 나노입자를 계속적으로 합성하여 크기가 균일한 정도로 증가될 수 있다.For example, when the metal-containing nanoparticles are bonded to the magnet after the first underwater plasma discharge is performed, the size of the metal-containing nanoparticles can be controlled uniformly, and then the metal is carried out as the second underwater plasma discharge is performed. The containing nanoparticles can be continuously synthesized to increase the size to a uniform degree.

예를 들면, 일 실시예에 따른 금속 함유 나노입자의 제조 방법에 있어서, 상기 금속 함유 나노입자를 상기 자석에 결합시키는 단계 후에, 상기 금속 함유 나노입자를 상기 자석으로부터 분리하는 단계 및 추가 금속 전구체를 상기 금속 전구체 수용액에 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.For example, in the method of manufacturing the metal-containing nanoparticles according to one embodiment, after the step of coupling the metal-containing nanoparticles to the magnet, separating the metal-containing nanoparticles from the magnet and further metal precursor The method may further include adding to the aqueous metal precursor solution.

상기 금속 함유 나노입자와 상기 자석이 분리되면 수중 플라즈마 방전에 의한 금속 함유 나노입자의 계속적인 합성 또는 응집이 계속될 수 있으며, 예를 들어 일 실시예에 따른 금속 함유 나노입자의 제조 방법은 상기 추가 금속 전구체를 첨가하는 단계 이후에 상기 제2 수중 플라즈마 방전이 수행될 수 있고, 이에 따라 제1 수중 플라즈마 방전으로 인해 형성된 금속 함유 나노입자와 추가 금속 전구체가 합성 또는 응집하여 크기가 균일하게 증가되고 제어된 금속 함유 나노입자를 얻을 수 있다.When the metal-containing nanoparticles and the magnet are separated, the continuous synthesis or aggregation of the metal-containing nanoparticles by an underwater plasma discharge may be continued. For example, the method of preparing the metal-containing nanoparticles according to the embodiment may be the addition. The second underwater plasma discharge may be performed after the step of adding a metal precursor, whereby the metal-containing nanoparticles formed by the first underwater plasma discharge and the additional metal precursor are synthesized or aggregated to uniformly increase in size and control. Obtained metal-containing nanoparticles can be obtained.

상기 추가 금속 전구체는 전술한 금속 전구체가 제한 없이 사용될 수 있다.The additional metal precursor may be used without limitation the aforementioned metal precursor.

전술한 방법은 금속 함유 나노입자가 균일한 크기를 가질 것을 요구하는 이차 전지의 활물질용, 공기 청정기의 필터 입자용, 수처리 정화용, 다층 세라믹 커패시터(Multi-Layer Ceramic Capacitor, MLCC) 입자용, 자성소자, 자기센서, MRI (Magnetic Resonance Imaging), 페르플루이드 (Ferrofluid), 스핀전자장치 등과 같은 전자장치용 또는 수질정화, 공기정화 등 환경부분의 촉매용, 태양전지 입자용, 연료전지 입자용, 전자파 차폐 입자용 등으로 특히 바람직하게 사용될 수 있다.The above-described method is for active materials of secondary batteries requiring metal-containing nanoparticles to have a uniform size, for filter particles in air cleaners, for water treatment purification, for multi-layer ceramic capacitor (MLCC) particles, and magnetic devices. For electronic devices such as magnetic sensors, magnetic resonance imaging (MRI), ferflufluid, spin electronics, or catalysts for environmental parts such as water purification and air purification, solar cell particles, fuel cell particles, electromagnetic shielding Particularly preferably, the particles can be used.

<수중 Underwater 플라즈마plasma 방전을 위한 방전 시스템> Discharge System for Discharge>

전술한 본 발명의 금속 함유 나노입자 제조 장치는 본 발명의 수중 플라즈마 방전을 위해 당분야에 공지된 수중 플라즈마 방전을 위한 방전 시스템을 별다른 제한 없이 더 포함할 수 있다.The apparatus for producing metal-containing nanoparticles of the present invention described above may further include, without limitation, a discharge system for underwater plasma discharge known in the art for underwater plasma discharge of the present invention.

