KR20210094443A - Hollow carbon black assembly having micro-porosity and manufacturing method thereof - Google Patents

Hollow carbon black assembly having micro-porosity and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20210094443A
KR20210094443A KR1020200089707A KR20200089707A KR20210094443A KR 20210094443 A KR20210094443 A KR 20210094443A KR 1020200089707 A KR1020200089707 A KR 1020200089707A KR 20200089707 A KR20200089707 A KR 20200089707A KR 20210094443 A KR20210094443 A KR 20210094443A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon black
furnace carbon
assembly
phase oxidation
oxidation reaction
Prior art date
Application number
KR1020200089707A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102372490B1 (en
Inventor
노재승
이상민
강동수
이재호
이상혜
김우석
Original Assignee
금오공과대학교 산학협력단
주식회사 카보랩
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 금오공과대학교 산학협력단, 주식회사 카보랩 filed Critical 금오공과대학교 산학협력단
Publication of KR20210094443A publication Critical patent/KR20210094443A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102372490B1 publication Critical patent/KR102372490B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44Carbon
    • C09C1/48Carbon black
    • C09C1/50Furnace black ; Preparation thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44Carbon
    • C09C1/48Carbon black
    • C09C1/487Separation; Recovery
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44Carbon
    • C09C1/48Carbon black
    • C09C1/56Treatment of carbon black ; Purification
    • C09C1/565Treatment of carbon black ; Purification comprising an oxidative treatment with oxygen, ozone or oxygenated compounds, e.g. when such treatment occurs in a region of the furnace next to the carbon black generating reaction zone

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Abstract

The present invention relates to a hollow furnace carbon black assembly having micropores and a method for manufacturing the same, wherein the hollow furnace carbon black assembly can be used as a support that can be filled with other materials inside, and can be applied as a material in various fields such as an electrocatalyst support for a secondary battery or a fuel cell, a carbon support, a negative electrode material, and a positive electrode material.

Description

마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리 및 이의 제조방법{Hollow carbon black assembly having micro-porosity and manufacturing method thereof}Micro-porous hollow furnace carbon black assembly and manufacturing method thereof

본 발명은 마이크로 다공극을 가지는 할로우 카본블랙(hollow carbon black) 의 결합체를 포함하는 어셈블리 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 내부에 다른 물질을 채워 넣을 수 있는 담지체로서 활용 가능하고, 2차 전지 또는 연료전지용 전기촉매 담지체, 카본 지지체, 음극재, 양극재, 캐패시터 전극활물질 등 다양한 분야의 소재로 응용 가능한 발명이다. The present invention relates to an assembly including a combination of hollow carbon black having micropores and a method for manufacturing the same, which can be utilized as a carrier capable of filling other materials therein, and a secondary battery Alternatively, the invention can be applied as a material in various fields such as an electrocatalyst carrier for a fuel cell, a carbon support, a negative electrode material, a positive electrode material, and a capacitor electrode active material.

카본 블랙(carbon black)은 흑색 안료로서, 그리고 강화제 및 충전제 등으로서 널리 사용된다. 카본 블랙은 상이한 방법들에 의해 상이한 성질을 갖는 상태로 제조된다. 가장 흔한 방법은 탄소 함유 카본 블랙 원료의 산화적 열분해에 의한 제조 방법이다. 이 경우에, 카본 블랙 원료를 고온에서 산소의 존재 하에서 불완전하게 연소시킨다. 이러한 부류의 카본 블랙 제조 방법의 예로는, 퍼니스 카본블랙(furnace black) 방법, 가스(gas) 블랙 방법 및 램프(lamp) 블랙 방법을 들 수 있다. 그 밖의 방법의 예로서는, 아세틸렌 방법, 열(thermal) 블랙 방법 및 플라즈마 방법을 들 수 있다.Carbon black is widely used as a black pigment, as a reinforcing agent, as a filler, and the like. Carbon black is produced with different properties by different methods. The most common method is the production method by oxidative pyrolysis of carbon-containing carbon black raw materials. In this case, the carbon black raw material is burned incompletely in the presence of oxygen at a high temperature. Examples of this class of carbon black production method include a furnace black method, a gas black method and a lamp black method. Examples of other methods include an acetylene method, a thermal black method, and a plasma method.

그리고, 카본블랙은 높은 전도성을 가지는 특성상, 망간전지, 리튬전지, 이차전지 등의 도전재로 사용되고 있으며, 카본블랙의 응집체내에 미세공이 많을수록 용량이 크다고 알려져 대형전지를 목표로 한 연구가 수행되고 있고, 연료전지에서는 촉매층의 촉매 담체로 사용되며 값비싼 백금촉매의 첨가량을 줄이고 활성면적을 높이기 위해 카본블랙의 비표면적 제어를 위한 연구가 수행되고 있다. 일례로, 카본블랙의 표면을 화학 활성화 처리를 실시하여 기공을 형성시키거나, 카본블랙간의 혼화된 2차 구조 도입에 의해 도전성을 유지하여 에너지 저장량을 증가시키는 등의 다양한 시도가 있다.In addition, carbon black is used as a conductive material for manganese batteries, lithium batteries, secondary batteries, etc., due to the characteristic of having high conductivity, and it is known that the more micropores there are in the aggregate of carbon black, the greater the capacity is. In fuel cells, it is used as a catalyst carrier for the catalyst layer, and studies are being conducted to control the specific surface area of carbon black to reduce the amount of expensive platinum catalyst added and increase the active area. For example, various attempts have been made to form pores by chemically activating the surface of carbon black, or to increase energy storage by maintaining conductivity by introducing a mixed secondary structure between carbon blacks.

한국 공개특허번호 10-2014-0087393호 (공개일 2014.07.09)Korean Patent Publication No. 10-2014-0087393 (published on July 9, 2014)

본 발명자들은 카본블랙의 비표면적 제어를 위한 연구를 거듭 수행한 결과, 카본블랙 중 퍼니스 카본블랙의 마이크로 포어 볼륨을 현저하게 증가시키고 비표면적을 증가시킨 속이 빈 카본블랙을 제조할 수 있음을 알게 되었고, 또한, 특정 제조 공정에서는 상기 속이 빈 카본블랙이 다수 개가 결합 및 일체화되면서 결합된 카본블랙 내부의 빈 공간, 즉 내부 기공이 연결되면서 터널이 형성됨을 알게 되어 상기 본 발명을 완성하기에 이르렀다. As a result of repeated research for controlling the specific surface area of carbon black, the present inventors found that hollow carbon black having a significantly increased micropore volume and increased specific surface area of the furnace carbon black among carbon blacks could be manufactured. , In addition, in a specific manufacturing process, it was found that a tunnel is formed while a plurality of hollow carbon blacks are combined and integrated, that is, an empty space inside the bonded carbon black, that is, internal pores are connected, thereby completing the present invention.

이와 같이, 본 발명은 원재료 카본블랙에 비해 현저히 비표면적이 늘어나고 마이크로 포어 볼륨이 증가한 마이크로 다공성 할로우 퍼니스 카본블랙 결합체를 포함하는 마이크로 다공성 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다. As described above, an object of the present invention is to provide a microporous hollow furnace carbon black assembly including a microporous hollow furnace carbon black binder having a significantly increased specific surface area and increased micropore volume compared to the raw material carbon black, and a method for manufacturing the same.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리에 관한 것으로서, 다수 개의 마이크로 다공극 할로우 카본블랙이 결합되어 일체화된 결합체를 단수 개 또는 복수 개 포함하며, 상기 다수 개의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 각각은 속이 빈 구조이고, 다수의 마이크로 크기의 공극을 가지며, 상기 결합체는 결합된 다수 개의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 중 전부 또는 일부의 카본블랙 내 내부 기공이 서로 연결되어 할로우 퍼니스 카본블랙 결합체 내 내부 터널을 형성하고 있을 수 있다.The present invention for solving the above problems relates to a micro-porous hollow furnace carbon black assembly, comprising a single or a plurality of integrated bodies in which a plurality of micro-porous hollow carbon blacks are bonded, and the plurality of micro-porous pores Each of the hollow furnace carbon blacks has a hollow structure and has a plurality of micro-sized pores, and the binder is a hollow furnace in which all or some of the internal pores in the carbon black of the combined plurality of micro-porous hollow furnace carbon blacks are connected to each other. An internal tunnel may be formed in the carbon black binder.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리는 하기 방정식 1을 만족하는 메조포어 볼륨을 가질 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the microporous hollow furnace carbon black assembly of the present invention may have a mesopore volume satisfying Equation 1 below.

[방정식 1] [Equation 1]

3.0 ≤ B/A ≤ 8.03.0 ≤ B/A ≤ 8.0

방정식 1에서, A는 기상 산화 반응 수행 전의 퍼니스 카본블랙의 메조포어 볼륨이고, B는 기상 산화 반응을 수행되어 형성된 결합체의 메조포어 볼륨이다.In Equation 1, A is the mesopore volume of the furnace carbon black before performing the gas phase oxidation reaction, and B is the mesopore volume of the binder formed by performing the gas phase oxidation reaction.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 결합체는 BET 비표면적이 400 ~ 1,000 m2/g일 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the binder may have a BET specific surface area of 400 to 1,000 m 2 /g.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 결합체는 총 포어 볼륨(Total pore volume)이 0.550 ~ 1.500 cm3/g일 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the binder may have a total pore volume of 0.550 to 1.500 cm 3 /g.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 결합체를 구성하는 마이크로 다공극 할로우 카본블랙의 마이크로 포어(pore) 평균 입경은 4.0 ~ 8.0 nm일 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the average micropore diameter of the microporous hollow carbon black constituting the binder may be 4.0 to 8.0 nm.

본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 마이크로 다공극 할로우 카본블랙을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 퍼니스 카본블랙을 준비하는 1단계; 상기 퍼니스 카본블랙을 산화성 기체를 이용하여 기상 산화 반응을 수행하는 2단계; 및 기상 산화 반응물로부터 다수 개의 할로우(hollow) 카본블랙이 결합된 결합체를 분리 및 수득하는 3단계;를 포함하는 공정을 수행한다.Another object of the present invention relates to a method for producing the aforementioned microporous hollow carbon black, comprising: a first step of preparing the furnace carbon black; a second step of performing a gas phase oxidation reaction of the furnace carbon black using an oxidizing gas; and three steps of separating and obtaining a binder to which a plurality of hollow carbon blacks are bonded from the gas phase oxidation reactant;

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 2단계의 상기 기상 산화 반응은 산화챔버 내에서 수행하며, 900 ~ 1,300℃ 하에서 산화성 기체를 산화챔버 내에서 공급하면서, 80분 ~ 150분 동안 수행할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the gas phase oxidation reaction of step 2 is performed in an oxidation chamber, and while supplying an oxidizing gas in the oxidation chamber at 900 to 1,300° C., it may be performed for 80 to 150 minutes.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 2단계의 상기 산화성 기체는 99.000 ~ 99.999 부피%의 CO2를 포함할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the oxidizing gas of step 2 may contain 99.000 ~ 99.999% by volume of CO 2 .

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 2단계의 상기 기상 산화 반응은 산화성 기체를 150 ~ 300 mL/분 으로 산화챔버 내로 공급하면서 수행할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the gas phase oxidation reaction of the second step may be performed while supplying the oxidizing gas into the oxidation chamber at a rate of 150 to 300 mL/min.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 3단계의 결합체를 구성하는 다수 개의 할로우 퍼니스 카본블랙 각각은 속이 빈 구조이고, 다수의 마이크로 크기의 공극을 가질 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, each of the plurality of hollow furnace carbon blacks constituting the three-stage assembly has a hollow structure and may have a plurality of micro-sized pores.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 결합체는 다수 개의 마이크로 다공극 할로우 카본블랙이 결합되어 일체화되어 있으며, 결합된 다수 개의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 중 전부 또는 일부의 카본블랙 내 내부 기공이 서로 연결되어 할로우 퍼니스 카본블랙 결합체 내 내부 터널을 형성하고 있을 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, in the binder, a plurality of microporous hollow carbon blacks are combined and integrated, and all or some of the combined plurality of microporous hollow furnace carbon blacks have internal pores in the carbon black. They may be connected to form an internal tunnel in the hollow furnace carbon black assembly.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 결합체는 상기 내부 터널을 1개 이상 포함할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the assembly may include one or more of the inner tunnel.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 3단계의 결합체의 메조포어 볼륨은 하기 방정식을 만족할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the mesopore volume of the three-stage assembly may satisfy the following equation.

[방정식 1][Equation 1]

3.0 ≤ B/A ≤ 8.03.0 ≤ B/A ≤ 8.0

방정식 1에서, A는 기상 산화 반응 수행 전의 퍼니스 카본블랙의 메조포어 볼륨이고, B는 기상 산화 반응을 수행되어 형성된 결합체의 메조포어 볼륨이다.In Equation 1, A is the mesopore volume of the furnace carbon black before performing the gas phase oxidation reaction, and B is the mesopore volume of the binder formed by performing the gas phase oxidation reaction.

또한, 본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 마이크로 다공극 할로우 카본블랙을 이용한 응용품에 관한 것으로서, 상기 마이크로 다공극 할로우 카본블랙을 포함하는 연료 전지용 전기촉매 담지체, 상기 마이크로 다공극 할로우 카본블랙을 포함하는 2차 전지용 카본 지지체, 캐패시터 전극활물질 등을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention relates to an application using the microporous hollow carbon black described above, comprising an electrocatalyst carrier for a fuel cell comprising the microporous hollow carbon black, and the microporous hollow carbon black To provide a carbon support for a secondary battery, a capacitor electrode active material, and the like.

