KR20170076194A - Oxide manufaturing device and oxide manufaturing method using the same - Google Patents

Oxide manufaturing device and oxide manufaturing method using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20170076194A
KR20170076194A KR1020150186160A KR20150186160A KR20170076194A KR 20170076194 A KR20170076194 A KR 20170076194A KR 1020150186160 A KR1020150186160 A KR 1020150186160A KR 20150186160 A KR20150186160 A KR 20150186160A KR 20170076194 A KR20170076194 A KR 20170076194A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphite
oxidized
cylindrical portion
diameter
producing
Prior art date
Application number
KR1020150186160A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102233101B1 (en
Inventor
양우석
김형근
박원규
윤여준
Original Assignee
전자부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Priority to KR1020150186160A priority Critical patent/KR102233101B1/en
Publication of KR20170076194A publication Critical patent/KR20170076194A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102233101B1 publication Critical patent/KR102233101B1/en

Links

Images

Classifications

    • C01B31/043—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/10—Preparation of ozone
    • C01B13/11—Preparation of ozone by electric discharge

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)

Abstract

단시간에 친환경적으로 산화 그래핀을 제조할 수 있는 산화 그래핀 제조장치 및 산화그라파이트 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 산화그라파이트 제조장치는 제1직경의 제1원통부, 제1직경보다 큰 제2직경을 갖고, 제1원통부와 회전중심이 동일한 제2원통부, 제1원통부와 제2원통부 사이에, 제1원통부의 회전에 의하여 전단응력이 부여될 대상인 그라파이트를 투입하기 위한 그라파이트 투입구, 그라파이트를 산화시키는 산화제를 투입하기 위한 산화제 투입구 및 산화제로 산화된 산화그라파이트가 배출되는 산화그라파이트 배출구;를 포함한다. An apparatus for producing an oxidized graphene and a method for producing an oxidized graphite which can produce oxidized graphene in an environmentally friendly manner in a short period of time. An apparatus for producing oxidized graphite according to an embodiment of the present invention includes a first cylindrical portion having a first diameter, a second cylindrical portion having a second diameter larger than the first diameter, a second cylindrical portion having the same rotation center as the first cylindrical portion, A graphite inlet port for injecting graphite to be subjected to shear stress by rotation of the first cylindrical section, an oxidant inlet port for injecting an oxidant for oxidizing the graphite, and oxidized graphite oxidized by an oxidant are discharged between the second cylindrical section and the second cylindrical section, An oxidized graphite outlet.

Description

산화그라파이트 제조장치 및 산화그라파이트 제조방법{OXIDE MANUFATURING DEVICE AND OXIDE MANUFATURING METHOD USING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to an oxide graphite manufacturing apparatus and an oxide graphite manufacturing method,

본 발명은 산화 그래핀 제조장치 및 산화그라파이트 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단시간에 친환경적으로 산화 그래핀을 제조할 수 있는 산화 그래핀 제조장치 및 산화그라파이트 제조방법에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus for producing an oxidized graphene and a method for producing the oxidized graphite, and more particularly, to an apparatus for producing an oxidized graphene and a method for producing the oxidized graphite, which can produce the oxidized graphene in an environmentally friendly manner in a short time.

그라파이트(graphite)는 탄소 원자가 6각형 모양으로 형성된 판상의 2차원 시트인 그래핀이 적층된 구조를 갖는다. 그라파이트는 전기 전도성 및 열전도성이 매우 뛰어나 기계적 강도가 우수하고 탄성이 높으며 투명도가 높다는 장점 등이 있는 바, 2차 전지, 연료 전지, 슈퍼 캐패시터와 같은 에너지 저장소재, 여과막, 화학검출기, 투명전극 등과 같은 다양한 응용분야에서 사용될 수 있다.  Graphite has a structure in which graphenes, which are plate-like two-dimensional sheets in which carbon atoms are formed into hexagonal shapes, are laminated. Graphite is excellent in electrical conductivity and thermal conductivity, and has an advantage of high mechanical strength, high elasticity and high transparency. It is also useful as an energy storage material such as a secondary battery, a fuel cell, a supercapacitor, a filter film, a chemical detector, And can be used in a variety of applications.

이러한 그라파이트를 산화시킨 후 여러층으로 분리한 후 다시 환원시켜 제조되는 그래핀(grephene) 역시 높은 열전도도, 높은 전류 이송 능력, 우수한 강성 등의 뛰어난 물성을 지니고 있으므로 나노 스케일의 전기전자 디바이스, 나노센서, 광전자 디바이스, 고기능 복합재 등 다양한 분야에서 응용될 것으로 평가되고 있다. Since grephene, which is obtained by oxidizing graphite and separating it into several layers and then reducing it again, has excellent physical properties such as high thermal conductivity, high current transfer ability and excellent rigidity, , Optoelectronic devices, and high performance composites.

