KR101016031B1 - Carbon Nanotube Synthesis Device - Google Patents

Carbon Nanotube Synthesis Device Download PDF

Info

Publication number
KR101016031B1
KR101016031B1 KR1020080057417A KR20080057417A KR101016031B1 KR 101016031 B1 KR101016031 B1 KR 101016031B1 KR 1020080057417 A KR1020080057417 A KR 1020080057417A KR 20080057417 A KR20080057417 A KR 20080057417A KR 101016031 B1 KR101016031 B1 KR 101016031B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reactor
catalyst
carbon nanotubes
carbon nanotube
reaction gas
Prior art date
Application number
KR1020080057417A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20090131507A (en
Inventor
장석원
Original Assignee
세메스 주식회사
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 세메스 주식회사 filed Critical 세메스 주식회사
Priority to KR1020080057417A priority Critical patent/KR101016031B1/en
Publication of KR20090131507A publication Critical patent/KR20090131507A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101016031B1 publication Critical patent/KR101016031B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/16—Preparation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1845—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with particles moving upwards while fluidised
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/38—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it
    • B01J8/382—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it with a rotatable device only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/16—Preparation
    • C01B32/162—Preparation characterised by catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

탄소나노튜브 합성 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치는, 탄소나노튜브가 합성되는 공간을 제공하고 수직으로 길게 형성되며 하단부에 촉매를 담는 반응기와, 반응기의 외측에 설치되며 반응기의 내부를 탄소나노튜브의 합성에 필요한 공정 온도까지 가열하는 가열부와, 반응기의 상단부로부터 촉매를 담은 하단부를 향하도록 길게 설치되며, 촉매와 반응하여 탄소나노튜브를 합성하기 위한 반응 가스를 촉매를 향하여 아래 방향으로 분사하는 가스 공급 노즐과, 반응기의 하단부에 연결되어 합성된 탄소나노튜브를 반응기의 외부로 배출하여 회수하는 회수부 및 반응기의 상단부에 연결되어 탄소나노튜브의 합성에 반응하지 않은 반응 가스를 반응기의 외부로 배출하는 배기부를 포함한다.A carbon nanotube synthesis apparatus is provided. Carbon nanotube synthesizing apparatus according to an embodiment of the present invention, providing a space in which carbon nanotubes are synthesized, is formed vertically long and contains a catalyst at the lower end, and installed outside the reactor and the inside of the reactor carbon nanotubes The heating unit is heated to a process temperature required for the synthesis of the, and is installed long to the lower end containing the catalyst from the upper end of the reactor, the reaction gas for synthesizing carbon nanotubes by reacting with the catalyst to inject downward toward the catalyst A gas supply nozzle, a recovery part connected to the lower end of the reactor to recover and discharge the synthesized carbon nanotubes to the outside of the reactor, and a reaction gas not connected to the synthesis of the carbon nanotubes connected to the upper end of the reactor to the outside of the reactor. It includes the exhaust part to discharge.

탄소나노튜브 합성 장치, 수직형 반응기, 가스 공급 노즐, 원추형 타입 Carbon Nanotube Synthesizer, Vertical Reactor, Gas Supply Nozzle, Conical Type

Description

탄소나노튜브 합성 장치 {Apparatus for synthesizing carbon nanotube}Apparatus for synthesizing carbon nanotube

본 발명은 탄소나노튜브 합성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 촉매의 형태에 영향을 받지 않는 탄소나노튜브 합성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nanotube synthesis apparatus, and more particularly to a carbon nanotube synthesis apparatus that is not affected by the form of the catalyst.

탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)란 지구상에 다량으로 존재하는 탄소로 이루어진 탄소 동소체로서, 하나의 탄소가 다른 탄소 원자와 육각형 벌집 무늬로 결합되어 튜브 형태를 이루어 있는 물질이며, 튜브의 직경이 수 나노미터 수준으로 극히 작은 영역의 물질이다. 탄소나노튜브는 우수한 기계적 특성, 전기적, 선택성, 뛰어난 전계 방출 특성, 고효율의 수소저장매체 특성을 지니며 미래에 촉망 받는 신소재로 알려져 있다.Carbon nanotube (CNT) is a carbon allotrope made up of carbon that exists in large quantities on the earth. It is a material in which one carbon is combined with another carbon atom in a hexagonal honeycomb pattern to form a tube. It is an extremely small area of material at the nanometer level. Carbon nanotubes are known to be promising new materials with excellent mechanical properties, electrical properties, selectivity, excellent field emission characteristics, and high efficiency hydrogen storage media.

이와 같은 탄소나노튜브는 고도의 합성 기술에 의해 제조될 수 있는데, 그 합성 방법으로, 전기 방전법(Arc-discharge), 레이저 증착법(Laser vaporization), 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), 열화학기상 증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition), 전기 분해 방법, 플레임(Flame) 합성 방법 등이 알려져 있다.Such carbon nanotubes can be manufactured by a highly synthetic technique, and the synthesis method includes: Arc-discharge, Laser Vaporization, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD). ), Thermal chemical vapor deposition, electrolysis, flame synthesis, and the like are known.

일반적으로, 탄소나노튜브를 생산하는 공정은 크게 탄소나노튜브의 합성이 일어나는 기판에 촉매를 도포하는 촉매 도포 공정, 촉매가 도포된 기판을 반응기에 넣어서 반응 가스와 도포된 촉매를 반응시켜 탄소나노튜브를 합성하는 탄소나노튜브 합성 공정, 기판 상에 합성된 탄소나노튜브를 회수하는 회수 공정으로 나눌 수 있다.In general, a process for producing carbon nanotubes is a catalyst coating process for applying a catalyst to a substrate on which carbon nanotube synthesis is large, a substrate coated with a catalyst is placed in a reactor, and a reaction gas reacts with the applied catalyst to carbon nanotubes. It can be divided into a carbon nanotube synthesis process for synthesizing and a recovery process for recovering the carbon nanotubes synthesized on the substrate.

탄소나노튜브 합성 장치는 탄소나노튜브를 합성하기 위한 공간을 제공하는 반응기가 놓여진 형태에 따라 수평형과 수직형으로 나눌 수 있는데, 반응기의 크기, 반응 가스의 소모량, 효율성 등의 이점으로 인해 수직형 반응기를 가지는 탄소나노튜브 합성 장치에 대한 개발이 활발히 진행 중이다.Carbon nanotube synthesizing apparatus can be divided into horizontal and vertical depending on the type of reactor in which the space for synthesizing carbon nanotubes is placed. Development of a device for synthesizing a carbon nanotube having a reactor is actively in progress.

한편, 탄소나노튜브의 형태는 튜브를 형성하는 벽을 이루고 있는 결합 수에 따라 단일벽 나노튜브(Single-walled Nanotube, SWNT)와 다중벽 나노튜브(Multi-walled Nanotube, MWNT)로 구분하며, 특히 단일벽 나노튜브가 여러 개로 뭉쳐있는 형태(Bundle type)를 다발형 나노튜브(Rope Nanotube)라고 칭하고 있다. 이러한 탄소나노튜브의 형태는 반응 가스와 반응하는 촉매의 형태, 즉, 촉매의 형상, 밀도, 입자 사이즈 등에 따라 결정될 수 있으며, 사용되는 촉매의 형태는 촉매의 제법에 따라 결정될 수 있다.Carbon nanotubes are classified into single-walled nanotubes (SWNTs) and multi-walled nanotubes (MWNTs) according to the number of bonds forming the walls. The bundle type of single-walled nanotubes is called a bundle nanotube. The shape of the carbon nanotubes may be determined according to the type of catalyst reacting with the reaction gas, that is, the shape, density, particle size, and the like of the catalyst, and the type of catalyst used may be determined according to the preparation of the catalyst.

종래에는 수직형의 반응기 하단에 복수의 홀이 형성된 분산판을 설치하고 분산판 하부에 설치된 가스 공급 노즐에서 반응 가스를 위쪽으로 분사하여 분산판 상부면에 쌓여있는 촉매를 유동시켜 반응 가스와 촉매의 반응시킴으로써 탄소나노튜브를 합성하였다.Conventionally, a dispersion plate having a plurality of holes formed at the bottom of a vertical reactor is installed, and a reaction gas is injected upward from a gas supply nozzle installed at the bottom of the dispersion plate to flow a catalyst stacked on the upper surface of the dispersion plate. By reacting, carbon nanotubes were synthesized.

그러나, 이러한 구조의 탄소나노튜브 합성 장치를 사용하는 경우에는, 촉매 의 형태에 따라 촉매의 혼합이 균일하지 않아 촉매 내부에 공간이 생겨 채널링 문제가 발생하는 경우가 있었다. 특히, 촉매의 입도가 작고 밀도가 높은 경우에는 촉매의 유동성 및 층팽창율을 향상시키기 위해 반응 가스의 소모가 많아지는 문제가 발생한다. 즉, 촉매의 형태에 따라 탄소나노튜브의 생산성이 일정하지 않은 문제점이 있었다.However, in the case of using the carbon nanotube synthesis apparatus having such a structure, the mixing of the catalyst is not uniform depending on the form of the catalyst, there is a case where a channeling problem occurs due to the space inside the catalyst. In particular, when the particle size of the catalyst is small and the density is high, a problem arises in that the consumption of the reaction gas increases in order to improve the fluidity and the layer expansion rate of the catalyst. That is, there was a problem that the productivity of carbon nanotubes is not constant depending on the type of catalyst.

따라서, 촉매의 형태에 상관없이 탄소나노튜브의 생산성을 일정하게 할 수 있는 탄소나노튜브 합성 장치가 요구된다.Therefore, there is a need for a device for synthesizing carbon nanotubes capable of keeping the productivity of carbon nanotubes constant regardless of the type of catalyst.

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 촉매를 담는 반응기의 하단부를 원추형으로 형성하고 촉매의 상부에 반응 가스를 분사하는 가스 공급 노즐을 설치하여 촉매의 형태에 상관없이 탄소나노튜브의 생산성을 일정하게 할 수 있는 탄소나노튜브 합성 장치를 제공하는 것이다.The present invention is designed to improve the above problems, the technical problem to be achieved by the present invention is to form a catalyst by forming a lower end of the reactor containing the catalyst in a conical shape and installing a gas supply nozzle for injecting the reaction gas on top of the catalyst It is to provide a carbon nanotube synthesis apparatus that can make the productivity of carbon nanotubes constant regardless.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and another technical problem which is not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치는, 탄소나노튜브가 합성되는 공간을 제공하고 수직으로 길게 형성되며 하단부에 촉매를 담는 반응기와, 상기 반응기의 외측에 설치되며 상기 반응기의 내부를 상기 탄소나노튜브의 합성에 필요한 공정 온도까지 가열하는 가열부와, 상기 반응기의 상단부로부터 상기 촉매를 담은 하단부를 향하도록 길게 설치되며, 상기 촉매와 반응하여 상기 탄소나노튜브를 합성하기 위한 반응 가스를 상기 촉매를 향하여 아래 방향으로 분사하는 가스 공급 노즐과, 상기 반응기의 하단부에 연결되어 상기 합성된 탄소나노튜브를 상기 반응기의 외부로 배출하여 회수하는 회수부 및 상기 반응기의 상단부에 연결되어 상기 탄소나노튜브의 합성에 반응하지 않은 상기 반응 가스를 상기 반응기의 외부로 배출하는 배기부를 포함한다.In order to achieve the above object, the carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention, providing a space in which the carbon nanotubes are synthesized and is formed vertically long and contains a catalyst at the lower end, and installed outside the reactor And a heating unit for heating the inside of the reactor to a process temperature required for synthesizing the carbon nanotubes, and installed to be extended from the upper end of the reactor to the lower end containing the catalyst, and reacting with the catalyst to form the carbon nanotubes. A gas supply nozzle for injecting a reaction gas for synthesizing downward toward the catalyst, a recovery part connected to a lower end of the reactor to discharge the synthesized carbon nanotubes to the outside of the reactor, and an upper end of the reactor Connected to the reaction gas which is not reacted to the synthesis of the carbon nanotubes; It comprises parts of the exhaust discharged to the outside of the reactor.

상기한 바와 같은 본 발명의 탄소나노튜브 합성 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.According to the carbon nanotube synthesis apparatus of the present invention as described above has one or more of the following effects.

첫째, 촉매가 담긴 반응기의 하단부의 상부에 반응 가스를 분사하는 가스 공급 노즐을 설치함으로써 촉매의 형태에 영향을 받지 않고 촉매를 유동시킬 수 있어 촉매의 제법 및 촉매의 밀도에 상관없이 촉매의 유동성을 일정하게 할 수 있는 장점이 있다.First, by installing a gas supply nozzle for injecting the reaction gas in the upper portion of the lower end of the reactor containing the catalyst it is possible to flow the catalyst without being affected by the form of the catalyst, regardless of the production method of the catalyst and the density of the catalyst It has the advantage of being constant.

둘째, 촉매가 담긴 반응기의 하단부를 원추형으로 형성함으로써 촉매의 혼합을 균일하게 할 수 있고, 반응 가스의 유속이 같은 경우에도 촉매의 층팽창율을 높일 수 있어 반응 가스의 사용 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.Second, it is possible to make the mixing of the catalyst uniform by forming the lower end of the reactor containing the catalyst in a conical shape, and even if the flow rate of the reaction gas is the same, it is possible to increase the layer expansion rate of the catalyst to increase the use efficiency of the reaction gas There is this.

셋째, 촉매의 형태에 상관없이 탄소나노튜브의 생산성을 일정하게 할 수 있는 장점이 있다.Third, there is an advantage that the productivity of the carbon nanotubes can be made constant regardless of the form of the catalyst.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태 로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete, the general knowledge in the art to which the present invention belongs It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.Thus, in some embodiments, well known process steps, well known structures and well known techniques are not described in detail in order to avoid obscuring the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, including and / or comprising includes the presence or addition of one or more other components, steps, operations and / or elements other than the components, steps, operations and / or elements mentioned. Use in the sense that does not exclude. And "and / or" include each and any combination of one or more of the mentioned items.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.In addition, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and / or schematic views, which are ideal illustrations of the invention. Accordingly, shapes of the exemplary views may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include variations in forms generated by the manufacturing process. In addition, each component in each drawing shown in the present invention may be shown to be somewhat enlarged or reduced in view of the convenience of description. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 탄소나노튜브 합성 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings for describing a carbon nanotube synthesis apparatus according to embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 종단면이다.1 is a perspective view schematically showing the structure of a carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view schematically showing the structure of a carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치(100)는 반응기(110), 가열부(120), 가스 공급 노즐(130), 교반기(140), 회수부(150), 촉매 투입부(160) 및 배기부(170)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in Figure 1 and 2, the carbon nanotube synthesis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is a reactor 110, a heating unit 120, a gas supply nozzle 130, a stirrer 140 , A recovery unit 150, a catalyst input unit 160, and an exhaust unit 170 may be configured.

반응기(Reaction tube)(110)는 탄소나노튜브가 합성되는 공간을 제공하며 수직으로 길게 형성될 수 있다. 반응기(110)는 대략 수직한 원통 형상으로 제공될 수 있는데, 석영(Quartz) 또는 그라파이트(Graphite) 등과 같이 열에 강한 재질로 이루어질 수 있다.The reactor 110 may provide a space in which carbon nanotubes are synthesized, and may be formed vertically long. The reactor 110 may be provided in a substantially vertical cylindrical shape, and may be made of a heat resistant material such as quartz or graphite.

가열부(120)는 반응기(110)의 외측에 설치되며 반응기(110)의 내부를 탄소나노튜브의 합성에 필요한 공정 온도까지 가열할 수 있다. 탄소나노튜브 합성 공정이 진행될 때에 반응기(110)의 내부는 대략 500 ℃ 이상, 바람직하게는 650 ℃ ~ 1000 ℃의 고온으로 유지될 수 있다. 가열부(120)는 반응기(110)의 외벽을 감싸도록 코일 형상을 가진 열선(도시되지 않음)을 사용할 수 있는데, 이에 한정되지는 않으며, 당업자에 의해 변경 가능하다.The heating unit 120 may be installed outside the reactor 110 and may heat the inside of the reactor 110 to a process temperature required for synthesizing the carbon nanotubes. When the carbon nanotube synthesis process is performed, the inside of the reactor 110 may be maintained at a high temperature of about 500 ° C. or more, preferably 650 ° C. to 1000 ° C. The heating unit 120 may use a heating wire (not shown) having a coil shape to surround the outer wall of the reactor 110, but is not limited thereto and may be changed by those skilled in the art.

도 2에 도시된 바와 같이, 반응기(110)의 하단부에는 반응 가스와 반응하여 탄소나노튜브의 합성에 사용되는 촉매(M)가 담길 수 있다. 촉매(M)는 금속 분말 형태의 촉매(M)로는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 등과 같은 자성체를 갖는 유기 금속 화합물을 사용할 수 있다.As shown in FIG. 2, the lower end of the reactor 110 may contain a catalyst (M) used to synthesize carbon nanotubes by reacting with a reaction gas. The catalyst M may be an organic metal compound having a magnetic material such as iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), etc. as the catalyst M in the form of a metal powder.

한편, 반응기(110)의 하단부에는 촉매(M)를 공급하는 촉매 투입부(160)가 연결될 수 있다.On the other hand, the catalyst input unit 160 for supplying the catalyst (M) may be connected to the lower end of the reactor (110).

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치(100)에서 촉매 투입부의 일 예를 나타내는 도면이다.3 is a view showing an example of the catalyst input unit in the carbon nanotube synthesis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

촉매 투입부(160)는 제조된 촉매(M)를 저장하는 촉매 저장부(162)와 촉매 저장부(162)로부터 반응기(110) 내부로 촉매(M)를 공급하기 위한 촉매 공급 라인(161)을 포함할 수 있다. 도 3에서는 반응기(110) 내부로 촉매(M)를 정량 투입하기 위해 촉매 공급 라인(161) 내부에서 스크류를 회전시켜 촉매(M)를 투입하는 예를 나타내고 있다. 도시되지는 않았으나, 촉매(M)를 정량 투입하기 위해 촉매 공급 라인(161)에는 밸브가 설치될 수도 있다. 촉매(M)를 반응기(110) 내부로 공급하는 방식은 이에 한정되지 않으며, 촉매(M)를 반응기(110)의 내부로 분사하는 방식 등의 다양한 방법을 이용하여 촉매(M)를 공급할 수 있다. 한편, 도시되지는 않았으나, 촉매 저장부(162)에는 촉매 환원부가 연결될 수 있는데, 촉매 환원부는 촉매(M)의 제조 과정에서 건조 과정, 소성 과정 등을 통해 산화된 촉매(M)를 환원 처리하는 역할을 할 수 있다.The catalyst input unit 160 may include a catalyst storage unit 162 storing the prepared catalyst M and a catalyst supply line 161 for supplying the catalyst M from the catalyst storage unit 162 into the reactor 110. It may include. 3 illustrates an example of introducing the catalyst M by rotating a screw in the catalyst supply line 161 to quantify the catalyst M into the reactor 110. Although not shown, a valve may be installed in the catalyst supply line 161 to quantify the catalyst (M). The method of supplying the catalyst M to the inside of the reactor 110 is not limited thereto, and the catalyst M may be supplied using various methods such as the method of spraying the catalyst M into the inside of the reactor 110. . On the other hand, although not shown, the catalyst storage unit 162 may be connected to the catalytic reduction unit, the catalytic reduction unit to reduce the oxidation of the catalyst (M) through a drying process, a calcination process, etc. during the production of the catalyst (M) Can play a role.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치에서 반응기의 형상을 나타내는 사시도이다.Figure 4 is a perspective view showing the shape of the reactor in the carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.

상술한 바와 같이, 반응기(110)는 대략 수직한 원통 형상으로 형성될 수 있는데, 크게 몸체부(111), 상단부(113) 및 하단부(112)로 나눌 수 있다. 먼저 몸체부(111)는 실질적으로 탄소나노튜브의 합성이 이루어지는 공간으로서 수직한 원통 형상으로 제공될 수 있다.As described above, the reactor 110 may be formed in a substantially vertical cylindrical shape, and may be largely divided into a body portion 111, an upper end 113, and a lower end 112. First, the body 111 may be provided in a cylindrical shape substantially as a space in which carbon nanotubes are synthesized.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 촉매(M)를 담는 반응기(110)의 하단부(112)는 촉매(M)의 부유 특성 및 촉매(M)의 층팽창율을 증대시키기 위해서 다양한 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 도 4에 도시된 바와 같이, 반응기(110)의 하단부(112)는 아래로 갈수록 단면적이 좁아지도록 경사지게 원추형으로 형성될 수 있다. 여기서, 원추형 형상은 콘(Corn) 형상 또는 테이퍼(Taper) 형상 등을 포함하는 형태일 수 있다.And, as shown in Figure 4, the lower end 112 of the reactor 110 containing the catalyst (M) may have a variety of shapes in order to increase the floating characteristics of the catalyst (M) and the layer expansion rate of the catalyst (M). have. Preferably, as shown in Figure 4, the lower end 112 of the reactor 110 may be formed in a conical inclined so that the cross-sectional area is narrowed downward. Here, the conical shape may be a shape including a cone shape or a taper shape.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치에서 반응기의 하단부에서의 촉매의 유동을 나타내는 도면이다.5 is a view showing the flow of the catalyst in the lower end of the reactor in the carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 반응기(110)의 하단부(112)를 원추형으로 경사지게 형성함으로써 반응 가스에 의해 부유했던 촉매(M)들이 반응기(110)의 몸체부(111) 측벽을 타고 내려와 다시 반응기(110)의 하단부(112)에 균일하게 혼합될 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 반응기(110)의 하단부(112)에 담긴 촉매(M)의 빈 공간을 제거하여 가스 공급 노즐(130)로부터 분사되는 반응 가스의 분사 압력에 의해 반응기(110) 내부 공간으로 자연스럽게 부유될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 반 응기(110)의 하단부(112)의 아래로 갈수록 단면적이 좁아지므로 반응 가스의 유속이 증가하게 되어 반응 가스에 의해 촉매(M)가 반응기(110) 내에서 골고루 퍼져 부유할 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 반응 가스의 유속이 같은 경우에도 촉매의 층팽창율을 높일 수 있어 반응 가스의 사용 효율을 증가시킬 수 있다.As shown in FIG. 5, by forming the lower end 112 of the reactor 110 in an inclined conical shape, catalysts M suspended by the reaction gas descend down the side wall of the body part 111 of the reactor 110, and again. The lower end 112 of the 110 may be uniformly mixed. Therefore, by removing the empty space of the catalyst (M) contained in the lower end 112 of the reactor 110 can be naturally floating into the inner space of the reactor 110 by the injection pressure of the reaction gas injected from the gas supply nozzle 130. You can do that. In addition, since the cross-sectional area becomes narrower toward the bottom of the lower end 112 of the reactor 110, the flow rate of the reaction gas is increased so that the catalyst (M) can be evenly spread in the reactor 110 by the reaction gas. Can be. Therefore, even when the flow velocity of the reaction gas is the same, the layer expansion rate of the catalyst can be increased, and the use efficiency of the reaction gas can be increased.

다시 도 4를 참조하면, 반응기(110)의 상단부(113)는 몸체부(111)보다 큰 직경을 가지도록 형성될 수 있다. 이는 상단부(113)의 단면적을 크게 하여 상단부(113)에 이르는 촉매(M) 또는 합성된 탄소나노튜브의 유속을 낮춤으로써 배기부(170)로 유출되지 않고 다시 몸체부(111)로 떨어질 수 있도록 하기 위함이다. 반응기(110) 내부의 촉매(M) 또는 반응 가스의 흐름은 도 2에 도시되어 있다.Referring back to FIG. 4, the upper end 113 of the reactor 110 may be formed to have a larger diameter than the body 111. This is to increase the cross-sectional area of the upper end 113 to lower the flow rate of the catalyst (M) or the synthesized carbon nanotubes to reach the upper end 113 so that it can fall back to the body portion 111 without flowing out to the exhaust unit 170. To do this. The flow of catalyst M or reactant gas inside reactor 110 is shown in FIG. 2.

다시 도 2를 참조하면, 가스 공급 노즐(130)은 반응기(110)의 상단부(113)로부터 촉매(M)를 담은 하단부(112)를 향하도록 길게 설치되며, 촉매(M)와 반응하여 탄소나노튜브를 합성하기 위한 반응 가스를 촉매(M)를 향하여 아래 방향으로 분사할 수 있다.Referring back to FIG. 2, the gas supply nozzle 130 is installed long from the upper end 113 of the reactor 110 toward the lower end 112 containing the catalyst M, and reacts with the carbon nanoparticles to react with the carbon nanoparticles. The reaction gas for synthesizing the tube may be injected downward toward the catalyst (M).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치에서 가스 공급 노즐에서 반응 가스의 분사에 따른 촉매의 유동을 나타내는 도면이다.6 is a view showing the flow of the catalyst according to the injection of the reaction gas in the gas supply nozzle in the carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 가스 공급 노즐(130)은 촉매(M)를 향하여 아래 방향으로 분사하는 반응 가스의 분사 압력에 의해서 아래에 쌓여 있는 촉매(M)의 부유 특성 및 촉매(M)의 층팽창률을 증대시킬 수 있다. 따라서, 촉매(M)의 형태, 즉 촉매(M)의 형상, 촉매(M)의 밀도, 입자 사이즈 등에 영향을 받지 않고 다양한 형태의 촉매(M)를 유동시킬 수 있어 촉매(M)의 제법 및 촉매(M)의 밀도에 상관없이 촉 매(M)의 유동성을 일정하게 할 수 있어 탄소나노튜브의 합성을 균일하게 할 수 있다.As shown in FIG. 6, the gas supply nozzle 130 has a floating characteristic of the catalyst M stacked below by the injection pressure of the reaction gas which is injected downward toward the catalyst M and the catalyst M. The layer expansion rate can be increased. Therefore, various types of catalyst M can be flowed without being affected by the shape of the catalyst M, that is, the shape of the catalyst M, the density of the catalyst M, the particle size, and the like. Regardless of the density of the catalyst (M), the fluidity of the catalyst (M) can be made constant, so that the synthesis of carbon nanotubes can be made uniform.

반응 가스는 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠, 크실렌, 사이클로헥산, 일산화탄소 또는 이산화탄소 등과 같은 탄소를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스는 반응기(110) 내부에서 열분해에 의해 라디칼(Radical)로 분해될 수 있으며 되며, 이러한 라디칼들은 반응기(110)의 하단부(112)로부터 부유되는 촉매(M)와 반응하여 탄소나노튜브를 합성할 수 있다.The reaction gas may be a gas containing carbon such as acetylene, ethylene, methane, benzene, xylene, cyclohexane, carbon monoxide or carbon dioxide, or the like. The reaction gas may be decomposed into radicals by pyrolysis in the reactor 110, and these radicals react with the catalyst M suspended from the lower end 112 of the reactor 110 to synthesize carbon nanotubes. can do.

한편, 가스 공급 노즐(130)은 촉매(M)의 형태, 즉, 촉매(M)의 형상, 밀도, 크기에 따라 반응 가스의 유속을 조절할 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 가스 공급 노즐(130)과 반응 가스를 저장하는 가스 저장부(132)를 연결하는 공급 배관(131) 상에는 가스 공급 노즐(130)로 반응 가스를 공급하기 위한 가압 펌프(도시되지 않음) 및 가스 공급 노즐(130)로 공급되는 반응 가스의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브(133)가 설치될 수 있다. 가스 공급 노즐(130), 공급 배관(131), 가압 펌프 및 유량 조절 밸브(133)의 구성은 이에 한정되지 않으며, 당업자에 의해 변경 가능하다.On the other hand, the gas supply nozzle 130 may adjust the flow rate of the reaction gas according to the shape of the catalyst (M), that is, the shape, density, size of the catalyst (M). Therefore, as shown in FIG. 2, the supply pipe 131 for supplying the reaction gas to the gas supply nozzle 130 on the supply pipe 131 connecting the gas supply nozzle 130 and the gas storage unit 132 for storing the reaction gas. A flow rate control valve 133 may be installed to adjust the flow rate of the reaction gas supplied to the pressure pump (not shown) and the gas supply nozzle 130. The configuration of the gas supply nozzle 130, the supply pipe 131, the pressure pump and the flow control valve 133 is not limited thereto, and may be changed by those skilled in the art.

한편, 가스 공급 노즐(130)과는 별도로, 반응기(110) 내부로 유동 기체를 공급하기 위한 유동 기체 공급부(도시되지 않음)를 구비할 수 있다. 유동 기체는 반응 가스와 촉매(M)의 반응으로 생성되는 탄소나노튜브의 성장에 따른 무게의 증가로 인해 반응기(110)의 하부로 떨어지는 것을 막고, 반응기(110) 내부에 유동화 지역을 형성시켜 반응 가스와 촉매(M)의 반응을 활성화시킬 수 있다. 이러한 유동 기 체로는 헬륨, 질소, 아르곤 등과 같은 불활성 가스가 사용될 수 있으며, 필요에 따라 메탄, 아세틸렌, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 같은 가스 또는 이러한 가스와 아르곤 가스의 혼합 가스를 사용할 수도 있다.Meanwhile, in addition to the gas supply nozzle 130, a flow gas supply unit (not shown) for supplying a flow gas into the reactor 110 may be provided. The flowing gas is prevented from falling to the lower part of the reactor 110 due to the increase in weight due to the growth of the carbon nanotubes generated by the reaction of the reaction gas and the catalyst (M), forming a fluidization zone inside the reactor 110 to react It is possible to activate the reaction of the gas with the catalyst (M). An inert gas such as helium, nitrogen, argon, or the like may be used as the flow gas, and a gas such as methane, acetylene, carbon monoxide or carbon dioxide, or a mixture of such gas and argon gas may be used as necessary.

다시 도 2를 참조하면, 반응기(110)의 내부에는 반응기(110) 내부의 반응 가스 및 촉매(M)를 균일하게 혼합시킬 수 있도록 교반기(140)가 설치될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 교반기(140)는 반응기(110)의 상단부(113)로부터 반응기(110)의 중심 축을 따라 아래로 길게 설치된 가스 공급 노즐(130)을 감싸도록 설치될 수 있다.Referring back to FIG. 2, an agitator 140 may be installed in the reactor 110 to uniformly mix the reaction gas and the catalyst M in the reactor 110. As shown in FIG. 2, the stirrer 140 may be installed to surround the gas supply nozzle 130 installed downward from the upper end 113 of the reactor 110 along the central axis of the reactor 110.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치에서 교반기의 형상을 나타내는 사시도이다.Figure 7 is a perspective view showing the shape of the stirrer in the carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.

교반기(140)로는 다수의 날개를 가지고 회전하는 임펠러(Impeller)를 사용할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 교반기(140)는 가스 공급 노즐(130)을 감싸도록 중공 축(143)을 가지는 원통형의 몸체(141)를 가지고, 몸체(141)의 둘레에는 복수의 날개(142)가 형성될 수 있다. 복수의 날개(142)는 원통형의 몸체(141)를 중심으로 등간격으로 배치될 수 있으며, 몸체(141)의 길이 방향을 따라 다단으로 배치될 수 있다. 또한, 각 단의 날개(142)들은 서로 교차되게 배치될 수도 있다. 날개(142)의 개수 및 배치 형태는 반응기(110)의 크기, 반응 가스의 종류, 촉매(M)의 형태 등의 조건에 따라 당업자에 의해 변경 가능하다.As the stirrer 140, an impeller rotating with a plurality of wings may be used. As shown in FIG. 7, the stirrer 140 has a cylindrical body 141 having a hollow shaft 143 to surround the gas supply nozzle 130, and a plurality of wings 142 around the body 141. ) May be formed. The plurality of wings 142 may be disposed at equal intervals around the cylindrical body 141, and may be disposed in multiple stages along the length direction of the body 141. In addition, the wings 142 of each stage may be arranged to cross each other. The number and arrangement of the wings 142 can be changed by those skilled in the art according to the conditions such as the size of the reactor 110, the type of reaction gas, the type of catalyst (M).

교반기(140)는 일정한 주기를 가지고 중공 축(143)을 중심으로 회전하게 되며, 반응기(110) 내부의 반응 가스 및 촉매(M)를 균일하게 혼합시킬 수 있다. 따라 서, 교반기(140)는 합성된 탄소나노튜브가 반응기(110) 벽면에 부착되는 문제를 방지할 수 있고, 촉매(M)의 층팽창율을 높일 수 있다. 도시되지는 않았으나, 교반기(140)의 일단에는 교반기(140)를 회전시키기 위한 구동부가 연결될 수 있다.The stirrer 140 rotates about the hollow shaft 143 with a constant cycle, and may uniformly mix the reaction gas and the catalyst M in the reactor 110. Thus, the stirrer 140 can prevent the problem of the synthesized carbon nanotubes attached to the wall of the reactor 110, it is possible to increase the layer expansion rate of the catalyst (M). Although not shown, a driving unit for rotating the stirrer 140 may be connected to one end of the stirrer 140.

회수부(150)는 반응기(110)의 하단부(112)에 연결되어 합성된 탄소나노튜브를 반응기(110)의 외부로 배출하여 회수할 수 있다. 바람직하게는, 탄소나노튜브 합성 공정을 마친 후, 회수부(150)에 설치된 게이트(도시되지 않음)을 열고 회수부(150)를 음(-)압으로 유지시킴으로써 합성된 탄소나노튜브를 외부로 배출하여 회수할 수 있다. 이 때, 합성된 탄소나노튜브의 회수를 위해 회수부(150)는 일정 온도 이하로 냉각될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 회수부(150)에는 압력을 조절하기 위한 펌프와 탄소나노튜브의 회수량을 조절하기 위한 밸브가 설치될 수 있다.The recovery unit 150 may be connected to the lower end 112 of the reactor 110 to discharge the synthesized carbon nanotubes to the outside of the reactor 110. Preferably, after completing the carbon nanotube synthesis process, by opening a gate (not shown) installed in the recovery unit 150 and maintaining the recovery unit 150 at a negative (-) pressure to the outside of the synthesized carbon nanotubes Can be discharged and recovered. At this time, the recovery unit 150 may be cooled to a predetermined temperature or less to recover the synthesized carbon nanotubes. Although not shown, the recovery unit 150 may be provided with a pump for adjusting the pressure and a valve for adjusting the recovery amount of the carbon nanotubes.

배기부(170)는 반응기(110)의 상단부(113)에 연결되어 탄소나노튜브의 합성에 반응하지 않은 미반응 가스를 반응기(110)의 외부로 배출할 수 있다. 즉, 배기부(170)를 통해 탄소나노튜브 합성 공정이 끝난 후 잔류 가스 등을 외부로 배출할 수 있다. 이러한 잔류 가스에는 합성된 탄소나노튜브의 일부가 포함될 수도 있는데, 배기부(170)에 연결되어 별도로 설치된 가스 사이클론(Gas cyclone)(도시되지 않음)을 이용하여 잔류 가스에 포함된 탄소나노튜브를 분리시켜 포집하고 가스 만을 내보낼 수 있다. 배출된 잔류 가스는 유해할 수 있으므로, 배기부(170)에 연결된 스크러버(Scrubber)(도시되지 않음)에서 이러한 잔류 가스들을 처리하여 외부로 배출할 수 있다.The exhaust unit 170 may be connected to the upper end 113 of the reactor 110 to discharge the unreacted gas that does not react to the synthesis of the carbon nanotubes to the outside of the reactor 110. That is, after the carbon nanotube synthesis process is completed through the exhaust unit 170, residual gas or the like may be discharged to the outside. The residual gas may include a part of the synthesized carbon nanotubes, and the carbon nanotubes included in the residual gas are separated using a gas cyclone (not shown) connected to the exhaust unit 170 and separately installed. Can be collected and gas only. Since the discharged residual gas may be harmful, a scrubber (not shown) connected to the exhaust unit 170 may process the residual gases and discharge them to the outside.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치 의 동작을 간단히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention configured as described above are as follows.

먼저, 탄소나노튜브 합성 공정이 시작되면, 가열부(120)에 전원이 공급되어 반응기(110)를 가열하기 시작하며. 반응기(110) 내부는 약 650 ℃ ~ 1000 ℃ 의 공정 온도로 가열할 수 있다. 또한, 촉매 투입부(160)를 통해 반응기(110)의 하단부(112)로 환원된 촉매(M)가 공급될 수 있다.First, when the carbon nanotube synthesis process is started, power is supplied to the heating unit 120 to start heating the reactor 110. The reactor 110 may be heated to a process temperature of about 650 ℃ to 1000 ℃. In addition, the reduced catalyst M may be supplied to the lower end 112 of the reactor 110 through the catalyst input unit 160.

반응기(110)의 내부 온도가 공정 온도에 도달되면, 가스 공급 노즐(130)을 통해 반응 가스가 반응기(110)의 내부 공간으로 공급되어 반응기(110)의 하단부(112)를 향하여 아래 방향으로 분사될 수 있다. 반응 가스는 반응기(110) 내부에서 열분해에 의해 라디칼로 분해될 수 있으며 되며, 이러한 라디칼들은 반응기(110)의 하단부(112)로부터 부유되는 촉매(M)와 반응하여 탄소나노튜브의 합성이 이루어질 수 있다. 반응기(110)에서의 탄소나노튜브 합성 공정이 완료되면 가스 공급 노즐(130)로부터 반응 가스의 공급을 중단할 수 있다. 한편, 탄소나노튜브의 합성이 이루어지는 동안, 교반기(140)는 일정한 주기를 가지고 회전하여 반응기(110) 내부의 반응 가스 및 촉매(M)를 균일하게 혼합시키고, 합성된 탄소나노튜브가 반응기(110) 내부 벽면에 부착되는 것을 방지할 수 있다.When the internal temperature of the reactor 110 reaches the process temperature, the reaction gas is supplied to the internal space of the reactor 110 through the gas supply nozzle 130 and sprayed downward toward the lower end 112 of the reactor 110. Can be. The reaction gas may be decomposed into radicals by pyrolysis in the reactor 110, and these radicals may react with the catalyst M suspended from the lower end 112 of the reactor 110 to synthesize carbon nanotubes. have. When the carbon nanotube synthesis process in the reactor 110 is completed, the supply of the reaction gas from the gas supply nozzle 130 may be stopped. On the other hand, during the synthesis of the carbon nanotubes, the stirrer 140 is rotated at regular intervals to uniformly mix the reaction gas and the catalyst (M) inside the reactor 110, the synthesized carbon nanotubes are reactor 110 ) It can be prevented from being attached to the inner wall.

탄소나노튜브의 합성이 끝나게 되면, 반응기(110)의 하단부(112)에 연결된 회수부(150)를 통해 합성된 탄소나노튜브를 회수하고, 반응기(110)의 상단부(113)에 연결된 배기부(170)를 통해 미반응 가스를 포함한 잔류 가스를 외부로 배출할 수 있다.When the synthesis of the carbon nanotubes is completed, the carbon nanotubes synthesized through the recovery unit 150 connected to the lower end 112 of the reactor 110 is recovered, and the exhaust unit connected to the upper end 113 of the reactor 110 ( 170, the residual gas including the unreacted gas can be discharged to the outside.

상술한 바와 같이, 촉매(M)가 담긴 반응기(110)의 하단부(112)의 상부에 반 응 가스를 분사하는 가스 공급 노즐(130)을 설치함으로써 촉매(M)의 형태에 상관없이 촉매(M)의 유동성을 일정하게 할 수 있다. 또한, 촉매(M)가 담긴 반응기(110)의 하단부(112)를 원추형으로 형성함으로써 촉매(M)의 혼합을 균일하게 할 수 있다. 따라서, 촉매(M)의 형태에 상관없이 탄소나노튜브의 생산성을 일정하게 할 수 있다.As described above, by installing the gas supply nozzle 130 for injecting the reaction gas in the upper portion of the lower end 112 of the reactor 110 containing the catalyst (M) regardless of the type of the catalyst (M) catalyst (M) The fluidity of) can be made constant. In addition, it is possible to make the mixing of the catalyst (M) uniform by forming the lower end portion 112 of the reactor (110) containing the catalyst (M) in a conical shape. Therefore, the productivity of carbon nanotubes can be made constant regardless of the form of the catalyst (M).

본 발명에서는 반응 가스를 열분해하여 탄소나노튜브를 촉매에 성장시키는 열분해법을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치(100)는 전기 방전법, 레이저 증착법, 플라즈마 화학기상증착법, 열화학기상 증착법, 전기 분해 방법, 플레임 합성 방법 등의 다양한 합성 방법에도 적용할 수 있다.In the present invention, a pyrolysis method of pyrolyzing a reaction gas to grow carbon nanotubes on a catalyst has been described as an example, but is not limited thereto, and the carbon nanotube synthesis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may be electrically discharged. It can also be applied to various synthesis methods such as, laser deposition, plasma chemical vapor deposition, thermochemical vapor deposition, electrolysis, flame synthesis.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and the equivalent concept are included in the scope of the present invention. Should be interpreted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing the structure of a carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 종단면이다.Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view schematically showing the structure of a carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치에서 촉매 투입부의 일 예를 나타내는 도면이다.3 is a view showing an example of the catalyst input unit in the carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치에서 반응기의 형상을 나타내는 사시도이다.Figure 4 is a perspective view showing the shape of the reactor in the carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치에서 반응기의 하단부에서의 촉매의 유동을 나타내는 도면이다.5 is a view showing the flow of the catalyst in the lower end of the reactor in the carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치에서 가스 공급 노즐에서 반응 가스의 분사에 따른 촉매의 유동을 나타내는 도면이다.6 is a view showing the flow of the catalyst according to the injection of the reaction gas in the gas supply nozzle in the carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치에서 교반기의 형상을 나타내는 사시도이다.Figure 7 is a perspective view showing the shape of the stirrer in the carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)

100: 탄소나노튜브 합성 장치 110; 반응기100: carbon nanotube synthesis apparatus 110; Reactor

120: 가열부 130: 가스 공급 노즐120: heating unit 130: gas supply nozzle

140: 교반기 150: 회수부140: stirrer 150: recovery unit

160: 촉매 투입부 170: 배기부160: catalyst input unit 170: exhaust unit

Claims (5)

탄소나노튜브가 합성되는 공간을 제공하고 수직으로 길게 형성되며 하단부에 촉매를 담는 반응기;A reactor providing a space where carbon nanotubes are synthesized and formed vertically long and containing a catalyst at a lower end thereof; 상기 반응기의 외측에 설치되며 상기 반응기의 내부를 상기 탄소나노튜브의 합성에 필요한 공정 온도까지 가열하는 가열부;A heating unit installed outside the reactor and heating the inside of the reactor to a process temperature required for synthesizing the carbon nanotubes; 상기 촉매가 담긴 반응기의 하단부의 상부에서 상기 탄소나노튜브를 합성하기 위한 반응가스를 상기 촉매에 분사하는 가스 공급 노즐;A gas supply nozzle for injecting a reaction gas for synthesizing the carbon nanotubes to the catalyst at an upper end of a lower portion of the reactor containing the catalyst; 상기 반응기의 하단부에 연결되어 상기 합성된 탄소나노튜브를 상기 반응기의 외부로 배출하여 회수하는 회수부; 및A recovery unit connected to a lower end of the reactor to discharge the synthesized carbon nanotubes to the outside of the reactor; And 상기 반응기의 상단부에 연결되어 상기 탄소나노튜브의 합성에 반응하지 않은 상기 반응 가스를 상기 반응기의 외부로 배출하는 배기부를 포함하는 탄소나노튜브 합성 장치.And an exhaust unit connected to an upper end of the reactor for discharging the reaction gas not reacted with the synthesis of the carbon nanotubes to the outside of the reactor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응기의 하단부는 아래로 갈수록 단면적이 좁아지도록 경사지게 원추형으로 형성되는 탄소나노튜브 합성 장치.Carbon nanotube synthesizing apparatus is formed in a conical obliquely so that the lower end portion of the reactor is narrowed toward the bottom. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응기의 하단부에는 상기 촉매를 공급하는 촉매 투입부가 연결되는 탄소나노튜브 합성 장치.Carbon nanotube synthesis apparatus is connected to the catalyst input unit for supplying the catalyst to the lower end of the reactor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가스 공급 노즐은 상기 반응기의 상단부와 연결되는데, 상기 가스 공급 노즐을 감싸도록 중공 축을 가지는 원통형의 몸체와, 상기 몸체의 둘레에는 형성된 복수의 날개를 구비한 교반기를 더 포함하는 탄소나노튜브 합성 장치.The gas supply nozzle is connected to the upper end of the reactor, the carbon nanotube synthesis apparatus further comprises a cylindrical body having a hollow shaft to surround the gas supply nozzle, and a stirrer having a plurality of wings formed around the body . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가스 공급 노즐은 상기 촉매의 형상, 밀도, 및 크기에 따라 상기 반응 가스의 유속을 조절하는 탄소나노튜브 합성 장치.The gas supply nozzle is a carbon nanotube synthesis apparatus for adjusting the flow rate of the reaction gas according to the shape, density, and size of the catalyst.
KR1020080057417A 2008-06-18 2008-06-18 Carbon Nanotube Synthesis Device KR101016031B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080057417A KR101016031B1 (en) 2008-06-18 2008-06-18 Carbon Nanotube Synthesis Device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080057417A KR101016031B1 (en) 2008-06-18 2008-06-18 Carbon Nanotube Synthesis Device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090131507A KR20090131507A (en) 2009-12-29
KR101016031B1 true KR101016031B1 (en) 2011-02-23

Family

ID=41690707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080057417A KR101016031B1 (en) 2008-06-18 2008-06-18 Carbon Nanotube Synthesis Device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101016031B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110255494A (en) * 2019-06-27 2019-09-20 江南大学 A kind of method that nano material ejection accelerates

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100360686B1 (en) 2000-07-27 2002-11-13 일진나노텍 주식회사 Apparatus of vapor phase synthesis for synthesizing carbon nanotubes or carbon nanofibers and synthesizing method of using the same
KR100376202B1 (en) 2000-10-02 2003-03-15 일진나노텍 주식회사 Apparatus of vapor phase-synthesis for carbon nanotubes or carbon nanofibers and synthesizing method of using the same
KR20030097318A (en) * 2002-06-20 2003-12-31 나노미래 주식회사 Apparatus for Heat Treating Metal Catalyzer for Carbon Nano Materials
JP2004353157A (en) 2003-05-02 2004-12-16 Nikkiso Co Ltd Source gas supply nozzle, carbon nanofiber manufacturing apparatus, and carbon nanofiber manufacturing method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100360686B1 (en) 2000-07-27 2002-11-13 일진나노텍 주식회사 Apparatus of vapor phase synthesis for synthesizing carbon nanotubes or carbon nanofibers and synthesizing method of using the same
KR100376202B1 (en) 2000-10-02 2003-03-15 일진나노텍 주식회사 Apparatus of vapor phase-synthesis for carbon nanotubes or carbon nanofibers and synthesizing method of using the same
KR20030097318A (en) * 2002-06-20 2003-12-31 나노미래 주식회사 Apparatus for Heat Treating Metal Catalyzer for Carbon Nano Materials
JP2004353157A (en) 2003-05-02 2004-12-16 Nikkiso Co Ltd Source gas supply nozzle, carbon nanofiber manufacturing apparatus, and carbon nanofiber manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090131507A (en) 2009-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101048822B1 (en) Carbon Nanotube Synthesis Device
JP5549941B2 (en) Nanocarbon production method and production apparatus
KR100916330B1 (en) Carbon nanotube synthesis method and device
US10930473B2 (en) Apparatus and method for plasma synthesis of carbon nanotubes
JP3962773B2 (en) Raw material spray type carbon nanostructure manufacturing method and apparatus
KR102551624B1 (en) Apparatus and method for single-stage continuous production of carbon nanotubes
JP2021175705A (en) System and method of producing composite product
KR100376202B1 (en) Apparatus of vapor phase-synthesis for carbon nanotubes or carbon nanofibers and synthesizing method of using the same
KR20160146300A (en) Apparatus for preparing carbon nanotube fiber and process for preparing carbon nanotube fiber using same
JP6403144B2 (en) Process for producing vapor-deposited fine carbon fiber
JP2017186228A (en) System and method for manufacturing composite
KR101016031B1 (en) Carbon Nanotube Synthesis Device
KR101082833B1 (en) Apparatus for synthesizing carbon nano tube
KR101072252B1 (en) Apparatus for synthesizing carbon nano tube
KR100905259B1 (en) Carbon nanotube synthesis method and device
CN1960942B (en) Highly efficient process for producing carbon nanostructure through raw material blasting and apparatus tehrefor
KR101590110B1 (en) Manufacturing apparatus for carbon nano tube
CN111362253B (en) Carbon nano tube prepared by catalytic cracking of hydrocarbon by gas-phase damping method, device and method
KR101248545B1 (en) Reaction tube with mixing piece of carbon nano tubes fabrication apparatus
KR101126552B1 (en) Apparatus for synthesizing carbon nano tube
CN107686104B (en) Method for preparing carbon nano tube
KR101097906B1 (en) Carbon Nanotube Synthesis Device and Synthesis System
JP4987822B2 (en) Nanocarbon generation furnace
KR20150120615A (en) Catalyst feeder, fluidized bed reactor comprising catalyst feeder and manufacturing method of carbon nanostructures using same
KR20150120613A (en) Fluidized bed reactor and preparation of carbon nanostructures using same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20080618

PA0201 Request for examination
PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20100628

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20101230

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20110211

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20110214

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140128

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20140128

Start annual number: 4

End annual number: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150202

Year of fee payment: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20150202

Start annual number: 5

End annual number: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151202

Year of fee payment: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20151202

Start annual number: 6

End annual number: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170213

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20170213

Start annual number: 7

End annual number: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee
PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20181122