KR20130118533A - 탄소나노구조체-금속 복합체 또는 탄소나노구조체-금속산화물 복합체로 구성된 나노 다공막 및 이의 제조방법 - Google Patents
탄소나노구조체-금속 복합체 또는 탄소나노구조체-금속산화물 복합체로 구성된 나노 다공막 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 지지체를 포함하지 않는 탄소나노구조체-금속 복합체 또는 탄소나노구조체-금속산화물 복합체로 형성된 다공막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상기 다공막은 지지체를 포함하고 있지 않기 때문에 경량화가 가능하며, 나노 크기의 금속을 이용함으로써 저온 열처리를 통한 공정비용을 줄일 수 있다. 또한, 상기 다공막은 화학약품의 정제, 단백질 분리 등의 생화학분야 등 다양한 필터 제품으로 적용될 수 있다.
Description
본 발명은 지지체을 포함하지 않는 탄소나노구조체-금속 복합체 또는 탄소나노구조체-금속산화물 복합체로 구성된 나노 다공막, 이의 제조방법 및 이를 포함한 필터 제품에 관한 것이다.
최근에 산업이 고도화되면서 고순도의 분리능을 가진 다공막 기술이 매우 중요한 분야로 인식되고 있다. 화학공업, 식품공업, 약품공업, 의료, 생화학 및 환경 분야까지 폭 넓은 분야에서 중요성이 커지고 있으며, 특히 환경 분야에서 공기 정화, 수처리 정제, 폐용매 처리, 미생물 분리, 오일 정제에 대한 기술적 요구가 증가하면서, 이를 해결하기 위한 방안의 하나로 다공막을 이용한 기술이 크게 주목 받고 있다.
이러한 다공막은 폴리머를 소재로 하는 것이 대부분이지만, 최근에는 나노 다공막을 제조하는 새로운 소재로 탄소나노구조체를 이용하는 방법이 개발되기 시작하였다. 최근에 발견된 탄소나노구조체는 형태에 따라 탄소나노튜브(carbon nano tube), 탄소나노혼(carbon nano horn), 탄소나노섬유(carbon nano fiber), 그래핀(graphene)등으로 나눌 수 있다. 특히 탄소나노튜브는 우수한 기계적 강도, 열전도도, 전기전도도 및 화학적 안정성으로 인하여 에너지, 환경 및 전자소재 등 다양한 분야에 응용이 가능하다.
탄소나노구조체로 구성된 다공막 제작 기술의 예로서, 마이크론 금속섬유 필터에서 탄소나노튜브의 직접 성장에 의한 나노구조체 합성 방법이 있다. 마이크론 금속섬유 필터 표면상에 탄소나노튜브를 직접 합성 성장함으로써 마이크론 필터의 여과 성능을 구현한 연구(Korean Chem. Eng. Res., Vol. 45, No. 3, June, 2007, pp. 264-268)와 석영관 내에서 탄소나노튜브를 직접 성장시켜 튜브형태의 탄소나노튜브 모듈을 제작한 연구 보고(Nature materials, Vol. 3, September, 2004, pp. 610-614) 등의 개발이 진행되어 왔다.
하지만, 상기 탄소나노구조체로 구성된 다공막의 구조는 범용적으로 사용되고 있는 섬유 내지 세라믹 필터 지지체 상에 탄소나노구조체를 형성시켜 지지체의 성능을 보완하는 수준이며, 2중 구조로 인하여 투수율의 저하 내지 적용범위에 있어서 한계가 있을 수 있다. 또한, 탄소나노구조체 만으로 다공막을 제조하기 위해서는 지지체에서 탄소나노튜브 등을 성장시키는 방법을 사용하는데, 이는 제조상의 문제와 경제적으로 유용성이 떨어지는 단점이 있으며, 탄소나노구조체는 탄소로 이루어져 있기 때문에, 탄소나노구조체 간의 결합력이 없어 탈리되는 문제점이 있다.
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 45, No. 3, June, 2007, pp. 264-268
Nature materials, Vol. 3, September, 2004, pp. 610-614
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로써 지지체를 포함하지 않는 금속나노구조체-금속 복합체 또는 탄소나노구조체-금속산화물 복합체로 형성된 다공막 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
하나의 실시예에서, 본 발명은 지지체를 포함하지 않는 탄소나노구조체-금속 복합체 또는 탄소나노구조체-금속산화물 복합체로 형성된 다공막을 제공한다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 다공막을 제공하는 방법으로,
탄소나노구조체-금속 복합체 또는 탄소나노구조체-금속산화물 복합체 분산액을 지지체에 도포한 후 감압하는 단계; 및
지지체를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다공막을 이용한 필터 제품을 제공한다.
본 발명에 따른 다공막은 지지체를 포함하고 있지 않기 때문에 경량화가 가능하며, 나노 크기의 금속을 이용함으로써 저온 열처리를 통한 공정비용을 줄일 수 있다. 또한, 상기 다공막은 화학약품의 정제, 단백질 분리 등의 생화학분야에 필터 제품으로 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 공기청정기용 필터, 에어컨 필터, 수처리용 필터, 폐용매 처리용 필터, 미생물 분리용 다공막, 오일 정제용 필터, 전계방출 디스플레이, 수소저장장치 결합체, 전극, 슈퍼 캐퍼스터, 전자파 차단체, 또는 경량 고강도 응용제품 등의 다양한 분야에 적용될 수 있다.
도 1은 제조예에서 제조된 탄소나노튜브-은 복합체에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 2는 실시예에서 제조된 버키페이퍼 형태의 탄소나노튜브-은 나노 다공막의 사진이다.
도 3은 실시예에서 제조된 나노 다공막의 압력에 따른 유량 측정 결과 그래프이다.
도 2는 실시예에서 제조된 버키페이퍼 형태의 탄소나노튜브-은 나노 다공막의 사진이다.
도 3은 실시예에서 제조된 나노 다공막의 압력에 따른 유량 측정 결과 그래프이다.
탄소나노구조체-금속의 복합체로 형성된 신소재가 최근 개발되었는데, 탄소나노튜브에 관능기를 유도하고, 유도된 관능기에 금속(코발트, 구리, 니켈, 은 등)을 반응시켜 화학적으로 결합시킨 것이다. 이러한 탄소나노구조체-금속의 복합체로 형성된 신소재는, 함유하고 있는 금속 성분 때문에 전계방출 디스플레이, 수소저장장치 결합체, 전극, 슈퍼캐퍼스터(Super Capacitor), 전자파 차단체, 경량 고강도 응용제 등의 구조체 성형 제작에 우수한 특성을 가지고 있다.
이러한 탄소나노구조체-금속의 복합체에 대한 소재는 대한민국 등록특허 제0558966호, 대한민국 등록특허 제1095840호 및 대한민국 출원특허 제2008-0049464호에 제조방법이 개시되어 있다.
본 발명은 상기 신소재를 사용하여, 지지체를 포함하지 않는 "탄소나노구조체-금속 복합체 또는 탄소나노구조체-금속산화물 복합체로 형성된 다공막"(이하, "탄소나노구조체-금속 다공막" 또는 "다공막"이라 명칭)에 관한것으로, 지지체 표면에 탄소나노구조체-금속 또는 금속산화물의 복합체를 코팅한 형태에서 지지체를 제거하여, 기존의 2중 구조가 아닌 단일 구조의 다공막 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
예를 들어, 열적, 기계적 성질이 뛰어난 버키페이퍼(buckypaper)와 같이 탄소나노튜브 어레이 위에 미세기공막이 형성된 형태의 탄소나노구조체-금속 다공막을 제공할 수 있다.
상기 다공막에서 탄소나노구조체는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 탄소나노혼, 탄소나노섬유 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 탄소나노구조체의 종류에 따라 본 발명에 따른 탄소나노구조체-금속 다공막의 기공 크기를 제어할 수 있다. 예를 들어, 탄소나노구조체의 종류에 따라 탄소나노구조체의 직경 크기가 달라지며, 결과적으로, 탄소나노구조체의 결합으로 이루어진 다공막의 직경 크기로 다공막의 기공 크기를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 다공막은 상기 탄소나노구조체 사이로 기공을 가지며, 그 크기는 1 내지 500 nm일 수 있다. 예를 들어, 10 내지 500 nm, 50 내지 300 nm, 30 내지 150 nm, 또는 30 내지 80 nm일 수 있다. 다공막의 기공 크기를 상기 범위로 형성함으로써, 불순물에 대한 정제 효율을 높일 수 있다. 기공의 크기가 상기 범위보다 작을 경우는 유체의 흐름성이 떨어지고, 기공 크기가 너무 큰 경우에는 나노입자를 여과할 수 없다.
예를 들어, 본 발명에 따른 다공막의 압력에 따른 액체의 유량은 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
F = aP + b
상기 수학식 1에서,
a는 0.1 내지 0.3의 수이고, b는 -0.1 내지 0.1의 수이며,
P는 압력을 나타내며, 1.0 내지 3 bar 범위를 만족하고, 단위는 bar이고,
F는 유량을 나타내며, 단위는 L/cm2·min이다.
상기 유체는 물, 오일, 유기용매 및 기체 등으로, 특별히 제한되지 않으며, 상기 수학식 1에 따른 나노 다공막의 물에 대한 유량은 예를 들어, 0.01 내지 1.0 L/cm2·min일 수 있다. 상기 유량은 압력의 조절을 통해 제어할 수 있으며, 비교적 높은 유량으로, 필터링시 높은 효율을 가질 수 있다.
상기 다공막에서 금속은 Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Cs, Ba, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Hf, Ir, Pt, Tl, Pb 및 Bi로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 금속은 은(Ag)일 수 있다. 혹은 상기 금속의 산화물이 사용될 수 있다.
하나의 예에서, 상기 다공막은 망상구조를 형성할 수 있다. 구체적으로는, 다공막을 형성하는 금속 또는 금속산화물과 탄소나노구조체가 연결되는 형태가 망상구조를 형성할 수 있다. 상기 망상구조는 그물 형태의 구조로, 유체의 흐름을 방해하지 않으며, 불순물을 걸러내기에 효과적인 구조이다.
또한, 본 발명은 상술한 다공막을 제조하는 방법을 제공한다.
하나의 예로서, 다공막 제조방법은,
탄소나노구조체-금속 복합체 또는 탄소나노구조체-금속산화물 복합체 분산액을 지지체에 도포한 후 감압하는 단계; 및
지지체를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
하나의 예로서, 지지체를 제거하는 단계 전 또는 후에, 다공막을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 열처리 단계의 순서는 특별히 제한되지 않으며, 이를 통해 다공막의 결합 정도를 높일 수 있다. 특히 본 발명에서는 나노 크기의 금속 또는 금속 산화물을 이용하기 때문에 상대적으로 저온에서의 열처리가 가능하다.
이때, 상기 열처리는 80 내지 350℃의 저온에서 수행할 수 있으며, 예를 들어, 80 내지 200℃, 80 내지 170℃, 100 내지 300℃, 100 내지 200℃, 또는 120 내지 250℃일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속이 은(Ag)일 경우에는, 100 내지 300℃에서 열처리가 가능하다. 구체적으로는, 상기 열처리 과정을 통해 금속입자를 용융시켜 탄소나노구조체-금속 복합체를 서로 연결하여 망상구조를 형성할 수 있다. 또한, 다공막을 제조하는 과정이 비교적 저온에서 수행되기 때문에 공정비용을 줄일 수 있다. 구체적으로, 탄소나노구조체-금속 복합체를 지지체에 결합하는 원리를 설명하면 다음과 같다. 탄소나노구조체 자체는 상호 간의 결합력이 없다. 그러나, 탄소나노구조체-금속 복합체는 열처리 과정을 거치면서 서로 연결되면서, 망상구조의 다공막을 형성할 수 있다. 특히, 본 발명에서 사용되는 금속 또는 금속산화물은 나노 범위의 직경을 갖기 때문에 상대적으로 저온에서 용융하는 특성을 갖는다.
상기 다공막의 금속 또는 금속산화물은 나노 크기일 수 있으며, 구체적으로 1 내지 500 nm, 10 내지 500 nm, 100 내지 500 nm, 10 내지 300 nm, 또는 100 내지 250 nm 범위의 직경을 갖는 입자일 수 있다. 상기 나노 단위의 금속 크기로 인해 용융점이 낮아질 수 있으며, 이를 통해 열처리를 저온에서 하여도 금속이 용융 또는 소결되어 탄소나노구조체-금속 복합체를 망상구조로 잘 연결시킬 수 있다. 따라서, 지지층 없이 단일 구조의 버키페이퍼 형태의 나노 다공막을 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 금속 또는 금속산화물의 함량은 탄소나노구조체 100 중량부를 기준으로 3 내지 80 중량부일 수 있다. 예를 들어, 금속 또는 금속산화물의 함량은 3 내지 70 중량부, 3 내지 50 중량부, 10 내지 40 중량부, 10 내지 60 중량부, 30 내지 50 중량부, 또는 10 내지 70 중량부일 수 있다. 금속의 함량이 3 중량부 미만일 경우, 용융시 불완전한 망상형태를 형성할 수 있으며, 80 중량부를 초과할 경우, 금속입자가 나노기공을 막기 때문에 유체의 흐름이 원활하지 않을 수 있어, 다공막의 효율이 떨어질 수 있다.
상기 제조방법 중 탄소나노구조체-금속 복합체 또는 탄소나노구조체-금속산화물 복합체의 분산액은 분산제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 분산제는 나피온(Nafion), 소듐도데실벤질설퍼네이트 (Sodium Dodecylbenzenesulfonate), 퍼플루오로옥타네이트 (Perfluorooctanate), 퍼플루오로옥탄설퍼네이트 (Perfluorooctansulfonate), 소듐라우릴에테르설페이트 (Sodium lauryl ether sulfonate), 알킬벤젠설포네이트 (Alkyl benzene sulphonate), 세틸트리메틸암모늄브로마이드 (Cetyltrimethylammoniumbromide), 세틸피리디늄클로라이드 (Cethylpyridinium chloride), 벤즈알코늄클로라이드 (Benzalkonium chloride), 벤제에토늄클로라이드 (Benzethonium chloride), 알킬폴리에틸렌옥사이드 (Alkyl polyethylene oxide), 알킬페놀폴리에틸렌옥사이드 (Alkyl phenol polyethylene oxide), 알킬폴리글루코사이드 (Alkyl polyglucoside), 세틸알코올(Cetyl Alcohol), 올레일알코올(Oleyl alcohol), 코카마이드-MEA(Cocamide-MEA), 코카마이드-DEA(Cocamide-DEA), 도데실디메틸아민옥사이드 (Dodesyl methylamine oxide), 폴리아크릴산 (Polyacrylic acid), 폴리(에틸렌이민) (Poly(ethyleneimine)), 폴리(알릴아민) (Poly(allylamine)), 폴리(4-스티렌술폰산) (Poly(4-styrenesulfonic acid), 폴리메타크릴산 (Polymethacrylic acid), 폴리포스포네이트 (Polyphosphonate), 폴리아크릴아미드 (Polyacrylamide), 폴리비닐알코올 (Polyvinyl alcohol), 폴리비닐아세테이트 (Polyvinyl Acetate), 셀룰로오스 니트레이트(Cellulose nitrate) 및 글리코겐(Glycogen)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 지지체는 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (Polyethyleneterephtalate, PET), 플리아미드(Polyamides), 셀룰로스 에스테르 (Cellulose ester), 재생 셀룰로스 (Regenerated cellulose), 나일론 (Nylon), 폴리프로필렌 (Polypropylene), 폴리아크릴로니트릴 (Polyacrylonitrile), 폴리술폰 (Polysulfone), 폴리에스테르술폰 (Polyethersulfone), 폴리비닐리덴플로라이드 (Polyvinylidenfluoride), 실리카(Silica), 알루미나(Alumina), 지르코니아(Zirconia) 중 1 종 이상을 포함하는 고분자; 및 세라믹 필터로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지체로 알루미나를 포함하는 세라믹 필터가 사용될 수 있다.
하나의 예로서, 탄소나노구조체-금속 복합체 또는 탄소나노구조체-금속산화물 복합체 분산액을 지지체에 도포한 후 감압하는 단계는, 스크린프린팅(Screen printing), 닥터블레이드(Doctor Blade), 스핀코팅(Spin coating), 딥코팅(Dip coating), 스프레이코팅(Spray coating), 전기영동증착(Electrophoretic deposition), 옵셋프린팅(Off-set printing), 감압 여과식(Vaccum filtration) 및 노멀캐스팅(Normal casting)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 한가지 또는 그 이상의 방법을 통해 수행할 수 있다. 예를 들어, 감압 여과식 방법이 사용될 수 있으며, 상기 과정을 통해 지지체 상에 탄소나노구조체-금속를 형성할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 지지체를 제거하는 단계는, 식각 또는 용해 과정을 통해 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 지지체를 제거하는 단계는 식각 과정을 거쳐 수행할 수 있으며, 상기 식각 과정은 플라즈마 에칭을 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 에칭은 플루오르계 혹은 염소계 가스에 의한 플라즈마 중에 중성 라디칼이 확산을 이용하여 에칭하는 과정을 포함하며, 이 외에도 플라즈마를 이용한 다양한 형태의 에칭이 모두 적용 가능하다.
또한, 상기 지지체를 제거하는 단계는 용해 과정을 거쳐 수행할 수 있으며, 산성 또는 염기성 용매를 통한 스프레이 분사법, 용매 부양법 또는 증기 노출법을 사용하여 지지체만을 용매에 용해되도록 하여 제거하는 방법일 수 있다. 예를 들어, 염기성 용매를 사용할 수 있으며, 상기 염기성 용매로는 수산화나트륨(NaOH)을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 탄소나노구조체-금속 다공막은 여러 필터 제품에 적용될 수 있다. 예를 들어, 공기 정화용 필터, 에어컨용 필터, 진공청소기용 필터, 수처리용 분리막, 미생물 분리막 및 오일정제필터 등의 분리막 필터에 사용 가능하며, 전계방출 디스플레이, 수소저장장치 결합체, 전극, 슈퍼캐퍼스터, 전자파 차단체 및 경량 고강도 응용제품 등의 전자분야에도 사용할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다.
