KR20080016138A - 탄소나노화이버의 제조 방법 및 이의 제조 장치 - Google Patents

탄소나노화이버의 제조 방법 및 이의 제조 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20080016138A
KR20080016138A KR1020060077848A KR20060077848A KR20080016138A KR 20080016138 A KR20080016138 A KR 20080016138A KR 1020060077848 A KR1020060077848 A KR 1020060077848A KR 20060077848 A KR20060077848 A KR 20060077848A KR 20080016138 A KR20080016138 A KR 20080016138A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reaction solution
precursor
carbon
carbon nanofiber
unit
Prior art date
Application number
KR1020060077848A
Other languages
English (en)
Inventor
정준희
최준호
이진호
Original Assignee
삼성코닝 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성코닝 주식회사 filed Critical 삼성코닝 주식회사
Priority to KR1020060077848A priority Critical patent/KR20080016138A/ko
Priority to US11/513,413 priority patent/US20100143235A1/en
Publication of KR20080016138A publication Critical patent/KR20080016138A/ko

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/127—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by thermal decomposition of hydrocarbon gases or vapours or other carbon-containing compounds in the form of gas or vapour, e.g. carbon monoxide, alcohols
    • D01F9/133—Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0004—Apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of nanostructural devices or systems or methods for manufacturing the same
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0009—Forming specific nanostructures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 촉매 전구체 및 담지(擔持) 전구체를 탄소화합물 용매에 분산시켜 반응용액을 준비하는 단계, 상기 반응용액을 무화(霧化) 시키는 단계, 상기 무화된 반응용액을 열분해 시켜 탄소나노화이버 입자를 형성하는 단계, 및 상기 탄소나노화이버 입자를 수거하는 단계를 포함하는 탄소나노화이버의 제조 방법을 제공한다. 상기 탄소나노화이버의 제조 방법에 의하면 연속적 및 일괄적으로 탄소나노화이버를 대량 생산할 수 있어, 공정효율이 매우 우수하다.

Description

탄소나노화이버의 제조 방법 및 이의 제조 장치 {Method of Manufacturing Catalyst for Synthesis of Carbon Nanofiber and Apparatus for Manufacturing the Same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노화이버의 제조 장치를 개념적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노화이버의 제조 장치를 개념적으로 도시한 단면도이다.
<도면의 부호에 대한 간단한 설명>
51, 53, 61, 63, 65: 이송관 110, 210: 반응용액 생성 유닛
112: 교반기 120: 노즐 분사 장치
220: 초음파 분무 장치 130, 230: 열분해 반응 유닛
132, 232: 히터 134, 234: 열분해 반응로
140, 240: 수거 유닛 142, 242: 수거부
144, 244: 차단 필터 146, 246: 가스 배출구
본 발명은 탄소나노화이버의 제조 방법 및 이의 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수 nm ~ 수 ㎛ 정도로 미세하게 분말화된 탄소나노화이버 입자를 효과적으로 대량 생산할 수 있는 탄소나노화이버의 제조 방법 및 상기 제조 방법을 연속 공정 및 일괄 공정으로 효율적으로 구현할 수 있는 제조 장치에 관한 것이다.
탄소나노튜브 또는 탄소나노화이버는 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.
상기 탄소나노화이버를 합성하는 방법으로는 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 탄소나노화이버를 제조하며, 이때 사용하는 전이금속은 원료인 탄화수소 가스를 분해시키는 촉매로 작용하는 동시에 탄소나노튜브의 핵 생성 역할을 한다.
그러나 상기 기상 합성법을 통한 탄소나노화이버의 합성을 위해서는, 필요한 촉매의 제조와 그 제조된 촉매를 기상 합성 반응로에 투입한 후 탄소 원료 가스와의 반응을 통한 2단계 공정이 필요하다.
따라서, 아직까지 일괄 또는 연속 공정에 의한 탄소나노화이버를 제조하는 방법은 알려진 바 없다.
본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 문제점들을 감안한 것으로서, 수 nm ~ 수 ㎛ 정도로 미세하게 분말화된 탄소나노화이버 입자를 효율적으로 대량 생산할 수 있는 탄소나노화이버의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 제조 방법을 연속 공정 및 일괄 공정에 의하여 효율적으로 구현할 수 있는 탄소나노화이버 제조 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 탄소나노화이버의 제조 방법은 촉매 전구체, 담지(擔持) 전구체 및 탄소화합물 용매로 이루어진 혼합용액을 무화(霧化)한 후 열분해시켜 탄소나노화이버를 제조함을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 특징에 따라 탄소나노화이버의 제조를 위해서는, 우선 촉매 전구체 및 담지(擔持) 전구체를 탄소화합물 용매에 분산시켜 반응용액을 준비한다. 상기 반응용액은 소정의 방법으로 무화된다. 상기 무화된 반응용액은 열분해되어 탄소나노화이버 입자를 형성한다. 상기 형성된 탄소나노화이버 입자는 소정의 수거 방법에 의하여 수거된다.
상기 촉매 전구체로서는, 철, 니켈, 코발트, 팔라듐, 텅스텐, 크롬 및 이리듐 등의 금속을 함유한 금속 염이 사용된다. 또한, 상기 금속 염은 수화물 형태로 존재할 수도 있다.
상기 촉매 전구체로서, 몰리브덴 금속염, 몰리브덴산(molibdic acid) 등의 부촉매가 더 사용될 수 있다.
상기 탄소화합물 용매는 알코올, 벤젠 등의 알코올계 화합물 또는 방향족 탄소 화합물을 포함할 수 있다. 상기 반응용액 내의 촉매 전구체의 농도는 0.1M 내지 10M인 것이 바람직하다.
상기 반응용액의 무화는 노즐 분무 방식 또는 초음파 분무 방식 등에 의하여 이루어질 수 있다.
한편, 상기 무화된 반응용액의 열분해는 700 내지 1200℃의 온도 하에서 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 특징에 따른 탄소나노화이버 제조 장치는, 촉매 전구체, 담지 전구체 및 탄소화합물 용매를 혼합 및 교반하여 반응용액을 생성하는 용액 생성 유닛, 상기 용액 생성 유닛으로부터 상기 반응용액을 제공 받아 상기 반응용액을 무화시키기 위한 무화 유닛, 상기 무화 유닛으로부터 무화된 반응용액을 제공 받아 상기 무화된 반응용액을 열분해 시켜 분말화된 탄소나노화이버 입자를 생성하는 열분해 반응 유닛, 및 상기 분말화된 탄소나노화이버 입자를 수거하는 수거 유닛을 포함한다.
상기 무화 유닛으로서는, 노즐 분무 장치 또는 초음파 분무 장치 등이 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명을 자세하게 설명하도록 한다.
탄소나노화이버의 제조 방법
본 발명에 따른 탄소나노화이버의 제조 방법은 i) 촉매 전구체 및 담지(擔持) 전구체를 탄소화합물 용매에 분산시켜 반응용액을 준비하는 단계, ii) 상기 반응용액을 무화(霧化) 시키는 단계, iii) 상기 무화된 반응용액을 열분해시켜 탄소나노화이버 입자를 형성하는 단계, 및 iv) 상기 탄소나노화이버 입자를 수거하는 단계를 포함한다.
상기 열분해 단계에서, 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 결합되어 촉매-담지체를 형성한다. 이어서, 상기 촉매-담지체는 상기 탄소화합물의 반응을 유도하여 분말 상의 탄소나노화이버를 형성하게 된다.
보다 구체적으로, 최종 산물인 탄소나노화이버 입자는 상기 촉매-담치체와 결합된 형태로 수거된다.
상기 촉매 전구체는 전이금속을 함유하며, 상기 촉매 전구체로서는 철, 니켈, 코발트, 팔라듐, 텅스텐, 크롬, 이리듐 등의 전이금속을 함유하는 금속 염을 들 수 있다. 상기 금속 염은 용해되기 전에 수화물 형태로 존재한다. 즉, 상기 촉매 전구체는 처음에는 Fe(NO3)2ㆍ9H2O, Ni(NO3)2ㆍ6H2O, Co(NO3)2ㆍ6H2O 등의 수화물의 형태를 갖는다.
상기 촉매 전구체는 몰리브덴산, 몰리브덴 금속 염 등의 몰리브덴계 화합물 등의 부촉매를 더 포함할 수 있다. 상기 몰리브덴 금속 염의 예로서는, (NH4)6Mo7O24 ㆍ4H2O 등을 들 수 있다.
또한, 상기 전이금속을 담지하기 위한 전구체로서는, 알루미늄, 마그네슘, 실리콘 등의 원소를 포함하는 산화물 또는 질산화물이 사용될 수 있으며, 이들의 수화물 형태로 존재할 수도 있다. 구체적으로, 상기 담지 전구체의 예로서는, 질산 마그네슘 등의 마그네슘 금속 염을 들 수 있고, 구체적으로는 Mg(NO3)3ㆍ6H2O 등이 사용될 수 있다. 상기 담지 전구체는 열분해 과정 중에, 분해되어 산화물 형태의 담지체로 전환되며, 촉매와 결합되어 촉매-담지체를 형성한다. 구체적으로는, 산화물-전이금속 결합체를 형성하게 된다. 상기 촉매-담지체는 전체로서 촉매로 작용하여 탄소화합물을 탄소나노화이버로 합성시키는 역할을 한다. 상기 일련의 과정은 열분해 과정 중에 일괄적으로 일어난다.
상기 탄소화합물 용매로서는, 알코올, 벤젠 등의 상온-액상형인 알코올계 화합물, 방향족 탄소 화합물 등이 사용될 수 있다. 상기 탄소화합물은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
상기 반응용액 내의 촉매 전구체의 농도가 0.1M 미만이면, 탄소나노화이버의 합성 반응이 원활하게 이루어질 수 없고, 반면에 상기 농도가 10M을 초과하면, 원하지 않는 부반응 생성물 또는 비정질 탄소 등이 생길 수 있다.
다른 관점에서, 상기 촉매 전구체의 농도가 10M을 초과하면, 전구체들의 농도가 상대적으로 너무 크게 되므로 노즐 문무 또는 초음파 분무 과정을 통하여 상기 반응용액이 충분히 무화(霧化)되지 않을 수 있고, 반면에 0.1M 미만이면, 후속 공정의 공정 효율이 급격히 저하될 우려가 있다.
따라서, 상기 반응용액 내의 촉매 전구체의 농도는 0.1M 내지 10M인 것이 바람직하다.
한편, 촉매 전구체 및 담지 전구체는 선택된 전구체 물질의 종류와 최종적으로 얻고자 하는 탄소나노화이버의 형상, 수율 등에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
상기 촉매 전구체 및 담지 전구체는 상기 탄소화합물 용매에 1 내지 2시간 동안 충분히 용해됨으로써, 탄소나노화이버 합성 반응을 위한 반응용액이 준비될 수 있다.
상기 용해 과정 동안 균일한 혼합을 위하여 상기 용액을 충분히 교반하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 용해 과정은 상온에서 이루어진다.
상기 반응용액이 준비되면, 상기 반응용액은 노즐 분무 장치 또는 초음파 분무 장치 등에 의하여 무화된다.
상기 노즐 분무 방식에 의한 무화는, 상기 반응용액을 짧은 시간 동안 미세 분무화할 수 있는 장점이 있으나, 제조되는 탄소나노화이버의 형상의 균일도가 다소 떨어지는 단점이 있다. 반면에, 초음파 분무 방식에 의하면, 무화시간은 상대적으로 오래 걸릴 수 있으나 제조되는 탄소나노화이버의 형상이 균일한 장점이 있다.
노즐 분무 방식, 초음파 분무 방식 이외에도, 의도하는 공정의 특성에 따라 당업자 수준에서 다양한 무화 방식이 채용될 수 있을 것이다.
상기 열분해 과정에서, 상기 반응용액 내의 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. 또한, 이어서 탄소화합물 성분은 용매와 촉매로서의 전이금속-산화물 결합체에 의한 촉매반응에 의하여 탄소나노화이버로 합성될 수 있다.
상기 열분해 온도가 700℃ 미만이면, 전이금속 전구체와 탄소화합물 용매가 잘 분해되지 않아, 미분해 성분이 잔존할 수 있고 이로 인하여 용매가 응축되는 현상이 발생될 수 있다. 반면에, 상기 열분해 온도가 1200℃를 초과하면, 생성되는 탄소나노화이버의 형상이 불균일해 지거나, 원치 않는 부반응 산물이 발생될 수 있다.
따라서, 상기 열분해 온도는 700 내지 1200℃인 것이 바람직하다.
생성된 분말 형태의 탄소나노파이버는 열분해 과정 중에 생성되는 가스 성분과 분리되어 수거되어 짐으로써, 본 발명에 따른 탄소나노화이버가 분리될 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 탄소나노화이버는 수 nm ~ 수 ㎛의 균일한 크기를 갖는다.
이하 구체적인 실시예를 들어 본 발명의 탄소나노화이버의 제조 방법을 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 한정되는 것은 아니다. 　
[실시예 1]
Fe(NO3)2ㆍ9H2O, MoO3, MgO을 Fe:Mo:Mg의 원자비가 19:1:80이 되도록 에탄올 5L로 용해 및 분산시킨 후, 분산기를 사용하여 상온에서 균일하게 혼합하였다. 이어서, 노즐 분무 장치(스프레이 분무기)에 상기 혼합 용액을 주입하면서, 750℃에서 예열된 열 반응기내로 분무가스(질소)를 사용하여 35L/min 속도로 분무시킨 후, 반응 완료 후에 검은색의 미세한 분말을 수득하였다. 상기 검은색 분말은 외경 20 ~ 50 nm의 탄소나노화이버로 확인되었다. 상기 탄소나노화이버에는 담지체에 담지된 촉매가 결합되어 있는 것으로 확인되었다.
　이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노화이버의 제조 장치를 설명하도록 한다.
탄소나노화이버 제조 장치
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노화이버의 제조 장치를 개념적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 탄소나노화이버 제조 장치는 용액 생성 유닛(110), 무화 유닛(120), 열분해 반응 유닛(130) 및 수거 유닛(140)을 포함한다.
상기 용액 생성 유닛(110)에서는, 촉매 전구체, 담지(擔持) 전구체 및 탄소화합물로 이루어진 용매가 혼합 및 교반되어 반응용액이 준비된다. 본 실시예에서, 상기 용액 생성 유닛(110)은 용액 생성을 보다 효율적으로 수행하기 위하여 교반기(112)를 포함한다.
상기 무화 유닛(120)은 상기 용액 생성 유닛(110)에서 준비된 반응용액을 공급 받아, 상기 반응용액을 무화(霧化) 시킨다. 따라서 상기 반응용액은 무화된 형태의 미세한 입자들로 전환될 수 있다. 상기 무화 유닛(120)은 분무 가스 유입구(122)를 포함한다. 상기 분무 가스 유입구(122)를 통하여는, 상기 열분해 반응 유닛(130)으로 용이하게 배출될 수 있도록 하는 분무 가스가 유입된다. 상기 분무 가스에 의하여 상기 무화된 반응용액은 상기 열분해 반응 유닛(130)으로 이동할 수 있다. 상기 분무 가스로는 질소 가스 등이 사용될 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 무화 유닛(120)으로서, 노즐 분무 장치가 사용된다. 상기 노즐 분무 장치는 좁은 노즐을 통과하는 고압력의 반응용액의 압력을 급격하게 낮추어 줌으로써(열분해 반응 유닛(130)으로 배출되면서), 상기 반응용액을 무화 시키는 것이다.
상기 용액 생성 유닛(110)에서 생성된 상기 반응용액은 제1 이송관(51)에 의하여 상기 노즐 분무 장치(120)으로 이송된다.
상기 노즐 분무 장치(120)에서 무화된 혼합 용액은 열분해 반응 유닛(130)에 제공된다. 상기 열분해 반응 유닛(130)은 상기 노즐 분무 장치(120)를 통과한 입자상의 반응용액을 열분해 시킴으로써, 소결 과정을 통하여 분말상의 전구체-촉매 결합체를 생성한다. 또한, 이와 동시에 상기 탄소화합물 용매와 상기 전구체-촉매 결합체는 촉매 반응함으로써, 탄소나노화이버가 생성된다. 기타, 가스 성분이 발생될 수 있다. 상기 열분해 반응 유닛(130) 내부의 유동 가스의 속도는 20 내지 100 L/min 내지 30 내지 70 L/min으로 유지되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 열분해 반응 유닛(130) 내부의 반응 온도는 700 내지 1200℃로 유지되는 것이 바람직하다. 상기 반응 온도가 700℃ 미만인 경우에는, 전이금속 전구체가 완전히 분해되지 않을 수 있고, 반면에 1200℃를 초과하는 경우 유속이 저하되어 상기 수거 유닛(140)에서 일부 용매가 응축될 수 있다.
상기 열분해 반응 유닛(130)은 상기 무화된 반응용액이 공급되기 전에 상기 제시된 온도 범위 내의 특정 온도로 예열되는 것이 바람직하다.
상기 열분해 반응 유닛(130)은 히터(132) 및 열분해 반응로(134)를 포함하고, 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 반응용액이 열분해 및 반응하여 분말화된 탄소나노화이버가 생성된다. 상기 반응의 결과로 생성된 부산물 가스는 상기 수거 유닛(140)으로 이송된다.
상기 열분해 반응 유닛(130) 및 상기 수거 유닛(140)은 제2 이송관(53)에 의하여 공간적으로 연결되어 있다.
상기 수거 유닛(140)은 상기 열분해 반응 유닛(130)에서 생성된 탄소나노화이버, 부산물 가스 및 분무 가스를 제공받는다. 상기 수거 유닛(140)은 상기 탄소나노화이버 분말은 수거하고 상기 부산물 가스 및 분무 가스는 외부로 방출한다.
상기 수거 유닛(140)은 수거부(142), 차단 필터(144) 및 가스 배출구(146)를 포함한다.
상기 차단 필터(144)는 부산물 가스 및 분무 가스는 통과 시키고 입자상의 반응생성물은 차단하는 역할을 한다. 따라서 차단된 분말상의 반응 생성물은 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.
보다 구체적으로, 상기 수거부(142)에 수거된 분말상의 반응 생성물인 생성된 탄소나노화이버에는 촉매가 담지된 촉매-담지체가 결합되어 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노화이버의 제조 장치를 개념적으로 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 탄소나노화이버의 제조 장치는 용액 생성 유닛(210), 초음파 분무 장치(220), 열분해 반응 유닛(230) 및 수거 유닛(140)을 포함한다.
본 실시예에 따른 탄소나노화이버 제조 장치는 노즐 분무 장치 대신, 초음파 분무 장치(220)을 사용하는 것 외에 도 1의 탄소나노화이버 제조장치와 거의 동일하므로, 차이점 위주로 설명하도록 한다.
상기 초음파 분무 장치(220)는 상기 용액 생성 유닛(110)에서 준비된 반응용액을 공급 받아, 상기 반응용액을 무화(霧化) 시킨다. 따라서 상기 반응용액은 미세한 입자(5)들로 전환될 수 있다. 상기 초음파 분무 장치(220)는 제1 캐리어 가스 주입구(226)을 포함한다. 상기 제1 캐리어 가스 주입구(226)로는 상기 무화된 반응용액을 이동시키기 위한 캐리어 가스가 주입된다. 상기 캐리어 가스의 주입으로 인하여 상기 무화된 반응용액은 상기 열분해 반응 유닛(230)으로 이동할 수 있다. 상 기 캐리어 가스로는 질소 가스 등이 사용될 수 있다.
상기 용액 생성 유닛(210)에서 생성된 상기 반응용액은 제1 이송관(61)에 의하여 상기 초음파 분무 장치(220)으로 수송된다.
상기 초음파 분무 장치(220)에서 무화된 반응용액은 제2 이송관(63)에 의하여 상기 열분해 반응 유닛(230)으로 수송된다.
상기 제2 캐리어 가스 주입구(236)으로는, 상기 제1 캐리어 가스 주입구(226)와 마찬가지로 질소 가스 등의 캐리어 가스가 주입된다. 상기 제2 캐리어 가스 주입구(236)는 열분해 반응로(232)의 일 측에 형성되어 있다. 주입된 캐리어 가스는 열분해 결과물인 탄소나노화이버 등의 반응 산물 및 기타 가스 성분들을 상기 수거 유닛(240)으로 이송시킨다.
상기 열분해 반응 유닛(230) 및 상기 수거 유닛(240)은 제3 이송관(65)에 의하여 공간적으로 연결되어 있다. 이하의 중복된 설명은 생락하도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전이금속과 담지체 성분이 포함된 화합물을 탄소원료를 함유하고 있는 용매에 분산, 용해하여 탄소나노화이버 제조 용액을 제조하고, 이를 노즐 분무 장치 또는 초음파 분무 장치를 사용하여 고온의 반응로에 빠르게 다량 주입하여 미세 분무화시켜 전이금속 전구체는 분해되어 담지체에 담지되어 탄소나노화이버를 형성하는 동시에 탄소원료를 포함하는 용매가 상기 합성 촉매와 빠르게 반응하여 탄소나노화이버 입자가 제조 되는 일괄 처리 공정을 제시한다. 최종 수득되는 상기 탄소나노화이버 입자는 촉매-담지체가 결합되어 있는 형태로 수거된다.
따라서, 본 발명에 따른 탄소나노화이버의 제조 방법에 따르면, 수 nm 내지 수 ㎛의 입자 크기를 갖는 탄소나노화이버를 대량으로 생산할 수 있다.
또한, 연속된 일 공정에 의하여 일괄적으로 탄소나노화이버를 제조할 수 있어 공정의 단순화가 가능하고 공정 효율이 대폭 향상될 수 있다.
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.

Claims (13)

  1. 촉매 전구체, 담지(擔持) 전구체 및 탄소화합물 용매로 이루어진 혼합용액을 무화(霧化)한 후 열분해시켜 탄소나노화이버를 제조하는 탄소나노화이버의 제조 방법.
  2. 촉매 전구체 및 담지(擔持) 전구체를 탄소화합물 용매에 분산시켜 반응용액을 준비하는 단계;
    상기 반응용액을 무화(霧化) 시키는 단계;
    상기 무화된 반응용액을 열분해시켜 탄소나노화이버 입자를 형성하는 단계; 및
    상기 탄소나노화이버 입자를 수거하는 단계를 포함하는 탄소나노화이버의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 촉매 전구체는 철, 니켈, 코발트, 팔라듐, 텅스텐, 크롬 및 이리듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 함유한 금속 염인 것을 특징으로 하는 탄소나노화이버의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 금속 염은 수화물 형태로 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 탄소나노화이버의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 촉매 전구체는 몰리브덴 금속염 및 몰리브덴산(molibdic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 부촉매 전구체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노화이버의 제조 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 담지 전구체는 알루미늄, 마그네슘 및 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 염 형태의 화합물인 것을 특징으로 하는 탄소나노화이버의 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 탄소화합물 용매는 알코올계 화합물 또는 방향족 탄소 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노화이버의 제조 방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 반응용액 내의 촉매 전구체의 농도는 0.1M 내지 10M인 것을 특징으로 하는 탄소나노화이버의 제조 방법.
  9. 제2항에 있어서, 상기 반응용액의 무화는 노즐 분무 방식 또는 초음파 분무 방식에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노화이버의 제조 방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 무화된 반응용액의 열분해는 700 내지 1200℃의 온도 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노화이버의 제조 방법.
  11. 제2항에 있어서, 상기 탄소나노화이버 입자는 촉매 전구체 및 담지 전구체의 열분해로부터 형성된 촉매-담지체와 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 탄소나노화이버의 제조 방법.
  12. 촉매 전구체, 담지 전구체 및 탄소화합물 용매를 혼합 및 교반하여 반응용액을 생성하는 용액 생성 유닛;
    상기 용액 생성 유닛으로부터 상기 반응용액을 제공 받아 상기 반응용액을 무화시키기 위한 무화 유닛;
    상기 무화 유닛으로부터 무화된 반응용액을 제공 받아 상기 무화된 반응용액을 열분해 시켜 분말화된 탄소나노화이버 입자를 생성하는 열분해 반응 유닛; 및
    상기 분말화된 탄소나노화이버 입자를 수거하는 수거 유닛을 포함하는 탄소나노화이버 제조 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 무화 유닛은 노즐 분무 장치 또는 초음파 분무 장치인 것을 특징으로 하는 탄소나노화이버 제조 장치.
KR1020060077848A 2006-08-17 2006-08-17 탄소나노화이버의 제조 방법 및 이의 제조 장치 KR20080016138A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060077848A KR20080016138A (ko) 2006-08-17 2006-08-17 탄소나노화이버의 제조 방법 및 이의 제조 장치
US11/513,413 US20100143235A1 (en) 2006-08-17 2006-08-31 Method of manufacturing carbon nanofiber and apparatus for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060077848A KR20080016138A (ko) 2006-08-17 2006-08-17 탄소나노화이버의 제조 방법 및 이의 제조 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080016138A true KR20080016138A (ko) 2008-02-21

Family

ID=39384310

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060077848A KR20080016138A (ko) 2006-08-17 2006-08-17 탄소나노화이버의 제조 방법 및 이의 제조 장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20100143235A1 (ko)
KR (1) KR20080016138A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101286751B1 (ko) * 2012-01-12 2013-07-16 주식회사 제이오 분사를 이용한 연속식 탄소섬유 또는 탄소나노튜브가 융합된 탄소섬유 제조 장치 및 방법
KR101440417B1 (ko) * 2012-10-11 2014-09-15 주식회사 효성 초음파 열분해법을 이용한 탄소나노튜브 합성용 촉매의 제조방법 및 그로부터 제조된 촉매를 이용한 탄소나노튜브

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101241034B1 (ko) * 2010-08-10 2013-03-11 금호석유화학 주식회사 분무 열분해 방법을 이용한 고수율 탄소나노튜브 합성용 촉매조성물의 제조 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6514897B1 (en) * 1999-01-12 2003-02-04 Hyperion Catalysis International, Inc. Carbide and oxycarbide based compositions, rigid porous structures including the same, methods of making and using the same
AU2002247579B2 (en) * 2001-03-26 2006-09-28 National Research Council Of Canada Process and apparatus for synthesis of nanotubes
DE60230514D1 (de) * 2001-06-28 2009-02-05 Showa Denko Kk Verfahren zur herstellung von kohlefasern durch direktabscheidung aus einem gas (vgcf)
US6656339B2 (en) * 2001-08-29 2003-12-02 Motorola, Inc. Method of forming a nano-supported catalyst on a substrate for nanotube growth
US7981396B2 (en) * 2003-12-03 2011-07-19 Honda Motor Co., Ltd. Methods for production of carbon nanostructures

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101286751B1 (ko) * 2012-01-12 2013-07-16 주식회사 제이오 분사를 이용한 연속식 탄소섬유 또는 탄소나노튜브가 융합된 탄소섬유 제조 장치 및 방법
KR101440417B1 (ko) * 2012-10-11 2014-09-15 주식회사 효성 초음파 열분해법을 이용한 탄소나노튜브 합성용 촉매의 제조방법 및 그로부터 제조된 촉매를 이용한 탄소나노튜브

Also Published As

Publication number Publication date
US20100143235A1 (en) 2010-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101384358B (zh) 催化剂的连续制备方法
JP4781674B2 (ja) 熱分解によりカーボンナノチューブまたは窒素ドープされたカーボンナノチューブを蒸着するための方法および装置
CN100391831C (zh) 制备碳纳米笼的方法
CN101531362B (zh) 一种以含碳复合物为催化剂一步生长碳纳米管的方法
US10179739B2 (en) Catalytic method for multi-wall carbon nanotubes
CN101808738A (zh) 制备碳纳米管生产用的催化剂的方法
KR20100100890A (ko) 질소 도핑된 탄소 나노튜브의 제조 방법
CN104995134B (zh) 生产碳纳米结构的方法及装置
KR101876293B1 (ko) 다중벽 탄소나노튜브 대량 생산을 위한 연속적 제조 공정 및 탄소나노튜브 제조용 촉매
KR20070110739A (ko) 탄소나노튜브 합성용 촉매의 제조 방법 및 이의 제조 장치
WO2022089671A1 (zh) 复合型纳米碳材料的制备方法及复合型纳米材料
JP2021175705A (ja) 複合品を製造するシステム及び方法
KR20080000033A (ko) 탄소나노튜브 합성용 촉매의 제조 방법 및 이의 제조 장치
US20100016148A1 (en) Process for preparing catalyst for synthesis of carbon nanotubes using spray pyrolysis
KR20080016138A (ko) 탄소나노화이버의 제조 방법 및 이의 제조 장치
EP1407064B1 (en) Method for producing vapor grown carbon fiber
RU2391289C2 (ru) Способ приготовления азотсодержащего углеродного материала нанотрубчатой структуры
CN113559942A (zh) 一种负载型催化剂的制备方法及负载型催化剂
CN102557006A (zh) 一种无金属残留碳纳米管的连续制备方法
WO2023173357A1 (zh) 一种薄壁碳纳米管的合成方法
KR101440417B1 (ko) 초음파 열분해법을 이용한 탄소나노튜브 합성용 촉매의 제조방법 및 그로부터 제조된 촉매를 이용한 탄소나노튜브
JP4156978B2 (ja) 炭素繊維の製造方法
CN103624270A (zh) 利用同时气化法的多组分金属混杂纳米复合物制作方法及制作的多组分金属混杂纳米材料
CN116002667A (zh) 一种在纳米零价铁上直接生长碳纳米管的方法
CN117626221A (zh) 一种浮动催化剂化学气相沉积法制备单壁碳纳米管的装置

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid