KR20080000033A - Method of manufacturing catalyst for synthesis of carbon nanotubes and apparatus for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성용 촉매 제조 장치를 개념적으로 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view conceptually illustrating an apparatus for preparing a catalyst for carbon nanotube synthesis according to an embodiment of the present invention.
<도면의 부호에 대한 간단한 설명><Short description of the symbols in the drawings>
51, 53: 이송관 110: 용액 생성 유닛51, 53: transfer pipe 110: solution generating unit
112: 교반기 120: 무화 유닛112: stirrer 120: atomization unit
122: 분무 가스 유입구 132: 히터122: atomizing gas inlet 132: heater
134: 열분해 반응로 140: 수거 유닛134: pyrolysis reactor 140: collection unit
142: 수거부 144: 차단 필터142: collecting unit 144: blocking filter
146: 가스 배출구 146: gas outlet
본 발명은 탄소나노튜브 합성용 촉매의 제조 방법 및 이의 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수십 nm 정도로 미세하게 분말화된 탄소나노튜브 합성 용 촉매를 효과적으로 대량으로 생산할 수 있는 탄소나노튜브 합성용 촉매의 제조 방법 및 상기 제조 방법을 연속 공정으로서 효율적으로 구현할 수 있는 제조 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a catalyst for synthesizing carbon nanotubes and a manufacturing apparatus thereof, and more specifically for synthesizing carbon nanotubes capable of effectively producing a large amount of finely powdered catalyst for synthesizing carbon nanotubes on the order of tens of nm. The present invention relates to a production method of a catalyst and a production apparatus capable of efficiently implementing the production method as a continuous process.
탄소나노튜브는 속이 빈 튜브 모양의 탄소 구조체로, 합성조건에 따라 흑연구조 한 층을 말아 끝을 연결한 구조인 단층벽 탄소나노튜브(single walled carbon nanotube, SWCNT), 단층 탄소나노튜브 두 층이 동심축을 이룬 형태인 이중벽 탄소나노튜브(double walled carbon nanotube, DWCNT), 단층벽이 3 ~ 6개로 구성된 얇은 다층벽 탄소나노튜브(thin multi-walled carbon nanotube, t-MWCNT), 벽이 두꺼운 다층벽 탄소나노튜브 (thin multi-walled carbon nanotube, MWCNT)로 분류된다. Carbon nanotubes are hollow tube-shaped carbon structures, which consist of two layers of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) and single-walled carbon nanotubes. Double walled carbon nanotubes (DWCNTs) in concentric form, thin multi-walled carbon nanotubes (t-MWCNTs) consisting of three to six single-walled walls, and thick walled walls It is classified as thin multi-walled carbon nanotube (MWCNT).
이러한 탄소나노튜브는 구조적, 전기적, 광학적, 전자적인 특성 때문에 전계방출 표시소자, 트랜지스터, 가스 센서, 복합체, 이차전지, 연료전지, 수소저장, 나노소자 등에서 다양한 응용성을 갖고 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 일반적인 합성법으로는 아크 방전법, 레이저 증착법, 플라즈마 화학 기상 증착법, 열화학 기상 증착법, 기상 합성법, 열분해법 등이 널리 알려져 있다. 이중 대량 합성이 용이한 기상 합성법에서는 아세틸렌, 에틸렌, 메탄 같은 탄화수소 가스를 탄소 원료로 하여 니켈, 코발트, 철 등의 전이금속을 분말 형태의 촉매로 사용하여 탄소나노튜브를 제조하며, 이때 사용하는 전이금속은 원료인 탄화수소 가스를 분해시키는 촉매로 작용하는 동시에 탄소나노튜브의 핵 생성 역할을 한다. Due to their structural, electrical, optical, and electronic characteristics, these carbon nanotubes have various applications in field emission display devices, transistors, gas sensors, composites, secondary batteries, fuel cells, hydrogen storage, and nano devices. have. As a general synthesis method, arc discharge method, laser deposition method, plasma chemical vapor deposition method, thermochemical vapor deposition method, vapor phase synthesis method, pyrolysis method and the like are widely known. In the gas phase synthesis method, which is easy for mass synthesis, carbon nanotubes are prepared by using a hydrocarbon gas such as acetylene, ethylene, or methane as a carbon raw material, and using a transition metal such as nickel, cobalt, or iron as a catalyst in powder form. Metals act as catalysts to decompose hydrocarbon gas, a raw material, and also nucleate carbon nanotubes.
