KR100664664B1 - Method and apparatus for manufacturing colloidal carbon nano homogeneously dispersed in aqueous solution - Google Patents

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Abstract

A method and an apparatus for manufacturing nano carbon colloid homogeneously dispersed in water or aqueous solution are provided to lower the generation of wastes in the manufacturing process fundamentally. An electrolytic cell(10) receives the electrolytic agent(15) and the carbon agent. A carbon oxidation electrode(11) and an opposite part electrode(12) are immersed into the electrolytic agent. The distance of the carbon oxidation electrode and the opposite part electrode are controlled by an electrode distance control rod(13) supported by a frame(14). The carbon oxidation electrode is formed with the male screw type and the opposite part electrode is formed with the female screw type. The carbon oxidation electrode and the opposite part electrode are formed by a metal plate, an oxide coating plate or a graphitization carbon plate.

Description

물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조 방법 및 장치{Method and apparatus for manufacturing colloidal carbon nano homogeneously dispersed in aqueous solution}Method and apparatus for manufacturing microcarbon colloid homogeneously dispersed in water or aqueous solution

도 1a은 본 발명의 미세탄소 콜로이드 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면.Figure 1a schematically shows a microcarbon colloid manufacturing apparatus of the present invention.

도 1b는 도 1a의 전극 장착구조를 설명하기 위해 도시한 부분도.FIG. 1B is a partial view illustrating the electrode mounting structure of FIG. 1A. FIG.

도 2는 본 발명의 방법으로 제조된 미세탄소 콜로이드의 투과전자현미경(TEM) 사진.Figure 2 is a transmission electron microscope (TEM) of the micro-carbon colloid prepared by the method of the present invention.

도 3은 본 발명의 방법으로 제조된 미세탄소 콜로이드의 원자현미경(AFM) 사진.Figure 3 is an atomic force microscope (AFM) photograph of the fine carbon colloid prepared by the method of the present invention.

본 발명은 미세탄소 콜로이드 제조 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 물 또는 수용액에 균질분산되어 안정적으로 유지되는 미세탄소 콜로이드 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for producing a microcarbon colloid, and more particularly, to a method and apparatus for producing a microcarbon colloid which is homogeneously dispersed in water or an aqueous solution to be stably maintained.

금, 산화티타늄 등의 물질을 나노미터 크기로 분말화 하거나 콜로이드로 제조했을 때 원래 덩어리(bulk)일 때와 다른 유용한 성질을 가지는 경우가 많다. 그에 따라 탄소도 나노미터 크기로 분말화하거나 콜로이드를 제조하려는 노력이 있어 왔다.When powdered to a nanometer size or made of colloids, materials such as gold and titanium oxide often have useful properties different from those of the original bulk. Accordingly, efforts have been made to powder carbon to nanometer sizes or to produce colloids.

카본블랙 및 활성탄 제조시 표면에 산소와 결합한 산화 화합물이 존재하게 된다. 이들은 주로 페놀릭(phenolic), 퀴놀릭(quinolic), 카르복실(carboxyl)기 등으로서 탄소입자에 공유결합 되어 있다. 이 화합물들은 친수성기로서 소수성인 탄소입자를 물에 현탁시켜 콜로이드를 제조할 때 분산안정성을 높이는 역할을 한다. 앞에서 제시한 화합물중 카르복실기가 가장 친수성이 높고 탄소입자의 분산안정성에 가장 큰 기여를 한다. 또한 카르복실기로 인하여 이러한 탄소콜로이드는 산성을 띠게 된다.Oxygen-bonded compounds are present on the surface when carbon black and activated carbon are prepared. These are mainly phenolic, quinolinic, and carboxyl groups, which are covalently bonded to the carbon particles. These compounds act as hydrophilic groups to increase dispersion stability when preparing colloids by suspending hydrophobic carbon particles in water. Of the compounds presented above, the carboxyl group is the most hydrophilic and contributes the most to the dispersion stability of the carbon particles. The carboxyl group also makes these carbon colloids acidic.

탄소 콜로이드를 만들 목적으로 탄소입자를 제조할 때 카르복실기가 많이 생기도록 공정을 조정하게 된다. 그러나 이 방법으로는 한계가 있으므로 탄소입자를 화학적으로 산화시키기도 한다. 주로 질산을 이용하여 탄소입자를 산화시키며 화학반응성이 매우 낮은 탄소나노튜브의 경우 진한 황산과 진한 질산의 혼합물로 산화시켜 나노튜브에 카르복실기를 발생시키기도 한다. 또한, 탄소입자를 산화시켜 가능한 많은 카르복실기를 발생시키려면 탄소입자를 더 작게 나눌 필요가 있다. 탄소의 총량이 동일할 때 입자들의 크기가 작으면 탄소 표면적이 늘어나서 더 많은 카르복실기를 발생시킬 수 있다. 그리고 입자가 작을수록 수용액에서 침강하기가 어려워져 더 안정된 탄소콜로이드가 되며, 특히 50나노미터 이하가 되면 입자가 중력 의 영향에서 벗어나 가라앉지 않는다는 것이 알려져 있다.In order to produce carbon colloids, the process is adjusted to produce a large number of carboxyl groups when producing carbon particles. However, there are limitations with this method, so the carbon particles are chemically oxidized. The carbon particles are oxidized mainly using nitric acid. In the case of carbon nanotubes having low chemical reactivity, oxidizing carbon nanotubes with a mixture of concentrated sulfuric acid and concentrated nitric acid may generate carboxyl groups in the nanotubes. In addition, in order to oxidize the carbon particles to generate as many carboxyl groups as possible, it is necessary to divide the carbon particles into smaller ones. If the particle size is small when the total amount of carbon is the same, the surface area of the carbon may increase to generate more carboxyl groups. It is known that the smaller the particles are, the more difficult to settle in the aqueous solution, which results in more stable carbon colloids. Particularly, when the particles are smaller than 50 nanometers, the particles do not sink away from the influence of gravity.

안정하면서 질산, 계면활성제 등 첨가물이 없는 고순도의 탄소콜로이드를 제조하려면 탄소입자를 50나노미터 까지 잘게 쪼개고, 첨가하는 물질 없이 탄소표면에 카르복실기를 많이 발생시켜야 한다. 그러나 종래의 방법으로는 일단 생산된 탄소입자를 더 작게 나누는 방법이 없다. 그리고 질산 등 첨가하는 물질 없이 카르복실기를 늘릴 방법이 없다. 그러므로 종래의 기술로 고순도의 탄소콜로이드를 제조하려면 질산을 첨가제로 산화시키는 과정과 불순물이 된 첨가제를 제거하는 정제과정이 필요하다. 그런가 하면, 탄소입자 크기가 수 마이크로 미터 이상이면 필터로 거르고 순수한 용매에 다시 녹여 제조할 수 있으나 탄소입자가 수 나노미터로 작으면 종래의 기술로 필터링하는 것이 어렵고 비용이 많이 들며 작업시간이 과다하여 현실적이라 할 수 없다. 그러므로 안정된 고순도의 탄소콜로이드를 제조하려면 탄소입자를 잘게 쪼개면서 질산 등 산화제 없이 카르복실기를 많이 발생시키는 기술의 발명이 필요하다.In order to prepare a stable and high purity carbon colloid without addition of nitric acid or surfactant, the carbon particles must be finely divided to 50 nanometers, and a large amount of carboxyl groups must be generated on the carbon surface without adding materials. However, in the conventional method, there is no method of dividing the produced carbon particles into smaller ones. And there is no way to increase the carboxyl group without adding substances such as nitric acid. Therefore, in order to prepare a high-purity carbon colloid by the conventional technology, a process of oxidizing nitric acid as an additive and removing an additive which becomes an impurity is required. On the other hand, if the carbon particle size is several micrometers or more, it can be manufactured by filtration and re-dissolved in a pure solvent.However, if the carbon particle is small by several nanometers, it is difficult to filter by conventional technology, it is expensive, and the working time is excessive. It is not realistic. Therefore, in order to prepare a stable high-purity carbon colloid, it is necessary to invent a technology of generating a lot of carboxyl groups without oxidizing agents such as nitric acid while finely splitting the carbon particles.

본 발명은 물 또는 수용액에 균질분산되어 안정적으로 유지되는 미세탄소 콜로이드를, 특별한 첨가제 넣는 과정이 필요없는 개선된 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide an improved method which does not require the process of adding a special additive to a fine carbon colloid that is homogeneously dispersed in water or in an aqueous solution.

본 발명의 다른 목적은, 상술한 개선된 방법으로 미세탄소 콜로이드를 제조하는 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus for producing microcarbon colloids by the above-described improved method.

본 발명의 목적에 따른 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드를 제조하는 방법은: 전기화학적으로 탄소를 산화시켜서, 탄소를 미세하게 나누면서 탄소표면에 카르복실기를 생성하는 것을 특징으로 한다.The method for producing a homogenously dispersed microcarbon colloid in water or an aqueous solution according to the object of the present invention is characterized in that by oxidizing carbon electrochemically, a carboxyl group is produced on the carbon surface while finely dividing the carbon.

상기 방법은, 탄소산화 전극과 상대전극을 구비하고, 전해액과 탄소가 수용된 전해조를 준비하는 단계; 및 탄소산화 전극과 상대전극에 전기를 인가하는 전해 단계를 포함한다.The method comprises the steps of: preparing an electrolytic cell having a carbon oxide electrode and a counter electrode, the electrolyte solution and carbon containing; And an electrolysis step of applying electricity to the carbon oxide electrode and the counter electrode.

여기에서 전해 단계는, 전해조 내의 탄소를 산화하여 미세하게 나누면서 탄소의 표면에 카르복실기를 생성하는 것을 특징으로 한다.Herein, the electrolytic step is characterized in that a carboxyl group is formed on the surface of the carbon while oxidizing the carbon in the electrolytic cell and dividing finely.

또한, 전해 단계는, 전해액에 초음파를 인가하는 것을 더 포함한다. 초음파의 인가는 미리 정한 주파수를 가진 제1초음파와, 상기 제1초음파보다 주파수가 높은 제2초음파 및 상기 제2초음파보다 주파수가 높은 제3초음파를 교대로 인가하는 것이 바람직하다.In addition, the electrolytic step further includes applying ultrasonic waves to the electrolyte solution. In the application of the ultrasonic waves, it is preferable to alternately apply a first ultrasonic wave having a predetermined frequency, a second ultrasonic wave having a higher frequency than the first ultrasonic wave, and a third ultrasonic wave having a higher frequency than the second ultrasonic wave.

전해액은 탄소산화 전극과 상대전극 사이를 흐르도록 유동되는 것이 바람직하다.The electrolyte is preferably flowed to flow between the carbon oxide electrode and the counter electrode.

탄소산화 전극과 상대전극은, 흑연화 탄소판, 금속판, 산화막 코팅된 금속판으로 이루어진 군으로부터 선택된다.The carbon oxide electrode and the counter electrode are selected from the group consisting of graphitized carbon plates, metal plates, and oxide coated metal plates.

전해조 내에 수용되는 탄소는, 카본블랙, 탄소나노튜브, 흑연 분말, 플로렌, 무결정질 탄소 및 흑연판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나이다.The carbon contained in the electrolytic cell is at least one selected from the group consisting of carbon black, carbon nanotubes, graphite powder, florene, amorphous carbon and graphite plates.

또한, 전기의 인가는, 상기 탄소산화 전극과 상기 상대전극에 직류, 교류, 펄스 전압으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 인가된다.In addition, at least one of the application of electricity is applied to the carbon oxide electrode and the counter electrode from the group consisting of direct current, alternating current, and pulse voltage.

또한, 전해 단계는, 탄소산화 전극의 전류밀도를 3 내지 20mA/cm2하여, 20 내지 500시간 동안 지속하는 것을 특징으로 한다.In addition, the electrolytic step is characterized in that the current density of the carbon oxide electrode 3 to 20mA / cm 2 , lasting for 20 to 500 hours.

또한, 상술한 방법으로 제조된 미세탄소 콜로이드를 1일 이상 침전시키거나 필터링하여 걸러낸 탄소입자를 초음파로 재처리하는 것을 포함한다.In addition, the fine carbon colloid prepared by the above-described method for one or more days or comprises filtering and filtering the carbon particles filtered by ultrasonic waves.

또한, 상술한 방법으로 제조된 미세탄소를 차기 공정의 초기에 투입하는 것을 포함한다.In addition, the fine carbon produced by the above-described method includes the introduction of the initial step of the next step.

본 발명의 다른 목적에 따른 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드를 장치는: 전해액 및 탄소제가 수용된 전해조; 서로 이격되어 전해액에 침지된 탄소산화 전극과 상대전극; 탄소산화 전극과 상대전극에 전기를 인가하는 전원공급수단를 포함하고, 탄소를 산화시켜서 미세탄소로 나누면서 탄소표면에 카르복실기를 생성하는 것을 특징으로 한다.A device for homogeneously dispersed microcarbon colloid in water or an aqueous solution according to another object of the present invention includes: an electrolytic cell containing an electrolyte solution and a carbon agent; A carbon oxide electrode and a counter electrode immersed in an electrolyte spaced apart from each other; It includes a power supply means for applying electricity to the carbon oxide electrode and the counter electrode, characterized in that to generate a carboxyl group on the carbon surface by oxidizing the carbon divided into fine carbon.

여기에서 전해조 내의 전해액에 미리 정한 주파수를 가진 제1초음파와, 상기 제1초음파보다 주파수가 높은 제2초음파 및 상기 제2초음파보다 주파수가 높은 제3초음파를 교대로 인가하는 초음파발생수단을 더 포함한다.The apparatus further includes ultrasonic generating means for alternately applying a first ultrasonic wave having a predetermined frequency to the electrolyte in the electrolytic cell, a second ultrasonic wave having a higher frequency than the first ultrasonic wave, and a third ultrasonic wave having a higher frequency than the second ultrasonic wave. do.

또한, 탄소산화 전극과 상대전극 사이를 흐르도록 유동시키는 전해액순환수단을 더 포함한다. 전해액순환수단은, 전해조 내부의 전해액이 전해조 외부로 배출되었다가 다시 전해조 내부로 유입되도록, 일단이 탄소산화 전극측에 연결되고 타단이 상대전극측에 연결되는 흐름라인과, 흐름라인에 연결되는 펌프를 포함한다. 또한, 전해액순환수단은, 흐름라인에 연결되어 순환되는 전해액이 일시 저장되는 보조탱크와, 보조탱크에 저장된 전해액에 초음파를 인가하는 보조탱크초음파발생수단을 더 포함한다.The apparatus further includes electrolyte circulation means for flowing between the carbon oxide electrode and the counter electrode. The electrolyte circulating means includes a flow line having one end connected to the carbon oxide electrode side and the other end connected to the counter electrode side so that the electrolyte solution inside the electrolytic cell is discharged to the outside of the electrolytic cell and flowed back into the electrolytic cell, and a pump connected to the flow line. It includes. In addition, the electrolyte circulation means further includes an auxiliary tank for temporarily storing the electrolyte solution circulated in the flow line, and an auxiliary tank ultrasonic generator for applying ultrasonic waves to the electrolyte solution stored in the auxiliary tank.

이때, 초음파발생수단 및 보조탱크초음파발생수단은, 10 내지 1000kHz 내에서 각기 다른 주파수를 발생하는 다수개로 이루어질 수 있다.In this case, the ultrasonic wave generating means and the auxiliary tank ultrasonic wave generating means may be formed of a plurality of generating different frequencies within 10 to 1000kHz.

또한, 흐름라인의 일단 또는 타단 중에 전해액에 배출되는 쪽은 전해조의 하부 측면 또는 바닥 부위에 연결되는 것이 바람직하다.In addition, one side of the flow line is discharged to the electrolyte in the other end is preferably connected to the lower side or bottom portion of the electrolytic cell.

또한, 탄소산화 전극과 상대전극은 보링된 암나사공을 구비하여, 수나사형의 전극간격조절봉에 간격 조절이 가능하게 나사대우로 장착된다.In addition, the carbon oxide electrode and the counter electrode are provided with a bored female threaded hole, it is mounted to the male threaded electrode spacing control rod with a screw treatment to enable the spacing adjustment.

본 발명은 안정된 고순도의 탄소 콜로이드 용액을 제조하는 것으로 탄소의 크기를 1 - 50 나노미터 까지 나누는 것이다. 그러기 위해서는 표면에 카르복실기가 생성된 미세탄소 콜로이드를 제조해야 한다.The present invention is to prepare a stable high-purity carbon colloidal solution by dividing the size of carbon to 1-50 nanometers. To do this, a microcarbon colloid having a carboxyl group formed on its surface must be prepared.

본 발명은 간단한 구조의 장치에 재료가 되는 카본블랙 등의 탄소입자와 순수수를 넣고 단순한 방법으로 카르복실기를 분포한 미세탄소 콜로이드를 제조하려고 한다. 탄소입자 대신 흑연판 등 탄소판을 넣어도 된다. 탄소의 크기를 1 나노미터까지 세분할 수 있으며 요구에 따라 탄소의 크기를 조절할 수 있다. 탄소는 표면에 카르복실기를 갖고 있으며 수산화나트륨 용액 적정실험으로 농도를 구할 수 있다. 첨가제 없이 물에 잘 균질분산되어 있을 뿐만 아니라 금속이온 등 침전을 일으키는 양이온의 오염이 없으면 세월에 관계없이 안정되게 유지된다. 본 발명은 제품의 품질이 안정되고 규모화 생산이 용이하며 생산원가를 낮추려 한다. 생산설비 투자비용이 낮고 수명이 길며 질산등 위험한 화공약품을 사용하지 않으며 폐수, 폐기가스, 폐기물의 발생량이 원천적으로 없는 것이 목표이다.The present invention attempts to produce a fine carbon colloid in which carboxyl groups are distributed in a simple manner by putting carbon particles such as carbon black and pure water as materials in a simple structure device. Instead of carbon particles, carbon plates such as graphite plates may be added. The size of the carbon can be subdivided down to 1 nanometer and the size of the carbon can be adjusted as required. Carbon has a carboxyl group on its surface and can be determined by titration with sodium hydroxide solution. Not only is it homogeneously dispersed in water without additives, it also remains stable regardless of the age if there is no contamination of cations causing precipitation such as metal ions. The present invention is to stabilize the quality of the product, easy to scale production and to lower the production cost. The goal is to have low investment cost, long lifespan, no dangerous chemicals such as nitric acid, and no source of waste water, waste gas and waste.

본 발명은 탄소를 전기화학적으로 산화시킴으로써 탄소를 미세하게 나누면서 탄소표면에 카르복실기를 생성하는 것이다. 이를 위해, 탄소산화 전극과 상대전극을 구비한 전해조에, 전해액과 탄소원료를 수용시킨 후, 탄소산화 전극과 상대전극에 전기를 인가하게 된다. 이와같은 전해과정에 의해 기본적으로 전기화학적으로 발생되는 산소에 의해 탄소입자가 산화되면서 미세화되고 또한 표면에 카르복실기가 생성된다. 보다 구체적으로 설명하면, 먼저 음이온인 하이드록사이드기(OH-)가 탄소입자 표면에서 전자를 잃어 산화되면서 표면의 원자와 결합되어 알콜기(C-OH)가 발생한다. 이러한 알콜기가 산소에 의해 알데히드기(-CHO)를 거쳐 카르복실기로(-COOH) 산화되는 것이다. 이러한 화학적 메카니즘으로 탄소입자 표면이 카르복실기로 덮이게 된다. 또한 전기화학적으로 발생하는 산소가 탄소입자에서 화학 결합력이 약한 부분을 계속 산화시켜서 결국 탄소입자가 끊어지도록 하여 탄소입자를 더욱 미세한 조각으로 나누게 된다.The present invention is to produce a carboxyl group on the carbon surface by finely dividing the carbon by electrochemically oxidizing the carbon. To this end, an electrolytic solution and a carbon raw material are accommodated in an electrolytic cell having a carbon oxide electrode and a counter electrode, and then electricity is applied to the carbon oxide electrode and the counter electrode. By the electrolysis process, the carbon particles are oxidized by oxygen, which is basically electrochemically generated, and carboxyl groups are formed on the surface. More specifically, first, anion hydroxide group (OH-) loses electrons on the surface of the carbon particles and is oxidized to bond with atoms on the surface to generate alcohol group (C-OH). This alcohol group is oxidized by oxygen through an aldehyde group (-CHO) to a carboxyl group (-COOH). With this chemical mechanism, the surface of the carbon particles is covered with a carboxyl group. In addition, the electrochemically generated oxygen continues to oxidize the weak chemical bonding force in the carbon particles, and eventually breaks the carbon particles, thereby dividing the carbon particles into finer pieces.

