KR20180045130A - Green production method of magnetic psuedo graphene oxide using sucrose - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of a pseudo graphene oxide magnetic absorbent which can be magnetically separated in water after radioactive materials such as uranium and thorium contained in groundwater are adsorbed and removed. The manufacturing method comprises the following steps of: manufacturing a pseudo graphene similar to graphene (S10); manufacturing a pseudo graphene oxide (S20); and manufacturing a pseudo graphene oxide magnetic material (S30).

Description

이당류를 이용한 친환경 유사 그래핀 옥사이드 자성 흡착제의 제조방법{GREEN PRODUCTION METHOD OF MAGNETIC PSUEDO GRAPHENE OXIDE USING SUCROSE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for producing an environmentally similar graphene oxide magnetic adsorbent using a disaccharide,

본 발명은 지하수에 함유된 우라늄, 토륨과 같은 방사성물질을 흡착 제거하거나 또는 흡착 후 수중에서 자기 분리할 수 있는 유사 그래핀 산화물(oxide) 자성 흡착제의 제조방법에 관한 것으로서,The present invention relates to a method for producing a magnetic graphene oxide magnetic adsorbent capable of adsorbing or removing radioactive materials such as uranium and thorium contained in ground water or by self-separating in water after adsorption,

흑연과 다수의 화학약품을 이용하여 제조하는 전통적인 허머방법(Hummer's method)과 달리, 이당류인 설탕의 열분해와 오존산화 과정을 거침으로써 단순하면서도 약품을 사용하지 않아 경제적이고 친환경적인 방법으로 유사 그래핀 산화물을 제조할 수 있고,Unlike the traditional Hummer's method, which uses graphite and a number of chemicals, it dissolves the pyrolysis of the disaccharide sugar and the ozone oxidation process, simplifying the economical and eco- , ≪ / RTI >

상기 유사 그래핀 산화물을 자성체와 혼합하여 자성 흡착제를 이룸으로써 분리 제한성을 극복하여 다양한 수처리에 적용할 수 있다는 장점을 갖는다.The magnetic grains of the graphene oxide are mixed with a magnetic material to form a magnetic adsorbent, thereby being able to overcome separation limitations and to be applied to various water treatments.

본 발명과 관련하여, 대한민국 공개특허 10-2015-0117869(공개일자 2015.10.21)에, '설탕 흑연미세분말, 설탕 그래핀 제조 방법'에 대한 기술이 개시된 바 있다.In connection with the present invention, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0117869 (published on Oct. 21, 2015) discloses a technique for producing a fine powder of sugar-graphite and a method for producing sugar graphene.

상기 공개특허는 기존 대비 성능이 우수한 섬유의 개발을 주 목적으로 하는 발명으로서, 이당류인 설탕을 이용하여 유사 그래핀 옥사이트 자성체를 제조하고 이를 지하수 처리 공정에 적용하고자 하는 본 발명과는 목적 및 기술 구성에 있어 상이한 발명이다.The present invention is directed to the development of a fiber having excellent performance as compared with the prior art, and it is an object of the present invention to produce a magnetic graphene oxite magnetic substance using disaccharide sugar, It is a different invention in its constitution.

또한 본 발명은 화학물질을 요구하지 않는 오존 산화를 사용하여 자연 방사성 물질인 우라늄을 흡착 제거한 후, 재이용을 위한 분리가 가능하다.Further, the present invention can remove uranium, which is a natural radioactive material, by using ozone oxidation which does not require a chemical substance, and then can be separated for reuse.

논문 'Graphene from Sugar and its Application in Water Purification, ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 4156-4163'에는 주요물질로서 설탕 그래핀에 코팅된 모래에 대해 개시하고 있으며, 수중 제거 대상 물질은 살충제인 유기물질이다.Paper 'Graphene from Sugar and its Application in Water Purification, ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 4156-4163 discloses sand coated with sugar graphene as the main material, and the material to be removed from water is an organic material which is an insecticide.

본 발명에서, 이당류인 설탕을 이용한 유사 그래핀 옥사이드 자성체의 입자는 나노 사이즈로 높은 비표면적과 처리 효율을 가지며, 오존산화를 통해 산소관능기를 형성하여 우라늄과 같은 수중 자연 방사성 물질 등을 흡착제거할 수 있다. 또한 자성체와 합성하여 자성분리가 가능하기 때문에 나노 물질의 적용 제한성을 극복할 수 있다.In the present invention, the particles of the magnetic grains of the similar graphene oxide using the disaccharide sugar are nano-sized, have a high specific surface area and a high treatment efficiency, and form an oxygen functional group through ozone oxidation to adsorb and remove natural radioactive materials such as uranium . In addition, since magnetic separation can be performed by synthesizing with a magnetic material, it is possible to overcome the limitation of application of nanomaterials.

이와 같이 본 발명은 상기 논문에 개시되어 있는 기술과는 목적 및 기술 구성에 있어 상이한 발명이다.As described above, the present invention is different from the technology disclosed in the above-mentioned papers for purposes and technical constructions.

대한민국 공개특허 10-2015-0117869(공개일자 2015.10.21)Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0117869 (Publication date October 21, 2015)

Graphene from Sugar and its Application in Water Purification, ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 4156-4163, Soujit Sen Gupta 외 4인Graphene from Sugar and its Application in Water Purification, ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 4156-4163, Soujit Sen Gupta and 4 others

본 발명은 지하수에 함유된 우라늄, 토륨과 같은 방사성물질을 흡착 제거하거나 또는 흡착 후 수중에서 자기 분리할 수 있는 유사 그래핀 산화물(oxide) 자성 흡착제의 제조방법을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.Disclosure of the Invention It is an object of the present invention to provide a method for producing a magnetic graphene oxide magnetic adsorbent capable of adsorbing or removing radioactive substances such as uranium and thorium contained in ground water or self-separating in water after adsorption .

상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,

본 발명은 질소 분위기하의 전기로에서 이당류인 설탕을 상온에서 200℃까지 1시간 동안 서서히 승온 가열하고, In the present invention, the disaccharide sugar is gradually heated from room temperature to 200 ° C for 1 hour in an electric furnace under a nitrogen atmosphere,

200℃에서 1시간 동안 유지하고,Maintained at 200 < 0 > C for 1 hour,

200℃에서 750℃까지 1시간 동안 급격히 승온 가열하고,Heated rapidly from 200 ° C to 750 ° C for 1 hour,

750℃에서 3시간 동안 유지하여 열분해를 통해 그래핀과 유사한 유사 그래핀을 제조하는 단계(S10);Maintaining at 750 DEG C for 3 hours to produce a graphene-like graphene through pyrolysis (S10);

상기 유사 그래핀을 증류수에 분산시킨 후, 오존발생장치로 상기 유사 그래핀을 25~35분 동안 오존산화하여 유사 그래핀 산화물을 제조하는 단계(S20);Dispersing the simulated graphene in distilled water, and then ozone-oxidizing the simulated graphene for 25 to 35 minutes with an ozone generator (S20);

자성 분리를 위해, 질소 분위기에서 상기 유사 그래핀 산화물을 분산시킨 증류수에 강자성체인 Fe2+, Fe3+ 를 넣고 암모니아 용액으로 pH를 10으로 조절 후 75~85℃에서 교반하여 유사 그래핀 산화물 자성체를 제조하는 단계(S30);를 포함하여 이루어지는 유사 그래핀 산화물 자성 흡착제의 제조방법을 제공한다.For magnetic separation, ferromagnetic Fe 2+ and Fe 3+ were added to distilled water in which the similar graphene oxide was dispersed in a nitrogen atmosphere, and the pH was adjusted to 10 with an ammonia solution, followed by stirring at 75 to 85 ° C to obtain a similar graphene oxide magnetic substance (S30) of preparing a similar graphene oxide magnetic adsorbent.

본 발명에 따른 유사 그래핀 옥사이드 자성 흡착제의 제조방법은 다음의 효과를 갖는다.The method for producing a similar graphene oxide magnetic adsorbent according to the present invention has the following effects.

첫째. 기존 흑연과 다수의 화학약품을 이용하여 제조하는 전통적인 Hummers method 와 달리 이당류인 설탕의 열분해와 오존산화를 통한 단순하고 약품이 사용되지 않는 경제적이고 친환경적인 과정으로 유사 그래핀 산화물을 제조하고 자성체를 복합하여 분리 제한성을 극복하여 다양한 수처리에 적용할 수 있는 장점이 있다.first. Unlike the traditional Hummers method, which is manufactured using existing graphite and many chemicals, it is a simple, chemical-free, economical and environmentally friendly process through the pyrolysis of disaccharide sugar and ozone oxidation. It produces similar graphene oxide, And thus can be applied to various water treatments.

둘째. 유사 그래핀을 제조하기 위해 이당류의 대표적인 물질로 시중에 일반적으로 유통되는 설탕을 사용하며, 채굴을 통해 얻어지는 흑연을 Hummer's method를 사용하여 제조하는 것에 비해 식물체에서 얻어지는 설탕을 사용하여 친환경적인 재료를 사용한다는 장점이 있다.second. In order to produce similar graphene, sugar is used as a representative material of disaccharides, and compared with the case of using graphite obtained through mining by Hummer's method, eco-friendly materials are used by using sugar obtained from plants .

셋째. 750℃, 질소 분위기에서 열분해를 통해 나노 크기의 비표면적이 큰 유사 그래핀을 제조한 후, 산소를 공급원으로 오존을 발생시키는 코로나방전 방식으로 유사 그래핀을 오존산화하여 표면에 음이온 산소관능기를 형성시켜 유사 그래핀 산화물을 제조하는 방법을 제공함으로써, 기존 Hummer's method 에 비해 단순하고 산화과정에서 화학약품이 요구되지 않으며, 경제적친환경적으로 대규모 제조에 적합한 방법을 제공하는 장점을 갖는다.third. Ozone is oxidized by ozone oxidation by a corona discharge method that generates ozone by supplying oxygen as a source of oxygen, and then an anionic oxygen functional group is formed on the surface by pyrolysis at 750 ° C. in a nitrogen atmosphere to produce a similar graphene having a large nano- Like graphene oxide, it is advantageous in that it is simpler than the conventional Hummer's method and does not require a chemical agent in the oxidation process, and provides a method suitable for large scale production economically and environmentally friendly.

넷째. 유사 그래핀 산화물 분말을 강자성체인 Fe3O4와 함께 합성하여 수중의 오염물질을 빠르고 효과적으로 제거한 후, 자성분리를 통해 회수 및 재이용이 용이하도록 함으로써, 기존 그래핀 기반 흡착제를 수처리 공정에 적용하기 어렵다는 제한성을 극복할 수 있다.fourth. It is difficult to apply the existing graphene-based adsorbent to the water treatment process by rapidly and effectively removing contaminants in the water and then recovering and reusing it through magnetic separation by synthesizing a graphene oxide powder similar to Fe 3 O 4 , which is a ferromagnetic material, Limitations can be overcome.

도 1은 본 발명에 따른, 이당류인 설탕이 온도 조절 프로그램과 화학적 메커니즘을 거쳐 유사 그래핀으로 변환되는 과정을 화학적 구조와 함께 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른, 유사 그래핀을 오존발생장치를 이용하여 오존산화하여 유사 그래핀 산화물을 제조하는 과정과 유사 그래핀 산화물의 화학적 구조를 보인 도면.
도 3은 본 발명에 따른, 유사 그래핀 산화물을 Fe3+/Fe2+과 합성하여 유사 그래핀 산화물 자성체를 제조하는 과정과 그 결과물의 화학적 구조를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따라 유사 그래핀 산화물을 제조한 것과 흑연을 화학적 산화 후 박리하는 Hummer's method를 통해 그래핀 산화물을 제조하는 과정을 도식화하여 비교한 도면.
도 5는 본 발명에 따른, 유사 그래핀 산화물 자성체의 TEM 분석 결과(a)와, 유사 그래핀 산화물의 TEM diffraction 으로 링 패턴을 분석한 결과(b)를 보인 도면.
도 6은 본 발명에 따른, 유사 그래핀(Pseudo Graphene, PG), 유사 그래핀 산화물(Pseudo Graphene Oxide, PGO) 및 유사 그래핀 산화물 자성체(Magnetic Pseudo Graphene Oxide, MPGO)의 관능기 유무를 확인하기 위한 FT-IR 분석 결과 그래프.
도 7은 본 발명에 따른, 유사 그래핀 산화물과 유사 그래핀 산화물 자성체를XRD 을 통한 결정구조 분석 결과 그래프.
도 8은 본 발명에 따른, 유사 그래핀 산화물 자성체의 탄소의 형태를 나타내는 XPS 분석 결과 그래프.
도 9는 본 발명에 따른, 라만 분광법(Raman Spectroscopy)을 이용해 제조한 유사 그래핀 산화물과 유사 그래핀 산화물 자성체의 탄소의 특성을 분석한 그래프.
도 10은 본 발명에 따라 제조한 유사 그래핀 산화물과 유사 그래핀 산화물 자성체의 자성특성을 확인하기 위해 실시한 MPMS 의 분석결과 그래프.
도 11은 본 발명에 따라 제조한 유사 그래핀 산화물 자성체의 외부자력의 존재 유무에 따른 수중 분산 상태를 보인 도면(a, b)
도 12는 본 발명에 따른, 실제 음용수로 사용되는 지하수에 Uranyl Acetate(UO2(CH3COO)2)를 spiking 하여 인공 오염수를 제조한 후 이것을 대상으로 최적 조건(pH 4, 흡착제 사용량 1.2 g/L) 에서 유사 그래핀 산화물 자성체의 수중 U(VI) 흡착능 시험을 실시한 결과 그래프.(a, b)
도 13은 본 발명에 따른 유사 그래핀 산화물 자성체를 이용한 수중 U(VI) 물질의 흡착 제거를 위한 사용 예를 보인 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a chemical structure of a disaccharide sugar according to the present invention, which is converted into a similar graphene through a temperature control program and a chemical mechanism; FIG.
2 is a view showing a chemical structure of a similar graphene oxide and a process of producing a similar graphene oxide by oxidizing ozone by using an ozone generator using similar graphenes according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the process of producing a quasi-graphene oxide magnetic material by synthesizing a quasi-graphene oxide with Fe 3+ / Fe 2+ according to the present invention, and a chemical structure of the resultant product.
FIG. 4 is a graph comparing graphite oxide prepared by the Hummer's method, in which graphite is chemically oxidized and peeled, and graphite oxide is prepared according to the present invention.
FIG. 5 is a TEM analysis (a) of a similar graphene oxide magnetic material according to the present invention and FIG. 5 (b) showing a ring pattern analysis by TEM diffraction of a similar graphene oxide.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the functional groups of pseudo graphene (PG), pseudo graphene oxide (PGO) and similar pseudo graphene oxide (MPGO) FT-IR analysis result graph.
FIG. 7 is a graph showing the crystal structure analysis of XRD-like graphene oxide and similar graphene oxide magnetic material according to the present invention. FIG.
8 is a graph of an XPS analysis showing the morphology of carbon of a similar graphene oxide magnet according to the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the characteristics of carbon of similar graphene oxide and similar graphene oxide magnetic material manufactured by Raman spectroscopy according to the present invention. FIG.
FIG. 10 is a graph showing the analysis results of MPMS performed to confirm the magnetic properties of the similar graphene oxide and the graphene oxide magnetic material prepared according to the present invention. FIG.
FIG. 11 is a view (a, b) showing the dispersion state of the magnetic grains of similar graphene oxide prepared according to the present invention in the presence of external magnetic force,
12 is a graph showing an optimum condition (pH 4, amount of adsorbent used 1.2 g) of an artificial contaminated water by spiking Uranyl Acetate (UO 2 (CH 3 COO) 2 ) on groundwater used as actual drinking water according to the present invention. / L) graph (a, b) showing the adsorption capacity test of U (VI) in water for a similar graphene oxide magnetic substance.
13 is a view showing an example of use for adsorption removal of U (VI) material in water using a magnetic grains similar to the graphene oxide according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 이당류를 이용한 친환경 유사 그래핀 옥사이드 자성 흡착제의 제조방법에 대해 구체적으로 살펴보도록 한다.Hereinafter, a method for producing an environmentally similar graphene oxide magnetic adsorbent using the disaccharide according to the present invention will be described in detail.

앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 유사 그래핀 산화물 자성 흡착제의 제조방법은 질소 분위기하의 전기로에서 이당류인 설탕을 상온에서 200℃까지 1시간 동안 서서히 승온 가열하고, As described above, the method for producing the magnetic graphene oxide magnetic adsorbent according to the present invention is characterized in that in the electric furnace under nitrogen atmosphere, the disaccharide sugar is gradually heated from room temperature to 200 ° C for 1 hour,

200℃에서 1시간 동안 유지하고,Maintained at 200 < 0 > C for 1 hour,

200℃에서 750℃까지 1시간 동안 급격히 승온 가열하고,Heated rapidly from 200 ° C to 750 ° C for 1 hour,

750℃에서 3시간 동안 유지하여 열분해를 통해 그래핀과 유사한 유사 그래핀을 제조하는 단계(S10);Maintaining at 750 DEG C for 3 hours to produce a graphene-like graphene through pyrolysis (S10);

상기 유사 그래핀을 증류수에 분산시킨 후, 오존발생장치로 상기 유사 그래핀을 25~35분 동안 오존산화하여 유사 그래핀 산화물을 제조하는 단계(S20);Dispersing the simulated graphene in distilled water, and then ozone-oxidizing the simulated graphene for 25 to 35 minutes with an ozone generator (S20);

자성 분리를 위해, 질소 분위기에서 상기 유사 그래핀 산화물을 분산시킨 증류수에 강자성체인 Fe2+, Fe3+ 를 넣고 암모니아 용액으로 pH를 10으로 조절 후 75~85℃에서 교반하여 유사 그래핀 산화물 자성체를 제조하는 단계(S30);를 거쳐 이루어진다.For magnetic separation, ferromagnetic Fe 2+ and Fe 3+ were added to distilled water in which the similar graphene oxide was dispersed in a nitrogen atmosphere, and the pH was adjusted to 10 with an ammonia solution, followed by stirring at 75 to 85 ° C to obtain a similar graphene oxide magnetic substance (S30). ≪ / RTI >

< 유사 그래핀 제조단계(S10) >&Lt; Similar graphene fabrication step (S10) >

설탕이 녹아 카라멜화 되는 온도는 186℃이다. 상기 단계(S10)에서는 먼저 설탕을 상온에서 200℃까지 1시간 동안 서서히 승온 가열한다.The temperature at which sugar is melted and caramelized is 186 ° C. In step (S10), the sugar is gradually heated from room temperature to 200 deg. C for 1 hour.

그리고 200℃에서 1시간 동안 유지한다.And maintained at 200 ° C for 1 hour.

이때 온도를 상온에서 200℃까지 서서히 올린 후, 200℃에서 1시간 동안 유지하는 이유는 급격히 온도를 올릴 경우 설탕이 타버릴 위험이 있으며, 용기 밖으로 용해물이 끓어 넘치는 것을 방지하기 위함이다.At this time, the temperature is gradually increased from room temperature to 200 ° C and then maintained at 200 ° C for 1 hour, in order to prevent the sugar from being burned when the temperature is raised rapidly, and to prevent boiling of the melt outside the container.

다음으로, 200℃에서 750℃까지 1시간 동안 급격히 승온 가열하게 되는데, 이때 온도를 750℃까지 올리는 이유는 750℃ 부근에서 이당류가 유사 그래핀화 되며, 재료에서 결과물을 얻는 수율을 고려하였을 때 적절한 온도이기 때문이다.The reason for raising the temperature up to 750 ° C is that the disaccharide becomes similar graphene in the vicinity of 750 ° C and when considering the yield to obtain the resultant from the material, .

그리고 1시간 동안 200℃에서 750℃까지 온도를 급격히 상승시키는 이유는 이당류에서 순수한 탄소로 변환되고 변환된 탄소가 소수의 층으로 형성되는 그래핀화의 효율을 높이기 위함이다.The reason for rapidly raising the temperature from 200 ° C to 750 ° C for 1 hour is to increase the efficiency of graphenization, which converts the disaccharide into pure carbon and converts the carbon into a small number of layers.

이와 같은 열분해 과정을 끝낸 후에는 상온이 될 때까지 별다른 조치 없이 냉각되도록 방치한다.After completion of the pyrolysis process, allow to cool to room temperature without any action.

상온상태에서 수득한 결과물은 분쇄하여 분말형태로 만든다. The resultant product obtained at room temperature is pulverized into a powder form.

이때 얻어지는 것은 마이크로 또는 나노미터 크기의 작고 비표면적이 큰 탄소물질이며 그래핀과 그 특성이 비슷한 유사 그래핀이다.At this time, it is a similar graphene having a micro or nanometer size and a small specific surface area which is similar to graphene.

< 유사 그래핀 산화물 제조단계(S20) >&Lt; Similar graphene oxide production step (S20) >

상기 유사 그래핀 제조단계(S10)에서 제조된 유사 그래핀은, 주입되는 산소로 오존가스를 생성하는 오존발생장치에 의해 오존산화하여 유사 그래핀 산화물을 제조하게 된다.The similar graphene produced in the similar graphene producing step (S10) is oxidized by ozone by an ozone generating apparatus which generates ozone gas by the injected oxygen to produce a similar graphene oxide.

이때 오존산화처리는, 증류수 1L를 기준으로 2.0~3.0g의 유사그래핀을 증류수에 첨가하여 분산시킨 후, At this time, the ozone oxidation treatment is performed by adding similar graphene of 2.0 to 3.0 g based on 1 L of distilled water to distilled water and dispersing,

산소탱크로부터 3~7L/min으로 주입되는 산소(O2)로 오존(O3)을 생성하는 오존발생장치(Ozone Generator)로부터 오존(O3)을 흘려보내면서 이루어진다.As was flown ozone into oxygen (O 2) is injected into the 3 ~ 7L / min from the oxygen tank (O 3) of ozone from the ozone generator (Ozone Generator) for generating (O 3) is made.

더욱 구체적으로는 상기 유사그래핀을 분산시킨 증류수를 자석교반기(magnetic stirrer)로 교반하면서 오존(O3)을 8~12g/hr, 압력 1~2kg/㎠에서 흘려보내면서 오존산화처리한다.More specifically, ozone is oxidized while ozone (O 3 ) is supplied at a rate of 8 to 12 g / hr and a pressure of 1 to 2 kg / cm 2 while stirring the distilled water dispersed in the graphene with a magnetic stirrer.

이때 오존산화의 적정 시간은 오존산화 시간에 따른 흡착성능 평가를 통해 결정된다. At this time, the optimum time of ozone oxidation is determined by the adsorption performance evaluation according to the ozone oxidation time.

오존산화 30분 까지는 우라늄에 대한 흡착성능이 증가하고, 30분 이후부터는 흡착성능에 큰 차이를 보이지 않는다. 그리고 25분 미만은 산소관능기의 형성이 불충분 할 수 있고 30분을 초과 할 경우 비용적인 측면에서 적절하지 않다. The adsorption performance for uranium increased until 30 minutes of ozone oxidation and the adsorption performance did not show any significant difference after 30 minutes. If it is less than 25 minutes, formation of oxygen functional groups may be insufficient, and if it exceeds 30 minutes, it is not appropriate from a cost point of view.

따라서 적정 오존산화 시간은 25분~30분으로 하되, 더욱 바람직하게는 30분이다.Therefore, the proper ozone oxidation time is 25 minutes to 30 minutes, more preferably 30 minutes.

도 2는 이와 같은 오존산화처리과정에 대한 구체적인 예로 제시된 것이다.FIG. 2 is a specific example of the ozone oxidation process.

< 유사 그래핀 산화물 자성체 제조단계(S30) >&Lt; Similar graphene oxide magnetic material manufacturing step (S30) >

자성 분리를 위해, 먼저 질소 분위기에서 상기 유사 그래핀 산화물을 증류수에 분산시킨다.For magnetic separation, the similar graphene oxide is first dispersed in distilled water in a nitrogen atmosphere.

다음으로, 상기 유사 그래핀 산화물을 분산시킨 증류수에 강자성체인 Fe2+, Fe3+를 넣는다.Next, Fe 2+ and Fe 3+ , which are ferromagnetic materials, are added to distilled water in which the similar graphene oxide is dispersed.

다음으로, 암모니아 용액을 이용하여, Fe2+, Fe3+ 를 넣은 증류수의 pH를 10으 조절한 후, 75~85℃에서 교반하여 유사 그래핀 산화물 자성체를 제조한다.Next, the pH of the distilled water containing Fe 2+ and Fe 3+ is adjusted to 10 using an ammonia solution, and then the mixture is stirred at 75 to 85 ° C to produce a similar graphene oxide magnetic material.

상기 pH를 10으로 조절하는 pH 10 부근에서 부터 Fe2+ 와 Fe3+ 가 유사 그래핀 산화물 표면에 침전되기 때문이다.This is because Fe 2+ and Fe 3+ precipitate from the vicinity of pH 10, which controls the pH to 10, on the surface of the similar graphene oxide.

상기 교반온도가 75℃ 미만인 경우에는 Fe2+, Fe3+ 가 Fe3O4 으로 완전히 합성되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 85℃를 초과하게 되는 경우에는 비용적인 측면에서 적절하지 않다. 따라서 상기 교반온도는 75~85℃ 범위를 유지하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 80℃에서 교반하는 것이다.If the stirring temperature is lower than 75 캜, Fe 2+ and Fe 3+ may not be completely synthesized with Fe 3 O 4. If the stirring temperature exceeds 85 ° C, it is not preferable from a cost standpoint. Therefore, the stirring temperature is preferably maintained in the range of 75 to 85 ° C. More preferably at 80 占 폚.

이상의 기술 구성을 실시예를 통해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.The above-described technical construction will be described in more detail through examples.

일반적으로 유통되는 설탕 100g을 전기로에 넣고 아래에 제시된 순서(a~e)대로 가열되도록 온도 조절 프로그램에 입력한 다음, 상기 전기로 내부로 질소를 주입하여 질소 분위기를 조성한 후 열분해를 시작한다. In general, 100 g of sugar is put into an electric furnace and inputted into a temperature control program so as to be heated according to the following steps (a to e). Then, nitrogen is injected into the electric furnace to form a nitrogen atmosphere and then pyrolysis is started.

a) 상온에서 100℃까지 30분 동안 천천히 가열한다. a) Slowly heat from room temperature to 100 ° C for 30 minutes.

b) 100℃에서 200℃까지 30분 동안 천천히 가열한다. b) Heat slowly from 100 ° C to 200 ° C for 30 minutes.

c) 이당류의 녹는점이 186℃ 이므로 200℃에서 1시간 동안 유지한다. c) Since the melting point of the disaccharide is 186 ° C, it is kept at 200 ° C for 1 hour.

d) 200℃에서 750℃까지 1시간 동안 급격히 온도를 상승시킨다. d) The temperature is ramped up rapidly from 200 ° C to 750 ° C for 1 hour.

e) 750℃에서 3시간 동안 유지한다.e) Keep at 750 ° C for 3 hours.

상기 과정(a~e)을 거쳐 설탕이 유사 그래핀으로 변환된다. 도 1은 이당류인 설탕이 온도 조절 프로그램과 화학적 메커니즘을 거쳐 유사 그래핀으로 변환되는 과정을 화학적 구조와 함께 보여주고 있다.Through the above steps (a) to (e), the sugar is converted into the similar graphene. FIG. 1 shows a process of converting a disaccharide sugar into a similar graphene through a temperature control program and a chemical mechanism together with a chemical structure.

위의 과정(a~e)을 통해 얻은 유사 그래핀 5g을 2L 증류수에 넣는다. 오존발생장치에 산소 실린더를 연결하고 분당 5L가 오존발생장치로 공급되도록 유량을 조절한다. Add 5 g of the similar graphene obtained in the above process (a to e) into 2 L of distilled water. Connect the oxygen cylinder to the ozone generator and adjust the flow rate so that 5 liters per minute is supplied to the ozone generator.

이때 시간 당 약 10g의 오존이 발생하게 되며 배출되는 튜브 끝단에 오존가스가 수중에 유사 그래핀과 효과적으로 접촉할 수 있도록 디스크 디퓨저(가스 확산장치)를 설치하고 오존 가스가 유사 그래핀이 분산된 증류수 바닥에서 위쪽으로 확산 되도록 한다.(도 2)At this time, about 10 g of ozone is generated per hour, and a disk diffuser (gas diffusion device) is installed so that the ozone gas can effectively contact with the similar graphene in the water at the end of the tube to be discharged. So as to diffuse upward from the floor (Figure 2).

도 2는 오존발생장치에 의해 유사 그래핀을 유사 그래핀 산화물로 제조하는 과정을 보이고 있으며, 또한 상기 유사 그래핀 산화물의 화학적 구조를 나타내고 있다.FIG. 2 shows the process of making similar graphene as a similar graphene oxide by an ozone generator, and also shows the chemical structure of the similar graphene oxide.

오존발생장치를 가동시켜 30분 동안 오존산화를 실시한다. 이때 산화가 활발하게 이루어질 수 있도록 교반한다.Activate the ozone generator and perform ozone oxidation for 30 minutes. At this time, stirring is carried out so that oxidation can be actively performed.

상기 오존산화를 통해 유사 그래핀의 표면에 카르복실(-COOH), 카르보닐(-C=O) 및 하이드록실(-OH)와 같은 음이온의 산소 관능기가 형성되며 유사 그래핀 산화물로 변환된다. Ozone oxidation forms anionic functional groups of anions such as carboxyl (-COOH), carbonyl (-C═O), and hydroxyl (-OH) on the surface of the like graphene and is converted to a similar graphene oxide.

이와 같은 변환과정을 거쳐 수득한 유사 그래핀 산화물은 여과를 거쳐 105℃ 드라이오븐에서 건조시켜 보관한다.The similar graphene oxide obtained through such a conversion process is filtered and stored in a dry oven at 105 ° C for drying.

건조된 유사 그래핀 산화물 1g을 1L 증류수에 분산시킨다. Fe3+/Fe2+ 혼합용액을 Fe(NO3)3 ·9H2O 3g과 Fe(NO3)2 ·6H2O 1.105g(2:1 Molar ratio)을 50mL 증류수에 용해시켜 제조한다.1 g of dried similar graphene oxide is dispersed in 1 L of distilled water. Fe 3+ / Fe 2+ mixed solution is prepared by dissolving 3g of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O and 1.105g (2: 1 molar ratio) of Fe (NO 3 ) 2 · 6H 2 O in 50mL of distilled water.

상온, 질소분위기에서 Fe3+/Fe2+ 혼합용액을 유사 그래핀 산화물이 분산된 증류수에 교반하며 천천히 투입한다. 이후 1M NaOH 용액을 가하여 용액의 pH를 12로 조절한 후 80℃에서 1시간 동안 교반한다.The Fe3 + / Fe2 + mixed solution is slowly added to the distilled water with the similar graphene oxide dispersed therein at room temperature and under a nitrogen atmosphere. Thereafter, the pH of the solution is adjusted to 12 by addition of 1M NaOH solution, followed by stirring at 80 ° C for 1 hour.

도 3은 Fe3+/Fe2+ 혼합용액에 의해, 유사 그래핀 산화물을 유사 그래핀 산화물 자성체로 제조하는 과정과 그 결과물의 화학적 구조를 나타내고 있다.FIG. 3 shows the process of preparing a similar graphene oxide as a similar graphene oxide magnetic material by the Fe 3+ / Fe 2+ mixed solution and the chemical structure of the resultant process.

유사 그래핀 산화물은 Fe3+/Fe2+과 합성되어 유사 그래핀 산화물 자성체가 된다. 결과물을 상온이 될 때까지 냉각하고 필터링 후 수차례 증류수로 건조하여 불순물을 제거하고 65℃ 드라이오븐에서 건조한다.Similar graphene oxides are synthesized with Fe 3+ / Fe 2+ and become similar graphene oxide magnetic bodies. The resultant is cooled to room temperature, filtered and dried several times with distilled water to remove impurities and dried in a 65 ° C dry oven.

제조된 유사 그래핀 산화물 자성 흡착제는 다음과 같은 기술을 통해 그 특성을 분석하였다. The prepared graphene oxide magnetic adsorbent was characterized by the following technique.

FT-IR를 통해 관능기의 유무를 확인하고 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석을 통해 탄소와 산소의 결합형태를 분석한다. The presence of functional groups is confirmed by FT-IR, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis is used to analyze the bond type of carbon and oxygen.

또한 BET surface area 분석을 통해 비표면적을 측정하고 XRD(X-ray Diffraction) 분석을 통하여 결정 구조를 확인한다. sp2 혼성결합 정도를 확인하기 위해 Raman Spectroscopy 분석을 하였고 자성분리가 가능한지 확인을 위해 MPMS(Magnetic Property Measurement System) 를 이용하여 자성강도를 측정하였다.In addition, BET surface area analysis is performed to measure the specific surface area and X-ray diffraction (XRD) analysis is performed to confirm the crystal structure. To confirm the sp2 hybridization degree, Raman spectroscopy analysis was performed. Magnetic strength measurement was performed using MPMS (Magnetic Property Measurement System) to check whether magnetic separation was possible.

제조된 유사 그래핀 산화물 자성 흡착제의 방사성물질에 대한 흡착능을 평가하기 위하여 회분식 실험을 실시하였다. U(VI)에 대한 흡착 실험을 위해 Uranyl Acetate(UO2(CH3COO)2) 를 오염되지 않은 실제 지하수에 spiking 하여 초기 농도가 조절된 인공오염수를 제조하였다.Batch experiments were carried out to evaluate the adsorption capacity of the prepared graphene oxide magnetic adsorbents on radioactive materials. Uranyl Acetate (UO 2 (CH 3 COO) 2 ) was spiked into uncontaminated groundwater for adsorption experiments on U (VI) to prepare artificially contaminated water.

이 용액 50mL 을 폴리프로필렌 튜브에 유사 그래핀 산화물 자성체를 0.06g (1.2g/L) 와 함께 넣고 pH 를 4로 조절한 뒤 일정시간 흡착 후 여액의 농도를 ICP-OES 로 측정하여 흡착 이전 초기농도와 비교하였다.50 mL of this solution was put into a polypropylene tube with 0.06 g (1.2 g / L) of a similar graphene oxide magnetic substance, and the pH was adjusted to 4. After the adsorption for a certain period of time, the concentration of the filtrate was measured by ICP-OES, .

상기 실시예의 결과들을 하기에 설명한다.The results of the above embodiment will be described below.

MaterialsMaterials BET surface area(㎡/g)BET surface area (m 2 / g) 유사 그래핀 Similar graphene 674674 유사 그래핀 산화물 Similar graphene oxide 655655 유사 그래핀 산화물 자성체 Similar graphene oxide magnetic material 422422

상기 표 1은 본 발명을 통해 제조한 결과물의 BET 비표면적 분석결과이다. Hummer's method 기반 그래핀 물질을 연구한 여러 문헌과 비교한 결과 근접한 수치로 확인되었다. Table 1 above shows the results of BET specific surface area analysis of the products prepared through the present invention. Hummer's method-based graphene material was compared with several other studies.

강자성체와 합성 후 비표면적이 줄어든 것으로 나타났는데 이것은 철성분이 유사 그래핀 표면에 코팅되면서 일부 공극을 막은 것으로 판단된다.And the specific surface area after the synthesis with the ferromagnet was decreased. It is considered that the iron component is coated on the surface of the similar graphene to block some pores.

아래 표 2는 유사 그래핀 산화물 자성체의 U(VI) 흡착 제거능을 시험하기 위해 사용된 음용 지하수의 주요 성상 분석 결과이다.Table 2 below shows the results of the analysis of the main characteristics of the drinking groundwater used to test the U (VI) adsorption removal ability of the similar graphene oxide magnetic body.

pHpH ORP
(mV)
ORP
(mV)
DO
(ppm)
DO
(ppm)
EC
(ms/cm)
EC
(ms / cm)
U(VI)
(mg/L)
U (VI)
(mg / L)
Ca2+
(mg/L)
Ca 2+
(mg / L)
Na2+
(mg/L)
Na 2+
(mg / L)
6.586.58 161.3161.3 5.985.98 0.7010.701 NDND 28.9628.96 13.3113.31 K2+
(mg/L)
K 2+
(mg / L)
Mg2+
(mg/L)
Mg 2+
(mg / L)
Cl-
(mg/L)
Cl -
(mg / L)
NO3-
(mg/L)
NO 3-
(mg / L)
SO4 2-
(mg/L)
SO 4 2-
(mg / L)
F-
(mg/L)
F -
(mg / L)
1.7161.716 3.623.62 29.2929.29 36.0536.05 26.1326.13 NDND

도 4는 본 발명에 따른 유사 그래핀 산화물 제조과정과, 흑연을 화학적 산화 후 박리하는 Hummer's method를 통해 그래핀 산화물을 제조하는 과정을 도식화하여 비교한 것이다.FIG. 4 is a graph illustrating the process of preparing graphene oxide according to the present invention and the process of producing graphene oxide through a Hummer's method of peeling off graphite after chemical oxidation.

도 4를 통해, 본 발명에 따른 이당류를 열분해 후 오존산화를 통해 산화하는 방법이, 기존 강한 산화제를 사용하여 박리하는 방법에 비해 과정이 단순하고 경제적, 친환경적인 제조 방법인 것을 알 수 있다.4, it can be seen that the method of oxidizing the disaccharide according to the present invention through pyrolysis and oxidation by ozone is a simpler, more economical and eco-friendly method than the method of peeling using the existing strong oxidizing agent.

도 5의 (a)는 본 발명에 따라 제조된 유사 그래핀 산화물 자성체의 TEM 분석 결과이다. 유사 그래핀 산화물 자성체는 약 200 nm 크기의 유사 그래핀 산화물이 10nm 이하의 Fe3O4에 의해 둘러싸여진 형태를 띄고 있는 것으로 나타났다.FIG. 5 (a) is a TEM analysis result of a similar graphene oxide magnetic material manufactured according to the present invention. Similar graphene oxide magnetic bodies were found to have a similar graphene oxide size of about 200 nm surrounded by Fe 3 O 4 of less than 10 nm.

도 5의 (b)는 본 발명에 따른 유사 그래핀 산화물의 TEM diffraction으로 링 패턴을 분석한 것이다. 다수의 점이 원을 형성하는 것으로 나타났다. FIG. 5 (b) shows a ring pattern analysis by TEM diffraction of a similar graphene oxide according to the present invention. Many points appeared to form a circle.

이러한 현상은 많은 층으로 이루어진 흑연(Graphite)이 Hummer's Method 를 거쳐 박리 되어 여러 개의 층으로 이루어진 그래핀 옥사이드, 즉 Multi layer graphene oxide를 형성할 때 관찰되는 링 패턴이다. This phenomenon is a ring pattern observed when many layers of graphite are peeled off through Hummer's Method to form multiple layers of graphene oxide, ie, a multi-layer graphene oxide.

따라서 열분해를 통해 그래핀화된 설탕은 화학적인 방법으로 제조한 그래핀과 유사한 층 구조를 갖는 것으로 확인되었다.Therefore, it has been confirmed that the graphenized sugar through pyrolysis has a layer structure similar to that of graphene produced by a chemical method.

도 6은 본 발명에 따른 유사 그래핀(Pseudo Graphene, PG), 유사 그래핀 산화물(Pseudo Graphene Oxide, PGO) 및 유사 그래핀 산화물 자성체(Magnetic Pseudo Graphene Oxide, MPGO)의 관능기 유무를 확인하기 위한 FT-IR 분석 결과이다. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the number of functional groups of Pseudo Graphene (PG), Pseudo Graphene Oxide (PGO) and the like of Magnetic Pseudo Graphene Oxide (MPGO) -IR analysis results.

이당류에서 열분해를 통해 변환된 유사 그래핀은 산소관능기가 없는 순수한 탄소의 물질로 변환된 것이 확인 되었고, 유사 그래핀 산화물은 표면에 산소를 포함한 관능기가 형성된 것이 확인되었다. 또한 이는 분석결과와 같이 강자성체와 합성되어도 유실되지 않은 것으로 확인되었다.It was confirmed that the similar graphene converted by thermal decomposition in the disaccharide was converted into a pure carbon material free of oxygen functional groups and that the similar graphene oxide formed a functional group containing oxygen on the surface. It was also confirmed that this was not lost even when synthesized with the ferromagnetic material as in the analysis results.

도 7은 본 발명에 따른 유사 그래핀 산화물과 유사 그래핀 산화물 자성체를XRD를 통해 확인된 결정구조의 분석 결과이다. 유사 그래핀 산화물(Pseudo Graphene Oxide, PGO)의 경우 2-Theta 24.7°, 43.1°, 부근에서 폭이 넓은 비정질의 물질에서 확인되는 피크를 보였다. FIG. 7 shows the results of analysis of crystal structure confirmed by XRD of the similar graphene oxide and the graphene oxide magnetic material according to the present invention. Pseudo-Graphene Oxide (PGO) showed peaks at broad amorphous materials near 2-Theta 24.7 ° and 43.1 °.

이는 Hummer's method로 제조한 환원된 그래핀 옥사이드(Reduced Graphene Oxide)의 XRD 분석시 흔히 나타나는 현상으로 두 물질이 유사한 결종구조를 갖는 것을 의미한다. This is a common phenomenon in XRD analysis of reduced graphene oxide prepared by Hummer's method, which means that both materials have a similar structure.

유사 그래핀 산화물 자성체(Magnetic Pseudo Graphene Oxide, MPGO)는 XRD 분석 후 JCPDS 카드와 비교한 결과 Fe3O4와의 합성으로 인해 Fe3O4의 결정구조 패턴을 가진 것으로 확인되었다.Similar graphene oxide magnetic body (Magnetic Pseudo Graphene Oxide, MPGO) was confirmed as having a crystal structure pattern of the Fe 3 O 4 because of the resulting composite with the Fe 3 O 4 as compared to JCPDS card after XRD analysis.

도 8은 제조한 유사 그래핀 산화물 자성체의 탄소의 형태를 나타내는 XPS 분석 결과이다. FIG. 8 shows the results of XPS analysis showing the carbon type of the produced magnetic grains of the similar graphene oxide.

분석 결과 284.47eV 부근에서 C-C 혹은 C=C 을 나타내는 피크가 형성되었으며 C-O, C=O, O-C=O 를 의미하는 피크가 285.94 eV, 288.06 eV, 289.15 eV 부근에서 각각 관찰되었고 이는 설탕에서 비롯된 유사 그래핀의 탄소가 오존산화를 통해 산화되어 산소와 결합하고 있는 것을 의미한다.As a result, a peak indicating CC or C = C was formed near 284.47 eV, and peaks indicating CO, C═O and OC = O were observed at 285.94 eV, 288.06 eV and 289.15 eV, respectively, Means that the carbon of the pin is oxidized through ozone oxidation and bonded to oxygen.

또한 이러한 피크들은 Hummer's method에서 산화된 그래핀 물질에서 나타나는 현상과 유사하다. 따라서 본 발명에서 제시한 과정을 통해 제조되는 유사 그래핀 산화물 자성 흡착제는 Hummer's method 로 제조되는 그래핀 산화물과 아주 흡사한 산화 형태를 가지고 있는 것으로 확인된다.These peaks are also similar to those observed in oxidized graphene materials in the Hummer's method. Therefore, it is confirmed that the similar graphene oxide magnetic adsorbent produced through the process of the present invention has an oxidation form very similar to that of graphene oxide produced by Hummer's method.

도 9는 Raman Spectroscopy(라만 분광법)을 이용해 제조한 유사 그래핀 산화물과 본 발명에 따른 유사 그래핀 산화물 자성체의 탄소 특성을 분석한 것이다. FIG. 9 is an analysis of the carbon characteristics of a similar graphene oxide produced by Raman spectroscopy (Raman spectroscopy) and a similar graphene oxide magnetic material according to the present invention.

분석 결과 탄소의 PGO, MPGO 모두 sp2 결합을 의미하는 G band와 산화로 인한 sp2 결합의 결함을 의미하는 D band, 그리고 이차원 평면 구조를 의미하는 2D band 가 1398cm-1 과 1356cm-1 에서 그리고 2550 cm-1 ~ 2700cm-1 부근에서 각각 관찰되었다. As a result of analysis, it was found that G band, which means sp2 bond, D band, which means sp2 bond defect due to oxidation, and 2D band, which means two dimensional planar structure, are at 1398 cm -1 and 1356 cm -1 and 2550 cm -1 to 2700 cm -1 , respectively.

이는 Hummer's method 를 통한 그래핀 산화물 혹은 환원된 그래핀 산화물에서 전형적으로 관찰되는 피크들이며 이 결과는 본 발명에 따라 제조된 물질이 Hummer's method를 통해 제조되는 것과 아주 유사한 특성을 가지고 있다는 증거 중 하나이다.This is typically observed peaks in graphene oxide or reduced graphene oxide via the Hummer's method and this is one of the evidences that the material produced according to the present invention has properties very similar to those produced by the Hummer's method.

도 10은 본 발명에 따른 유사 그래핀 산화물과 유사 그래핀 산화물 자성체의 자성특성을 확인하기 위해 실시한 MPMS의 분석결과이다. 10 shows the results of the MPMS analysis conducted to confirm the magnetic properties of the similar graphene oxide and the graphene oxide magnetic material according to the present invention.

도 9의 (a)와 같이 유사 그래핀 산화물 자성체는 상온 조건에서 최고 41.41 emu/g의 자성강도를 나타내어 전자석 등을 이용한 자성분리를 통해 충분히 분리 가능한 것으로 확인되었다. As shown in FIG. 9 (a), the similar graphene oxide magnetic material exhibited a magnetic strength of up to 41.41 emu / g at room temperature, and was confirmed to be sufficiently separable by magnetic separation using an electromagnet or the like.

또한 도 9의 (b)와 같이 5K 부터 300K 까지의 Zero Filed Cooing(ZFC) / Field Cooling(FC) 곡선을 볼 때 유사 그래핀 산화물 자성체는 Fe3O4와 같이 상온 조건에서 초상자성을 나타내는 것으로 나타났다.Also, as shown in FIG. 9 (b), when the ZFC (Field Coefficient Coefficient) / FC curve of 5K to 300K is observed, similar graphene oxide magnetic materials show superparamagnetism at room temperature conditions such as Fe 3 O 4 appear.

도 11은 본 발명에 따른 유사 그래핀 산화물 자성체의 외부자력의 존재 유무에 따른 수중 분산 상태를 나타내고 있다. 자성분리를 통해 수중에서 회수가 가능함을 보여주고 있다.FIG. 11 shows the dispersion state of the magnetic grains of the similar graphene oxide according to the present invention in water under the presence or absence of external magnetic force. And it is possible to recover in water by magnetic separation.

도 12는 실제 음용수로 사용되는 지하수에 Uranyl Acetate(UO2(CH3COO)2)를 spiking 하여 인공 오염수를 제조한 후 이것을 대상으로 최적 조건(pH 4, 흡착제 사용량 1.2 g/L) 에서 유사 그래핀 산화물 자성체의 수중 U(VI) 흡착능 시험을 실시한 결과이다. Fig. 12 shows the results of simulated artificial polluted water by spiking Uranyl Acetate (UO 2 (CH 3 COO) 2 ) on the groundwater used as actual drinking water. (VI) adsorption capacity test of graphene oxide magnetic substance.

실제 자연 방사성 물질로써 존재하는 U(VI) 의 국내 보고된 최대 농도와 근접한 2 mg/L를 초기 농도로 실험한 결과 3시간 이후 평행을 이루는 결과를 보였고 96%의 높은 흡착률을 보였다. The initial concentration of 2 mg / L, which is close to the reported maximum concentration of U (VI) present as a natural radioactive substance, was paralleled after 3 hours and showed a high adsorption rate of 96%.

또한 2~50 mg/L를 초기 농도로 한 흡착 등온 실험 결과 최대 흡착용량은 31.74 mg/g 을 보였다.In addition, the adsorption isotherm at the initial concentration of 2 ~ 50 mg / L showed the maximum adsorption capacity of 31.74 mg / g.

따라서 인공적으로 방사성 물질로 오염된 지하수를 대상으로 시험한 결과 유사 그래핀 산화물 자성체는 실제 현장 지하수에도 적용 가능한 것으로 확인된다.Therefore, as a result of testing groundwater contaminated with radioactive materials artificially, similar graphene oxide magnetic bodies can be applied to actual field groundwater.

도 13은 본 발명에 따른 유사 그래핀 산화물 자성체를 이용한 수중 U(VI) 물질의 흡착 제거를 위한 사용의 예시이다.Figure 13 is an illustration of use for adsorption removal of U (VI) material in water using a similiar graphene oxide magnetic material in accordance with the present invention.

본 발명에 따라 제조된 유사 그래핀 옥사이드 자성 흡착제는 기존 흑연과 다수의 화학약품을 이용하여 제조하는 통적인 Hummer‘s method 와 달리 이당류인 설탕의 열분해와 오존산화를 통한 단순하고 약품이 사용되지 않는 경제적이고 친환경적인 과정으로 유사 그래핀 산화물을 제조하고 자성체를 복합하여 분리 제한성을 극복하여 다양한 수처리에 적용할 수 있는 장점이 있어 산업상 이용가능성이 크다.The similar graphene oxide magnetic adsorbent prepared according to the present invention is different from the conventional Hummer's method, which is produced by using existing graphite and a number of chemicals, in which the pyrolysis of disaccharide sugar and the simple, It is an economical and environmentally friendly process and it has the advantage of being able to apply similar graphene oxide to a variety of water treatments by overcoming the limitation of separation by combining magnetic materials and thus being industrially applicable.

Claims (3)

질소 분위기의 전기로에서 이당류인 설탕을 상온에서 200℃까지 1시간 동안 서서히 승온 가열하고,
200℃에서 1시간 동안 유지하고,
200℃에서 750℃까지 1시간 동안 급격히 승온 가열하고,
750℃에서 3시간 동안 유지하여 열분해를 통해 그래핀과 유사한 유사 그래핀을 제조하는 단계(S10);

상기 유사 그래핀을 증류수에 분산시킨 후, 오존발생장치로 상기 유사 그래핀을 25~30분 동안 오존산화하여 유사 그래핀 산화물을 제조하는 단계(S20);

자성 분리를 위해, 질소 분위기에서 상기 유사 그래핀 산화물을 분산시킨 증류수에 강자성체인 Fe2+/Fe3+ 혼합용액을 넣고, 암모니아 용액으로 pH를 10~12로 조절 후 75~85℃에서 교반하여 유사 그래핀 산화물 자성체를 제조하는 단계(S30);를 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 유사 그래핀 산화물 자성 흡착제의 제조방법.
In an electric furnace in a nitrogen atmosphere, disaccharide sugar was gradually heated from room temperature to 200 ° C for 1 hour,
Maintained at 200 &lt; 0 &gt; C for 1 hour,
Heated rapidly from 200 ° C to 750 ° C for 1 hour,
Maintaining at 750 DEG C for 3 hours to produce a graphene-like graphene through pyrolysis (S10);

Dispersing the simulated graphene in distilled water, and then ozone-oxidizing the simmered graphene to an ozone generator for 25 to 30 minutes to produce a similar graphene oxide (S20);

For the magnetic separation, a ferromagnetic Fe 2+ / Fe 3+ mixed solution was added to distilled water in which the similar graphene oxide was dispersed in a nitrogen atmosphere, the pH was adjusted to 10-12 with an ammonia solution, and the mixture was stirred at 75-85 ° C And a step (S30) of producing a graphene oxide magnetic substance similar to that of the graphene oxide magnetic adsorbent.
청구항 1에 있어서,
오존산화는 증류수 1L를 기준으로 2.0~3.0g의 유사그래핀을 증류수에 첨가하여 분산시킨 후,
산소탱크로부터 3~7L/min으로 주입되는 산소(O2)로 오존(O3)을 생성하는 오존발생장치(Ozone Generator)로부터 오존(O3)을 흘려보내되,
상기 유사그래핀을 분산시킨 증류수를 자석교반기(magnetic stirrer)로 교반하면서 오존(O3)을 8~12g/hr, 압력 1~2kg/㎠에서 흘려보내면서 25분~30분간 오존산화처리하는 것임을 특징으로 하는 유사 그래핀 산화물 자성 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
Ozone oxidation was performed by adding similar graphene of 2.0 to 3.0 g based on 1 L of distilled water to distilled water,
Ozone (O 3 ) is flowed from an ozone generator (Ozone Generator) which generates ozone (O 3 ) from oxygen (O 2 ) injected at 3 to 7 L / min from an oxygen tank,
The ozone (O 3 ) was subjected to ozone oxidation treatment for 25 minutes to 30 minutes while flowing ozone (O 3 ) at a rate of 8 to 12 g / hr and a pressure of 1 to 2 kg / cm 2 while stirring the distilled water with the similar graphene dispersed therein with a magnetic stirrer &Lt; / RTI &gt; characterized in that the graphene oxide magnetic adsorbent is a graphen oxide.
청구항 1에 있어서,
Fe2+/Fe3+ 혼합용액은 Fe(NO3)3·9H2O 3g과 Fe(NO3)2·6H2O 1.105(2:1 Molar ratio) 을 50mL 증류수에 용해시켜 제조된 것임을 특징으로 하는 유사 그래핀 산화물 자성 흡착제의 제조방법.



The method according to claim 1,
The Fe 2+ / Fe 3+ mixed solution was prepared by dissolving Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O 3g and Fe (NO 3 ) 2 · 6H 2 O 1.105 (2: 1 molar ratio) in 50 mL distilled water Of the graphene oxide magnetic adsorbent.



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