그래핀은 일반적으로 화학기상증착법(CVD법), 화학적 합성법(흑연의 산화/환원법) 등을 통해 제조될 수 있다. 소위 스카치 테이프법으로 알려져 있는 기계적 박리 방법에 의해 그래핀을 생산 가능하다는 발표 이후, 많은 기술들이 연구 개발되고 분류된 결과다. Graphene can generally be produced by chemical vapor deposition (CVD), chemical synthesis (graphite oxidation / reduction), and the like. Since the announcement that graphene can be produced by a mechanical stripping method known as the so-called Scotch tape method, many technologies have been researched and classified.

이러한 방법들 중, 탑다운 공법으로 대량생산이 가능할뿐더러 비교적 저비용으로 그래핀을 생산할 수 있는 화학적 합성법이 가장 현실적이고도 간편한 방법으로 알려져 있다.Among these methods, the chemical synthesis method capable of producing graphene at a relatively low cost as well as mass production using the top down method is known as the most realistic and simple method.

화학적 합성법을 개략적으로 설명하면, 그라파이트를 강산으로 산화 처리하여 산화 그래핀(graphene oxide, GO)으로 분산 및 박리시킨 다음에 다시 열처리를 통하여 GO를 환원시켜서 환원된 그래핀 산화그라파이트(reduced graphene oxide, rGO)로 만드는 방법이다. 즉, 산화 그래핀은 그래핀의 원료물질에 해당하는 것으로, 그래핀 기반 산업에 있어 핵심적인 출발 물질에 해당한다. The chemical synthesis method is roughly described as follows: the graphene is oxidized to a strong acid and dispersed and separated by graphene oxide (GO), and then the GO is reduced through heat treatment to form reduced graphene oxide (GRP) rGO). In other words, oxidized graphene corresponds to the raw material of graphene, which is a key starting material in the graphene based industry.

그러나 상술한 것과 같은 화학적 합성법을 이용하여 산화 그래핀을 제조하는 전통적인 방법(험머스 방법, Hummer's method)에서는 그라파이트의 층간 거리가 0.34nm로 매우 협소하므로, 층간 화학 반응을 유도하기 위해 오랜 시간(대략 2~5일)이 소요되는 문제가 있어 경쟁력 있는 산화 그래핀 제조가 현실적으로 어렵다. However, in the conventional method (Hummer's method) for producing oxidized graphene using the chemical synthesis method as described above, the interlayer distance of the graphite is very narrow to 0.34 nm, so that it takes a long time 2 to 5 days), which makes it difficult to produce competitive oxide graphene.

그리고 제조시간 단축을 위해서 강산 및 온도제어 등을 통해 반응속도를 조정하는 방안이 제안되고는 있으나, 이 경우에는 폐산액 증가에 따른 환경문제 및 이들을 처리하기 위한 비용이 증가되는 문제점이 발생하고 있다. 화학적 합성법을 통한 산화 그래핀 제조에 있어 제조시간을 줄임과 동시에 보다 친환경적인 방법이 모색되고 있는 이유다. In order to shorten the manufacturing time, a method of adjusting the reaction rate through strong acid and temperature control has been proposed. However, in this case, environmental problems due to the increase of the waste acid solution and the cost for treating them are increased. This is why more environmentally friendly methods are being sought at the same time as reducing manufacturing time in the production of oxidized graphene through chemical synthesis.

산화제로 사용되고 있는 과망간산칼륨은 황산과의 폭주 반응으로 인해 고온 및 폭발의 위험성이 있고, 반응 후 고품질의 산화그라파이트 제조를 위한 칼륨과 망간 세척 공정이 필요하며, 이 때 발생하는 하폐수 처리도 문제가 되고 있다. Potassium permanganate, which is used as an oxidizing agent, has a risk of high temperature and explosion due to runaway reaction with sulfuric acid, and potassium and manganese washing process for producing high quality oxidized graphite after the reaction is required. have.

최근 이러한 문제점들을 극복하고자 약산 기반 산화그라파이트를 제조하거나, 흑연 가장자리를 기능화 및 화학반응을 유도하여 박리하는 기술들이 보고되고 있으나, 전술한 문제의 해결기술은 여전히 과제로 남아있는 상태이다.
Recently, techniques for producing weak acid-based oxidized graphite to overcome these problems or for peeling the graphite edge by inducing functionalization and chemical reaction have been reported. However, the above-mentioned problem solving technique is still a problem.

본 발명의 실시예들에서는 단시간에 친환경적으로 산화 그래핀을 제조할 수 있는 산화 그래핀 제조장치 및 산화그라파이트 제조방법이 제공된다.
Embodiments of the present invention provide an apparatus for producing an oxidized graphene and a method for producing an oxidized graphite which can produce the oxidized graphene in an environmentally friendly manner in a short time.