또한, 바람직하게는 전해과정에서 전해조 내의 전해액에 초음파를 인가시키면서, 전해액을 순환시킨다. 탄소입자를 잘게 나누고 표면을 산화시키는 중요 요소는 전기분해이지만, 초음파 및 전해액순환에 의하여 더욱 촉진된다. 이 초음파 인가 및 전해액 순환은 전해액 균질분산에 기여한다. Further, preferably, the electrolyte is circulated while applying ultrasonic waves to the electrolyte in the electrolytic cell in the electrolytic process. An important factor in dividing the carbon particles and oxidizing the surface is electrolysis, but is further promoted by ultrasonic and electrolyte circulation. This ultrasonic application and electrolyte circulation contribute to the homogeneous dispersion of the electrolyte.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 본 발명의 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조 장치를 설명한다. 도 1a은 본 발명의 미세탄소 콜로이드 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 1b는 도 1a의 전극 장착구조를 설명 하기 위해 도시한 부분이다.First, referring to FIGS. 1A and 1B, an apparatus for preparing microcarbon colloid homogeneously dispersed in water or an aqueous solution of the present invention will be described. Figure 1a is a schematic view showing a microcarbon colloid manufacturing apparatus of the present invention, Figure 1b is a portion shown to explain the electrode mounting structure of Figure 1a.

본 발명의 장치는, 전해액(15) 및 탄소제(25)가 수용된 전해조(10)와, 전해액(15)에 침지된 탄소산화 전극(11)과 상대전극(12)을 포함한다. 탄소산화 전극(11)과 상대전극(12)은 프레임(14)에 의해 지지된 전극간격조절봉(13)에 간격조절이 가능하게 장착된다. 바람직하게는 전극간격조절봉(13)은 수나사형이며, 탄소산화 전극(11)과 상대전극(12)은 전극간격조절봉(13)에 나사대우로 장착되도록 암나사공(121)이 보링된다.The apparatus of the present invention includes an electrolytic cell 10 in which an electrolyte solution 15 and a carbon 25 are accommodated, a carbon oxide electrode 11 and a counter electrode 12 immersed in the electrolyte solution 15. The carbon oxide electrode 11 and the counter electrode 12 are mounted on the electrode interval adjusting rod 13 supported by the frame 14 so that the gap can be adjusted. Preferably, the electrode spacing adjusting rod 13 is male-threaded, and the carbon oxide electrode 11 and the counter electrode 12 are bored with a female threaded hole 121 so as to be mounted to the electrode spacing adjusting rod 13 by screw treatment.

탄소산화 전극(11)과 상대전극(12)은 금속판, 산화물 코팅 금속판 또는 흑연화 탄소판으로 형성한다. 예를 들어, 탄소산화 전극(11)은 전해시 발생하는 산소에 부식하지 아니하는 백금 같은 금속으로 도금한 금속판, 산화막을 입힌 금속판, 또는 부식이 되어도 그 자체가 원료가 되는 흑연 등의 탄소판을 사용할 수 있다. 상대전극(12)은 전해시 수소와 산에 의해 부식되지 아니하는 금속판 종류를 사용할 수 있으며, 금속판이나 흑연화 탄소판을 들 수 있다. 바람직하게는 탄소산화 전극(11)과 상대전극(12)을 각각 흑연화 탄소판으로 형성하거나, 탄소산화 전극(11)을 흑연화 탄소판으로 하고 상대전극(12)을 금속판이나 산화물이 코팅된 금속판으로 형성하는 것이다.The carbon oxide electrode 11 and the counter electrode 12 are formed of a metal plate, an oxide coated metal plate, or a graphitized carbon plate. For example, the carbon oxide electrode 11 uses a metal plate plated with a metal such as platinum that does not corrode oxygen generated during electrolysis, a metal plate coated with an oxide film, or a carbon plate such as graphite which is itself a raw material even if it is corroded. Can be. The counter electrode 12 may be a metal plate that is not corroded by hydrogen and acid during electrolysis, and may include a metal plate or a graphitized carbon plate. Preferably, the carbon oxide electrode 11 and the counter electrode 12 are each formed of a graphitized carbon plate, or the carbon oxide electrode 11 is a graphitized carbon plate, and the counter electrode 12 is a metal plate or an oxide coated metal plate. To form.

탄소산화 전극(11)과 상대전극(12) 간의 간격은 바람직하게는 1 내지 100mm에서 조정된다. 전극간의 간격은 가해지는 전압과 관련이 있으며, 간격이 작을 수록 더 낮은 전압이 인가된다. 전해액은 일종의 저항체 같아서 전극간 거리가 짧고 전극면적이 넓을수록 낮은 전압이 걸려 에너지 소모가 작고 직류전원의 용량이 낮 아도 되는 것이다. 따라서, 비용이 절감되고 열도 적게 발생해서 유리할 수 있다. 그러나 간격이 너무 짧으면 전극에서 발생하는 수소, 산소 가스가 빠져 나가기 어렵게 되는 문제도 있다. 이 가스들이 전극사이에 끼여 머물면 그만큼 전해액이 그 부위에서 쫓겨나서 전극면적이 줄어들은 것과 같아져서 전기분해반응은 줄어들게 된다. 따라서, 간격을 줄이는 것도 한계가 있으며, 바람직하게는 1 내지 100mm, 더욱 바람직하게는 3 내지 10mm에서 조정된다.The interval between the carbon oxide electrode 11 and the counter electrode 12 is preferably adjusted from 1 to 100 mm. The spacing between the electrodes is related to the applied voltage, and the smaller the spacing, the lower the voltage applied. The electrolyte is a kind of resistor, so the shorter the distance between the electrodes and the larger the electrode area, the lower the voltage, the lower the energy consumption and the lower the DC power capacity. Therefore, the cost can be reduced and less heat can be generated and advantageous. However, if the interval is too short, there is a problem that it is difficult to escape the hydrogen, oxygen gas generated from the electrode. When these gases are sandwiched between the electrodes, the amount of electrolyte is driven out of the area, which reduces the electrode area, reducing the electrolysis reaction. Therefore, there is a limit to reducing the gap, and is preferably adjusted at 1 to 100 mm, more preferably 3 to 10 mm.

바람직하게는 다양한 두께의 전극간격 유지를 위한 스페이서(26)를 만들어 두 전극 사이에 끼우되, 전극의 테두리 부위에 배치하여 전극의 장착 안정성을 높히는 것이 좋다. 스페이서(26)는 절연체로 가공하며, 이를테면 절연체인 프라스틱 볼트와 너트로 전극에 고정할 수도 있다. 또한, 실제 실시에 있어서는, 도 1a에서 점선으로 표시한 전극들과 같이, 다수의 전극을 겹치는 스택(stack) 구조를 적용하여 생산성을 높이도록 하는 것이 바람직하다.Preferably, the spacer 26 is formed between the two electrodes to maintain the electrode gaps of various thicknesses, and is disposed on the edge of the electrode to increase the mounting stability of the electrodes. The spacer 26 is processed with an insulator, for example, may be fixed to the electrode with a plastic bolt and nut that is an insulator. In addition, in actual implementation, it is preferable to apply a stack structure in which a plurality of electrodes overlap each other, as shown by the dotted lines in FIG. 1A, to increase productivity.

탄소산화 전극(11)과 상대전극(12)에 전기를 인가하는 전원공급수단(16)이 연결된다. 전원공급수단(16)으로는, 직류, 교류 및 펄스전압이 모두 적용될 수 있으며, 또한 그들의 혼합에 의해서도 가능하다.Power supply means 16 for applying electricity to the carbon oxide electrode 11 and the counter electrode 12 is connected. As the power supply means 16, all of direct current, alternating current and pulse voltage can be applied, and also by mixing them.

전해조(10)에는 전해액(15)에 초음파를 인가하는 초음파발생수단(17)이 연결된다. 초음파발생수단(17)에 의해 발생되는 초음파는 미리 정한 주파수를 가진 제1초음파(저주파)와, 상기 제1초음파보다 주파수가 높은 제2초음파(중주파) 및 상기 제2초음파보다 주파수가 높은 제3초음파(고주파)를 교대로 인가하는 저주파, 중주파 및 고주파를 포함한다. 앞서 설명한 바가 있지만, 전해액에 인가되는 초음파는 탄소입자를 잘게 나누고 표면을 산화시키데 촉진 작용을 하며, 전해액 균질분산에도 기여한다. 바람직하게는 저주파, 중주파 및 고주파를 교대로 인가한다. 주파수가 높은 초음파는 침투력이 크지만 캐비테이션(cavitation)의 강도가 낮다. 주파수가 낮은 초음파는 침투력이 작지만 캐비테이션의 강도가 높다. 즉 주파수의 높낮이에 따라 초음파의 침투력과 캐비테이션의 강도가 다르고 서로 보완적이므로 고주파, 중주파, 저주파를 교대로 넣어주면 탄소입자를 효과적으로 쪼갤 수 있다. 또한 초음파는 엉겨 붙어 있는 탄소입자들을 풀어 전해액에 퍼지게 하여 전해액을 균등분산 시킨다. 바람직하게 초음파발생수단(17)은 10 내지 1000kHz 내에서 각기 다른 주파수, 이를테면 저주파, 중주파 및 고주파를 발생하는 다수개로 이루어질 수 있다.Ultrasonic generating means 17 for applying ultrasonic waves to the electrolytic solution 15 is connected to the electrolytic cell 10. Ultrasonic waves generated by the ultrasonic wave generating means 17 include a first ultrasonic wave (low frequency) having a predetermined frequency, a second ultrasonic wave (medium frequency) having a higher frequency than the first ultrasonic wave, and a third higher frequency than the second ultrasonic wave. It includes low frequency, medium frequency, and high frequency to apply ultrasonic waves (high frequency) alternately. As described above, the ultrasonic wave applied to the electrolyte solution promotes the fine division of the carbon particles and oxidizes the surface, and contributes to the homogeneous dispersion of the electrolyte solution. Preferably, low frequency, mid frequency and high frequency are applied alternately. Ultrasonic waves with high frequency have high penetration but low cavitation intensity. Ultrasonic waves with low frequency have a small penetration but high cavitation intensity. In other words, the penetration of ultrasonic waves and the strength of cavitation are different and complementary according to the height of the frequency, so that the carbon particles can be effectively split by inserting the high frequency, the medium frequency, and the low frequency alternately. Ultrasonic waves also disperse the carbon particles that are entangled and spread them in the electrolyte to evenly distribute the electrolyte. Preferably, the ultrasonic wave generating means 17 may be composed of a plurality of generating different frequencies, such as low frequency, medium frequency and high frequency within 10 to 1000 kHz.

또한 본 발명의 장치는 전해조(10) 내의 전해액(15)이 탄소산화 전극(11)과 상대전극(12) 사이를 흐르도록 유동시키는 전해액순환수단(18)을 포함한다. 전해액순환수단은, 바람직하게는 전해조 내부의 전해액(15)이 전해조 외부로 배출되었다가 다시 전해조 내부로 유입되도록, 일단이 상기 탄소산화 전극측에 연결되고 타단이 상대전극측에 연결되는, 파이프라인 등과같은 흐름라(18-1)인이다. 흐름라인(18-1)에는 전해액 순환을 위한 펌프(18-2)가 설치된다. 흐름라인(18-1)에는 순환되는 전해액이 일시 저장되는 보조탱크(19)가 연결된다. 또한 바람직하게는 보조탱크(19)에 저장된 전해액에 초음파를 인가하는 보조탱크초음파발생수단(20)이 연결된다. 보조탱크초음파발생수단(20)은 상술한 초음파발생수단(17)과 마찬가지로, 10 내지 1000kHz 내에서 각기 다른 주파수, 이를테면 저주파, 중주파 및 고주파를 발생하는 다수개로 이루어질 수 있다. 전해액순환은 탄소입자들을 전극으로 보내 전기화학반응을 촉진시키고 수소 등 발생가스를 배출시키며 전해액을 균등하게 섞이게 하고 전극사이에서 발생한 열을 퍼뜨려 국부적인 온도상승을 막는 역할을 한다.The apparatus of the present invention also includes an electrolyte circulation means 18 for flowing the electrolyte solution 15 in the electrolytic cell 10 to flow between the carbon oxide electrode 11 and the counter electrode 12. The electrolyte circulation means is preferably a pipeline in which one end is connected to the carbon oxide electrode side and the other end is connected to the counter electrode side so that the electrolyte solution 15 inside the electrolytic cell is discharged to the outside of the electrolytic cell and then flows back into the electrolytic cell. Flower 18-1 is the same. In the flow line 18-1, a pump 18-2 for circulation of the electrolyte is installed. An auxiliary tank 19 for temporarily storing the circulating electrolyte is connected to the flow line 18-1. Also preferably, the auxiliary tank ultrasonic generating means 20 for applying ultrasonic waves to the electrolyte stored in the auxiliary tank 19 is connected. The auxiliary tank ultrasonic wave generating means 20 may be made of a plurality of different frequencies, such as low frequency, medium frequency, and high frequency, within 10 to 1000 kHz, similarly to the ultrasonic generating means 17 described above. The electrolyte circulation sends carbon particles to the electrode to promote electrochemical reactions, discharge generated gases such as hydrogen, mix the electrolytes evenly, and spread the heat generated between the electrodes to prevent local temperature rise.

실시예에서의 초음파발생수단(17) 및 보조탱크초음파발생수단(20)은 전해조 및 보조탱크(19)에 각각 저주파(35kHz), 중주파(72kHz), 고주파(100kHz) 진동자를 설치하였고, 한 개씩 차례로 작동시켰다.In the embodiment, the ultrasonic wave generating means 17 and the auxiliary tank ultrasonic wave generating means 20 are provided with low frequency (35 kHz), medium frequency (72 kHz) and high frequency (100 kHz) oscillators in the electrolytic cell and the auxiliary tank 19, respectively. In turn.

또한, 흐름라인(18-1)에서 전해액에 배출되는 쪽은 전해조(10)의 하부 측면 또는 바닥 부위에 연결되어, 가라앉은 탄소입자가 흡입되어 활용되도록 한다. 또한, 보조탱크(19)에 연결된 보조탱크초음파발생수단(20)에 의해서도 그 내부의 탄소가 미세하게 나누어지게 된다. 이와 같이, 전해액순환수단(18)에 의해 전해액이 전극사이를 흐르게 되어 탄소입자를 공급하고 전기분해로 발생한 가스가 그 사이에서 머물지 않고 배출된다. In addition, the side discharged to the electrolyte in the flow line (18-1) is connected to the lower side or bottom portion of the electrolytic cell 10, so that the sinking carbon particles are sucked in and utilized. In addition, the carbon inside the sub-tank is also finely divided by the sub-tank ultrasonic generating means 20 connected to the sub-tank (19). In this way, the electrolyte flows between the electrodes by the electrolyte circulation means 18 to supply carbon particles, and the gas generated by electrolysis is discharged without remaining therebetween.

전해조(10)에는 전해액을 공급하는 전해액 공급탱크(21)가 연결된다. 필요에 따라 밸브(22)를 여닫아서 전해액(15-1)을 전해조(10) 내로 공급할 수 있다. 전해액은 증류수, 탈이온수, 수돗물, 강물, 지하수를 사용할 수 있으며, 목적에 따라 첨가물을 넣어 pH를 조정하고 에틸알콜, 글리콜 등 물과 잘 섞이는 유기물을 첨가할 수 있다. 순수한 탄소콜로이드를 경제적으로 제조하기 위해서라면 탈이온수가 가장 바람직하다.An electrolytic solution supply tank 21 for supplying an electrolytic solution is connected to the electrolytic cell 10. If necessary, the valve 22 may be opened and closed to supply the electrolyte solution 15-1 into the electrolytic cell 10. Distilled water, deionized water, tap water, river water, ground water can be used as the electrolyte solution, and depending on the purpose, the pH can be adjusted by adding additives, and organic substances mixed well with water such as ethyl alcohol and glycol can be added. Deionized water is most preferred for economically producing pure carbon colloids.

또한 전해조(10)의 하부에는 생산품을 저장하기 위한 제품탱크(23)가 연결된다. 생산이 완성된 미세탄소 콜로이드는 밸브(24)를 열어 제품탱크(23)에 저장된다.In addition, the lower part of the electrolytic cell 10 is connected to the product tank 23 for storing the product. Production of fine carbon colloid is stored in the product tank 23 by opening the valve (24).

상술한 장치를 이용하여 본 발명의 미세탄소 콜로이드를 제조하는 방법의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.The preferred embodiment of the method for producing the microcarbon colloid of the present invention using the above-described apparatus will be described.

전해조(10) 내에 전해액(15)를 넣고, 탄소제(25)인 탄소분말을 전해액에 풀어 섞는다. 전극 전처리 과정을 수행한 후, 전해과정을 진행한다. 즉, 탄소산화 전극(11)과 상대전극(12)에 전기를 인가하고, 펌프(18-2)를 가동시키며, 초음파발생장치 및 보조탱크초음파발생장치(17, 20)를 가동시킨다. 전해과정에서 전기화학적으로 발생된 산소에 의해 탄소입자가 산화되면서 미세하게 나누어지고 표면에 카르복실기가 생성된다. 생성되는 미세탄소는 목표치는 바람직하게는 1 내지 50nm이다.The electrolytic solution 15 is placed in the electrolytic cell 10, and the carbon powder made of carbon 25 is dissolved in the electrolytic solution and mixed. After performing the electrode pretreatment process, the electrolysis process is performed. That is, electricity is applied to the carbon oxide electrode 11 and the counter electrode 12, the pump 18-2 is operated, and the ultrasonic wave generator and the auxiliary tank ultrasonic generators 17, 20 are operated. As the carbon particles are oxidized by the electrochemically generated oxygen during the electrolysis, finely divided and carboxyl groups are formed on the surface. The fine carbon produced is preferably 1 to 50 nm.

탄소제(25)는 카본블랙, 탄소나노튜브, 흑연 분말, 플로렌, 무결정질 탄소 및 흑연판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 넣으면 된다.The carbon 25 may contain at least one selected from the group consisting of carbon black, carbon nanotubes, graphite powder, florene, amorphous carbon and graphite plates.

전해액은 증류수, 탈이온수, 수돗물, 강물, 지하수를 사용하며 목적에 따라 첨가물을 넣어 pH를 조정하고 에틸알콜, 글리콜 등 물과 잘 섞이는 유기물을 첨가할 수 있다. 순수한 탄소콜로이드를 경제적으로 제조하기 위해서는 탈이온수가 가장 바람직하다.The electrolyte uses distilled water, deionized water, tap water, river water, ground water, and adds additives according to the purpose to adjust the pH, and may add organic substances mixed well with water such as ethyl alcohol and glycol. Deionized water is most preferred for economically producing pure carbon colloids.

pH를 산성으로 만들기 위해 황산, 질산, 초산, 황산수소나트륨 같은 산성물질을 넣고 염기성으로 만들기 위해 탄산나트륨, 수산화나트륨, 수산화 칼륨 등을 넣을 수 있다.Acidic materials such as sulfuric acid, nitric acid, acetic acid and sodium hydrogen sulfate can be added to make the pH acidic, and sodium carbonate, sodium hydroxide and potassium hydroxide can be added to make the basic acidic.

탄소산화 전극(11)의 전류밀도는 바람직하게는 3 내지 20mA/cm2이다.The current density of the carbon oxide electrode 11 is preferably 3 to 20 mA / cm 2 .

전해액으로 탈이온수를 사용하는 경우에 공정 초기에는 전해액의 전기전도도가 0.2μS/cm 정도로 낮아 전류도 작고 산화반응이 느릴 수 있다. 반응이 진행됨에 따라 전해액의 전기전도도가 급격히 상승하여 전류가 커지고 산화반응이 활발해져 탄소가 미세하게 쪼개지면서 카르복실기로 덮이게 된다.In the case of using deionized water as the electrolyte, the electrical conductivity of the electrolyte may be low at about 0.2 μS / cm at the beginning of the process, so that the current may be small and the oxidation reaction may be slow. As the reaction proceeds, the electrical conductivity of the electrolyte rapidly rises, the current increases, the oxidation reaction becomes active, and the carbon is minutely split to cover the carboxyl group.

전해는 3단계로 나누어 실시한다.Electrolysis is carried out in three stages.

1단계 : 전원 30V, 정전압 모드(mode), 저주파 5분, 중주파 5분, 고주파 3분1st stage: power supply 30V, constant voltage mode, low frequency 5 minutes, medium frequency 5 minutes, high frequency 3 minutes

2단계 : 전원 25A 정전류 모드(mode), 저주파 2분, 중주파 2분, 고주파 1분Stage 2: Power supply 25A constant current mode, low frequency 2 minutes, medium frequency 2 minutes, high frequency 1 minute

3단계 : 전원 20A, 정전류 모드(mode), 저주파 1분, 중주파 1분, 고주파 1/2분Step 3: power supply 20A, constant current mode, low frequency 1 minute, medium frequency 1 minute, high frequency 1/2 minute

공정진행상태를 파악하기 위해 전해액의 전기전도도를 모니터링 한다. 전기전도도가 1.6μS/cm 이상 되면 탄소 콜로이드 용액을 제조는 완성된 것이다. 이 밖에 pH와 ORP를 모니터링할 수 있다. 완성단계에서 pH는 2, ORP는 280mV 정도가 된다.Monitor the conductivity of the electrolyte to determine the progress of the process. If the electrical conductivity is 1.6μS / cm or more, the preparation of the carbon colloidal solution is completed. In addition, pH and ORP can be monitored. At the completion stage, pH is 2 and ORP is about 280mV.