제조예
: 탄소나노튜브-은 복합체 제조
500 ml의 둥근 플라스크에 얇은 다중벽 탄소나노튜브(나노텍, Thin Multi-wall CNT grade) 0.3 g와 에틸렌 글리콜(EG) 280 ml를 넣어 혼합하였다. 교반기를 이용하여 30 분간 교반한 후, 초음파 세척기를 이용하여 3 시간 동안 반응시킨다. 그러면, 탄소나노튜브가 에틸렌 글리콜 표면에 분산되는데, 이 때, 플라스크 내부의 온도는 약 50℃로 유지하였다. 초음파 처리가 끝난 후, 다시 교반하면서 PVP(Poly vinylpyrrolidone, 제조사: Fluka) 1.68 g, 올레일아민(Oleylamine) 5.6 ml 및 질산은(Silver Nitrate; AgNO3) 1.102 g을 추가로 혼합하였다. 이 때, 진공 펌프를 이용하여, 둥근 플라스크 내부의 공기를 제거하였으며, 질소를 투입하여 플라스크 내부를 통하여 외부로 흐르게 하는 방법으로 산소의 유입을 막았다. 또한, 플라스크 하부에 맨틀을 설치여 반응기 내부의 온도를 40 분에 걸쳐 200℃까지 승온시킨 후, 1 시간 동안 반응시켰다. 환원 반응이 종료된 후, 3 시간에 걸쳐 반응기 온도를 서서히 내렸다. 합성된 탄소나노튜브-은 복합체를 여과지를 이용하여 여과하고, 에틸아세테이트(Ethyl acetate)와 헥산(Hexane)으로 수회 세척하여 탄소나노튜브-은 복합체를 얻었다. 탄소나노튜브-은 복합체를 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 촬영하였으며, 촬영 결과 사진은 도 1에 나타내었다. 상기 SEM 사진을 통해, 은(Silver) 입자가 구형이며 일정한 크기로 균일하게 분산되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
실시예
: 탄소나노튜브-은 복합 나노
다공막
제조
500 ml 둥근 플라스크에 탄소나노튜브-은 나노복합체 (Carbon nano composite; (주)바이오니아, Cat. no.: T7031) 0.01 g와 계면활성제로서 사용된 소듐도데실설페이트(Sodiumdodecyl sulfate; Sigma-Aldrich)가 1 g 녹아 있는 수용액 100 ml를 혼합한 후, 60분간 40kHz, 45W의 초음파 (Ultrasonicator; JEIOTECH UC-10)를 가하여 초음파 처리를 하였다. 이를 통해, 안정한 분산 상태를 유지하는 0.01중량%의 탄소나노튜브-은 복합체 분산 수용액을 제조하였다.
버키페이퍼 형태의 탄소나노튜브-은 나노 다공막을 제조하기 위하여 지지체로 기공 직경이 0.1 ㎛인 알루미나 멤브레인 (Alumina membrane; Whatman, Cat. no. : 6809-5012)을 사용하였다.
탄소나노튜브-은 나노복합체 필름을 감압 여과 장치를 이용하여 멤브레인에 고정시켰으며, 상기 탄소나노튜브-은 복합체 분산 수용액 100 ml를 진공 여과장치(여과면적: 10.7㎠)를 이용하여 여과하였다.
이 경우, 진공 여과장치에는 알루미나 멤브레인(Alumina membrane) 소재(기공 직경: 0.1 ㎛)가 지지체로 장착되어 있으며, 이를 통해, 탄소나노튜브-은 복합체를 제외한 용매가 상기 기공을 통하여 여과되어, 균일한 탄소나노튜브-은 복합체의 필름이 알루미나 멤브레인 소재 지지체 표면에 형성되었다. 그 후에 상기와 같이 형성된 탄소나노튜브-은 복합체 필름을 충분한 양의 물로 세척하였다.
멤브레인에 고정된 탄소나노튜브-은 복합체 필름에서 지지체인 알루미나 멤브레인을 제거하기 위하여 3 M의 수산화나트륨(NaOH) 용액 계면상에 상기 나노복합체 필름을 1시간 동안 부양시켜 지지체가 염기성 용액에 용해되도록 하여 순수한 버키페이퍼 형태의 탄소나노튜브-은 나노 다공막 필름을 수득하였다. 상기 제조된 버키페이퍼 형태의 나노 다공막 필름을 건조한 후에, 오븐을 사용하여 200℃로 2시간 동안 열처리하여 나노 금속의 용융시키는 방법으로 탄소나노튜브 가닥을 고정화할 수 있었다. 이를 통해, 버키페이퍼 형태의 탄소나노튜브-은 나노 다공막을 제조하였으며, 상기 나노 다공막의 사진은 도 2에 나타내었다.
실험예
: 유량 측정
상기 실시예 1을 통해 제조된 버키페이퍼 형태의 탄소나노튜브-은 나노 다공막의 유량 측정 실험을 수행하였다.
상기 나노 다공막을 기공 크기가 2.5 ㎛인 GF(GF/D; Whatman, Cat. no.: 1823 047) 상에 고정시킨 후, 내경이 47 mm인 필터 홀더(Filter holder; ADVANTEC, KS-47)에 장착하고, 급수용 펌프(급수펌프; WILO, PWN-351M)에 연결한 후 물을 통과시켜 유량을 측정하였다. 유량을 측정할 때 시간은 60초를 기준으로 고정하고, 압력은 밸브로 조절하였으며, 각각의 압력 조건은 1, 1.9, 2.6 bar에서 측정하였다. 상기 측정 결과는 도 3에 나타내었다. 도 3을 통해 본 발명에 따른 나노 다공막을 통과하는 유체의 흐름이 원활한 것을 확인할 수 있다.
Claims (17)
- 탄소나노구조체-금속 복합체 또는 탄소나노구조체-금속산화물 복합체로 형성된 다공막.
- 제 1 항에 있어서,
탄소나노구조체는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 탄소나노혼, 탄소나노섬유 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하는 다공막. - 제 1 항에 있어서,
탄소나노구조체의 직경 크기에 의해 기공 크기가 제어되는 것을 특징으로 하는 다공막. - 제 1 항에 있어서,
기공의 크기는 1 내지 500 nm인 것을 특징으로 하는 다공막. - 제 1 항에 있어서,
금속은 Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Cs, Ba, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Hf, Ir, Pt, Tl, Pb 및 Bi으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 다공막. - 제 5 항에 있어서,
금속은 은(Ag)인 것을 특징으로 하는 다공막. - 제 1 항에 있어서,
상기 다공막은 망상구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 다공막. - 탄소나노구조체-금속 복합체 또는 탄소나노구조체-금속산화물 복합체 분산액을 지지체에 도포한 후 감압하는 단계; 및
지지체를 제거하는 단계를 포함하는 다공막 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
지지체를 제거하는 단계 전 또는 후에, 다공막을 열처리하는 단계를 더 포함하는 다공막 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
다공막을 열처리하는 단계는 80 내지 350℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 다공막 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
금속 또는 금속산화물의 크기는 1 내지 500 nm인 다공막 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
금속 또는 금속산화물의 함량은 탄소나노구조체 100 중량부를 기준으로 3 내지 80 중량부인 다공막 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
탄소나노구조체-금속 복합체 또는 탄소나노구조체-금속산화물 복합체 분산액은 분산제를 더 포함하는 다공막 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
지지체는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 셀룰로오스 에스테르, 재생 셀룰로오스, 나일론, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리술폰, 폴리에스테르술폰, 폴리비닐리덴플로라이드, 실리카, 알루미나, 지르코니아 중 1 종 이상을 포함하는 고분자; 및 세라믹 필터로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공막 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
탄소나노구조체-금속 복합체 또는 탄소나노구조체-금속산화물 복합체 분산액을 지지체에 도포한 후 감압하는 단계는,
스크린프린팅, 닥터블레이드, 스핀코팅, 딥코팅, 스프레이코팅, 전기영동증착, 옵셋프린팅, 감압 여과식 및 노멀캐스팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 한가지 또는 그 이상의 방법을 통해 수행하는 다공막 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
지지체를 제거하는 단계는,
식각 또는 용해 과정을 통해 수행하는 것을 특징으로 하는 다공막 제조방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 다공막을 이용한 필터 제품.
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