KR20110133489A - 폐기 산업용 전해질을 포함한 산업용 전해질로부터 구리 분말 및 나노분말을 획득하는 방법 - Google Patents

폐기 산업용 전해질을 포함한 산업용 전해질로부터 구리 분말 및 나노분말을 획득하는 방법 Download PDF

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프세미스와프 로스
아넬라 루콤스카
안나 플류카
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나노-테크 에스피. 제트 오.오.
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    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
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Abstract

음극 상에서 구리의 전기화학적 침전을 통해서 폐기 산업용 전해질을 포함한 산업용 전해질로부터 구리 분말 및 나노분말을 획득하기 위한 방법은 전류 방향 변화를 가지거나 전류 방향 변화를 가지지 않는 정전위 펄스 전기분해를 이용하고, 전류 전압 곡선의 평탄영역 상에서의 또는 평탄영역에 근접한 음극 전위값을 이용하고, 전류 전위 범위의 평탄영역은 -0.2 V 내지 -1 V이고, 금, 백금, 또는 스테인레스 스틸 와이어 또는 포일로 만들이어진 움직일 수 있는 고정된 초마이크로 전극 또는 초마이크로 전극들의 어레이가 음극으로 이용되고, 금속성의 구리가 양극으로 이용되고, 프로세스가 18-60℃의 온도에서 수행되고, 전기분해가 0.005부터 60 s까지 지속되는 것으로 이루어진다. 상기 방법은 추가적인 처리 없이 구리 산업 및 전기도금 공장으로부터의 폐기 산업용 전해질 및 폐수로부터 99%+ 내지 99.999% 순도 및 치수 반복성 및 입자 구조에 특징이 있는 나노분말 및 분말을 획득하는데 이용될 수 있다.

Description

폐기 산업용 전해질을 포함한 산업용 전해질로부터 구리 분말 및 나노분말을 획득하는 방법{METHOD FOR OBTAINING COPPER POWDERS AND NANOPOWDERS FROM INDUSTRIAL ELECTROLYTES INCLUDING WASTE INDUSTRIAL ELECTROLYTES}
본 발명은 전기도금 프로세스, 화학, 채광, 및 제련 산업의 폐기물인 전해질을 포함한 산업용 전해질로부터 구리 분말을 획득하기 위한 방법에 관한 것이다. 구리 전기정련(electrorefining) 및 전기도금 프로세스로부터의 폐수는 광범위하게 이용될 수 있다.
나노분말은 매우 고가의 제품이고, 그 생산 및 응용은 중요하고 개발중인 분야이다.
구리 분말 및 나노분말은 폴리머, 윤활유, 염색, 항세균제, 및 마이크로프로세서 커넥션에 부가적으로 이용된다. 구리의 나노분말 또는 그 합금은 마이크로일렉트로닉스에서 이용될 수 있고, 방사성 폐기물 정제에서 흡착제로서 뿐만아니라 연료 전지에서 촉매로서 이용될 수 있다.
나노분말은 마이크로미터(적어도 하나의 선형 차원)보다 작은 유기 착물(organic complex), 금속 산화물, 또는 금속 입자일 수 있다. 재료 공학의 상이한 분야들에서 이용되는 재료들에 의해서 수행되어야 하는 요구조건들 때문에, 조절되 입자 크기 및 명확한 구조의 나노분말의 생산은 중요하다.
구리 나노분말을 획득하기 위해 현재 이용되는 방법들 중의 하나는 전기화학 환원법(전착(electrodeposition))이다. 나노-구조의 포일(foil) 및 침전물(deposit)의 전해질의 제조는 다른 특허들에서 제시된다.
예를 들어, 특허 CN 1710737/2005에서, 약 150 nm의 크기의 구리 나노-결정으로 된 구리 포일은 다음의 조건에서 직류-전류 전기분해의 프로세스에서 획득되었다: 금속 음극, 온도 25-65℃, 전해질 흐름 속도 0.5-5.0 m/s, 음극의 전류 밀도 0.5-5.0 A/㎠. 전해질은 다음의 조건으로 이루어졌다: 1-15 mg/l 티오우레아(thiourea), l-15mg/l 동물성 접착제, 0.1-5.0 mg/l 염화물 이온 등.
전해 방법은 특허 US 2006/0021878에서 제시되었다. 높은 경도(hardness)와 양질의 전기 전도성을 갖는 구리를 획득하기 위해 제시된 방법은 펄스 전기분해로 이루어진다. 이 프로세스는 다음의 조건에서 수행되었다: 0.5에서부터 0.1까지의 pH; 전해질 ― 반도체 순도의 구리 황산염; 금속 음극, 양극 ― 99.99% 순도의 구리, 15℃에서부터 3O℃까지의 온도; 10에서부터 50 ms까지의 음극의 펄스 타임; 1에서부터 3s까지의 전류 스위치-오프(switch-off) 시간; 40에서부터 100 mA/㎠까지의 음극의 전류 밀도. 용액은 자석 교반기를 이용해서 혼합되었고, 다음의 부가물들로 이루어졌다: 0.02 ml/l에서부터 0.2 ml/l까지의 동물성 접착제 및 0.2 ml/l에서부터 1 ml/l까지의 NaCl.
기질(용액, 적절한 순도의 시약, 환원 시약 및 다른 시약)의 준비에 비용이 들도록 요하는 구리 나노분말을 획득하는 전기화학적 방법이 상술한 선행기술에서 제시된다. 이 프로세스들이 매우 복잡하고 비싸기 때문에 나노분말 시장 가격이 매우 높다.
침전된 엘리먼트들의 낮은 농도의 산업용 전해질로부터 금속 회수의 경제적 생존력(viability) 및 기술적 실현가능성을 확실시하기 위한 기본적인 조건들 중의 하나는 전착된 이온의 전극에 충분한 질량 전달 속도를 제공하는 것이다. 이러한 방식으로, 나노분말 생산 프로세스의 속도 및 효율성이 증대된다.
본 발명의 목적은 전기도금 프로세스, 화학, 채광, 및 제련 산업의 폐기물인 전해질을 포함하여 산업용 전해질로부터 구리 분말을 획득하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 적절한 순도와 농도의 전해질의 이용 및 부가적인 전해질과 다른 물질의 이용의 필요성의 문제를 해결한다. 초마이크로 전극을 이용해서 전류 바향 변화를 가지는 및 전류 방향 변화를 가지지 않는 정전위 펄스 전기 분해를 겪는다면 폐수를 포함한 산업용 전해질 용액으로부터 구리 분말 및 나노분말이 획득될 수 있다는 것이 예기치 않게 발견되었다.
본 발명에 따라서 음극 상에서 금속성의 구리의 전착을 통해 산업용 전해질 및 폐수로부터 구리 분말 및 나노분말을 획득하기 위한 방법은 0.01 g dm-3보다 높은 구리 이온 농도의 전해질 용액이 도 1에 도시된 전류 전압 곡선의 평탄영역(plateau) 상에서의 또는 평탄영역에 근접한 음극 전위값을 이용해서 전류 방향 변화를 가지거나 전류 방향 변화를 가지지 않는 정전위 펄스 전기분해를 겪는 것으로 이루어지는데, 전류 전위 범위의 평탄영역은 -0.2 V 내지 -1 V이고, 금, 백금, 또는 스테인레스 스틸 와이어(steel wire) 또는 포일로 만들이어진 움직일 수 있는 또는 고정된 초마이크로 전극 또는 초마이크로 전극들의 어레이가 음극으로 이용되고, 금속성의 구리가 양극으로 이용되고, 프로세스가 18-60℃의 온도에서 수행되고, 전기분해가 0.005 s부터 60 s까지 지속된다.
본 발명에 다른 방법의 이점은 전해질 용액이 도 2의 a) 내지 d)에서 도시된 바와 같이 정전위 전기분해를 겪는 것으로 이루어지는데, 여기서:
- 도 2의 a)는 0.005 s에서부터 60 s까지의 시간 tk에서 구리 전극을 참조하여 -0.2 V 내지 -1.0 V의 범위에서 음극의 전위 Ek에서의 펄스를 보이고,
- 도 2의 b)는 0.005 s에서부터 60 s까지의 시간 tk에서 구리 전극을 참조하여 -0.2 V 내지 -1.0 V의 범위에서 음극의 전위 Ek에서의 펄스 및 시간 tk보다 적어도 10% 더 짧은 시간 ta1에서 구리 전극을 참조하여 0.0 V 내지 +1.0 V의 범위에서 양극의 전위 Ea1에서의 펄스를 보이고,
- 도 2의 c)는 시간 ta0 ≤ tk 에서 구리 전극을 참조하여 0.0 V 내지 +1.0 V의 범위에서 양극의 전위 Ea0에서의 펄스 및 0.005 s에서부터 60 s까지의 시간 tk에서 구리 전극을 참조하여 -0.2 V 내지 -1.0 V의 범위에서 음극의 전위 Ek에서의 펄스를 보이고,
- 도 2의 d)는 시간 ta0 ≤ tk 에서 구리 전극을 참조하여 0.0 V 내지 +1.0 V의 범위에서 양극의 전위 Ea0에서의 펄스 및 0.005 s에서부터 60 s까지의 시간 tk에서 구리 전극을 참조하여 -0.2 V 내지 -1.0 V의 범위에서 음극의 전위 Ek에서의 펄스 및 tk보다 적어도 10% 더 짧은 시간 ta1에서 양극의 전위 Ea1에서의 이어지는 펄스를 보인다.
음극의 구리 환원 프로세스는 전극으로의 이온 확산에 의해서 제어되는데, 상기 방법은 초마이크로 전극 또는 초마이크로 전극들의 어레이를 이용함으로써 그리고 전류 전압 곡선(도 1)의 평탄영역 상에서 또는 평탄영역에 근접해서 음극의 전위에서 정전위 전기분해를 수행함으로써 달성된다. 상기 전기분해 프로세스는 전극에 인가되는 일정한 전위에서 시간의 함수로 전류를 측정하는 것으로 이루어진다.
상기 방법에서 이용된 와이어(wire) 초마이크로 전극의 직경은 1에서부터 100 μm까지일 수 있다. 플레이트(plate) 형상의 초마이크로 전극 어레이 영역은 1·10-6 ㎠에서부터 10000 ㎠까지 측정할 수 있다.
움직일 수 있는 전극들이 이용되는 경우에 이들이 전해질에 있는 시간은 하나의 전기분해 사이클의 지속시간과 동일하다. 고정된 전극들이 이용되는 경우에 이들이 전해질에 있는 시간은 하나의 전기분해 사이클의 지속시간과 동일하다. 각각의 사이클 이후에, 전극은 용액으로부터 제거되고 새로운 전극이 전해질 용액에 담겨진다.
전기분해 산물, 즉 분말 또는 나노분말은 비활성 기체나 액체의 제트 기류(jet stream)를 이용해서 전극 표면으로부터 제거될 수 있고, 또는 예컨대 테프론(Teflon)으로 만들어진 날이 예리한 수거 장치를 이용해서 기계적으로 전극 표면으로부터 제거될 수 있다.
상기 전기화학적 방법을 이용함으로써, 입자 구조 및 치수 반복성에 특징이 있는 구리 분말 및 나노분말이 구리 산업 및 전기도금 공장으로부터의 폐기 산업용 전해질 및 폐수를 포함하는 산업용 전해질 용액으로부터 획득된다. 99%+ 내지 99.999% 순도의 구리 나노분말이 상기 방법을 이용하여 추가적이 처리 없이 폐기 산업용 전해질로부터 획득될 수 있다. 이것은 현저히 감소된 비용으로 산업적 규모로 나노분말을 획득하는 것을 허용한다. 상기 방법을 이용함으로써, 상이한 형상, 구조, 및 치수의 분말 또는 나노분말이 전극의 크기, 전극이 만들어진 금속, 전기분해가 수행되는 조건, 및 특히 전기분해의 종류(도 2의 항목 a 내지 d), 온도, 전해질에서의 구리 농도에 의존하여 획득된다.
도 1은 초마이크로 전극에서 구리 이온 환원의 도면으로서, E는 구리 전극을 참조로 하여 볼트(Volts)로 측정된 전위이고, i는 amperes/㎠로 측정된 음극의 전류 밀도이다.
도 2는 구리 분말 또는 나노분말을 획득하기 위한 상기 방법에서 이용된 전위 펄스들의 유형들이고, Ek는 음극의 펄스 전위이고, Ea는 양극의 펄스 전위이고, tk는 음극의 펄스 시간이고, ta는 양극의 펄스 시간이다.
본 방법을 이용하여 구리 나노분말 및 분말을 획득하는 것이 예들로서 제시된다.
예 I.
면적이 0.3 ㎠이고 두께가 0.1 cm인 구리 플레이트 형식으로 기준 전극(양극) 및 음극으로서 기능하면서, 직경이 10 μm인 초마이크로 전극으로 작동하는 백금 와이어가 25℃까지 온도가 조절되어 올라가는 전기화학 셀(cell) 내에 배치된다. 이 셀은 46 g dm-3 Cu, 170-200 g dm-3 H2SO4, Ni, As, Fe (>1000 mg dm-3), Cd, Co, Bi, Ca, Mg, Pb, Sb (1 mg dm-3에서부터 1000 mg dm-3까지) 및 Ag, Li, Mn, Pd, Rh (<1 mg dm-3) 뿐만 아니라 동물성 접착제 및 티오우레아(<1 mg dm-3)로 구성된, 구리 전기정련에서 사용된, 산업용 전해질로 채워진다. 전극들은 측정 장치―BNC 커넥터의 도움으로 에코 케미(Eco Chemie)에 의해서 GPES 소프트웨어를 가지며 퍼스널 컴퓨터(PC)를 가지고 온라인(on-line)으로 동작하는 오토랩(Autolab) GSTST30 포텐시오스탯(potentiostat)―에 연결된다.
프로세스의 파라미터들은 다음과 같다:
Ea0 = 0.6 V taO = O.l s
Ek= -0.4V tk = O.l s
전극 상에서 구리의 전기화학적 침전 이후에, 침전된 분말의 구조 및 치수는 스캐닝 전자 현미경을 이용해서 조사되었고, 획득된 침전물은 약 250 nm 길이와 약 50-70 nm 폭의 튜브의 형상으로 존재하는 것으로 기술되었다. EDS(energy dispersion spectrum)의 분석을 기초로 하여, 구리의 특성의 선들만이 존재하는 것으로 기술되었고, 이것은 획득된 산물의 순도를 나타낸다.
예 II .
면적이 0.3 ㎠이고 두께가 0.1 cm인 구리 플레이트의 형식으로 기준 전극(양극) 및 음극으로 기능하면서, 직경이 10 μm인 초마이크로 전극으로 작동하는 백금 와이어가 25℃까지 온도가 조절되어 올라가는 전기화학 셀 내에 배치된다. 이 셀은 예 1에서 주어진 구성의, 구리 전기정련에서 사용된, 산업용 전해질로 채워진다. 전극들은 측정 장치―특별한 소프트웨어를 가지며 퍼스널 컴퓨터(PC)를 가지고 온라인으로 동작하는 포텐시오스탯―에 연결된다.
프로세스의 파라미터들은 다음과 같다:
Ea0= 0.6 V taO = O.l s
Ek= -0.4 V tk = 0.125 s
전극 상에서 구리의 전기화학적 침전 이후에, 침전된 분말의 구조 및 치수는 스캐닝 전자 현미경을 이용해서 조사되었고, 획득된 침전물은 약 600 nm 길이 및 약 60-120 nm 폭의 튜브의 형상으로 존재하는 것으로 기술되었다. EDS(energy dispersion spectrum)의 분석을 기초로 하여, 구리의 특성의 선들만이 존재하는 것으로 기술되었다.
예 III .
면적이 0.3 ㎠이고 두께가 0.1 cm인 구리 플레이트의 형식으로 기준 전극(양극) 및 음극으로 기능하면서, 직경이 100 μm인 초마이크로 전극으로 작동하는 백금 와이어가 25℃까지 온도가 조절되어 올라가는 전기화학 셀 내에 배치된다. 이 셀은 예 1에서 주어진 구성의, 구리 전기정련에서 사용된, 산업용 전해질로 채워진다. 전극들은 측정 장치―특별한 소프트웨어를 가지며 퍼스널 컴퓨터(PC)를 가지고 온라인으로 동작하는 포텐시오스탯―에 연결된다.
프로세스의 파라미터들은 다음과 같다:
Ea0= 0.6 V ta0 = O.l s
Ek= -0.4 V tk= O.l s
전극 상에서 구리의 전기화학적 침전 이후에, 침전된 분말의 구조 및 치수는 스캐닝 전자 현미경을 이용해서 조사되었고, 획득된 침전물은 약 200 nm-600 nm 입경(grain diameter)의 큰 결정의 형상으로 존재하는 것으로 기술되었다. EDS(energy dispersion spectrum)의 분석을 기초로 하여, 구리의 특성의 선들만이 존재하는 것으로 기술되었다.
예 IV .
면적이 0.3 ㎠이고 두께가 0.1 cm인 구리 플레이트의 형식으로 기준 전극(양극) 및 음극으로 기능하면서, 직경이 10 μm인 초마이크로 전극으로 작동하는 금 와이어가 25℃까지 온도가 조절되어 올라가는 전기화학 셀 내에 배치된다. 이 셀은 예 1에서 주어진 구성의, 구리 전기정련에서 사용된, 산업용 전해질로 채워진다. 전극들은 측정 장치―특별한 소프트웨어를 가지며 퍼스널 컴퓨터(PC)를 가지고 온라인으로 동작하는 포텐시오스탯―에 연결된다.
프로세스의 파라미터들은 다음과 같다:
Ea0= 0.6 V ta0= O.l s
Ek = -0.4 V tk = 0.125 s
전극 상에서 구리의 전기화학적 침전 이후에, 침전된 분말의 구조 및 치수는 스캐닝 전자 현미경을 이용해서 조사되었고, 획득된 침전물은 약 150 nm 입경의 큰 결정의 형상으로 존재하는 것으로 기술되었다. EDS(energy dispersion spectrum)의 분석을 기초로 하여, 구리의 특성의 선들만이 존재하는 것으로 기술되었다.
예 V.
면적이 0.3 ㎠이고 두께가 0.1 cm인 구리 플레이트의 형식으로 기준 전극(양극) 및 음극으로 기능하면서, 직경이 40 μm인 초마이크로 전극으로 작동하는 금 와이어가 25℃까지 온도가 조절되어 올라가는 전기화학 셀 내에 배치된다. 이 셀은 예 1에서 주어진 구성의, 구리 전기정련에서 사용된, 산업용 전해질로 채워진다. 전극들은 측정 장치―특별한 소프트웨어를 가지며 퍼스널 컴퓨터(PC)를 가지고 온라인으로 동작하는 포텐시오스탯―에 연결된다.
프로세스의 파라미터들은 다음과 같다:
EaO = 0.6 V ta0 = O.l s
Ek= -0.4 V tk = 0.5 s
전극 상에서 구리의 전기화학적 침전 이후에, 침전된 분말의 구조 및 치수는 스캐닝 전자 현미경을 이용해서 조사되었고, 획득된 침전물은 약 250-300 nm 직경의 구(spherical) 형상으로 존재하는 것으로 기술되었다. EDS(energy dispersion spectrum)의 분석을 기초로 하여, 구리의 특성의 선들만이 존재하는 것으로 기술되었다.
예 VI .
면적이 0.3 ㎠이고 두께가 0.1 cm인 구리 플레이트의 형식으로 기준 전극(양극) 및 음극으로 기능하면서, 직경이 40 μm인 초마이크로 전극으로 작동하는 금 와이어가 25℃까지 온도가 조절되어 올라가는 전기화학 셀 내에 배치된다. 이 셀은 예 1에서 주어진 구성의, 구리 전기정련에서 사용된, 산업용 전해질로 채워진다. 전극들은 측정 장치―특별한 소프트웨어를 가지며 퍼스널 컴퓨터(PC)를 가지고 온라인으로 동작하는 포텐시오스탯―에 연결된다.
프로세스의 파라미터들은 다음과 같다:
EaO = 0.6 V ta0 = O.1 s
Ek= -0.5 V tk = O.l s
전극 상에서 구리의 전기화학적 침전 이후에, 침전된 분말의 구조 및 치수는 스캐닝 전자 현미경을 이용해서 조사되었고, 획득된 침전물은 약 250-300 nm 직경의 구 형상으로 존재하는 것으로 기술되었다. EDS(energy dispersion spectrum)의 분석을 기초로 하여, 구리의 특성의 선들만이 존재하는 것으로 기술되었다.
예 VII .
면적이 0.3 ㎠이고 두께가 0.1 cm인 구리 플레이트의 형식으로 기준 전극(양극) 및 음극으로 기능하면서, 직경이 25 μm인 초마이크로 전극으로 작동하는 스테인레스 스틸 와이어가 25℃까지 온도가 조절되어 올라가는 전기화학 셀 내에 배치된다. 이 셀은 예 1에서 주어진 구성의, 구리 전기정련에서 사용된, 산업용 전해질로 채워진다. 전극들은 측정 장치―특별한 소프트웨어를 가지며 퍼스널 컴퓨터(PC)를 가지고 온라인으로 동작하는 포텐시오스탯―에 연결된다.
프로세스의 파라미터들은 다음과 같다:
Ea= 0.6 V ta0 = 0.1 s
Ek= -0.4 V tk = 0.05 및 t = 0.075 s
전극 상에서 구리의 전기화학적 침전 이후에, 침전된 분말의 구조 및 치수는 스캐닝 전자 현미경을 이용해서 조사되었고, 획득된 침전물은 구 형상으로 존재하는 것으로 기술되었다. 입경은 t = 0.05 s에 대해서 약 300 nm로 이루어지고, t = 0.075 s에 대해서 약 400 nm로 이루어진다. EDS(energy dispersion spectrum)의 분석을 기초로 하여, 구리의 특성의 선들만이 존재하는 것으로 기술되었다.
예 VIII .
면적이 0.3 ㎠이고 두께가 0.1 cm인 구리 플레이트의 형식으로 기준 전극(양극) 및 음극으로 기능하면서, 직경이 25 μm인 초마이크로 전극으로 작동하는 스테인레스 스틸 와이어가 25℃까지 온도가 조절되어 올라가는 전기화학 셀 내에 배치된다. 이 셀은 예 1에서 주어진 구성의, 구리 전기정련에서 사용된, 산업용 전해질로 채워진다. 전극들은 측정 장치―특별한 소프트웨어를 가지며 퍼스널 컴퓨터(PC)를 가지고 온라인으로 동작하는 포텐시오스탯―에 연결된다.
프로세스의 파라미터들은 다음과 같다:
Ea= 0.6 V Za0= O.1 s
Ek= -0.45 V tk = 0.05 s 및 t = 0.075 s
전극 상에서 구리의 전기화학적 침전 이후에, 침전된 분말의 구조 및 치수는 스캐닝 전자 현미경을 이용해서 조사되었고, 획득된 침전물은 구 형상으로 존재하는 것으로 기술되었다. 입경은 t = 0.05 s에 대해서 약 200 nm로 이루어지고, t = 0.075 s에 대해서 약 550 nm로 이루어진다. EDS(energy dispersion spectrum)의 분석을 기초로 하여, 구리의 특성의 선들만이 존재하는 것으로 기술되었다.
예 IX .
면적이 0.3 ㎠이고 두께가 0.1 cm인 구리 플레이트의 형식으로 기준 전극(양극) 및 음극으로 기능하면서, 직경이 25 μm인 초마이크로 전극으로 작동하는 스테인레스 스틸 와이어가 25℃까지 온도가 조절되어 올라가는 전기화학 셀 내에 배치된 46 g dm-3의 구리 내용물을 가진 예 1에서와 같은 산업용 전해질에 담긴다. 전극들은 측정 장치―특별한 소프트웨어를 가지며 퍼스널 컴퓨터(PC)를 가지고 온라인으로 동작하는 포텐시오스탯―에 연결된다.
Ea= 0.6 V ta0 = O.l s
Ek = -0.5 V tk = 0.05 s 및 t = 0.075 s
전극 상에서 구리의 전기화학적 침전 이후에, 침전된 분말의 구조 및 치수는 스캐닝 전자 현미경을 이용해서 조사되었고, 획득된 침전물은 구 형상으로 존재하는 것으로 기술되었다. 입경은 t = 0.05 s에 대해서 약 600-700 nm로 이루어지고, t = 0.075 s에 대해서 약 700-800 nm로 이루어진다. EDS(energy dispersion spectrum)의 분석을 기초로 하여, 구리의 특성의 선들만이 존재하는 것으로 기술되었다.
예 X.
면적이 0.3 ㎠이고 두께가 0.1 cm인 구리 플레이트의 형식으로 기준 전극(양극) 및 음극으로 기능하면서, 직경이 25 μm인 초마이크로 전극으로 작동하는 스테인레스 스틸 와이어가 25℃까지 온도가 조절되어 올라가는 전기화학 셀 내에 배치된다. 이 셀은 예 1에서 주어진 구성의, 구리 전기정련에서 사용된, 산업용 전해질로 채워진다. 전극들은 측정 장치―특별한 소프트웨어를 가지며 퍼스널 컴퓨터(PC)를 가지고 온라인으로 동작하는 포텐시오스탯―에 연결된다.
프로세스의 파라미터들은 다음과 같다:
Ek = 0.6 V ta0 = 0.1 s
Ek = -0.4 V 및 Ek = -0.45 V tk = 0.1 s
전극 상에서 구리의 전기화학적 침전 이후에, 침전된 분말의 구조 및 치수는 스캐닝 전자 현미경을 이용해서 조사되었고, 획득된 침전물은 구 형상으로 존재하는 것으로 기술되었다. 입경은 200-1200 nm의 범위에 존재한다. EDS(energy dispersion spectrum)의 분석을 기초로 하여, 구리의 특성의 선들만이 존재하는 것으로 기술되었다.
예 XI .
면적이 0.3 ㎠이고 두께가 0.1 cm인 구리 플레이트의 형식으로 양극과 음극―약 1 ㎠의 영역의 스테인레스 스틸 와이어가 이 예 1에서 주어진 구성의 산업용 전해질에 담긴다. 전극들은 측정 장치―특별한 소프트웨어를 가지며 퍼스널 컴퓨터(PC)를 가지고 온라인으로 동작하는 포텐시오스탯―에 연결된다.
프로세스의 파라미터들은 다음과 같다:
Ek= -0.4 V tk= l s, tk = 15 s, tk = 30 s, tk= 60 s.
전극 상에서 구리의 전기화학적 침전 이후에, 침전된 분말의 구조 및 치수는 스캐닝 전자 현미경을 이용해서 조사되었고, 획득된 침전물은 구 형상으로 존재하는 것으로 기술되었다. 획득된 덩어리들의 크기들은 다음의 시간 60, 30, 15, 1 s에 대해서 약 5-10 μm, 2.5-3 μm, 1-2 μm, 0.2-0.5 μm이다. EDS(energy dispersion spectrum)의 분석을 기초로 하여, 구리의 특성의 선들만이 존재하는 것으로 기술되었다.
예 XII .
면적이 0.3 ㎠이고 두께가 0.1 cm인 구리 플레이트 형식으로 기준 전극(양극) 및 음극으로서 기능하면서, 직경이 25 μm인 초마이크로 전극으로 작동하는 스테인레스 스틸 와이어가 25℃까지 온도가 조절되어 올라가는 전기화학 셀 내에 배치된다. 이 셀은 189 g dm-3 Cu, 170-200 g dm-3 H2SO4, Ni, As, Fe (>1000 mg dm-3), Cd, Co, Bi, Ca, Mg, Pb, Sb (1 mg dm-3에서부터 1000 mg dm-3까지) 및 Ag, Li, Mn, Pd, Rh (<1 mg dm-3) 뿐만 아니라 동물성 접착제 및 티오우레아로 구성된, 구리 전기정련에서 사용된, 쓰고 난 산업용 전해질로 채워진다. 전극들은 측정 장치―특별한 소프트웨어를 가지며 퍼스널 컴퓨터(PC)를 가지고 온라인으로 동작하는 포텐시오스탯―에 연결된다.
프로세스의 파라미터들은 다음과 같다:
Ek= -0.40 V tk= 0.5 s
전극 상에서 구리의 전기화학적 침전 이후에, 침전된 분말의 구조 및 치수는 스캐닝 전자 현미경을 이용해서 조사되었고, 획득된 침전물은 뚜렷한 구조의 구 형상으로 존재하는 것으로 기술되었다. 입경은 350 nm 부터 2.5 μm 까지의 범위에 존재한다. EDS(energy dispersion spectrum)의 분석을 기초로 하여, 구리의 특성의 선들만이 존재하는 것으로 기술되었다.

Claims (2)

  1. 음극 상에서 구리의 전기화학적 침전을 통해서 폐기 산업용 전해질을 포함한 산업용 전해질로부터 구리 분말 및 나노분말을 획득하기 위한 방법으로서,
    0.01 g m-3보다 높은 구리 이온 농도의 전해질 용액이 도 1에 도시된 전류 전압 곡선의 평탄영역(plateau) 상에서의 또는 평탄영역에 근접한 음극 전위값을 이용해서 전류 방향 변화를 가지거나 전류 방향 변화를 가지지 않는 정전위 펄스 전기분해를 겪고, 전류 전위 범위의 평탄영역은 -0.2 V 내지 -1 V이고, 금, 백금, 또는 스테인레스 스틸 와이어 또는 포일로 만들이어진 움직일 수 있는 또는 고정된 초마이크로 전극 또는 초마이크로 전극들의 어레이가 음극으로 이용되고, 금속성의 구리가 양극으로 이용되고, 프로세스가 18-60℃의 온도에서 수행되고, 전기분해가 0.005부터 60 s까지 지속되는 것을 특징으로 하는 폐기 산업용 전해질을 포함한 산업용 전해질로부터 구리 분말 및 나노분말을 획득하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전해질 용액은 도 2의 a) 내지 d)에서 도시된 바와 같이 정전위 전기분해를 겪고:
    - 도 2의 a)는 0.005 s에서부터 60 s까지의 시간 tk에서 구리 전극을 참조하여 -0.2 V 내지 -1.0 V의 범위에서 음극의 전위 Ek에서의 펄스를 보이고,
    - 도 2의 b)는 0.005 s에서부터 60 s까지의 시간 tk에서 구리 전극을 참조하여 -0.2 V 내지 -1.0 V의 범위에서 음극의 전위 Ek에서의 펄스 및 시간 tk보다 적어도 10% 더 짧은 시간 ta1에서 구리 전극을 참조하여 0.0 V 내지 +1.0 V의 범위에서 양극의 전위 Ea1에서의 펄스를 보이고,
    - 도 2의 c)는 시간 ta0 ≤ tk 에서 구리 전극을 참조하여 0.0 V 내지 +1.0 V의 범위에서 양극의 전위 Ea0에서의 펄스 및 0.005 s에서부터 60 s까지의 시간 tk에서 구리 전극을 참조하여 -0.2 V 내지 -1.0 V의 범위에서 음극의 전위 Ek에서의 펄스를 보이고,
    - 도 2의 d)는 시간 ta0 ≤ tk 에서 구리 전극을 참조하여 0.0 V 내지 +1.0 V의 범위에서 양극의 전위 Ea0에서의 펄스 및 0.005 s에서부터 60 s까지의 시간 tk에서 구리 전극을 참조하여 -0.2 V 내지 -1.0 V의 범위에서 음극의 전위 Ek에서의 펄스 및 tk보다 적어도 10% 더 짧은 시간 ta1에서 양극의 전위 Ea1에서의 이어지는 펄스를 보이는 것을 특징으로 하는 폐기 산업용 전해질을 포함한 산업용 전해질로부터 구리 분말 및 나노분말을 획득하기 위한 방법.
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