공정 중간에 전해액을 샘플링하여 수산화나트륨 수용액으로 적정하여 카르복실기의 농도를 구할 수 있다. AFM장비로 탄소입자 크기를 측정하여 공정 종료시간을 정하는 데 참고한다.In the middle of the process, the electrolyte solution is sampled and titrated with an aqueous sodium hydroxide solution to determine the concentration of the carboxyl group. AFM equipment is used to measure carbon particle size to determine process termination time.

이러한 방법으로 카르복실기를 발생시키는 공정을 재료와 제품사양에 맞춰 20 내지 500 시간 진행한다.In this way, the process for generating the carboxyl group is carried out for 20 to 500 hours according to the material and the product specifications.

공정 완료후 전해조 바닥에 쌓인 탄소 가루를 거두어 다음 생산 공정 초기에 투입하면 전해액의 전기전도도가 높아져 전류가 증가하고 산화반응이 활발해져 다음에서 설명하는 1단계 공정시간을 대략 반으로 줄일 수 있다.After the completion of the process, the carbon powder accumulated in the bottom of the electrolytic cell is collected and introduced at the beginning of the next production process, the electrical conductivity of the electrolyte is increased, the current increases, the oxidation reaction is active, and the first stage process time described below can be reduced by about half.

공정초기 전해액에 산성, 알칼리 또는 염 물질을 넣어 전해액의 전기전도도를 높여 1단계 공정시간을 줄이는 것도 바람직하다.It is also preferable to reduce the first step process time by increasing the electrical conductivity of the electrolyte by adding an acidic, alkali or salt substance to the initial electrolyte solution.

또한, 기제조된 미세탄소 콜로이드를 1일 이상 침전시키거나, 필터링하여 걸 러낸 탄소입자를 초음파로 재처리하여 더욱 미세탄소로 나누는 것도 좋다.In addition, the pre-prepared micro-carbon colloid may be precipitated for one day or more, or the filtered carbon particles may be retreated by ultrasonication and further divided into fine carbon.

도 2는 본 발명의 방법으로 제조된 미세탄소 콜로이드의 투과전자현미경(TEM) 사진이다. 도 2의 'a'에서 붉은색 원으로 표시된 스케일(scale)바 사이즈는 20nm이고, 파란색 원으로 표시된 부분이 탄소입자의 사이즈이다. 도 2의 'b' 및 'c'는 부분 확대 사진으로서, 여기의 스케일바는 5nm이다. 알 수 있듯이, 생성된 미세탄소입자의 크기는 5nm이하이다.2 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of a microcarbon colloid prepared by the method of the present invention. The scale bar size indicated by the red circle in 'a' of FIG. 2 is 20 nm, and the portion indicated by the blue circle is the size of the carbon particles. 'B' and 'c' of FIG. 2 are partial enlarged photographs, and the scale bar here is 5 nm. As can be seen, the size of the produced fine carbon particles is less than 5nm.

도 3은 본 발명의 방법으로 제조된 미세탄소 콜로이드의 원자현미경(AFM) 사진이다. 기판에 입자를 분산하고, 스캐닝하여 입자의 크기 및 거칠기(roughness)를 확인한 것이다. 입자의 크기를 라인플롯팅(line plotting)으로 확인할 수 있다.3 is an atomic force microscope (AFM) photograph of the microcarbon colloid prepared by the method of the present invention. The particles were dispersed on the substrate and scanned to check the size and roughness of the particles. The particle size can be confirmed by line plotting.

본 발명에 의해, 간단한 구조의 장치와 매우 단순한 방법으로 안정된 고순도의 탄소콜로이드를 제조할 수 있다. 질산과 계면활성제를 혼합하지 않고도, 표면에 다수의 카르복실기가 생성된 탄소입자를 1 나노미터까지 쪼갤수 있다. 주 불순물로는 탄소원료에 포함되어 있던 미네랄과 유기성분뿐이다. 생산설비에 고비용의 장비가 없고 펌프의 실링고무과 같은 소모성 부품일 정도로 비용을 대폭 낮춘다. 생산과정에서 폐기물 발생이 원천적으로 매우 적다.According to the present invention, a stable high purity carbon colloid can be produced by a simple structure device and a very simple method. Without mixing nitric acid and surfactant, carbon particles with many carboxyl groups formed on the surface can be split up to 1 nanometer. The only major impurities are the minerals and organic components contained in the carbon feedstock. The cost is very low as there is no expensive equipment in the production facility and consumable parts such as sealing rubber of the pump. Very little waste is generated in the production process.

Claims (24)

물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드를 제조하는 방법으로서,As a method for producing a homogenous microcarbon colloid dispersed in water or an aqueous solution, 탄소산화 전극과 상대전극을 구비하고, 전해액과 탄소가 수용된 전해조를 준비하는 단계;Comprising a carbon oxide electrode and a counter electrode, preparing an electrolytic cell containing the electrolyte and carbon; 상기 탄소산화 전극과 상대전극 사이에, 상기 탄소산화 전극의 전류밀도 3 내지 20mA/cm2가 유지되도록 정전압 모드 또는 정전류 모드로 20 내지 500시간 동안 전기를 인가하면서 상기 전해조 내의 탄소를 산화하여 미세하게 나누면서 탄소 표면에 카르복실기가 생성되게 하는 전해 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조 방법.Between the carbon oxide electrode and the counter electrode, while oxidizing the carbon in the electrolytic cell finely divided by applying electricity for 20 to 500 hours in a constant voltage mode or a constant current mode to maintain a current density of 3 to 20 mA / cm2 of the carbon oxide electrode A method for producing a fine carbon colloid homogeneously dispersed in water or an aqueous solution, characterized in that it comprises an electrolytic step of allowing a carboxyl group to be produced on the carbon surface. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전해 단계에서 상기 전해액에 미리 정한 주파수를 가진 제1초음파와, 상기 제1초음파보다 주파수가 높은 제2초음파 및 상기 제2초음파보다 주파수가 높은 제3초음파를 교대로 인가하는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조 방법.In the electrolytic step, the first ultrasonic wave having a predetermined frequency, the second ultrasonic wave having a higher frequency than the first ultrasonic wave and the third ultrasonic wave having a higher frequency than the second ultrasonic wave is alternately applied to the electrolyte, characterized in that A method for producing microcarbon colloid homogeneously dispersed in water or aqueous solution. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전해 단계에서 상기 전해액은 상기 탄소산화 전극과 상기 상대전극 사이를 흐르도록 유동되게 하는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조 방법.The electrolytic solution in the electrolytic step is characterized in that the flow to flow between the carbon oxide electrode and the counter electrode, characterized in that the fine carbon colloid manufacturing method homogeneously dispersed in water or aqueous solution. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탄소산화 전극은, 흑연화 탄소판, 금속판, 산화막 코팅된 금속판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조 방법.The carbon oxide electrode, characterized in that selected from the group consisting of graphitized carbon plate, metal plate, oxide film coated metal plate, fine carbon colloid manufacturing method homogeneously dispersed in water or aqueous solution. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상대전극은, 흑연화 탄소판, 금속판, 산화막 코팅된 금속판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조 방법.The counter electrode, characterized in that selected from the group consisting of a graphitized carbon plate, a metal plate, an oxide film coated metal plate, homogeneously dispersed in a water or aqueous solution. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전해조 내에 수용되는 탄소는, 카본블랙, 탄소나노튜브, 흑연 분말, 플로렌, 무결정질 탄소 및 흑연판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조 방법.The carbon contained in the electrolytic cell is at least one selected from the group consisting of carbon black, carbon nanotubes, graphite powder, florene, amorphous carbon and graphite plate, fine carbon homogeneously dispersed in water or aqueous solution Colloid manufacturing method. 제 1항에 있어서, 상기 전해 단계에서,The method of claim 1, wherein in the electrolytic step, 상기 탄소산화 전극과 상기 상대전극에 직류, 교류, 펄스 전압으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 인가되는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조 방법.At least one is applied to the carbon oxide electrode and the counter electrode from the group consisting of direct current, alternating current, pulse voltage, homogeneously dispersed in the water or aqueous solution. 삭제delete 상기 제 1항, 제 6항 내지 제 10항 중 어느 하나의 항으로 제조된 미세탄소 콜로이드를 1일 이상 침전시키거나 필터링하여 걸러낸 탄소입자를 초음파로 재처리하는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조 방법.Claim 1, characterized in that the fine carbon colloid prepared in any one of claims 6 to 10 or more than one day to precipitate or filter the filtered carbon particles by ultrasonic treatment, water or aqueous solution Method for producing homogenously dispersed microcarbon colloid. 삭제delete 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드를 제조하는 장치로서:Apparatus for producing homogenously dispersed microcarbon colloid in water or aqueous solution: 전해액 및 탄소제가 수용된 전해조;An electrolytic cell containing an electrolyte solution and a carbon agent; 서로 이격되어 상기 전해액에 침지된 탄소산화 전극과 상대전극;A carbon oxide electrode and a counter electrode spaced apart from each other and immersed in the electrolyte solution; 상기 탄소산화 전극과 상대전극 사이에 전기를 인가하되, 상기 탄소산화 전극의 전류밀도를 3 내지 20mA/cm2하며 정전압 모드 또는 정전류 모드로 20 내지 500시간 동안 지속하면서 전기를 인가하기 위한 전원공급수단; 및,Power supply means for applying electricity between the carbon oxide electrode and the counter electrode, wherein the current density of the carbon oxide electrode is 3 to 20 mA / cm 2 and is applied for 20 to 500 hours in a constant voltage mode or a constant current mode; And, 상기 전해조 내의 전해액에 미리 정한 주파수를 가진 제1초음파와, 상기 제1초음파보다 주파수가 높은 제2초음파 및 상기 제2초음파보다 주파수가 높은 제3초음파를 교대로 인가하는 초음파발생수단을 포함하여,And ultrasonic generating means for alternately applying a first ultrasonic wave having a predetermined frequency to the electrolyte in the electrolytic cell, a second ultrasonic wave having a higher frequency than the first ultrasonic wave, and a third ultrasonic wave having a higher frequency than the second ultrasonic wave. 상기 전해조 내의 탄소를 산화시켜 미세탄소로 나누면서 탄소표면에 카르복실기가 생성되게 하는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조장치.Apparatus for producing a fine carbon colloid homogeneously dispersed in water or an aqueous solution, characterized in that to oxidize the carbon in the electrolytic cell by dividing the carbon into a fine carbon. 삭제delete 삭제delete 제 14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 탄소산화 전극과 상대전극 사이를 흐르도록 유동시키는 전해액순환수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조장치.The apparatus for producing a fine carbon colloid homogeneously dispersed in water or an aqueous solution, characterized in that it further comprises an electrolyte circulation means for flowing to flow between the carbon oxide electrode and the counter electrode. 제 17항에 있어서, 상기 전해액순환수단은,The method of claim 17, wherein the electrolyte circulation means, 상기 전해조 내부의 전해액이 전해조 외부로 배출되었다가 다시 전해조 내부로 유입되도록, 일단이 상기 탄소산화 전극측에 연결되고 타단이 상대전극측에 연결되는 흐름라인과,A flow line having one end connected to the carbon oxide electrode side and the other end connected to the counter electrode side such that the electrolyte solution inside the electrolytic cell is discharged to the outside of the electrolytic cell and flows back into the electrolytic cell; 상기 흐름라인에 연결되는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조장치.It characterized in that it comprises a pump connected to the flow line, apparatus for producing fine carbon colloid homogeneously dispersed in water or aqueous solution. 제 17항에 있어서, 상기 전해액순환수단은,The method of claim 17, wherein the electrolyte circulation means, 상기 흐름라인에 연결되어 상기 순환되는 전해액이 일시 저장되는 보조탱크와,An auxiliary tank connected to the flow line to temporarily store the circulating electrolyte; 상기 보조탱크에 저장된 전해액에 초음파를 인가하는 보조탱크초음파발생수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조장치.An apparatus for producing micro-carbon colloid homogeneously dispersed in water or aqueous solution, characterized in that it further comprises an auxiliary tank ultrasonic generating means for applying ultrasonic waves to the electrolyte solution stored in the auxiliary tank. 제 14항 또는 제 19항에 있어서, 상기 초음파발생수단 및 보조탱크초음파발생수단은, 10 내지 1000 kHz 내에서 각기 다른 주파수를 발생하는 다수개로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조장치.20. The method of claim 14 or 19, wherein the ultrasonic wave generating means and the auxiliary tank ultrasonic wave generating means, characterized in that composed of a plurality of generating different frequencies within 10 to 1000 kHz, homogeneously dispersed in water or aqueous solution Carbon colloid manufacturing equipment. 제 18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 흐름라인의 일단 또는 타단 중에 상기 전해액에 배출되는 쪽은 상기 전해조의 하부 측면 또는 바닥 부위에 연결되는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조장치.One side or the other end of the flow line is discharged to the electrolyte solution, characterized in that connected to the lower side or bottom portion of the electrolytic cell, fine carbon colloid manufacturing apparatus homogeneously dispersed in water or aqueous solution. 제 14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 탄소산화 전극과 상대전극은 보링된 암나사공을 구비하여, The carbon oxide electrode and the counter electrode are provided with a bored female thread hole, 수나사형의 전극간격조절봉에 간격 조절이 가능하게 나사대우로 장착되는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조장치.An apparatus for producing a fine carbon colloid homogeneously dispersed in water or an aqueous solution, characterized in that the male threaded electrode spacing rod is mounted with a screw treatment to enable spacing adjustment. 제 22항에 있어서,The method of claim 22, 상기 탄소산화 전극과 상대전극 간의 간격은 1 내지 100mm로 하는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조장치.The spacing between the carbon oxide electrode and the counter electrode is 1 to 100mm, characterized in that the fine carbon colloid manufacturing apparatus homogeneously dispersed in water or aqueous solution. 제 22항에 있어서,The method of claim 22, 상기 탄소산화 전극과 상대전극 사이에는 스페이서가 고정 개재되는 것을 특징으로 하는, 물 또는 수용액에 균질분산된 미세탄소 콜로이드 제조장치.Spacer is fixedly interposed between the carbon oxide electrode and the counter electrode, the fine carbon colloid manufacturing apparatus homogeneously dispersed in water or aqueous solution.
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