KR20110002602A

KR20110002602A - (질산 금속 - 마론 산 - 수산화암모늄 - 질산암모늄) 계를 적용한 금속산화물의 분말제조

Info

Publication number: KR20110002602A
Application number: KR1020090060143A
Authority: KR
Inventors: 김유영
Original assignee: 김유영
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2011-01-10

Abstract

본 발명은 (질산금속 - 마론 산 - 수산화암모늄 - 질산암모늄) 계를 적용하여 코발트 알루미네이트와 같은 혼합된 산화물의 분말제조에 관한 것이다. 연소 열량을 증가시키는 방법으로, 마론 산의 사용량을 증가시켰다. 마론 산의 사용량 증가에 따른, 부족한 질산 음이온의 양을 질산 암모늄으로 보충하였다. 0.2 몰의 청색 코발트 알루미네이트 (CoAl₂O₄)의 분말을 제조함에 있어, 0.48몰의 마론 산을 사용하여 제조한 전구체를 210 ^oC에서 분해하여 얻은 분말 내에 코발트 알루미네이트의 결정입자의 함량은 71 %였다. 반면에 0.56 몰의 마론 산을 사용하여 제조한 분말은 80 %의 결정입자들을 포함하고 있었다. 사용된 마론 산과 질산 음이온의 몰 비가 0.28이 되도록, 질산 암모늄을 초기 용액에 가하여 전구체를 제조하였다.

산화물, 분말, 저온합성, 질산금속, 마론 산, 질산암모늄, 암모니아수

Description

(질산 금속 - 마론 산 - 수산화암모늄 - 질산암모늄) 계를 적용한 금속산화물의 분말제조{The powder preparation of metal oxide applying the (metal nitrate - malonic acid - ammonium hydroxide - ammonium nitrate) system}

본 발명에서, 연소법에 따른 코발트 알루미네이트 (CoAl₂O₄)와 같은 혼합된 산화물들의 제조된 분말들 내에 보다 많은 생성물 결정입자들을 생성시키기 위한 방법을 제안한다. 연료와 산화제의 증가하는 양은 연소열을 증가시킨다. 이로 인해 제조된 분말 내에 보다 많은 생성물 결정입자들이 생성된다. 본 발명에서, 연료로서 사용된 마론 산의 증가하는 양에 대하여 질산암모늄을 산화제로 사용하였다.

코발트 알루미네이트와 같은 혼합된 산화물의 분말들은 고체상태반응, 졸-겔, 공침, 수열, 용융염, 그리고 연소법 등과 같이 다양한 방법에 의해 제조된다. 이들 제조방법들 중에 연소법은 연료를 산화제로 연소시킴에 따라 발생하는 연소열의 도움받아 낮은 온도에서 생성물의 결정입자들을 생성하는 방법이다. 연소법을 적용하여 혼합된 산화물들을 성공적으로 합성하는데 관련된 변수들은 연료의 형태, 연료와 산화제의 양의 비, 전구체 내에 물의 함량, 전구체의 분해온도 등이 있다.

최근에 (질산금속 - 마론 산 - 수산화암모늄) 계를 적용하여, 약 61 %의 MgAl₂O₄ 결정입자들을 포함하는 분말을, 210 ^oC에서 전구체를 분해하여, 제조하였다. 이 분말을 1300 ^oC에서 가열했을 때, MgAl₂O₄ 결정입자들이 완전히 생성되었다. 61 %의 값은 210 ^oC에서 제조된 분말의 X-선회절도에서 최대 피크인 (311) 피크의 면적과 1300 ^oC에서 제조된 분말의 X-선회절도에서 최대 피크인 (311) 피크의 면적의 비이다. 61 %의 MgAl₂O₄ 결정입자들을 포함하는 분말을 생성하는 전구체는 다음의 화학적 조성을 갖는 초기 용액으로부터 제조되었다. 여기서 초기 용액이라 함은 출발물질들을 모두 포함하고 있는 수용액을 말한다. 질산알루미늄을 0.2 몰을 사용했을 때, 마론 산 (0.168 몰의 마론 산을 사용함)과 질산알루미늄의 몰 비는 0.84였다. 또한 마론 산과 질산 음이온의 몰 비는 0.28이었다.

위에서 언급한 바와 같이, (질산금속 - 마론 산 - 수산화암모늄) 계를 적용하여 210 ^oC에서 약 60 %의 마그네늄 알루미네이트의 결정입자들을 포함한 분말을 제조하였다. 전구체로부터 얻은 분말 내에 100 퍼센트의 결정입자들을 포함하는 분말을 제조하는 것이 이상적이다. 연소 열량의 증가는 계의 온도를 상승시킨다. 계의 온도상승은 제조된 전구체로부터 얻은 분말 내에 결정입자들의 함량을 증가시킨다. 연소 열량은 사용한 연료와 산화제의 양에 비례하여 증가한다. 연료의 양이 증가하게 되면, 질산금속으로부터 제공되는 질산 음이온으로는 늘어난 연료의 양을 완전연소시킬 수 없게 된다. 예를 들면, 산화마그네슘과 질산알루미늄을 사용하여 전구체를 제조할 때, 0.168 몰의 마론 산을 사용할 수 있다. 0.168 몰 이상의 마론 산을 사용하게 되면, 늘어난 마론 산의 양에 해당하는 질산 음이온이 공급되어야 한다. 0.2 몰의 마론 산을 사용하여 전구체를 제조하는 경우에, 0.032 몰의 마론 산을 연소시키는데 필요한 질산 음이온들을 추가해야 한다.

질산 음이온의 근원으로 사용될 수 있는 화합물로는 질산 또는 질산염이다. 질산염을 질산 음이온으로 사용하는 경우에 고려해야 할 사항은 연소 후에 잔유물이 생성된 분말 내에 존재하지 않아야 한다. 또한 본 발명에서 제조된 전구체를 210 ^OC에서 분해하므로, 사용된 질산염은 이 온도 부근에서 분해되어야 한다. 이와 같은 성질을 소유한 질산염은 질산암모늄 (NH₄NO₃)이다. 질산암모늄은 화학적 환경 에 따라 260~300 ^oC에서 분해된다. 본 발명에서 마론 산의 양이 증가함에 따른 부족한 질산 음이온들은 질산암모늄을 사용하여 보충되었다.

위에 언급한 바와 같이 연소 열량의 증가로 인해, 제조된 전구체로부터 210^oC에서 얻은 분말 내에 결정입자들의 함량이 증가하였다, 구체적인 사항은 아래의 실시 예를 통하여 언급된다.

본 발명에서 제안된 (질산금속 - 마론 산 - 수산화암모늄 - 질산암모늄) 계를 적용하여, 혼합된 금속산화물의 분말을 제조함에 있어, 구체적인 방법은 실시 예를 통하여 설명한다.

본 발명에서 제안한 (질산금속 - 마론 산 - 수산화암모늄 - 질산암모늄) 계를 적용하여 코발트 알루미네이트의 분말을 제조하였다. 코발트 알루미네이트를 선택한 이유는 다음과 같다. 반응하지 않은 불순물 산화물들인 산화코발트 (Co₃O₄)와 Co₂AlO₄가 각각 검은색과 녹색을 띠고 있어, 이들의 존재를 광학현미경으로 확인할 수 있었다.

코발트 알루미네이트의 전구체는 마론 산의 사용된 양에 따라 2 종류를 제조하였다. 질산알루미늄 9수화물과 염기성 탄산코발트의 혼합물을 60 ^oC에서 가열하여 용액으로 만든 다음, 이 용액에 질산암모늄을 용해시켰다. 마론 산을 진한 암모니 아수에 용해시키고 그리고 코발트와 알루미늄 양이온들을 포함하고 있는 용액과 혼합하였다. 혼합된 초기 수용액을 실온에서 침전이 생성될 때까지 교반한 후, 80 ^oC에 고정된 전기로 내에서 25 torr의 진공 하에서 초기 수용액 내에 존재하는 여분의 물을 증발하였다. 페이스트 상태의 전구체는 공기 중, 210 ^oC에서 분해되었다. 0.2 몰의 질산알루미늄의 양에 대하여 사용된 마론 산의 양은 0.48 몰 또는 0.56 몰이었다. 가해지는 질산 암모늄의 양은 마론 산의 양이 0.48 또는 0.56 몰에 대하여 각각 0.514 또는 0.8 몰이었다. 27.5% 암모니아수, 70 ml를 사용하였고, 코발트와 알루미늄 양이온의 몰 비는 0.8이었다.

2종류의 전구체를 210 ^oC에서 분해하여 얻은 분말들의 X-선 회절도를 도 1에서 보여준다. 0.56 몰의 마론 산을 사용하여 제조된 전구체로부터 얻은 분말의 회절된 피크의 세기와 면적은 0.48 몰을 사용하여 제조된 전구체로부터 얻은 분말의 회절된 피크의 세기와 면적보다 크다. 이는 전자(前者) 분말이 후자(後者) 분말보다 많은 양의 결정입자들을 포함하고 있음을 나타낸다. 이 결과는 광학현미경 법으로 얻은 결과와 일치한다. 도 2는 210 ^oC에서 얻은 분말들의 광학현미경 사진들을 보여준다. 두 사진들은 청색 배경에 검은 점들을 포함하고 있다. 0.56 몰의 마론 산을 사용하여 제조된 전구체로부터 얻은 분말의 광학 사진 내에 검은 점들의 빈도는 0.48 몰을 사용하여 제조된 전구체로부터 얻은 분말의 사진 내에 검은 점들의 빈도보다 작다. 이는 0.56 몰의 마론 산을 사용하여 얻은 분말 내에 청색 코발트 알루미네이트 결정입자들의 함량은 0.48 몰을 사용하여 얻은 분말 내에 함량보다 많음을 증명한다. 210 oC에서 얻은 분말 내에 생성되지 않은 청색 코발트 알루미네이트의 결정입자들은 1300 ^oC에서 완전히 생성되었다. 1300 ^oC에서 얻은 분말의 회절된 피크의 면적을 기준으로 하고, 210 ^oC에서 얻은 분말의 회절된 피크의 면적으로부터 분말 내에 존재하는 청색 코발트 알루미네이트 결정입자들의 함량을 산출할 수 있었다. 0.48과 0.56 몰의 마론 산을 사용하여 제조한 전구체를 210 ^oC에서 분해하여 얻은 분말 내에 청색 코발트 알루미네이트 결정입자들의 함량은 각각 71과 80 %였다. 결론적으로 연료인 마론 산의 사용량을 증가하면, 산화제의 사용량을 증가시켜야 한다. 금속 산화물, 특히 혼합된 산화물의 분말을 제조함에 있어, 본 발명에서 제안된 (질산금속 - 마론 산 - 수산화암모늄 - 질산암모늄) 계를 적용하면, 낮은 온도에서 많은 생성물의 결정입자들을 포함하고 있는 분말을 제조할 수 있다.

제1도는 0.48과 0.56 몰의 마론 산을 사용하여 제조된 전구체를 210 ^oC에서 분해하여 제조된 분말들의 X-선 회절도들

제2도는 0.48과 0.56 몰의 마론 산을 사용하여 제조된 전구체를 210 ^oC에서 분해하여 제조된 분말들의 광학현미경 사진들

Claims

금속산화물의 분말을 제조함에 있어, (질산금속 - 마론 산 - 수산화암모늄 - 질산암모늄) 계를 적용함.