KR20100054036A - Continuous preparation of surface-modified nanoparticles using supercritical fluids and surface-modified nanoparticles prepared thereby - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for sequentially manufacturing a nanoparticle of which surface is modified is provided to massively produce nanoparticles by performing nanoparticle generation and surface modification. CONSTITUTION: A method for sequentially manufacturing a nanoparticle of which surface is modified comprises: a dissolving particle precursor and surface modifying agent in alcohol to produce a particle precursor solution and surface modifying solution; a step of continuously introducing the particle precursor solution, surface modifying solution, and alcohol in a reactor of high temperature and pressure under critical condition to obtain surface-modified nanopaticles; and a step of cooling the nanopaticles.

Description

초임계 유체를 이용한 표면 개질된 나노 입자의 연속 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 표면 개질된 나노 입자{CONTINUOUS PREPARATION OF SURFACE-MODIFIED NANOPARTICLES USING SUPERCRITICAL FLUIDS AND SURFACE-MODIFIED NANOPARTICLES PREPARED THEREBY}CONTINUOUS PREPARATION OF SURFACE-MODIFIED NANOPARTICLES USING SUPERCRITICAL FLUIDS AND SURFACE-MODIFIED NANOPARTICLES PREPARED THEREBY}

본 발명은 열전달 유체 내의 분산성이 우수한 나노 입자를 빠른 속도로 연속 제조하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 표면 개질된 나노 입자에 관한 것이다.The present invention relates to a method of continuously producing nanoparticles having excellent dispersibility in a heat transfer fluid at a high speed and to surface modified nanoparticles prepared by the above method.

열교환기는 석유 정제 공장의 원유 분해시 이용되는 증류탑, 일반 공장에서 제품 제조시 설비를 가열 또는 냉각하는 공정, 폐액 회수 공정, 원자로 반응기 냉각 분야, 자동차 냉각 분야, 전자 장치 냉각 분야, 에어콘 및 냉장고 등의 가정용 전기 기구 등의 거의 모든 산업 분야에서 핵심 장치로 사용되고 있는 기기이다. 이들 기기는 막대한 에너지를 소비하는 장치임에도 불구하고 열교환기의 열교환 유체로 사용되는 물과 에틸렌글리콜의 열전도도가 낮다는 근본적인 문제로 인하여 열교환기의 효율 향상에 관한 연구가 큰 진전을 이루지 못하고 있는 실정이다.Heat exchangers include distillation towers used for the decomposition of crude oil in petroleum refining plants, processes for heating or cooling equipment when manufacturing products in general plants, waste liquid recovery processes, reactor reactor cooling, automotive cooling, electronic device cooling, air conditioners and refrigerators. It is a device that is used as a core device in almost all industrial fields such as household electric appliances. Although these devices consume a lot of energy, research on improving the efficiency of heat exchangers has not made much progress due to the fundamental problem of low thermal conductivity of water and ethylene glycol used as heat exchange fluids of heat exchangers. to be.

나노 유체 (nanofluid)란 물, 에틸렌글리콜 등의 기존의 열교환 유체 내에 나노 크기의 금속, 금속 산화물, 탄소 나노 튜브를 분산시킴으로써, 기존의 열교환 유체에 비하여 열전도도가 크게 향상된 유체를 말한다. 현재 나노 유체의 제조에 사용되는 나노 입자로서는 구리 (Cu), 은 (Ag), 알루미늄 (Al) 등의 금속 입자, 산화구리 (CuO), 알루미나 (Al2O3), 산화철 (Fe2O3) 등의 금속 산화물 입자, 및 탄소 나노 튜브 입자를 들 수 있다. Nanofluid refers to a fluid in which thermal conductivity is significantly improved compared to a conventional heat exchange fluid by dispersing nano-sized metals, metal oxides, and carbon nanotubes in existing heat exchange fluids such as water and ethylene glycol. Nanoparticles currently used in the manufacture of nanofluids include metal particles such as copper (Cu), silver (Ag), aluminum (Al), copper oxide (CuO), alumina (Al 2 O 3 ), and iron oxide (Fe 2 O 3). Metal oxide particles, such as a), and carbon nanotube particle | grains are mentioned.

나노 유체를 제조하는 방법으로서는, 나노 입자를 제조함과 동시에 이를 유체 내에 응축시켜 나노 유체를 제조하는 1 단계 방법 (one-step method)과, 나노 입자를 제조하는 단계와 그 제조된 나노 입자를 유체 내에 분산시키는 단계로 이루어지는 2 단계 방법 (two-step method)이 있다. 미국 특허 제6,221,275호에는 상기 1 단계 방법에 의한 나노 유체의 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 특허 문헌에는 유체 내에 분산시키고자 하는 물질을 고진공 챔버 내에 기화시키고 그 기화된 물질을 고진공 챔버 내에서 돌고 있는 증기압이 낮은 유체 내에 직접 응축시켜 나노 입자를 제조함과 동시에 유체 내에 분산시키는 기술이 기재되어 있다. 이 방법에 의하여 제조된 나노 유체는 입자의 분산성이 우수하지만, 제조 가능한 나노 입자의 종류가 극히 제한적이고, 나노 유체의 제조 시간이 매우 길고, 나노 입자가 회분식으로 제조되고, 챔버 내부가 고진공 상태로 유지되어야 하고, 고진공 챔버 전체가 회전을 하여야 한다는 점에서, 상기 방법은 나노 유체의 대량 생산 및 상업화에 부적합하다고 할 수 있다. 상기 2 단계 방법에는, 먼저 상용화된 나노 입자 제법인 기상법 등을 사용하여 나노 입자를 생성시키고, 유체의 pH 조절, 초음파 처리, 물리적 분산 안정제 투입, 화학적 표면 개질 등의 방법을 이용하여 생성된 나노 입자 의 유체 내의 분산성을 향상시킨 다음, 이를 유체 내에 분산시키는 방법이 있다. 상기 2 단계 방법은 분산성을 향상시키기 위한 다양한 노력에도 불구하고, 나노 입자의 고유 성질인 응집성으로 인하여 나노 입자를 유체 내에 분산시켰을 때 응집하여 침전하는 문제점이 있으며, 나노 유체 제조 중의 다수의 공정을 배치식으로 진행함으로써 제조 시간이 길고 비경제적이라는 단점이 있다. As a method of preparing a nanofluid, a one-step method of preparing a nanofluid by preparing nanoparticles and condensing it in a fluid, a step of preparing nanoparticles, and a method of manufacturing the nanoparticles There is a two-step method consisting of dispersing within. U. S. Patent No. 6,221, 275 discloses a method for producing nanofluid by the one step method. The patent document describes a technique for vaporizing a substance to be dispersed in a fluid in a high vacuum chamber and directly condensing the vaporized material in a low vapor pressure fluid spinning in the high vacuum chamber to produce nanoparticles and to disperse it in a fluid. It is. Although the nanofluid produced by this method has excellent dispersibility of particles, the types of nanoparticles that can be produced are extremely limited, the production time of the nanofluid is very long, the nanoparticles are prepared batchwise, and the inside of the chamber is in a high vacuum state. The method is inadequate for mass production and commercialization of nanofluids, in that it must be maintained at and the entire high vacuum chamber must be rotated. In the two-stage method, first, nanoparticles are produced using a commercially available nanoparticle manufacturing method, such as gas phase method, and nanoparticles produced using methods such as pH control of fluid, sonication, physical dispersion stabilizer, and chemical surface modification. There is a method of improving the dispersibility of the fluid in the fluid and then dispersing it in the fluid. In spite of various efforts to improve dispersibility, the two-step method has a problem of coagulation and precipitation when the nanoparticles are dispersed in a fluid due to the inherent properties of the nanoparticles. Proceeding batchwise has the disadvantage that the manufacturing time is long and uneconomical.