본 발명의 제조방법으로 제조한 카본 블랙 어셈블리는 기상 산화 처리 전 퍼니스 카본 블랙 보다 적게는 3배, 많게는 8.0배 정도로 메조포어 볼륨이 증가하며, 이로 인해 높은 비표면적, 높은 메조볼륨을 가지는 마이크로 다공극의 할로우 퍼니스 카본 블랙의 결합체를 포함할 수 있다. 그리고, 도 1에 개략도로 나타낸 바와 같이, 상기 결합체를 구성하는 카본블랙 각각이 속이 빈 형태를 가지며, 이들이 결합되어 더 큰 빈 공간(터널)을 형성하기 때문에, 다양한 물질을 담지할 수 있으며 전기적 특성도 우수한 바, 매우 다양한 분야의 소재로 활용할 수 있다.The carbon black assembly produced by the production method of the present invention increases the mesopore volume by at least 3 times and as much as 8.0 times that of the furnace carbon black before the gas phase oxidation treatment, and as a result, microporous pores having a high specific surface area and high mesovolume of hollow furnace carbon black. And, as shown schematically in FIG. 1 , each of the carbon blacks constituting the binder has a hollow shape, and since they are combined to form a larger empty space (tunnel), various materials can be supported and electrical properties It is also excellent, and can be used as a material in a wide variety of fields.

도 1은 기상 산화 반응 전 다공성 카본블랙, 기산 산화 반응 후 형성된 마이크로 다공극 할로우 카본블랙의 구조 및 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 결합체(어셈블리)의 구조적 차이를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명에서 기상 산화 반응에 사용되는 산화 챔버의 개략도이다.
도 3a 및 도 3d는 1,000℃에서 반응시간을 달리하여 기상 산화 반응을 수행하여 제조한 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙의 TEM 측정 사진이다.
1 is a schematic diagram for explaining the structural difference between the structure of porous carbon black before gas phase oxidation reaction, microporous hollow carbon black formed after acid oxidation reaction, and the microporous hollow furnace carbon black assembly (assembly).
2 is a schematic diagram of an oxidation chamber used for a gas phase oxidation reaction in the present invention.
3A and 3D are TEM measurement photographs of microporous hollow furnace carbon black prepared by performing gas phase oxidation reaction at 1,000° C. for different reaction times.

이하에서는 본 발명의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리를 제조하는 방법을 통해서 본 발명에 대해 더 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through a method for manufacturing the microporous hollow furnace carbon black assembly of the present invention.

본 발명의 퍼니스 카본블랙을 준비하는 1단계; 상기 퍼니스 카본블랙을 산화성 기체인 CO2를 이용한 기상 산화 반응을 수행하는 2단계; 및 기상 산화 반응물로부터 다수 개의 할로우(hollow) 카본블랙이 결합된 결합체를 분리하는 3단계;를 포함하는 공정을 수행하여 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리를 제조할 수 있다. Step 1 of preparing the furnace carbon black of the present invention; a second step of performing a gas phase oxidation reaction of the furnace carbon black using CO 2 as an oxidizing gas; and a third step of separating the binder to which a plurality of hollow carbon blacks are bonded from the vapor phase oxidation reactant; thereby, a microporous hollow furnace carbon black assembly may be manufactured.

1단계의 상기 퍼니스 카본블랙은 상업적으로 판매 및 구입 가능한 퍼니스 카본블랙을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상품명 슈퍼-p(Super-p) 및 상품명 C-너기(C-NERGY) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 퍼니스 카본블랙을 사용할 수 있다.As the furnace carbon black in step 1, commercially available furnace carbon black may be used, and preferably at least one selected from the brand name Super-p and the brand name C-NERGY. Furnace carbon black containing may be used.

2단계의 상기 기상 산화 반응은 도 2에 개략도로 나타낸 산화 챔버에서 수행할 수 있으며, 산화 챔버에 퍼니스 카본블랙을 투입한 후, 산화성 기체를 산화 챔버 내에 공급하면서 기상 산화 반응을 수행할 수 있다.The vapor-phase oxidation reaction of the second step may be performed in the oxidation chamber schematically shown in FIG. 2, and after furnace carbon black is introduced into the oxidation chamber, the vapor-phase oxidation reaction may be performed while supplying an oxidizing gas into the oxidation chamber.

상기 기상 산화 반응은 산화성 기체를 산화 챔버 내에서 공급하면서, 900 ~ 1300℃ 하에서 80분 ~ 150분 동안 수행할 수 있으며, 바람직하게는 950 ~ 1250℃ 하에서 80분 ~ 130분 동안, 더욱 바람직하게는 980 ~ 1200℃ 하에서 90분 ~ 120분 동안 수행할 수 있다. 기상 산화 반응 온도가 900℃ 미만이거나, 기상 산화 반응 시간이 80분 미만이면, 기상 산화 반응시켜 수득한 퍼니스 카본블랙 결합체의 비표면적, 메조포어 볼륨이 낮은 문제가 있을 수 있고, 결합체 형태의 마이크로 다공극 할로우 카본블랙에 대한 수율이 낮은 문제가 있을 수 있다. 그리고, 기상 산화 반응 온도가 1300℃를 초과하거나, 기상 산화 반응 시간이 150분을 초과하면, 카본블랙의 비표면적, 마이크로 포어 볼륨 등의 물성이 더 이상 증가하지 않을 뿐만 아니라, 기공(공극)을 유지하는 벽이 얇아져서 기공 형태가 무너지고, 카본블랙의 기계적 강도가 너무 낮아져서 쉽게 부서져서 오히려 결합체 형태의 마이크로 다공극 할로우 카본블랙 어셈블리에 대한 수율이 크게 낮아지는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 온도 하에서 수행하는 것이 좋다.The gas phase oxidation reaction may be performed for 80 minutes to 150 minutes under 900 to 1300° C. while supplying an oxidizing gas in the oxidation chamber, preferably for 80 minutes to 130 minutes under 950 to 1250° C., more preferably It can be carried out for 90 minutes to 120 minutes under 980 ~ 1200 ℃. If the gas phase oxidation reaction temperature is less than 900° C. or the gas phase oxidation reaction time is less than 80 minutes, there may be a problem in that the specific surface area and mesopore volume of the furnace carbon black binder obtained by the gas phase oxidation reaction are low, There can be a problem with low yield for pore hollow carbon black. In addition, when the gas phase oxidation reaction temperature exceeds 1300° C. or the gas phase oxidation reaction time exceeds 150 minutes, physical properties such as specific surface area and micropore volume of carbon black no longer increase, and pores (voids) Because the retaining wall becomes thinner, the pore shape collapses, and the mechanical strength of carbon black becomes too low and is easily broken, there may be a problem in that the yield of the microporous hollow carbon black assembly in the form of a binder is greatly lowered. good to do

상기 산화성 기체로는 CO2를 사용하며, 바람직하게는 99.000 ~ 99.999 부피%, 바람직하게는 99.500 ~ 99.999 부피%, 더욱 바람직하게는 99.800 ~ 99.999 부피%의 CO2를 사용하는 것이 좋다. As the oxidizing gas, CO 2 is used, preferably 99.000 to 99.999 vol%, preferably 99.500 to 99.999 vol%, more preferably 99.800 to 99.999 vol%, CO 2 is preferably used.

그리고, 산화성 기체를 150 ~ 300 mL/분, 바람직하게는 150 ~ 250 mL/분, 더욱 바람직하게는 180 ~ 250 mL/분 의 유량(또는 유속)으로 산화챔버 내로 공급하면서 기상 산화 반응을 수행할 수 있다. 이때, 산화성 기체의 유량이 150 mL/분 미만이면 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리의 수율이 50% 미만으로 너무 낮고, 메소포어 볼륨이 낮은 문제가 있을 수 있고, 산화성 기체의 유량이 300 mL/분을 초과하면 기공(공극)을 유지하는 벽이 얇아져서 기공 형태가 무너지고, 카본블랙의 기계적 강도가 너무 낮아져서 쉽게 부서져서 오히려 결합체 형태의 마이크로 다공극 할로우 카본블랙 어셈블리에 대한 수율이 크게 낮아지는 문제가 있을 수 있다.And, while supplying the oxidizing gas into the oxidation chamber at a flow rate (or flow rate) of 150 to 300 mL/min, preferably 150 to 250 mL/min, more preferably 180 to 250 mL/min, the gas phase oxidation reaction may be performed. can At this time, if the flow rate of the oxidizing gas is less than 150 mL/min, the yield of the microporous hollow furnace carbon black assembly is less than 50%, so there may be a problem that the mesopore volume is low, and the flow rate of the oxidizing gas is 300 mL/min If the number of minutes is exceeded, the wall holding the pores (pores) becomes thin and the pore shape collapses, and the mechanical strength of carbon black is too low and is easily broken. there may be

그리고, 상기 방법으로 제조한 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리의 수율은 58% ~ 84%, 바람직하게는 60% ~ 82%, 더욱 바람직하게는 70% ~ 82%일 수 있다.In addition, the yield of the microporous hollow furnace carbon black assembly prepared by the above method may be 58% to 84%, preferably 60% to 82%, and more preferably 70% to 82%.

2단계의 기상 산화 반응물은 앞서 설명한 다수 개의 마이크로 다공극 할로우 카본블랙이 결합된 결합체를 복수 개로 포함뿐만 아니라, 결합되지 않은 마이크로 다공극 할로우 카본블랙을 복수 개로 포함한다.The gas phase oxidation reactant of the second step includes a plurality of binders to which a plurality of microporous hollow carbon blacks described above are bonded, and a plurality of unbonded microporous hollow carbon blacks.

3단계는 2단계의 기상 산화 반응물로부터 상기 결합체를 분리하는 공정으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 물리적 분리방법을 통해서 수행할 수 있으며, 바람직한 일례를 들면, 체 분리를 통해 분리할 수 있으며, 이러한 물리적 분리방법 수행시 결합체의 수득율을 최대화시키기 위해, 결합체가 깨지는 것을 최소화하는 분리방법으로 수행하는 것이 좋다.Step 3 is a process of separating the binder from the gas phase oxidation reactant of step 2, and it can be performed through a general physical separation method used in the art, and for example, it can be separated through sieve separation, In order to maximize the yield of the binder when performing the separation method, it is preferable to perform the separation method to minimize breakage of the binder.

이러한 방법으로 제조한 본 발명의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리는 마이크로 다공극 할로우 카본블랙; 및 상기 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 다수 개가 결합되어 일체화된 결합체;를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 결합체를 단수 개 또는 복수 개 포함할 수 있다. The micro-porous hollow furnace carbon black assembly of the present invention manufactured by this method includes: micro-porous hollow carbon black; and a binder in which a plurality of the microporous hollow furnace carbon black are combined to form an integrated body.

상기 다수 개의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 각각은 속이 빈 구조이고, 다수의 마이크로 크기의 공극을 가지며, 상기 결합체는 결합된 다수 개의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 중 전부 또는 일부의 카본블랙 내 내부 기공이 서로 연결되어 할로우 퍼니스 카본블랙 결합체 내 내부 터널을 형성하고 있을 수 있다(도 1의 개략도 참조).Each of the plurality of micro-porous hollow furnace carbon blacks has a hollow structure and has a plurality of micro-sized pores, and the binder has internal pores in all or part of the combined plurality of micro-porous hollow furnace carbon blacks. These may be connected to each other to form an internal tunnel in the hollow furnace carbon black assembly (refer to the schematic diagram of FIG. 1 ).

상기 결합체는 하기 방정식 1을 만족하는 메조포어(mesopore) 볼륨을 가질 수 있다.The binder may have a mesopore volume satisfying Equation 1 below.

[방정식 1][Equation 1]

3.0 ≤ B/A ≤ 5.5, 바람직하게는 3.2 ≤ B/A ≤ 5.2, 더욱 바람직하게는 3.5 ≤ B/A ≤ 5.03.0 ≤ B/A ≤ 5.5, preferably 3.2 ≤ B/A ≤ 5.2, more preferably 3.5 ≤ B/A ≤ 5.0

방정식 1에서, A는 기상 산화 반응 수행 전의 퍼니스 카본블랙의 메조포어 볼륨이고, B는 기상 산화 반응을 수행되어 형성된 결합체의 메조포어 볼륨이다.In Equation 1, A is the mesopore volume of the furnace carbon black before performing the gas phase oxidation reaction, and B is the mesopore volume of the binder formed by performing the gas phase oxidation reaction.

또한, 본 발명의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리는 상기 결합체를 단수 개 또는 복수 개 포함할 수 있는데, 상기 결합체는 BET 비표면적이 400 ~ 1,200 m2/g, 바람직하게는 BET 비표면적 450 ~ 1,000 m2/g, 더욱 바람직하게는 540 ~ 900 m2/g을, 더 더욱 바람직하게는 570 ~ 830 m2/g을 가질 수 있다.In addition, the microporous hollow furnace carbon black assembly of the present invention may include a single or a plurality of the binder, wherein the binder has a BET specific surface area of 400 to 1,200 m 2 /g, preferably a BET specific surface area of 450 to 1,000 m 2 /g, more preferably 540 to 900 m 2 /g, even more preferably 570 to 830 m 2 /g.

그리고, 상기 결합체를 구성하는 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 각각; 또는 어셈블리 내 포함될 수 있는 결합체 외의 마이크로 다공극 할로우 카본블랙;은 마이크로 포어(pore)의 평균 입경이 4.0 ~ 8.0 nm일 수 있으며, 바람직하게는 4.0 ~ 6.5 nm, 더욱 바람직하게는 4.0 ~ 6.0 nm일 수 있다.And, each of the micro-porous hollow furnace carbon black constituting the assembly; Or, microporous hollow carbon black other than the binder that may be included in the assembly; the average particle diameter of the micropores may be 4.0 to 8.0 nm, preferably 4.0 to 6.5 nm, more preferably 4.0 to 6.0 nm can

이러한, 본 발명의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙은 다양한 물질을 담지할 수 있으며 전기적 특성도 우수한 바, 매우 다양한 분야의 소재, 예를 들면, 연료 전지용 전기촉매 담지체, 2차 전지용 카본 지지체 등의 소재로 활용할 수 있다.These, of the present invention Microporous hollow furnace carbon black can support various materials and has excellent electrical properties, so it can be used as a material in a wide variety of fields, for example, an electrocatalyst support for fuel cells, carbon support for secondary batteries, etc. .

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 자세하게 설명을 한다. 그러나, 하기 실시예에 의해서 본 발명의 권리범위가 한정하여 해석해서는 안 된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. However, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the following examples.

[실시예][Example]

실시예 1 : 반응 시간에 따른 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리의 제조Example 1: Preparation of microporous hollow furnace carbon black assembly according to reaction time

퍼니스 카본블랙(상품명 : Super-P, 제조사 : IMERYS)를 원료로 준비하였다. 준비한 퍼니스 카본블랙의 기본 물성은 하기 표 1과 같다.Furnace carbon black (trade name: Super-P, manufacturer: IMERYS) was prepared as a raw material. The basic physical properties of the prepared furnace carbon black are shown in Table 1 below.

BET
비표먼적 (m2/g)
BET
non-representative (m 2 /g)
메조
포어 볼륨 (cm3/g)
mezzo
Pore volume (cm 3 /g)
총 포어 볼륨
(cm3/g)
total pore volume
(cm 3 /g)
평균 기공 크기average pore size
61.461.4 0.1550.155 0.1650.165 10.8 nm10.8 nm

다음으로, 도 2에 도시한 수평식 관상로(산화 챔버)를 1000℃로 예열한 후, 석영 보우트(boat)를 이용하여 상기 원료를 산화 챔버의 반응관에 장입한 후, 1000℃로 고정하여 기상 산화 반응을 수행하였다. 반응기체인 99.950 부피% 농도의 CO2를 포함하는 산화성 기체를 사용하였고, 산화성 기체의 유속은 볼(ball) 유량계를 이용하여 150 ml/분으로 유지하였다. 그리고, 반응시간은 하기 표 2에 나타내었다.Next, after preheating the horizontal tubular furnace (oxidation chamber) shown in FIG. 2 to 1000° C., the raw material is charged into the reaction tube of the oxidation chamber using a quartz boat, and then fixed at 1000° C. A gas phase oxidation reaction was performed. An oxidizing gas containing CO 2 at a concentration of 99.950% by volume as a reactive substance was used, and the flow rate of the oxidizing gas was maintained at 150 ml/min using a ball flow meter. And, the reaction time is shown in Table 2 below.

다음으로, 마이크로 할로우 퍼니스 카본블랙 및 이들의 결합체를 포함하는 상기 기상 산화 반응물로부터 다수 개의 마이크로 할로우 퍼니스 카본블랙이 결합되어 일체화된 결합체(집합체)를 활성화하여 분리하여 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리를 수득하였다.Next, a plurality of micro-hollow furnace carbon blacks are combined from the vapor phase oxidation reaction product including the micro-hollow furnace carbon black and their binders to activate and separate an integrated binder (aggregate) to prepare a micro-porous hollow furnace carbon black assembly. obtained.

또한, 반응 시간 0분, 55분, 98분 및 115분 수행시, 형성된 대한 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙에 대한 투과전자현미경(TEM, 확대 배율 : 80만배) 측정 사진을 도 3a에 나타내었다.In addition, transmission electron microscopy (TEM, magnification: 800,000 times) measurement photos of the formed Daehan microporous hollow furnace carbon black at the reaction time of 0 min, 55 min, 98 min and 115 min are shown in FIG. 3a.

또한, 반응시간 98분일때, 수득된 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙을 확대 배율을 달리하여 측정한 사진을 도 3b에 나타내었다.In addition, when the reaction time was 98 minutes, the obtained microporous hollow furnace carbon black was measured at different magnifications and is shown in FIG. 3B .

또한, 반응 시간 98분, 115분, 148분일 때, 수득된 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙의 집합체에 대한 SEM 측정 사진을 도 3c에 나타내었다.In addition, at the reaction times of 98 minutes, 115 minutes, and 148 minutes, SEM measurements of the obtained aggregate of the microporous hollow furnace carbon black are shown in FIG. 3C .

도 3a를 살펴보면, 기상 산화 처리를 수행하지 않은 퍼니스 카본블랙의 경우, 내부에 기공이 관찰되지 않으며, 내부에 기공이 발달되지 않아서, BET 비표면적이 61.4 m2/g로 매우 적은 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3a, in the case of furnace carbon black that is not subjected to vapor phase oxidation treatment, no pores are observed inside and no pores are developed inside, so it can be seen that the BET specific surface area is very small as 61.4 m 2 /g. .

도 3a를 살펴보면, 기상 산화 처리를 55분간, 98분, 115분 수행한 퍼니스 카본블랙의 경우, 내부의 결정자가 흐려지고 마이크로 기공이 형성되어 있는 것이 관찰되었는데, 원료인 퍼니스 카본블랙에 비하여 메조 포어 볼륨이 1.5 ~ 8.1 배 정도 증가함을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 3A , in the case of furnace carbon black subjected to gas phase oxidation treatment for 55 minutes, 98 minutes, and 115 minutes, it was observed that the crystallites inside were clouded and micropores were formed. Compared to the raw material furnace carbon black, mesopores were observed. It was confirmed that the volume increased by 1.5 to 8.1 times.

또한, 도 3b를 살펴보면, 다수 개의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙이 결합 및 일체화되어 하나로 결합된 집합체를 형성하며, 결합된 카본블랙의 내부 공간이 연결되어 결합체 내부에 터널이 형성된 것을 확인할 수 있다.In addition, referring to FIG. 3B , it can be seen that a plurality of microporous hollow furnace carbon blacks are combined and integrated to form a combined aggregate, and the internal spaces of the combined carbon black are connected to form a tunnel inside the aggregate.

도 3c를 살펴보면, 기상 산화 처리 반응 시간이 증가할수록 결합체(집합체, 어셈블리)의 길이가 길어지는 경향이 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 3C , it can be seen that the length of the binder (aggregate, assembly) tends to increase as the reaction time of the gas phase oxidation treatment increases.

또한, 각 반응시간에 따라 제조 및 수득한 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리의 수율(%), BET 비표면적(m2/g), 메소포어 볼륨(mesopore volume, cm3/g)을 하기 표 2에 나타내었다. In addition, the yield (%), BET specific surface area (m 2 /g), and mesopore volume (cm 3 /g) of the microporous hollow furnace carbon black assembly prepared and obtained according to each reaction time are shown in the table below. 2 is shown.

온도
(℃)
temperature
(℃)
반응
시간
(분)
reaction
time
(minute)
어셈블리
수율
(%)
assembly
transference number
(%)
BET
비표먼적
(m2/g)
BET
non-representative
(m 2 /g)
메소포어
볼륨
(cm3/g)
mesophore
volume
(cm 3 /g)
메소포어 볼륨비
(B/A)
mesopore volume ratio
(B/A)
1,0001,000 00 00 61.461.4 0.1550.155 1One 5555 2020 340.6340.6 0.2360.236 1.521.52 8585 6060 450.1450.1 0.5310.531 3.433.43 9898 7575 590.5590.5 0.5890.589 3.803.80 115115 8080 788.1788.1 0.7060.706 4.554.55 148148 4545 1138.11138.1 1.2291.229 7.937.93 170170 3030 1218.31218.3 1.2571.257 8.118.11 메소포어 볼륨비의 A는 기상 산화 반응 수행 전의 퍼니스 카본블랙의 메소포어 볼륨(=0.155 cm3/g)이고, B는 기상 산화 반응을 수행되어 형성된 결합체의 메소포어 볼륨이다.A of the mesopore volume ratio is the mesopore volume of the furnace carbon black (=0.155 cm 3 /g) before performing the gas phase oxidation reaction, and B is the mesopore volume of the binder formed by performing the gas phase oxidation reaction.

상기 표 2를 살펴보면, 기상 산화 반응 시간이 증가할수록 BET 비표면적, 메소포어 볼륨, 총 포어 볼륨이 증가하는 경향을 보였으나, 너무 오랜 시간 기상 산화 반응을 수행하면, 퍼니스 카본블랙 어셈블리 구조가 붕괴되면서 수율이 낮아지는 문제가 있음을 확인할 수 있었다. Looking at Table 2 above, as the gas phase oxidation reaction time increased, the BET specific surface area, mesopore volume, and total pore volume tended to increase. However, if the gas phase oxidation reaction is performed for too long, the furnace carbon black assembly structure collapses It was confirmed that there is a problem in that the yield is lowered.

따라서, 수율을 확보하기 위한, 적정 기상 산화 반응 시간이 80분 ~ 150분, 바람직하게는 80분 ~ 130분, 더욱 바람직하게는 90분 ~ 120분 정도임을 확인할 수 있었다. Therefore, it was confirmed that the appropriate gas phase oxidation reaction time for securing the yield is about 80 minutes to 150 minutes, preferably 80 minutes to 130 minutes, and more preferably about 90 minutes to 120 minutes.

실시예 2 : 반응온도에 따른 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리의 제조Example 2: Preparation of microporous hollow furnace carbon black assembly according to reaction temperature

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 퍼니스 카본블랙(원재료)를 기상 산화 처리하되, 산화처리 온도를 하기 표 3과 같이 달리하여 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리를 각각 제조하였으며, 제조한 퍼니스 카본블랙 어셈블리의 물성을 측정하였다.In the same manner as in Example 1, the furnace carbon black (raw material) was subjected to vapor phase oxidation, but the oxidation treatment temperature was changed as shown in Table 3 below to prepare microporous hollow furnace carbon black assemblies, respectively, and the prepared furnace carbon black assemblies was measured.

온도
(℃)
temperature
(℃)
반응
시간
(분)
reaction
time
(minute)
어셈블리
수율
(%)
assembly
transference number
(%)
BET
비표먼적
(m2/g)
BET
non-representative
(m 2 /g)
메소포어
볼륨
(cm3/g)
mesophore
volume
(cm 3 /g)
메소포어 볼륨비
(B/A)
mesopore volume ratio
(B/A)
850850 9898 5555 340.6340.6 0.4810.481 3.103.10 950950 6060 510.5510.5 0.5210.521 3.363.36 10001000 7575 590.5590.5 0.5890.589 3.803.80 11501150 7878 688.1688.1 0.6390.639 4.124.12 12501250 8080 720.5720.5 0.6990.699 4.514.51 13501350 2020 842.3842.3 0.2490.249 1.611.61 메소포어 볼륨비의 A는 기상 산화 반응 수행 전의 퍼니스 카본블랙의 메소포어 볼륨(=0.155 cm3/g)이고, B는 기상 산화 반응을 수행되어 형성된 결합체의 메소포어 볼륨이다.A of the mesopore volume ratio is the mesopore volume of the furnace carbon black (=0.155 cm 3 /g) before performing the gas phase oxidation reaction, and B is the mesopore volume of the binder formed by performing the gas phase oxidation reaction.

상기 표 3를 살펴보면, 반응 온도가 증가할수록 수율이 증가하고, BET 비표면적, 메소 포어볼륨이 증가하는 경향이 있음을 확인할 수 있는데, 반응 온도가 1300℃를 초과한 1350℃의 경우, 1150℃와 비교할 때, 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리의 수율이 급격하게 감소하는 문제가 있는데, 이는 burn-off 되는 카본블랙이 증가하고, 어셈블리를 구성하는 카본블랙의 표피가 너무 얇아서 깨져서 결합체로부터 이탈되는 카본블랙 양이 증가하기 때문인 것으로 판단됩니다.Looking at Table 3, it can be seen that the yield increases as the reaction temperature increases, and the BET specific surface area and mesopore volume tend to increase. In comparison, there is a problem in that the yield of the microporous hollow furnace carbon black assembly is sharply reduced, which is that the burn-off carbon black increases, and the skin of the carbon black constituting the assembly is too thin to break and break away from the assembly. It is believed that this is because the amount of black increases.

그리고, 반응 온도가 950℃ 미만인 900℃의 경우 결합체 수율이 너무 낮고, 메소포어 볼륨도 낮은 물성을 가지는 문제가 있었다.And, when the reaction temperature is less than 950 °C at 900 °C, the yield of the binder is too low and the mesopore volume has a problem of having low physical properties.

실시예 3 : 산화성 기체 유량에 따른 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리의 제조Example 3: Preparation of microporous hollow furnace carbon black assembly according to oxidizing gas flow rate

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 퍼니스 카본블랙(원재료)를 기상 산화 처리하되, 산화성 기체 유량을 하기 표 4와 같이 달리하여 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리를 각각 제조하였으며, 이의 물성을 측정하였다.In the same manner as in Example 1, the furnace carbon black (raw material) was subjected to vapor phase oxidation, but the flow rate of the oxidizing gas was changed as shown in Table 4 below to prepare microporous hollow furnace carbon black assemblies, and their physical properties were measured.

CO2 유량
(ml/분)
CO 2 flow
(ml/min)
반응시간/
반응온도
reaction time/
reaction temperature
어셈블리
수율
(%)
assembly
transference number
(%)
BET
비표먼적
(m2/g)
BET
non-representative
(m 2 /g)
메소포어
볼륨
(cm3/g)
mesophore
volume
(cm 3 /g)
메소포어 볼륨비
(B/A)
mesopore volume ratio
(B/A)
120120 98분 /
1000℃
98 minutes /
1000℃
4141 392.6392.6 0.2980.298 1.921.92
150150 7575 590.5590.5 0.5890.589 3.803.80 200200 8181 744.3744.3 0.6720.672 4.334.33 250250 8282 871.8871.8 0.9030.903 5.825.82 300300 8282 875.5875.5 0.9170.917 5.925.92 330330 7878 792.7792.7 0.7740.774 4.994.99

상기 표 4의 실험결과를 살펴보면, CO2 유량이 150 ml/분 미만인 경우, 120 ml/분인 경우, 수율일 50% 미만으로 낮고, 메소포어 볼륨비도 3.00 미만으로 좋지 않은 결과를 보였다. 하지만, CO2 유량이 150 ml/분 ~ 300 ml/분인 경우, 70% 이상의 우수한 수율 및 높은 메소포어 볼륨비를 가지는 결과를 보였다. 하지만, CO2 유량이 300 ml/분 을 초과한 330 ml/분인 경우, 오히려 수율이 낮아지고, 메소포어 볼륨비 및 비표면적이 감소하는 결과를 보였는데, 이는 산화가 너무 진행되어 오히려 어셈블리를 구성하는 카본블랙의 표피가 너무 얇아서 깨져서 결합체로부터 이탈되는 카본블랙 양이 증가하기 때문인 것으로 판단된다.Looking at the experimental results in Table 4, when the CO 2 flow rate is less than 150 ml/min, 120 ml/min, the yield day is as low as less than 50%, and the mesopore volume ratio is also less than 3.00, showing poor results. However, when the CO 2 flow rate was 150 ml/min to 300 ml/min, it showed an excellent yield of 70% or more and a result having a high mesopore volume ratio. However, when the CO 2 flow rate is 330 ml/min, which exceeds 300 ml/min, the yield is rather low, and the mesopore volume ratio and specific surface area are decreased, which is because oxidation proceeds too much and rather constitutes an assembly. It is considered that this is because the skin of the carbon black is too thin to break and the amount of carbon black separated from the binder increases.

상기 실시예 및 실험예를 통하여, 본 발명의 제조방법으로 통해 원재료 보다 매우 높은 메소 포어 볼륨 및 BET 비표면적을 가지면서, 내부에 터널이 형성된 마이크로 다공극 퍼니스 카본블랙 어셈블리를 높은 수율로 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이러한, 본 발명의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리는 다양한 물질을 담지할 수 있으며, 전기적 특성도 우수한 바, 매우 다양한 분야의 소재로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.Through the above Examples and Experimental Examples, a microporous furnace carbon black assembly having a tunnel formed therein with a very high mesopore volume and BET specific surface area than the raw material can be manufactured with high yield through the manufacturing method of the present invention. could confirm that there was The microporous hollow furnace carbon black assembly of the present invention can support various materials and has excellent electrical properties, so it is expected that it can be used as a material in a wide variety of fields.

Claims (10)

퍼니스 카본블랙을 준비하는 1단계;
상기 퍼니스 카본블랙을 산화성 기체인 CO2를 이용한 기상 산화 반응을 수행하는 2단계; 및
기상 산화 반응물로부터 다수 개의 할로우(hollow) 퍼니스 카본블랙이 결합된 결합체를 분리 및 수득하는 3단계;를 포함하며,
다수 개의 할로우 퍼니스 카본블랙 각각은 속이 빈 구조이고, 다수의 마이크로 크기의 공극을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리의 제조방법.
Step 1 of preparing furnace carbon black;
a second step of performing a gas phase oxidation reaction of the furnace carbon black using CO 2 as an oxidizing gas; and
3 step of separating and obtaining a binder in which a plurality of hollow furnace carbon blacks are bonded from the gaseous oxidation reaction product;
A method of manufacturing a microporous hollow furnace carbon black assembly, wherein each of the plurality of hollow furnace carbon blacks has a hollow structure and has a plurality of micro-sized pores.
제1항에 있어서, 상기 결합체는 다수 개의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙이 결합되어 일체화되어 있으며,
결합된 다수 개의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 중 전부 또는 일부의 카본블랙 내 내부 기공이 서로 연결되어 할로우 퍼니스 카본블랙 결합체 내 내부 터널을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리의 제조방법.
According to claim 1, wherein the binder is integrated with a plurality of micro-porous hollow furnace carbon black,
Of the microporous hollow furnace carbon black assembly, characterized in that all or part of the internal pores in the carbon black of a plurality of combined microporous hollow furnace carbon black are connected to each other to form an internal tunnel in the hollow furnace carbon black assembly. manufacturing method.
제2항에 있어서, 상기 결합체는 내부 터널을 1개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리의 제조방법.
The method of claim 2, wherein the assembly includes at least one inner tunnel.
제1항에 있어서, 상기 기상 산화 반응은 산화챔버 내에서 수행하며,
900 ~ 1,300℃ 하에서, 상기 산화성 기체를 공급하면서 80분 ~ 150분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리의 제조방법.
According to claim 1, wherein the gas phase oxidation reaction is carried out in an oxidation chamber,
A method of manufacturing a microporous hollow furnace carbon black assembly, characterized in that it is carried out for 80 to 150 minutes while supplying the oxidizing gas under 900 to 1,300° C.
제1항에 있어서, 상기 산화성 기체는 99.000 ~ 99.999 부피%의 CO2를 포함하며,
상기 기상 산화 반응은 산화성 기체를 150 ~ 300 mL/분 으로 공급하면서 수행하는 것을 특징으로 하는 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리의 제조방법.
According to claim 1, wherein the oxidizing gas comprises 99.000 ~ 99.999% by volume of CO 2 ,
The gas phase oxidation reaction is a method of manufacturing a microporous hollow furnace carbon black assembly, characterized in that it is performed while supplying an oxidizing gas at a rate of 150 to 300 mL/min.
제1항에 있어서, 3단계의 결합체의 메조포어(mesopore) 볼륨은 하기 방정식을 만족하는 것을 특징으로 하는 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리의 제조방법;
[방정식 1]
3.0 ≤ B/A ≤ 8.0
방정식 1에서, A는 기상 산화 반응 수행 전의 퍼니스 카본블랙의 메조포어 볼륨이고, B는 기상 산화 반응을 수행되어 형성된 결합체의 메조포어 볼륨이다.
The method of claim 1, wherein the mesopore volume of the three-step assembly satisfies the following equation;
[Equation 1]
3.0 ≤ B/A ≤ 8.0
In Equation 1, A is the mesopore volume of the furnace carbon black before performing the gas phase oxidation reaction, and B is the mesopore volume of the binder formed by performing the gas phase oxidation reaction.
다수 개의 마이크로 다공극 할로우 카본블랙이 결합되어 일체화된 결합체를 단수 개 또는 복수 개 포함하며,
상기 다수 개의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 각각은 속이 빈 구조이고, 다수의 마이크로 크기의 공극을 가지며,
상기 결합체는 결합된 다수 개의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 중 전부 또는 일부의 카본블랙 내 내부 기공이 서로 연결되어 할로우 퍼니스 카본블랙 결합체 내 내부 터널을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리.
A plurality of microporous hollow carbon blacks are combined to include a single or a plurality of integrated bodies,
Each of the plurality of micro-porous hollow furnace carbon black has a hollow structure and has a plurality of micro-sized pores,
The binder is a microporous hollow furnace carbon, characterized in that all or part of the internal pores in the carbon black of a plurality of combined microporous hollow furnace carbon black are connected to each other to form an internal tunnel in the hollow furnace carbon black binder black assembly.
제7항에 있어서,
하기 방정식 1을 만족하는 메조포어(mesopore) 볼륨을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리;
[방정식 1]
3.0 ≤ B/A ≤ 8.0
방정식 1에서, A는 기상 산화 반응 수행 전의 퍼니스 카본블랙의 메조포어 볼륨이고, B는 기상 산화 반응을 수행되어 형성된 결합체의 메조포어 볼륨이다.
8. The method of claim 7,
Microporous hollow furnace carbon black assembly, characterized in that it has a mesopore volume satisfying Equation 1 below;
[Equation 1]
3.0 ≤ B/A ≤ 8.0
In Equation 1, A is the mesopore volume of the furnace carbon black before performing the gas phase oxidation reaction, and B is the mesopore volume of the binder formed by performing the gas phase oxidation reaction.
제7항 또는 제8항의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리를 포함하는 연료 전지용 전기촉매 담지체.
An electrocatalyst carrier for a fuel cell comprising the microporous hollow furnace carbon black assembly of claim 7 or 8.
제7항 또는 제8항의 마이크로 다공극 할로우 퍼니스 카본블랙 어셈블리를 포함하는 2차 전지용 카본 지지체.A carbon support for a secondary battery comprising the microporous hollow furnace carbon black assembly of claim 7 or 8.
KR1020200089707A 2020-01-21 2020-07-20 Hollow carbon black assembly having micro-porosity and manufacturing method thereof KR102372490B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200008017 2020-01-21
KR20200008017 2020-01-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210094443A true KR20210094443A (en) 2021-07-29
KR102372490B1 KR102372490B1 (en) 2022-03-10

Family

ID=77127845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200089707A KR102372490B1 (en) 2020-01-21 2020-07-20 Hollow carbon black assembly having micro-porosity and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102372490B1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011515507A (en) * 2008-02-19 2011-05-19 キャボット コーポレイション Mesoporous carbon black and method for producing the same
KR20140052231A (en) * 2012-10-23 2014-05-07 금오공과대학교 산학협력단 Hollow carbon black and preparation method thereof
KR20140087393A (en) 2012-12-28 2014-07-09 재단법인 포항산업과학연구원 Method for manufacturing a porous carbon black and its applications
KR20180104472A (en) * 2017-03-13 2018-09-21 한국과학기술원 Hierarchically Microporous and Mesoporous Carbon Spheres and Method of Preparing the Same
KR102153241B1 (en) * 2019-12-19 2020-09-07 금오공과대학교 산학협력단 Hollow carbon black having micro-porosity and manufacturing method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011515507A (en) * 2008-02-19 2011-05-19 キャボット コーポレイション Mesoporous carbon black and method for producing the same
KR20140052231A (en) * 2012-10-23 2014-05-07 금오공과대학교 산학협력단 Hollow carbon black and preparation method thereof
KR20140087393A (en) 2012-12-28 2014-07-09 재단법인 포항산업과학연구원 Method for manufacturing a porous carbon black and its applications
KR20180104472A (en) * 2017-03-13 2018-09-21 한국과학기술원 Hierarchically Microporous and Mesoporous Carbon Spheres and Method of Preparing the Same
KR102153241B1 (en) * 2019-12-19 2020-09-07 금오공과대학교 산학협력단 Hollow carbon black having micro-porosity and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR102372490B1 (en) 2022-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Rice husk-derived hybrid lithium-ion capacitors with ultra-high energy
KR102153241B1 (en) Hollow carbon black having micro-porosity and manufacturing method thereof
KR101608850B1 (en) Hollow porous carbon particles and their synthetic method
JP7153005B2 (en) MESOPOROUS CARBON, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND POLYMER FUEL CELL
KR20150143767A (en) Negative active material of lithium-ion secondary battery and preparation method therefor, negative plate of lithium-ion secondary battery, and lithium-ion secondary battery
KR102113719B1 (en) Activated carbon and its manufacturing method
CN104167296B (en) A kind of preparation method of the nano-electrode material for ultracapacitor
KR102419743B1 (en) Hollow carbon black assembly having micro-porosity and manufacturing method thereof
KR101466373B1 (en) Catalyst for oxygen reduction reaction, fuel cell including the catalyst and method for preparing the catalyst
KR102119392B1 (en) Manufacturing method of aerogel powder
KR102372490B1 (en) Hollow carbon black assembly having micro-porosity and manufacturing method thereof
Pekala et al. Structure and performance of carbon aerogel electrodes
KR102646786B1 (en) Metal-air battery and method of manufacturing the same
Ruiz-Morales et al. Fabrication of 3D carbon microstructures using glassy carbon microspheres and organic precursors
Li et al. Synthesis and electrochemical capacitor performance of mesostructured nickel oxide/carbon composites by a co-casting method
KR20130093740A (en) Carbon material for supercapacitor electrode and method for manufactoring the same
EP3975322A1 (en) Porous carbon structure, manufacturing method therefor, positive electrode material using same, and battery using same
KR101626111B1 (en) Synthesis of ordered mesoporous carbon structure by free-solvent melting method, ordered mesoporous carbon structure manufactured by the method, and the fuel cell comprising the same
Yang et al. Exposing residual catalyst in a carbon nanotube sponge
Xu et al. Variable texture few-layer ordered macroporous carbon for high-performance electrochemical capacitors
KR102589238B1 (en) anode material for lithium ion bettery and manufacturing method thereof
KR20210130642A (en) cathode material for metal-air bettery and manufacturing method thereof
WO2021106838A1 (en) Electrode for redox flow battery, and method for manufacturing electrode for redox flow battery
CN111362251B (en) High-phosphorus-nitrogen co-doped three-dimensional porous carbon block and preparation method and application thereof
KR20210143104A (en) cathode material for metal-air bettery and manufacturing method thereof

Legal Events

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