촉매를 분말화하는 방법으로는 전이금속 용액을 졸-겔화하는 방법, 지지체와 의 이온-교환 또는 이온-흡착 침전화하는 방법, 산화 마그네슘(MgO), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3) 또는 제올라이트(Zeolite)에 담지하는 방법, 지지체의 전구체 용액과 혼합한 후 이를 연소하는 방법 등이 널리 알려져 있으나, 이러한 방법에서는 용매를 제거한 후 소결과정이 필연적으로 뒤따르는 번거로움과 수 ㎛의 일정한 분말을 얻기 위해서 체로 거르는 공정이 있어 탄소나노튜브 합성용 촉매 분말을 대량 생산하는 데 어려움이 있다 Powders of the catalyst may be sol-gelled transition metal solution, ion-exchange or ion-adsorption precipitation with a support, magnesium oxide (MgO), silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O). 3 ) or the method of supporting on zeolite, mixing with precursor solution of support and burning it, are widely known.However, in this method, the sintering process is inevitably followed by the removal of solvent and It is difficult to mass-produce catalyst powder for carbon nanotube synthesis because there is a sifting process to obtain a constant powder
본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 문제점들을 감안한 것으로서, 수 십 nm 정도로 미세하게 분말화된 탄소나노튜브 합성용 촉매를 효과적으로 대량으로 생산할 수 있는 탄소나노튜브 합성용 촉매의 제조 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for preparing a catalyst for carbon nanotube synthesis that can effectively produce a large amount of a catalyst for synthesizing finely powdered carbon nanotubes on the order of several tens of nm.
본 발명의 다른 목적은 상기 제조 방법을 연속 공정에 의하여 효율적으로 구현할 수 있는 탄소나노튜브 합성용 촉매 제조 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a catalyst manufacturing apparatus for synthesizing carbon nanotubes, which can efficiently implement the preparation method by a continuous process.
본 발명의 일 특징에 따라 탄소나노튜브 합성용 촉매를 제조하기 위해서, 촉매 전구체 및 담지(擔持) 전구체를 용매에 용해시켜 촉매 혼합 용액을 준비한다. 상기 촉매 혼합 용액은 분무 장치 등에 의하여 무화(霧化)된다. 상기 무화된 촉매 혼합 용액을 열분해 되어 분말화된 담지체-촉매 결합체가 형성된다. 상기 담지체-촉매 결합체는 수거됨으로써 탄소나노튜브 합성용 촉매가 제조된다. In order to prepare a catalyst for synthesizing carbon nanotubes according to an aspect of the present invention, a catalyst mixture solution is prepared by dissolving a catalyst precursor and a supported precursor in a solvent. The catalyst mixed solution is atomized by a spray device or the like. The atomized catalyst mixture solution is pyrolyzed to form a powdered support-catalyst combination. The carrier-catalyst combination is collected to prepare a catalyst for synthesizing carbon nanotubes.
상기 무화된 촉매 혼합 용액의 열분해는 150 내지 1200℃의 온도 하에서 이 루어지며, 바람직하게는 600 내지 700℃의 온도 하에서 이루어진다. The pyrolysis of the atomized catalyst mixture solution is carried out at a temperature of 150 to 1200 ° C, preferably at a temperature of 600 to 700 ° C.
상기 촉매 혼합 용액 농도는 5 내지 50 중량%로 조절되고, 바람직하게는 10 내지 30 중량%로 조절된다. 상기 촉매 혼합 용액을 형성하기 위한 용매로서는, 물이 사용되는 것이 바람직하다. The catalyst mixed solution concentration is adjusted to 5 to 50% by weight, preferably 10 to 30% by weight. As a solvent for forming the catalyst mixture solution, water is preferably used.