나노 입자를 우선 생성시킨 다음, 별도의 공정으로 나노 입자의 표면을 개질시키는 기존의 이중 공정으로는 기상법, 액상법, 기계화학법 등이 있다. 이 중 유동층 및 고정층 반응기를 이용하는 기상법의 경우, 100 nm 이하의 입자의 응집성으로 인하여 효율적이지 못하다. 액상법의 경우, 나노 입자의 고분산 상태에서 반응을 진행시키기 위하여 과량의 유기 용매에 소량의 나노 입자를 분산시켜 표면 개질을 수행하기 때문에 생산성이 낮고, 배치식 반응으로서 표면 개질의 균일성 확보가 쉽지 않으며, 장시간이 소요되고, 사용한 유기 용매를 후처리하는 경우 고비용이 소요되는 단점이 있다. 또한, 기계화학법의 경우, 볼밀링시 불순물의 혼입 가능성이 높고 균일한 표면 개질을 얻는 것이 곤란하며 장시간의 반응으로 비효율적이라는 단점이 있다.Conventional dual processes of first producing the nanoparticles and then modifying the surface of the nanoparticles in a separate process include a gas phase method, a liquid phase method, and a mechanical chemistry method. Among them, the gas phase method using a fluidized bed and a fixed bed reactor is not efficient due to the cohesiveness of particles of 100 nm or less. In the case of the liquid phase method, in order to advance the reaction in the highly dispersed state of the nanoparticles, since a small amount of the nanoparticles are dispersed in an excess of an organic solvent to perform surface modification, productivity is low, and it is easy to secure uniformity of the surface modification as a batch reaction. It does not take a long time, and there is a disadvantage in that a high cost is required when the used organic solvent is post-treated. In addition, in the case of the mechanical chemistry method, there is a disadvantage in that a high possibility of incorporation of impurities during ball milling, it is difficult to obtain uniform surface modification, and is inefficient due to a long time reaction.

본 발명의 목적은 초임계 유체를 사용하여 입자 전구체와 표면 개질제를 반응 장치 내에 연속 도입하여, 나노 입자의 생성과 생성된 나노 입자의 표면 개질을 동시에 수행함으로써, 기존의 나노 입자 생성 단계와 표면 개질 단계로 이루어진 이중 공정을 단일 공정화하고, 나노 입자의 제조를 연속 공정화하여, 대량 생산이 용이하고 생산성이 뛰어난 표면 개질된 나노 입자의 연속 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 표면 개질된 나노 입자를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to continuously introduce a particle precursor and a surface modifier into a reaction apparatus using a supercritical fluid, thereby simultaneously performing the generation of the nanoparticles and the surface modification of the produced nanoparticles, thereby producing a conventional nanoparticle generation step and surface modification. A single process of a dual process consisting of steps and a continuous process of the production of nanoparticles, thereby providing a method for continuous production of surface-modified nanoparticles that are easy to mass produce and have high productivity, and the surface-modified nanoparticles prepared by the above method. will be.

따라서, 본 발명자들은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 노력한 결과, 기존의 나노 입자 생성 단계와 표면 개질 단계로 이루어진 이중 공정을 단일 공정으로 단순화하고, 초임계 유체를 사용하여 연속화하여, 유체 내의 분산성이 우수한 나노 입자를 빠른 속도로 대량 생산할 수 있는 표면 개질된 나노 입자의 제조 방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have tried to solve the problems of the prior art as described above, and as a result, the dual process consisting of the existing nanoparticle generation step and the surface modification step is simplified into a single process, and a continuous process using a supercritical fluid, The present invention was completed by developing a method for preparing surface-modified nanoparticles capable of mass production of nanoparticles having excellent dispersibility within a high speed.

본 발명에서는, 표면 개질된 나노 입자의 제조 방법은 In the present invention, the method for producing surface-modified nanoparticles

(a) 알코올에 입자 전구체 및 표면 개질제를 용해시켜 입자 전구체 용액 및표면 개질제 용액을 제조하는 공정과, (a) dissolving the particle precursor and the surface modifier in alcohol to produce a particle precursor solution and a surface modifier solution;

(b) 상기 입자 전구체 용액 및 표면 개질제 용액과 알코올을 각각 초임계 조건하의 고온 고압 반응기에 연속 도입하여 표면 개질된 나노 입자를 생성시키는 공정과, (b) continuously introducing the particle precursor solution, the surface modifier solution and the alcohol into the high temperature and high pressure reactor under supercritical conditions, respectively, to produce surface modified nanoparticles;

(c) 상기 표면 개질된 나노 입자의 용액을 냉각시키는 공정과,(c) cooling the solution of the surface modified nanoparticles,

(d) 필터를 이용하여 상기 냉각된 용액으로부터 표면 개질된 나노 입자를 분리 및 회수하는 공정 (d) separating and recovering the surface-modified nanoparticles from the cooled solution using a filter

을 포함한다..

본 발명은 또한 상기 방법으로 제조된 표면 개질된 나노 입자에 관한 것이다. The present invention also relates to surface modified nanoparticles prepared by the above method.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 초임계 유체를 이용하여 입자 전구체 및 표면 개질제를 연속적으로 고온 고압 반응 장치 중에 도입하여 나노 크기의 입자를 생성시킴과 동시에 나노 입자의 표면을 화학적으로 개질함으로써 유체 내의 분산성이 우수한 나노 입자를 제조할 수 있다. 본 발명의 표면 개질된 나노 입자의 제조 방법은 기존의 나노 입자의 생성 단계와 표면 개질 단계의 이중 공정을 단일 공정으로 단순화하여 장치비 및 운전비가 저렴하고, 연속 제조 방법을 사용하기 때문에 대량 생산이 용이하며, 나노 입자가 빠른 속도로 제조되기 때문에 경제적이고, 여러 종류의 나노 입자를 생성시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 방법에 따라 제조된 나노 입자는 표면이 개질되어 열전달 유체 내의 분산성이 우수하다.As described above, according to the present invention, the supercritical fluid is used to continuously introduce the particle precursor and the surface modifier into the high temperature and high pressure reaction apparatus to generate nano-sized particles, and simultaneously chemically modify the surface of the nanoparticles. The nanoparticles which are excellent in dispersibility inside can be manufactured. The method for producing the surface-modified nanoparticles of the present invention simplifies the dual process of the production step and the surface modification step of the existing nanoparticles in a single process, thereby lowering the equipment cost and operation cost, and easy to mass-produce because it uses a continuous manufacturing method. In addition, since the nanoparticles are manufactured at a high speed, they are economical and have an advantage of generating various kinds of nanoparticles. In addition, the nanoparticles prepared according to the method of the present invention have a good surface dispersibility and excellent dispersibility in the heat transfer fluid.

본 발명에 따른 초임계 유체를 이용한 표면 개질된 나노 입자의 연속 제조 방법은,Continuous production method of surface-modified nanoparticles using a supercritical fluid according to the present invention,

(a) 알코올에 입자 전구체 및 표면 개질제를 용해시켜 입자 전구체 용액 및표면 개질제 용액을 제조하는 공정과, (a) dissolving the particle precursor and the surface modifier in alcohol to produce a particle precursor solution and a surface modifier solution;

(b) 상기 입자 전구체 용액 및 표면 개질제 용액과 알코올을 각각 초임계 조건하의 고온 고압 반응기에 연속 도입하여 표면 개질된 나노 입자를 생성시키는 공정과, (b) continuously introducing the particle precursor solution, the surface modifier solution and the alcohol into the high temperature and high pressure reactor under supercritical conditions, respectively, to produce surface modified nanoparticles;

(c) 상기 표면 개질된 나노 입자의 용액을 냉각시키는 공정과,(c) cooling the solution of the surface modified nanoparticles,

(d) 필터를 이용하여 상기 냉각된 용액으로부터 표면 개질된 나노 입자를 분리 및 회수하는 공정(d) separating and recovering the surface-modified nanoparticles from the cooled solution using a filter

을 포함한다. .

본 발명에 따른 방법은 초임계 유체를 이용한 연속 반응 장치를 구성하여, 입자 전구체와 표면 개질제를 연속적으로 반응 장치 내에 도입하여 직경이 1 내지 500 nm인 나노 입자를 생성시킴과 동시에 나노 입자의 표면을 화학적으로 개질하는 것이다. 특히, 본 발명에 의하여 표면 개질된 나노 입자를 제조하는 경우, 열전달 유체로 사용되는 에틸렌글리콜 내의 분산성이 우수한 나노 입자를 제조할 수 있다.The method according to the present invention constitutes a continuous reaction apparatus using a supercritical fluid, and continuously introduces a particle precursor and a surface modifier into the reaction apparatus to produce nanoparticles having a diameter of 1 to 500 nm and at the same time the surface of the nanoparticles. Chemical modification. In particular, when manufacturing the surface-modified nanoparticles according to the present invention, it is possible to produce nanoparticles with excellent dispersibility in ethylene glycol used as a heat transfer fluid.