본 발명의 일 측면에 따르는 산화그라파이트 제조장치는, 제1직경의 제1원통부; 제1직경보다 큰 제2직경을 갖고, 제1원통부와 회전중심이 동일한 제2원통부; 제1원통부와 제2원통부 사이에, 제1원통부의 회전에 의하여 전단응력이 부여될 대상인 그라파이트를 투입하기 위한 그라파이트 투입구; 그라파이트를 산화시키는 산화제를 투입하기 위한 산화제 투입구; 및 산화제로 산화된 산화그라파이트가 배출되는 산화그라파이트 배출구;를 포함한다. An apparatus for producing oxidized graphite according to one aspect of the present invention comprises: a first cylindrical portion of a first diameter; A second cylindrical portion having a second diameter larger than the first diameter and having the same rotation center as the first cylindrical portion; A graphite inlet for injecting graphite to be subjected to shear stress by rotation of the first cylindrical portion between the first cylindrical portion and the second cylindrical portion; An oxidant inlet for introducing an oxidant for oxidizing the graphite; And an oxidized graphite outlet through which oxidized graphite oxidized with an oxidant is discharged.

산화제는 오존일 수 있다. The oxidizing agent may be ozone.

산화제 투입구에는 오존발생기가 연결되어 발생된 오존이 투입될 수 있다.An ozone generator may be connected to the oxidant inlet to generate ozone.

그라파이트 투입구에는 산용액이 함께 투입될 수 있다. An acid solution may be added to the graphite inlet.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1직경의 제1원통부; 및 제1직경보다 큰 직경을 갖고, 제1원통부와 회전중심이 동일한 제2원통부;를 포함하는 산화그라파이트 제조장치 사이에 제1원통부의 회전에 의하여 전단응력이 부여될 대상인 그라파이트를 투입하는 단계; 및 그라파이트를 산화시키는 산화제를 투입하는 단계;를 포함하는 산화그라파이트 제조방법이 제공된다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first cylindrical portion having a first diameter; And a second cylindrical portion having a diameter larger than the first diameter and having the same center of rotation as the first cylindrical portion, the graphite being a target to which shear stress is to be imparted by the rotation of the first cylindrical portion step; And introducing an oxidizing agent for oxidizing the graphite.

본 발명의 실시예들은 쿠에트-테일러 반응기에서 형성되는 테일러 와류를 이용하여 그라파이트의 산화 반응을 일으킴으로써, 그라파이트 층간에 산을 보다 용이하게 침투시켜 산화 그래핀 제조시간을 크게 단축시킬 수 있다. Embodiments of the present invention can cause the oxidation reaction of graphite using Taylor vortex formed in a Kuett-Taylor reactor to more easily penetrate the acid between the graphite layers, thereby greatly shortening the time for producing graphene grains.

이에 따라 상온에서도 각력한 산화력을 가지며 시간이 지나면 인체에 무해한 산소로 최종 분해되어 친환경적인 공정수행이 가능한 오존을 산화제로 이용하여 보다 짧은 시간에 산화 그래핀을 제조할 수 있는 효과가 있다.
As a result, it is possible to produce graphene oxide in a shorter time by using ozone as an oxidizing agent, which has a strong oxidizing power even at room temperature and is finally decomposed by oxygen which is harmless to human body over time, and which can perform an environmentally friendly process.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 산화그라파이트 제조장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 산화그라파이트 제조장치 내부에서의 유체흐름을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 그라파이트의 내부층에 전단응력이 부여된 후에 산화제가 침투하는 것을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화그라파이트 제조장치의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of an apparatus for producing oxidized graphite according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a view schematically showing fluid flow inside the oxidized graphite production apparatus of Fig. 1. Fig.
Fig. 3 is a view showing that the oxidant penetrates after shearing stress is applied to the inner layer of the graphite. Fig.
4 is a cross-sectional view of an apparatus for producing oxidized graphite according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. It should be understood that while the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein, The present invention is not limited thereto.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 산화그라파이트 제조장치의 단면도이고, 도 2는 도 1의 산화그라파이트 제조장치 내부에서의 유체흐름을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 그라파이트의 내부층에 전단응력이 부여된 후에 산화제가 침투하는 것을 도시한 도면이다. 이하 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하기로 한다. Fig. 1 is a cross-sectional view of an apparatus for producing an oxidized graphite according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a view schematically showing fluid flow inside the apparatus for producing oxidized graphite of Fig. 1, Lt; RTI ID = 0.0 > shear < / RTI > Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.

본 실시예에 따르는 산화그라파이트 제조장치(100)는, 제1직경의 제1원통부(110); 제1직경보다 큰 제2직경을 갖고, 제1원통부(110)와 회전중심이 동일한 제2원통부(120); 제1원통부(110)및 제2원통부(120) 사이에, 제1원통부(110)의 회전에 의하여 전단응력이 부여될 대상인그라파이트를 투입하기 위한 그라파이트 투입구(130); 그라파이트를 산화시키는 산화제를 투입하기 위한 산화제 투입구(140); 및 산화제로 산화된 산화그라파이트가 배출되는 산화그라파이트 배출구(150);를 포함한다. The apparatus 100 for producing oxidized graphite according to the present embodiment includes a first cylindrical portion 110 having a first diameter; A second cylindrical portion 120 having a second diameter larger than the first diameter and having the same center of rotation as the first cylindrical portion 110; A graphite inlet 130 for injecting graphite to be subjected to shear stress by rotation of the first cylindrical portion 110 between the first cylindrical portion 110 and the second cylindrical portion 120; An oxidant inlet 140 for introducing an oxidant for oxidizing the graphite; And an oxidized graphite outlet 150 through which oxidized graphite oxidized with an oxidizing agent is discharged.

