KR20170141624A - 탄소기반 소재를 계면활성제로 표면개질하는 방법 및 계면활성제로 표면개질된 탄소기반 소재 - Google Patents

탄소기반 소재를 계면활성제로 표면개질하는 방법 및 계면활성제로 표면개질된 탄소기반 소재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소기반 소재를 계면활성제로 표면개질하는 방법 및 계면활성제로 표면개질된 탄소기반 소재를 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 계면활성제 및 방사선 조사를 이용한 탄소기반 소재의 표면개질 방법은, 1) 종래의 질산, 황산, 과산화수소 등의 화학약품을 이용하는 개질방법 대비 계면활성제와 방사선 조사만을 이용하므로 매우 간단하고, 2) 물리적 결합이 아닌 화학적 결합을 유도할 수 있어 안정성이 향상되며, 3) 각 성분의 함량, 방사선의 종류 및 조사방법을 조절함으로써 적용분야에 요구되는 물리화학적 성질에 적절하게 탄소기반 소재를 표면개질할 수 있는 효과가 있다.

Description

탄소기반 소재를 계면활성제로 표면개질하는 방법 및 계면활성제로 표면개질된 탄소기반 소재 {Method for modification of carbon based materials using surfactant and surfactant modified carbon based materials}
본 발명은 탄소기반 소재를 계면활성제로 표면개질하는 방법 및 계면활성제로 표면개질된 탄소기반 소재를 제공하는 것이다.
탄소기반 소재로서 널리 사용되고 있는 활성탄은 넓은 표면적과 특이한 기공구조를 가지고 있어 흡착제로 산업전반에 널리 사용되고 있다. 활성탄은 주로 야자껍질, 종려껍질, 갈탄, 유연탄, 목탄, 무연탄, 석유등의 원료를 고온에서 탄화시키고, 이를 수증기, 이산화탄소, 공기 등의 산화성 기체 또는 염화아연, 인산, 황산 등의 약품으로 활성화시켜 제작되고 있다.
상용화되어 있는 활성탄은 사용원료, 활성화 방법 및 공정에 따라 다양한 흡착특성을 가지고 있으며, 그 흡착특성에 따라 사용 용도가 서로 상이하며, 또한 활성탄의 가격도 상당한 차이를 가진다. 따라서, 활성탄의 표면특성을 개질하여 전반적인 또는 특정 물질에 대한 흡착성능을 선택적으로 높인 고부가가치의 활성탄 제조에 대한 요구가 지속적으로 제기되고 있으며, 이를 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다.
활성탄의 흡착성능 향상을 위해서 활성탄 표면개질 처리하여 카보닐기, 카복실기, 아민기 등의 유용한 작용기를 생성시키거나, 비표면적을 증가시키는 등의 방법이 주로 사용되고 있으며 대표적으로 아래의 방법이 사용되고 있다.
질산, 황산, 과산화수소 등의 화학약품에 일정시간 활성탄을 침지시켜 활성탄의 표면에 산성 작용기, 아민기 등 흡착에 유용한 작용기를 생성하여 특정 물질에 대한 흡착성능을 향상시키거나, 활성탄의 산도(pH)를 조절하는 방법이 시행되고 있다.
화학약품을 이용하는 방법 이외에 화학적 활성종이 다량 포함되어 있는 플라즈마를 발생시키고, 발생된 플라즈마에 일정시간 동안 활성탄을 노출시켜 활성탄 표면에 유용한 작용기를 생성하거나, 표면 기공구조를 변화시키는 방법이 제시되고 있다.
또한, 진공분위기에서 플라즈마를 발생시키고 발생된 플라즈마에 활성탄을 일정시간 노출시킴으로써 활성탄의 표면 특성을 개질시켜 활성탄의 전기적 특성, 비표면적을 증가시킬 수 있음이 알려져 있다.
이외에도 대기압하에서 유전체 장벽방전 장치에 처리대상이 되는 활성탄을 주입하고 산소를 공급하면서 저온의 산소 플라즈마를 발생시켜 활성탄의 표면을 개질하여 금속이온의 흡착성능을 개선하는 방법 등이 알려져 있다.
그러나, 화학약품을 사용한 활성탄의 표면개질 처리 방법은 처리 후 개질 반응에 사용되지 않은 잔류 약액과 개질 처리된 활성탄 표면에 잔존하는 약액을 제거하기 위해 세척하는 과정에서 발생하는 세정 폐액 등 다량의 폐기물이 발생하고, 일부 과도한 화학반응에 의해 활성탄의 유용한 기공구조가 파괴되어 처리 전 활성탄이 갖고 있던 유용한 흡착성능을 저하시키는 단점이 있다.
이에, 본 발명자들은 탄소기반 소재 및 계면활성제를 용매에 첨가하여 탄소기반 소재를 중심으로 마이셀화를 유도한 용액에 방사선을 조사함에 따라서, 계면활성제의 소수성 탄소체인에 형성된 자유라디칼이 탄소기반 소재의 표면에 화학적으로 결합하는 것을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
한국공개공보 10-2012-0054958호
본 발명의 목적은 탄소기반 소재를 계면활성제로 표면개질하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 표면개질된 탄소기반 소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 표면개질된 탄소기반 소재를 포함하는 전자소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 상기 표면개질된 탄소기반 소재를 포함하는 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate)로 표면개질된 활성탄을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 표면개질된 활성탄을 포함하는 축전식탈염(capacitive deionization, CDI) 전극을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 탄소기반 소재 및 계면활성제를 용매에 첨가하여, 탄소기반 소재를 중심으로 마이셀화된 용액을 준비하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 준비한 용액에 방사선을 조사하여, 계면활성제의 소수성 탄소체인에 자유라디칼을 형성을 유도하고, 상기 자유라디칼이 탄소기반 소재의 표면 탄소와 화학적으로 결합하는 단계(단계 2);
를 포함하는 탄소기반 소재를 계면활성제로 표면개질하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 표면개질된 탄소기반 소재를 제공한다.
나아가, 본 발명은 상기 표면개질된 탄소기반 소재를 포함하는 전자소자를 제공한다. 여기서, 상기 전자소자는 전극(예를 들어, 일차전지, 이차전지, 커패시터, 슈퍼커패시터, 연료전지에 사용되는 전극) 등일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 표면개질된 탄소기반 소재를 포함하는 필터를 제공한다. 여기서, 상기 필터는 담배필터, 공기여과필터 또는 수처리필터 등일 수 있다.
나아가, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate)로 표면개질된 활성탄을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 표면개질된 활성탄을 포함하는 축전식탈염 전극을 제공한다.
본 발명에 따른 계면활성제 및 방사선 조사를 이용한 탄소기반 소재의 표면개질 방법은,
1) 종래의 질산, 황산, 과산화수소 등의 화학약품을 이용하는 개질방법 대비 계면활성제와 방사선 조사만을 이용하므로 매우 간단하고,
2) 물리적 결합이 아닌 화학적 결합을 유도할 수 있어 안정성이 향상되며,
3) 각 성분의 함량, 방사선의 종류 및 조사방법을 조절함으로써 적용분야에 요구되는 물리화학적 성질에 적절하게 탄소기반 소재를 표면개질할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탄소기반 소재를 계면활성제로 표면개질하는 방법의 단계를 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에서 그라프트율을 측정하기 위해 사용된 활성탄, 계면활성제 및 표면개질 활성탄의 열중량분석결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
탄소기반 소재를 계면활성제로 표면개질하는 방법
본 발명은 탄소기반 소재 및 계면활성제를 용매에 첨가하여, 탄소기반 소재를 중심으로 마이셀화된 용액을 준비하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 준비한 용액에 방사선을 조사하여, 계면활성제의 소수성 탄소체인에 자유라디칼을 형성을 유도하고, 상기 자유라디칼이 탄소기반 소재의 표면 탄소와 화학적으로 결합하는 단계(단계 2);
를 포함하는 탄소기반 소재를 계면활성제로 표면개질하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 단계 1은 탄소기반 소재 및 계면활성제를 용매에 첨가하여, 탄소기반 소재를 중심으로 마이셀화된 용액을 준비하는 단계이다.
상기 단계 1에는 가교제를 더 포함할 수 있다. 가교제를 첨가할 경우에는 자유라디칼이 활성탄 표면 및 가교제와 함께 결합하여 계면활성제의 활성탄 표면 그라프트율이 향상된다. 즉, 적용분야에 요구되는 물리화학적 성질이 높은 그라프트율이 필요할 경우 선택적으로 첨가할 수 있다.
상기 가교제의 예로는 디비닐벤젠, 1,5-헥사디엔-3-인, 헥사트리엔, 디비닐에테르, 디비닐술폰, 프탈산알릴, 2,6-디아크릴페놀, 디알릴카르비놀 등을 사용할 수 있다.
상기 탄소기반 소재는 크기가 1-1000000 nm, 바람직하게는 10-50000 nm, 더욱 바람직하게는 100-10000 nm인 것을 사용할 수 있다. 상기 탄소기반 소재는 활성탄, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 흑연나노섬유, 그래핀 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 입자 형태의 소재를 사용할 수 있다.
상기 계면활성제는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서 계면활성제의 소수성 탄소체인은 방사선 조사에 의해 자유라디칼이 형성되고, 상기 자유라디칼이 탄소기반 소재의 표면 탄소에 화학적으로 결합되고, 친수성기는 적용분야에 필요한 기능성을 나타내는 것을 특징으로 한다. 즉, 적용분야에 필요한 친수성 헤드(작용기)를 갖는 계면활성제를 선택하여 사용할 수 있다.
상기 계면활성제의 바람직한 예는 하기 화학식 1로 표시할 수 있다.
[화학식 1]
CH3-(CH2)n-R
상기 화학식 1에서,
n은 7-17의 정수이고,
R은 설페이트, 에테르 술페이트, 알카릴 술포네이트, 숙시네이트, 술포숙시네이트, 포스페이트, 에테르 포스페이트, 에테르 카르복실레이트, 아미노산, 펩티드, 카르복실산, 글루타메이트, 아실 글루타메이트, 또는 아민이다.
여기서, 상기 치환기 R은 염 형태일 수 있다.
상기 n은 계면활성제의 소수성 탄소체인의 길이를 의미하는데, 만약 계면활성제의 소수성 탄소체인 길이가 C8(n=7) 미만일 경우 그라프트율이 현저히 저하되는 문제가 있을 수 있고, C18(n=17) 초과일 경우 그라프트율은 문제가 없지만 분자량이 늘어남에 따라서 탄소기반 소재의 표면에 기능성을 부여하는 계면활성제의 친수성기가 도입되는 비중이 줄어드는 문제와 C18 이상의 계면활성제는 비용이 증가하는 문제가 있을 수 있다. 여기서, 소수성 탄소체인 길이가 C8 미만인 계면활성제의 경우 방사선 조사에 따른 자유라디칼 형성이 저하되거나, 탄소체인의 자유도가 낮아지기 때문이다.
상기 단계 1의 용매로는 물 또는 유기용매를 사용할 수 있다. 여기서, 용매는 계면활성제를 용해할 수 있는 용매를 적절히 선택하여 사용할 수 있고, 상기 유기용매로는 알코올류(메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부탄올, 이소펜탄올 등), 알데히드류(포름알데히드 등), 카르복실산류(포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레산, 카프로산, 에난트산, 카프릴산, 펠라르곤산, 카프릭산, 운데실산, 라우르산 등), 염화탄소류(클로로폼, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 트리클로로에탄, 테트라클로로에탄, 디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 클로로벤젠, o-디클로로벤젠 등), 아민류(에틸렌디아민, 피리딘, 디에틸렌트리아민, 퀴놀린, 피페리딘, 트리부틸아민 등), 에스테르류(아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 아세트산아이소프로필, 아세트산뷰틸, 아세트산아이소뷰틸, 아세트산펜틸, 아세트산아이소펜틸 등), 에테르류(디에틸에테르, 에틸에테르, 다이옥세인, 테트라하이드로뷰테인 등), 시안류(아세토니트릴 등), 케톤류(아세톤, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸뷰틸케톤(MBK), 메틸아이소뷰틸케톤(MIBK) 등), 포화 및 불포화 탄화수소류(헥산, 케로센, 벤젠, 사이클로헥산, 톨루엔, 자일렌 등) 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 준비한 용액에 방사선을 조사하여, 계면활성제의 소수성 탄소체인에 자유라디칼을 형성을 유도하고, 상기 자유라디칼이 탄소기반 소재의 표면 탄소와 화학적으로 결합하는 단계이다.
상기 방사선으로는 전자선 또는 감마선을 사용할 수 있다.
상기 전자선의 경우 투과도가 낮은 편이므로 라인 형태로 조사하는 것이 바람직한데, 예를 들어, 단계 1의 용액을 밑면이 넓고 높이가 낮은 용기에 담은 다음 전자선 조사 라인을 약 4초에 1회 지나가는 형태로 조사할 수 있다.
상기 감마선은 투과도가 높은 편이므로, 예를 들어 단계 1의 용액을 드럼통 형태의 용기에 담고 감마선을 투과시키는 형태로 조사할 수 있다.
본 발명의 실험예 1에서 전자선과 감마선의 그라프트율을 비교하여 보면, 감마선이 더욱 우수한 것으로 나타난다(표 1 및 표 2 참조). 예를 들어, 탄소기반 소재로서 활성탄을 사용할 경우 이의 적용분야에 요구되는 물리화학적 성질이 다공성과 표면 기능성을 동시에 요구할 경우에는 감마선 보다는 전자선이 유리할 수 있고, 표면 기능성만을 요구할 경우에는 전자선 보다는 감마선이 유리할 수 있다. 일례로, 공기 또는 수 처리용 필터의 경우 다공성과 표면 기능성을 동시에 요구하는 경우가 많으므로 전자선이 유리할 수 있고, 축전식탈염 전극의 경우 다공성 보다는 표면 기능성이 우선시 요구되므로 감마선이 유리할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 계면활성제 및 방사선 조사를 이용한 탄소기반 소재의 표면개질 방법은,
1) 종래의 질산, 황산, 과산화수소 등의 화학약품을 이용하는 개질방법 대비 계면활성제와 방사선 조사만을 이용하므로 매우 간단하고,
2) 물리적 결합이 아닌 화학적 결합을 유도할 수 있어 안정성이 향상되며,
3) 각 성분의 함량, 방사선의 종류 및 조사방법을 조절함으로써 적용분야에 요구되는 물리화학적 성질에 적절하게 탄소기반 소재를 표면개질할 수 있는 효과가 있다.
계면활성제로 표면개질된 탄소기반 소재
본 발명은 상기 방법으로 제조된 표면개질된 탄소기반 소재를 제공한다.
본 발명에 따른 표면개질된 탄소기반 소재는 계면활성제의 소수성 탄소체인이 탄소기반 소재의 표면에 화학적으로 결합되고, 계면활성제의 친수성기가 탄소기반 소재의 표면에 기능을 부여하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄소기반 소재로는 활성탄, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 흑연나노섬유, 그래핀 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 입자 형태의 소재를 사용할 수 있다.
전자소자
본 발명은 상기 계면활성제로 표면개질된 탄소기반 소재를 포함하는 전자소자를 제공한다.
상기 전자소자로는 일차전지, 이차전지, 커패시터, 슈퍼커패시터 또는 연료전지에 사용되는 전극 등일 수 있고, 탄소기반 소재를 사용하는 모든 전자소자에 적용할 수 있다.
필터
본 발명은 상기 계면활성제로 표면개질된 탄소기반 소재를 포함하는 필터를 제공한다.
상기 필터는 담배필터, 공기여과필터, 수처리필터 등일 수 있다.
SDBS (sodium dodecylbenzenesulfonate )로 표면개질된 활성탄
본 발명은 상기 방법으로 제조된 계면활성제로서 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate)로 표면개질된 활성탄을 제공한다.
여기서, 상기 계면활성제로서 SDBS의 친수성기는 이온교환 기능성을 부여하여, 하기의 축전식탈염 전극에 유용할 수 있다.
축전식탈염 (capacitive deionization, CDI) 전극
본 발명은 상기 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate)로 표면개질된 활성탄을 포함하는 축전식탈염 전극을 제공한다.
종래 사용되고 있는 축전식탈염(capacitive deionization, CDI) 전극의 경우, 탄소전극, 활성탄 및 이온교환막이 순차적으로 적층된 형태로서 이온교환막을 사용하여 비용이 비싸고 가공 공정이 길며 이온교환용량이 우수하지 못한 단점이 있다.
본 발명에 따른 축전식탈염 전극의 경우 이온교환능을 갖는 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate)로 표면개질된 활성탄을 이용하므로 고가의 이온교환막을 사용하지 않아도 될 뿐만 아니라, 이온교환용량(IEC) 역시 우수하다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 계면활성제로 표면개질된 활성탄의 제조
실시예에서 사용한 각 성분의 함량 및 방사선 종류와 세기를 하기 표 1에 정리하여 나타내었다.
단계 1: 활성탄의 마이셀화 용액의 준비
활성탄 (제조사: 구래라이(일본), 모델명: P-60, 평균입자크기: 10 ㎛) 및 계면활성제로 SDBS (sodium dodecylbenzenesulfonate)를 용매로 물에 첨가하여, 활성탄을 중심으로 마이셀을 형성하였다. 여기서, 활성탄 표면에 계면활성제의 그라프트율 향상이 필요한 경우 가교제로 DVB (divinylbenzene)를 선택적으로 첨가하였다.
단계 2: 방사선 조사
상기 단계 1에서 준비한 용액에 방사선으로 전자선(25kGy/pass) 또는 감마선(2kGy/hr)을 조사하여, 계면활성제의 소수성 탄소 체인에 자유라디칼 형성을 유도하고, 이 자유라디칼이 활성탄 표면에 화학적으로 결합되도록 하였다. 여기서, 단계 1에서 가교제를 첨가할 경우에는 자유라디칼이 활성탄 표면 및 가교제와 함께 결합하여 계면활성제의 활성탄 표면 그라프트율이 향상된다.
상기 전자선은 라인 형태로 조사되고, 단계 1의 용액을 밑면이 넓고 높이가 낮은 용기에 담은 다음 전자선 조사 라인을 약 4초에 1회 지나가는 형태로 조사하였다. 상기 감마선은 단계 1의 용액을 드럼통 형태의 용기에 담고 감마선을 투과시키는 형태로 조사하였다.
단계 3: 미반응물의 제거 및 건조
상기 단계2에서 방사선 조사 처리 후에, 미반응 계면활성제 및/또는 가교제를 제거하기 위하여 필터링하고, 건조하여 목적의 계면활성제로 표면개질된 활성탄을 제조하였다.
실시예 탄소기반
소재		 계면활성제 가교제 용매 방사선
조사선량 (kGy)		 그라프트율
(%)
활성탄(g) SDBS(g) DVB(g) 물(g) 전자선
(25kGy/pass)		 감마선
(2kGy/hr)
1-1 0.1 0.1 0.01 15 100 - 29
1-2 0.1 0.2 0.01 15 100 - 31
1-3 0.1 1 0.01 15 100 - 41
1-4 0.1 0.1 0.03 15 100 - 43
1-5 0.1 0.2 0.03 15 100 - 49
1-6 0.1 1 0.03 15 100 - 64
1-7 0.1 0.1 0.05 15 100 - 32
1-8 0.1 0.2 0.05 15 100 - 36
1-9 0.1 1 0.05 15 100 - 39
1-10 0.1 0.1 - 15 100 - 31
1-11 0.1 0.2 - 15 100 - 30
1-12 0.1 1 - 15 100 - 38
2-1 1 2 0.5 100 25 - 8
2-2 1 2 0.5 100 50 - 23
2-3 1 2 0.5 100 75 - 29
2-4 1 2 0.5 100 100 - 38
2-5 2 4 1 100 50 - 32
2-6 2 4 1 100 100 - 75
2-7 1.5 3 0.75 100 50 - 21
2-8 1.5 3 0.75 100 100 - 47
3-1 5 5 2.5 500 - 50 93.1
3-2 5 10 2.5 500 - 25 92.5
3-3 5 10 2.5 500 - 50 95.9
3-4 5 10 2.5 500 - 100 98.4
3-5 5 10 - 500 - 50 84.5
< 실험예 1> 계면활성제의 소수성 탄소체인 길이에 따른 그라프트율 평가
계면활성제가 활성탄 표면에 화학적으로 그라프트(graft)되는 정도를 알아보기 위하여 다음과 같이 실험하였다.
구체적으로, 실시예에서 제조한 표면개질된 활성탄의 그라프트율, 그리고 소수성 탄소체인 길이가 다른 계면활성제를 사용할 경우의 그라프트율을 알아보기 위하여 열중량분석(thermogravimetric analysis, TGA) 방법을 이용하였다.
일반적으로, 활성탄 표면개질 시 미반응된 계면활성제는 세척과정에서 모두 제거가 되게 되며 활성탄 표면에 화학적으로 결합되어 있는 계면활성제 만이 열중량분석 시 잔류물(char) 형태로 존재하게 되어 그라프트율에 영향을 주게 된다.
실시예의 그라프트율은 상기 표 1에 병기하였고, 다른 계면활성제를 사용할 경우의 그라프트율은 하기 표 2에 나타내었다.
탄소기반
소재		 계면활성제 가교제 용매 방사선
조사선량 (kGy)		 그라프트율
(%)
활성탄(g) (g) DVB(g) 물(g) 전자선
(25kGy/pass)		 감마선
(2kGy/hr)
0.1 SHBS(C6)
1		 0.03 15 100 - 12.1
0.1 SOBS(C8)
1		 0.03 15 100 - 62.1
실시예
1-6		 0.1 SDBS(C12)
1		 0.03 15 100 - 64
0.1 SHDBS(C16)
1		 0.03 15 100 - 65.9
0.1 SODBS(C18)
1		 0.03 15 100 - 66.2
5 SHBS(C6)
10		 2.5 500 - 100 32.9
5 SOBS(C8)
10		 2.5 500 - 100 97.1
실시예
3-4		 5 SDBS(C12)
10		 2.5 500 - 100 98.4
5 SHDBS(C16)
10		 2.5 500 - 100 98.6
5 SODBS(C18)
10		 2.5 500 - 100 99.1
SHBS (sodium hexylbenzenesulfonate; C6)
SOBS (sodium octylbenzenesulfonate; C8)
SDBS (sodium dodecylbenzenesulfonate; C12)
SHDBS (sodium hexadecylbenzenesulfonate; C16)
SODBS (sodium octadecylbenzenesulfonate; C18)
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 계면활성제의 소수성 탄소체인 길이가 C8 이상일 경우에는 그라프트율이 우수하게 나오는 반면에, C8 미만일 경우 그라프트율이 현저히 저하되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 소수성 탄소체인 길이가 C8 미만인 계면활성제의 경우 방사선 조사에 따른 자유라디칼 형성이 저하되거나, 탄소체인의 자유도가 낮아지기 때문인 것으로 사료된다. 따라서, 본 발명에서는 C8 이상의 소수성 탄소체인을 갖는 계면활성제를 이용하는 것이 그라프트율 향상에 바람직한 것을 알 수 있었다.
한편, 상기 표 1에 나타난 바와 같이, 각 실시예의 그라프트율은 8-98.4%로 다양하게 나타났고, 이 중에서 가교제를 사용하지 않은 실시예의 경우에도 그라프트율은 평이하게 나타났으며, 가교제를 첨가해줄 경우에는 그라프트율이 소폭 상승하는 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명에 따른 제조방법을 이용할 경우 계면활성제만을 이용하여 탄소기반 소재(예를 들어, 활성탄)의 표면을 용이하게 개질할 수 있다.

Claims (8)

  1. 탄소기반 소재의 표면에 계면활성제의 소수성 탄소체인이 화학적으로 결합되고, 계면활성제의 친수성기가 기능성을 부여하며,
    상기 계면활성제의 소수성 탄소체인에 형성된 자유라디칼과 상기 탄소기반 소재의 표면 탄소가 화학적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 계면활성제로 표면개질된 탄소기반 소재.
  2. 탄소기반 소재 및 계면활성제를 용매에 첨가하여, 탄소기반 소재를 중심으로 마이셀화된 용액을 준비하는 단계(단계 1); 및
    상기 단계 1에서 준비한 용액에 방사선을 조사하여, 계면활성제의 소수성 탄소체인에 자유라디칼 형성을 유도하고, 상기 자유라디칼이 탄소기반 소재의 표면 탄소와 화학적으로 결합하는 단계(단계 2);를 포함하여 제조되는,
    탄소기반 소재의 표면에 계면활성제의 소수성 탄소체인이 화학적으로 결합되고, 계면활성제의 친수성기가 기능성을 부여하며,
    상기 계면활성제의 소수성 탄소체인에 형성된 자유라디칼과 상기 탄소기반 소재의 표면 탄소가 화학적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 계면활성제로 표면개질된 탄소기반 소재.
  3. 제1항의 계면활성제로 표면개질된 탄소기반 소재를 포함하는 전자소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전자소자는 일차전지 전극, 이차전지 전극, 커패시터 전극, 슈퍼커패시터 전극 또는 연료전지 전극인 것을 특징으로 하는 전자소자.
  5. 제1항의 계면활성제로 표면개질된 탄소기반 소재를 포함하는 필터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 필터는 담배필터, 공기여과필터 또는 수처리필터인 것을 특징으로 하는 필터.
  7. 탄소기반 소재로서 활성탄 및 계면활성제로서 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate)를 용매에 첨가하여, 활성탄을 중심으로 SDBS 마이셀화된 용액을 준비하는 단계(단계 1); 및
    상기 단계 1에서 준비한 용액에 방사선을 조사하여, SDBS의 소수성 탄소체인에 자유라디칼 형성을 유도하고, 상기 자유라디칼이 활성탄의 표면 탄소와 화학적으로 결합하는 단계(단계 2);를 포함하여 제조되는,
    상기 SDBS의 소수성 탄소체인에 형성된 자유라디칼과 상기 활성탄의 표면 탄소가 화학적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate)로 표면개질된 활성탄.
  8. 제7항의 활성탄을 포함하는 축전식탈염 전극.
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