본 발명의 일 특징에 따른 탄소나노튜브 합성용 촉매 제조 장치는 촉매 전구체, 담지 전구체 및 용매를 혼합 및 교반하여 촉매 혼합 용액을 생성하는 용액 생성 유닛, 상기 용액 생성 유닛으로부터 상기 촉매 혼합 용액을 제공 받아 상기 촉매 혼합 용액을 무화시키기 위한 무화 유닛, 상기 무화 유닛으로부터 무화된 촉매 혼합 용액을 제공받아 상기 무화된 촉매 용액을 열분해 시켜 분말화된 담지체-촉매 결합체를 생성하는 열분해 반응 유닛, 및 상기 분말화된 담지체-촉매 결합체를 수거하는 수거 유닛을 한다.A catalyst manufacturing apparatus for synthesizing carbon nanotubes according to an aspect of the present invention includes a solution generating unit for generating a catalyst mixed solution by mixing and stirring a catalyst precursor, a supported precursor, and a solvent, and receiving the catalyst mixed solution from the solution generating unit. An atomization unit for atomizing the catalyst mixture solution, a pyrolysis reaction unit provided with an atomized catalyst mixture solution from the atomization unit to pyrolyze the atomized catalyst solution to produce a powdered carrier-catalyst combination, and the powdering A collection unit for collecting the supported carrier-catalyst combination is used.
상기 무화 유닛으로서는, 노즐 분무 장치(spraying apparatus) 등이 사용될 수 있다. 상기 노즐 분무 장치는 상기 촉매 혼합 용액을 무화시키고, 무화된 촉매 혼합 용액을 상기 열분해 반응 유닛으로 공급한다. As the atomization unit, a nozzle spraying apparatus or the like can be used. The nozzle spray device atomizes the catalyst mixture solution and supplies the atomized catalyst mixture solution to the pyrolysis reaction unit.
이하에서는 본 발명을 자세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
탄소나노튜브 합성용 촉매의 제조 방법Manufacturing method of catalyst for carbon nanotube synthesis
본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성용 촉매의 제조 방법은 i) 촉매 전구체 및 담지(擔持) 전구체를 용매에 용해시켜 촉매 혼합 용액을 준비하는 단계, ii) 상기 촉매 혼합 용액을 무화(霧化) 시키는 단계, iii) 상기 무화된 촉매 혼합 용액을 열분해 시켜 분말화된 담지체-촉매 결합체를 형성하는 단계, 및 iv) 상기 담지체-촉 매 결합체를 수거하는 단계를 포함한다. The method for preparing a catalyst for synthesizing carbon nanotubes according to the present invention comprises the steps of i) dissolving a catalyst precursor and a supported precursor in a solvent to prepare a catalyst mixture solution, ii) atomizing the catalyst mixture solution. Iii) pyrolysing the atomized catalyst mixture solution to form a powdered support-catalyst combination, and iv) collecting the support-catalyst combination.
상기 각 단계가 완료되면, 상기 촉매 전구체는 촉매 성분으로 전환되고 상기 담지 전구체는 상기 촉매 전구체를 지지하는 담지체로 전환된다. 상기 담지체는 상기 촉매가 서로 응집되지 않고 균일하게 분산되도록 상기 촉매와 결합된다. Upon completion of each step, the catalyst precursor is converted into a catalyst component and the supported precursor is converted into a support that supports the catalyst precursor. The support is combined with the catalyst so that the catalyst is uniformly dispersed without aggregation with each other.
상기 촉매 전구체는 전이금속을 함유하며, 상기 촉매 전구체로서는 철, 니켈, 코발트, 팔라듐, 텅스텐, 크롬, 이리듐 등의 전이금속을 함유하는 금속 염을 들 수 있다. 상기 금속염은 용해되기 전에 수화물 형태로 존재한다. 즉, 상기 촉매 전구체는 처음에는 Fe(NO3)2ㆍ9H2O, Ni(NO3)2ㆍ6H2O, Co(NO3)2ㆍ6H2O 등의 수화물의 형태를 갖는다. The catalyst precursor contains a transition metal, and examples of the catalyst precursor include metal salts containing transition metals such as iron, nickel, cobalt, palladium, tungsten, chromium and iridium. The metal salt is present in hydrate form before dissolving. That is, the catalyst precursor initially has the form of a hydrate such as Fe (NO 3 ) 2 .9H 2 O, Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O, Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O, or the like.
상기 촉매 전구체는 몰리브덴산, 몰리브덴 금속 염 등의 몰리브덴계 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 몰리브덴 금속 염의 예로서는, (NH4)6Mo7O24ㆍ4H2O 등을 들 수 있다. The catalyst precursor may further include molybdenum-based compounds such as molybdenum acid and molybdenum metal salts. The molybdenum metal salts example, (NH 4), and the like 6 Mo 7 O 24 4H 2 O and.
또한, 상기 전이금속을 담지하기 위한 전구체로서는, 질산 마그네슘 등의 마그네슘 금속 염을 들 수 있고, 구체적으로는 Mg(NO3)3ㆍ6H2O 등이 사용될 수 있다. 상기 담지 전구체는 열분해 반응이 완료되면, 분해되어 산화물 형태의 담지체로 전환되며, 촉매와 결합되어 담지체-촉매 결합체를 형성한다. 구체적으로는, 산화물-전이금속 결합체를 형성하게 된다. In addition, as a precursor for supporting the transition metal, magnesium metal salts such as magnesium nitrate, and the like, specifically Mg (NO 3 ) 3 .6H 2 O or the like can be used. The supported precursor decomposes when the pyrolysis reaction is completed, and is converted into an oxide-type support, and combined with a catalyst to form a support-catalyst combination. Specifically, the oxide-transition metal conjugate is formed.
상기 촉매 전구체 및 담지 전구체는 용매에 1 내지 2시간 동안 충분히 용해됨으로써, 촉매 혼합 용액이 준비될 수 있다. 상기 용매로서는 아세톤, 에탄올, 벤 젠, 신나 등의 유기 용매를 사용할 수도 있으나, 상기 유기 용매는 탄화수소 물질로서 촉매 혼합 용액의 열분해 과정 동안 분해되어 탄소 함유 불순 화합물들을 생성할 수 있으므로, 상기 용매로서는 물을 사용하는 것이 바람직하다. The catalyst precursor and the supported precursor are sufficiently dissolved in the solvent for 1 to 2 hours, thereby preparing a catalyst mixed solution. As the solvent, an organic solvent such as acetone, ethanol, benzene, thinner, or the like may be used, but the organic solvent may be decomposed during pyrolysis of the catalyst mixture solution as a hydrocarbon material to generate carbon-containing impurity compounds. Preference is given to using.
상기 용해 과정 동안 균일한 혼합을 위하여 상기 용액을 충분히 교반하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 용해 과정은 상온에서 이루어진다. It is preferable to stir the solution sufficiently for uniform mixing during the dissolution process. In addition, the dissolution process is performed at room temperature.
상기 촉매 혼합 용액은 5 내지 50 중량%의 농도, 바람직하게는 10 내지 30 중량%의 농도를 갖는 것이 바람직하다. 상기 농도가 50 중량%를 초과하면 초음파 분무 과정을 통하여 상기 촉매 혼합 용액이 충분히 무화(霧化)되지 않을 수 있고, 반면에 5 중량% 미만이면 후속 공정의 공정 효율이 급격히 저하될 우려가 있다. The catalyst mixed solution preferably has a concentration of 5 to 50% by weight, preferably 10 to 30% by weight. When the concentration exceeds 50% by weight, the catalyst mixture solution may not be sufficiently atomized through the ultrasonic spraying process, whereas when the concentration is less than 5% by weight, the process efficiency of the subsequent process may be rapidly lowered.
상기 촉매 혼합 용액이 Fe, Ni 및 Mg 또는 Co, Mo 및 Mg을 포함하는 경우, 각각의 전구체의 함량을 각각 5 ~ 45 중량%, 0.5 ~ 5 중량%, 94.5 ~ 50 중량%로 조절하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 10 ~ 30 중량%, 1 ~ 3 중량% 및 89 ~ 67 중량%로 조절된다. When the catalyst mixture solution contains Fe, Ni and Mg or Co, Mo and Mg, it is preferable to adjust the content of each precursor to 5 to 45% by weight, 0.5 to 5% by weight, 94.5 to 50% by weight, respectively. Do. More preferably from 10 to 30% by weight, from 1 to 3% by weight and from 89 to 67% by weight.
상기 촉매 혼합 용액이 준비되면, 상기 촉매 혼합 용액은 노즐 분무 장치 등에 의하여 무화된다. When the catalyst mixture solution is prepared, the catalyst mixture solution is atomized by a nozzle spray device or the like.
상기 열분해 과정에서, 상기 촉매 혼합 용액의 용매는 증발되어 가스로 변환되고 이와 동시에 상기 촉매 혼합 용액 입자들은 소결되어 분말화된다. 즉, 상기 촉매 전구체는 촉매로 전환되고, 상기 담지 전구체는 분해되어 산화물을 형성하게 된다. 또한, 이 과정에서 촉매인 전이 금속이 상기 산화물과 결합하여 분말 형태의 전이금속-산화물 결합체를 형성하게 된다. 기타 반응 과정 중에 발생한 반응 산물 들은 가스 성분으로서 배출된다. In the pyrolysis process, the solvent of the catalyst mixture solution is evaporated and converted into a gas, and at the same time the catalyst mixture solution particles are sintered and powdered. That is, the catalyst precursor is converted into a catalyst, and the supported precursor is decomposed to form an oxide. In addition, in this process, the transition metal, which is a catalyst, combines with the oxide to form a transition metal-oxide bond in powder form. Reaction products generated during other reactions are released as gaseous components.
상기 열분해 온도는 150 내지 1200℃이며, 바람직하게는 600 내지 700℃이다. The pyrolysis temperature is 150 to 1200 ° C, preferably 600 to 700 ° C.
상기 분말 형태의 전이금속-산화물 결합체는 상기 가스 성분과 분리되어 수거되어 짐으로써, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성용 촉매가 제조될 수 있다. The powder-type transition metal-oxide binder is collected and separated from the gas component, thereby preparing a catalyst for synthesizing carbon nanotubes according to the present invention.
본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 산화물 분말은 수 ㎛ ~ 수 십 ㎛ 입자크기를 갖고, 금속 촉매 분말은 수 nm 크기를 갖는다. 상기 금속 촉매 분말은 상기 산화물 분말과 결합된 형태로서 균일하게 분사되어 있다. The oxide powder obtained by the production method of the present invention has a particle size of several micrometers to several tens of micrometers, and the metal catalyst powder has a size of several nm. The metal catalyst powder is sprayed uniformly as a form combined with the oxide powder.
이하 구체적인 실시예를 들어 본 발명의 탄소나노튜브 합성용 촉매의 제조 방법을 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, a method for preparing the carbon nanotube synthesis catalyst of the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, the technical spirit of the present invention is not limited by the following examples.
[실시예 1]Example 1
Fe(NO3)2ㆍ9H2O, (NH4)6Mo7O24ㆍ4H2O, Mg(NO3)3ㆍ6H2O을 Fe:Mo:Mg의 원자비가 1:0.7:0.03이 되도록 물 5L로 용해한 후, 교반기를 사용하여 상온에서 균일하게 혼합한다. 이어서, 스프레이 분무기에 상기 혼합 용액을 주입하면서, 700℃에서 예열된 반응기에 분무가스로 공기를 사용하여 50L/min 속도로 분무시켜, 갈색의 미세한 분말을 얻을 수 있었다. 상기의 촉매 분말을 사용하여 탄소나노튜브를 제조하면, 순도 80%, 외경 20 ~ 50 nm의 다층벽 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다.Fe (NO 3 ) 2 ㆍ 9H 2 O, (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 ㆍ 4H 2 O, Mg (NO 3 ) 3 ㆍ 6H 2 O is the atomic ratio of Fe: Mo: Mg is 1: 0.7: 0.03 Dissolve with 5 L of water as much as possible, and then mix uniformly at room temperature using a stirrer. Subsequently, while injecting the mixed solution into a spray sprayer, the reactor was preheated at 700 ° C. and sprayed at a rate of 50 L / min using air as a spraying gas to obtain a brown fine powder. When carbon nanotubes were prepared using the catalyst powder, multi-walled carbon nanotubes having a purity of 80% and an outer diameter of 20 to 50 nm could be obtained.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성용 촉매 제조 장치를 설명하도록 한다. Hereinafter, a catalyst manufacturing apparatus for synthesizing carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention will be described.