예를 들어, 본 발명의 수중 플라즈마 방전을 위한 일 실시예로서 펄스 파워 공급 시스템은, 전원공급부, 전압증폭부, 펄스회로부 및 펄스방전부를 포함할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 한국공개특허 제2012-0136884호에 기재된 내용을 원용한다.For example, the pulse power supply system as an embodiment for underwater plasma discharge of the present invention may include a power supply unit, a voltage amplifier, a pulse circuit unit and a pulse discharge unit. For a detailed description thereof, the contents of Korean Patent Laid-Open No. 2012-0136884 are used.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid the understanding of the present invention, but these examples are merely illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the appended claims, which are within the scope and spirit of the present invention. It is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made to the present invention, and such modifications and changes belong to the appended claims.

실험예Experimental Example 1 One

1. One. 실시예Example 1 내지 6 및  1 to 6 and 비교예Comparative example 1 One

하기 표 1에 기재된 조성 및 함량을 갖는 금속 전구체 수용액을 준비하였다. 상기 금속 전구체 수용액을 도 1에 도시된 바와 같은 반응기에 넣고, 플라즈마 전극의 쉴드 유체 공급부로부터 20℃의 공기를 15 lpm의 속도로 투입하고, 방전 가스 공급부로부터 산소 기체를 8 pm의 속도로 투입하면서 5분 동안 수중 플라즈마 처리를 수행하여 Fe3O4 나노입자(실시예 1), Fe3O4-그래핀옥사이드(GO) 복합체 입자(실시예 2 내지 6), 그래핀옥사이드(GO) 입자(비교예 1)를 제조하였다.To prepare a metal precursor aqueous solution having the composition and content shown in Table 1. The aqueous metal precursor solution was put into a reactor as shown in FIG. 1, while 20 ° C. air was introduced at a rate of 15 lpm from the shield fluid supply part of the plasma electrode, and oxygen gas was introduced at a rate of 8 pm from the discharge gas supply part. Submerged plasma treatment for 5 minutes Fe 3 O 4 nanoparticles (Example 1), Fe 3 O 4 -graphene oxide (GO) composite particles (Examples 2 to 6), graphene oxide (GO) particles ( Comparative Example 1) was prepared.

구분division 금속 전구체Metal precursor 환원제reducing agent 용매menstruum 지지체Support 성분ingredient 함량
(g)
content
(g)
성분ingredient 함량
(mL)
content
(mL)
성분ingredient 함량
(mL)
content
(mL)
성분ingredient 함량
(mg)
content
(mg)
실시예 1
(Fe3O4)
Example 1
(Fe 3 O 4 )
FeCl2 FeCl 2 0.50.5 하이드라진Hydrazine 2020 초순수
(Deionized water)
Ultrapure water
(Deionized water)
150150 -- --
실시예 2
(Fe3O4+GO(25wt%))
Example 2
(Fe 3 O 4 + GO (25 wt%))
FeCl2 FeCl 2 0.50.5 하이드라진Hydrazine 2020 초순수Ultrapure water 150150 그래핀 옥사이드
(Graphene oxide, GO)
Graphene oxide
(Graphene oxide, GO)
0.550.55
실시예 3
(Fe3O4+GO(20wt%))
Example 3
(Fe 3 O 4 + GO (20 wt%))
FeCl2 FeCl 2 0.50.5 하이드라진Hydrazine 2020 초순수Ultrapure water 150150 그래핀 옥사이드Graphene oxide 0.440.44
실시예 4
(Fe3O4+GO(15wt%))
Example 4
(Fe 3 O 4 + GO (15 wt%))
FeCl2 FeCl 2 0.50.5 하이드라진Hydrazine 2020 초순수Ultrapure water 150150 그래핀 옥사이드Graphene oxide 0.330.33
실시예 5
(Fe3O4+GO(10wt%))
Example 5
(Fe 3 O 4 + GO (10 wt%))
FeCl2 FeCl 2 0.50.5 하이드라진Hydrazine 2020 초순수Ultrapure water 150150 그래핀 옥사이드Graphene oxide 0.220.22
실시예 6
(Fe3O4+GO(5wt%))
Example 6
(Fe 3 O 4 + GO (5 wt%))
FeCl2 FeCl 2 0.50.5 하이드라진Hydrazine 2020 초순수Ultrapure water 150150 그래핀 옥사이드Graphene oxide 0.110.11
비교예 1
(GO)
Comparative Example 1
(GO)
-- -- 하이드라진Hydrazine 2020 초순수Ultrapure water 150150 그래핀 옥사이드Graphene oxide 2,2002,200

2. 2. 실험예Experimental Example

제조된 나노입자들의 평균입경(D50), 전환율(%), 분산성, 펜톤(fenton) 반응 결과를 측정하여 각각 표 2에 기재하였다.The average particle diameter (D 50 ), conversion (%), dispersibility, and fenton reaction results of the prepared nanoparticles were measured and described in Table 2, respectively.

(1) 분산성 평가(1) dispersibility evaluation

제조된 실시예 1 내지 6 및 비교예 1의 나노입자가 포함된 각각의 수용액 샘플들을 나노입자들이 충분히 분산되도록 교반한 후 정치하여, 나노입자가 모두 침전되는 시간을 측정하였다. Each of the prepared aqueous samples containing the nanoparticles of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were stirred to sufficiently disperse the nanoparticles, and then left to measure the time for all the nanoparticles to precipitate.

나노입자가 모두 침전되는 시간(이하, 침전 시간)이 가장 긴 샘플의 분산성을 100%로 설정하고, 이의 침전 시간을 기준으로 나머지 샘플들의 침전 시간의 상대적인 비율을 나머지 샘플들의 분산성으로 하여 계산하였다.Set the dispersibility of the sample with the longest time to settle all the nanoparticles (hereinafter, settling time) to 100%, and calculate the relative ratio of the settling time of the remaining samples as the dispersibility of the remaining samples based on the settling time. It was.

(2) (2) XPSXPS 측정 Measure

제조된 실시예들의 나노입자에 대해 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)를 측정하고 그 결과를 도 6에 나타내었다.X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) was measured on the nanoparticles of the prepared examples and the results are shown in FIG. 6.

(3) (3) FentonFenton 반응 평가 Response evaluation

제조된 실시예 및 비교예들의 나노입자에 과산화수소(H2O2)를 가하여 하기의 수학식 1에 따라 Acid Orange 7의 시간에 따른 분해율을 측정하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 하기 표 2에는 180분 경과 후의 Acid Orange 7의 분해율을 나타내었다.Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) was added to the prepared nanoparticles of Examples and Comparative Examples to measure the decomposition rate of Acid Orange 7 according to Equation 1 below, and the results are shown in FIG. 7. Table 2 shows the decomposition rate of Acid Orange 7 after 180 minutes.

[수학식 1][Equation 1]

분해율(%) = (1-C/C0) × 100% Decomposition = (1-C / C 0 ) × 100

(C0: 초기 Acid Orange 7의 양, C: 일정 시간 경과 후의 Acid Orange 7의 양)(C 0 : initial amount of Acid Orange 7, C: amount of Acid Orange 7 after a certain time)

구분division 평균입경(D50)Average particle size (D 50 ) 전환율(%)% Conversion 분산성Dispersibility Fenton 반응 평가Fenton Response Assessment 실시예 1
(Fe3O4)
Example 1
(Fe 3 O 4 )
25.0nm25.0 nm 100100 100100 7878
실시예 2
(Fe3O4+GO(25wt%))
Example 2
(Fe 3 O 4 + GO (25 wt%))
42.0mm42.0mm 100100 7171 6262
실시예 3
(Fe3O4+GO(20wt%))
Example 3
(Fe 3 O 4 + GO (20 wt%))
41.2nm41.2 nm 100100 7373 8888
실시예 4
(Fe3O4+GO(15wt%))
Example 4
(Fe 3 O 4 + GO (15 wt%))
40.5nm40.5 nm 100100 7575 9292
실시예 5
(Fe3O4+GO(10wt%))
Example 5
(Fe 3 O 4 + GO (10 wt%))
39.7nm39.7 nm 100100 7676 9595
실시예 6
(Fe3O4+GO(5wt%))
Example 6
(Fe 3 O 4 + GO (5 wt%))
39.1nm39.1 nm 100100 7878 100100
비교예 1
(GO)
Comparative Example 1
(GO)
33.2nm33.2 nm 100100 8585 1212

실험 결과를 참조하면, 실시예들의 금속 함유 나노입자는 나노 사이즈의 평균입경을 가짐을 확인할 수 있으며, 분산성 또한 우수하다.Referring to the experimental results, it can be seen that the metal-containing nanoparticles of the examples have an average particle size of nano-size, and also excellent dispersibility.

또한, 도 6을 참조하면 실시예들의 금속 함유 나노입자가 우수한 수준으로 균일하게 제조되었음을 확인할 수 있었으며, 전환율 또한 우수하다. 또한, 도 7을 참조하면, Fe3O4(실시예 1) 또는 Fe3O4-GO 복합체 입자(실시예 2 내지 6)가 염료에 대해 우수한 수준의 분해율을 가지는 것을 확인할 수 있어, 침출수 또는 염색 폐수 등의 처리에 용이하게 적용될 수 있음을 확인할 수 있다.In addition, referring to Figure 6 it was confirmed that the metal-containing nanoparticles of the examples are uniformly produced to an excellent level, the conversion rate is also excellent. In addition, referring to Figure 7, it can be confirmed that Fe 3 O 4 (Example 1) or Fe 3 O 4 -GO composite particles (Examples 2 to 6) have a good level of decomposition rate for the dye, such as leachate or dyeing wastewater It can be seen that it can be easily applied to the processing of.

실험예Experimental Example 2 2

1. 실시예 7 및 81. Examples 7 and 8

(1) 실시예 7(1) Example 7

실시예 7의 금속 함유 나노입자는 NiCl2 20g, 초순수 1,000mL, 하이드라진 20mL을 포함하는 금속 전구체 수용액을 도 1에 도시된 바와 같은 반응기에 넣고, 플라즈마 전극의 쉴드 유체 공급부로부터 20℃의 공기를 15 lpm의 속도로 투입하고, 방전 가스 공급부로부터 질소기체를 8 pm의 속도로 투입하였다. 지지부 윗부분, 플라즈마 반응기 아랫부분에 자석을 설치 하였으며, 10분동안 수중 플라즈마 처리를 수행한 후 자석에 붙은 니켈 나노입자를 따로 포집을 하였다.In the metal-containing nanoparticle of Example 7, a metal precursor aqueous solution containing 20 g of NiCl 2 , 1,000 mL of ultrapure water, and 20 mL of hydrazine was placed in a reactor as shown in FIG. 1, and air at 20 ° C. was supplied from the shield fluid supply of the plasma electrode. At a rate of 1 pm, nitrogen gas was introduced at a rate of 8 pm from the discharge gas supply unit. A magnet was installed on the upper part of the support and the lower part of the plasma reactor. After performing the plasma treatment in water for 10 minutes, the nickel nanoparticles attached to the magnet were collected separately.

(2) 실시예 8(2) Example 8

자석을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 금속 함유 나노입자를 제조하였다.Metal-containing nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 7, except that no magnet was used.

2. 실험예2. Experimental Example

(1) SEM 관찰(1) SEM observation

실시예 7 및 8의 금속 함유 나노입자를 Scanning electron microscopy(SEM) 관찰하여 실시예 7의 SEM 관찰 결과를 도 8에 나타내고, 실시예 8의 SEM 관찰 결과를 도 9에 나타내었다.Scanning electron microscopy (SEM) observation of the metal-containing nanoparticles of Examples 7 and 8 shows SEM observation results of Example 7 in FIG. 8, and SEM observation results of Example 8 is shown in FIG. 9.

(2) XRD 분석(2) XRD analysis

실시예 7 및 8의 금속 함유 나노입자에 대해 X-ray 회절분석(XRD)을 측정하고 그 결과를 실시예 7의 결과를 도 10에 나타내고 실시예 8의 결과를 도 11에 나타내었다.X-ray diffraction analysis (XRD) of the metal-containing nanoparticles of Examples 7 and 8 was measured, and the results of Example 7 are shown in FIG. 10 and the results of Example 8 are shown in FIG. 11.

(3) 초음파 처리를 통한 분산력 평가(3) evaluation of dispersibility through ultrasonic treatment

실시예 7 및 8의 금속 함유 나노입자에 대해 초음파를 처리한 후, 시간 경과에 따른 나노입자의 분산력을 육안으로 평가하였다. 그 결과를 도 12에 나타낸다.After ultrasonic treatment of the metal-containing nanoparticles of Examples 7 and 8, the dispersibility of the nanoparticles over time was visually evaluated. The result is shown in FIG.

도 8 및 10을 참조하면, 자성 수집부를 이용해 제조된 실시예 7의 입자는 반치전폭(FWHM)으로 평가된 입자 평균 사이즈가 약 18.1nm이고 크기가 균일하고 순도가 높은 금속 함유 나노입자가 제조된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 8 and 10, the particles of Example 7 prepared using the magnetic collector were prepared with metal particles containing nanoparticles having a uniform average size and a high purity of about 18.1 nm with an average particle size (FWHM). You can see that.

도 9 및 도 11을 참조하면, 자성 수집부를 사용하지 않은 실시예 8의 입자는 반치전폭으로 평가된 입자의 평균 사이즈가 약 83.69nm이어서 실시예 7의 입자보다 크기가 다소 큰 것을 확인할 수 있다.9 and 11, the particles of Example 8 without using the magnetic collector were about 83.69 nm in average size of the particles evaluated at full width at half maximum, and thus, the particles were slightly larger than those in Example 7.

도 12를 참조하면, 초음파 처리 후 2 시간이 경과한 후에도 크기가 작고 균일한 실시예 7의 입자는 분산력이 우수한 것을 확인할 수 있지만, 실시예 8의 입자는 다소 분산력이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 12, even after 2 hours of sonication, the particles of Example 7, which were small in size and uniform, had excellent dispersibility. However, the particles of Example 8 were found to have somewhat lowered dispersibility.

10: 몸체 20: 플라즈마 반응기
30: 플라즈마 전극 31: 전극 바디
32: 제1 유전체 튜브 33: 방전 가스 공급부
34: 고정부/제1 고정부 35: 제2 유전체 튜브
36: 쉴드 유체 공급부 37: 추가 고정부/제2 고정부
40: 냉각 유체 공급부 50: 지지부
60: 자성 수집부 θ: 경사각
F: 유체의 유출입 방향
10 body 20 plasma reactor
30: plasma electrode 31: electrode body
32: first dielectric tube 33: discharge gas supply unit
34: fixing part / first fixing part 35: second dielectric tube
36: shield fluid supply part 37: additional fixing part / second fixing part
40: cooling fluid supply 50: support
60: magnetic collector θ: inclination angle
F: flow direction of fluid

Claims (22)

몸체;
상기 몸체의 내부에 수용되고, 금속 전구체 유체가 도입되는 개구부를 포함하는 플라즈마 반응기;
상기 플라즈마 반응기의 내부로 말단부가 노출되는 플라즈마 전극; 및
상기 몸체 내부에 말단부가 노출되도록 삽입되어 냉각 유체를 순환시키는 냉각 유체 공급부;를 포함하고,
상기 플라즈마 전극은 전극 바디, 상기 전극 바디를 감싸는 제1 유전체 튜브, 및 상기 전극 바디 및 상기 제1 유전체 튜브 사이로 방전 가스를 도입하는 방전 가스 공급부를 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.
Body;
A plasma reactor received inside the body and including an opening into which a metal precursor fluid is introduced;
A plasma electrode exposed at an end portion of the plasma reactor; And
And a cooling fluid supply part inserted to expose the distal end inside the body to circulate the cooling fluid.
The plasma electrode includes an electrode body, a first dielectric tube surrounding the electrode body, and a discharge gas supply unit for introducing a discharge gas between the electrode body and the first dielectric tube, metal-containing nanoparticle manufacturing apparatus.
청구항 1에 있어서, 상기 몸체를 지지하는 지지부를 더 포함하고,
상기 냉각 유체 공급부는 상기 지지부 및 상기 플라즈마 반응기 사이에 배치되는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.
The method of claim 1, further comprising a support for supporting the body,
And the cooling fluid supply unit is disposed between the support and the plasma reactor.
청구항 1에 있어서, 상기 냉각 유체 공급부는 상기 몸체의 측벽을 따라 나선형으로 배치되는 복수의 냉각 유체 공급부를 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the cooling fluid supply part comprises a plurality of cooling fluid supply parts spirally disposed along a side wall of the body.
삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 플라즈마 전극은 상기 제1 유전체 튜브의 적어도 일부를 감싸며 상기 방전 가스 공급부를 고정하는 고정부를 더 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the plasma electrode further comprises a fixing part surrounding at least a portion of the first dielectric tube and fixing the discharge gas supply part.
청구항 1에 있어서, 상기 플라즈마 전극은 상기 제1 유전체 튜브를 감싸는 제2 유전체 튜브, 및 상기 제1 유전체 튜브 및 상기 제2 유전체 튜브 사이로 쉴드 유체를 도입하는 쉴드 유체 공급부를 더 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.
The metal-containing nanostructure of claim 1, wherein the plasma electrode further comprises a second dielectric tube surrounding the first dielectric tube, and a shield fluid supply for introducing a shield fluid between the first dielectric tube and the second dielectric tube. Particle production apparatus.
청구항 6에 있어서, 상기 쉴드 유체 공급부는 상기 제2 유전체 튜브의 측벽을 따라 나선형으로 배치되는 복수의 쉴드 유체 공급부들을 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.
The apparatus of claim 6, wherein the shield fluid supply includes a plurality of shield fluid supplies disposed spirally along sidewalls of the second dielectric tube.
청구항 6에 있어서, 상기 쉴드 유체 공급부 및 상기 제2 유전체 튜브의 측벽의 수직 단면에서의 경사각은 30 내지 60°인, 금속 함유 나노입자 제조 장치.
The apparatus of claim 6, wherein the inclination angle in the vertical cross section of the side wall of the shield fluid supply and the second dielectric tube is 30 to 60 °.
청구항 6에 있어서, 상기 쉴드 유체 공급부의 말단부는 상기 제1 유전체 튜브 및 제2 유전체 튜브 사이의 공간으로 돌출되는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.
The apparatus of claim 6, wherein the distal end of the shield fluid supply portion projects into the space between the first dielectric tube and the second dielectric tube.
청구항 6에 있어서, 상기 플라즈마 전극은 상기 제2 유전체 튜브의 적어도 일부를 감싸며 상기 쉴드 유체 공급부를 고정하는 추가 고정부를 더 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.
7. The apparatus of claim 6, wherein the plasma electrode further comprises an additional fixture surrounding at least a portion of the second dielectric tube and securing the shield fluid supply.
청구항 1에 있어서, 상기 플라즈마 반응기 아래에 배치된 자성 수집부를 더 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.
The apparatus of claim 1, further comprising a magnetic collector disposed under the plasma reactor.
청구항 11에 있어서, 상기 자성 수집부는 전자석 또는 영구 자석을 포함하는, 금속 함유 나노입자 제조 장치.
The apparatus of claim 11, wherein the magnetic collecting part comprises an electromagnet or a permanent magnet.
용매, 환원제 및 금속 전구체를 포함하는 금속 전구체 수용액을 준비하는 단계;
상기 금속 전구체 수용액 주변으로 냉각 유체를 순환시키는 단계;
상기 금속 전구체 수용액으로부터 수중 플라즈마 방전을 통해 금속 함유 나노입자를 생성하는 단계; 및
상기 금속 함유 나노입자를 자석에 결합시키는 단계;를 포함하고,
상기 수중 플라즈마 방전은 제1 수중 플라즈마 방전 및 제2 수중 플라즈마 방전을 포함하며, 상기 금속 함유 나노입자를 상기 자석에 결합시키는 단계는 상기 제1 수중 플라즈마 방전 및 상기 제2 수중 플라즈마 방전 사이에 수행되는, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.
Preparing a metal precursor aqueous solution including a solvent, a reducing agent, and a metal precursor;
Circulating a cooling fluid around the metal precursor aqueous solution;
Generating metal-containing nanoparticles from the metal precursor aqueous solution through an underwater plasma discharge; And
Bonding the metal-containing nanoparticles to a magnet;
The underwater plasma discharge includes a first underwater plasma discharge and a second underwater plasma discharge, and the coupling of the metal containing nanoparticles to the magnet is performed between the first underwater plasma discharge and the second underwater plasma discharge. , Method for producing metal-containing nanoparticles.
청구항 13에 있어서, 상기 냉각 유체를 순환시키는 단계는 상기 몸체 내에서 수행되며,
상기 수중 플라즈마 방전은 상기 금속 전구체 수용액이 공급되는 플라즈마 반응기 내에서 수행되는, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 13, wherein circulating the cooling fluid is performed in the body,
The underwater plasma discharge is performed in a plasma reactor to which the metal precursor aqueous solution is supplied.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 13에 있어서, 상기 금속 함유 나노입자를 상기 자석에 결합시키는 단계 후에, 상기 금속 함유 나노입자를 상기 자석으로부터 분리하는 단계; 및 추가 금속 전구체를 상기 금속 전구체 수용액에 첨가하는 단계;를 더 포함하는, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 13, further comprising, after the step of coupling the metal containing nanoparticles to the magnet, separating the metal containing nanoparticles from the magnet; And adding an additional metal precursor to the aqueous metal precursor solution.
청구항 18에 있어서, 상기 추가 금속 전구체를 첨가하는 단계 이후에 상기 제2 수중 플라즈마 방전이 수행되는, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 18, wherein the second underwater plasma discharge is performed after adding the additional metal precursor.
청구항 13에 있어서, 상기 금속 전구체 수용액은 담체를 더 포함하는, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 13, wherein the aqueous metal precursor solution further comprises a carrier.
청구항 20에 있어서, 상기 담체는 그래핀(graphene), 그래핀 옥사이드(graphene oxide), 탄소 나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래파이트(graphite), 탄소섬유(carbon fiber), 활성탄 및 폴리메틸(메타)크릴레이트로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 20, wherein the carrier is graphene, graphene oxide, carbon nanotubes (CNTs), graphite, carbon fibers, activated carbon, and polymethyl (meth). Method for producing a metal-containing nanoparticles, including at least one selected from the group consisting of acrylate.
청구항 13에 있어서, 상기 금속 함유 나노입자는 금속 나노입자, 금속산화물 나노입자, 금속-담체 복합체 입자 및 금속산화물-담체 복합체 입자로 구성된 군에서 선택된, 금속 함유 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 13, wherein the metal-containing nanoparticles are selected from the group consisting of metal nanoparticles, metal oxide nanoparticles, metal-carrier composite particles, and metal oxide-carrier composite particles.
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