본 발명에 다른 산화그라파이트 제조장치(100)는 동일한 회전중심을 갖는 2개의 서로 다른 직경의 원통부를 포함한다. 산화그라파이트 제조장치(100)는 더 큰 제2직경의 제2원통부(120) 내부에 동일한 회전중심을 갖는 더 작은 제1직경을 갖는 제1원통부(110)가 위치하게 되고, 제1원통부(110) 및 제2원통부(120) 사이에 유체가 투입되면 제1원통부(110)가 회전하게 되어 유체에 회전방향으로 일정한 흐름이 발생한다. The apparatus 100 for producing an oxidized graphite according to the present invention comprises two different diameter cylindrical portions having the same center of rotation. The oxidized graphite manufacturing apparatus 100 is configured such that the first cylindrical portion 110 having a smaller first diameter having the same center of rotation is located inside the second cylindrical portion 120 having a larger second diameter, When the fluid is injected between the first and second cylindrical portions 120 and 120, the first cylindrical portion 110 rotates, and a constant flow is generated in the fluid in the rotating direction.

도 2에는 산화그라파이트 제조장치(100) 내부의 유체흐름이 도시되어 있다. 산화그라파이트 제조장치(100)의 제1원통부(210)와 제2원통부(220) 사이에는 고리쌍 배열의 와류가 발생하게 된다. 이러한 구조의 반응기로는 쿠에트-테일러 반응기가 있다. 2, the fluid flow inside the oxidized graphite production apparatus 100 is shown. A vortex of a high-paired arrangement is generated between the first cylindrical portion 210 and the second cylindrical portion 220 of the oxidized graphite manufacturing apparatus 100. The reactor of such a structure has a Kuett-Taylor reactor.

쿠에트-테일러(Couette-Taylor) 반응기는 테일러 와류(Taylor vortex)라는 나선형 와류를 사용하는 장비로, 중심이 같은 두 개의 원통 사이에 유체가 흐를 때 내부원통이 회전을 하면서 유체는 회전방향으로 흐름이 생기게 된다. 이 때, 원심력과 코리올리힘(Coriolis force)에 의해 내부원통 쪽에 존재하는 유체들이 외부원통 방향으로 나가려는 힘이 생기고, 회전속도가 올라갈수록 점점 불안정하게 되어 축 방향에 따라 규칙적이며 서로 반대 방향으로 회전하는 고리쌍 배열의 와류가 형성하게 된다. The Couette-Taylor reactor uses a spiral vortex called the Taylor vortex. When a fluid flows between two cylinders of the same center, the inner cylinder rotates and the fluid flows in the direction of rotation. . At this time, the centrifugal force and the Coriolis force cause the fluids in the inner cylinder to be forced outward in the direction of the outer cylinder, become more unstable as the rotation speed increases, become regular in the axial direction, A vortex of the high-paired array is formed.

쿠에트-테일러 반응기에서 유체가 유입되면, 내부원통(210)의 회전에 따라 제1유체흐름(231)과 상이한 방향으로 흐르는 제2유체흐름(232)이 형성되어 이중유체흐름(230)이 형성된다. 이중유체흐름(230)을 더 상세히 보면, 도 2와 같이 고리쌍 배열의 와류(230)일 수 있고, 이를 테일러 와류(Taylor Vortex)라 한다. 내부원통(210)과 외부원통(220) 사이에 형성된 제1유체흐름(231)의 흐름 방향과 제2유체흐름(232)의 흐름방향은 서로 상이하며 이에 의해 유체내의 물질에 대하여 전단응력이 부여될 수 있다. When the fluid flows in the Kuett-Taylor reactor, a second fluid stream 232 flowing in a direction different from the first fluid stream 231 is formed in accordance with the rotation of the inner cylinder 210 to form the second fluid stream 230 do. In more detail, the dual fluid stream 230 may be a vortex 230 of a high-paired arrangement as in FIG. 2, which is referred to as a Taylor Vortex. The flow direction of the first fluid flow 231 formed between the inner cylinder 210 and the outer cylinder 220 and the flow direction of the second fluid flow 232 are different from each other, .

예를 들어, 층상구조를 갖는 그라파이트와 같은 물질은 전단응력이 부여될 수 있고, 구조적으로 안정적인 그라파이트는 전단응력이 부여되기 때문에 반응성이 증가될 수 있다. 반응성이 증가된다는 것은, 그라파이트와 같은 2차원 층상물질이 반응물질과 반응이 일어나거나 층상구조가 붕괴되어 더 적은 층수의 물질로 변환될 수 있게 되는 것을 의미한다. For example, a material such as graphite having a layered structure can be imparted with shear stress, and the reactivity can be increased because structurally stable graphite is imparted with shear stress. The increase in reactivity means that a two-dimensional layered material such as graphite reacts with a reactant or a layered structure is collapsed so that it can be converted into a smaller number of layers.

도 3은 그라파이트의 내부층에 전단응력이 부여된 후에 산화제가 침투하는 것을 도시한 도면이다. 도 2에서의 나선형 와류는 층상구조를 갖는 그라파이트에 전단응력을 부여하게 된다. 즉, 이 힘은 층상구조를 갖는 2차원 물질의 각 층에 평행하게 응력을 주기 때문에 각 층이 좀더 쉽게 벌어지게 만들어 준다. 도 3에서와 같이 그라파이트의 제1층(310)과 제2층(320)의 말단이 벌어지게 되어 반응물질(330)이 쉽게 침투할 수 있게 된다. 따라서, 반응물질이 산화제인 경우, 산화가 어려운 그라파이트를 산화시킨 산화그라파이트 제조가 용이하게 된다. Fig. 3 is a view showing that the oxidant penetrates after shearing stress is applied to the inner layer of the graphite. Fig. The spiral vortex in Fig. 2 gives shear stress to graphite having a layered structure. In other words, this force causes each layer to stretch more easily because it stresses parallel to each layer of two-dimensional material with layered structure. The ends of the first layer 310 and the second layer 320 of the graphite are spread as shown in FIG. 3, so that the reactive material 330 can easily penetrate. Therefore, when the reactant is an oxidizing agent, it is easy to produce oxidized graphite which oxidizes difficult graphite.

산화그라파이트 제조장치(100)에는 그라파이트 투입구(130)에 그라파이트가 투입되게 되고, 산화제 투입구(140)로 산화제가 투입되면서 산화그라파이트가 산화그라파이트 배출구(150)로 배출되게 된다. 그라파이트의 경우, 층간 거리가 매우 작아 층간 화학 반응을 유도하기 위해 화학적으로 매우 오랜시간이 소요되었으나, 이렇게 그라파이트의 반응성을 증가시키면 단시간 제조가 가능하다. 그라파이트는 상용 그라파이트를 이용할 수 있으며, 이를테면 상용 그라파이트 파우더(graphite powder)가 사용될 수 있다. Graphite is introduced into the graphite inlet 130 in the oxidizing graphite production apparatus 100 and the oxidized graphite is discharged to the oxidized graphite outlet 150 while the oxidant is introduced into the oxidizing agent inlet 140. In the case of graphite, the interlayer distance is very small, so it takes a very long time to induce the interlayer chemical reaction. However, if the reactivity of the graphite is increased, it is possible to manufacture in a short time. The graphite may be a commercial graphite, such as a commercial graphite powder.

그라파이트 투입구(130)에는 산용액이 함께 투입될 수 있다. 산용액은 산화제와 함께 그라파이트를 산화시키기 위해 필요한 것으로, 황산(H2SO4)이 사용될 수 있다. 또한, 황산 이외에도 질산, 염산, 인산 및 이들의 염(예컨대 질산 나트륨, NaNO3)에서 선택되는 물질을 첨가제로 사용할 수 있다. 첨가제는 강산인 황산과 산화제가 급격히 반응하여 과도한 반응열이 생기는 것을 방지하는 기능을 한다. 황산과 첨가제의 혼합비율은 2:1 내지 10:1일 수 있다. 산용액은 그라파이트와 함께 투입될 수 있는데, 상세하게는 그라파이트를 상온에서 산용액에 담지시켜 교반시킨 후에 함께 그라파이트 투입구(130)로 투입할 수 있다. The graphite inlet 130 may be filled with an acid solution. The acid solution is necessary to oxidize the graphite together with the oxidizing agent, and sulfuric acid (H 2 SO 4 ) may be used. In addition to sulfuric acid, substances selected from nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid and salts thereof (e.g., sodium nitrate, NaNO 3 ) can be used as additives. The additive functions to prevent excessive reaction heat due to rapid reaction of sulfuric acid, which is a strong acid, with an oxidizing agent. The mixing ratio of sulfuric acid to the additive may be from 2: 1 to 10: 1. The acid solution may be introduced together with the graphite. Specifically, the graphite may be supported at the room temperature in an acid solution, stirred, and then introduced into the graphite inlet 130 together.

그라파이트를 산화시키기 위한 산화제로는 어떤 산화제도 사용될 수 있는데 특히 오존(O3)을 산화제로 사용하는 것이 바람직하다. 오존이 아닌 과망간산칼륨과 같은 산화제를 사용하는 경우, 황산과의 반응시 높은 온도 상승과 폭발 위험성이 야기될 수 있다. 또한, 사용 후 금속이온의 세척과 폐수 처리가 필요하다. As the oxidizing agent for oxidizing the graphite, any oxidizing agent may be used, and it is particularly preferable to use ozone (O 3 ) as the oxidizing agent. If an oxidizing agent such as potassium permanganate is used instead of ozone, the reaction with sulfuric acid may lead to high temperature rise and explosion risk. In addition, washing of metal ions after use and wastewater treatment are necessary.

오존은 산소 원자 3개로 이루어진 2.07 V의 산화전위를 갖고 있는 강력한 산화제이며, 1.67 V의 산화전위를 갖고 있는 과망간간칼륨보다 산화력이 강하다. 오존은 상온에서 높은 산화력을 갖기 때문에 그라파이트 산화에 소요되는 시간을 단축하고 사용 후에도 인체에 무해한 산소로 최종분해되기 때문에 친환경적인 공정수행이 가능하다. 특히 황산 등과 반응할 때의 폭발성도 없으며 유해 부산물이 발생하지 않아 환경문제가 발생하지 않는 것이다. 다만, 오존의 경우 짧은 반감기로 인하여 가능한 한 단시간에 반응하는 것이 바람직하므로 본 발명에 따른 산화그라파이트 제조장치(100)와 같이 유체흐름을 이용하여 그라파이트의 층 말단에 전단응력을 부여하여 반응성을 높여 단시간 산화반응을 유도하는 것이 바람직하다. Ozone is a powerful oxidizer with an oxidation potential of 2.07 V consisting of three oxygen atoms, and is more oxidizing than potassium oxide, which has an oxidation potential of 1.67 V. Since ozone has a high oxidizing power at room temperature, it can shorten the time required for graphite oxidation and finally decompose into oxygen which is harmless to human body after use. In particular, there is no explosion when reacting with sulfuric acid or the like, and harmful by-products are not generated, so that environmental problems do not occur. However, ozone is preferably reacted within a short time due to a short half-life period. Therefore, as in the apparatus 100 for producing oxidized graphite according to the present invention, shear stress is applied to the end of the graphite layer using a fluid flow, It is preferable to induce an oxidation reaction.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화그라파이트 제조장치의 단면도이다. 이하 도 1 내지 도 3과 관련하여 설명한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 4 is a cross-sectional view of an apparatus for producing oxidized graphite according to another embodiment of the present invention. Hereinafter, the description of the components described with reference to Figs. 1 to 3 will be omitted.

본 실시예에 따른 산화그라파이트 제조장치(100)는 제1원통부(410), 제2원통부(420), 그라파이트 투입구(430), 산화제 투입구(440) 및 산화그라파이트 배출구(450)를 포함하고, 산화제 투입구(440)에는 오존발생기(460)가 연결되어 산화제인 오존이 투입될 수 있다.The apparatus 100 for producing oxidized graphite according to the present embodiment includes a first cylindrical portion 410, a second cylindrical portion 420, a graphite inlet 430, an oxidant inlet 440 and an oxidized graphite outlet 450 And the ozone generator 460 is connected to the oxidant inlet 440 to allow ozone, which is an oxidant, to be introduced.

오존발생기(460)는 산소가스공급부(470)로부터 산소를 공급받아 고압의 전기장을 이용해 산소를 방전시켜 오존가스를 생성한다. 오존발생기(460)는 산화제 투입구(440)와 연결되어 연속적으로 오존을 공급할 수 있다. The ozone generator 460 receives oxygen from the oxygen gas supply unit 470 and discharges oxygen using a high-voltage electric field to generate ozone gas. The ozone generator 460 is connected to the oxidant inlet 440 to continuously supply ozone.

연속적으로 공급된 오존에 의해 반응성이 증가된 그라파이트가 산화되고, 이에 의해 산화그라파이트가 산화그라파이트 배출구(450)로 배출된다. 배출된 산화그라파이트 용액은 필터프레스(Filter press)를 이용하여 황산이 세척된다. 이후, 진공오븐(vacuum oven) 등을 이용하여 건조시키면 산화그라파이트 분말(Graphite oxide powder)를 얻는다.The graphite with increased reactivity is oxidized by the continuously supplied ozone, whereby the oxidized graphite is discharged to the oxidized graphite outlet 450. The discharged oxidized graphite solution is washed with sulfuric acid using a filter press. Thereafter, drying is performed using a vacuum oven or the like to obtain graphite oxide powder.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1직경의 제1원통부; 및 제1직경보다 큰 직경을 갖고, 제1원통부와 회전중심이 동일한 제2원통부;를 포함하는 산화그라파이트 제조장치 사이에 제1원통부의 회전에 의하여 전단응력이 부여될 대상인 그라파이트를 투입하는 단계; 및 그라파이트를 산화시키는 산화제를 투입하는 단계;를 포함하는 산화그라파이트 제조방법이 제공된다. 산화그라파이트 제조방법에 대하여는 이상 산화그래핀 제조장치와 관련하여 설명한 바와 동일하므로 그 설명은 생략하기로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first cylindrical portion having a first diameter; And a second cylindrical portion having a diameter larger than the first diameter and having the same center of rotation as the first cylindrical portion, the graphite being a target to which shear stress is to be imparted by the rotation of the first cylindrical portion step; And introducing an oxidizing agent for oxidizing the graphite. The oxidized graphite manufacturing method is the same as that described above with respect to the abnormal oxidized graphene producing apparatus, and the description thereof will be omitted.

본 발명에 따르면, 산화그라파이트 제조장치를 이용하여 2차원 층상물질인 그라파이트의 반응성을 증가시켜 층간에 산화제 투입이 용이하도록 하여 단시간에 친환경적으로 산화그라파이트를 제조할 수 있다. 이와 함께 산화그라파이트 제조장치는 그라파이트의 층간거리 또는 말단 층간 거리를 증가시켜 반응성을 증가시키기 때문에, 그라파이트의 산화반응 이외에도 그라파이트의 층분리, 즉 박리 반응에도 응용 가능하다. According to the present invention, it is possible to increase the reactivity of the graphite, which is a two-dimensional layered material, by using an apparatus for producing oxidized graphite, thereby facilitating the introduction of the oxidant into the interlayer, thereby producing oxidized graphite in a short period of time. In addition, since the apparatus for producing oxidized graphite increases the reactivity by increasing the inter-layer distance or the inter-layer distance of the graphite, it is applicable to the layer separation of graphite, that is, the peeling reaction in addition to the oxidation reaction of graphite.

이에 따라, 본 발명에 따른 산화그라파이트 제조장치를 이용하여 그라파이트를 박리하여 그래핀으로 단시간에 제조할 수 있다. 아울러, 그라파이트와 같은 2차원 층상구조를 갖는 물질로는, 헥사고날 보론 나이트라이드(hBN) 및 전이금속 칼코겐화합물 등이 있는데, 이들 또한 산화그라파이트 제조장치를 이용하여 층간 반응성을 높여 단시간의 산화반응이나 박리반응이 일어나도록 응용할 수 있다.
Accordingly, the graphite can be peeled off using graphene using the apparatus for producing oxidized graphite according to the present invention in a short time. As materials having a two-dimensional layer structure such as graphite, there are hexagonal boron nitride (hBN) and transition metal chalcogen compounds. These materials can also be used to increase the interlayer reactivity by using an oxidative graphite production apparatus, Or a peeling reaction may occur.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, many modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.

100, 400 산화그라파이트 제조장치 110, 210, 410 제1원통부
120, 220, 420 제2원통부 130, 430 그라파이트 투입구
140, 440 산화제 투입구 150, 450 산화그라파이트 배출구
230 고리쌍 배열의 와류 231 제1유체흐름
232 제2유체흐름 310 제1층
320 제2층 330 산화제
460 오존발생기 461 고압봉
462 냉각수 470 산소가스공급부100, 400 oxidized graphite production apparatus 110, 210, 410,
120, 220, 420 second cylindrical portion 130, 430 graphite inlet
140, 440 oxidant inlet 150, 450 oxidized graphite outlet
230 Vortex of high-paired array 231 First fluid flow
232 second fluid flow 310 first layer
320 Second layer 330 Oxidizing agent
460 Ozone generator 461 High pressure bar
462 Cooling water 470 Oxygen gas supply

Claims (6)

제1직경의 제1원통부;
상기 제1직경보다 큰 제2직경을 갖고, 상기 제1원통부와 회전중심이 동일한 제2원통부;
상기 제1원통부 및 상기 제2원통부 사이에, 상기 제1원통부의 회전에 의하여 전단응력이 부여될 대상인 그라파이트를 투입하기 위한 그라파이트 투입구;
상기 그라파이트를 산화시키는 산화제를 투입하기 위한 산화제 투입구; 및
상기 산화제로 산화된 산화그라파이트가 배출되는 산화그라파이트 배출구;를 포함하는 산화그라파이트 제조장치.
A first cylindrical portion having a first diameter;
A second cylindrical portion having a second diameter larger than the first diameter and having the same rotation center as the first cylindrical portion;
A graphite inlet for injecting graphite to be subjected to shear stress by rotation of the first cylindrical portion between the first cylindrical portion and the second cylindrical portion;
An oxidant input port for inputting an oxidant for oxidizing the graphite; And
And an oxidized graphite outlet through which the oxidized graphite oxidized by the oxidant is discharged.
청구항 1에 있어서,
상기 산화제는 오존인 것을 특징으로 하는 산화그라파이트 제조장치.
The method according to claim 1,
Wherein the oxidizing agent is ozone.
청구항 2에 있어서,
상기 산화제 투입구에는 오존발생기가 연결되는 것을 특징으로 하는 산화그라파이트 제조장치.
The method of claim 2,
Wherein an oxidizer inlet is connected to an ozone generator.
청구항 3에 있어서,
상기 그라파이트 투입구에는 산용액이 함께 투입되는 특징으로 하는 산화그라파이트 제조장치.
The method of claim 3,
And an acid solution is added to the graphite inlet.
제1직경의 제1원통부; 및 상기 제1직경보다 큰 직경을 갖고, 상기 제1원통부와 회전중심이 동일한 제2원통부;를 포함하는 산화그라파이트 제조장치 사이에 상기 제1원통부의 회전에 의하여 전단응력이 부여될 대상인 그라파이트를 투입하는 단계; 및
상기 그라파이트를 산화시키는 산화제를 투입하는 단계;를 포함하는 산화그라파이트 제조방법.
A first cylindrical portion having a first diameter; And a second cylindrical portion having a diameter larger than the first diameter and having the same rotation center as that of the first cylindrical portion, wherein the graphite- ; And
And introducing an oxidizing agent for oxidizing the graphite.
청구항 5에 있어서,
상기 산화제는 오존인 것을 특징으로 하는 산화그라파이트 제조장치.The method of claim 5,
Wherein the oxidizing agent is ozone.
KR1020150186160A 2015-12-24 2015-12-24 Oxide manufaturing device and oxide manufaturing method using the same KR102233101B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150186160A KR102233101B1 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Oxide manufaturing device and oxide manufaturing method using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150186160A KR102233101B1 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Oxide manufaturing device and oxide manufaturing method using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170076194A true KR20170076194A (en) 2017-07-04
KR102233101B1 KR102233101B1 (en) 2021-03-29

Family

ID=59356858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150186160A KR102233101B1 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Oxide manufaturing device and oxide manufaturing method using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102233101B1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0823398B1 (en) * 1995-04-28 2000-02-02 Viktor Vasilievich Avdeev Process and device for obtaining oxidised graphite
KR101103672B1 (en) * 2011-05-18 2012-01-11 성균관대학교산학협력단 Apparatus for continuous synthesis and purification of graphene oxide with centrifugal separation type for mass production, and method of synthesis and purification of graphene oxide using the same
KR20150096899A (en) * 2014-02-17 2015-08-26 전자부품연구원 Graphene oxide manufaturing system using couette-taylor reactor and method thereof
KR20150109505A (en) * 2014-03-19 2015-10-02 전자부품연구원 Nature-friendly graphene oxide manufaturing system using couette-taylor reactor
KR20150126041A (en) * 2013-03-08 2015-11-10 갈모어, 인코포레이티드 Large scale oxidized graphene production for industrial applications

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0823398B1 (en) * 1995-04-28 2000-02-02 Viktor Vasilievich Avdeev Process and device for obtaining oxidised graphite
KR101103672B1 (en) * 2011-05-18 2012-01-11 성균관대학교산학협력단 Apparatus for continuous synthesis and purification of graphene oxide with centrifugal separation type for mass production, and method of synthesis and purification of graphene oxide using the same
KR20150126041A (en) * 2013-03-08 2015-11-10 갈모어, 인코포레이티드 Large scale oxidized graphene production for industrial applications
KR20150096899A (en) * 2014-02-17 2015-08-26 전자부품연구원 Graphene oxide manufaturing system using couette-taylor reactor and method thereof
KR20150109505A (en) * 2014-03-19 2015-10-02 전자부품연구원 Nature-friendly graphene oxide manufaturing system using couette-taylor reactor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
lM.J.Webb 외 4인, Carbon 49권10호, 2011, 3242-3249쪽 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102233101B1 (en) 2021-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101265709B1 (en) a method and apparatus for manufacturing graphite oxide
KR101573358B1 (en) Nature-friendly graphene oxide manufaturing system using couette-taylor reactor
CN110291612B (en) Seedless particles with carbon allotropes
CN102757038B (en) Method for preparing graphene
KR101573384B1 (en) Graphene oxide manufaturing system using couette-taylor reactor and method thereof
US9266737B2 (en) Method and apparatus for manufacturing graphite oxide
KR20110036721A (en) Method and apparatus for manufacturing nano-size graphene-based material
KR20160127885A (en) Method to enhance reactivity of layer-structured material and preparing method of graphene oxide using the same
CN105452161B (en) For manufacturing the method for graphite oxide and device for manufacturing graphite oxide
CN107624105A (en) Utilize the high-quality graphene preparation method and preparation facilities of shear flow
CA3052851C (en) Graphenic carbon nanoparticles having a low polyaromatic hydrocarbon concentration and processes of making same
CN106185902A (en) A kind of method that clean oxidation technology prepares the controlled graphene oxide of size
CN104071782A (en) Preparation method of graphene
CN106082194B (en) A kind of method for preparing bigger serface and the less graphene of the number of plies
JP2017209660A (en) Surface treatment method using taylor reactor
KR20180074102A (en) High purity reduced graphene oxide and manufacturing method thereof
US11339054B2 (en) Continuous process and apparatus for producing graphene
KR20170076194A (en) Oxide manufaturing device and oxide manufaturing method using the same
Fang et al. Plasma-based graphene functionalization in glow discharge
CN104071772B (en) A kind of equipment of preparation of industrialization graphite oxide
CN104332325B (en) A kind of preparation method of electrode material for super capacitor Graphene
CN105585006A (en) A graphite expanding and heating device and a process thereof
KR20180059615A (en) Graphene oxide cleaning method
KR101701174B1 (en) Apparatus and method for exfoliating graphite using one-step process of high temperature and high pressure, and exfoliated graphite nanoplate
KR20230136665A (en) Plasma chamber with auxiliary reaction chamber

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant