KR20150043640A - Method for manufacturing fullerene for electrode materials - Google Patents
Method for manufacturing fullerene for electrode materials Download PDFInfo
- Publication number
- KR20150043640A KR20150043640A KR20130121943A KR20130121943A KR20150043640A KR 20150043640 A KR20150043640 A KR 20150043640A KR 20130121943 A KR20130121943 A KR 20130121943A KR 20130121943 A KR20130121943 A KR 20130121943A KR 20150043640 A KR20150043640 A KR 20150043640A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fullerene
- carbon
- component
- boron
- natural minerals
- Prior art date
Links
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 122
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 121
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 200
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 136
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 136
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 136
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 74
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 72
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 54
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 claims description 33
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 26
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 19
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 18
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical group F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 16
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 13
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical group O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910015252 B6H10 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910016280 BI3 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910004835 Na2B4O7 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910003252 NaBO2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical group OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 claims 1
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 claims 1
- NVIFVTYDZMXWGX-UHFFFAOYSA-N sodium metaborate Chemical compound [Na+].[O-]B=O NVIFVTYDZMXWGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 abstract description 10
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 53
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 29
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 25
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 21
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 16
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 13
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- IJKVHSBPTUYDLN-UHFFFAOYSA-N dihydroxy(oxo)silane Chemical compound O[Si](O)=O IJKVHSBPTUYDLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 5
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 4
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 3
- 239000010437 gem Substances 0.000 description 3
- 229910001751 gemstone Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 3
- 229910052604 silicate mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 3
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 3
- GDTSJMKGXGJFGQ-UHFFFAOYSA-N 3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 GDTSJMKGXGJFGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 230000000274 adsorptive effect Effects 0.000 description 2
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 2
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 2
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 2
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 description 2
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004844 Na2B4O7.10H2O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001241 arc-discharge method Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007602 hot air drying Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000001254 matrix assisted laser desorption--ionisation time-of-flight mass spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/152—Fullerenes
- C01B32/154—Preparation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 전극소재용 플러렌(fullerene)의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극소재용 플러렌을 천연 광물로부터 효과적으로 추출, 제조할 수 있는 전극소재용 플러렌의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing fullerene for electrode materials, and more particularly, to a method for producing fullerene for electrode materials, which can effectively extract fullerene for electrode material from natural minerals.
전기 화학적인 구동에 의해 전류를 공급하는 전기 화학 소자는 에너지 밀도가 높고, 반복적인 충/방전이 가능하여 여러 분야에서 수요가 높다. 예를 들어, 전기이중층 커패시터(EDLC ; Electric Double Layer Capacitor), 리튬 이온 2차 전지(Lithium ion secondary battery), 그리고 이들의 장점을 살린 리튬 이온 커패시터(Lithium ion Capacitor) 등의 하이브리드 커패시터 (Hybrid Capacitor) 등이 그러하다. 이들 중에서도 전기이중층 커패시터(EDLC)는 단위 체적당 용량이 크고, 급격한 충/방전이 가능하여 PC 등의 메모리 백업 소형 전원으로는 물론, 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등의 대형 전원으로도 유용하다. Electrochemical devices that supply current by electrochemical drive have high energy density and are capable of repetitive charging / discharging, which is in demand in many fields. For example, a hybrid capacitor such as an electric double layer capacitor (EDLC), a lithium ion secondary battery, and a lithium ion capacitor utilizing the advantages of the electric double layer capacitor (EDLC) And so on. Of these, electric double layer capacitors (EDLC) have a large capacity per unit volume and can be charged / discharged rapidly, which is useful not only for a memory backup small power source such as a PC, but also for a large power source such as an electric car or a hybrid car.
대부분의 전기 화학 소자는 전극소재로서 활성탄(activated carbon)이 사용된다. 활성탄은, 비표면적이 높아 전극소료로서 유용하다. 예를 들어, 전기이중층 커패시터(EDLC)의 용량은 전기이중층에 축적되는 전하량에 따라 정해지며, 그 전하량은 전극의 비표면적이 클수록 증가된다. 이에 따라, 활성탄은 다공질 구조에 의해 높은 비표면적을 가지므로 전극을 고용량화시키고 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 전기이중층 커패시터(EDLC) 등은 대부분 1500㎡/g 이상의 비표면적을 가지는 활성탄을 사용한다. In most electrochemical devices, activated carbon is used as the electrode material. Activated carbon has a high specific surface area and is useful as an electrode feed. For example, the capacitance of the electric double layer capacitor (EDLC) is determined by the amount of charge accumulated in the electric double layer, and the amount of the electric charge is increased as the specific surface area of the electrode is larger. Accordingly, since the activated carbon has a high specific surface area due to the porous structure, the capacity of the electrode can be increased and the energy density can be improved. Electric double layer capacitors (EDLC) and the like use activated carbon having a specific surface area of at least 1500
또한, 최근에는 전극소재로서 플러렌(fullerene)을 사용하는 기술이 시도되고 있다. 이때, 플러렌은 주로 전도성 첨가제로 사용된다. 즉, 플러렌은 전극 조성의 주성분으로 사용되기보다는 주로 첨가물로서 적용된다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-0773585호 및 대한민국 등록특허 제10-1251635호 등에는 플러렌을 전극의 구성 성분으로 사용하는 기술이 제시되어 있다. In recent years, attempts have been made to use fullerene as an electrode material. At this time, fullerene is mainly used as a conductive additive. That is, fullerene is mainly used as an additive rather than a main component of the electrode composition. For example, Korean Patent No. 10-0773585 and Korean Patent No. 10-1251635 disclose a technique of using fullerene as a constituent component of an electrode.
플러렌은 흑연이나 다이아몬드와 같은 탄소 동소체이다. 그러나 플러렌은 흑연이나 다이아몬드와는 다른 구조적 형태를 가짐으로 인하여, 이는 통상 제3의 탄소 동소체로 불린다. Fullerene is a carbon isomer, such as graphite or diamond. However, because fullerene has a different structural form than graphite or diamond, it is usually referred to as the third carbon isomer.
플러렌은, 탄소(C) 원자가 5각형이나 6각형으로 배열 연결된 탄소 고리를 갖는다. 그리고 이러한 탄소 고리들이 대략 구체(구형) 등의 형상으로 결합되어 중공(中空)을 형성하고 있다. 일반적으로 플러렌은 C60 ~ C80 또는 이보다 큰 탄소 수를 갖는다. 또한, 플러렌은 그 구조적 형태에 있어서, 축구공의 형상을 갖거나, 축구공과 유사한 구체 등의 형상으로서, 중공상의 구조적 특성을 갖는다. Fullerene has a carbon ring in which carbon (C) atoms are arranged in a pentagonal or hexagonal shape. These carbon rings are combined in a substantially spherical shape to form a hollow. Generally, fullerene has a C 60 to C 80 or greater carbon number. Further, the fullerene has a shape of a soccer ball in its structural form, or a shape of a sphere similar to a soccer ball, and has a hollow structural characteristic.
플러렌은 위와 같은 탄소 고리 배열 및 중공상의 특이한 구조 등으로 인해, 뛰어난 물리적 및 화학적 성질을 갖는다. 구체적으로, 플러렌은 강력한 항산화성, 흡착성, 촉매성(흡착된 물질의 분해성), 전자기파 흡수성, 전기전도성, 및 경우에 따라서는 다이아몬드보다 높은 강도 등의 여러 가지 유용한 물리적 및 화학적 성질을 가지고 있어 그 응용 가치가 높다. Fullerene has excellent physical and chemical properties due to the above-mentioned carbon ring arrangement and specific structure of the hollow. Specifically, fullerene has various useful physical and chemical properties such as strong antioxidative, adsorptive, catalytic (decomposition of adsorbed material), electromagnetic wave absorptivity, electrical conductivity, and in some cases higher than diamond High value.
일반적으로, 플러렌은 카본 블랙이나 흑연을 원료로 하여, 아크 방전법이나 연속 연소법을 통해 인공적으로 합성, 제조하고 있다. 그러나 이러한 인공적인 합성 방법은 원료의 가격이나 복잡한 생산 공정 등의 이유로 플러렌 자체의 가격이 매우 비싸고, 생산성이 낮은 문제점이 있다. Generally, fullerene is synthesized and produced artificially by using arc discharge method or continuous combustion method using carbon black or graphite as a raw material. However, such an artificial synthesis method has a problem that the price of the fullerene itself is very high and the productivity is low because of the cost of the raw material or complicated production process.
또한, 플러렌을 제조함에 있어서, 천연 광물로부터 추출, 제조하는 방법이 있다. 자연계에 존재하는 대부분의 천연 광물(원석)은 규소 화합물(규산염 등) 등의 무기물 이외에 탄소 성분을 함유하고 있다. 그리고 어떤 천연 광물은 플러렌 또는 이와 유사한 구조의 유사 플러렌을 함유하고 있다. 최근, 이러한 천연 광물로부터 전기화학적 방법과 극성용매추출 방법을 이용하여 플러렌을 추출, 제조하는 방법이 시도되었다. 일본 공개특허 평7-315987호에는 점토 광물로부터 플러렌을 추출하여 탄소 박막으로 제조하는 방법이 제시되어 있다. Further, in the production of fullerene, there is a method of extracting and producing from natural minerals. Most of the natural minerals (natural stone) present in the natural world contain carbon components in addition to inorganic compounds such as silicon compounds (silicates, etc.). And some natural minerals contain fullerenes or similar fullerenes of similar structure. Recently, attempts have been made to extract and manufacture fullerene from such natural minerals by using an electrochemical method and a polar solvent extraction method. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-315987 discloses a method of producing fullerene from a clay mineral by using carbon thin film.
그러나 종래의 전기화학적 방법과 극성용매추출 방법은 플러렌의 중공 구조를 파괴시키는 문제점이 있다. 이에 따라, 플러렌의 중공 구조로부터 유래되는 물리적 및 화학적 특성이 떨어진다. However, the conventional electrochemical method and the polar solvent extraction method have a problem that the hollow structure of the fullerene is destroyed. As a result, the physical and chemical properties derived from the hollow structure of fullerene are poor.
또한, 종래의 방법은 천연 광물에 함유된 탄소 성분(플러렌)의 추출율이 낮아 생산성 및 경제성 등이 떨어지는 문제점이 있다. 특히, 플러렌의 특성을 극대화시키기 위해서는, 플러렌 자체의 구조적 특성이라 할 수 있는 중공 구조(공극성)를 최대한 확보하고, 이와 함께 회(ash) 성분이 적어야 하는데, 종래의 방법은 이에 대한 해결책을 제시하지 못하고 있다. In addition, the conventional method has a problem that the extraction efficiency of the carbon component (fullerene) contained in natural minerals is low, resulting in poor productivity and economical efficiency. Particularly, in order to maximize the characteristics of fullerene, it is necessary to secure the hollow structure (coplanarity) which is the structural characteristic of the fullerene itself as much as possible and to have a small amount of ash component. I can not.
이에 따라, 종래의 방법으로 제조된 플러렌은 전극소재용으로 적용되기 어렵다. 즉, 카본 블랙이나 흑연을 원료로 하여 합성된 인공 플러렌은 가격이 너무 비싸다. 그리고 전기화학적 방법과 극성용매추출 방법으로 제조된 천연 플러렌은, 중공 구조(공극성)가 양호하지 않고, 회(ash) 성분 등의 불순물이 많다. 이에 따라, 비표면적 및 전기전도성 등이 낮아 전극소재로 사용 시, 우수한 전기적 특성을 갖기 어렵다.
Accordingly, the fullerene produced by the conventional method is hardly applicable to electrode materials. That is, artificial fullerene synthesized from carbon black or graphite as raw material is too expensive. Natural fullerene produced by an electrochemical method and a polar solvent extraction method has a poor hollow structure (poor polarity) and many impurities such as ash components. As a result, it is difficult to have excellent electrical characteristics when used as an electrode material because of low specific surface area and electrical conductivity.
이에, 본 발명은 전극소재용 플러렌의 개선된 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improved method for producing fullerene for electrode materials.
구체적으로, 본 발명은 전극소재용 플러렌을 천연 광물로부터 추출, 제조하되, 높은 추출율을 가지면서 회(ash) 성분은 적고, 중공 구조를 최대한 확보하여 전기적 특성이 우수하며, 높은 생산성 및 경제성 등을 가지는 전극소재용 플러렌의 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
Specifically, the present invention relates to a process for producing fullerene for electrode materials, which comprises extracting and producing fullerene from natural minerals, which has a high extraction ratio, few ash components, a maximum hollow structure and excellent electrical properties, The present invention provides a method for producing fullerene for electrode materials.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, According to an aspect of the present invention,
탄소 성분을 함유한 천연 광물을 분쇄하는 제1단계; A first step of crushing natural minerals containing carbon components;
상기 분쇄된 천연 광물로부터 탄소 성분을 추출, 분리하는 제2단계; 및 A second step of extracting and separating carbon components from the crushed natural minerals; And
상기 분리된 탄소 성분을 붕소 분위기 하에서 850 ~ 3,000℃의 온도로 열처리하는 제3단계를 포함하는 플러렌의 제조방법을 제공한다. The separated carbon component was calcined at 850 < RTI ID = 0.0 > And a third step of performing heat treatment at a temperature of 3,000 to 3,000 DEG C.
이때, 본 발명의 예시적인 형태에 따라서, 상기 천연 광물은 ?기트(shungite) 광물을 포함하는 것이 좋다. At this time, according to an exemplary form of the present invention, the natural mineral preferably includes shungite mineral.
또한, 본 발명의 예시적인 형태에 따라서, 상기 제2단계는, 상기 분쇄된 천연 광물에 함유된 탄소 성분을 알칼리 용액을 이용하여 추출하는 추출 공정; 및 상기 추출된 탄소 성분을 분리하는 분리 공정을 포함한다. Further, according to an exemplary embodiment of the present invention, the second step includes an extraction step of extracting the carbon component contained in the crushed natural mineral using an alkali solution; And a separation step of separating the extracted carbon components.
아울러, 상기 추출 공정은, 가열 교반기에서 100 ~ 130℃의 온도로 5시간 내지 25시간 동안 가열 교반시켜 진행하거나, 고온 가압기에서 200 ~ 250℃의 온도로 2시간 내지 4시간 동안 가열하여 진행할 수 있다. The extraction process may be carried out by heating and stirring the mixture at a temperature of 100 to 130 ° C for 5 to 25 hours or a heating process at a temperature of 200 to 250 ° C for 2 to 4 hours in a hot- .
또한, 상기 제2단계는, 다른 예시적인 형태에 따라서, 상기 분리된 탄소 성분을 세척하는 세척 공정; 상기 분리된 탄소 성분을 산 처리하는 산 처리 공정; 및 상기 분리된 탄소 성분을 건조시키는 건조 공정 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다. Further, the second step may include a washing step of washing the separated carbon component, according to another exemplary embodiment; An acid treatment step of acid-treating the separated carbon component; And a drying process for drying the separated carbon components.
본 발명의 구체적인 형태에 따라서, 상기 제2단계는, 상기 분쇄된 천연 광물을 제1차 산 처리하는 제1차 산 처리 공정; 상기 산 처리된 천연 광물을 알칼리 용액을 이용하여 탄소 성분을 추출하는 추출 공정; 상기 추출된 탄소 성분을 분리하는 분리 공정; 및 상기 분리된 탄소 성분을 제2차 산 처리하는 제2차 산 처리 공정을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1차 산 처리 공정은 불산 용액을 이용하고, 상기 제2차 산 처리 공정은 질산 용액을 이용할 수 있다. According to a specific embodiment of the present invention, the second step comprises a first primary acid treatment step of first treating the ground natural mineral with acid; An extraction step of extracting carbon components from the acid-treated natural mineral using an alkali solution; A separation step of separating the extracted carbon components; And a second acid treatment step of subjecting the separated carbon component to a second acid treatment. At this time, a hydrofluoric acid solution may be used for the first acid treatment step, and a nitric acid solution may be used for the second acid treatment step.
또한, 상기 제3단계는, 상기 분리된 탄소 성분과 붕소 성분을 혼합하는 혼합 공정; 및 상기 혼합된 혼합물을 열처리하는 열처리 공정을 포함할 수 있다.
The third step may include a mixing step of mixing the separated carbon component and the boron component; And a heat treatment process for heat-treating the mixed mixture.
본 발명에 따르면, 높은 추출율을 가지면서 회(ash) 성분이 적은 고순도의 전극소재용 플러렌을 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 중공 구조(공극성)가 최대한 확보되어 물리적 및 화학적 특성이 우수한 전극소재용 플러렌을 제조할 수 있다. 이에 따라 전극으로 적용 시, 우수한 전기적 특성을 갖는다. 아울러, 본 발명에 따르면, 높은 생산성 및 경제성 등을 갖는다.
According to the present invention, it is possible to easily produce a fullerene for electrode material having a high purity and a low purity ash component. In addition, it is possible to produce a fullerene for electrode material having a hollow structure (coplanarity) as much as possible and having excellent physical and chemical properties. Therefore, when applied to an electrode, it has excellent electrical characteristics. In addition, according to the present invention, it has high productivity and economical efficiency.
도 1은 본 발명의 실시예에서 사용된 ?기트 광물의 탄소 구조를 보인 이미지다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 플러렌의 질량 스펙트라 분석 결과를 보인 그래프이다.
도 3은 종래의 인공적인 합성 방법으로 제조된 플러렌의 질량 스펙트라 분석 결과를 보인 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 셀 시편의 전압-전류 곡선이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 셀 시편의 임피던스(Impedance) 측정 결과를 보인 그래프이다. FIG. 1 is an image showing the carbon structure of the? -Gate mineral used in the embodiment of the present invention. FIG.
2 is a graph showing mass spectral analysis results of fullerene prepared according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing mass spectral analysis results of fullerene prepared by a conventional artificial synthesis method.
4 is a voltage-current curve of a cell specimen manufactured according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing impedance measurement results of a cell specimen manufactured according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 전극소재용 플러렌(fullerene)을 천연 광물로부터 효과적으로 추출, 제조할 수 있는 개선된 제조방법을 제공한다. 앞서 언급한 바와 같이, 플러렌은 특이한 구조로 인해 강력한 항산화성, 흡착성, 촉매성(흡착된 물질의 분해성), 전자기파 흡수성, 전기전도성, 및 경우에 따라서는 다이아몬드보다 높은 강도 등의 여러 가지 유용한 물리적 및 화학적 성질을 가지고 있어 그 응용 가치가 높다. The present invention provides an improved production method capable of effectively extracting and producing fullerene for electrode materials from natural minerals. As noted above, fullerene has many useful physical and chemical properties, such as strong antioxidative, adsorptive, catalytic (degradability of adsorbed material), electromagnetic wave absorbency, electrical conductivity, It has chemical properties and its application value is high.
플러렌이 위와 같은 유용한 특성을 유지할 수 있으려면, 높은 추출율(순도) 및 중공 구조(공극 구조) 등을 가지고 있어야 한다. 특히, 전극소재용으로 적합하도록 용량(capacitance), 에너지 밀도(energy density) 및 낮은 저항(low resistance) 등의 우수한 전기적 특성을 가지기 위해서는, 최대한의 중공 구조(공극성)를 확보하여야 하며, 이와 함께 회(ash) 성분 등의 불순물이 적어야한다. 이를 위해, 본 발명은 천연 광물의 분쇄; 화학적 처리를 통한 추출; 및 붕소(B) 분위기 하에서의 열처리를 포함한다. In order for fullerene to retain these useful properties, it must have a high extraction rate (purity) and a hollow structure (void structure). Particularly, in order to have excellent electrical characteristics such as capacitance, energy density and low resistance suitable for an electrode material, it is necessary to secure a maximum hollow structure (polarity) The ash component and the like should be small. For this purpose, the present invention relates to the grinding of natural minerals; Extraction by chemical treatment; And a heat treatment in a boron (B) atmosphere.
구체적으로, 본 발명에 따른 전극소재용 플러렌의 제조방법은, 하기 (1) 내지 (3)단계를 포함한다. 그리고 각 단계들은 연속적이다.
Specifically, the method for producing fullerene for electrode materials according to the present invention includes the following steps (1) to (3). And each step is continuous.
(1) 탄소 성분을 함유한 천연 광물을 분쇄하는 제1단계 (1) First step of crushing natural minerals containing carbon components
(2) 상기 분쇄된 천연 광물로부터 탄소 성분을 추출, 분리하는 제2단계 (2) a second step of extracting and separating a carbon component from the crushed natural minerals
(3) 상기 분리된 탄소 성분을 붕소 분위기 하에서 850 ~ 3,000℃의 온도로 열처리하는 제3단계
(3) separating the separated carbon component under a boron atmosphere at 850 The third step of heat treatment at a temperature of ~ 3,000 ℃
본 발명에서, 상기 붕소 분위기는 적어도 열처리 공정(제3단계)에서 붕소 성분이 존재하는 상태를 의미한다. 보다 구체적으로, 본 발명에서 상기 붕소 분위기는 적어도 열처리 공정(제3단계)에서는 탄소 성분에 붕소 성분이 함께 혼합되어 있는 상태를 의미한다. 이때, 상기 붕소 성분은 붕소(B) 및 붕소(B) 함유 화합물로부터 선택된 하나 이상이다. In the present invention, the boron atmosphere means a state in which a boron component exists in at least a heat treatment step (third step). More specifically, in the present invention, the boron atmosphere refers to a state in which a boron component is mixed with a carbon component at least in a heat treatment step (third step). At this time, the boron component is at least one selected from compounds containing boron (B) and boron (B).
상기 붕소 분위기는, 예를 들어 상기 제2단계 및 제3단계로부터 선택된 하나 이상의 단계에서 형성될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 제2단계에서는 탄소 성분의 추출을 위해, 분쇄된 천연 광물에 알칼리 용액이 혼합되는데, 상기 혼합된 용액에 붕소 성분이 더 첨가 혼합되어 붕소 분위기가 형성될 수 있다. 또한, 상기 제3단계에서는 분리된 탄소 성분을 고온 열처리하는데, 이때 열처리하기 전에 탄소 성분에 붕소 성분이 혼합되어 붕소 분위기가 형성될 수 있다. 또한, 붕소 분위기는 제2단계 및 제3단계 모두에서 형성될 수 있다. 즉, 상기 붕소 성분은 제2단계에서도 혼합되고, 제3단계에서도 혼합될 수 있다. The boron atmosphere may be formed in at least one step selected from, for example, the second step and the third step. For example, in the second step, an alkaline solution is mixed with the crushed natural minerals to extract a carbon component. A boron component may be further added to the mixed solution to form a boron atmosphere. In addition, in the third step, the separated carbon component is subjected to a high-temperature heat treatment, wherein a boron component may be mixed with a carbon component to form a boron atmosphere before the heat treatment. Further, the boron atmosphere may be formed in both the second step and the third step. That is, the boron component may be mixed in the second step and mixed in the third step.
위와 같이, 본 발명에서 붕소 분위기는 예를 들어 제2단계 및/또는 제3단계에서 붕소 성분이 혼합되어, 적어도 열처리 과정에서 탄소 성분과 함께 붕소 성분이 존재하는 것이면 좋다. As described above, the boron atmosphere in the present invention may be, for example, that the boron components are mixed in the second and / or third steps and at least boron components are present together with the carbon component in the heat treatment process.
본 발명에 따르면, 높은 추출율을 가지면서 회(ash) 성분 등의 불순물이 적은 양질의 전극소재용 플러렌을 제조할 수 있다. 또한, 중공 구조(공극성)가 최대한 확보된 전극소재용 플러렌을 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 플러렌은 전기적 특성에 유리한 고순도와 중공 구조(공극성) 등을 확보하여 전극에 적용 시 우수한 전기적 특성을 갖는다. 아울러, 높은 생산성 및 경제성 등을 가져, 저렴한 가격으로 보급될 수 있다. INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to produce high quality fullerene for electrode materials having a high extraction ratio and few impurities such as ash components. Further, it is possible to easily produce fullerene for an electrode material having a hollow structure (coplanarity) as much as possible. Accordingly, the fullerene produced according to the present invention has excellent purity and favorable electrical characteristics when applied to an electrode by securing a high purity and a hollow structure (pore) favorable to electrical characteristics. In addition, it has a high productivity and economy, and can be supplied at a low price.
이하, 각 공정별로 예시적인 실시 형태를 설명하면 다음과 같다. 이하, 본 발명의 실시 형태를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서는 본 발명의 예시적인 실시 형태를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형 또는 수정되어 다양하게 실시될 수 있다.
Hereinafter, an exemplary embodiment will be described for each process. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, exemplary embodiments of the present invention will be described below, but the technical spirit of the present invention is not limited thereto and can be variously modified or modified by those skilled in the art.
(1) 천연 광물의 분쇄(제1단계)
(1) Crushing of natural minerals (Stage 1)
먼저, 천연 광물을 분쇄한다. First, the natural minerals are crushed.
본 발명에서, 천연 광물은 탄소 성분을 함유하는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서, 천연 광물은 탄소 성분을 함유하는 것이라면 자연계에 존재하는 다양한 광물(원석)로부터 선택될 수 있으며, 그 종류는 제한되지 않는다. In the present invention, the natural mineral is not particularly limited as long as it contains a carbon component. That is, in the present invention, natural minerals can be selected from various minerals (ores) existing in nature if they contain a carbon component, and the kind thereof is not limited.
구체적으로, 본 발명에서 천연 광물은 탄소 성분을 함유하되, 주성분으로서 예를 들어 무기물(무기염)을 함유하는 천연 암석으로부터 선택될 수 있다. 이때, 상기 무기물은 천연 광물의 종류에 따라서 그 성분이 다를 수 있으며, 이는 예를 들어 Si, Ti, Al, Fe, Mg, Ca, K 및 Na 등으로부터 선택된 하나 이상의 산화물이 될 수 있다. 아울러, 천연 광물은 기타 불순물로서 황(S)이나 염소(Cl) 등을 함유할 수 있다. Specifically, in the present invention, natural minerals can be selected from natural rocks containing a carbon component and containing, for example, an inorganic (inorganic salt) as a main component. At this time, the inorganic materials may be different from each other depending on the kind of natural minerals, and may be one or more oxides selected from Si, Ti, Al, Fe, Mg, Ca, K and Na. In addition, natural minerals may contain sulfur (S) or chlorine (Cl) as other impurities.
또한, 본 발명에서, 천연 광물에 함유된 탄소 성분은 탄소(C)로만 이루어진 탄소 물질; 및 분자 내에 적어도 하나 이상의 탄소(C) 원소를 함유하는 탄소 함유 화합물 등을 포함한다. 본 발명에서, 상기 탄소 성분은, 바람직하게는 플러렌이다. 즉, 본 발명에서, 천연 광물은 탄소 성분으로서 플러렌을 함유하는 광물로부터 선택된 것이 바람직하다. 아울러, 천연 광물은 탄소 성분으로서 플러렌 이외의 다른 탄소 물질이나 탄소 함유 화합물을 함유하여도 좋다. Further, in the present invention, the carbon component contained in the natural mineral is a carbon material composed only of carbon (C); And a carbon-containing compound containing at least one carbon (C) element in the molecule. In the present invention, the carbon component is preferably fullerene. That is, in the present invention, natural minerals are preferably selected from minerals containing fullerene as a carbon component. In addition, natural minerals may contain a carbon material other than fullerene as a carbon component or a carbon-containing compound.
한편, 본 발명에서, 플러렌은 탄소(C) 원자가 5각형이나 6각형으로 배열 연결된 탄소 고리를 가지되, 이러한 탄소 고리들이 결합되어 중공(中空)을 형성하고 있으면 좋으며, 탄소 수는 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서, 플러렌은 C60 ~ C80의 탄소 수를 가지는 일반적인 플러렌은 물론, 이보다 작거나 큰 탄소 수를 가지는 유사 플러렌(fullerene-like)을 포함한다. 여기서, 유사 플러렌은 일반적으로 특정하고 있는 플러렌(예를 들어, 탄소 수 C60 ~ C80의 플러렌)보다 탄소 수가 작거나 큰 것을 의미하는 것으로서, 상기한 바와 같이 탄소 고리들이 결합되어 중공을 형성하고 있는 것이면 여기에 포함한다. Meanwhile, in the present invention, fullerene has a carbon ring in which carbon (C) atoms are arranged in a pentagonal or hexagonal shape, and these carbon rings are combined to form a hollow, and the number of carbon atoms is not limited. That is, in the present invention, fullerene includes fullerene-like having a carbon number smaller or larger than that of a common fullerene having a carbon number of C 60 to C 80 . Herein, the like fullerene means a carbon number smaller or larger than the generally specified fullerene (e.g., fullerene having a carbon number of C 60 to C 80 ). As described above, carbon rings are combined to form a hollow If so, include it here.
본 발명에서, 플러렌은 천연 광물의 종류에 따라 다를 수 있다. 본 발명에서, 플러렌은 예를 들어 C20 ~ C150의 탄소 수를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에서, 플러렌은 그 구조적 형태에 있어서, 중공 구조를 가지되, 예를 들어 축구공이나 럭비공, 또는 이와 유사한 형상의 구체, 또는 다면체 등의 다양한 형상을 가질 수 있다. In the present invention, the fullerene may vary depending on the kind of the natural mineral. In the present invention, the fullerene may have, for example, a carbon number of C 20 to C 150 , but is not limited thereto. Further, in the present invention, in the structural form thereof, the fullerene has a hollow structure, and may have various shapes such as a soccer ball, a rugby ball, or a sphere of a similar shape, or a polyhedron.
천연 광물은 상기한 바와 같이 탄소 성분(바람직하게는, 플러렌)을 함유하는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 20중량% 이상의 탄소 성분을 함유하는 원석으로부터 선택될 수 있다. 본 발명에서, 탄소 성분의 함량은 클수록 좋으므로, 그 상한치는 제한되지는 않으나, 상한치는 예를 들어 90중량%가 될 수 있다. 즉, 천연 광물은 20 ~ 90중량%의 탄소 성분을 함유한 것으로부터 선택될 수 있으며, 잔량은 무기물 등이다. The natural mineral is not particularly limited as long as it contains a carbon component (preferably, fullerene) as described above, and it can be selected, for example, from gemstones containing at least 20% by weight of carbon components. In the present invention, the larger the content of the carbon component, the better, so the upper limit is not limited, but the upper limit may be, for example, 90% by weight. That is, natural minerals can be selected from those containing 20 to 90% by weight of carbon components, and the remaining amount is inorganic or the like.
상기 천연 광물은, 구체적인 예를 들어 점토 광물 및 ?기트(shungite) 광물 등으로부터 선택될 수 있다. 본 발명의 바람직한 형태에 따라서, 상기 천연 광물은 ?기트(shungite) 광물을 포함하는 것이 좋다. 즉, 본 발명에서, 플러렌의 제조에 사용되는 원료로서의 천연 광물은 ?기트 광물만을 사용하거나, ?기트 광물에 다른 천연 광물을 혼합 사용할 수 있다. The natural minerals may be selected from concrete examples such as clay minerals and shungite minerals. According to a preferred form of the invention, said natural mineral preferably comprises shungite mineral. That is, in the present invention, natural minerals as raw materials used in the production of fullerene can be either only? Gut minerals, or can be mixed with other natural minerals in? Gut minerals.
상기 ?기트 광물은 규산염(silicate) 등의 규소 화합물(규산질)을 주성분으로 하되, 탄소 성분의 함량, 특히 플러렌의 함량이 높아 본 발명에 유용하다. 즉, ?기트 광물은 25중량% 이상, 보다 구체적으로 25 ~ 50중량%의 유효 탄소 성분(플러렌)을 함유하고 있어 본 발명에 유용하게 적용된다. 이때, ?기트 광물에 함유된 탄소 성분(플러렌)은 다공성 스펀지 구조의 매트릭스(matrix) 형태를 가지며, 다공성 셀(cell) 내부에 규산염 광물 입자가 채워져 있고, 상기 규산염 광물 입자의 주성분은 이산화규소(SiO2)이다. 그리고 규산염 광물 입자의 대부분은 약 0.1 ~ 5㎛ 입자 크기의 분산도를 가지며, 이는 또한 탄소 매트릭스 내에서 연속 프레임(continuous frame)을 형성하고 있다. 이러한 ?기트 광물은 러시아(Russia)에서 구입할 수 있다. 예를 들어, 러시아의 카렐리야(Kareliya)라는 지역에서 구입할 수 있다. The above-mentioned gut minerals have a silicon compound (silicate) such as silicate as a main component, and have a high content of carbon components, particularly fullerene, and are useful in the present invention. That is, the? -Thread mineral contains 25% by weight or more, more specifically 25 to 50% by weight of an effective carbon component (fullerene) and is usefully applied to the present invention. At this time, the carbon component (fullerene) contained in the gut mineral has a matrix form of a porous sponge structure, the porous cell is filled with silicate mineral particles, and the main component of the silicate mineral particles is silicon dioxide SiO 2 ). Most of the silicate mineral particles have a particle size distribution of about 0.1 to 5 μm, which also forms a continuous frame within the carbon matrix. These ghid minerals are available in Russia. For example, it can be purchased in an area called Kareliya, Russia.
본 제1단계에 따라서, 천연 광물(바람직하게는, ?기트 광물)을 적정 크기로 분쇄한다. 천연 광물은 분쇄에 의해, 표면적이 넓어져 추출 공정에서 탄소 성분의 추출율이 개선될 수 있다. 천연 광물은 예를 들어 300㎛ 이하의 크기로 분쇄될 수 있다. 천연 광물은, 구체적인 예를 들어 0.5 ~ 100㎛의 평균 입자 크기를 갖도록 분쇄될 수 있다. 이때, 천연 광물의 입자 크기가 너무 작으면 취급이 어려울 수 있고, 너무 크면 탄소 성분의 추출율이 낮아질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 천연 광물은 10 ~ 60㎛의 평균 입자 크기를 갖도록 분쇄되는 것이 좋다. 즉, 천연 광물이 10 ~ 60㎛의 평균 입자 크기를 가지는 경우, 취급성에서도 유리하고, 탄소 성분의 추출율이 효과적으로 개선될 수 있다. According to the first step, natural minerals (preferably, gut minerals) are crushed to an appropriate size. Natural minerals can be ground by widening the surface area, so that the extraction rate of carbon components in the extraction process can be improved. Natural minerals can be ground to a size of, for example, 300 탆 or less. The natural minerals may be ground to a specific example having an average particle size of 0.5 to 100 mu m. At this time, if the particle size of natural minerals is too small, handling may be difficult, and if it is too large, the extraction rate of carbon components may be lowered. In view of this, natural minerals are preferably crushed to have an average particle size of 10 to 60 탆. That is, when the natural mineral has an average particle size of 10 to 60 탆, the handling property is also advantageous and the extraction ratio of the carbon component can be effectively improved.
분쇄 방법은 제한되지 않는다. 분쇄 방법은 분체 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 다양한 방법으로부터 선택될 수 있다. 분쇄는, 예를 들어 볼 밀(Ball mill), 아크리션 밀(Attrition mill), 제트 밀(Jet mill), 회전 밀(Rotary mill) 및 진동 밀(Vibration mill) 등과 같은 방법으로 진행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The pulverization method is not limited. The pulverization method can be selected from a variety of methods commonly used in the field of powder technology. The pulverization can be carried out by a method such as a ball mill, an attrition mill, a jet mill, a rotary mill and a vibration mill, But is not limited thereto.
또한, 본 발명의 예시적인 형태에 따라서, 상기 분쇄된 천연 광물은 선별될 수 있다. 즉, 본 제1단계는 천연 광물을 분쇄하는 분쇄 공정을 적어도 포함하되, 상기 분쇄된 천연 광물을 적정 크기 범위를 가지는 것으로 선별하는 선별 공정을 더 포함할 수 있다. 이때, 분쇄된 천연 광물은, 예를 들어 체(sieve) 가름 등의 선별 공정을 통해 적정 입도 분포를 가지는 것으로 선별될 수 있다. 천연 광물은 분쇄 후에, 예를 들어 상기한 바와 같이 0.5 ~ 100㎛, 바람직하게는 10 ~ 60㎛의 평균 입자 크기를 가지는 것으로 선별되어 사용될 수 있다.
Further, according to an exemplary aspect of the present invention, the ground natural minerals can be selected. That is, the first step may further include a sorting step of sorting the crushed natural minerals having an appropriate size range, at least including a crushing step of crushing natural minerals. At this time, the ground natural minerals can be selected to have an appropriate particle size distribution through a sorting process such as sieving. Natural minerals can be selected and used after grinding, for example, as described above, having an average particle size of 0.5 to 100 mu m, preferably 10 to 60 mu m.
(2) 탄소 성분의 추출, 분리(제2단계)
(2) Extraction and separation of carbon components (second step)
상기 분쇄된 천연 광물로부터 탄소 성분을 추출, 분리한다. 본 제2단계는 추출 공정과 분리 공정을 포함한다. 즉, 본 제2단계는 분쇄된 천연 광물에 함유된 탄소 성분을 추출하는 추출 공정과, 상기 추출된 탄소 성분을 분리하는 분리 공정을 포함한다. The carbon component is extracted and separated from the crushed natural minerals. This second step includes an extraction process and a separation process. That is, the second step includes an extraction step of extracting carbon components contained in the crushed natural minerals and a separation step of separating the extracted carbon components.
상기 추출 공정은 천연 광물에 함유된 탄소 성분을 추출할 수 있는 공정이라면 특별히 제한되지 않는다. 추출 공정은, 바람직하게는 알칼리 용액을 이용한 알칼리 용액 추출 공정을 포함한다. 구체적으로, 추출 공정은 분쇄된 천연 광물과 알칼리 용액을 혼합, 가열하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 알칼리 용액 추출 공정은 가열 교반기를 이용하여 가열 교반시키면서 진행하거나, 오토클레이브(autoclave) 등의 고온 가압기를 이용하여 진행할 수 있다. 이러한 가열 추출에 의해, 천연 광물에 함유된 탄소 성분이 추출된다. 즉, 천연 광물은 알칼리 용액을 이용한 가열 추출에 의해, 적어도 탄소 성분과 무기물로 분리된다. 천연 광물로서, 예를 들어 ?기트 광물을 사용하는 경우, 상기 ?기트 광물은 알칼리 용액에 의해 탄소 성분(플러렌)과, 규산질(규산 알칼리) 등으로 분리된다. 보다 구체적으로, ?기트 광물의 주성분인 규소 화합물(규산질)은 알칼리 용액에 용해된다. The extraction process is not particularly limited as long as it is a process capable of extracting carbon components contained in natural minerals. The extraction process preferably includes an alkaline solution extraction process using an alkali solution. Specifically, the extraction step preferably includes a step of mixing and heating the pulverized natural mineral and the alkali solution. At this time, the alkali solution extraction step may be carried out while heating and stirring using a heating stirrer, or by using a high-temperature extruder such as an autoclave. By this heat extraction, the carbon component contained in the natural mineral is extracted. Namely, natural minerals are separated into at least a carbon component and an inorganic substance by heating extraction using an alkali solution. When natural minerals such as? Gut minerals are used, the? Gut minerals are separated into carbon components (fullerene) and silicate (alkali silicate) by an alkali solution. More specifically, the silicon compound (silicate), which is the main component of the? Minerals, is dissolved in the alkali solution.
상기 추출 공정에서 가열 온도는 천연 광물로부터 탄소 성분이 추출될 수 있는 온도이면 제한되지 않는다. 추출 시, 가열 온도는 예를 들어 100 ~ 300℃가 될 수 있다. 그리고 가열 시간은 특별히 제한되지 않으나, 이는 예를 들어 액체 성분(알칼리 용액에 포함된 물 등)은 거의 휘발 제거되고, 거의 대부분이 고체 성분으로 이루어질 될 때까지의 시간이 될 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 가열 교반기를 이용하는 경우, 100 ~ 130℃의 온도에서 5시간 내지 25시간 동안 가열 교반시켜 진행할 수 있다. 또한, 오토클레이브(autoclave) 등의 고온 가압기를 이용하는 경우, 200 ~ 250℃의 온도에서 2시간 내지 4시간 동안 가열하여 진행할 수 있다. 이러한 온도 및 시간 범위로 진행하는 경우, 탄소 성분의 추출율 및 에너지 효율 등에서 유리하다. The heating temperature in the above-mentioned extraction step is not limited as far as the carbon component can be extracted from natural minerals. Upon extraction, the heating temperature may be, for example, 100 to 300 占 폚. The heating time is not particularly limited, but may be, for example, a time until the liquid component (water or the like contained in the alkali solution) is almost volatilized and almost all of it becomes a solid component. More specifically, in the case of using a heating stirrer, the reaction can be carried out by heating and stirring at a temperature of 100 to 130 ° C for 5 to 25 hours. When a high-temperature extruder such as an autoclave is used, it may be heated at a temperature of 200 to 250 ° C for 2 to 4 hours to proceed. When proceeding to such a temperature and time range, it is advantageous in extracting the carbon component and energy efficiency.
또한, 상기 추출 공정에서, 천연 광물과 알칼리 용액의 배합비는, 예를 들어 1 : 0.2 ~ 30의 중량비가 될 수 있다. 즉, 천연 광물 : 알칼리 용액 = 1 : 0.2 ~ 30의 중량비가 될 수 있다. 이때, 알칼리 용액의 사용량이 너무 작으면 탄소 성분의 추출율이 낮아질 수 있고, 너무 많은 경우에는 과잉 사용에 따른 상승효과가 그다지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 천연 광물과 알칼리 용액은 1 : 1 ~ 20의 중량비, 더욱 구체적으로는 1 : 8 ~ 20의 중량비로 배합하여 가열 추출할 수 있다. 다른 구체적인 예를 들어, 가열 교반기를 이용하여 상기와 같은 온도 및 시간 범위로 진행하는 경우에는 1 : 1 ~ 5의 중량비로 배합하여 가열 추출할 수 있으며, 오토클레이브(autoclave) 등의 고온 가압기를 이용하여 상기와 같은 온도 및 시간 범위로 진행하는 경우에는 1 : 1 ~ 10의 중량비로 배합하여 가열 추출할 수 있다. In the extraction step, the mixing ratio of the natural mineral and the alkali solution may be, for example, 1: 0.2 to 30 by weight. That is, the weight ratio of natural mineral: alkali solution = 1: 0.2 to 30 can be obtained. At this time, if the amount of the alkali solution used is too small, the extraction rate of the carbon component may be lowered, and if too much, the synergistic effect due to excessive use may be insufficient. Considering this point, the natural mineral and the alkali solution can be combined by heating at a weight ratio of 1: 1 to 20, more specifically 1: 8 to 20, and the mixture can be heated and extracted. In another specific example, when the mixture is heated to a temperature and a time range as described above using a heating stirrer, the mixture may be heated and extracted at a weight ratio of 1: 1 to 5, and may be heated and extracted using a high-temperature extruder such as an autoclave When the reaction proceeds in the temperature and time ranges as described above, the reaction mixture may be heated and extracted in a weight ratio of 1: 1 to 10.
상기 알칼리 용액은 알칼리 물질을 포함하는 용액이면 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 알칼리 물질을 용액 전체 중량 중에 5 ~ 60중량%로 포함하는 5 ~ 60중량% 농도의 알칼리 수용액으로부터 선택될 수 있다. 보다 구체적으로, 알칼리 용액은 10 ~ 30중량%의 농도를 가질 수 있다. 이때, 상기 알칼리 용액의 농도와 알칼리 물질의 종류 등은 천연 광물을 구성하는 무기물이나 불순물의 종류, 및 이들의 양에 따라 정해될 수 있다. The alkali solution is not limited as long as it is a solution containing an alkali substance, and it can be selected from an aqueous alkali solution having a concentration of 5 to 60% by weight, for example, containing 5 to 60% by weight of an alkali substance in the total weight of the solution. More specifically, the alkali solution may have a concentration of 10 to 30% by weight. At this time, the concentration of the alkali solution and the kind of the alkaline substance can be determined according to the kind of the inorganic substance or the impurity constituting the natural mineral, and the amount thereof.
상기 알칼리 용액을 구성하는 알칼리 물질은, 예를 들어 Ma(OH)b의 분자식을 가지되, 상기 M은 금속 원소로부터 선택될 수 있다. 상기 M은, 예를 들어 K, Li, Na 및 Ca 등으로부터 선택된 하나 이상이 될 수 있으며, 상기 a와 b는 화학 양론에 따른다. 알칼리 물질은, 구체적인 예를 들어 KOH, LiOH, NaOH 및 Ca(OH)2 등으로부터 선택된 하나 이상이 될 수 있으며, 바람직하게는 KOH 또는 LiOH를 사용하거나, KOH와 LiOH의 혼합을 사용하는 것이 좋다. 상기 KOH와 LiOH는 ?기트 광물의 탄소 성분에 대한 높은 추출율을 가져 본 발명에 유용하다. 즉, KOH와 LiOH는 ?기트 광물의 주성분인 규소 화합물(규산질 등)을 효과적으로 용해시켜 탄소 성분의 추출율을 높일 수 있다. The alkali substance constituting the alkali solution has a molecular formula of, for example, M a (OH) b , wherein M can be selected from metal elements. The M may be at least one selected from K, Li, Na and Ca, for example, and a and b are according to stoichiometry. The alkali substance may be at least one selected from among KOH, LiOH, NaOH and Ca (OH) 2 , and it is preferable to use KOH or LiOH or a mixture of KOH and LiOH. The KOH and LiOH have a high extraction ratio with respect to the carbon content of the gut minerals and are useful in the present invention. That is, KOH and LiOH can effectively dissolve a silicon compound (silicate or the like), which is a main component of the gut mineral, to increase the extraction rate of the carbon component.
또한, 상기 알칼리 물질로서, KOH와 LiOH의 혼합을 사용하는 경우, 이들은 1 : 1 ~ 10의 중량비로 혼합 사용할 수 있다. 즉, KOH : LiOH = 1 : 1 ~ 10의 중량비로 혼합 사용할 수 있다. 이 경우, 탄소 성분의 추출율에 매우 효과적이다. When a mixture of KOH and LiOH is used as the alkali substance, they may be mixed in a weight ratio of 1: 1 to 10. That is, they can be mixed and used in a weight ratio of KOH: LiOH = 1: 1 to 10. In this case, the extraction efficiency of the carbon component is very effective.
상기 분리 공정은, 위와 같은 추출 공정을 통해 추출된 탄소 성분을 용액으로부터 분리할 수 있는 것이면 다양한 방법이 고려될 수 있다. 분리 공정은, 예를 들어 필터(filter)를 통한 여과 분리나, 원심 분리기 등을 이용한 고속 회전 분리 등의 방법으로 진행될 수 있다. 이러한 분리를 통해, 추출물로부터 탄소 농축물을 수득한다. 즉, 탄소 성분(바람직하게는, 플러렌)이 고농도로 포함된 탄소 농축물을 수득한다. 그리고 이러한 탄소 농축물에는 미량의 회(ash) 성분을 함유할 수 있다. 본 발명에서, 회(ash) 성분은 탄소 성분 이외의 성분을 의미하며, 이는 천연 광물에 함유되어 있는 것으로, 예를 들어 Al이나 Fe 등의 염 성분; 및/또는 황(S) 등의 불순물 등이 될 수 있다. The separation process may be variously considered as long as the carbon component extracted through the extraction process can be separated from the solution. The separation process may be performed by, for example, filtration through a filter or high-speed separation using a centrifugal separator. Through this separation, a carbon concentrate is obtained from the extract. That is, a carbon concentrate containing a carbon component (preferably, fullerene) in a high concentration is obtained. And these carbon concentrates may contain minor amounts of ash components. In the present invention, the ash component means a component other than the carbon component, which is contained in natural minerals, for example, a salt component such as Al or Fe; And / or impurities such as sulfur (S).
또한, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따라서, 상기 추출 공정에서는 붕소 분위기가 유지될 수 있다. 즉, 추출 공정은 전술한 바와 같이 분쇄된 천연 광물과 알칼리 용액을 혼합한 혼합 용액을 가열하는 방법으로 진행되는 데, 이때 상기 혼합 용액에는 붕소 성분이 더 첨가 혼합 가열될 수 있다. 붕소 성분은 예를 들어 알칼리 용액 내에 첨가되거나, 가열 시에 별도로 첨가될 수 있다. 붕소 성분은, 후술한 바와 같이 플러렌의 중공 구조, 즉 플러렌의 공극성을 개선한다. Further, according to an exemplary embodiment of the present invention, the boron atmosphere can be maintained in the extraction step. That is, the extraction process proceeds by heating the mixed solution obtained by mixing the crushed natural mineral and the alkali solution as described above. At this time, the boron component may be further added to the mixed solution to be mixed and heated. The boron component may be added, for example, in an alkali solution, or may be added separately during heating. The boron component improves the hollow structure of the fullerene, that is, the coplanarity of the fullerene, as described later.
상기 붕소 성분은 붕소(B) 및 붕소(B) 함유 화합물로부터 선택된 하나 이상이다. 즉, 붕소 성분은 분말 상의 붕소(B); 분자 내에 적어도 하나 이상의 붕소(B)를 가지는 붕소 함유 화합물; 및 이들의 혼합으로부터 선택될 수 있다. The boron component is at least one selected from compounds containing boron (B) and boron (B). That is, the boron component is a powdered boron (B); A boron-containing compound having at least one boron (B) in the molecule; And mixtures thereof.
상기 붕소 함유 화합물은 분자 내에 적어도 하나 이상의 붕소(B)를 가지는 것이면 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 보론(Boron)계 화합물로부터 선택될 수 있다. 붕소 함유 화합물은, 구체적인 예를 들어 H3BO3, B2H6, B4H10, B5H9, B6H10, BI3, NaBO2, NaBH4, Na2B4O7 및 이들의 수화물(hydrate) 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 수화물은, 구체적으로 NaBO2ㆍ4H2O(meta-borate hydrate), NaBH4ㆍ4H2O(boro-hydrate) 및 Na2B4O7ㆍ10H2O(borax, tetra-borate hydrate) 등을 예로 들 수 있다. The boron-containing compound is not limited as long as it has at least one boron (B) in the molecule, and can be selected from, for example, a boron-based compound. Specific examples of the boron-containing compound include H 3 BO 3 , B 2 H 6 , B 4 H 10 , B 5 H 9 , B 6 H 10 , BI 3 , NaBO 2 , NaBH 4 , Na 2 B 4 O 7 And hydrates thereof, and the like. Specifically, the hydrate may be NaBO 4 H 2 O (meta-borate hydrate), NaBH 4揃 4H 2 O (boro-hydrate), or Na 2 B 4 O 7揃 10H 2 O (borax, tetra-borate hydrate) For example.
또한, 상기 붕소 성분은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 분쇄된 천연 광물 100중량부에 대하여 0.01 ~ 20중량부로 사용될 수 있다. 이때, 붕소 성분이 0.01중량부 미만인 경우, 중공 구조의 개선 효과가 미미할 수 있다. 그리고 붕소 성분이 20중량부를 초과하는 경우, 과잉 사용에 따른 상승효과가 그다지 크지 않고 제조비용 면에서 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 붕소 성분은 분쇄된 천연 광물 100중량부에 대하여 0.04 ~ 10중량부로 사용되는 것이 좋다. The boron component is not particularly limited, but may be used in an amount of 0.01 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the ground natural mineral. At this time, if the boron component is less than 0.01 part by weight, the effect of improving the hollow structure may be insignificant. If the boron component exceeds 20 parts by weight, the synergistic effect with excess use is not so large, which may be undesirable from the viewpoint of production cost. Considering this point, the boron component is preferably used in an amount of 0.04 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the ground natural mineral.
한편, 상기와 같이 분리된 분리물(탄소 성분), 즉 탄소 성분이 고농도로 포함된 탄소 농축물은 세척, 산(acid) 처리 및/또는 건조될 수 있다. 구체적으로, 본 제2단계는 추출 공정과 분리 공정을 포함하되, 경우에 따라서 세척 공정, 산 처리 공정 및 건조 공정 중에서 선택된 하나 이상의 공정을 더 포함할 수 있다. On the other hand, the carbonaceous concentrate containing the separated separated material (carbon component), that is, the carbon component at a high concentration may be washed, acid treated and / or dried. Specifically, the second step includes an extraction process and a separation process, and may further include at least one process selected from a cleaning process, an acid treatment process and a drying process, as the case may be.
상기 세척 공정은 물(증류수를 포함한다)을 이용하여 진행할 수 있으며, 바람직하게는 가온된 물, 예를 들어 40℃ 이상의 뜨거운 물, 보다 구체적인 예를 들어 40 ~ 90℃의 물에 상기 분리된 분리물(탄소 성분)을 넣어, 혼합 수세하는 방법으로 진행할 수 있다. The washing process may be carried out using water (including distilled water), preferably in hot water such as hot water at 40 占 폚 or more, more specifically at 40 to 90 占 폚, Water (carbon component) is added, and the mixture is washed with water.
또한, 상기 산 처리 공정은 산 용액을 이용하되, 상기 분리된 분리물(탄소 성분)을 산 용액에 함침시키는 방법으로 진행할 수 있다. 이때, 산 용액은, 산(acid) 물질을 예를 들어 10 ~ 80중량%로 포함하는 수용액을 사용할 수 있다. 산 용액은, 구체적인 예를 들어 질산, 불산, 황산 및 염산 등으로부터 선택된 하나 이상의 산(acid)을 포함할 수 있다. 예시적인 구현예에 따라서, 산 용액은 10 ~ 60중량%의 질산 용액 및 10 ~ 60중량%의 불산 용액으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. In addition, the acid treatment may be performed by using an acid solution, and impregnating the separated separated product (carbon component) into an acid solution. At this time, the acid solution may be an aqueous solution containing 10 to 80% by weight of an acid material, for example. The acid solution may contain, for example, at least one acid selected from the group consisting of nitric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid and hydrochloric acid. According to an exemplary embodiment, the acid solution may use at least one selected from a 10 to 60 wt% nitric acid solution and a 10 to 60 wt% hydrofluoric acid solution.
아울러, 상기 산 용액은 분리된 분리물(탄소 성분)에 대해 8 ~ 20의 중량비로 사용될 수 있다. 즉, 산 처리는 분리된 분리물(탄소 성분) : 산 용액 = 1 : 8 ~ 20의 중량비로 혼합하여 진행할 수 있다. 그리고 이러한 산 처리 과정에서는 가열이 진행되는 것이 좋다. 즉, 가열 반응기에 상기 분리된 분리물과 산 용액을 넣고, 가열하면서 진행할 수 있다. 이때, 가열 온도는 예를 들어 40℃ 이상, 보다 구체적으로는 40 ~ 90℃가 될 수 있다. In addition, the acid solution may be used in a weight ratio of 8 to 20 to the separated separates (carbon components). That is, the acid treatment can be carried out by mixing at a weight ratio of the separated separated material (carbon component): acid solution = 1: 8-20. In this acid treatment process, it is preferable that the heating proceeds. That is, the separated separated product and the acid solution may be added to the heating reactor, and the reaction may proceed while heating. In this case, the heating temperature may be, for example, 40 DEG C or more, more specifically, 40 to 90 DEG C. [
상기 세척 공정과 산 처리 공정은 연속적으로 진행될 수 있다. 물을 통한 세척 공정을 진행한 후, 여과시켜 물(세척수)을 제거한 다음, 산 처리 공정을 진행할 수 있다. 이러한 세척 공정과 산 처리 공정 중에서 선택된 하나 이상의 공정에 의해, 상기 분리된 분리물은 예를 들어 pH 7 ~ 8이 될 수 있다. 또한, 상기 세척 공정 및/또는 산 처리 공정에 의해, 상기 분리된 분리물에 존재하는 불순물이 제거될 수 있다. 이때, 세척 공정과 산 처리 공정을 진행함에 있어서, 상기한 바와 같이 가온된 물(세척 공정)이나, 가열된 산 용액(산 처리 공정)을 통해 진행하는 경우, 불순물 등은 보다 효과적으로 제거될 수 있다. The washing process and the acid treatment process can be continuously performed. After the washing process with water, the water (washing water) is removed by filtration, and the acid treatment process can be performed. By one or more of these washing and acid treatment processes, the separated separates may be, for example, at a pH of 7 to 8. Further, impurities present in the separated separated product can be removed by the washing process and / or the acid treatment process. At this time, when proceeding through the washing step and the acid treatment step, as described above, when proceeding through warmed water (washing step) or heated acid solution (acid treatment step), impurities and the like can be removed more effectively .
상기 건조 공정은, 예를 들어 열풍 건조, 자연 건조, 또는 건조로를 통한 가열 건조 방법 등으로 진행될 수 있다. 건조 시의 온도는 제한되지 않는다. 건조 온도는, 예를 들어 60℃ 이상, 구체적인 예를 들어 60 ~ 300℃이 될 수 있다. 시간을 고려하다면, 건조 온도는 예를 들어 건조로를 이용하여 240 ~ 300℃에서 진행할 수 있다. 이러한 건조 공정에 의해, 분말 상의 탄소 성분이 수득될 수 있다. 이때, 건조되어 수득된 탄소 성분에는 분말 상의 플러렌이 고함량으로 포함하고 있다. The drying step may be carried out by, for example, hot air drying, natural drying, or a heating and drying method through a drying furnace. The temperature at the time of drying is not limited. The drying temperature may be, for example, 60 占 폚 or higher, specifically 60-300 占 폚, for example. If time is taken into account, the drying temperature can be, for example, 240 to 300 DEG C using a drying oven. By such a drying step, a carbon component in powder form can be obtained. At this time, a high content of powdery fullerene is contained in the carbon component obtained by drying.
또한, 본 발명의 예시적인 형태에 따라서, 상기 산 처리 공정은 추출 공정 이전에도 진행될 수 있다. Further, according to an exemplary embodiment of the present invention, the acid treatment process may proceed even before the extraction process.
구체적으로, 본 제2단계는 예시적인 형태에 따라서, 상기 분쇄된 천연 광물을 제1차 산 처리하는 제1차 산 처리 공정; 상기 산 처리된 천연 광물을 알칼리 용액을 이용하여 탄소 성분을 추출하는 알칼리 용액 추출 공정; 상기 추출된 탄소 성분을 분리하는 분리 공정; 및 상기 분리된 탄소 성분을 제2차 산 처리하는 제2차 산 처리 공정을 포함할 수 있다. Specifically, the second step comprises, in accordance with an exemplary embodiment, a first primary acid treatment step of first treating the ground natural minerals; An alkaline solution extracting step of extracting carbon components from the acid-treated natural mineral using an alkaline solution; A separation step of separating the extracted carbon components; And a second acid treatment step of subjecting the separated carbon component to a second acid treatment.
이때, 상기 분리 공정과 제2차 산 처리 공정의 사이에는 적어도 1회 이상의 세척 공정이 진행될 수 있다. 그리고 상기 제2차 산 처리 공정 이후에는 건조 공정이 진행될 수 있다. At this time, at least one washing step may be performed between the separation step and the second acid treatment step. After the second acid treatment process, the drying process may proceed.
또한, 예시적인 형태에 따라서, 상기 제1차 산 처리 공정에서는 예를 들어 불산 용액이 사용될 수 있으며, 상기 제2차 산 처리 공정에서는 예를 들어 질산 용액이 사용될 수 있다. 그리고 상기 제1차 및 제2차 산 처리 공정은 전술한 바와 같은 이유로 가열하면서 진행하는 것이 좋다. 이때, 제1차 산 처리 시에 사용된 불산 용액에 의해, 예를 들어 불용성 성분이 효과적으로 제거될 수 있다.
Further, according to an exemplary embodiment, for example, a hydrofluoric acid solution may be used in the first primary acid treatment step, and in the second secondary acid treatment step, for example, a nitric acid solution may be used. It is preferable that the first and second acid treatment processes proceed with heating for the reasons described above. At this time, for example, the insoluble component can be effectively removed by the hydrofluoric acid solution used in the first acid treatment.
(3) 붕소 분위기 하의 열처리(제3단계)
(3) Heat treatment under boron atmosphere (third step)
상기와 같은 공정을 통해, 천연 광물로부터 탄소 성분을 추출, 분리한 다음에는 열처리를 진행한다. 열처리는 붕소 분위기 하에서 진행한다. 이때, 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에서 상기 붕소 분위기는 제2단계 및 제3단계 중에서 선택된 하나 이상의 단계에서 형성될 수 있다. Through the above process, the carbon component is extracted and separated from natural minerals, and then the heat treatment is performed. The heat treatment proceeds under a boron atmosphere. At this time, as mentioned above, in the present invention, the boron atmosphere may be formed in at least one step selected from the second step and the third step.
즉, 상기 붕소 분위기는 본 제3단계에서 형성될 수 있는데, 이때 붕소 분위기는 열처리하기 전에 형성된다. 이를 위해, 본 제3단계는 본 발명의 예시적인 형태에 따라서, 붕소 분위기를 형성하기 위한 공정으로서 상기 분리된 탄소 성분과 붕소 성분을 혼합하는 혼합 공정; 및 상기 혼합된 혼합물을 열처리하는 열처리 공정을 포함할 수 있다. That is, the boron atmosphere may be formed in the third step, wherein the boron atmosphere is formed before the heat treatment. To this end, the third step is a mixing step of mixing the separated carbon component and the boron component as a process for forming a boron atmosphere, according to an exemplary embodiment of the present invention; And a heat treatment process for heat-treating the mixed mixture.
상기 붕소 성분은 제2단계에서 설명한 바와 같다. 즉, 붕소 성분은 붕소(B) 및 붕소(B) 함유 화합물로부터 선택된 하나 이상이다. 구체적으로, 붕소 성분은 분말 상의 붕소(B); 분자 내에 적어도 하나 이상의 붕소(B)를 가지는 붕소 함유 화합물; 및 이들의 혼합으로부터 선택될 수 있다. The boron component is as described in the second step. That is, the boron component is at least one selected from compounds containing boron (B) and boron (B). Specifically, the boron component is a powdered boron (B); A boron-containing compound having at least one boron (B) in the molecule; And mixtures thereof.
상기 붕소 함유 화합물은 분자 내에 적어도 하나 이상의 붕소(B)를 가지는 것이면 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 보론(Boron)계 화합물로부터 선택될 수 있다. 붕소 함유 화합물은, 구체적인 예를 들어 H3BO3, B2H6, B4H10, B5H9, B6H10, BI3, NaBO2, NaBH4, Na2B4O7 및 이들의 수화물(hydrate) 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 수화물은, 구체적으로 NaBO2ㆍ4H2O(meta-borate hydrate), NaBH4ㆍ4H2O(boro-hydrate) 및 Na2B4O7ㆍ10H2O(borax, tetra-borate hydrate) 등을 예로 들 수 있다. The boron-containing compound is not limited as long as it has at least one boron (B) in the molecule, and can be selected from, for example, a boron-based compound. Specific examples of the boron-containing compound include H 3 BO 3 , B 2 H 6 , B 4 H 10 , B 5 H 9 , B 6 H 10 , BI 3 , NaBO 2 , NaBH 4 , Na 2 B 4 O 7 And hydrates thereof, and the like. Specifically, the hydrate may be NaBO 4 H 2 O (meta-borate hydrate), NaBH 4揃 4H 2 O (boro-hydrate), or Na 2 B 4 O 7揃 10H 2 O (borax, tetra-borate hydrate) For example.
또한, 상기 붕소 성분은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 분리된 탄소 성분 100중량부에 대하여 예를 들어 0.01 ~ 20중량부로 사용될 수 있다. 이때, 붕소 성분이 0.01중량부 미만인 경우, 중공 구조의 개선 효과가 미미할 수 있다. 그리고 붕소 성분이 20중량부를 초과하는 경우, 과잉 사용에 따른 상승효과가 그다지 크지 않고 제조비용 면에서 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 붕소 성분은 분리된 탄소 성분 100중량부에 대하여 0.04 ~ 10중량부로 사용되는 것이 좋다. The boron component is not particularly limited, but may be used in an amount of, for example, 0.01 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the separated carbon component. At this time, if the boron component is less than 0.01 part by weight, the effect of improving the hollow structure may be insignificant. If the boron component exceeds 20 parts by weight, the synergistic effect with excess use is not so large, which may be undesirable from the viewpoint of production cost. Considering this point, the boron component is preferably used in an amount of 0.04 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the separated carbon component.
위와 같이, 분리된 탄소 성분과 붕소 성분을 혼합한 다음에는 열처리를 진행한다. 이러한 열처리에 의해, 상기 분리된 탄소 성분, 즉 플러렌을 고함량으로 포함하는 탄소 농축물 내에 잔존하는 회(ash) 성분이 제거된다. 또한, 상기 열처리에 의해, 붕소 성분이 소진(消盡) 제거되어 플러렌의 중공 구조가 최대한으로 개선된다. 즉, 고온 열처리를 통해, 플러렌은 회(ash) 성분의 제거에 의해 고순도를 가지면서, 붕소 성분의 제거에 의해 중공 구조(공극성)가 극대화되어 우수한 전기적 특성을 갖는다. 보다 구체적으로, 고순도에 의해 저항이 낮아져 우수한 전기전도성을 갖는다. 그리고 중공 구조(공극성)가 극대화되어 높은 비표면적을 가지며, 이는 결국 전기 화학 소자의 전극으로 적용 시, 용량이나 에너지 밀도를 향상시킨다. As described above, after the separated carbon component and the boron component are mixed, the heat treatment is performed. By this heat treatment, the ash component remaining in the carbon concentrate containing the separated carbon component, that is, the fullerene in a high content is removed. Further, by the heat treatment, the boron component is removed and removed, and the hollow structure of the fullerene is improved to the maximum. That is, through the high-temperature heat treatment, the fullerene has a high purity due to the removal of the ash component while maximizing the hollow structure (coplanarity) by removing the boron component, and thus has excellent electrical characteristics. More specifically, the resistance is lowered by high purity and has excellent electric conductivity. In addition, the hollow structure (coplanarity) is maximized and has a high specific surface area, which improves capacity and energy density when applied to an electrode of an electrochemical device.
상기 열처리 온도는, 회(ash) 성분과 붕소 성분을 제거할 수 있는 온도이면 제한되지 않는다. 열처리 온도는 천연 광물과 붕소 성분의 종류에 따라 다를 수 있지만, 우수한 전기전도성을 위해 850℃ 이상이 좋다. 보다 구체적으로, 열처리 온도는 850 ~ 3,000℃가 좋다. 이때, 열처리 온도가 850℃ 미만인 경우, 회(ash) 성분과 붕소 성분의 효과적인 제거가 어려울 수 있다. 그리고 열처리 온도가 3,000℃를 초과하는 경우, 플러렌 구조가 파괴될 수 있고, 흑연화의 우려가 있을 수 있다. 그리고 전기전도성을 고려할 때, 1,200℃ 이상이 바람직하며, 보다 바람직하게는 2,800℃ 이상이 좋다. 보다 구체적으로, 열처리는 2,800 ~ 3,000℃의 온도에서 진행하는 것이 바람직하다. The heat treatment temperature is not limited as long as it can remove the ash component and the boron component. The heat treatment temperature may vary depending on the type of natural minerals and boron components, but is preferably 850 ° C or higher for good electrical conductivity. More specifically, the heat treatment temperature is 850 ~ 3,000 ℃ is good. At this time, when the heat treatment temperature is lower than 850 ° C, it may be difficult to effectively remove the ash component and the boron component. If the heat treatment temperature exceeds 3,000 DEG C, the fullerene structure may be destroyed and there is a fear of graphitization. In consideration of electric conductivity, 1,200 DEG C or more is preferable, and more preferable is 2,800 DEG C or more. More specifically, the heat treatment is preferably carried out at a temperature of 2,800 to 3,000 ° C.
아울러, 상기 열처리는, 예를 들어 질소(N2), 아르곤(Ar), 및 헬륨(He) 가스 등의 비활성 분위기에서 진행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 그리고 열처리 시간은, 열처리 온도에 따라 다를 수 있지만, 예를 들어 10분 ~ 72시간이 될 수 있다. The heat treatment may be performed in an inert atmosphere such as, but not limited to, nitrogen (N 2 ), argon (Ar), and helium (He) gas. The heat treatment time may vary depending on the heat treatment temperature, but can be, for example, 10 minutes to 72 hours.
본 발명의 예시적인 형태에 따라서, 위와 같은 열처리를 진행한 다음에는 분쇄 공정이 더 진행될 수 있다. 즉, 본 제3단계는 열처리 공정을 적어도 포함하되, 선택적으로 분쇄 공정을 더 포함할 수 있다. According to an exemplary aspect of the present invention, the grinding process can be further performed after the above heat treatment is performed. That is, the third step includes at least a heat treatment step, and may optionally further include a grinding step.
상기 분쇄 공정은 플러렌 입자를 미분쇄시킬 수 있으면 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 20㎛ 이하의 미립자를 갖도록 할 수 있으면 좋다. 구체적인 예를 들어, 플러렌 입자는 분쇄 공정을 통해 10㎛ 이하, 더욱 구체적인 예를 들어 1nm(나노미터) ~ 3㎛의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 분쇄 방법은 제한되지 않는다. 분쇄는, 미립자화가 가능한 것으로서, 예를 들어 진동 밀이나 초고속 분쇄기 등을 이용하여 진행할 수 있다.
The pulverizing step is not limited as far as the fullerene particles can be finely pulverized. For example, the pulverizing step may be carried out so as to have fine particles of 20 mu m or less. As a specific example, the fullerene particles may have an average particle size of less than 10 mu m through a grinding process, more specifically from 1 nm (nanometer) to 3 mu m. The pulverization method is not limited. The pulverization can be carried out by using a vibrating mill or an ultra-high-speed pulverizer, for example, which can be made into fine particles.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 천연 광물(예를 들어, ?기트 광물)로부터 플러렌을 추출, 제조하되, 높은 추출율을 가지면서 회(ash) 성분 등의 불순물이 적어 고순도를 갖는다. 또한, 중공 구조를 최대한 확보하여 높은 비표면적을 갖는다. 이에 따라, 전극소재로 적용 시, 우수한 전기적 특성을 갖는다. As described above, according to the present invention, fullerene is extracted and produced from natural minerals (e.g., gut minerals), and has a high purity with a high extraction ratio and few impurities such as ash components. In addition, it has a high specific surface area by securing a hollow structure as much as possible. As a result, when used as an electrode material, it has excellent electrical characteristics.
보다 구체적으로, 본 발명에 따라 제조된 플러렌은, 회(ash) 성분이 예를 들어 1중량% 이하로서 고순도를 갖는다. 또한, 공극율은 50% 이상, 바람직하게는 70% 이상의 높은 공극 구조를 갖는다. 그리고 탄소 추출율, 즉 플러렌의 추출율은 예를 들어 90% 이상으로서 높은 추출율을 갖는다. 본 발명에서, 탄소 추출율은 초기 천연 광물 중에 함유된 탄소 성분 대비, 추출 후의 탄소 성분의 양으로서, 하기 수학식에 따른다.
More specifically, the fullerene prepared according to the present invention has a high purity as the ash component is, for example, 1% by weight or less. Also, the porosity has a high pore structure of 50% or more, preferably 70% or more. And the carbon extraction rate, that is, the extraction rate of fullerene is, for example, 90% or more, and has a high extraction ratio. In the present invention, the carbon extraction rate is the amount of the carbon component after extraction relative to the carbon component contained in the initial natural mineral, according to the following equation.
탄소 추출율(%) : (최종 얻어진 탄소 성분의 중량 / 초기 천연 광물에 함유된 탄소 성분의 중량) x 100
Carbon extraction ratio (%): (weight of final carbon obtained / weight of carbon contained in early natural mineral) x 100
또한, 본 발명에 따르면, 높은 생산성 및 경제성 등을 가져 플러렌을 저렴한 가격으로 보급시킬 수 있다. 즉, 종래의 인공적인 합성 방법과 비교하여, 원료로서 저가의 천연 광물이 사용되고, 이러한 천연 광물을 다량으로 사용할 수 있으며, 이와 함께 비용 및 공정 면에서 간단한 화학적 처리와 열처리를 통해 추출 제조함으로 인해, 높은 생산성과 함께 높은 경제성 등을 갖는다. Further, according to the present invention, it is possible to provide fullerene at a low cost with high productivity and economy. That is, in comparison with a conventional artificial synthesis method, inexpensive natural minerals are used as raw materials, and a large amount of such natural minerals can be used. In addition, since they are produced by simple chemical treatment and heat treatment in terms of cost and process, High productivity and high economic efficiency.
아울러, 본 발명에 따라 제조된 전극소재용 플러렌은 전술한 바와 같이 C60, ~ C80의 탄소 수를 가지는 일반적인 플러렌은 물론, 이보다 작거나 큰 탄소 수를 가지는 유사 플러렌을 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 제조된 전극소재용 플러렌은 천연 광물의 종류에 따라 다를 수 있지만, 예를 들어 C20 ~ C150의 탄소 수를 가지는 다종의 플러렌을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 제조된 전극용 플러렌은 다양한 탄소 수의 플러렌을 포함하는 플러렌 혼합물로서, 일례를 들어 탄소 수 C55, C60, C70, C74, C93 , C112 등을 가지는 플러렌이 혼합되어 있는 플러렌 혼합물이 될 수 있다. In addition, the electrode material fullerene prepared according to the present invention includes conventional fullerene having a carbon number of C 60 to C 80 as well as similar fullerene having a carbon number smaller than or greater than C 60 , as described above. That is, the produced fullerene for electrode material according to the present invention may include various kinds of fullerene having carbon numbers of C 20 to C 150 , for example, depending on the type of natural minerals. More specifically, such as an electrode with fullerene for manufacturing according to the present invention is a fullerene mixture containing the fullerene in a variety of carbon, can contain carbon for example C 55, C 60, C 70 , C 74, C 93, C 112 May be a fullerene mixture in which the fullerene is mixed.
한편, 본 발명에 따른 제조된 전극소재용 플러렌은 전극으로 적용되는 것이라면, 그 적용 분야에 있어서는 특별히 제한되지 않으며, 다양한 기술 분야에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 제조된 전극소재용 플러렌은 전기이중층 커패시터(EDLC ; Electric Double Layer Capacitor) 등의 전기 화학 소자에는 물론, 예를 들어 연료 전지나 태양 전기 등의 에너지 저장 소자 분야; 전기/전자 분야, 광학 분야, 의료 기기 분야, 및 정화 분야 등의 다양한 분야에 적용될 수 있다. On the other hand, the fullerene for electrode material manufactured according to the present invention is not particularly limited in its application field as far as it is applied as an electrode, and can be applied to various technical fields. The produced fullerene for electrode material according to the present invention can be used not only in an electrochemical device such as an electric double layer capacitor (EDLC), but also in an energy storage device field such as a fuel cell or a solar battery; Electric / electronic field, optical field, medical device field, and purification field.
본 발명에서, '전극'은 전기이중층 커패시터(EDLC) 등의 전기 화학 소자를 구성하는 전극에 국한되지 않고, 전도성이 요구되는 것이면 여기에 포함한다. 즉, 본 발명에서, '전극'은 전류가 인가될 수 있는 것이면 좋다. In the present invention, the term 'electrode' is not limited to an electrode constituting an electrochemical device such as an electric double layer capacitor (EDLC), and includes any electrode that requires conductivity. That is, in the present invention, the 'electrode' may be any one capable of applying current.
본 발명에 따른 제조된 전극소재용 플러렌은, 구체적인 예를 들어 전기이중층 커패시터(EDLC), 의사 커패시터(Pseudo Capacitor) 및 하이브리드 커패시터(Hybrid Capacitor) 등의 커패시터(Capacitor); 리튬 이온(Li+) 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈-수소(Ni-H) 전지, 및 전해 콘덴서 등의 일반 2차 전지; 연료 전지; 태양 전지; 회로 기판을 가지는 전자 부품; 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 화면 표시 장치; 감지 전극을 가지는 광센서; 인체에 접속되는 생체 전극을 가지는 의료 기기; 및 기타 전류가 인가되어 구동되는 정화 장치 등의 전극(전도체)로 사용될 수 있다. The electrode material fullerene produced according to the present invention may include, for example, a capacitor such as an electric double layer capacitor (EDLC), a pseudo capacitor, and a hybrid capacitor; A general secondary battery such as a lithium ion (Li + ) battery, a lithium polymer battery, a nickel-hydrogen (Ni-H) battery, and an electrolytic capacitor; Fuel cells; Solar cell; An electronic component having a circuit board; A screen display device such as a liquid crystal display or a plasma display; An optical sensor having a sensing electrode; A medical device having a living body electrode connected to a human body; And other electrodes (conductors) such as a purifier that is driven by applying a current.
또한, 구체적인 예를 들어 전기이중층 커패시터(EDLC),, 예를 들어 전기 화학 소자 등의 전극으로 적용 시, 상기 전극의 주성분으로 사용되거나 첨가제로 사용될 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 본 발명에 따른 제조된 전극소재용 플러렌은 전기이중층 커패시터(이하, 'EDLC'라 한다.)의 전극으로 적용 시, 활성탄을 대체하여 전극의 주성분으로 사용되거나, 전도성 첨가제로서 상기 활성탄과 혼합되어 사용될 수 있다.
Further, when it is applied to an electrode such as an electric double layer capacitor (EDLC), for example, an electrochemical device, it can be used as a main component of the electrode or as an additive. More specifically, for example, the produced fullerene for electrode material according to the present invention may be used as a main component of an electrode in place of activated carbon when applied as an electrode of an electric double layer capacitor (hereinafter referred to as 'EDLC') or as a conductive additive And may be mixed with the activated carbon.
이하, 실시예들을 예시한다. 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기의 실시예들은 천연 광물로서, 러시아 카렐리야 지역의 ?기트(shungite) 광물을 사용한 것을 예시하였다.
Hereinafter, embodiments will be exemplified. The following embodiments are provided to facilitate understanding of the present invention, and thus the technical scope of the present invention is not limited thereto. The following examples also illustrate the use of shungite minerals in the Karelia region of Russia as natural minerals.
[실시예 1] [Example 1]
천연 광물로는 러시아산 ?기트 광물을 사용하였다. 첨부된 도 1은 상기 ?기트 광물의 탄소 구조를 보인 이미지다. ?기트 광물은 탄소 수가 200이 조금 넘는 탄소 성분이 어둡고 작은 무정형의 구름 띠를 형성하고 있다. 탄소 성분의 전체 크기는 약 20nm이고, 띠의 두께는 약 10nm 정도이다. 이때, 띠의 안쪽에 있는 검은 점이 플러렌(확대 이미지 참조)이다. Russian natural minerals were used as natural minerals. 1 is an image showing the carbon structure of the? Gide mineral. The ghid minerals form a dark amorphous cloud band with a carbon content of just over 200 carbon atoms. The total size of the carbon component is about 20 nm, and the thickness of the band is about 10 nm. At this time, the black dot inside the band is fullerene (see enlarged image).
또한, 하기 [표 1]은 상기 ?기트 광물의 성분 분석 결과이다. 하기 [표 1]에 보인 각 성분의 함량은 건조 중량을 기준으로 한 평균 조성이다. 하기 [표 1]에 보인 바와 같이, 본 실시예에 사용된 ?기트 광물은 규산질(SiO2)을 주성분으로 하되, 탄소(C)를 약 28중량%로 함유한 것으로 분석되었다.
Table 1 below shows the compositional analysis results of the above-mentioned gut minerals. The content of each component shown in Table 1 below is an average composition based on the dry weight. As shown in the following Table 1, the? -Gate mineral used in this example was analyzed to contain silicate (SiO 2 ) as the main component and to contain about 28 wt% of carbon (C).
상기 ?기트 광물을 10 ~ 20㎛의 입도 분포를 갖도록 볼밀을 이용하여 분쇄하였다. 다음으로, 가열 교반기에서, 상기 분쇄된 ?기트 광물 200g, KOH 용액(10wt% KOH 수용액) 250g, NaBO2ㆍ4H2O 20g을 300g의 증류수와 혼합하여 혼합액을 만든 다음, 5시간 동안 100℃에서 가열 교반하였다. 이후, 가열 교반물을 필터링하여 잔존물(고형물)을 얻은 다음, 이를 세척수(증류수)로 수회 세척하여 세척수가 pH 7이 될 때까지 세척하였다. 그리고 여과하여 세척수를 제거한 후, 오븐에 넣어 건조시켜 39g의 플러렌 함유 탄소 분말을 얻었다. 다음으로, 상기 탄소 분말을 전기로에 투입하여 1,800℃에서 1시간 동안 열처리하여 중공 구조(공극성)가 잘 발달된 플러렌을 제조하였다. The above-mentioned gut minerals were ground using a ball mill so as to have a particle size distribution of 10 to 20 mu m. Next, in the heating stirrer, 200 g of the pulverized gut mineral, 250 g of KOH solution (10 wt% KOH aqueous solution) and 20 g of NaBO 2 .4H 2 O were mixed with 300 g of distilled water to prepare a mixed solution. Followed by heating and stirring. Thereafter, the heated agitated material was filtered to obtain a residue (solid matter), which was then washed several times with wash water (distilled water) and washed until the wash water reached a pH of 7. After the washing water was removed by filtration, it was dried in an oven to obtain 39 g of fullerene-containing carbon powder. Next, the carbon powder was charged into an electric furnace and heat-treated at 1,800 ° C for 1 hour to produce a well-developed hollow structure (coplanarity).
위와 같이 제조된 플러렌에 대하여 스펙트라 분석기를 이용하여 탄소 수 분포율을 측정하였다. 이를 첨부된 도 2에 나타내었다. 도 2는 말디-토프 질량 스펙트라(Maldi-tof mass spectra) 결과를 보여 준다. 또한, 첨부된 도 3은 종래 인공적인 합성 방법으로 제조된 플러렌(C60)에 대한 분석 결과를 보인 것이다. The carbon number distribution ratio of the fullerene thus prepared was measured using a spectra analyzer. This is shown in Fig. Figure 2 shows Maldi-tof mass spectra results. FIG. 3 is a graph showing the results of analysis of fullerene (C 60 ) produced by a conventional artificial synthesis method.
도 2에 보인 바와 같이, 본 실시예에 따라 다양한 탄소 수를 가지는 플러렌이 제조됨을 알 수 있었다. 즉, 제조된 플러렌은 C55, C74, C93 , C112 등의 다양한 탄소 수 분포도를 가졌다.
As shown in FIG. 2, it was found that fullerenes having various carbon numbers were produced according to this embodiment. That is, the produced fullerene had various carbon number distributions such as C 55 , C 74 , C 93 and C 112 .
[실시예 2] [Example 2]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 분쇄된 ?기트 광물 200g, KOH 용액 250g, NaBH4 20g을 250g의 증류수와 혼합하여 125℃로 7시간 가열한 다음, pH가 7이 될 때까지 세척, 여과한 후, 건조시켜 60g의 탄소 분말을 얻었다. 이후, 실시예 1과 동일한 방법으로 열처리하였다.
200 g of pulverized gut mineral, 250 g of KOH solution and 20 g of NaBH 4 were mixed with 250 g of distilled water and heated at 125 ° C for 7 hours. Then, the mixture was washed until pH 7, filtered After drying, 60 g of carbon powder was obtained. Thereafter, heat treatment was performed in the same manner as in Example 1.
[실시예 3] [Example 3]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 분쇄된 ?기트 광물 200g, KOH 용액 250g, Na2B4O7ㆍ10H2O 10g을 250g의 증류수와 혼합하여 128℃로 10시간 가열한 다음, pH가 7이 될 때까지 세척, 여과한 후, 건조시켜 82g의 탄소 분말을 얻었다. 이후, 실시예 1과 동일한 방법으로 열처리하였다.
200 g of pulverized gut mineral, 250 g of KOH solution and 10 g of Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O were mixed with 250 g of distilled water, heated at 128 ° C for 10 hours, Washed to 7, filtered, and then dried to obtain 82 g of a carbon powder. Thereafter, heat treatment was performed in the same manner as in Example 1.
[실시예 4] [Example 4]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 분쇄된 ?기트 광물 200g, KOH 용액 250g, NaBO2ㆍ4H2O 25g을 250g의 증류수와 혼합하여 135℃로 20시간 가열한 다음, pH가 7이 될 때까지 세척, 여과한 후, 건조시켜 93g의 탄소 분말을 얻었다. 이후, 실시예 1과 동일한 방법으로 열처리하였다.
200 g of pulverized gut mineral, 250 g of KOH solution and 25 g of NaBO 2 .4H 2 O were mixed with 250 g of distilled water and heated at 135 ° C for 20 hours. When pH was 7 , Followed by filtration and drying to obtain 93 g of a carbon powder. Thereafter, heat treatment was performed in the same manner as in Example 1.
[실시예 5] [Example 5]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 분쇄된 ?기트 광물 200g, KOH 용액247.5g, LiOH 용액(10wt%의 LiOH 수용액) 2.5g, NaBH4 20g을 250g의 증류수와 혼합하여 120℃로 20시간 가열한 다음, pH가 7이 될 때까지 세척, 여과한 후, 건조시켜 95g의 탄소 분말을 얻었다. 이후, 실시예 1과 동일한 방법으로 열처리하였다.
200 g of pulverized gut mineral, 247.5 g of KOH solution, 2.5 g of LiOH solution (10 wt% of LiOH aqueous solution) and 20 g of NaBH 4 were mixed with 250 g of distilled water and heated at 120 ° C for 20 hours Then, the mixture was washed until the pH reached 7, filtered, and then dried to obtain 95 g of a carbon powder. Thereafter, heat treatment was performed in the same manner as in Example 1.
상기 실시예 2 내지 실시예 5에 따른 플러렌에 대해서도 질량 스펙트라 분석기를 이용하여 분석한 결과, 다양한 탄소 수를 가지면서 중공 구조가 잘 발달된 플러렌이 제조됨을 알 수 있었다.
As a result of the analysis of the fullerenes according to Examples 2 to 5 using a mass spectrometer, it was found that fullerene having various carbon numbers and well-developed hollow structure was produced.
[실시예 6] [Example 6]
천연 광물로서, 탄소 함량이 25중량%(건조 기준)인 러시아산 ?기트 광물을 사용하였다. 그리고 상기 ?기트 광물을 10 ~ 20㎛의 입도 분포를 갖도록 분쇄한 후, 상기 분쇄된 ?기트 광물과 KOH 용액(10wt%의 KOH 수용액)을 가열 교반기에 1 : 8의 중량비로 넣고, 120℃의 온도로 물이 없어질 때까지 가열하였다. As natural minerals, Russian acid minerals with a carbon content of 25 wt.% (Dry basis) were used. Then, the ground mineral was pulverized to have a particle size distribution of 10 to 20 μm, and then the pulverized ground mineral and a KOH solution (10 wt% KOH aqueous solution) were added to a heating stirrer at a weight ratio of 1: 8, The mixture was heated to the temperature until no water was removed.
다음으로, 뜨거운 물(약 60℃)로 세척 후, 여과한 다음, 여과된 산출물과 10wt%의 질산 용액을 1 : 5의 중량비로 가열 반응기에 넣고, 약 100℃의 온도에서 50분 동안 가열시켰다. 이후, 상온의 물로 세척 후, 여과시키고, 약 250℃의 온도에서 건조시켰다. 이때, 건조된 산출물은 다공성 스펀지 형태의 분말 입자로서, 회(ash)의 함량은 약 3.5중량%로 평가되었다. Next, after washing with hot water (about 60 DEG C), the resultant was filtered, and the filtered product and a 10 wt% nitric acid solution were put in a heating reactor at a weight ratio of 1: 5 and heated at a temperature of about 100 DEG C for 50 minutes . Thereafter, it was washed with room temperature water, filtered, and dried at a temperature of about 250 ° C. At this time, the dried product was a porous sponge-like powder particle, and the content of ash was estimated to be about 3.5% by weight.
이후, 상기 건조된 산출물을 NaBO2ㆍ4H2O와 혼합한 다음, 전기로에 투입하여 약 2,850℃에서 약 30분 동안 열처리하였다. 이때, NaBO2ㆍ4H2O는 혼합물 전체 중량 기준으로 약 2.5중량%가 사용되었다. 다음으로, 상기 열처리된 수득물을 진동 밀을 이용하여, 약 2㎛의 평균 입도 분포로 미분쇄하여, 중공 구조가 잘 발달된 플러렌 미립자를 제조하였다. 제조된 미립자는 약 70%의 공극율을 가졌으며, 회(ash)의 함량은 약 0.05중량%로 평가되었다. 그리고 탄소 추출율은 약 94%의 추출율을 보였다. 여기서, 탄소 추출율은 아래의 수학식에 따라 계산되었다.
One after, mixing the dried output and NaBO 2 4H 2 O and then was heat-treated at about 2,850 ℃ by putting in an electric furnace for about 30 minutes. At this time, about 2.5 wt% of NaBO 2 .4H 2 O was used based on the total weight of the mixture. Next, the heat-treated product was finely pulverized using an oscillating mill at an average particle size distribution of about 2 탆 to prepare fine fullerene particles with well-developed hollow structure. The prepared fine particles had a porosity of about 70%, and the content of ash was estimated to be about 0.05% by weight. The carbon extraction rate was about 94%. Here, the carbon extraction rate was calculated according to the following equation.
탄소 추출율(%) : (열처리 후, 탄소 성분의 중량 / 초기 ?기트 광물에 함유된 탄소 성분의 중량) x 100 Carbon Extraction Rate (%): (weight of carbon component after heat treatment / weight of carbon component in initial gut mineral) x 100
[실시예 7] [Example 7]
천연 광물로서, 탄소 함량이 40중량%(건조 기준)인 러시아산 ?기트 광물을 사용하였다. 그리고 상기 ?기트 광물을 80 ~ 100㎛의 입도 분포를 갖도록 분쇄한 후, 상기 분쇄된 ?기트 광물과 KOH 용액(30wt%의 KOH 수용액)을 가열 교반기에 1 : 20의 중량비로 넣고, 120℃의 온도로 물이 없어질 때까지 가열하였다. As natural minerals, Russian acid minerals with a carbon content of 40% by weight (dry basis) were used. Then, the ground gem mineral was pulverized to have a particle size distribution of 80 to 100 μm, and then the pulverized ground mineral and a KOH solution (30 wt% KOH aqueous solution) were added to a heating stirrer at a weight ratio of 1:20, The mixture was heated to the temperature until no water was removed.
다음으로, 뜨거운 물(약 60℃)로 세척 후, 여과한 다음, 여과된 산출물과 20wt%의 질산 용액을 1 : 10의 중량비로 가열 반응기에 넣고, 약 100℃의 온도에서 60분 동안 가열시켰다. 이후, 상온의 물로 세척 후, 여과시키고, 약 250℃의 온도에서 건조시켰다. 이때, 건조된 산출물은 다공성 스펀지 형태의 분말 입자로서, 회(ash)의 함량은 약 2.5중량%로 평가되었다. Next, after washing with hot water (about 60 DEG C), the resultant was filtered, and the filtered product and a 20 wt% nitric acid solution were put in a heating reactor at a weight ratio of 1:10 and heated at a temperature of about 100 DEG C for 60 minutes . Thereafter, it was washed with room temperature water, filtered, and dried at a temperature of about 250 ° C. At this time, the dried product was a porous sponge-like powder particle, and the content of ash was estimated to be about 2.5% by weight.
이후, 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 붕소 분위기 하에서 열처리 및 미분쇄를 진행하여, 중공 구조가 잘 발달된 플러렌 미립자를 제조하였다. 제조된 미립자는 약 57%의 공극율을 가졌으며, 회(ash)의 함량은 약 0.01중량%로 평가되었다. 그리고 탄소 추출율은 약 96%의 추출율을 보였다.
Thereafter, heat treatment and pulverization were performed under the boron atmosphere in the same manner as in Example 6 to prepare fine fullerene particles having well-formed hollow structure. The prepared microparticles had a porosity of about 57%, and the content of ash was estimated to be about 0.01% by weight. The carbon extraction rate was about 96%.
[실시예 8] [Example 8]
천연 광물로서, 탄소 함량이 28중량%(건조 기준)인 러시아산 ?기트 광물을 사용하였다. 그리고 상기 ?기트 광물을 20 ~ 40㎛의 입도 분포를 갖도록 분쇄한 후, 상기 분쇄된 ?기트 광물과 30wt%의 불산(HF) 용액을 1 : 0.3의 중량비로 섞은 다음, 약 30분 동안 가열하여 용액을 증발시켰다. As natural minerals, Russian acid minerals with a carbon content of 28% by weight (dry basis) were used. The ground gem mineral was pulverized to have a particle size distribution of 20 to 40 μm, and then the pulverized gad mineral and a 30 wt% hydrofluoric acid (HF) solution were mixed at a weight ratio of 1: 0.3 and then heated for about 30 minutes The solution was evaporated.
이후, 상기 불산 처리된 분쇄물과 KOH 용액(20wt%의 KOH 수용액)을 가열 교반기에 1 : 15의 중량비로 넣고, 120℃의 온도로 물이 없어질 때까지 가열하였다. 다음으로, 뜨거운 물(약 60℃)로 세척 후, 여과한 다음, 여과된 산출물과 20wt%의 질산 용액을 1 : 8의 중량비로 가열 반응기에 넣고, 약 100℃의 온도에서 60분 동안 가열시켰다. 이후, 상온의 물로 세척 후, 여과시키고, 약 250℃의 온도에서 건조시켰다. 이때, 건조된 산출물은 다공성 스펀지 형태의 분말 입자로서, 회(ash)의 함량은 약 3.5중량%로 평가되었다. Thereafter, the hydrofluoric acid-treated pulverized product and a KOH solution (20 wt% KOH aqueous solution) were added to a heating stirrer at a weight ratio of 1:15, and the mixture was heated to 120 ° C until water disappears. Next, the resultant was washed with hot water (about 60 DEG C), filtered, and the filtered product and a 20 wt% nitric acid solution were put in a heating reactor at a weight ratio of 1: 8 and heated at a temperature of about 100 DEG C for 60 minutes . Thereafter, it was washed with room temperature water, filtered, and dried at a temperature of about 250 ° C. At this time, the dried product was a porous sponge-like powder particle, and the content of ash was estimated to be about 3.5% by weight.
이후, 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 붕소 분위기 하에서 열처리 및 미분쇄를 진행하여, 중공 구조가 잘 발달된 플러렌 미립자를 제조하였다. 제조된 미립자는 약 70%의 공극율을 가졌으며, 회(ash) 성분은 0.01중량% 미만으로서 매우 극소량으로 평가되었다. 그리고 탄소 추출율은 약 99.4%로서, 99% 이상의 추출율을 보였다.
Thereafter, heat treatment and pulverization were performed under the boron atmosphere in the same manner as in Example 6 to prepare fine fullerene particles having well-formed hollow structure. The prepared fine particles had a porosity of about 70%, and the ash component was evaluated to be very small, less than 0.01% by weight. The carbon extraction rate was about 99.4%, and the extraction rate was 99% or more.
이상의 실시예들로부터 확인되는 바와 같이, 천연 광물(?기트 광물)로부터 플러렌을 추출, 제조할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 90% 이상의 높은 추출율을 가지면서, 회(ash) 성분은 1% 이하로서 매우 적고, 이와 함께 중공 구조(공극성)가 확보된 다공성의 플러렌을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
As can be seen from the above examples, it can be seen that fullerene can be extracted and prepared from natural minerals (gut minerals). In addition, it can be seen that porous fullerene having a hollow structure (coplanarity) can be produced with a very high extraction ratio of 90% or more, very low ash content of 1% or less.
< 전극 및 셀 제조 > ≪ Electrode and cell preparation >
상기 실시예들 중에서 공극율, 회(ash) 성분의 함량 및 탄소 추출율에서 가장 양호한 결과를 보인 상기 실시예 8에 따른 플러렌 미립자를 이용하여 전극을 제조하였다. The electrodes were manufactured using the fullerene microparticles according to Example 8, which showed the best results in terms of porosity, ash content, and carbon extraction ratio.
구체적으로, 상기 실시예 8에 따른 플러렌 미립자를 바인더(binder)에 혼합하여 슬러리(slurry)를 얻은 다음, 이를 알루미늄 포일(Al foil) 상에 코팅, 건조시켜 전극(이하, '플러렌 전극'이라 함)을 제조하였다. 이때, 상기 슬러리는 플러렌 미립자 100중량부에 대해, 바인더로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 5중량부, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 2중량부 및 폴리비닐피롤리돈(PVP) 3중량부를 사용하였다. Specifically, the fullerene particles according to Example 8 were mixed with a binder to obtain a slurry, which was then coated on an aluminum foil and dried to form an electrode (hereinafter, referred to as a 'fullerene electrode' ). At this time, 5 parts by weight of polytetrafluoroethylene (PTFE), 2 parts by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) and 3 parts by weight of polyvinylpyrrolidone (PVP) were used as a binder with respect to 100 parts by weight of the fullerene fine particles .
그리고 상기 플러렌 전극을 이용하여 3개의 EDLC 셀(cell) 시편을 제조하였다. 이때, 양극은 상기 플러렌 전극을 이용하였다. 그리고 음극의 경우에는 전극활물질로서 활성탄(AC), 그래핀(Graphene) 및 카본나노튜브(CNT)로부터 선택하되, 각 셀 시편마다 달리하였다. Three EDLC cell specimens were fabricated using the fullerene electrode. At this time, the fullerene electrode was used as the anode. In the case of the cathode, the electrode active material was selected from AC, Graphene and carbon nanotube (CNT).
첨부된 도 4는 상기 3개의 셀 시편에 대한 전압-전류 곡선을 보인 것이다. 그리고 첨부된 도 5는 상기 3개의 셀 시편에 대한 임피던스(Impedance) 측정 결과를 보인 것이다. 첨부된 도 4 및 도 5는 천연 광물(?기트 광물)로부터 추출, 제조된 플러렌이 EDLC 셀의 전극으로 유용하게 사용될 수 있음을 보여준다.
FIG. 4 shows voltage-current curves for the three cell specimens. FIG. 5 shows impedance measurement results of the three cell specimens. FIGS. 4 and 5 show that fullerene extracted from natural minerals (gut minerals) can be usefully used as an electrode of an EDLC cell.
한편, 하기 [표 2]는 상기 제조된 EDLC 셀 중에서, 음극으로 활성탄(AC)을 사용한 셀 시편(실시 시편)의 전기적 특성을 평가한 결과이다. 이때, 하기 [표 2]에서, 비교 시편 1은 종래 일반적인 EDLC 셀과 같이 양극과 음극을 모두 활성탄(AC)을 사용한 셀 시편이다. 그리고 비교 시편 2는, 양극으로는 기존의 방법으로 인공적으로 합성된 인공 플러렌(C60)을 사용하고, 음극으로는 활성탄(AC)을 사용한 셀 시편이다.
On the other hand, the following Table 2 shows the results of evaluating the electrical characteristics of the cell specimens (test pieces) using activated carbon (AC) as the negative electrode among the EDLC cells prepared above. At this time, in the following [Table 2],
(양극/음극)electrode
(Anode / cathode)
[F/g]Capacitance
[F / g]
[W.k/g]Power Density
[Wk / g]
[Wh.k/g]Energy Density
[Wh.k / g]
(Fullerene/AC)Conducted specimen
(Fullerene / AC)
(AC/AC)
(AC / AC)
(Fullerene/AC)
(Fullerene / AC)
상기 [표 2]에 보인 바와 같이, 본 발명에 따른 제조된 플러렌은 EDLC 셀의 전극으로 적용되어 용량(Capacitance), 파워 밀도(Power Density) 및 에너지 밀도(Energy Density) 등에서 우수한 특성을 갖게 함을 알 수 있다. 특히, 용량(Capacitance)과 에너지 밀도(Energy Density)의 경우, 기존 범용적인 EDLC 전극(AC/AC)의 비교 시편 1과는 물론, 종래의 인공적으로 방법으로 합성된 인공 플러렌(C60)을 사용한 비교 시편 2보다 우수한 특성을 가짐을 알 수 있다.
As shown in Table 2, the fullerene produced according to the present invention is applied to an electrode of an EDLC cell to have excellent properties in terms of capacitance, power density and energy density. Able to know. Particularly, in case of capacitance and energy density,
Claims (12)
상기 분쇄된 천연 광물로부터 탄소 성분을 추출, 분리하는 제2단계; 및
상기 분리된 탄소 성분을 붕소 분위기 하에서 850 ~ 3,000℃의 온도로 열처리하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극소재용 플러렌의 제조방법.
A first step of crushing natural minerals containing carbon components;
A second step of extracting and separating carbon components from the crushed natural minerals; And
The separated carbon component was calcined at 850 < RTI ID = 0.0 > And a third step of subjecting the fullerene to a heat treatment at a temperature of 3,000 to 3,000 DEG C.
상기 천연 광물은 플러렌을 함유한 것을 특징으로 하는 전극소재용 플러렌의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the natural mineral contains fullerene.
상기 천연 광물은 ?기트(shungite) 광물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극소재용 플러렌의 제조방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the natural mineral includes shungite mineral. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
상기 제2단계는,
상기 분쇄된 천연 광물에 함유된 탄소 성분을 알칼리 용액을 이용하여 추출하는 추출 공정; 및
상기 추출된 탄소 성분을 분리하는 분리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극소재용 플러렌의 제조방법.
The method according to claim 1,
The second step comprises:
An extraction step of extracting the carbon components contained in the crushed natural minerals by using an alkali solution; And
And a separation step of separating the extracted carbon components.
상기 추출 공정은, 가열 교반기에서 100 ~ 130℃의 온도로 5시간 내지 25시간 동안 가열 교반시켜 진행하거나, 고온 가압기에서 200 ~ 250℃의 온도로 2시간 내지 4시간 동안 가열하여 진행하는 것을 특징으로 하는 전극소재용 플러렌의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The extraction step may be carried out by heating and stirring the mixture at a temperature of 100 to 130 ° C for 5 to 25 hours or a step of heating the mixture at a temperature of 200 to 250 ° C for 2 to 4 hours in a hot- Wherein the fullerene is used as an electrode material.
상기 추출 공정은 천연 광물과 알칼리 용액을 1 : 0.2 ~ 30의 중량비로 혼합하여 추출하는 것을 특징으로 하는 전극소재용 플러렌의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the extraction step comprises mixing the natural mineral and the alkali solution at a weight ratio of 1: 0.2 to 30 and extracting the mixture.
상기 추출 공정은 분쇄된 천연 광물, 알칼리 용액 및 붕소 성분을 혼합한 다음, 가열하여 진행하는 것을 특징으로 하는 전극소재용 플러렌의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the extraction step comprises mixing the crushed natural minerals, the alkali solution and the boron component, and then heating and proceeding.
상기 제2단계는,
상기 분리된 탄소 성분을 세척하는 세척 공정;
상기 분리된 탄소 성분을 산 처리하는 산 처리 공정; 및
상기 분리된 탄소 성분을 건조시키는 건조 공정 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극소재용 플러렌의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The second step comprises:
A washing step of washing the separated carbon component;
An acid treatment step of acid-treating the separated carbon component; And
And a drying step of drying the separated carbon component. The method of manufacturing fullerene for electrode material according to claim 1,
상기 제2단계는,
상기 분쇄된 천연 광물을 제1차 산 처리하는 제1차 산 처리 공정;
상기 산 처리된 천연 광물을 알칼리 용액을 이용하여 탄소 성분을 추출하는 추출 공정;
상기 추출된 탄소 성분을 분리하는 분리 공정; 및
상기 분리된 탄소 성분을 제2차 산 처리하는 제2차 산 처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극소재용 플러렌의 제조방법.
The method according to claim 1,
The second step comprises:
A first acid treatment step of subjecting the ground natural mineral to a first acid treatment;
An extraction step of extracting carbon components from the acid-treated natural mineral using an alkali solution;
A separation step of separating the extracted carbon components; And
And a second acid treatment step of subjecting the separated carbon component to a second acid treatment.
상기 제1차 산 처리 공정은 불산 용액을 이용하고, 상기 제2차 산 처리 공정은 질산 용액을 이용하는 것을 특징으로 하는 전극소재용 플러렌의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the first acid treatment is a hydrofluoric acid solution and the second acid treatment is a nitric acid solution.
상기 제3단계는,
상기 분리된 탄소 성분과 붕소 성분을 혼합하는 혼합 공정; 및
상기 혼합된 혼합물을 열처리하는 열처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극소재용 플러렌의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the third step,
A mixing step of mixing the separated carbon component and the boron component; And
And a heat treatment step of heat-treating the mixed mixture.
상기 붕소 성분은 H3BO3, B2H6, B4H10, B5H9, B6H10, BI3, NaBO2, NaBH4, Na2B4O7 및 이들의 수화물(hydrate)로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극소재용 플러렌의 제조방법.
The method according to claim 7 or 11,
The boron component is H3BO3, B2H6, B4H10, B5H9, B6H10, BI3, NaBO2, NaBH4, Na2B4O7 And at least one selected from the group consisting of hydrates thereof.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130121943A KR101515534B1 (en) | 2013-10-14 | 2013-10-14 | Method for manufacturing fullerene for electrode materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130121943A KR101515534B1 (en) | 2013-10-14 | 2013-10-14 | Method for manufacturing fullerene for electrode materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150043640A true KR20150043640A (en) | 2015-04-23 |
| KR101515534B1 KR101515534B1 (en) | 2015-05-06 |
Family
ID=53036111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130121943A KR101515534B1 (en) | 2013-10-14 | 2013-10-14 | Method for manufacturing fullerene for electrode materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101515534B1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT201600128191A1 (en) * | 2016-12-19 | 2018-06-19 | Nanoshare Soc A Responsabilita Limitata | USE OF NANOCARBONIO DERIVED FROM SHUNGITE IN POLYMERIC MATERIAL FOR STORAGE OF HYDROGEN |
| CN114597380A (en) * | 2022-03-25 | 2022-06-07 | 中南大学 | Preparation method of fluorine and nitrogen doped hollow carbon aerogel sulfur-loaded composite material as lithium-sulfur battery anode |
| KR20220090298A (en) * | 2020-12-22 | 2022-06-29 | 부산대학교 산학협력단 | Anode active material for metal secondary battery containing fullerene and metal secondary battery using the same |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102494415B1 (en) | 2020-11-27 | 2023-02-06 | 김춘식 | Water quality improvement device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3517276B2 (en) | 1994-05-19 | 2004-04-12 | 東洋炭素株式会社 | Method for producing fullerenes |
| JP3828820B2 (en) | 2002-03-13 | 2006-10-04 | 三菱化学株式会社 | Method for producing fullerenes |
-
2013
- 2013-10-14 KR KR1020130121943A patent/KR101515534B1/en active IP Right Grant
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT201600128191A1 (en) * | 2016-12-19 | 2018-06-19 | Nanoshare Soc A Responsabilita Limitata | USE OF NANOCARBONIO DERIVED FROM SHUNGITE IN POLYMERIC MATERIAL FOR STORAGE OF HYDROGEN |
| KR20220090298A (en) * | 2020-12-22 | 2022-06-29 | 부산대학교 산학협력단 | Anode active material for metal secondary battery containing fullerene and metal secondary battery using the same |
| WO2022139437A1 (en) * | 2020-12-22 | 2022-06-30 | 부산대학교 산학협력단 | Anode active material, containing fullerene, for metal secondary battery and metal secondary battery using same |
| CN114597380A (en) * | 2022-03-25 | 2022-06-07 | 中南大学 | Preparation method of fluorine and nitrogen doped hollow carbon aerogel sulfur-loaded composite material as lithium-sulfur battery anode |
| CN114597380B (en) * | 2022-03-25 | 2023-11-28 | 中南大学 | Preparation method of fluorine and nitrogen doped hollow carbon aerogel sulfur-carrying composite material as positive electrode of lithium sulfur battery |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101515534B1 (en) | 2015-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kong et al. | Seed-assisted growth of α-Fe 2 O 3 nanorod arrays on reduced graphene oxide: a superior anode for high-performance Li-ion and Na-ion batteries | |
| Guo et al. | Firework-shaped TiO 2 microspheres embedded with few-layer MoS 2 as an anode material for excellent performance lithium-ion batteries | |
| JP5739859B2 (en) | Effect of impurities on surface purification and grinding and size distribution of natural graphite | |
| JP5711095B2 (en) | ELECTRODE MATERIAL BY FORMING GRAPHENE OXIDE COMPLEX AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME | |
| KR101907912B1 (en) | SiOx-FULLERENE COMPOSITE, METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING THE SAME, AND THE USE OF THE SAME | |
| JP6467921B2 (en) | Electrode material for secondary battery, method for producing the same, and secondary battery | |
| Jiang et al. | A sustainable route from fly ash to silicon nanorods for high performance lithium ion batteries | |
| Zhang et al. | Controllable synthesis of hierarchical ZnSn (OH) 6 and Zn 2 SnO 4 hollow nanospheres and their applications as anodes for lithium ion batteries | |
| Bulusheva et al. | Creation of nanosized holes in graphene planes for improvement of rate capability of lithium-ion batteries | |
| KR20070030274A (en) | Nanocarbon composite structure having ruthenium oxide trapped therein | |
| KR101907916B1 (en) | APPARATUS AND METHOD FOR CAPTURING SiOx | |
| JP2003051430A (en) | Ingredient composition of carbon material for electric double-layer capacitor and manufacturing method therefor, and electric double-layer capacitor and manufacturing method therefor | |
| KR101515534B1 (en) | Method for manufacturing fullerene for electrode materials | |
| KR101618773B1 (en) | Method for manufacturing fullerene | |
| JPWO2017057146A1 (en) | Carbonaceous material for negative electrode of sodium ion secondary battery and sodium ion secondary battery using the same | |
| US20210164114A1 (en) | Precursor materials and methods for the preparation of nanostructured carbon materials | |
| KR102011690B1 (en) | Manufacturing method of fullerene | |
| Zhai et al. | Smart hybridization of Sn 2 Nb 2 O 7/SnO 2@ 3D carbon nanocomposites with enhanced sodium storage performance through self-buffering effects | |
| CN109075325A (en) | Anode containing frustule | |
| CN111799098A (en) | Porous carbon/metal oxide composite material and preparation method and application thereof | |
| Jia et al. | Hard carbon anode derived from camellia seed shell with superior cycling performance for sodium-ion batteries | |
| Liu et al. | Intergrating Hollow Multishelled Structure and High Entropy Engineering Towards Enhanced Mechano‐Electrochemical Properties in Lithium Battery | |
| Cheng et al. | Graphene oxide hydrogel as a restricted-area nanoreactor for synthesis of 3D graphene-supported ultrafine TiO2 nanorod nanocomposites for high-rate lithium-ion battery anodes | |
| Zhang et al. | Hybrid CuO-Co3O4 nanosphere/RGO sandwiched composites as anode materials for lithium-ion batteries | |
| Wang et al. | Co3O4/carbon nano-onions composite as supercapacitor electrode and its excellent electrochemical performance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180122 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190128 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200307 Year of fee payment: 6 |