탄소나노튜브 합성용 촉매 제조 장치Catalyst manufacturing apparatus for carbon nanotube synthesis
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성용 촉매 제조 장치를 개념적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view conceptually illustrating an apparatus for preparing a catalyst for carbon nanotube synthesis according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성용 촉매 제조 장치는 용액 생성 유닛(110), 무화 유닛(120), 열분해 반응 유닛(130) 및 수거 유닛(140)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the apparatus for preparing carbon nanotubes according to the present embodiment includes a
상기 용액 생성 유닛(110)에서는, 촉매 전구체, 담지(擔持) 전구체 및 용매가 혼합 및 교반되어 촉매 혼합 용액이 준비된다. 본 실시예에서, 상기 용액 생성 유닛(110)은 용액 생성을 보다 효율적으로 수행하기 위하여 교반기(112)를 포함한다. In the
상기 무화 유닛(120)은 상기 용액 생성 유닛(110)에서 준비된 촉매 혼합 용액을 공급 받아, 상기 촉매 혼합 용액을 무화(霧化) 시킨다. 따라서 상기 촉매 혼합 용액은 미세한 입자들로 전환될 수 있다. 상기 무화 유닛(120)은 분무 가스 유입구(122)를 포함한다. 상기 분무 가스 유입구(122)를 통하여는, 상기 촉매 혼합 용액이 상기 열분해 반응 유닛(130)으로 용이하게 배출될 수 있도록 하는 분무 가스가 유입된다. 상기 분무 가스에 의하여 상기 무화된 촉매 혼합 용액은 상기 열분해 반응 유닛(130)으로 이동할 수 있다. 상기 분무 가스로는 질소 가스 등이 사용될 수 있다.The
본 실시예에서는, 상기 무화 유닛(120)으로서, 노즐 분무 장치가 사용된다. 상기 노즐 분무 장치는 좁은 노즐을 통과하는 고압력의 촉매 혼합 용액의 압력을 급격하게 낮추어 줌으로써(열분해 반응 유닛(130)으로 배출되면서), 상기 촉매 혼합 용액을 무화 시키는 것이다. In the present embodiment, a nozzle spray device is used as the
상기 용액 생성 유닛(110)에서 생성된 상기 촉매 혼합 용액은 제1 이송관(51)에 의하여 상기 노즐 분무 장치(120)으로 이송된다. The catalyst mixture solution generated in the
상기 노즐 분무 장치(120)에서 무화된 촉매 혼합 용액은 열분해 반응 유닛(130)에 제공된다. 상기 열분해 반응 유닛(130)은 상기 노즐 분무 장치(120)를 통과한 입자상의 촉매 혼합 용액을 열분해 시킴으로써, 소결 과정을 통하여 분말상의 전구체-촉매 결합체를 생성한다. 또한, 이 과정 동안 촉매 혼합 용액의 용매 성분은 상기 열분해 반응 유닛(130)에서 기화된다. 상기 열분해 반응 유닛(130) 내부의 유동 가스의 속도는 20 내지 100 L/min 내지 30 내지 70 L/min으로 유지되는 것이 바람직하다. 상기 열분해 반응 유닛(130) 내부의 반응 온도는 150 내지 1200℃, 바람직하게는 600 내지 700℃로 유지되는 것이 바람직하다. 상기 반응 온도가 150℃ 미만인 경우에는, 전이금속 전구체가 완전히 분해되지 않을 수 있고, 반면에 1200℃를 초과하는 경우 유속이 저하되어 상기 수거 유닛(140)에서 용매가 응축될 수 있다. The atomized catalyst mixture solution in the
상기 열분해 반응 유닛(130)은 상기 무화된 촉매 혼합 용액이 공급되기 전에 상기 제시된 온도 범위 내의 특정 온도로 예열되는 것이 바람직하다. The
상기 열분해 반응 유닛(130)은 히터(132) 및 열분해 반응로(134)를 포함하 고, 상기 노즐 분무 장치(120)의 노즐과 공간적으로 연결되어 있다. 상기 히터(132)는 열을 발생시켜, 상기 열분해 반응로(134) 내부를 가열시킨다. 상기 열분해 반응로(134)에서는 상기 무화된 촉매 혼합 용액이 열분해되고, 이로 인하여 분말화된 담지체-촉매 결합체가 생성된다. The
열분해 산물인, 담지체-촉매 결합체, 반응의 결과로 생성된 부산물 가스는 상기 수거 유닛(140)으로 이송된다. The pyrolysis product, the support-catalyst combination, by-product gas produced as a result of the reaction is sent to the
상기 열분해 반응 유닛(130) 및 상기 수거 유닛(140)은 제2 이송관(53)에 의하여 공간적으로 연결되어 있다. The
상기 수거 유닛(140)은 상기 열분해 반응 유닛(130)에서 생성된 담지체-촉매 결합체, 부산물 가스 및 분무 가스를 제공받는다. 상기 수거 유닛(140)은 상기 담지체-촉매 결합체 분말은 수거하고 상기 부산물 가스 및 분무 가스는 외부로 방출한다.The
상기 수거 유닛(140)은 수거부(142), 차단 필터(144) 및 가스 배출구(146)를 포함한다. The
상기 차단 필터(144)는 부산물 가스 및 분무 가스는 통과 시키고 상기 담지체-촉매 결합체 분말은 차단하는 역할을 한다. 따라서 차단된 담지체-촉매 결합체 분말은 상기 수거 유닛(140)의 하부에 형성된 수거부(142)에서 수거된다. 상기 가스 배출구(146)는 상기 차단 필터(144)에 의하여 차단되지 않은 부산물 가스, 분무 가스 등의 가스 성분을 외부로 배출하는 통로 역할을 한다. The
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성용 촉매의 제조 방법에 따르면, 수십 nm 또는 그 이하의 입자 크기를 갖는 탄소나노튜브 합성용 금속 촉매를 대량으로 생산할 수 있다. 특히, 촉매 전구체 및 담지 전구체를 초기에 충분히 혼합하여 용액으로 준비함으로써, 더욱 미세한 금속 촉매를 제조할 수 있고, 나아가 공정의 효율을 증대시킬 수 있다. As described above, according to the method for preparing a catalyst for synthesizing carbon nanotubes according to the present invention, a metal catalyst for synthesizing carbon nanotubes having a particle size of several tens of nm or less can be produced in large quantities. In particular, by sufficiently mixing the catalyst precursor and the supported precursor initially to prepare a solution, a finer metal catalyst can be produced, and further, the efficiency of the process can be increased.
한편, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성용 촉매 제조 장치에 따르면, 미세한 탄소나노튜브 합성용 촉매를 연속 공정으로 제조할 수 있고 장치 구조가 단순하여 대량 생산의 효율을 더욱 향상시킬 수 있고 공정을 단순화시킬 수 있다.Meanwhile, according to the apparatus for preparing carbon nanotube synthesis catalyst according to the present invention, the catalyst for synthesizing fine carbon nanotubes can be manufactured in a continuous process and the device structure is simple to further improve the efficiency of mass production and simplify the process. You can.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. As described above, the present invention has been described by way of a limited embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and variations from this description. Do. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.
Claims (15)
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KR1020060057239A KR20080000033A (en) | 2006-06-26 | 2006-06-26 | Method of manufacturing catalyst for synthesis of carbon nanotubes and apparatus for manufacturing the same |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2006
- 2006-06-26 KR KR1020060057239A patent/KR20080000033A/en not_active Application Discontinuation
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