KR20130089504A - 액상환원법을 이용한 고순도 루테늄 분말 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
액상환원법을 이용하여 고순도 루테늄 분말을 제조하는 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 루테늄 분말 제조 방법은 환원제를 이용하여 루테늄화합물을 액상에서 환원시켜 루테늄(Ru) 분말을 제조하되, 상기 환원제로 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 이용하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 루테늄 분말 제조 방법은 (a) 루테늄화합물 함유 용액과 수소화붕소나트륨 함유 용액을 마련하는 단계; (b) 상기 수소화붕소나트륨 함유 용액에 상기 루테늄화합물 함유 용액을 가하여, 상기 환원제에 의한 상기 루테늄화합물의 환원반응을 통하여 루테늄 분말을 생성하는 단계; 및 (c) 상기 생성된 루테늄 분말을 여과한 후, 세척 및 건조하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 루테늄 분말 제조 방법은 환원제를 이용하여 루테늄화합물을 액상에서 환원시켜 루테늄(Ru) 분말을 제조하되, 상기 환원제로 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 이용하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 루테늄 분말 제조 방법은 (a) 루테늄화합물 함유 용액과 수소화붕소나트륨 함유 용액을 마련하는 단계; (b) 상기 수소화붕소나트륨 함유 용액에 상기 루테늄화합물 함유 용액을 가하여, 상기 환원제에 의한 상기 루테늄화합물의 환원반응을 통하여 루테늄 분말을 생성하는 단계; 및 (c) 상기 생성된 루테늄 분말을 여과한 후, 세척 및 건조하는 단계;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 루테늄(Ru) 분말 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액상환원법(wet chemical reduction method)을 이용하여 고순도 루테늄 분말을 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
루테늄은 백금(Pt)이나 팔라듐(Pd)의 경화제, 각종 촉매제, 커패시터 전극재료 등 다양한 용도로 활용되고 있다.
루테늄이 상기와 같은 용도에 활용되기 위하여는 고순도를 가질 것이 요구된다.
고순도 루테늄 분말을 제조하는 방법으로, 대한민국 등록특허공보 제10-0881851호(2009.02.06. 공고)에는 루테늄 원료를 애노드로 하여, 용액 중에서 전해하여 정제하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 고순도 루테늄 분말을 제조하는 방법으로, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0074168호(2011.06.30. 공개)에는 루테늄 폐타겟을 세정하고, 플라즈마를 이용하여 건식 루테늄 분말을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 종래의 방법들은 고순도의 루테늄 분말을 제조할 수는 있으나, 원료로서 저순도의 루테늄 혹은 루테늄 폐타겟을 이용한 것으로서 전기 혹은 플라즈마를 이용하여야만 한다. 따라서, 종래의 방법들은 루테늄 분말 제조를 위한 장치 구성이 복잡해지고, 이에 따라 제조 비용이 높은 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 액상환원법을 이용하여 염화루테늄(RuCl3) 등 루테늄화합물로부터 고순도의 루테늄 분말을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 루테늄 분말 제조 방법은 환원제를 이용하여 루테늄화합물을 액상에서 환원시켜 루테늄(Ru) 분말을 제조하되, 상기 환원제로 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 이용하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 루테늄 분말 제조 방법은 (a) 루테늄화합물 함유 용액과 수소화붕소나트륨 함유 용액을 마련하는 단계; (b) 상기 수소화붕소나트륨 함유 용액에 상기 루테늄화합물 함유 용액을 가하여, 상기 환원제에 의한 상기 루테늄화합물의 환원반응을 통하여 루테늄 분말을 생성하는 단계; 및 (c) 상기 생성된 루테늄 분말을 여과한 후, 세척 및 건조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액상환원법을 이용한 루테늄 분말 제조 방법은 간단한 공정으로 루테늄 분말을 제조할 수 있는 액상환원법을 이용하면서도, 환원제로 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 이용한 결과, 결정질의 루테늄 분말을 제조할 수 있는 효과를 제공한다.
또한 본 발명에 따른 액상환원법을 이용한 루테늄 분말 제조 방법은 수소화붕소나트륨의 농도, 환원반응 시간 등의 조절을 통하여 고순도의 결정질 루테늄 분말을 제조할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액상환원법을 이용한 루테늄 분말 제조 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 환원제 종류에 따라 제조된 루테늄 분말의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 3은 환원제 농도에 따라, 제조된 루테늄 분말의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 4는 환원제 농도에 따라, 제조된 루테늄 분말의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 환원반응 시간에 따라, 제조된 루테늄 분말의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 6은 환원반응 시간에 따라, 제조된 루테늄 분말의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 7은 루테늄화합물 함유 용액의 공급 속도에 따라, 제조된 루테늄 분말의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 8은 루테늄화합물 함유 용액의 공급 속도에 따라, 제조된 루테늄 분말의 입도 분포를 나타낸 것이다.
도 2는 환원제 종류에 따라 제조된 루테늄 분말의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 3은 환원제 농도에 따라, 제조된 루테늄 분말의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 4는 환원제 농도에 따라, 제조된 루테늄 분말의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 환원반응 시간에 따라, 제조된 루테늄 분말의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 6은 환원반응 시간에 따라, 제조된 루테늄 분말의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 7은 루테늄화합물 함유 용액의 공급 속도에 따라, 제조된 루테늄 분말의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 8은 루테늄화합물 함유 용액의 공급 속도에 따라, 제조된 루테늄 분말의 입도 분포를 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 본 발명에 따른 액상환원법을 이용한 고순도 루테늄 분말 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서는 금속화합물을 용액 내에서 환원제를 이용하여 환원반응시켜 분말을 제조하는 액상환원법을 이용한다. 따라서, 본 발명에 따른 루테늄 분말 제조 방법은 환원제를 이용하여 루테늄화합물을 액상에서 환원시켜 루테늄(Ru) 분말을 제조한다. 환원반응은 루테늄화합물 함유 용액에 환원제를 가하는 방법, 루테늄화합물 함유 용액에 환원제 함유 용액을 가하는 방법, 루테늄화합물에 환원제 함유 용액을 가하는 방법, 환원제 함유 용액에 루테늄화합물을 가하는 방법, 환원제 함유 용액에 루테늄화합물 함유 용액을 가하는 방법, 환원제에 루테늄화합물 함유 용액을 가하는 방법 등 다양한 방법이 이용될 수 있다.
액상환원을 통한 루테늄 분말을 제조하기 위하여는 루테늄화합물, 환원제, 그리고 용매가 필요하다.
루테늄화합물은 염화루테늄(RuCl3), 산화루테늄(RuO2), 플루오르화루테늄(RuF6) 등이 이용될 수 있다. 환원반응에 의하여 생성되는 루테늄 분말의 양과 지나치게 낮은 pH에서는 루테늄의 표면산화가 심하게 발생할 수 있는 점을 고려할 때, 루테늄화합물의 몰농도는 대략 0.01~0.02 정도가 될 수 있다.
용매는 증류수와 같이 루테늄화합물과 환원제를 용해할 수 있는 것이라면 제한없이 이용될 수 있다.
한편, 본 발명에 이용되는 환원제는 수소화붕소나트륨(NaBH4)이다. 루테늄 화합물을 루테늄으로 환원시킬 수 있는 환원제로는 하이드라진(N2H4), 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol)이 이용될 수 있다.
그러나, 하이드라진을 환원제로 이용할 경우, 산성에서는 하이드라진의 환원력이 약하여 환원반응이 미비하다. 따라서, 제조된 루테늄 분말의 순도가 낮은 문제점이 있다.
또한, 에틸렌글리콜을 환원제로 이용할 경우, 결정질의 루테늄 분말을 확보하기 어렵고, 또한 환원반응 시간이 길어지는 문제점이 있다.
반면, 수소화붕소나트륨을 환원제로 이용한 결과, 결정질의 루테늄 분말을 얻을 수 있었으며, 또한 충분한 환원반응을 통하여 고순도의 루테늄 분말을 제조할 수 있었다.
수소화붕소나트륨을 환원제로 이용한 염화루테늄의 환원반응은 다음과 같은 반응식으로 진행될 수 있다.
4RuCl3 + 3NaBH4 → 4Ru + 3B3+ + 6H2 + 3Na+ + 12Cl-
상기의 반응식과 같이 RuCl3 는 NaBH4와 반응하여 Ru 분말을 형성하게 된다.
한편, 몰비율로, RuCl3 : NaBH4 = 4:3이면 완전히 환원반응이 이루어져야 하나 실제로는 더 많은 양의 NaBH4가 필요하였다.
수소화붕소나트륨은 루테늄화합물 1몰당 12~25몰의 비율로 사용되는 것이 바람직하며, 루테늄화합물 1몰당 20~25몰의 비율로 사용하는 것이 가장 바람직하다. 수소화붕소나트륨의 사용량이 루테늄화합물 1몰당 12몰 미만인 경우에는 루테늄화합물의 환원반응이 불충분하다. 따라서, 이 경우, 환원되지 않은 루테늄화합물이 다량 잔류하게 되어, 루테늄 분말의 순도가 저하될 수 있다. 한편, 수소화붕소나트륨의 사용량이 증가할수록 루테늄의화합물의 환원반응 정도가 높아지나, 수소화붕소나트륨의 사용량이 루테늄화합물 1몰당 25몰에서 그 효과는 포화된다.
한편, 상기 수소화붕소나트륨에 의한 루테늄화합물의 환원반응은 3~65분동안 실시되는 것이 바람직하다. 환원반응시간이 3분 미만인 경우 결정질보다는 비정질 루테늄 분말이 형성될 수 있으며, 환원반응이 불충분하여 고순도의 루테늄 분말을 형성하기 어렵다. 한편, 환원반응은 반응시간 65분을 초과하면 루테늄 분말의 지나친 응집이 발생할 수 있다.
이하에서는, 수소화붕소나트륨을 환원제로 이용하여 루테늄 분말을 제조하는 예를
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액상환원법을 이용한 루테늄 분말 제조 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 도시된 루테늄 분말 제조 방법은 용액 마련 단계(S110), 액상환원 단계(S120) 및 세척/건조 단계(S130)를 포함한다.
용액 마련 단계(S110)에서는 루테늄화합물 함유 용액과 수소화붕소나트륨 함유 용액을 마련한다.
액상환원 단계(S120)에서는 수소화붕소나트륨 함유 용액에 상기 루테늄화합물 함유 용액을 가하여, 상기 환원제에 의한 상기 루테늄화합물의 환원반응을 통하여 루테늄 분말을 생성한다.
전술한 바와 같이 액상환원 단계(S120)는 3~65분동안 실시되는 것이 바람직하고, 또한 수소화붕소나트륨의 사용량은 루테늄화합물 함유 용액 1몰당 12~25몰이 바람직하다.
이때, 루테늄화합물을 환원시키기 위하여, 루테늄화합물 함유 용액을 수소화붕소나트륨 함유 용액에 한번에 가할 수 있다. 또한, 루테늄화합물 함유 용액을 연속적으로 혹은 반연속적(semi-continuous)으로 수소화붕소나트륨 함유 용액에 가할 수 있다. 루테늄화합물 함유 용액을 반연속적으로 가하는 방식은 드롭와이저(dropwiser)가 이용될 수 있다.
이중, 루테늄화합물 함유 용액을 50~100ml/min의 속도로 연속적 또는 반연속적으로 수소화붕소나트륨 함유 용액에 가하는 것이 가장 바람직하다. 루테늄화합물 함유 용액의 공급 속도가 50ml/min 미만인 경우에는 비정질상의 루테늄 분말이 형성될 수 있다.
반대로, 루테늄화합물 함유 용액의 공급 속도가 100ml/min을 초과하거나 나아가 루테늄화합물 함유 용액을 한번에 가하는 경우, 결정질의 루테늄 분말을 얻을 수는 있으나 입도 분포가 커서 균일한 루테늄 분말을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
다음으로, 세척/건조 단계(S130)에서는 액상환원반응을 통하여 생성된 루테늄 분말을 여과한 후, 세척 및 건조한다.
세척은 증류수, 알코올 등 일반적으로 세척에 이용되는 것이라면 제한없이 이용될 수 있다.
건조는 자연건조 방식, 오븐 건조 방식 등이 이용될 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 환원제 종류에 따른 루테늄 분말 특성 평가
(1) 비교예 1
루테늄 공급원으로 RuCl3·3H2O를 사용하였으며, 환원제로 N2H4·H2O를 사용하였다.
RuCl3·3H2O이 용해된 100ml의 증류수에 N2H4·H2O을 첨가하여 60℃에서 염화루테늄을 환원하였다. 이때, RuCl3·3H2O의 몰농도는 0.0125M이었고, N2H4·H2O의 몰농도는 0.075M 이었다.
환원반응이 종료된 후, 생성된 니켈 분말을 여과한 후 증류수, 알코올로 3차례 세척한 후 60℃ 오븐에서 8시간 건조하였다.
(2) 비교예 2
루테늄 공급원으로 RuCl3·3H2O를 사용하였으며, 환원제로 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol)을 사용하여 제조하였다.
에틸렌 글리콜 100ml에 RuCl3·3H2O을 용해시킨 후, RuCl3·3H2O 용액을 삼구플라스크에 넣은 후 밀봉하여 히팅 맨틀(Heating mantle)로 190℃까지 온도를 올려준 후 4시간동안 반응 시켰다. 온도 상승 중에는 스크류로 용액을 교반하였다. 이때 RuCl3·3H2O의 몰농도는 0.0125M이었다.
환원반응이 종료된 후, 생성된 루테늄 분말을 여과한 후 증류수, 알코올로 3차례 세척한 후 60℃ 오븐에서 8시간 건조하였다.
(3) 실시예 1
루테늄 공급원으로 RuCl3·3H2O를 사용하였으며, 환원제로 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 사용하였다.
각각 100ml의 비커에 50ml의 증류수를 채운 다음, 한쪽 비커에 NaBH4, RuCl3·3H2O를 용해시켜 수소화붕소나트륨 함유 용액을 마련하고, 다른쪽 비커에 RuCl3·3H2O를 용해시켜 루테늄화합물 함유 용액을 마련하였다. 루테늄화합물 함유 용액을 드롭와이즈(Dropwise) 방법으로 수소화붕소나트륨 함유 용액에 50ml/min의 공급하였다.
이때, 루테늄화합물 함유 용액 및 수소화붕소나트륨 함유 용액 전체 혼합 용액을 기준으로, RuCl3·3H2O의 몰농도는 0.0125M이었고, NaBH4의 몰농도는0.1875M이었다. 환원반응은 25℃에서 10분동안 실시하였다.
환원반응이 종료된 후, 생성된 루테늄 분말을 여과한 후 증류수, 알코올로 3차례 세척한 후 60℃오븐에서 8시간 건조하였다.
(4) 루테늄 분말 특성 평가
비교예 1, 비교예 2 및 실시예 1에 따라 제조된 루테늄 분말의 형상과 크기는 SEM으로 관찰하였고, 결정상은 XRD(Philips MPD)를 사용하여 분석하였으며, 입도분포는 PSA(Mastersizer2000)을 사용하여 분석하였다.
도 2는 환원제 종류에 따라 제조된 루테늄 분말의 XRD 패턴을 나타낸 것이다. 보다 구체적으로, 도 2의 (a)는 비교예 1에 따라 제조된 루테늄 분말의 XRD 패턴을 나타낸 것이고, 도 2의 (b)는 비교예 2에 따라 제조된 루테늄 분말의 XRD 패턴을 나타낸 것이다. 또한, 도 2의 (c)는 실시예 1에 따라 제조된 루테늄 분말의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 하이드라진을 환원제로 이용한 경우, 하이드라진에 의하여 염화루테늄이 루테늄으로 환원될 수 있으나, 환원되는 것은 일부분이고 루테늄산화물(RuO2)로 변하거나 염화루테늄이 반응하지 않고 남아있는 것으로 보인다. 이는 RuCl3·3H2O를 물에 용해하게 되면 pH가 약 2.7인데 하이드라진의 경우 산성에서는 환원력이 미비하여 반응이 되지 않아 도 2의 (a)와 같은 XRD 결과가 나온 것이라 볼 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 에틸렌 글리콜을 환원제로 이용한 경우, 염화루테늄이 환원되어 루테늄 분말이 생성될 수 있는 것을 볼 수 있다. 그러나 에틸렌 글리콜을 이용한 경우, 제조된 루테늄은 결정상의 루테늄이 아닌 비정질의 루테늄을 형성하였다.
도 2의 (c)를 참조하면, 수소화붕소나트륨을 환원제로 이용한 경우, 염화루테늄이 환원되어 루테늄 분말이 생성될 수 있는 것을 볼 수 있다.또한, 수소화붕소나트륨을 환원제로 이용한 경우, 제조된 루테늄 분말은 결정상을 갖는 것을 알 수 있다.
따라서, 도 2를 참조하면, 루테늄화합물의 환원제로 수소화붕소나트륨을 이용한 경우, 산성에서 하이드라진 환원제를 이용한 경우에 비해 환원력이 우수하고, 에틸렌 글리콜 환원제를 이용한 경우에 비해 비정질이 아닌 결정질의 분말을 형성함과 동시에, 반응시간 10분으로 짧은 반응시간을 가질 수 있다.
2. 환원제 농도에 따른 루테늄 분말 특성 평가
환원제인 수소화붕소 나트륨의 농도에 따라. 제조되는 루테늄 분말의 특성을 평가하기 위해, 상기 실시예 1과 동일하되, 염화루테늄 : 수소화붕소나트륨을 사용량을 몰비율로, 1:6, 1:8, 1:10, 1:15 및 1:20으로 변화시키면서 루테늄 분말을 제조하였다.
도 3은 환원제 농도에 따라, 제조된 루테늄 분말의 XRD 패턴을 나타낸 것이고, 도 4는 환원제 농도에 따라, 제조된 루테늄 분말의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, RuCl3 : NaBH4 의 몰비율이 1:6, 1:8, 1:10, 1:12, 1:20 모두에서 결정질의 루테늄 분말이 형성되었음을 알 수 있다. 생성된 루테늄 분말은 몰비율로, RuCl3 : NaBH4 가 1:8, 1:10, 1:12 및 1:20 에서는 순수한 루테늄 분말을 얻을 수 있었고, 몰비율이 1:6 및 1:15인 경우에는 소량의 RuO2가 생성되었다.
환원에 의하여 루테늄은 약 30~70 nm의 크기로 생성된다. 그러나, 루테늄의 경우, 입자의 응집이 심하여 실제로는 더 큰 입자의 크기를 갖게 되어, 분말 형성이 가능하다.
도 4를 참조하면, 수소화붕소나트륨의 사용량이 높을수록 루테늄 분말의 사이즈가 더 커지는 것을 볼 수 있다. 즉, 수소화붕소나트륨의 사용량이 높을수록 입자의 응집 현상이 더 커질 수 있어 분말로서는 더 바람직하다고 볼 수 있다. 몰비율로, RuCl3 : NaBH4 = 1:20의 조건에서 실제 루테늄 분말의 크기는 0.18㎛로 측정되었다.
표 1은 환원제 농도에 따라, 제조된 루테늄 분말의 양을 나타낸 것이다.
[표 1]
표 1을 참조하면, 수소화붕소나트륨의 사용량이 증가할수록 제조된 루테늄 분말의 양이 더 커지는 것을 볼 수 있으며, 보다 구체적으로 1:12 이상에서 충분한 환원반응 및 응집에 의해 1mg/L 이상의 루테늄 분말이 생성될 수 있음을 알 수 있다.
3. 환원반응 시간에 따른 루테늄 분말 특성 평가
환원반응 시간에 따라. 제조되는 루테늄 분말의 특성을 평가하기 위해, 상기 실시예 1과 동일하되, 환원반응시간을 1분, 3분, 5분, 10분, 30분 및 60분으로 변화시키면서 루테늄 분말을 제조하였다.
도 5는 환원반응 시간에 따라, 제조된 루테늄 분말의 XRD 패턴을 나타낸 것이고, 도 6은 환원반응 시간에 따라, 제조된 루테늄 분말의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 환원반응 시간에 따라 제조된 루테늄 분말의 결정상태 및 응집 상태 등은 상이하게 나타났다.
반응시간 1분에서는 에틸렌 글리콜을 환원제로 이용한 비교예 2와 유사한 비정질의 루테늄 분말이 형성되었으며(도 5), 50nm이하의 미세한 분말이 심하게 응집되어 있는 것을 확인할 수 있다.(도 6)
반면, 반응시간 3분과 5분에서는 결정질 루테늄 분말이 제조되었으나 이산화루테늄(RuO2) 분말 또한 일부 생성된 것을 볼 수 있다.(도 5) 또한, 반응시간 3분과 5분에서는 50~100nm의 분말들이 응집되어 있는 것을 확인할 수 있다.(도 6) 여기서, 이산화루테늄은 미세한 루테늄 분말들이 반응성이 큰 것에 기인하여, 루테늄 분말이 대기 중의 산소와 반응하여 RuO2로 산화되어 생성된 것으로 보인다.
또한, 반응시간 10분에서 제조된 루테늄 분말은 순수한 결정질이었고(도 5), 약 60nm의 입자들이 응집되어 있는 것으로 보였으며(도 6), 실제 PSA 결과로 분말의 사이즈를 측정한 결과 대략 0.18 ㎛를 나타내었다.
또한, 반응시간 30분, 60분에서는 루테늄 분말이 생성되었으나, 일부 RuO2 또한 생성되었으며,(도 5) 반응시간 30분에서는 반응시간 10분과 유사한 형상과 응집을 나타내었으나 반응시간 60분에서는 입자의 응집이 가장 활발하게 이루어진 것을 볼 수 있다. 반응시간 30분, 60분에서 생성된 RuO2는 산성의 용액에서 반응이 이루어졌기 때문에 표면이 산화되어 생성된 것으로 보인다.
4. 루테늄화합물 함유 용액의 공급 속도 따른 루테늄 분말 특성 평가
루테늄화합물 함유 용액 시간에 따라. 제조되는 루테늄 분말의 특성을 평가하기 위해, 상기 실시예 1과 동일하되, 루테늄화합물 함유 용액의 공급 속도를 1ml/min, 5ml/min, 10ml/min, 50ml/min 변화시키고, 또한 루테늄화합물 함유 용액을 한번에(direct)로 공급하여 루테늄 분말을 제조하였다.
도 7은 루테늄화합물 함유 용액의 공급 속도에 따라, 제조된 루테늄 분말의 XRD 패턴을 나타낸 것이고, 도 8은 루테늄화합물 함유 용액의 공급 속도에 따라, 제조된 루테늄 분말의 입도 분포를 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 루테늄화합물 함유 용액의 공급속도가 1ml/min ~ 10ml/min 에서는 비정질의 루테늄 분말이 형성되었다. 반면, 루테늄화합물 함유 용액의 공급속도가 50ml/min 이거나 한번에 투입된 경우 결정상의 루테늄 분말이 형성되었다.
또한, 도 8을 참조하면, 루테늄화합물의 공급속도가 5ml/min, 10ml/min 및 50 ml/min의 속도로 첨가되어 제조된 Ru 분말은 평균 0.209㎛, 0.179㎛ 및 0.186㎛이었으며, 한번에 첨가되어 제조된 루테늄 분말은 평균 6.32㎛로 나타났다. 만, 루테늄화합물 함유 용액을 한번에 투입한 경우, 입도 분포가 지나치게 큰 것을 볼 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
S110 : 용액 마련 단계
S120 : 액상환원 단계
S130 : 세척/건조 단계
S120 : 액상환원 단계
S130 : 세척/건조 단계
Claims (6)
- (a) 루테늄화합물 함유 용액과 수소화붕소나트륨 함유 용액을 마련하는 단계;
(b) 상기 수소화붕소나트륨 함유 용액에 상기 루테늄화합물 함유 용액을 가하여, 상기 환원제에 의한 상기 루테늄화합물의 환원반응을 통하여 루테늄 분말을 생성하는 단계; 및
(c) 상기 생성된 루테늄 분말을 여과한 후, 세척 및 건조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 루테늄 분말 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 루테늄화합물은
염화루테늄, 산화루테늄, 루테늄카보닐 및 플루오르화루테늄 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 루테늄 분말 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 루테늄화합물 함유 용액을 50~100ml/min의 공급 속도로 연속적 또는 반연속적(semi-continuous)으로 가하는 것을 특징으로 하는 루테늄 분말 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 수소화붕소나트륨은
상기 루테늄화합물 1몰당 12~25몰의 비율로 사용되는 것을 특징으로 하는 루테늄 분말 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 수소화붕소나트륨에 의한 루테늄화합물의 환원반응은
3~65분동안 실시되는 것을 특징으로 하는 루테늄 분말 제조 방법.
- 환원제를 이용하여 루테늄화합물을 액상에서 환원시켜 루테늄(Ru) 분말을 제조하되,
상기 환원제로 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 이용하는 것을 특징으로 하는 루테늄 분말 제조 방법.
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