WO2015199264A1 - 다공성 알루미나 튜브 제조방법 - Google Patents

다공성 알루미나 튜브 제조방법 Download PDF

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WO2015199264A1
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노영석
장석준
육종묵
정재칠
김정은
문정모
김상우
장성민
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(주) 파인텍
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a porous alumina tube, and more specifically, a binder and alumina made of CMC, MC, PVA, dextrin, Oil (lubrication role), surfactant, and alumina by mixing the filter under mild conditions through vacuum extrusion and
  • the present invention relates to a method for producing a porous alumina tube that can be applied to a dehydration process through hydrophilic membrane synthesis and is economical, efficient and mass-produced.
  • the particle size is very uniform and the metal ion concentration is controlled, the size of the particle can be easily adjusted, and thus, the porous alumina can be easily dehydrated by creating a separator that can be applied to the hydrophilic membrane and used for the filter. It relates to a method for producing a tube.
  • a membrane is a material that can separate a specific component by selectively passing or excluding a desired material from a bicomponent or multicomponent mixture.
  • various membrane materials and processes are being developed, which are largely classified into reverse osmosis membranes, ultrafiltration membranes, and microfiltration membranes, depending on the level of separation.
  • the ideal separator should have a high permeability and a high permeability to selectively permeate the desired material.
  • a cylinder shape with less bend of pores is suitable.
  • a membrane having uniform pores is required.
  • membranes are used in the form of flat membranes and hollow fiber membranes using polymer materials such as cellulose acetate (CA) and poly sulfone (PSf) .
  • the membrane separator using polymers has uneven pores and sponge-like pores. The resistance to the inside of the membrane during water permeation is large, and the separation range by size is not constant.
  • the inner diameter should be reduced to increase the density of the hollow fiber membrane per unit area, thereby maximizing the actual separation area, but the inner diameter that can be manufactured is limited to several tens of micrometers.
  • An example of making cylinder-shaped pores by using a polymer is a method of making vertical pores by etching ion weakened portions by irradiating ion beams on the surface of strong polycarbonate (PC) or polyethylene (PE) polymer membranes (track etching ) Is commercialized only.
  • the separation membrane has a non-uniform structure such that the porosity is very low, less than 5%, and two or three adjacent pores overlap each other to form pores two times larger than the original pores.
  • inorganic separators are also partly commercialized.
  • aluminum oxide is used, a cylindrical membrane having a porosity of about 50% can be realized.
  • brittleness is strong, so that it is easily broken and difficult to be used in actual processes.
  • separators by forming pores in inorganic materials (eg, silicon, silicon nitride, etc.) having a thickness of tens to hundreds of nanometers by heat treatment, lithography, or heavy ion etching, but the thickness is thin to withstand pressure of 1 bar or more. It is difficult and easy to break the situation is not applied to the actual situation.
  • inorganic materials eg, silicon, silicon nitride, etc.
  • the conventional polymer membrane is low resistance to external stimuli such as temperature, pH, oxidant, physical stimulation, organic fouling, etc. has a disadvantage in that the membrane is frequently replaced when used in the actual process.
  • the resistance inside the membrane is minimized to have high permeability and at the same time high selectivity, and organic matter fouling the surface of the separator has little effect of lowering the separation efficiency, and strong resistance to organic solvents, strong acids or strong bases, and oxidation conditions.
  • alumina has been used as an important catalyst and support in industrial processes.
  • the alumina has a uniform surface of mesopores and has a high surface area and has chemical and thermal stability.
  • the synthesis of eggplant alumina is becoming increasingly important.
  • the synthesis of nanostructured alumina fiber was reported to be synthesized by the sol-gel process by continuously raising the temperature to the cut-off temperature, and the alumina nanotubes were synthesized by electrochemical anodizing method. Have a report. However, this process has the fundamental disadvantage of not obtaining a large amount of alumina tubes.
  • the present invention is to solve the above problems, by mixing the binder and alumina consisting of CMC, MC, PVA, dextrin, Oil (lubrication role), surfactant, through a vacuum extrusion through a filter and hydrophilic membrane synthesis under mild conditions It is an object of the present invention to provide a method for producing a porous alumina tube that can be applied to a dehydration process and is economical, efficient and capable of mass production.
  • the particle size is very uniform and the metal ion concentration is controlled, the size of the particle can be easily adjusted, and thus, the porous alumina can be easily dehydrated by creating a separator that can be applied to the hydrophilic membrane and used for the filter.
  • a separator that can be applied to the hydrophilic membrane and used for the filter.
  • a porous alumina tube manufacturing method CMC (Sodium Carboxymethyl Celluose), PVA (Polyvinyl Alcohol), dextrin, oil and a binder formed of a surfactant and alumina (Al 2 O 3 1) mixing the powder to produce powder; A second step of kneading the powder by adding water to the powder produced in the first step, and vacuum-extruding the kneaded powder; A third step of drying the vacuum dough powder extruded in the second step through a roller at room temperature for 24 hours; And a fourth step of baking the composition dried in the third step at a temperature of 1400 ° C. for 26 hours to 33.5 hours.
  • CMC Sodium Carboxymethyl Celluose
  • PVA Polyvinyl Alcohol
  • dextrin oil
  • a binder formed of a surfactant and alumina Al 2 O 3 1
  • the composition ratio of the alumina (Al 2 O 3 ) and the binder of the first step is 95: 5% by weight, 85: 15% by weight or 90 : It is characterized by consisting of any one of 10% by weight.
  • the binder of the first step is 67% by weight of sodium carboxymethyl cellulose (CMC), 14% by weight of polyvinyl alcohol (PVA), 13% by weight of dextrin Oil, characterized in that formed by 3% by weight and 3% by weight of surfactant.
  • CMC sodium carboxymethyl cellulose
  • PVA polyvinyl alcohol
  • dextrin Oil characterized in that formed by 3% by weight and 3% by weight of surfactant.
  • the firing process of the fourth step is heated by vacuum extrusion kneading dried composition at 200 °C for 2 hours, the same for 1 hour After the temperature was maintained, the temperature was raised for 3 hours to reach the temperature of 550 ° C., and then maintained at the same temperature of 550 ° C. for 2 hours, and the temperature was increased for 4 hours to reach the temperature of 900 ° C., and then the same 900 ° C. temperature was maintained for 1 hour.
  • Maintaining raising the temperature for 7 hours to reach the 1250 °C temperature, and then maintained at the same 1250 °C temperature for 1 hour, after raising the temperature 4 hours to reach 1350 °C temperature, and then maintained the same 1350 °C temperature for 2 hours, After performing the cooling process for 3.5 hours to reach a temperature of 1100 °C, it is characterized in that it is configured to naturally cool after maintaining the same temperature for 2 hours.
  • a binder and alumina composed of CMC, MC, PVA, dextrin, Oil (lubrication role), and a surfactant are mixed to synthesize a filter and a hydrophilic membrane under mild conditions through vacuum extrusion. It can be applied to dehydration process and provides the economical, efficient and mass production of porous alumina tube.
  • Porous alumina tube manufacturing method is very uniform in size and adjusts the metal ion concentration, so that the size of the particles can be easily adjusted can be applied to the hydrophilic membrane used in the dehydration process of the filter and its use Provides the effect that can be maximized.
  • the porous alumina tube manufacturing method can be used as a membrane material capable of selective removal of ions through the synthesis of the membrane, a sensor material for chemical detection, etc. It can be used to prepare a separator having a stronger strength.
  • FIG. 1 is a flow chart showing a manufacturing process of a porous alumina tube according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 to 4 are graphs showing each firing process for producing a porous alumina tube according to FIG. 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a separator including a porous alumina tube produced in accordance with FIG.
  • the present invention is configured to provide a porous alumina tube produced by mixing alumina (Al 2 O 3 ), a binder to add water, kneading the powder, vacuum extrusion and drying at room temperature for 24 hours and baking at 1400 ° C. for 26 hours.
  • alumina Al 2 O 3
  • a binder to add water
  • kneading the powder vacuum extrusion and drying at room temperature for 24 hours and baking at 1400 ° C. for 26 hours.
  • the binder according to the present invention is configured to include sodium carboxymethyl celluose (CMC), hydroxypropyl methyl cellulose (MC), polyvinyl alcohol (PVA), dextrin, oil (lubrication role), surfactant.
  • CMC carboxymethyl celluose
  • MC hydroxypropyl methyl cellulose
  • PVA polyvinyl alcohol
  • dextrin oil (lubrication role), surfactant.
  • alumina (Al 2 O 3 ) is an oxide. Along with silica, it is the most important material of ceramics. It is a white powder with a molecular weight of 101.96, specific gravity of 3.965, and melting point of 2072 degrees. It is hexagonal crystal structure and is manufactured through baer process as bauxite mineral raw material. Abrasion resistant materials, scarf plugs, insulator abrasives, refractory materials, ceramic tiles, glass, cutting tools, catalyst carriers, filters, heat exchanger components, resin fillers due to their high heat resistance, chemical resistance, corrosion resistance and high strength.
  • High purity alumina which is widely used for fibers, and is used for fine ceramics, is a fine powder having a purity of 99.5% or more and an average particle size of 1 ⁇ m or less, which is relatively well sintered. It has excellent mechanical strength, heat resistance, abrasion resistance and corrosion resistance, so it is widely used as an advanced material in all fields such as ceramics, electronics, optics, machinery, and optics.
  • the alumina material has high resistance to chemical erosion (inert state), excellent chemical resistance without being affected by acid alkali, organic solvents, etc., and has abrasion resistance of 15 to 20 times higher than general metal materials, and maximum operating temperature of alumina ceramics. When the metal exceeds the melting point can be used up to 1600 ⁇ 1700 degrees in continuous use is characterized by excellent heat resistance.
  • Alumina has Silp Casting and CIP (Cold Hydrostatic Molding), and Slip Casting is made by using gypsum mold, and then poured slips mixed with alumina powder and dispersion medium.
  • CIP Cold Isossatatic Pressing
  • the method of molding has the advantage of mass production of simple shaped products, but there is a disadvantage in that the purity is relatively low because a large amount of binder is not made and complex inputs are not made.
  • alumina is a material having high versatility because of its excellent hardness, strength, and chemical stability, and its relatively high electrical insulation and thermal conductivity.
  • step S20 the powder is kneaded by adding water to the resulting powder (step S20), and the powder is vacuum extruded (step S30).
  • the vacuum-extruded powder dough is dried through a roller at room temperature for 24 hours (step S40). ), And calcined at a temperature of 1400 °C for 26 to 33.5 hours to produce a porous alumina tube. (S50 step)
  • the specific composition ratio of alumina (Al 2 O 3 ) and the binder is preferably 95: 5% by weight or 85: 15% by weight. More preferably, the specific composition ratio of alumina to binder is 90:10 wt%.
  • the binder comprises CMC (Sodium Carboxymethyl Celluose), (CMC substitute substance: MC (Hydroxypropyl Methyl Cellulose)), PVA (Polyvinyl Alcohol), dextrin, Oil (lubrication role), surfactants.
  • CMC Sodium Carboxymethyl Celluose
  • CMC substitute substance MC (Hydroxypropyl Methyl Cellulose)
  • PVA Polyvinyl Alcohol
  • dextrin Oil (lubrication role), surfactants.
  • the binder is preferably formed of 67% by weight of sodium carboxymethyl cellulose (CMC), 14% by weight of polyvinyl alcohol (PVA), 13% by weight of dextrin, 3% by weight of oil and 3% by weight of surfactant.
  • CMC sodium carboxymethyl cellulose
  • PVA polyvinyl alcohol
  • the firing process for generating the porous alumina tube of step S50 is described.
  • the composition is first vacuum-extruded and kneaded and dried at 250 ° C. for 2 hours. After the temperature was raised and maintained at the same temperature for 1 hour, the temperature was raised for 2 hours to reach 550 ° C, the temperature was maintained at the same temperature for 2 hours, and the temperature was increased for 3 hours to reach 900 ° C, and then for 1 hour The temperature is maintained at the same temperature, and the temperature is increased for 6 hours to reach the temperature of 1300 ° C, and then maintained at the same temperature for 1 hour. After raising the temperature again to reach 1340 °C temperature for 2 hours, and maintained at the same temperature for 2 hours, and performing a cooling process for 2 hours to reach 1100 °C temperature, it is configured to maintain the same temperature for 2 hours and then naturally cooled do.
  • the firing process for producing a porous alumina tube is vacuum extruded and kneaded to dry the composition as shown in Figure 3 attached at 250 °C for 2 hours, and maintained at the same temperature for a time After heating for 2 hours to reach a temperature of 550 °C, it is maintained at the same temperature for 2 hours, and then heated for 8 hours to reach 1300 °C temperature, and then maintained the same 1300 °C temperature for 2 hours. Then, after raising the temperature for 2 hours to reach 1340 °C temperature, and maintained at the same 1340 °C temperature for 2 hours, performing a cooling process for 2 hours to reach 1100 °C temperature, and then maintained at the same 1100 °C temperature for 2 hours It is configured to naturally cool after.
  • the firing process for producing a porous alumina tube is vacuum extruded and kneaded as shown in the accompanying FIG. 4 to heat up the dried composition at 200 ° C. for 2 hours, and maintained at the same temperature for 1 hour. Then, after raising the temperature for 3 hours to reach the 550 °C temperature, and then maintained the same 550 °C temperature for 2 hours, and then heated up for 4 hours to reach 900 °C temperature, and then maintained the same 900 °C temperature for 1 hour, 1250 After raising the temperature for 7 hours to reach the °C temperature, it is maintained at the same 1250 °C temperature for 1 hour.
  • the configuration according to the membrane manufacturing is large substrate 100, tube rod 110, alumina tube 120, a tubular metal film 130, and a coated metal film 140.
  • a plurality of tube bars 110 oriented in a direction upward from the surface of the substrate 100 and the substrate 100 are arranged.
  • the substrate 100 is prepared as a conductive substrate, and the tube rod 110 arranged on the substrate 100 may be a tube rod made of a metal oxide such as zinc oxide, aluminum oxide, or magnesium oxide.
  • the tube bar 110 may be formed by a hydrothermal synthesis method in which a metal oxide seed layer is formed on the substrate 100 and the substrate on which the seed layer is formed is immersed in a tube bar growth solution containing metal ions.
  • the seed layer may be a layer coated with metal oxide nanoparticles or a metal oxide thin film layer, and serves as a base layer for growing the metal oxide tube rod in the direction.
  • the tube rod 110 may be formed as a cone (cone) of the shape that is tapered toward the upper portion, that is, the portion of the tube rod 110 far from the substrate 100.
  • the tubular metal film 130 surrounding the tube bar 110 is formed by coating a metal on the tube bar 110.
  • the tubular metal film 130 is a structure corresponding to the precursor of the alumina tube, and the thickness thereof may be appropriately set in consideration of the thickness of the alumina tube finally formed.
  • the tubular metal film 130 may be formed by a vapor deposition method in which a metal precursor gas is brought into contact with the tube rod 130.
  • a metal precursor gas SiH 4 , SiCl 4 , GeH 4 , and the like may be used as the metal precursor gas.
  • the tubular metal film 130 is formed by using the tube rod 110 as a template, thereby forming a core-shell-type nanostructure consisting of a core of the tube rod 110 and a shell of the tubular metal film 130. . Therefore, when the upper shape of the tube rod 110 has a cone shape, the upper shape of the tubular metal film 130 may also have a cone shape.
  • the metal coated in the process of forming the tubular metal film 130 by coating the metal on the tube bar 110 may be coated along the surface of the substrate 100 as well as the tube bar 110. Accordingly, the tubular metal films 130 may have a structure in which lower ends thereof are connected to each other by the metal film 140 coated along the substrate surface.
  • Etching the tube rod 110 and the tubular metal film 130 to form the alumina tube 120 may be performed by a variety of known dry etching methods, wet etching methods, or a combination thereof.
  • the tube rod 110 corresponding to the core portion may be removed, and then an upper end of the tubular metal layer 130 corresponding to the shell portion may be etched.
  • the heat treatment may be performed under a hydrogen atmosphere, and the tube rod 110 may be thermally decomposed or thermally decomposed through a reduction reaction.
  • an alumina tube 120 having various diameters of top diameters may be formed by adjusting the length of the etching in the step of etching the upper end of the tubular metal film 130. That is, if the tubular metal film 130 has a cone shape, as the length of the etching is increased, the inner diameter of the upper end of the finally produced alumina tube 120 will increase. Therefore, there is an advantage that the inner diameter of the upper end of the alumina tube 120 can be easily controlled by a simple process of adjusting the length of etching the metal film according to the size of the particles to be separated from the fluid.
  • a metal nanotube array including a plurality of alumina tubes 120 having open ends on the substrate 100 may be formed.

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Abstract

본 발명은 다공성 알루미나 튜브 제조방법에 관한 것이다. 그 세부구성은 알루미나(Al2O3) 및 바인더의 구성비를 95 : 5 중량%, 85 : 15 중량% 또는 90 : 10 중량% 중 어느 하나의 구성으로 혼합하여 파우더를 생성하는 제 1 단계; 제 1 단계에서 생성된 파우더에 물을 첨가하여 파우더를 반죽하고, 반죽된 파우더를 진공 압출하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계에서 진공 압출된 파우더 반죽을 상온에서 24시간 롤러를 통해 건조하는 제 3 단계; 및 상기 제 3 단계에서 건조된 조성물을 1400℃의 온도에서 26시간 내지 33.5시간 동안 소성하는 제 4 단계;를 포함하여 이루어지고, 바인더는 CMC(Sodium Carboxymethyl Celluose) 67 중량%, PVA(Polyvinyl Alcohol) 14중량%, 덱스트린 13 중량%, Oil 3중량% 및 계면활성제 3중량%으로 구성되는 것을 포함한다. 이에 의해 CMC, MC, PVA, 덱스트린, Oil(윤활역할), 계면활성제로 구성된 바인더와 알루미나를 혼합하여 진공 압출을 통해 온화한 조건에서 필터 및 친수성 분리막 합성을 통해 탈수 공정에 적용할 수 있으며 경제적이고, 효율적이며 다공성 알루미나 튜브를 대량 생산할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

다공성 알루미나 튜브 제조방법
본 발명은 다공성 알루미나 튜브 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, CMC, MC, PVA, 덱스트린, Oil(윤활역할), 계면활성제로 구성된 바인더와 알루미나를 혼합하여 진공 압출을 통해 온화한 조건에서 필터 및 친수성 분리막 합성을 통해 탈수 공정에 적용할 수 있으며 경제적이고, 효율적이며 대량 생산이 가능한 다공성 알루미나 튜브의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 입자의 크기가 매우 균일하고 금속 이온 농도를 조절하므로 입자의 크기를 쉽게 조절할 수 있어 친수성 분리막에 적용하여 필터에 활용할 수 있는 분리막 생성을 통해 필터의 탈수 공정을 용이하게 할 수 있는 다공성 알루미나 튜브의 제조방법에 관한 것이다.
분리막(membrane)은 2성분 또는 다성분 혼합물로부터 목적하는 물질을 선택적으로 통과시키거나 배제시켜 특정성분을 분리할 수 있는 소재를 말한다. 산업의 발달과 함께 다양한 분리막 소재 및 공정이 개발되고 있는데, 분리 수준에 따라 크게 역삼투막, 한외여과막, 정밀여과막으로 구분되며 이들은 용도에 따라 단독 또는 복합으로 사용되고 있다.
이상적인 분리막은 투과 물질의 빠른 투과도를 지니면서 목적하는 물질을 선택적으로 투과시키는 효율이 높아야 한다. 물질 투과 시 분리막 내부에서 유체가 받게 되는 저항을 최소화하여 빠른 투과도를 갖기 위해서는 기공의 굴곡이 적은 실린더 형태가 적합하다. 또한 물질의 크기에 의한 분리 효율을 높이기 위해서는 균일한 기공을 갖는 분리막이 필요하다.
일반적으로 분리막은 CA(cellulose acetate), PSf(poly sulfone) 등의 고분자 재료를 이용해 평막, 중공사막 형태로 사용되는데, 고분자를 이용한 평막 분리막은 기공의 크기가 불균일하고 스폰지 형태의 기공을 갖고 있어, 수투과시 분리막 내부에 걸리는 저항이 크고, 크기에 의한 분리 범위가 일정하지 않다.
또한, 중공사막의 경우 분리효율을 높이기 위해서는 내부 직경을 줄여 단위면적당 중공사막의 밀도를 높여 실제 분리면적을 최대화시켜야 하지만 현재 제작 가능한 내부 직경은 수십 마이크로미터로 제한적이다.
고분자를 이용하여 실린더 형태의 기공을 만든 예로는 강도가 강한 폴리카보네이트(PC)나 폴리에틸렌(PE) 고분자막의 표면에 이온빔을 조사하여 결합이 약해진 부분을 에칭시켜 수직형태의 기공을 만드는 방법(트랙에칭)만이 상업화되어 있다. 하지만 이렇게 만들어진 분리막은 공극률이 5% 미만으로 매우 낮고 인접한 2~3개의 기공이 서로 겹쳐 원래의 기공보다 2배 이상의 큰 기공을 형성하는 등 불균일한 구조를 지니고 있다.
고분자의 이러한 한계 때문에 무기물 분리막 또한 일부 상용화되어 있다. 알루미늄 옥사이드를 이용하는 경우 거의 50%의 공극률을 가지는 실린더 형태의 분리막을 구현할 수 있지만, 높은 공극률과 무기물 자체의 기계적 특성 때문에 취성이 강해 쉽게 깨어져 실제 공정에 사용되기에 많은 어려움이 있다.
열처리, 리소그래피 또는 중이온 에칭법으로 수십~수백 나노미터의 두께를 가지는 무기물질(예: 실리콘, 질화규소 등)에 기공을 형성하여 분리막을 제작하는 연구가 진행되고 있지만, 두께가 얇아 1bar 이상의 압력을 견디기 힘들고, 쉽게 깨지는 단점이 있어 실제 공정에 적용되지 못하고 있는 실정이다.
또한 종래의 고분자 분리막은 온도나 pH, 산화제, 물리적 자극, 유기물 파울링 등의 외부적 자극에 저항성이 낮아 실제 공정에 사용될 때 분리막을 자주 교체해 주어야 하는 단점이 있다.
따라서 분리막 내부의 저항을 최소화하여 높은 투과도를 지니면서 동시에 높은 선택도를 가지며, 유기물이 분리막 표면에 파울링되어 분리효율을 저하시키는 영향이 적고, 유기용매나 강산 혹은 강염기 및 산화 조건에 강한 저항성을 갖는 새로운 분리막의 개발이 필요한 실정이다.
일반적으로 알루미나는 산업공정에 있어서 중요한 촉매 및 지지체로 사용되어 왔으며, 기존의 알루미나가 가지고 있는 불균일한 세공의 분포를 메조포어 형태의 균일한 기공을 가지면서도 높은 표면적을 가지고, 또한 화학적 및 열적 안정성을 가지는 알루미나의 합성이 점차 중요해지고 있다.
지금까지 여러 가지 계면 활성제(양이온계, 음이온계, 비이온계)들을 사용하여 메조포어를 갖는 알루미나를 제조한 예가 보고된 바 있다. 그러나 종래에는 계 면활성제의 초거대분자 조립 현상을 이용하여 웜홀(wormhole) 또는 스폰지(sponge) 형태의 기공을 갖는 메조포러스 알루미나 물질을 제조하는 방법만이 보고되고 있으며, 상기와 같이 계면활성제를 사용하여 알루미나 튜브를 제조하는 방법은 알려져 있지 않다.
한편 나노 구조를 가지는 알루미나 파이버의 합성은 컷오프(cut-off) 온도까지 연속적으로 온도를 올려가며 졸-겔 공정에 의해서 합성되었다는 보고와 알루미나 나노튜브를 전기 화학적인 양극산화(anodizing) 방법으로 합성하였다는 보고가 있다. 그러나 이 공정은 대량의 알루미나 튜브를 얻을 수 없다는 근본적인 단점이 있다.
따라서, 본 출원인은 CMC, MC, PVA, 덱스트린, Oil(윤활역할), 계면활성제로 구성된 바인더와 알루미나 혼합을 통해 생성된 다공성 알루미나 튜브의 공극의 직경, 배합비에 따른 다공성 영향, 소성 온도에 따른 튜브이 다공성 영향에 대해 연구를 진행하고, 이로 인해 생성된 다공성 알루미나 튜브의 친수성 분리막 합성을 통해 필터의 탈수에 적용할 수 있는 분리막 생성 방법에 대해 제안하고자 한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, CMC, MC, PVA, 덱스트린, Oil(윤활역할), 계면활성제로 구성된 바인더와 알루미나를 혼합하여 진공 압출을 통해 온화한 조건에서 필터 및 친수성 분리막 합성을 통해 탈수 공정에 적용할 수 있으며 경제적이고, 효율적이며 대량 생산이 가능한 다공성 알루미나 튜브의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 입자의 크기가 매우 균일하고 금속 이온 농도를 조절하므로 입자의 크기를 쉽게 조절할 수 있어 친수성 분리막에 적용하여 필터에 활용할 수 있는 분리막 생성을 통해 필터의 탈수 공정을 용이하게 할 수 있는 다공성 알루미나 튜브 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 다공성 알루미나 튜브 제조방법은, CMC(Sodium Carboxymethyl Celluose), PVA(Polyvinyl Alcohol), 덱스트린, Oil 및 계면활성제로 형성된 바인더 및 알루미나(Al2O3)를 혼합하여 파우더를 생성하는 제 1 단계; 제 1 단계에서 생성된 파우더에 물을 첨가하여 파우더를 반죽하고, 반죽된 파우더를 진공 압출하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계에서 진공 압출된 파우더 반죽을 상온에서 24시간 롤러를 통해 건조하는 제 3 단계; 및 상기 제 3 단계에서 건조된 조성물을 1400℃의 온도에서 26시간 내지 33.5시간 동안 소성하는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 알루미나 튜브 제조방법의 부가적인 특징에 따르면, 제 1 단계의 알루미나(Al2O3) 및 바인더의 구성비는 95 : 5 중량%, 85 : 15 중량% 또는 90 : 10 중량% 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 알루미나 튜브 제조방법의 부가적인 특징에 따르면, 제 1 단계의 바인더는 CMC(Sodium Carboxymethyl Celluose) 67 중량%, PVA(Polyvinyl Alcohol) 14중량%, 덱스트린 13 중량%, Oil 3중량% 및 계면활성제 3중량%으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 알루미나 튜브 제조방법의 부가적인 특징에 따르면, 제 4 단계의 소성공정은 진공 압출되어 반죽되어 건조된 조성물을 200℃에서 2시간 동안 승온시키고, 1 시간 동안 동일한 온도에서 유지한 후, 550℃ 온도에 도달하도록 3시간 동안 승온 후, 2시간 동안 동일 550℃ 온도를 유지하고, 다시 900℃ 온도에 도달하도록 4시간 동안 승온 후, 1시간 동안 동일 900℃ 온도를 유지하고, 1250℃ 온도에 도달하도록 7시간 동안 승온 후, 1시간 동안 동일 1250℃ 온도에서 유지하고, 다시 1350℃ 온도에 도달하도록 4 시간 승온한 후, 2시간 동안 동일 1350℃ 온도를 유지하고, 1100℃ 온도에 도달하도록 3.5 시간 동안 냉각 공정을 실시한 후, 2시간 동안 동일온도로 유지한 후 자연 냉각되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 다공성 알루미나 튜브 제조방법은, CMC, MC, PVA, 덱스트린, Oil(윤활역할), 계면활성제로 구성된 바인더와 알루미나를 혼합하여 진공 압출을 통해 온화한 조건에서 필터 및 친수성 분리막 합성을 통해 탈수 공정에 적용할 수 있으며 경제적이고, 효율적이며 다공성 알루미나 튜브를 대량 생산할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 다공성 알루미나 튜브 제조방법은 입자의 크기가 매우 균일하고 금속 이온 농도를 조절하므로 입자의 크기를 쉽게 조절할 수 있어 친수성 분리막에 적용하여 필터의 탈수공정에 활용할 수 있어 그 용도를 극대화할 수 있는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다공성 알루미나 튜브 제조방법은, 알루미나 튜브를 분리막 합성을 통해 이온의 선택적 제거가 가능한 분리막소재, 화학물질 검출을 위한 센서용 소재 등으로 사용될 수 있고, 알루미나 튜브를 보다 강도가 강화된 분리막을 제조하는데 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다공성 알루미나 튜브의 제조공정을 도시한 흐름도.
도 2 내지 도 4는 도 1에 따른 다공성 알루미나 튜브 생성을 위한 각 소성 공정을 도시한 그래프.
도 5는 9는 도 1에 따라 생성된 다공성 알루미나 튜브를 포함하는 분리막의 제조공정을 도시한 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
발명은 알루미나(Al2O3), 바인더를 혼합하여 물을 첨가하여 파우더를 반죽한 후 진공 압출하여 상온 24시간 건조하여 1400℃에서 26시간 소성하여 생성되는 다공성 알루미나 튜브를 제공하도록 구성되어 있다.
본 발명에 따른 상기 바인더는 CMC(Sodium Carboxymethyl Celluose), MC(Hydroxypropyl Methyl Cellulose), PVA(Polyvinyl Alcohol), 덱스트린, Oil(윤활역할), 계면활성제를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 알루미나(Al2O3)의 특성을 살펴보면, 알루미나(Al2O3)는 산화물. 실리카(silica)와 더불어 세라믹스의 가장 중요한 재료로서, 분자량이 101.96, 비중이 3.965이며 용융점이 2072도인 백색 분말로서 육방정의 결정구조를 가지며 보크사이트(bauxite) 광물 원료로 Bayer 공정을 통해 제조가 되어지며 높은 내열성, 내화학성, 내식성, 고강도 등에 기인하여 용도로서 내마모재, 스카프 플러그, 절연애자 연마재, 내화물, 세라믹 타일, 유리, 절삭공구, 촉매담체, 필터, 열교환기 부품, 수지 필러(resin filler), 섬유 등에 광범위하게 사용되고, 파인 세라믹용으로 사용되는 고순도 알루미나는 99.5% 이상의 순도를 가지며 평균 입자크기라 1um 이하인 미세분말로서 소결이 비교적 잘되는 분말이다. 이는 기계적 강도, 내열성, 내마모성, 내식성 등이 우수하여 세라믹스 전기전자, 광학, 기계, 광학 등 여러분야에서 첨단소재로 널리 이용된다.
알루미나 재질적 특성은 화학적 침식에 높은 저항성(불활성 상태), 산알카리, 유기용제 등에 영향을 받지 않는 뛰어난 내약품성이고, 일반 금속재료보다 15 ~ 20배 높은 내마모성 특성이 있고, 알루미나 세라믹스의 최고 사용온도는 금속 용융점을 초과하면 연속 사용시 1600 ~ 1700도까지 사용 가능하여 내열성이 우수한 특징이 있다.
알루미나는 Silp Casting(주입 성형)과 CIP(냉간정수압 성형)이 있으며 Slip Casting은 제품 형상을 석고 몰드를 이용하여 만든 후 알루미나 분말과 분산매를 혼합한 슬립을 부어서 삼투압을 이용하여 성형 우 가마에서 구워내어 대량생산에는 불리하나 바인더와 투입량이 상대적으로 적어 고순도 제품을 제작 가능 및 복잡한 형상 제품을 만들 수 있어 다품종 소량생산에 적합한 소결이 있고, CIP(Cold Isossatatic Pressing)은 모든 방향에서 동일한 압력을 분말에서 걸어서 성형하는 방법으로 단순 형상 제품을 대량 생산의 장점이 있으나 복잡한 형상을 만들 수 없고 바인더의 투입량이 많아 상대적으로 순도가 떨어지는 단점이 있다.
즉, 알루미나는 경도, 강도, 화학적인 안정성이 뛰어나고, 전기 절연성, 열전도율도 비교적 커서 범용성(汎用性)이 높은 재료이다.
상기와 같은 알루미나(Al2O3)의 특성을 고려하여 본 발명에 따른 다공성 알루미나 튜브의 제조방법을 첨부된 도 1의 흐름도를 참조하여 그 절차를 살펴보면, 먼저, 먼저, 알루미나(Al2O3) 및 바인더를 혼합하여 파우더를 생성한다.(S10 단계)
이후, 생성된 파우더에 물을 첨가하여 파우더를 반죽하고(S20 단계), 반죽된 파우더를 진공 압출한다.(S30 단계) 상기에 진공 압출된 파우더 반죽를 상온에서 24시간 롤러를 통해 건조하고(S40 단계), 1400℃의 온도에서 26시간 내지 33.5시간 동안 소성하여 다공성 알루미나 튜브를 생성한다.(S50 단계)
상기 절차에 의해 생성된 다공성 알루미나 튜브의 표면에 친수성 분리막을 합성하여 탈수(Dehydration Process) 공정을 더 포함하여 구성된다.
한편, 상기 다공성 알루미나 튜브의 제조방법에 있어서, 알루미나(Al2O3) 및 바인더의 구체적인 구성비는 95 : 5 중량% 또는 85 : 15 중량% 인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 알루미나 : 바인더의 구체적인 구성비는 90 : 10 중량%인 것이 바람직하다.
또한, 상기 바인더는 CMC(Sodium Carboxymethyl Celluose), (CMC대체물질 : MC(Hydroxypropyl Methyl Cellulose)), PVA(Polyvinyl Alcohol), 덱스트린, Oil(윤활역할), 계면활성제를 포함하여 구성된다.
보다 구체적으로 상기 바인더는 CMC(Sodium Carboxymethyl Celluose) 67 중량%, PVA(Polyvinyl Alcohol) 14중량%, 덱스트린 13 중량%, Oil 3중량% 및 계면활성제 3중량%으로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 S50 단계의 다공성 알루미나 튜브 생성을 위한 소성공정을 첨부되 도 2 내지 도 4에서 살펴보면, 먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 먼저 진공 압출되어 반죽되어 건조된 조성물을 250℃에서 2시간 동안 승온시키고, 1 시간동안 동일한 온도에서 유지한 후, 550℃ 온도에 도달하도록 2시간 동안 승온후, 2시간 동안 동일 온도에서 유지하고, 다시 900℃ 온도에 도달하도록 3시간 동안 승온 후, 1시간 동안 동일 온도에서 유지하고, 1300℃ 온도에 도달하도록 6시간 동안 승온 후, 1시간 동안 동일 온도에서 유지한다. 다시 1340℃ 온도에 도달하도록 2 시간 승온한 후, 2시간 동안 동일 온도에서 유지하고, 1100℃ 온도에 도달하도록 2 시간 동안 냉각 공정을 실시한 후, 2시간 동안 동일온도로 유지한 후 자연 냉각되도록 구성된다.
또한, 다른 실시예로서 다공성 알루미나 튜브 생성을 위한 소성공정은 첨부된 도 3에서 도시된 바와 같이 진공 압출되어 반죽되어 건조된 조성물을 250℃에서 2시간 동안 승온시키고, 시간 동안 동일한 온도에서 유지한 후, 550℃ 온도에 도달하도록 2시간 동안 승온 후, 2시간 동안 동일 온도에서 유지하고, 다시 1300℃ 온도에 도달하도록 8시간 동안 승온 후, 2시간 동안 동일 1300℃ 온도를 유지한다. 이후, 1340℃ 온도에 도달하도록 2 시간 승온한 후, 2시간 동안 동일 1340℃ 온도에서 유지하고, 1100℃ 온도에 도달하도록 2 시간 동안 냉각 공정을 실시한 후, 2시간 동안 동일 1100℃ 온도로 유지한 후 자연 냉각되도록 구성된다.
또한, 다른 실시예로서 다공성 알루미나 튜브 생성을 위한 소성공정은 첨부된 도 4에서 도시된 바와 같이 진공 압출되어 반죽되어 건조된 조성물을 200℃에서 2시간 동안 승온시키고, 1 시간 동안 동일한 온도에서 유지한 후, 550℃ 온도에 도달하도록 3시간 동안 승온 후, 2시간 동안 동일 550℃ 온도를 유지하고, 다시 900℃ 온도에 도달하도록 4시간 동안 승온 후, 1시간 동안 동일 900℃ 온도를 유지하고, 1250℃ 온도에 도달하도록 7시간 동안 승온 후, 1시간 동안 동일 1250℃ 온도에서 유지한다. 다시 1350℃ 온도에 도달하도록 4 시간 승온한 후, 2시간 동안 동일 1350℃ 온도를 유지하고, 1100℃ 온도에 도달하도록 3.5 시간 동안 냉각 공정을 실시한 후, 2시간 동안 동일온도로 유지한 후 자연 냉각되도록 구성된다.
상기의 알루미나 및 바인더의 조성 및 소성공정에 따라 형성된 다공성 알루미나 튜브에 대하여 플라스틱 입자 크기, 공극 직경에 대한 다공성의 정도를 실험에 의해 확인한 결과, 하기 표 1에 도시된 바와 같이 2 ~ 4 um 플라스틱 크기에 770.3의 공극 직경에서 다공성이 가장 우수한 것으로 확인되었다.
표 1 입자 크기에 따른 지지체 영향성 평가
paticle size 2 ~ 4 Чm 1 Чm 미만 0.3 Чm 미만
pore diameter 770.3 224.1 119.8
porosity 44.3629 43.3471 33.409
상기의 알루미나 및 바인더의 조성 및 소성공정에 따라 형성된 다공성 알루미나 튜브에 대하여 알루미나 및 바인더의 조성 비율을 고려한 다공성의 정도를 확인한 결과, 하기 표 2에 도시된 바와 같이 알루미나(Al2O3) 및 바인더의 비율이 90 : 10 중량%에서 다공성이 가장 우수한 것으로 확인되었다.
표 2 입자 크기에 따른 지지체 영향성 평가
mixing ration(Al2O3 : binder) 95 : 5 90 : 10 85 : 15
pore diameter 113.4 119.8 141.8
porosity 25.8687 33.409 31.0946
상기의 알루미나 및 바인더의 조성 및 소성공정에 따라 형성된 다공성 알루미나 튜브에 대하여 소성온도에 대한 다공성의 정도를 실험에 의해 확인한 결과, 하기 표 3에 도시된 바와 같이 2 ~ 4 um 플라스틱에서 다공성이 가장 우수한 것으로 확인되었다.
표 3 소성온도에 따른 지지체 영향성 평가
소성온도 1200 1300 1200 1300 1200 1300
paticle size 2 ~ 4 Чm 1 Чm 미만 0.3 Чm 미만
pore diameter 936.1 913.4 178.3 209.8 116.1 133.4
porosity 50.2392 46.5456 47.1957 41.6495 35.3701 25.8687
상기의 공정에 의해 생성된 다공성 알루미나 튜브를 통해 분리막 제공공정을 첨부된 도 5 내지 도 9를 참조하여 살펴보면, 먼저, 분리막 제조에 따른 구성은 크게 기판(100), 튜브막대(110), 알루미나 튜브(120), 튜브형 금속막(130), 코팅된 금속막(140)으로 구성된다. 먼저, 기판(100), 상기 기판(100) 표면으로부터 상부 방향으로 배향되고, 서로 이격되어 배열된 복수의 튜브막대(110)를 형성한다.
상기 기판(100)은 전도성 기판으로 준비되고, 상기 기판(100) 상에 배열되는 상기 튜브막대(110)는 아연 산화물, 알루미늄 산화물 또는 마그네슘산화물과 같은 금속 산화물로 이루어진 튜브막대일 수 있다.
상기 튜브막대(110)는 기판(100) 상에 금속산화물 씨드층을 형성하고, 상기 씨드층이 형성된 기판을 금속 이온을 포함하는 튜브막대 성장 용액에 침지시키는 수열합성법에 의해 형성할 수도 있다. 이때, 상기 씨드층은 금속산화물 나노입자가 코팅된 층 또는 금속산화물 박막층일 수 있으며, 금속산화물 튜브막대를 방향으로 성장시키는 기저층의 역할을 한다.
한편, 상기 튜브막대(110)는 형상이 상부로 갈수록, 즉 기판(100)으로부터 먼 쪽의 튜브막대(110) 부분일수록 점점 가늘어지는 모양의 콘(cone)형으로 형성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 튜브막대(110) 상에 금속을 코팅하여 튜브막대(110)를 감싸는 튜브형 금속막(130)을 형성한다. 상기 튜브형 금속막(130)은 알루미나 튜브의 전구체에 해당하는 구조물로서 그 두께는 최종적으로 형성되는 알루미나튜브의 두께를 고려하여 적절하게 설정할 수 있다.
상기 튜브형 금속막(130)의 형성은 금속 전구체 가스를 튜브막대(130)에 접촉시키는 기상증착법에 의해 수행할 수 있다. 상기 금속 전구체 가스로는 SiH4, SiCl4, GeH4 등을 사용할 수 있다.
상기 튜브형 금속막(130)은 튜브막대(110)를 주형(template)으로 하여 형성되며, 이에 따라 튜브막대(110) 코어와 튜브형 금속막(130) 쉘로 구성된 코어-쉘 형의 나노구조체가 형성된다. 따라서, 상기 튜브막대(110)의 상부 형상이 콘형의 형상을 갖는 경우, 상기 튜브형 금속막(130)의 상부 형상도 콘형의 형상을 가질 수 있다.
또한, 튜브막대(110) 상에 금속을 코팅하여 튜브형 금속막(130)을 형성 과정에서 코팅되는 금속은 튜브막대(110) 뿐 아니라, 기판(100) 면을 따라서도 코팅될 수 있다. 이에 따라, 상기 튜브형 금속막(130)들은 그 하단부가 기판 면을 따라 코팅된 금속막(140)에 의해 서로 연결된 구조를 가질 수 있다.
도 7 및 8를 참조하면, 도 6에 도시된 코어-쉘 형의 나노구조체에서 상기 코어 부분의 튜브막대(110)를 모두 식각하고 상기 쉘 부분의 튜브형 금속막(130)의 상단을 식각하여 말단이 개구된 알루미나 튜브(120)를 형성한다.
상기 알루미나 튜브(120)를 형성하기 위해 상기 튜브막대(110) 및 튜브형 금속막(130)을 식각하는 단계는 공지된 다양한 건식 식각법, 습식 식각법 또는 이들의 조합에 의해 수행할 수 있는데, 상기 알루미늄 튜브(120)를 형성하는 단계는, 먼저 코어 부분에 해당하는 튜브막대(110)를 제거한 후, 쉘 부분에 해당하는 튜브형 금속막(130)의 상단을 식각하는 방법을 사용할 수 있다.
즉, 열처리에 의해 상기 튜브형 금속막(130)을 제외한 튜브막대(110)만을 선택적으로 열분해시켜 제거한 후에(도 7), 플라즈마를 이용한 건식 식각 등으로 남아있는 튜브형 금속막(130)의 상단을 식각할 수 있다(도 8). 이때, 상기 열처리는 수소 분위기 하에서 수행할 수 있으며, 상기 튜브막대(110)는 그대로 열분해 되거나 환원 반응을 거쳐 열분해 되어 제거될 수 있다.
상기 튜브형 금속막(130)이 콘형을 갖는 경우에는 튜브형 금속막(130)의 상단을 식각하는 단계에서 식각되는 길이를 조절하여 다양한 크기의 상단 직경을 갖는 알루미나 튜브(120)를 형성할 수 있다. 즉, 상기 튜브형 금속막(130)이 콘형의 형상을 갖는다면, 그 식각되는 길이를 길게 할수록 최종적으로 제조되는 알루미나튜브(120)의 상단의 내부 직경은 증가할 것이다. 따라서, 유체에서 분리하고자 하는 입자의 크기에 따라 금속막을 식각하는 길이를 조절하는 간단한 공정에 의해 상기 알루미나 튜브(120)의 상단의 내부 직경을 용이하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
상술한 상기의 과정들에 의해 기판(100) 상에 말단이 개구된 복수의 알루미나 튜브(120)를 포함하는 금속나노튜브 어레이를 형성할 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
[부호의 설명]
100 : 기판 110 : 튜브막대
120 : 알루미나 튜브 130 : 튜브형 금속막
140 : 코팅 금속막

Claims (4)

  1. CMC(Sodium Carboxymethyl Celluose), PVA(Polyvinyl Alcohol), 덱스트린, Oil 및 계면활성제로 형성된 바인더 및 알루미나(Al2O3)를 혼합하여 파우더를 생성하는 제 1 단계;
    제 1 단계에서 생성된 파우더에 물을 첨가하여 파우더를 반죽하고, 반죽된 파우더를 진공 압출하는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계에서 진공 압출된 파우더 반죽을 상온에서 24시간 롤러를 통해 건조하는 제 3 단계; 및
    상기 제 3 단계에서 건조된 조성물을 1400℃의 온도에서 26시간 내지 33.5시간 동안 소성하는 제 4 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 알루미나 튜브 제조방법
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 단계의 알루미나(Al2O3) 및 바인더의 구성비는 95 : 5 중량%, 85 : 15 중량% 또는 90 : 10 중량% 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 다공성 알루미나 튜브 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 1 단계의 바인더는 CMC(Sodium Carboxymethyl Celluose) 67 중량%, PVA(Polyvinyl Alcohol) 14중량%, 덱스트린 13 중량%, Oil 3중량% 및 계면활성제 3중량%으로 형성되는 것을 특징으로 하는 다공성 알루미나 튜브 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4 단계의 소성공정은
    진공 압출되어 반죽되어 건조된 조성물을 200℃에서 2시간 동안 승온시키고, 1 시간 동안 동일한 온도에서 유지한 후, 550℃ 온도에 도달하도록 3시간 동안 승온 후, 2시간 동안 동일 550℃ 온도를 유지하고, 다시 900℃ 온도에 도달하도록 4시간 동안 승온 후, 1시간 동안 동일 900℃ 온도를 유지하고, 1250℃ 온도에 도달하도록 7시간 동안 승온 후, 1시간 동안 동일 1250℃ 온도에서 유지하고, 다시 1350℃ 온도에 도달하도록 4 시간 승온한 후, 2시간 동안 동일 1350℃ 온도를 유지하고, 1100℃ 온도에 도달하도록 3.5 시간 동안 냉각 공정을 실시한 후, 2시간 동안 동일온도로 유지한 후 자연 냉각되도록 구성된 것을 특징으로 하는 다공성 알루미나 튜브 제조방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107445596A (zh) * 2017-07-14 2017-12-08 山东硅元新型材料股份有限公司 高耐腐蚀性氧化铝陶瓷膜支撑体的制备方法
CN109224880A (zh) * 2018-10-19 2019-01-18 上海科琅膜科技有限公司 一种纳滤管式陶瓷膜的制备方法
KR20200046164A (ko) * 2018-10-17 2020-05-07 한국도자기주식회사 도자기 성형용 석고 몰드의 제조방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102193165B1 (ko) * 2019-07-23 2020-12-18 (주)파인텍 이산화티타늄(TiO₂)을 이용한 다공성 지지체 제조 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040015419A (ko) * 2002-08-12 2004-02-19 학교법인 포항공과대학교 알루미나 나노튜브의 제조방법 및 제조된 알루미나나노튜브의수소저장체로서의 용도
KR20090121839A (ko) * 2008-05-23 2009-11-26 강원대학교산학협력단 공기정화용 세라믹필터 제조방법 및 그 세라믹필터 모듈
WO2010123251A2 (ko) * 2009-04-21 2010-10-28 ㈜엘지하우시스 다공성 세라믹 구조체 및 이를 포함하는 제습/가습 장치
KR20130022616A (ko) * 2011-08-25 2013-03-07 주식회사 에이치엠알(Hmr) 알루미나 성형체 제조방법
KR101311273B1 (ko) * 2012-05-08 2013-09-25 고려대학교 산학협력단 다공성 튜브형 지지체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공성 튜브형 지지체

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100819263B1 (ko) 2004-04-19 2008-04-02 삼성전자주식회사 전자 명함 관리 장치 및 방법
KR100724927B1 (ko) 2005-11-01 2007-06-04 재단법인서울대학교산학협력재단 다공성 알루미나 나노틀을 실리콘 웨이퍼에 접합하는기술을 이용한 탄소나노튜브 전계방출소자 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040015419A (ko) * 2002-08-12 2004-02-19 학교법인 포항공과대학교 알루미나 나노튜브의 제조방법 및 제조된 알루미나나노튜브의수소저장체로서의 용도
KR20090121839A (ko) * 2008-05-23 2009-11-26 강원대학교산학협력단 공기정화용 세라믹필터 제조방법 및 그 세라믹필터 모듈
WO2010123251A2 (ko) * 2009-04-21 2010-10-28 ㈜엘지하우시스 다공성 세라믹 구조체 및 이를 포함하는 제습/가습 장치
KR20130022616A (ko) * 2011-08-25 2013-03-07 주식회사 에이치엠알(Hmr) 알루미나 성형체 제조방법
KR101311273B1 (ko) * 2012-05-08 2013-09-25 고려대학교 산학협력단 다공성 튜브형 지지체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공성 튜브형 지지체

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107445596A (zh) * 2017-07-14 2017-12-08 山东硅元新型材料股份有限公司 高耐腐蚀性氧化铝陶瓷膜支撑体的制备方法
KR20200046164A (ko) * 2018-10-17 2020-05-07 한국도자기주식회사 도자기 성형용 석고 몰드의 제조방법
KR102149141B1 (ko) 2018-10-17 2020-08-28 한국도자기주식회사 도자기 성형용 석고 몰드의 제조방법
CN109224880A (zh) * 2018-10-19 2019-01-18 上海科琅膜科技有限公司 一种纳滤管式陶瓷膜的制备方法

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