상기 공정 (a)에서는, 입자 전구체와 표면 개질제를 알코올에 각각 용해시켜 입자 전구체 용액과 표면 개질제 용액을 별개로 제조할 수도 있고, 입자 전구체와 표면 개질제를 알코올에 함께 용해시켜 혼합 용액으로 제조할 수도 있다.In the step (a), the particle precursor and the surface modifier may be dissolved in alcohol, respectively, to separately prepare the particle precursor solution and the surface modifier solution, or the particle precursor and the surface modifier may be dissolved together in alcohol to prepare a mixed solution. have.

상기 입자 전구체는, 예컨대 마그네슘 (Mg), 알루미늄 (Al), 티타늄 (Ti), 망간 (Mn), 철 (Fe), 코발트 (Co), 아연 (Zn), 지르코늄 (Zr), 루테늄 (Ru), 로듐 (Rh), 은 (Ag), 팔라듐 (Pd), 백금 (Pt) 및 세륨 (Ce)으로 구성된 군에서 선택되는 금속의 화합물, 이들의 염, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니고 알코올에 용해되는 전구체이면 된다. 이러한 입자 전구체 화합물의 구체적인 예로서는, 질산세륨 (Ce(NO3)3), 질산아연 (Zn(NO3)2), 질산알루미늄 (Al(NO3)3), 질산마그네슘 (Mg(NO3)2), 황산티타늄 (Ti(SO4)2), 질산망간 (Mn(NO3)2), 질산철 (Fe(NO3)3), 황산철 (Fe(SO4)3), 질산코발트 (Co(NO3)2), 질산지르코늄 (Zr(NO3)4), 염화루테늄 (RuCl3), 염화로듐 (RhCl3), 질산은 (AgNO3), 질산팔라듐 (Pd(NO3)2), 질산백금 (Pt(NO3)2) 등이 있다. The particle precursor is, for example, magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), zinc (Zn), zirconium (Zr), ruthenium (Ru) , Compounds of metals selected from the group consisting of rhodium (Rh), silver (Ag), palladium (Pd), platinum (Pt) and cerium (Ce), salts thereof, and mixtures thereof. Although it is not limited to this, What is necessary is just a precursor which melt | dissolves in alcohol. Specific examples of such particle precursor compounds include cerium nitrate (Ce (NO 3 ) 3 ), zinc nitrate (Zn (NO 3 ) 2 ), aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ), magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 ), Titanium sulfate (Ti (SO 4 ) 2 ), manganese nitrate (Mn (NO 3 ) 2 ), iron nitrate (Fe (NO 3 ) 3 ), iron sulfate (Fe (SO 4 ) 3 ), cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 2 ), zirconium nitrate (Zr (NO 3 ) 4 ), ruthenium chloride (RuCl 3 ), rhodium chloride (RhCl 3 ), silver nitrate (AgNO 3 ), palladium nitrate (Pd (NO 3 ) 2 ), nitrate Platinum (Pt (NO 3 ) 2 ), and the like.

상기 알코올은, 예컨대 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 탄소 수가 1개 내지 5개 범위인 알코올이 특히 좋다. 만약 탄소 수가 상기 범위를 넘는 6개 이상인 알코올을 이용하면 입자 전구체의 용해도가 현저하게 감소할 수 있다.The alcohol may be selected from, for example, methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, and mixtures thereof, but is not limited thereto. Alcohols having a carbon number range from 1 to 5 are particularly preferred. If an alcohol having 6 or more carbon atoms in the above range is used, the solubility of the particle precursor may be significantly reduced.

상기 표면 개질제로서는, 알코올에 용해되며 나노 입자 표면의 히드록실기와 반응할 수 있는 유기 물질이면 특별한 제한은 없고, 좋기로는 카르복시산, 알데히드 및 아민 등이 있다. 표면 개질제의 구체적인 예로서는, 헥산산 (hexanoic acid, CH3(CH2)4COOH), 옥탄산 (octanoic acid, CH3(CH2)6COOH), 데칸산 (decanoic acid, CH3(CH2)8COOH), 도데칸산 (dodecanoic acid, CH3(CH2)10COOH), 테트라데칸산 (tetradecanoic acid, CH3(CH2)12COOH), 헵타데칸산 (hexadecanoic acid, CH3(CH2)14COOH), 옥타데칸산 (octadecanoic acid, CH3(CH2)16COOH), 올레산 (oleic acid, CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH), 리놀레산 (linoleic acid, CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH), 헥실아민 (hexylamine, CH3(CH2)5NH2), 옥틸아민 (octylamine, CH3(CH2)7NH2), 데실아민 (decylamine, CH3(CH2)9NH2), 도데실아민 (dodecylamine, CH3(CH2)11NH2), 테트라데카아민 (tetradecamine, CH3(CH2)13NH2), 헥사알데히드 (hexaldehyde, CH3(CH2)4CHO), 옥타알데히드 (octaldehyde, CH3(CH2)6CHO), 데카알데히드 (decaldehyde, CH3(CH2)8CHO), 도데카알데히드 (dodecaldehyde, CH3(CH2)10CHO), 테트라데카알데히드 (tetradecaldehyde, CH3(CH2)12CHO) 및 이들의 혼합물을 들 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다. The surface modifier is not particularly limited as long as it is an organic substance which is dissolved in alcohol and can react with hydroxyl groups on the surface of the nanoparticles, and preferably includes carboxylic acid, aldehyde, amine, and the like. Specific examples of surface modifiers include hexanoic acid (CH 3 (CH 2 ) 4 COOH), octanoic acid (CH 3 (CH 2 ) 6 COOH), decanoic acid, CH 3 (CH 2 ) 8 COOH), dodecanoic acid (CH 3 (CH 2 ) 10 COOH), tetradecanoic acid (CH 3 (CH 2 ) 12 COOH), heptadecanoic acid (CH 3 (CH 2 ) 14 COOH), octadecanoic acid (CH 3 (CH 2 ) 16 COOH), oleic acid, CH 3 (CH 2 ) 7 CH = CH (CH 2 ) 7 COOH), linoleic acid, CH 3 (CH 2 ) 4 CH = CHCH 2 CH = CH (CH 2 ) 7 COOH), hexylamine, CH 3 (CH 2 ) 5 NH 2 ), octylamine, CH 3 (CH 2 ) 7 NH 2 ), decylamine, CH 3 (CH 2 ) 9 NH 2 ), dodecylamine, CH 3 (CH 2 ) 11 NH 2 ), tetratradecaamine, CH 3 (CH 2 ) 13 NH 2 ), hexaaldehyde (hexaldehyde, CH 3 (CH 2 ) 4 CHO), octaaldehyde (octaldehyde, CH 3 (CH 2 ) 6 CHO), decaaldehyde (decaldehyde, CH 3 (CH 2 ) 8 CHO), dodecaal Dodecaldehyde, CH 3 (CH 2 ) 10 CHO, tetradecaaldehyde (tetradecaldehyde, CH 3 (CH 2 ) 12 CHO) and mixtures thereof, but are not limited thereto.

본 발명에 있어서, 알코올 중 입자 전구체의 농도는 특별한 제한은 없지만, 좋기로는 0.001 몰/ℓ 내지 1 몰/ℓ, 더 좋기로는 0.01 몰/ℓ 내지 0.5 몰/ℓ일 수 있다. 만약 입자 전구체의 농도가 상기 범위를 벗어나 0.001 몰/ℓ 미만이면 농도가 너무 희박하여 생산성이 낮아 경제성 악화를 초래할 수 있고, 입자 전구체의 농도가 1 몰/ℓ를 초과하면 농도가 너무 진하여 점도가 높아져 연속 흐름에 악영향을 미치고 그 결과 제조된 입자의 품질이 저하될 수 있다.In the present invention, the concentration of the particle precursor in the alcohol is not particularly limited, but may be preferably 0.001 mol / l to 1 mol / l, more preferably 0.01 mol / l to 0.5 mol / l. If the concentration of the particle precursor is less than 0.001 mol / l out of the above range, the concentration is too thin, resulting in low productivity due to low productivity, and if the concentration of the particle precursor exceeds 1 mol / l, the concentration is too high to give viscosity. Higher, adversely affecting continuous flow and as a result, the quality of the particles produced can be degraded.

본 발명에 있어서, 알코올 중 표면 개질제의 농도는 특별한 제한은 없지만, 좋기로는 0.001/ℓ 몰 내지 5 몰/ℓ, 더 좋기로는 0.01 몰/ℓ 내지 1 몰/ℓ일 수 있다. 만약 표면 개질제의 농도가 상기 범위를 벗어나 0.001 몰/ℓ 미만이면 농도가 너무 희박하여 효과적인 표면 개질을 수행할 수 없고, 표면 개질제의 농도가 5 몰/ℓ를 초과하면 농도가 너무 진하여 점도가 높아져 연속 흐름에 악영향을 미치고 그 결과 제조된 입자의 품질이 저하될 수 있다.In the present invention, the concentration of the surface modifier in the alcohol is not particularly limited, but may preferably be from 0.001 / L mol to 5 mol / L, more preferably from 0.01 mol / L to 1 mol / L. If the concentration of the surface modifier is outside the above range and less than 0.001 mol / l, the concentration is too thin to carry out effective surface modification. If the concentration of the surface modifier exceeds 5 mol / l, the concentration is too thick to increase the viscosity. It may adversely affect the continuous flow and as a result degrade the quality of the particles produced.

본 발명에 있어서, 초임계 유체 상태를 유지시키기 위하여, 반응 온도는 200℃ 내지 600℃, 좋기로는 250℃ 내지 400℃이고, 반응 압력은 20 bar 내지 500 bar, 좋기로는 50 bar 내지 500 bar인 반응기 중에서 입자 생성 및 표면 개질 반응이 수행될 수 있다. 반응 온도가 200℃ 미만, 반응 압력이 20 bar 미만일 경우 제조되는 나노 입자의 크기가 커지고 입자 크기 분포가 넓어지며 결정성이 감소되는 문제점이 있고, 반응 온도가 600℃ 초과, 반응 압력이 500 bar 초과일 경우 고온 고압을 유지시켜야 하기 때문에 경제성이 감소된다.In the present invention, in order to maintain the supercritical fluid state, the reaction temperature is 200 ℃ to 600 ℃, preferably 250 ℃ to 400 ℃, the reaction pressure is 20 bar to 500 bar, preferably 50 bar to 500 bar Particle generation and surface modification reactions can be carried out in a phosphorus reactor. If the reaction temperature is less than 200 ℃, the reaction pressure is less than 20 bar has a problem that the size of the nanoparticles to be prepared, the particle size distribution is widened and the crystallinity is reduced, the reaction temperature is more than 600 ℃, the reaction pressure is more than 500 bar In this case, economics are reduced because high temperature and high pressure must be maintained.

본 발명에 있어서, 상기 (c)의 냉각 공정에는 열교환기 등의 일반적인 방법을 사용할 수 있고, 상기 (d)의 분리 및 회수 공정에는 여과, 원심 분리 등의 방법을 사용할 수 있다. In the present invention, a general method such as a heat exchanger can be used for the cooling step of (c), and methods such as filtration and centrifugal separation can be used for the separation and recovery step of (d).

본 발명에서는, 상기 공정 (d) 이후에 표면 개질된 나노 입자를 세척 및 건조하는 공정을 더 수행할 수 있다. 세척 공정에는 유기 용매 세척 등의 일반적인 방법을 사용할 수 있고, 건조 공정에는 진공 건조, 오븐 건조, 냉동 건조 등의 방법을 사용할 수 있다. 상기 유기 용매로서는, 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로퓨란 등의 표면 개질제를 용해시키는 유기 용매가 사용될 수 있다.In the present invention, the step of washing and drying the surface-modified nanoparticles after the step (d) can be further performed. General methods, such as washing an organic solvent, can be used for a washing process, and methods, such as vacuum drying, oven drying, and freeze drying, can be used for a drying process. As the organic solvent, an organic solvent for dissolving surface modifiers such as methanol, ethanol and tetrahydrofuran can be used.

본 발명에 있어서, 표면 개질된 나노 입자의 직경은 1 nm 내지 500 nm, 좋기 로는 2 nm 내지 250 nm, 더 좋기로는 5 nm 내지 100 nm이다. 입자의 직경이 500 nm를 초과하는 경우 나노 크기의 미립자 성질이 크게 감소하여 분산성이 저하되고, 입자의 직경이 1 nm 미만인 경우 제조된 입자를 다루기 힘들뿐 아니라 입자간 응집력 증가로 인하여 역시 분산성이 저하될 수 있다.In the present invention, the diameter of the surface-modified nanoparticles is 1 nm to 500 nm, preferably 2 nm to 250 nm, more preferably 5 nm to 100 nm. When the diameter of the particles exceeds 500 nm, the nano-sized particulate properties are greatly reduced and the dispersibility is lowered. When the diameter of the particles is less than 1 nm, the dispersibility is not only difficult to handle, but also due to the increase of cohesion between particles. This can be degraded.

따라서, 상술한 방법으로 제조되는 본 발명에 따른 표면 개질된 나노 입자는 카르복시산, 알데히드, 아민 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상의 표면 개질제로 표면이 개질되어 있고 직경이 1 내지 500 nm인 세륨, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 망간, 철, 코발트, 지르코늄, 루테늄, 로듐, 은, 팔라듐 또는 백금, 이들의 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상의 나노 입자이다. Therefore, the surface-modified nanoparticles according to the present invention prepared by the above-described method is a surface modified with at least one surface modifier selected from carboxylic acids, aldehydes, amines and mixtures thereof, cerium having a diameter of 1 to 500 nm, At least one nanoparticle selected from zinc, aluminum, magnesium, titanium, manganese, iron, cobalt, zirconium, ruthenium, rhodium, silver, palladium or platinum, mixtures thereof.

도 1은 본 발명에 따라 초임계 유체를 이용하여 표면 개질된 나노 입자를 연속적으로 제조하기 위한 장치의 일례를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 표면 개질된 나노 입자의 연속 제조 장치는 고압 반응기(10), 고압 펌프(70,71), 히터(30), 예열기(31), 필터(50), 후방 압력 조절기(60), 입자 전구체 용액 및 표면 개질제 용액 저장 용기(80), 알코올 저장 용기(81)로 구성된다. 이하에서는 초임계 유체를 이용하여 표면 개질된 나노 입자를 연속적으로 제조하는 방법을 도 1 참조하여 구체적으로 설명한다. 1 illustrates an example of an apparatus for continuously producing surface modified nanoparticles using a supercritical fluid in accordance with the present invention. Continuous production apparatus for surface-modified nanoparticles according to the present invention is a high pressure reactor ( 10 ), high pressure pump ( 70 , 71 ), heater ( 30 ), preheater ( 31 ), filter ( 50 ), rear pressure regulator ( 60 ), And a particle precursor solution and a surface modifier solution storage container 80 , an alcohol storage container 81 . Hereinafter, a method of continuously preparing surface-modified nanoparticles using a supercritical fluid is shown in FIG. 1 . It demonstrates concretely with reference.

먼저, 입자 전구체와 표면 개질제를 알코올에 용해시킨 후, 이를 입자 전구체 용액 및 표면 개질제 용액 저장 용기(80)에 도입한다. 알코올 저장 용기(81) 중의 알코올을 고압 펌프(71)를 이용하여 고압 반응기(10) 중에 이송한다. 이때 고압 반응기 중에 도입되는 알코올의 온도는 예열기(20)를 이용하여 조절하고, 고압 반 응기의 온도는 히터(30)를 이용하여 조절하며, 고압 반응기의 압력은 후방 압력 조절기(60)를 이용하여 조절하여 고압 반응기에 도입되는 알코올을 초임계 유체 상태로 유지시킨다. 입자 전구체 용액 및 표면 개질제 용액을 소정의 온도 및 압력의 고압 반응기 중에 연속적으로 이송하여 상기 초임계 유체 상태의 알코올과 반응시킴으로써 표면 개질된 나노 입자를 제조한다. 그 결과 제조된 표면 개질된 나노 입자의 용액의 온도를 냉각기(40)를 이용하여 낮춘 다음, 필터(50)를 사용하여 상기 냉각된 용액으로부터 표면 개질된 나노 입자를 분리 및 회수한다.First, the particle precursor and the surface modifier are dissolved in alcohol, and then introduced into the particle precursor solution and the surface modifier solution storage container 80 . Alcohol in the alcohol storage container 81 is transferred into the high pressure reactor 10 using the high pressure pump 71 . At this time, the temperature of the alcohol introduced into the high pressure reactor is controlled by using a preheater ( 20 ), the temperature of the high pressure reactor is controlled by using a heater ( 30 ), the pressure of the high pressure reactor using a rear pressure regulator ( 60 ). Control to keep the alcohol introduced into the high pressure reactor in a supercritical fluid state. Surface-modified nanoparticles are prepared by continuously transferring a particle precursor solution and a surface modifier solution into a high pressure reactor at a predetermined temperature and pressure to react with the supercritical fluid alcohol. The temperature of the resulting solution of surface-modified nanoparticles is lowered using a cooler 40 , and then the filter 50 is used to separate and recover the surface-modified nanoparticles from the cooled solution.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더 상세하게 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오직 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것이고, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 한정되지 않는다는 것은 이 기술 분야의 숙련자에게 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for describing the present invention in detail, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples.

실시예 및 Examples and 비교예Comparative example

표면 개질된 나노 입자의 특성 분석Characterization of Surface Modified Nanoparticles

본 발명의 제조 방법에 의하여 제조한 나노 입자의 표면 개질 여부를 확인하기 위하여 듀퐁 (DuPont)사의 열중량 분석기 (thermogravimetric analysis, 이하 'TGA'라 함)와 썰모 일렉트론 (Thermo Electron)사의 퓨리에 변환 적외선 분광기 (Fourier transform infrared spectroscopy, 이하 'FT-IR'이라 함)를 사용하고, 입자의 형태를 분석하기 위하여 이에프아이 (EFI)사의 투과 전자 현미경 (Transmission electron microscopy, 이하 'TEM'이라 함)을 사용하였다. In order to confirm the surface modification of the nanoparticles prepared by the manufacturing method of the present invention, DuPont's thermogravimetric analysis (hereinafter referred to as 'TGA') and Fourier transform infrared spectrometer manufactured by Thermo Electron (Fourier transform infrared spectroscopy, hereinafter referred to as 'FT-IR'), and transmission electron microscopy (EFI's, called 'TEM') was used to analyze particle morphology. .

실시예 1Example 1

1000 ㎖의 유리 용기에 메탄올을 도입하고, 여기에 입자 전구체로서 질산세 륨 (Ce(NO3)3)을 도입하여 농도를 0.05 몰/ℓ로 조절하고 표면 개질제로서 데칸산을 도입하여 농도를 0.3 몰/ℓ로 조절하였다. 상기 혼합 용액을 고압 펌프를 사용하여 2 ㎖/min의 속도로 펌핑하여 300 bar로 가압하였다. 다른 1000 ㎖의 유리 용기에 메탄올을 도입하고 고압 펌프를 사용하여 6 ㎖/min의 속도로 펌핑하여 300 bar로 가압하고 이를 예열기에 이송하였다. 상기 가압된 혼합 용액과 메탄올을 온도가 400℃로 유지되는 혼합기 중에서 혼합한 다음, 이 혼합물을 온도가 400℃로 유지되는 고압 반응기에 이송하여 40 초간 반응시켰다. 그 결과 생성된 표면 개질된 나노 입자의 용액을 냉각기를 이용하여 냉각한 다음, 필터를 이용하여 상기 표면 개질된 나노 입자를 분리 및 회수하였다. 원심 분리기를 사용하여 회수한 표면 개질된 나노 입자로부터 미반응된 데칸산을 분리해내고, 이어서 메탄올을 사용하여 세척하였다. 세척 후 표면 개질된 나노 입자를 60℃의 진공 오븐 중에서 하루 동안 건조하여 메탄올을 제거하였다. 도 2은 세척 후 데칸산으로 표면 개질된 나노 입자의 TEM 이미지를 나타낸다. 도 3은 세척 후 데칸산으로 표면 개질된 나노 입자의 FT-IR 결과를 나타낸다. 도 4는 세척후 데칸산으로 표면 개질된 나노 입자의 TGA 결과를 나타낸다. 도 5은 데칸산으로 표면 개질된 나노 입자의 물 및 에틸렌글리콜 내의 분산도를 나타낸다.Methanol was introduced into a 1000 ml glass vessel, whereby cerium nitrate (Ce (NO 3 ) 3 ) was introduced as a particle precursor to adjust the concentration to 0.05 mol / l and decanoic acid as a surface modifier to introduce a concentration of 0.3 It was adjusted to mol / l. The mixed solution was pressurized to 300 bar by pumping at a rate of 2 ml / min using a high pressure pump. Methanol was introduced into another 1000 ml glass vessel and pumped at a rate of 6 ml / min using a high pressure pump to pressurize to 300 bar and transferred to the preheater. The pressurized mixed solution and methanol were mixed in a mixer maintained at 400 ° C., and then the mixture was transferred to a high pressure reactor maintained at 400 ° C. for 40 seconds. The resulting solution of surface modified nanoparticles was cooled using a cooler, and then the surface modified nanoparticles were separated and recovered using a filter. Unreacted decanoic acid was separated from the surface-modified nanoparticles recovered using a centrifuge and then washed with methanol. After washing, the surface-modified nanoparticles were dried in a vacuum oven at 60 ° C. for one day to remove methanol. 2 shows a TEM image of nanoparticles surface modified with decanoic acid after washing. 3 shows FT-IR results of nanoparticles surface modified with decanoic acid after washing. 4 shows the TGA results of nanoparticles surface modified with decanoic acid after washing. 5 shows the dispersion in water and ethylene glycol of nanoparticles surface modified with decanoic acid.

비교예 1Comparative Example 1

데칸산을 도입하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 입자를 제조하였다. 제조된 나노 입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하여, 그 결과를 도 2, 도 3, 도 4, 도 5에 나타내었다. Nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 1, except that no decanoic acid was introduced. The prepared nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIGS. 2 , 3 , 4 , and 5 .

비교예 2Comparative Example 2

데칸산을 도입하지 않고, 알코올 대신 물을 이용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 초임계수 상태에서 나노 입자를 제조하였다. 제조된 나노 입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하여, 그 결과를 도 2, 도 3, 도 4, 도 5에 나타내었다. 상기 비교예는 기존의 나노 입자를 제조하는 일반적인 방법으로서, 본 발명의 표면 개질된 나노 입자와 비교하기 위한 실험이다. Nanoparticles were prepared in the supercritical water in the same manner as in Example 1 except that no decanoic acid was used and water was used instead of alcohol. The prepared nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIGS. 2 , 3 , 4 , and 5 . The comparative example is a general method for preparing a conventional nanoparticles, an experiment for comparing with the surface-modified nanoparticles of the present invention.

도 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 (a)에서 메탄올 및 데칸산을 이용하여 제조한 세리아 나노 입자의 직경은 2~3 nm이다. 반면 비교예 1 (b)에서 데칸산을 이용하지 않고 오직 메탄올을 이용하여 제조한 세리아 나노 입자의 직경은 40~80 nm이고, 비교예 2 (c)에서 데칸산을 이용하지 않고 오직 물을 이용하여 제조한 세리아 나노 입자의 직경은 20~60 nm이다. 따라서, 데칸산이 나노 입자의 크기를 감소시키는 원인임을 알 수 있다. 한편, 도 3에 나타낸 바와 같이, 비교예 2에서 물을 이용하여 제조한 세리아 나노 입자의 표면에는 - OH 그룹 (3000~3750 cm-1)만 존재하는 반면, 비교예 1에서 메탄올을 이용하여 제조한 세리아 나노 입자의 표면에는 -C-O- 그룹 (1050 cm-1), -CH3 그룹 (1330 cm-1), -OH 그룹 (3000~3750 cm-1)이 검출되었다. 따라서 메탄올을 이용하여 제조한 세리아 나노 입자의 표면은 CH3O-로 표면 개질 되었음을 확인하였다. 한편 실시예 1에서 메탄올 및 데칸산 이용하여 제조 한 세리아 나노 입자의 표면에는 C=O 그룹 (1780 cm-1), -CH2- 그룹 (2850 cm-1), -CH3 그룹 (2920 cm-1), -OH 그룹 (3000~3750 cm-1)이 검출되었다. 따라서 비교예 1 및 비교예 2와는 달리 실시예 1에서는 세리아 나노 입자가 데칸산에 의하여 표면 개질 되었음을 알 수 있다. As shown in FIG . 2 , the diameter of the ceria nanoparticles prepared using methanol and decanoic acid in Example 1 (a) is 2 to 3 nm. On the other hand, the diameter of the ceria nanoparticles prepared using only methanol without using decanoic acid in Comparative Example 1 (b) was 40-80 nm, and only water was used without using decanoic acid in Comparative Example 2 (c). Ceria nanoparticles prepared by the diameter of 20 ~ 60 nm. Therefore, it can be seen that decanoic acid is the cause of reducing the size of the nanoparticles. On the other hand, as shown in Figure 3, on the surface of the ceria nanoparticles prepared using water in Comparative Example 2 -OH group (3000 ~ 3750 cm -1 ) is present, while in Comparative Example 1 using methanol On the surface of one ceria nanoparticle, -CO- group (1050 cm -1 ), -CH 3 group (1330 cm -1 ), -OH group (3000-3750 cm -1 ) were detected. Therefore, it was confirmed that the surface of the ceria nanoparticles prepared using methanol was surface modified with CH 3 O-. In Example 1, in the surface of ceria nanoparticles prepared by using methanol and acid C = O groups (1780 cm -1), -CH 2 - group (2850 cm -1), -CH 3 group (2920 cm - 1 ), -OH group (3000-3750 cm -1 ) was detected. Therefore, unlike Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in Example 1 it can be seen that the ceria nanoparticles are surface-modified by decanoic acid.

도 4에 나타낸 바와 같이, 비교예 2 (c)에서 물을 이용하여 제조한 세리아의 경우 표면에 유기 물질이 존재하지 않기 때문에 800℃로 가열하여도 중량 변화가 거의 없는 반면, 실시예 1 (a)에서 제조한 나노 입자를 800℃로 가열하는 경우 중량이 88%로 감소하게 된다는 사실을 확인하였다. 이로부터, 실시예 1의 나노 입자의 표면이 유기 물질로 개질되었음을 알 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에서 제조한 표면 개질된 세리아 나노 입자는 에틸렌글리콜 내의 분산성이 매우 우수함을 알 수 있다. 이는 입자의 직경이 2~3 nm로 매우 작고 표면이 데칸산으로 개질되었기 때문이라고 사료된다. 반면 비교예 1과 2에서 각각 메탄올과 물을 이용하여 제조한 세리아 나노 입자는 에틸렌글리콜 내에서 응집되어 바닥에 침전되는 것을 확인하였으며, 이로부터 이들 입자의 분산성이 빈약함을 알 수 있었다. As shown in FIG . 4, in the case of ceria manufactured by using water in Comparative Example 2 (c), since there was no organic substance on the surface, there was almost no change in weight even when heated to 800 ° C., Example 1 (a When the nanoparticles prepared in) were heated to 800 ° C., the weight was reduced to 88%. From this, it can be seen that the surface of the nanoparticles of Example 1 was modified with an organic material. As shown in Figure 5 , it can be seen that the surface-modified ceria nanoparticles prepared in Example 1 is very excellent in dispersibility in ethylene glycol. This is believed to be due to the very small particle diameter of 2-3 nm and the surface modified with decanoic acid. On the other hand, ceria nanoparticles prepared using methanol and water in Comparative Examples 1 and 2, respectively, were agglomerated in ethylene glycol, and it was confirmed that they precipitated at the bottom. From this, it was found that the dispersibility of these particles was poor.

실시예 2Example 2

상기 데칸산 대신 헥산산을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 표면 개질된 세리아 나노 입자를 제조하였다. 제조된 세리아 나노 입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.Ceria nanoparticles were surface-modified in the same manner as in Example 1, using hexanoic acid instead of decanoic acid. The prepared ceria nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 .

실시예 3Example 3

상기 데칸산 대신 데실아민을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 표면 개질된 세리아 나노 입자를 제조하였다. 제조된 세리아 나노 입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. Ceria nanoparticles were surface-modified in the same manner as in Example 1, using decylamine instead of decanoic acid. The prepared ceria nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 .

실시예 4Example 4

상기 데칸산 대신 헥사알데히드를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 표면 개질된 세리아 나노 입자를 제조하였다. 제조된 세리아 나노 입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. Hexaaldehyde was used instead of the decanoic acid to prepare ceria nanoparticles surface-modified in the same manner as in Example 1. The prepared ceria nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 .

실시예 5Example 5

상기 메탄올 대신 에탄올을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 표면 개질된 세리아 나노 입자를 제조하였다. 제조된 세리아 나노 입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. Ceria nanoparticles were surface-modified in the same manner as in Example 1, using ethanol instead of methanol. The prepared ceria nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 .

실시예 6Example 6

상기 메탄올 대신 프로판올을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 표면 개질된 세리아 나노 입자를 제조하였다. 제조된 세리아 나노 입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.Surface-modified ceria nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 1, using propanol instead of methanol. The prepared ceria nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 .

실시예 7Example 7

상기 메탄올 대신 부탄올을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 표면 개질된 세리아 나노 입자를 제조하였다. 제조된 세리아 나노 입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. Using butanol instead of methanol, ceria nanoparticles were surface-modified in the same manner as in Example 1. The prepared ceria nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 .

실시예 8Example 8

상기 질산세륨(Ce(NO3)3) 대신 질산아연 (Zn(NO3)3)을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 데칸산에 의하여 표면 개질된 산화아연 나노 입자를 제조하였다. 제조된 산화아연 나노 입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. The cerium nitrate (Ce (NO 3) 3) was prepared in place of zinc nitrate (Zn (NO 3) 3) carried out the surface-modified zinc oxide nanoparticles by the acid in the same manner as in Example 1 using. The prepared zinc oxide nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 .

실시예 9Example 9

상기 질산세륨(Ce(NO3)3) 대신 질산알루미늄(Al(NO3)3)을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 데칸산에 의하여 표면 개질된 알루미나 나노 입자를 제조하였다. 제조된 알루미나 나노 입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. The cerium nitrate (Ce (NO 3) 3) was prepared in place of the surface-modified alumina nanoparticles by acid in the same manner as in Example 1 by using aluminum nitrate (Al (NO 3) 3) . The prepared alumina nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 .

비교예 3Comparative Example 3

상기 데칸산을 이용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 산화아연 나노 입자를 제조하였다. 제조된 산화 아연 나노 입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.Zinc oxide nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 8, except that the decanoic acid was not used. The prepared zinc oxide nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 .

비교예 4Comparative Example 4

상기 데칸산을 이용하지 않고, 메탄올 대신 물을 이용한 것을 제외하고는 실시예 8와 동일한 방법으로 초임계수 중에서 산화아연 나노 입자를 제조하였다. 제조된 나노 입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. Zinc oxide nanoparticles were prepared in a supercritical water in the same manner as in Example 8, except that decanoic acid was not used and water was used instead of methanol. The prepared nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 .

비교예 5Comparative Example 5

상기 데칸산을 이용하지 않을 것을 제외하고는 실시예 9와 동일한 방법으로 알루미나 나노 입자를 제조하였다. 제조된 알루미나 나노 입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. Alumina nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 9, except that the decanoic acid was not used. The prepared alumina nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.

비교예 6Comparative Example 6

상기 데칸산을 이용하지 않고, 메탄올 대신 물을 이용한 것을 제외하고는 실시예 9와 동일한 방법으로 초임계수 중에서 알루미나 나노 입자를 제조하였다. 제조된 알루미나 나노 입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. Alumina nanoparticles were prepared in supercritical water in the same manner as in Example 9, except that decanoic acid was not used and water was used instead of methanol. The prepared alumina nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 .

구 분division 제조된 나노 입자Manufactured Nanoparticles 알코올Alcohol 입자 직경 (nm)Particle diameter (nm) 표면 개질제Surface modifier 한 달 후 에틸렌글리콜 내에서의 분산도Dispersion in ethylene glycol after one month 실시예 1Example 1 세리아Ceria 메탄올Methanol 2~32 ~ 3 데칸산Decanoic acid 분산Dispersion 실시예 2Example 2 세리아Ceria 메탄올Methanol 2~42 ~ 4 헥산산Hexanoic acid 분산Dispersion 실시예 3Example 3 세리아Ceria 메탄올Methanol 3~103 ~ 10 데실아민Decylamine 분산Dispersion 실시예 4Example 4 세리아Ceria 메탄올Methanol 3~103 ~ 10 헥사알데히드Hexaaldehyde 분산Dispersion 실시예 5Example 5 세리아Ceria 에탄올ethanol 3~83 ~ 8 데칸산Decanoic acid 분산Dispersion 실시예 6Example 6 세리아Ceria 프로판올Propanol 3~83 ~ 8 데칸산Decanoic acid 분산Dispersion 실시예 7Example 7 세리아Ceria 부탄올Butanol 4~104-10 데칸산Decanoic acid 분산Dispersion 실시예 8Example 8 산화아연Zinc oxide 메탄올Methanol 5~105 to 10 데칸산Decanoic acid 분산Dispersion 실시예 9Example 9 알루미나Alumina 메탄올Methanol 30~5030-50 데칸산Decanoic acid 분산Dispersion 비교예 3Comparative Example 3 산화아연Zinc oxide 메탄올Methanol 300~500300-500 없음none 응집 및 침전Flocculation and sedimentation 비교예 4Comparative Example 4 산화아연Zinc oxide water 500~1,000500-1,000 없음none 응집 및 침전Flocculation and sedimentation 비교예 5Comparative Example 5 알루미나Alumina 메탄올Methanol 300~800300-800 없음none 응집 및 침전Flocculation and sedimentation 비교예 6Comparative Example 6 알루미나Alumina water 300~800300-800 없음none 응집 및 침전Flocculation and sedimentation

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1과 2에 있어서, 탄소수가 10 개인 데칸산 대신 탄소수가 6인 헥산산을 이용하는 경우에도 입자의 표면 개질이 성공적으로 수행되어 에틸렌글리콜 내의 분산성이 우수한 세리아 나노 입자가 제조되었음을 확인하였다. 한편, 실시예 1과 3 및 4에 있어서, 데칸산 대신 데실아민 및 헥사알데히드를 이용하는 경우에도 입자의 표면 개질이 성공적으로 수행되어 에틸렌글리콜 내의 분산성이 우수한 세리아 나노 입자가 제조되었음을 확인하였다. 따라서, 나노 입자 표면의 히드록실기와 반응할 수 있는 카르복실기, 아민기 및 알데히드기 등의 작용기가 있는 유기 물질은 표면 개질제로 사용될 수 있음을 확인하였다. 한편 실시예 5 내지 7에 있어서, 메탄올 대신 에탄올, 프로판올 및 부탄올을 이용하여 데칸산으로 표면 개질된 나노 입자를 제조하는 경우에도 직경이 3~10 nm로 매우 작고 에틸렌글리콜 내의 분산성이 우수한 나노 입자가 제조되었음을 확인하였다. As shown in Table 1, in Examples 1 and 2, even in the case of using hexanoic acid having 6 carbon atoms instead of decanoic acid having 10 carbon atoms, surface modification of the particles was successfully performed, resulting in excellent ceria dispersibility in ethylene glycol. It was confirmed that the nanoparticles were prepared. Meanwhile, in Examples 1, 3, and 4, even when decylamine and hexaaldehyde were used instead of decanoic acid, surface modification of the particles was successfully performed to confirm that ceria nanoparticles having excellent dispersibility in ethylene glycol were produced. Therefore, it was confirmed that organic materials having functional groups such as carboxyl groups, amine groups and aldehyde groups that can react with hydroxyl groups on the surface of nanoparticles can be used as surface modifiers. On the other hand, in Examples 5 to 7, even when producing nanoparticles surface-modified with decanoic acid using ethanol, propanol and butanol instead of methanol is very small with a diameter of 3 ~ 10 nm and excellent dispersibility in ethylene glycol It was confirmed that was prepared.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 8 및 9에 있어서, 표면 개질된 세리아 대신 표면 개질된 산화아연 및 알루미나를 제조하는 경우에도 입자의 직경이 산화아연의 경우 5~10 nm, 알루미나의 경우 30~50 nm로 매우 작으며 표면 개질이 성공적으로 수행되어 에틸렌글리콜 내의 분산성이 우수한 나노 입자가 형성되었음을 확인하였다. 한편, 비교예 3 내지 6에서 표면 개질제를 사용하지 않을 경우 입자의 직경이 산화아연의 경우 300~1,000 nm, 알루미나의 경우 300~800 nm로 매우 크고 이들 입자를 에틸렌글리콜 내에 분산시키는 경우 한 달 후 응집되어 침전되어 분산성이 빈약하게 되는 것을 확인하였다.As shown in Table 1, in Examples 8 and 9, even when producing surface-modified zinc oxide and alumina instead of surface-modified ceria, the particle diameter was 5-10 nm for zinc oxide, 30 for alumina Very small at ˜50 nm, surface modification was successfully performed to confirm that nanoparticles having excellent dispersibility in ethylene glycol were formed. On the other hand, when the surface modifier is not used in Comparative Examples 3 to 6, the diameter of the particles is very large, 300 to 1,000 nm for zinc oxide and 300 to 800 nm for alumina, and after one month when these particles are dispersed in ethylene glycol. It was confirmed that aggregation and precipitation resulted in poor dispersibility.

도 1은 본 발명의 표면 개질된 나노 입자의 제조에 사용되는 초임계 유체 실험 장치를 나타낸 것이다.1 shows a supercritical fluid testing apparatus used for the production of surface modified nanoparticles of the present invention.

도 2에 있어서, 사진 (a)는 실시예 1에서 메탄올 및 데칸산을 이용하여 제조한 표면 개질된 나노 입자의 TEM 이미지를 나타낸 것이고, 사진 (b)는 비교예 1에서 메탄올을 이용하여 제조한 나노 입자의 TEM 이미지를 나타낸 것이며, 사진 (c)는 비교예 2에서 물을 이용하여 제조한 나노 입자의 TEM 이미지를 나타낸 것이다.In FIG. 2, photograph (a) shows a TEM image of surface-modified nanoparticles prepared using methanol and decanoic acid in Example 1, and photograph (b) is prepared using methanol in Comparative Example 1 The TEM image of the nanoparticles is shown, and the photograph (c) shows the TEM image of the nanoparticles prepared using water in Comparative Example 2.

도 3에 있어서, 곡선 (a)는 실시예 1에서 메탄올과 데칸산을 이용하여 제조한 표면 개질된 나노 입자의 FT-IR 분석 결과를 나타낸 것이고, 곡선 (b)는 비교예 1에서 메탄올을 이용하여 제조한 나노 입자의 FT-IR 분석 결과를 나타낸 것이며, 곡선 (c)는 비교예 2에서 물을 이용하여 제조한 나노 입자의 FT-IR 분석 결과를 나타낸 것이다.In Figure 3, curve (a) shows the results of the FT-IR analysis of the surface-modified nanoparticles prepared using methanol and decanoic acid in Example 1, curve (b) using methanol in Comparative Example 1 The FT-IR analysis results of the nanoparticles prepared by the above, and the curve (c) shows the FT-IR analysis results of the nanoparticles prepared using water in Comparative Example 2.

도 4에 있어서, 곡선 (a)는 실시예 1에서 메탄올 및 데칸산을 이용하여 제조한 표면 개질된 나노 입자의 TGA 분석 결과를 나타낸 것이고, 곡선 (b)는 비교예 1에서 메탄올을 이용하여 제조한 나노 입자의 TGA 분석 결과를 나타낸 것이며, 곡선 (c)는 비교예 2에서 물을 이용하여 제조한 나노 입자의 TGA 분석 결과를 나타낸 것이다.In Figure 4, curve (a) shows the results of TGA analysis of the surface-modified nanoparticles prepared using methanol and decanoic acid in Example 1, curve (b) is prepared using methanol in Comparative Example 1 TGA analysis results of one nanoparticle are shown, and curve (c) shows TGA analysis results of nanoparticles prepared using water in Comparative Example 2.

도 5에 있어서, 사진 (a)는 실시예 1에서 메탄올 및 데칸산을 이용하여 제조한 표면 개질된 나노 입자를 에틸렌글리콜 내에 분산시키고 1달 후의 사진을 나타낸 것이고, 사진 (b)는 비교예 1에서 메탄올을 이용하여 제조한 나노 입자를 에틸 렌글리콜 내에 분산시키고 1달 후의 사진을 나타낸 것이며, 사진 (c)는 비교예 2에서 물을 이용하여 제조한 나노 입자를 에틸렌글리콜 내에 분산시키고 1달 후의 사진을 나타낸 것이다.In FIG. 5, photograph (a) shows a photograph after one month after dispersing the surface-modified nanoparticles prepared using methanol and decanoic acid in Example 1 in ethylene glycol, and photograph (b) shows comparative example 1 1 minute after dispersing the nanoparticles prepared by using methanol in ethylene glycol, and the picture (c) is 1 month after dispersing the nanoparticles prepared using water in Comparative Example 2 in ethylene glycol The picture is shown.

* 도면의 주요 장치에 대한 부호의 설명* Description of symbols for the main devices in the drawings

10 : 고압반응기 20 : 예열기10: high pressure reactor 20: preheater

30, 31 : 히터 40 : 냉각기30, 31: heater 40: cooler

50 : 필터 60 : 후방 압력 조절기50 filter 60 rear pressure regulator

70, 71 : 고압 펌프 80 : 입자 전구체 용액/표면 개질제 용액 저장 용기70, 71 high pressure pump 80 particle precursor solution / surface modifier solution storage container

81 : 알코올 저장 용기81: Alcohol Storage Container

Claims (14)

(a) 알코올에 입자 전구체 및 표면 개질제를 용해하여 입자 전구체 용액 및 표면 개질제 용액을 제조하는 공정과, (a) dissolving the particle precursor and the surface modifier in alcohol to produce a particle precursor solution and a surface modifier solution; (b) 상기 입자 전구체 용액 및 표면 개질제 용액과, 알코올을 각각 임계 조건하의 고온 고압 반응기에 연속 도입하여 표면 개질된 나노 입자를 생성시키는 공정과, (b) continuously introducing the particle precursor solution, the surface modifier solution, and the alcohol into a high temperature and high pressure reactor under critical conditions, respectively, to produce surface modified nanoparticles; (c) 상기 표면 개질된 나노 입자의 용액을 냉각시키는 공정과,(c) cooling the solution of the surface modified nanoparticles, (d) 필터를 이용하여 상기 냉각된 용액으로부터 표면 개질된 나노 입자를 분리 및 회수하는 공정(d) separating and recovering the surface-modified nanoparticles from the cooled solution using a filter 을 포함하는 표면 개질된 나노 입자의 연속 제조 방법.Continuous production method of surface-modified nanoparticles comprising a. 제1항에 있어서, 상기 공정 (d) 이후에 표면 개질된 나노 입자를 세척 및 건조시키는 공정을 더 수행하는 것인 표면 개질된 나노 입자의 연속 제조 방법.The method of claim 1, further comprising washing and drying the surface-modified nanoparticles after the step (d). 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공정 (a)는 입자 전구체와 표면 개질제를 알코올에 각각 용해시켜 입자 전구체 용액과 표면 개질제 용액을 별개로 제조하는 것인 방법.The process according to claim 1 or 2, wherein the step (a) separately prepares the particle precursor solution and the surface modifier solution by dissolving the particle precursor and the surface modifier in alcohol, respectively. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공정 (a)는 입자 전구체와 표면 개질제를 알코올에 함께 용해시켜 혼합 용액으로 제조하는 것인 방법.The process according to claim 1 or 2, wherein the step (a) dissolves the particle precursor and the surface modifier together in alcohol to prepare a mixed solution. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 or 2, wherein the alcohol is selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, and mixtures thereof. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 입자 전구체는 마그네슘 (Mg), 알루미늄 (Al), 티타늄 (Ti), 망간 (Mn), 철 (Fe), 코발트 (Co), 아연 (Zn), 지르코늄 (Zr), 루테늄 (Ru), 로듐 (Rh), 은 (Ag), 팔라듐 (Pd), 백금 (Pt) 및 세륨 (Ce)으로 구성된 군에서 선택되는 금속의 화합물, 이들의 염, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 or 2, wherein the particle precursor is magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), zinc (Zn), zirconium Compounds of metals selected from the group consisting of (Zr), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), silver (Ag), palladium (Pd), platinum (Pt) and cerium (Ce), salts thereof, and their Characterized in that it is selected from the group consisting of mixtures. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표면 개질제는 헥산산, 옥탄산, 데칸산, 도데칸산, 테트라데칸산, 헵타데칸산, 옥타데칸산, 올레산, 리놀레산, 헥실아민, 옥틸아민, 데실아민, 도데실아민, 테트라데카아민, 헥사알데히드, 옥타알데히드, 데카알데히드, 도데카알데히드, 테트라데카알데히드 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.3. The surface modifier of claim 1 or 2, wherein the surface modifier is hexanoic acid, octanoic acid, decanoic acid, dodecanoic acid, tetradecanoic acid, heptadecanoic acid, octadecanoic acid, oleic acid, linoleic acid, hexylamine, octylamine, decylamine , Dodecylamine, tetradecaamine, hexaaldehyde, octaaldehyde, decaaldehyde, dodecaaldehyde, tetradecaaldehyde and mixtures thereof. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 (a) 공정에서의 입자 전구체 용액의 농도는 0.001 몰/ℓ 내지 1 몰/ℓ인 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the concentration of the particle precursor solution in the step (a) is 0.001 mol / l to 1 mol / l. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 (a) 공정에서의 표면 개질제 용액의 농도는 0.001 몰/ℓ 내지 5 몰/ℓ인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 or 2, wherein the concentration of the surface modifier solution in the step (a) is 0.001 mol / l to 5 mol / l. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 (b) 공정에서의 반응 온도는 200℃ 내지 600℃, 반응 압력은 20 bar 내지 500 bar인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 or 2, wherein the reaction temperature in the step (b) is 200 ℃ to 600 ℃, the reaction pressure is characterized in that 20 bar to 500 bar. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표면 개질된 나노 입자의 직경은 1 nm 내지 500 nm인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 or 2, wherein the diameter of the surface-modified nanoparticles is 1 nm to 500 nm. 제2항에 있어서, 상기 세척 공정은 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로퓨란 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 유기 용매를 사용하여 세척하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 2, wherein the washing process is performed using an organic solvent selected from methanol, ethanol, tetrahydrofuran and mixtures thereof. 제2항에 있어서, 상기 건조 공정은 진공 건조, 오븐 건조, 냉동 건조 중의 한 가지 이상의 방법을 사용하여 건조하는 것을 특징으로 하는 방법.3. The method of claim 2, wherein the drying step is carried out using one or more methods of vacuum drying, oven drying, and freeze drying. 제1항 또는 제2항에 기재된 방법에 의하여 제조되는, 카르복시산, 알데히드, 아민 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상의 표면 개질제로 표면이 개질되어 있고 직경이 1 내지 500 nm인 세륨, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 망간, 철, 코발트, 지르코늄, 루테늄, 로듐, 은, 팔라듐 또는 백금, 이들의 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상의 나노 입자.Cerium, zinc, aluminum having a surface modified and having a diameter of 1 to 500 nm with at least one surface modifier selected from carboxylic acids, aldehydes, amines and mixtures thereof prepared by the process according to claim 1. At least one nanoparticle selected from magnesium, titanium, manganese, iron, cobalt, zirconium, ruthenium, rhodium, silver, palladium or platinum, and mixtures thereof.
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