KR102459718B1 - Manufacturing apparatus for composite particle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합체 입자 제조장치를 개시한다. 본 발명의 복합체 입자 제조장치는 탄소 원료 및 금속 촉매가 공급되고, 상기 탄소 원료로부터 단일벽 탄소나노튜브가 합성되는 탄소나노튜브 성장부 및 유동 기체에 의해 내부에 매체 입자가 유동하고, 상기 탄소나노튜브 성장부로부터 상기 단일벽 탄소나노튜브를 공급받으며, 상기 단일벽 탄소나노튜브가 상기 매체 입자 표면에 코팅되는 복합체 입자 형성부를 포함하며, 하나의 반응기에서 단일벽 탄소나노튜브의 합성 및 매체 입자의 표면에 단일벽 탄소나노튜브를 코팅하는 공정을 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다.The present invention discloses a composite particle manufacturing apparatus. In the composite particle manufacturing apparatus of the present invention, a carbon raw material and a metal catalyst are supplied, and the medium particles flow therein by the carbon nanotube growth part and the flowing gas in which single-walled carbon nanotubes are synthesized from the carbon raw material, and the carbon nanotubes are The single-walled carbon nanotube is supplied from the tube growth unit, and the single-walled carbon nanotube includes a composite particle forming unit coated on the surface of the medium particle, and the single-walled carbon nanotube is synthesized and the medium particle is synthesized in one reactor. It is characterized in that the process of coating the single-walled carbon nanotubes on the surface is performed at the same time.
Description
본 발명은 매체 입자의 표면에 탄소나노튜브가 코팅된 복합체 입자를 제조하는 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유동층 공정 및 플로팅 반응 공정을 하나의 장치에서 동시에 수행할 수 있는 복합체 입자 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing composite particles in which carbon nanotubes are coated on the surface of a medium particle, and more particularly, to an apparatus for producing composite particles capable of simultaneously performing a fluidized bed process and a floating reaction process in one device will be.
탄소나노튜브는 1991년 일본전기회사(NEC) 부설 연구소의 이지마 스미오 박사가 전기방전시 흑연 음극상에 형성된 탄소덩어리를 분석하는 과정에서 전자현미경을 통해 처음 발견한 물질로, 그래파이트가 원통형 모양으로 결합하여 나노크기의 직경을 가지는 원통모양으로 sp2 결합한 구조의 탄소 동소체이다. 탄소나노튜브는 직경과 길이의 비율이 매우 커서 매우 우수한 기계적, 물리적, 전기적 및 열적 특성을 갖고 있다. Carbon nanotubes were first discovered in 1991 by Dr. Sumio Iijima of the NEC affiliated research institute through an electron microscope while analyzing the carbon mass formed on the graphite anode during electric discharge. It is a carbon allotrope with a sp2 bonded structure in a cylindrical shape with a nano-sized diameter. Carbon nanotubes have very good mechanical, physical, electrical and thermal properties because the ratio of diameter to length is very large.
탄소나노튜브는 그래파이트 면이 1개인 단일벽 탄소나노튜브, 2개인 이중벽 탄소나노튜브, 3개 이상인 다중벽 탄소나노튜브로 구분할 수 있다. 탄소나노튜브의 직경이 작을 수로 직경과 길이의 비율이 증가하여 우수한 물성을 가지게 되고 따라서 단일벽 탄소나노튜브는 여러 분야에서 유용하게 사용될 수 있다. 따라서 고순도의 단일벽 탄소 나노튜브를 대량으로 합성하는 방법에 대하여 논의가 지속되었다. Carbon nanotubes can be classified into single-walled carbon nanotubes with one graphite face, double-walled carbon nanotubes with two, and multi-walled carbon nanotubes with three or more graphite faces. As the diameter of the carbon nanotube is small, the ratio of the diameter to the length is increased to have excellent physical properties, and thus the single-walled carbon nanotube can be usefully used in various fields. Therefore, the discussion continued on a method for synthesizing high-purity single-walled carbon nanotubes in large quantities.
탄소나노튜브를 합성하는 방법에는 여러 가지가 있는데, 예를 들면, 아크방전법(arc discharge), 레이저 증착법(laser vaporization), 플라즈마 합성법(plasma method), 화학적기상증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등이 있다. 이 중에서 화학적기상증착법(CVD)은 고품질 고순도의 탄소나노튜브를 대량으로 생산하기 위한 대규모 생산공정에 가장 적합한 방법이다. There are various methods for synthesizing carbon nanotubes, for example, arc discharge, laser vaporization, plasma method, chemical vapor deposition (CVD), etc. There is this. Among them, chemical vapor deposition (CVD) is the most suitable method for a large-scale production process for mass production of high-quality, high-purity carbon nanotubes.
화학적기상증착법은 고정층 반응기, 유동층 반응기, 플로팅 촉매법 등을 이용하여 수행될 수 있고, 이 중 고정층 반응기는 효율적인 측면에서 좋지 못하다. 유동층 반응기는 충분한 공간에서 물질 및 열전달이 효과적으로 이루어질 수 있어 효율이 매우 좋으며 탄소나노튜브를 대량 생산할 수 있는 공정이다. 플로팅 촉매법은 촉매와 액체 탄소원료가 반응기로 주입되어 열분해시켜 합성하는 방법으로 연속생산공정으로 사용될 수 있으며, 금속전구체의 농도를 변화시키면서 촉매입자 크기를 조절할 수 있다. The chemical vapor deposition method may be performed using a fixed bed reactor, a fluidized bed reactor, a floating catalyst method, and the like, among which the fixed bed reactor is not good in terms of efficiency. A fluidized bed reactor is a process capable of mass-producing carbon nanotubes with very good efficiency because material and heat transfer can be effectively performed in a sufficient space. The floating catalyst method is a method in which a catalyst and a liquid carbon raw material are injected into a reactor and pyrolyzed to synthesize it. It can be used as a continuous production process, and the catalyst particle size can be adjusted while changing the concentration of the metal precursor.
그러나 유동층 공정은 직경이 작은 단일벽 탄소나노튜브를 합성하는데 어려움이 있으며, 합성된 탄소나노튜브가 응집된 형태로 얻게 되어 분산을 하는데 어려움이 존재한다. 또한, 플로팅 촉매법의 경우에도 생성된 탄소나노튜브를 섬유의 형태로 감아서 회수를 하기 때문에 소재로 활용 시 추가적인 분산 공정을 필요로 하는 단점이 있다. However, the fluidized bed process has difficulty in synthesizing single-walled carbon nanotubes having a small diameter, and the synthesized carbon nanotubes are obtained in an aggregated form, so there is a difficulty in dispersing the carbon nanotubes. In addition, in the case of the floating catalyst method, since the produced carbon nanotubes are wound in the form of fibers and recovered, there is a disadvantage that an additional dispersion process is required when used as a material.
본 발명의 일 목적은 기존 유동층 공정과 플로팅 촉매 반응 공정을 하나의 반응기에서 동시에 적용시킴으로써, 플로팅 촉매 반응 공정을 통해 고순도의 단일벽 탄소나노튜브를 얻고, 이를 유동하는 매체 입자와 함께 유동층 공정을 통해 유동시켜 매체 입자의 표면에 고르게 코팅 및 분산시킴으로써, 종래의 각각의 공정에서 존재하는 단점을 보완할 수 있는 매체 입자 표면에 단일벽 탄소나노튜브가 코팅된 복합체 입자 제조장치를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to obtain high-purity single-walled carbon nanotubes through the floating catalytic reaction process by simultaneously applying the existing fluidized bed process and the floating catalytic reaction process in one reactor, and through the fluidized bed process with the media particles that flow. It is to provide a composite particle manufacturing apparatus in which single-walled carbon nanotubes are coated on the surface of the medium particle, which can compensate for the disadvantages existing in each conventional process by uniformly coating and dispersing the surface of the medium particle by flowing it.
본 발명의 다른 목적은 유동층 공정과 플로팅 촉매 반응 공정이 수행되는 공간의 위치를 변경시킨 복합체 입자 제조장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composite particle manufacturing apparatus in which the location of the space in which the fluidized bed process and the floating catalytic reaction process are performed.
본 발명의 일 목적을 위한 복합체 입자 제조장치는 상부에 탄소 원료 및 금속 촉매를 포함하는 반응물질이 유입되는 유입구 및 하부에 탄소나노튜브를 이동시키는 하나 이상의 관통홀이 형성되고, 상기 유입구로부터 주입된 상기 탄소 원료 및 상기 금속 촉매가 상기 관통홀 방향으로 이동하면서 상기 반응물질로부터 단일벽 탄소나노튜브가 성장되는 제1 내부 공간을 구비하는 내부 튜브 구조물, 상기 내부 튜브 구조물을 둘러싸고 상기 관통홀을 통해 상기 제1 내부 공간과 연결되며 매체 입자가 유동하는 제2 내부 공간을 구비하고, 상기 관통홀로부터 이동된 상기 단일벽 탄소나노튜브를 상기 매체 입자와 반응시켜 상기 매체 입자의 표면에 상기 단일벽 탄소나노튜브가 코팅된 복합체 입자가 제조되는 외부 튜브 구조물, 상기 제2 내부 공간의 하부에 연결되어 상기 제2 내부 공간으로 상기 매체 입자를 유동시키는 불활성 기체를 공급하는 기체 공급부; 및 상기 외부 튜브 구조물의 상부에 형성되고, 상기 외부 튜브 구조물에서 제조된 복합체 입자가 배출되는 배출구를 포함한다.Composite particle manufacturing apparatus for one purpose of the present invention is an inlet through which a reactant containing a carbon raw material and a metal catalyst is introduced at an upper portion and one or more through-holes for moving carbon nanotubes at a lower portion are formed, and injected from the inlet An inner tube structure having a first inner space in which single-walled carbon nanotubes are grown from the reactant while the carbon raw material and the metal catalyst move in the direction of the through hole, and the inner tube structure surrounds the inner tube structure and passes through the through hole It has a second internal space connected to the first internal space and through which the media particles flow, and the single-walled carbon nanotubes moved from the through-holes are reacted with the media particles to form the single-walled carbon nanotubes on the surface of the media particles. an outer tube structure in which the tube-coated composite particles are manufactured, and a gas supply unit connected to a lower portion of the second inner space and supplying an inert gas for flowing the medium particles into the second inner space; and an outlet formed on the outer tube structure and through which the composite particles manufactured in the outer tube structure are discharged.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소 원료는 알케인(Alkane) 계열 탄화수소 화합물, 알켄(Alkene) 계열 탄화수소 화합물 및 알카인(Alkyne) 계열 탄화수소 화합물 중에서 선택된 어느 하나의 탄화수소 화합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 알케인 계열 탄화수소 화합물은 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 부탄(C4H10) 등과 같은 알케인 계열 탄화수소 화합물일 수 있고, 상기 알켄 계열 탄화수소 화합물은 에틸렌(C2H4), 프로필렌(C3H6), 부틸렌(C4H8) 등의 탄화수소 화합물일 수 있고, 상기 알카인 계열 탄화수소 화합물은 아세틸렌(C2H2) 등과 같은 탄화수소 화합물일 수 있다.In one embodiment, the carbon source may be any one hydrocarbon compound selected from an alkane-based hydrocarbon compound, an alkene-based hydrocarbon compound, and an alkane-based hydrocarbon compound. For example, the alkane-based hydrocarbon compound may be an alkane-based hydrocarbon compound such as methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ), butane (C 4 H 10 ), etc. , The alkene-based hydrocarbon compound may be a hydrocarbon compound such as ethylene (C 2 H 4 ), propylene (C 3 H 6 ), butylene (C 4 H 8 ), and the alkene-based hydrocarbon compound is acetylene (C 2 H 2 ) and the like may be hydrocarbon compounds.
일 실시예에 있어서, 상기 금속 촉매는 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 금속화합물일 수 있다.In one embodiment, the metal catalyst may be a metal compound including at least one selected from iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni).
일 실시예에 있어서, 상기 반응물질은 황화합물을 추가로 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the reactant may further include a sulfur compound.
일 실시예에 있어서, 상기 반응물질은 불활성 기체와 함께 주입될 수 있다.In one embodiment, the reactant may be injected together with an inert gas.
일 실시예에 있어서, 상기 매체 입자는 카본블랙, 키친블랙, 다중벽 탄소나노튜브(Multi-Walled Carbon NanoTube, MWCNT), 그래핀(Graphene), 풀러렌(Fullerene) 및 나노-다이아몬드(nano-diamond)중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.In one embodiment, the media particles are carbon black, kitchen black, multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), graphene (Graphene), fullerene (Fullerene) and nano-diamond (nano-diamond) It may be any one selected from among.
일 실시예에 있어서, 상기 복합체 입자 제조장치는 가열장치를 더 포함하고, 상기 가열장치는 상기 외부 튜브 구조물으로부터 이격되어, 상기 외부 튜브 구조물을 둘러싸며 배치될 수 있다.In one embodiment, the composite particle manufacturing apparatus further includes a heating device, the heating device may be spaced apart from the outer tube structure to surround the outer tube structure.
일 실시예에 있어서, 상기 가열장치는 상기 내부 및 외부 튜브 구조물의 내부 온도를 400 내지 1300 ℃으로 가열할 수 있다.In one embodiment, the heating device may heat the inner temperature of the inner and outer tube structure to 400 to 1300 ℃.
일 실시예에 있어서, 상기 가열장치 외부에 배치되고, 배출구와 연결되어 제조된 복합체 입자를 냉각하기 위한 회수부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, disposed outside the heating device, connected to the outlet may further include a recovery unit for cooling the manufactured composite particles.
본 발명의 다른 목적을 위한 복합체 입자 제조장치는 하부에 단일벽 탄소나노튜브가 유입되는 하나 이상의 관통홀을 형성하고, 매체 입자가 유동하는 제1 내부 공간을 구비하며, 상기 관통홀로부터 이동된 상기 단일벽 탄소나노튜브를 상기 매체 입자와 반응시켜 상기 매체 입자의 표면에 상기 단일벽 탄소나노튜브가 코팅된 복합체 입자가 제조되는 내부 튜브 구조물, 상기 내부 튜브 구조물을 둘러싸고 상부에 탄소 원료 및 금속 촉매를 포함하는 반응물질이 유입되는 유입구를 형성하고, 상기 관통홀을 통해 상기 제1 내부 공간과 연결되며 상기 유입구로부터 주입된 반응물질이 상기 관통홀 방향으로 이동하면서 상기 반응물질로부터 단일벽 탄소나노튜브가 성장되는 제2 내부 공간을 구비하는 외부 튜브 구조물, 상기 제1 내부 공간의 하부에 연결되어 상기 제1 내부 공간으로 상기 매체 입자를 유동시키는 불활성 기체를 공급하는 기체 공급부, 및 상기 내부 튜브 구조물의 상부에 형성되고, 상기 내부 튜브 구조물에서 제조된 복합체 입자가 배출되는 배출구를 포함한다.Composite particle manufacturing apparatus for another object of the present invention forms one or more through-holes through which single-walled carbon nanotubes are introduced therein, has a first internal space through which medium particles flow, and moves from the through-holes. An inner tube structure in which single-walled carbon nanotubes are reacted with the media particles to produce composite particles in which the single-walled carbon nanotubes are coated on the surface of the media particles, and a carbon raw material and a metal catalyst on the inner tube structure surrounding the inner tube structure A single-walled carbon nanotube is formed from the reactant while forming an inlet through which a reactant including An outer tube structure having a growing second inner space, a gas supply unit connected to a lower portion of the first inner space and supplying an inert gas for flowing the medium particles into the first inner space, and an upper portion of the inner tube structure It is formed in, and includes an outlet through which the composite particles manufactured in the inner tube structure are discharged.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소 원료는 메탄(CH4)일 수 있다.In one embodiment, the carbon source may be methane (CH 4 ).
일 실시예에 있어서, 상기 금속 촉매는 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 금속화합물일 수 있다.In one embodiment, the metal catalyst may be a metal compound including at least one selected from iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni).
일 실시예에 있어서, 상기 반응물질은 황화합물을 추가로 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the reactant may further include a sulfur compound.
일 실시예에 있어서, 상기 반응물질은 불활성 기체와 함께 주입될 수 있다.In one embodiment, the reactant may be injected together with an inert gas.
일 실시예에 있어서, 상기 매체 입자는 카본블랙, 키친블랙, 다중벽 탄소나노튜브(Multi-Walled Carbon NanoTube, MWCNT), 그래핀(Graphene), 풀러렌(Fullerene) 및 나노-다이아몬드(nano-diamond)중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.In one embodiment, the media particles are carbon black, kitchen black, multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), graphene (Graphene), fullerene (Fullerene) and nano-diamond (nano-diamond) It may be any one selected from among.
일 실시예에 있어서, 상기 복합체 입자 제조장치는 가열장치를 더 포함하고, 상기 가열장치는 상기 외부 튜브 구조물으로부터 이격되어, 상기 외부 튜브 구조물을 둘러싸며 배치될 수 있다.In one embodiment, the composite particle manufacturing apparatus further includes a heating device, the heating device may be spaced apart from the outer tube structure to surround the outer tube structure.
일 실시예에 있어서, 상기 가열장치는 상기 내부 및 외부 튜브 구조물의 내부 온도를 400 내지 1300 ℃으로 가열할 수 있다.In one embodiment, the heating device may heat the inner temperature of the inner and outer tube structure to 400 to 1300 ℃.
일 실시예에 있어서, 상기 가열장치 외부에 배치되고, 배출구와 연결되어 제조된 복합체 입자를 냉각하기 위한 회수부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, disposed outside the heating device, connected to the outlet may further include a recovery unit for cooling the manufactured composite particles.
본 발명의 또 다른 목적을 위한 복합체 입자 제조장치는 탄소 원료 및 금속 촉매가 공급되고, 상기 탄소 원료로부터 단일벽 탄소나노튜브가 합성되는 탄소나노튜브 성장부 및 유동 기체에 의해 내부에 매체 입자가 유동하고, 상기 탄소나노튜브 성장부로부터 상기 단일벽 탄소나노튜브를 공급받으며, 상기 단일벽 탄소나노튜브가 상기 매체 입자 표면에 코팅되는 복합체 입자 형성부를 포함한다.In the composite particle manufacturing apparatus for another object of the present invention, a carbon raw material and a metal catalyst are supplied, and the medium particles flow therein by the carbon nanotube growth part and the flowing gas in which single-walled carbon nanotubes are synthesized from the carbon raw material. and a composite particle forming part receiving the single-walled carbon nanotube from the carbon nanotube growth part, and coating the single-walled carbon nanotube on the surface of the medium particle.
일 실시예에 있어서, 상기 복합체 입자 형성부에서 제조된 상기 복합체 입자를 냉각하기 위한 회수부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, it may further include a recovery unit for cooling the composite particles prepared in the composite particle forming unit.
본 발명에 따르면, 하나의 반응기에서 단일벽 탄소나노튜브를 생산하기 위한 기존의 화학적 기상증착방법 2가지를 병합하여 수행함으로써 각각의 단점을 보완할 수 있으며, 공정을 단순화시킴으로써 경제적인 효과가 있다. 또한, 고순도의 단일벽 탄소나노튜브를 얻고 이를 유동하는 매체입자와 함께 유동시킴으로써, 매체 입자의 표면에 단일벽 탄소나노튜브를 균일하게 코팅 및 분산된 복합체 입자를 제조하여 고전도성 전극용 카본소재 제조 및 응용기술에 활용할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, each of the disadvantages can be supplemented by merging two conventional chemical vapor deposition methods for producing single-walled carbon nanotubes in one reactor, and there is an economic effect by simplifying the process. In addition, by obtaining high-purity single-walled carbon nanotubes and flowing them together with the flowing media particles, the single-walled carbon nanotubes are uniformly coated on the surface of the media particles and dispersed composite particles are prepared to manufacture a carbon material for high-conductivity electrodes and application technology.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합체 입자 제조장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합체 입자 제조장치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a composite particle manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a composite particle manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification is present, and includes one or more other features or steps. , it should be understood that it does not preclude the possibility of the existence or addition of , operation, components, parts or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
본 발명의 복합체 입자 제조장치는 화학적기상증착방법인 플로팅 촉매 방법 및 유동층 반응기를 이용한 방법을 동시에 수행할 수 있는 장치에 관한 것으로, 탄소 원료 및 금속 촉매가 공급되고, 상기 탄소 원료로부터 단일벽 탄소나노튜브가 합성되는 탄소나노튜브 성장부 및 유동 기체에 의해 내부에 매체 입자가 유동하고, 상기 탄소나노튜브 성장부로부터 상기 단일벽 탄소나노튜브를 공급받으며, 상기 단일벽 탄소나노튜브가 상기 매체 입자 표면에 코팅되는 복합체 입자 형성부를 포함할 수 있으며, 상기 복합체 입자 형성부에서 제조된 상기 복합체 입자를 냉각하기 위한 회수부를 더 포함할 수 있다. 이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 복합체 입자 제조장치에 대해서 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.The composite particle manufacturing apparatus of the present invention relates to an apparatus capable of simultaneously performing a chemical vapor deposition method using a floating catalyst method and a fluidized bed reactor, and a carbon raw material and a metal catalyst are supplied, and the single-walled carbon nanometer from the carbon raw material The medium particles flow therein by the carbon nanotube growth part and the flowing gas in which the tube is synthesized, and the single-walled carbon nanotubes are supplied from the carbon nanotube growth part, and the single-walled carbon nanotubes are formed on the surface of the media particles. It may include a composite particle forming unit to be coated on, and may further include a recovery unit for cooling the composite particles prepared in the composite particle forming unit. Hereinafter, the composite particle manufacturing apparatus of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합체 입자 제조장치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a composite particle manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 복합체 입자 제조장치는 상부에 탄소 원료 및 금속 촉매를 포함하는 반응물질이 유입되는 유입구 및 하부에 탄소나노튜브를 이동시키는 하나 이상의 관통홀이 형성되고, 상기 유입구로부터 주입된 상기 탄소 원료 및 상기 금속 촉매가 상기 관통홀 방향으로 이동하면서 상기 반응물질로부터 단일벽 탄소나노튜브가 성장되는 제1 내부 공간을 구비하는 내부 튜브 구조물, 상기 내부 튜브 구조물을 둘러싸고 상기 관통홀을 통해 상기 제1 내부 공간과 연결되며 매체 입자가 유동하는 제2 내부 공간을 구비하고, 상기 관통홀로부터 이동된 상기 단일벽 탄소나노튜브를 상기 매체 입자와 반응시켜 상기 매체 입자의 표면에 상기 단일벽 탄소나노튜브가 코팅된 복합체 입자가 제조되는 외부 튜브 구조물, 상기 제2 내부 공간의 하부에 연결되어 상기 제2 내부 공간으로 상기 매체 입자를 유동시키는 불활성 기체를 공급하는 기체 공급부, 및 상기 외부 튜브 구조물의 상부에 형성되고, 상기 외부 튜브 구조물에서 제조된 복합체 입자가 배출되는 배출구를 포함할 수 있다.1, in the composite particle manufacturing apparatus of the present invention, an inlet through which a reactant including a carbon raw material and a metal catalyst is introduced and one or more through-holes for moving carbon nanotubes are formed at the lower portion, and from the inlet An inner tube structure having a first inner space in which single-walled carbon nanotubes are grown from the reactant while the injected carbon raw material and the metal catalyst are moved in the direction of the through hole, and the inner tube structure surrounds the inner tube structure and forms the through hole It is connected to the first internal space through a second internal space through which the media particles flow, and the single-walled carbon nanotubes moved from the through-holes are reacted with the media particles to form the single-walled surface of the media particles. An outer tube structure in which carbon nanotube-coated composite particles are manufactured, a gas supply unit connected to a lower portion of the second inner space to supply an inert gas for flowing the medium particles into the second inner space, and the outer tube structure It is formed on the upper portion of the outer tube structure may include an outlet through which the composite particles are discharged.
상기 복합체 입자 제조장치는 가열장치를 더 포함할 수 있고, 상기 가열장치는 상기 가열장치는 상기 외부 튜브 구조물으로부터 이격되어, 상기 외부 튜브 구조물을 둘러싸며 배치될 수 있다. 가열장치는 상기 내부 및 외부 튜브 구조물의 내부 온도를 약 400 내지 1300 ℃으로 가열할 수 있다. 바람직하게는, 상기 내부 온도를 약 700 내지 900℃로 가열할 수 있다. 너무 높은 온도로 가열하는 경우에는 형성되는 단일벽 탄소나노튜브 및 복합체 입자가 손상될 수 있다.The composite particle manufacturing apparatus may further include a heating device, wherein the heating device is spaced apart from the outer tube structure, and may be disposed to surround the outer tube structure. The heating device may heat the inner temperature of the inner and outer tube structures to about 400 to 1300 °C. Preferably, the internal temperature may be heated to about 700 to 900°C. In the case of heating to too high a temperature, the formed single-walled carbon nanotubes and composite particles may be damaged.
상기 탄소 원료는 단일벽 탄소나노튜브를 제조하기 위한 탄소를 포함하는 원료 물질을 의미하며, 액체 또는 기체 상태의 물질일 수 있다. 바람직하게는 탄소 원료는 액체 상태의 물질일 수 있고, 더욱 바람직하게는 액체 상태의 탄소 원료 물질을 기체 상태로 상변이한 물질일 수 있다. The carbon raw material refers to a raw material containing carbon for manufacturing single-walled carbon nanotubes, and may be a liquid or gaseous material. Preferably, the carbon source material may be a material in a liquid state, and more preferably, a material obtained by phase transformation of a carbon source material in a liquid state into a gas state.
상기 탄소 원료로 사용할 수 있는 물질들은 알케인(Alkane) 계열 탄화수소 화합물, 알켄(Alkene) 계열 탄화수소 화합물 및 알카인(Alkyne) 계열 탄화수소 화합물 중에서 선택된 어느 하나의 탄화수소 화합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 알케인 계열 탄화수소 화합물은 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 부탄(C4H10) 등과 같은 알케인 계열 탄화수소 화합물일 수 있고, 상기 알켄 계열 탄화수소 화합물은 에틸렌(C2H4), 프로필렌(C3H6), 부틸렌(C4H8) 등의 탄화수소 화합물일 수 있고, 상기 알카인 계열 탄화수소 화합물은 아세틸렌(C2H2) 등과 같은 탄화수소 화합물일 수 있다. 바람직하게는, 탄소 원료는 기체 상태의 메탄(CH4) 등이 사용될 수 있다.The materials usable as the carbon raw material may be any one hydrocarbon compound selected from an alkane-based hydrocarbon compound, an alkene-based hydrocarbon compound, and an alkane-based hydrocarbon compound. For example, the alkane-based hydrocarbon compound may be an alkane-based hydrocarbon compound such as methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ), butane (C 4 H 10 ), etc. , The alkene-based hydrocarbon compound may be a hydrocarbon compound such as ethylene (C 2 H 4 ), propylene (C 3 H 6 ), butylene (C 4 H 8 ), and the alkene-based hydrocarbon compound is acetylene (C 2 H 2 ) and the like may be hydrocarbon compounds. Preferably, as the carbon source, gaseous methane (CH 4 ), etc. may be used.
상기 금속 촉매는 단일벽 탄소나노튜브가 합성되는 합성 속도를 빠르게 제어할 수 있는 물질로, 금속을 포함하는 금속화합물 형태의 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 촉매는 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 금속화합물일 수 있다. 예를 들어, 금속 촉매는 페로센(ferrocene), 코발토센(Cobaltocne), 니켈로센(Nickelocene) 등의 유기금속화합물일 수 있다. 상기 페로센, 코발토센, 니켈로센 각각은 메탈로센(metalocene)의 메탈 부분에 각각 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 등이 각각 치환된 화합물일 수 있다.The metal catalyst is a material capable of rapidly controlling the synthesis rate at which single-walled carbon nanotubes are synthesized, and a material in the form of a metal compound including a metal may be used. For example, the metal catalyst may be a metal compound including at least one selected from iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni). For example, the metal catalyst may be an organometallic compound such as ferrocene, cobaltocne, or nickellocene. Each of ferrocene, cobaltocene, and nickellocene may be a compound in which iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), or the like is substituted in a metal portion of a metalocene, respectively.
일 실시예에서, 상기 반응물질은 황화합물을 더 포함할 수 있다. 황화합물을 첨가하는 경우에 합성되는 단일벽 탄소나노튜브의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.In one embodiment, the reactant may further include a sulfur compound. When the sulfur compound is added, the mechanical properties of the synthesized single-walled carbon nanotubes can be improved.
일 실시예에서, 상기 반응물질은 불활성 기체와 함께 주입될 수 있다. 불활성 기체는 반응성이 매우 낮은 기체로 예를 들어, 헬륨(He), 질소(N2) 및 아르곤(Ar)일 수 있다. 불활성 기체와 함께 반응물질을 주입하는 경우에는 반응물질들을 서로 뭉치지 않도록 반응기 내로 유동 및 분산시켜 단일벽 탄소나노튜브의 합성을 고르게 수행할 수 있으며, 또한 제1 내부 공간에서 제조된 단일벽 탄소나노튜브를 상기 관통홀을 통해 상기 제2 내부 공간으로 용이하게 이동시킬 수 있다.In one embodiment, the reactant may be injected together with an inert gas. The inert gas is a gas with very low reactivity, and may be, for example, helium (He), nitrogen (N 2 ), and argon (Ar). When the reactants are injected together with the inert gas, the single-walled carbon nanotubes can be synthesized evenly by flowing and dispersing the reactants into the reactor so as not to agglomerate with each other, and the single-walled carbon nanotubes manufactured in the first internal space can be easily moved into the second inner space through the through hole.
상기 내부 튜브 구조물은 상기 반응물질로부터 단일벽 탄소나노튜브를 성장시키는 반응기로, 탄소를 포함하는 반응 물질들이 열에 의해 반응함으로써 탄소나노튜브를 합성하는 플로팅 촉매 방법(floating catalyst)에 의해 단일벽 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있다. 구체적으로, 탄소 원료 및 금속 촉매를 포함하는 반응물질과 불활성 기체의 아르곤 가스를 내부 튜브 구조물에 주입시키는 경우, 상기 반응 물질은 아르곤 가스에 의해 관통홀의 방향으로 유동하면서 상기 금속 촉매는 상기 가열 장치에 의해 상기 내부 튜브 구조물에 가열되는 온도에 의해 열분해되고, 나노 크기의 금속 입자로 분산될 수 있다. 상기 금속 입자는 탄소 원료로부터 탄소를 공급받아 표면에 단일벽 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있고, 결과적으로 반응물질들은 관통홀의 방향으로 유동하면서 단일벽 탄소나노튜브를 합성할 수 있다.The inner tube structure is a reactor for growing single-walled carbon nanotubes from the reactant, and single-walled carbon nanotubes are formed by a floating catalyst in which reactants containing carbon react by heat to synthesize carbon nanotubes. Tubes can be grown. Specifically, when a reactant material including a carbon raw material and a metal catalyst and argon gas of an inert gas are injected into the inner tube structure, the reactant material flows in the direction of the through hole by the argon gas while the metal catalyst is applied to the heating device It may be thermally decomposed by the temperature heated to the inner tube structure and dispersed into nano-sized metal particles. The metal particles may grow single-walled carbon nanotubes on the surface by receiving carbon from the carbon source, and as a result, reactants may flow in the direction of the through-holes to synthesize single-walled carbon nanotubes.
상기 단일벽 탄소나노튜브(single walled carbon nanotube)는 탄소 원자로 구성된 벽이 하나인 튜브 형태인 탄소나노튜브를 의미하며, 전기적, 열적, 기계적 등의 특성이 우수하고, 밀도가 낮아 많은 분야에 응용가능하며, 특히, 전기적 특성의 경우 그 구조에 따라서 매우 민감하게 변화하는 특성이 있다.The single-walled carbon nanotube refers to a carbon nanotube in the form of a tube with one wall composed of carbon atoms, and has excellent electrical, thermal, and mechanical properties and low density, so it can be applied to many fields. In particular, in the case of electrical characteristics, there is a characteristic that changes very sensitively according to the structure.
상기 내부 튜브 구조물에서 합성된 단일벽 탄소나노튜브는 관통홀을 통해 매체 입자가 유동하는 외부 튜브 구조물로 이동될 수 있다. 이 때, 단일벽 탄소나노튜브는 반응물질과 함께 주입된 불활성 가스로 인해 이동될 수 있다.The single-walled carbon nanotubes synthesized in the inner tube structure may be moved to the outer tube structure through which the media particles flow through the through hole. At this time, the single-walled carbon nanotubes may be moved due to the inert gas injected together with the reactant.
상기 외부 튜브 구조물은 단일벽 탄소나노튜브를 매체 입자와 반응시켜 상기 매체 입자의 표면에 상기 단일벽 탄소나노튜브가 코팅된 복합체 입자를 제조하는 유동층 반응기일 수 있다. The outer tube structure may be a fluidized bed reactor in which single-walled carbon nanotubes are reacted with media particles to prepare composite particles in which the single-walled carbon nanotubes are coated on the surface of the media particles.
상기 관통홀을 통해 이동된 단일벽 탄소나노튜브와 매체 입자는 상기 기체 공급부에 주입되는 불활성 가스에 의해 유동성을 띠게 되며, 유동화된 단일벽 탄소나노튜브 및 매체 입자는 균일하게 분산될 수 있다. 분산된 매체 입자의 표면에는 단일벽 탄소나노튜브가 고르게 코팅되고, 결과적으로, 매체 입자의 표면에 상기 단일벽 탄소나노튜브가 코팅된 복합체 입자를 제조할 수 있다.The single-walled carbon nanotubes and the media particles moved through the through-holes become fluid by the inert gas injected into the gas supply unit, and the fluidized single-walled carbon nanotubes and the media particles may be uniformly dispersed. Single-walled carbon nanotubes are uniformly coated on the surface of the dispersed media particles, and as a result, composite particles in which the single-walled carbon nanotubes are coated on the surface of the media particles can be prepared.
상기 매체 입자는 단일벽 탄소나노튜브를 표면에 코팅시키려는 입자를 의미하며, 탄소를 포함하는 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 매체 입자는 카본블랙, 키친블랙, 다중벽 탄소나노튜브(Multi-Walled Carbon NanoTube, MWCNT), 그래핀(Graphene), 풀러렌(Fullerene) 및 나노-다이아몬드(nano-diamond) 등 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 그러나 본 발명에서는 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 사용자의 목적에 따라 용이하게 매체 입자를 선택하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들면, 복합체 입자를 전도성 소재로 사용하려는 경우에는 매체 입자로 카본 블랙을 사용할 수 있다. The media particles refer to particles intended to coat single-walled carbon nanotubes on the surface, and a material containing carbon may be used. For example, the media particles are selected from carbon black, kitchen black, multi-walled carbon nanotube (MWCNT), graphene, fullerene, and nano-diamond. It can be any one. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and it may be possible to easily select a medium particle according to a user's purpose. For example, if the composite particles are to be used as conductive materials, carbon black may be used as the medium particles.
상기 외부 튜브 구조물에서 제조된 복합체 입자는 상기 외부 튜브 구조물의 상부에 형성된 배출구에 의해 배출될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 복합체 입자 제조장치는 배출구와 연결되어 제조된 복합체 입자를 냉각 및 회수하기 위한 회수부를 더 포함할 수 있다. 이 때 회수부는 상기 가열장치 외부에 배치되어 가열장치의 열에 의해 영향을 받지 않도록 구비될 수 있다.The composite particles produced in the outer tube structure may be discharged through an outlet formed on the upper portion of the outer tube structure. In one embodiment, the composite particle manufacturing apparatus may further include a recovery unit connected to the outlet to cool and recover the manufactured composite particles. At this time, the recovery unit may be disposed outside the heating device so as not to be affected by the heat of the heating device.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합체 입자 제조장치를 나타내는 도면이다.2 is a view showing a composite particle manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 도 2의 복합체 입자 제조장치는 도 1의 복합체 입자 제조장치 튜브 구조물을 기준으로 내부 튜브 구조물과 외부 튜브 구조물의 기능이 서로 변경된 구조를 갖는 복합체 입자 제조장치인 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 도 2의 복합체 입자 제조장치는 도 1의 복합체 입자 제조장치와 비교해보면, 도 1의 복합체 입자 제조장치는 내부 튜브 구조물에서 단일벽 탄소 나노튜브가 형성되고 외부 튜브 구조물에서 복합체 입자가 형성되는 반면, 도 2의 복합체 입자 제조장치는 외부 튜브 구조물에서 단일벽 탄소 나노튜브가 형성되고 내부 튜브 구조물에서 복합체 입자가 형성되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2 , it can be confirmed that the composite particle manufacturing apparatus of FIG. 2 is a composite particle manufacturing apparatus having a structure in which the functions of the inner tube structure and the outer tube structure are changed based on the tube structure of the composite particle manufacturing apparatus of FIG. 1 . . Specifically, the composite particle manufacturing apparatus of FIG. 2 is compared with the composite particle manufacturing apparatus of FIG. 1 , and in the composite particle manufacturing apparatus of FIG. 1 , single-walled carbon nanotubes are formed in the inner tube structure and composite particles are formed in the outer tube structure. On the other hand, in the composite particle manufacturing apparatus of FIG. 2 , it can be confirmed that single-walled carbon nanotubes are formed in the outer tube structure and composite particles are formed in the inner tube structure.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합체 입자 제조장치는 하부에 단일벽 탄소나노튜브가 유입되는 하나 이상의 관통홀을 형성하고, 매체 입자가 유동하는 제1 내부 공간을 구비하며, 상기 관통홀로부터 이동된 상기 단일벽 탄소나노튜브를 상기 매체 입자와 반응시켜 상기 매체 입자의 표면에 상기 단일벽 탄소나노튜브가 코팅된 복합체 입자가 제조되는 내부 튜브 구조물, 상기 내부 튜브 구조물을 둘러싸고 상부에 탄소 원료 및 금속 촉매를 포함하는 반응물질이 유입되는 유입구를 형성하고, 상기 관통홀을 통해 상기 제1 내부 공간과 연결되며 상기 유입구로부터 주입된 반응물질이 상기 관통홀 방향으로 이동하면서 상기 반응물질로부터 단일벽 탄소나노튜브가 성장되는 제2 내부 공간을 구비하는 외부 튜브 구조물, 상기 제1 내부 공간의 하부에 연결되어 상기 제1 내부 공간으로 상기 매체 입자를 유동시키는 불활성 기체를 공급하는 기체 공급부 및 상기 내부 튜브 구조물의 상부에 형성되고, 상기 내부 튜브 구조물에서 제조된 복합체 입자가 배출되는 배출구를 포함할 수 있다.Referring back to Figure 2, the composite particle manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention forms one or more through-holes through which single-walled carbon nanotubes are introduced therein, and has a first internal space through which medium particles flow, , an inner tube structure in which the single-walled carbon nanotubes moved from the through-holes are reacted with the medium particles to produce composite particles in which the single-walled carbon nanotubes are coated on the surface of the medium particles, surrounding the inner tube structure and An inlet through which a reactant containing a carbon raw material and a metal catalyst is introduced is formed at an upper portion, and is connected to the first internal space through the through hole, and the reactant injected from the inlet moves in the direction of the through hole to perform the reaction. An outer tube structure having a second inner space in which single-walled carbon nanotubes are grown from a material, and a gas supply unit connected to a lower portion of the first inner space and supplying an inert gas for flowing the medium particles into the first inner space and an outlet formed on the inner tube structure and through which the composite particles manufactured in the inner tube structure are discharged.
이 때, 상기 외부 튜브 구조물은 상부에 탄소 원료 및 금속 촉매를 포함하는 반응물질이 유입되는 유입구가 형성되어 있는데, 상기 유입구는 튜브 형태의 구조물에서 균일하게 반응물질을 주입 및 분산시킬 수 있도록 일정간격의 노즐형태로 형성될 수 있다.In this case, the outer tube structure has an inlet through which a reactant including a carbon raw material and a metal catalyst is introduced, and the inlet is spaced at regular intervals so that the reactant can be uniformly injected and dispersed in the tube-shaped structure. It may be formed in the form of a nozzle of
상기 복합체 입자 제조장치는 가열장치를 더 포함할 수 있고, 상기 가열장치는 상기 가열장치는 상기 외부 튜브 구조물으로부터 이격되어, 상기 외부 튜브 구조물을 둘러싸며 배치될 수 있다. 가열장치는 상기 내부 및 외부 튜브 구조물의 내부 온도를 약 400 내지 1300 ℃으로 가열할 수 있다. 너무 높은 온도로 가열하는 경우에는 형성되는 단일벽 탄소나노튜브 및 복합체 입자가 손상될 수 있다.The composite particle manufacturing apparatus may further include a heating device, wherein the heating device is spaced apart from the outer tube structure, and may be disposed to surround the outer tube structure. The heating device may heat the inner temperature of the inner and outer tube structures to about 400 to 1300 °C. In the case of heating to too high a temperature, the formed single-walled carbon nanotubes and composite particles may be damaged.
일 실시예에서, 상기 가열장치는 상기 내부 튜브 구조물의 중심부에 배치될 수 있다. In one embodiment, the heating device may be disposed in the center of the inner tube structure.
상기 복합체 입자 제조장치는 가열장치 외부에 배치되고 상기 배출구와 연결되어 제조된 복합체 입자를 냉각하기 위한 회수부를 더 포함할 수 있다.The composite particle manufacturing apparatus may further include a recovery unit disposed outside the heating device and connected to the outlet to cool the manufactured composite particles.
본 발명에 따르면, 고순도의 단일벽 탄소나노튜브를 합성하는 과정과 이를 유동하는 매체입자와 함께 유동시켜 분산시키고, 매체 입자의 표면에 고르게 코팅하는 과정을 동시에 수행함으로써 단순하고 경제적인 복합체 입자 제조장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, a simple and economical apparatus for manufacturing composite particles by simultaneously performing the process of synthesizing high-purity single-walled carbon nanotubes, dispersing them by flowing with the flowing media particles, and evenly coating the media particles on the surface can provide
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that you can.
Claims (20)
상기 내부 튜브 구조물을 둘러싸고 상기 관통홀을 통해 상기 제1 내부 공간과 연결되며 매체 입자가 유동하는 제2 내부 공간을 구비하고, 상기 관통홀로부터 이동된 상기 단일벽 탄소나노튜브를 상기 매체 입자와 반응시켜 상기 매체 입자의 표면에 상기 단일벽 탄소나노튜브가 코팅된 복합체 입자가 제조되는 외부 튜브 구조물;
상기 제2 내부 공간의 하부에 연결되어 상기 제2 내부 공간으로 상기 매체 입자를 유동시키는 불활성 기체를 공급하는 기체 공급부; 및
상기 외부 튜브 구조물의 상부에 형성되고, 상기 외부 튜브 구조물에서 제조된 복합체 입자가 배출되는 배출구를 포함하는,
복합체 입자 제조장치.
An inlet through which a reactant containing a carbon raw material and a metal catalyst is introduced is formed at an upper portion, and one or more through-holes for moving carbon nanotubes are formed at a lower portion, and the carbon raw material and the metal catalyst injected from the inlet move in the direction of the through-hole an inner tube structure having a first inner space in which single-walled carbon nanotubes are grown from the reactant while moving to;
It surrounds the inner tube structure and is connected to the first inner space through the through hole and has a second inner space in which the medium particles flow, and the single-walled carbon nanotube moved from the through hole is reacted with the medium particle. an external tube structure in which composite particles in which the single-walled carbon nanotubes are coated on the surface of the media particles are manufactured;
a gas supply unit connected to a lower portion of the second inner space and supplying an inert gas for flowing the medium particles into the second inner space; and
Formed on the upper portion of the outer tube structure, comprising an outlet through which the composite particles produced in the outer tube structure are discharged,
Composite particle manufacturing apparatus.
상기 탄소 원료는 알케인(Alkane) 계열 탄화수소 화합물, 알켄(Alkene) 계열 탄화수소 화합물 및 알카인(Alkyne) 계열 탄화수소 화합물 중에서 선택된 어느 하나의 탄화수소 화합물인 것인,
복합체 입자 제조장치.
According to claim 1,
The carbon raw material is any one hydrocarbon compound selected from an alkane-based hydrocarbon compound, an alkene-based hydrocarbon compound, and an alkane-based hydrocarbon compound,
Composite particle manufacturing apparatus.
상기 금속 촉매는 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 금속화합물인 것을 특징으로 하는,
복합체 입자 제조장치.
According to claim 1,
The metal catalyst is characterized in that it is a metal compound containing any one or more selected from iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni),
Composite particle manufacturing apparatus.
상기 반응물질은 황화합물을 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
복합체 입자 제조장치.
According to claim 1,
The reactant is characterized in that it further comprises a sulfur compound,
Composite particle manufacturing apparatus.
상기 반응물질은 불활성 기체와 함께 주입되는 것을 특징으로 하는,
복합체 입자 제조장치.
According to claim 1,
The reactant is characterized in that it is injected together with an inert gas,
Composite particle manufacturing apparatus.
매체 입자는 카본블랙, 키친블랙, 다중벽 탄소나노튜브(Multi-Walled Carbon NanoTube, MWCNT), 그래핀(Graphene), 풀러렌(Fullerene) 및 나노-다이아몬드(nano-diamond) 중에서 선택된 어느 하나인,
복합체 입자 제조장치.
According to claim 1,
The medium particle is any one selected from carbon black, kitchen black, multi-walled carbon nanotube (MWCNT), graphene, fullerene, and nano-diamond,
Composite particle manufacturing apparatus.
상기 복합체 입자 제조장치는 가열장치를 더 포함하고,
상기 가열장치는 상기 외부 튜브 구조물으로부터 이격되어, 상기 외부 튜브 구조물을 둘러싸며 배치된 것을 특징으로 하는,
복합체 입자 제조장치.
According to claim 1,
The composite particle manufacturing apparatus further comprises a heating device,
The heating device is spaced apart from the outer tube structure, characterized in that disposed surrounding the outer tube structure,
Composite particle manufacturing apparatus.
상기 가열장치는 상기 내부 및 외부 튜브 구조물의 내부 온도를 400 내지 1300 ℃으로 가열하는 것을 특징으로 하는,
복합체 입자 제조장치.
8. The method of claim 7,
The heating device is characterized in that for heating the inner temperature of the inner and outer tube structure to 400 to 1300 ℃,
Composite particle manufacturing apparatus.
상기 가열장치 외부에 배치되고, 배출구와 연결되어 제조된 복합체 입자를 냉각하기 위한 회수부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
복합체 입자 제조장치.
8. The method of claim 7,
Disposed outside the heating device, characterized in that it further comprises a recovery unit for cooling the composite particles produced by being connected to the outlet,
Composite particle manufacturing apparatus.
상기 내부 튜브 구조물을 둘러싸고 상부에 탄소 원료 및 금속 촉매를 포함하는 반응물질이 유입되는 유입구를 형성하고, 상기 관통홀을 통해 상기 제1 내부 공간과 연결되며 상기 유입구로부터 주입된 반응물질이 상기 관통홀 방향으로 이동하면서 상기 반응물질로부터 단일벽 탄소나노튜브가 성장되는 제2 내부 공간을 구비하는 외부 튜브 구조물;
상기 제1 내부 공간의 하부에 연결되어 상기 제1 내부 공간으로 상기 매체 입자를 유동시키는 불활성 기체를 공급하는 기체 공급부; 및
상기 내부 튜브 구조물의 상부에 형성되고, 상기 내부 튜브 구조물에서 제조된 복합체 입자가 배출되는 배출구를 포함하는,
복합체 입자 제조장치.
One or more through-holes through which the single-walled carbon nanotubes are introduced are formed at a lower portion thereof, and a first internal space through which media particles flow is provided, and the single-walled carbon nanotubes moved from the through-holes are reacted with the media particles. an inner tube structure in which composite particles in which the single-walled carbon nanotubes are coated on the surface of the media particles are manufactured;
It surrounds the inner tube structure and forms an inlet through which a reactant including a carbon raw material and a metal catalyst is introduced therein, is connected to the first internal space through the through hole, and the reactant injected from the inlet is connected to the through hole an outer tube structure having a second inner space in which single-walled carbon nanotubes are grown from the reactant while moving in the direction;
a gas supply unit connected to a lower portion of the first inner space and supplying an inert gas for flowing the medium particles into the first inner space; and
Formed on the upper portion of the inner tube structure, comprising an outlet through which the composite particles produced in the inner tube structure are discharged,
Composite particle manufacturing apparatus.
상기 탄소 원료는 알케인(Alkane) 계열 탄화수소 화합물, 알켄(Alkene) 계열 탄화수소 화합물 및 알카인(Alkyne) 계열 탄화수소 화합물 중에서 선택된 어느 하나의 탄화수소 화합물인 것인,
복합체 입자 제조장치.
11. The method of claim 10,
The carbon raw material is any one hydrocarbon compound selected from an alkane-based hydrocarbon compound, an alkene-based hydrocarbon compound, and an alkane-based hydrocarbon compound,
Composite particle manufacturing apparatus.
상기 금속 촉매는 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중에서 어느 하나를 포함하는 금속화합물인 것을 특징으로 하는,
복합체 입자 제조장치.
11. The method of claim 10,
The metal catalyst is characterized in that it is a metal compound containing any one of iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni),
Composite particle manufacturing apparatus.
상기 반응물질은 황화합물을 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
복합체 입자 제조장치.
11. The method of claim 10,
The reactant is characterized in that it further comprises a sulfur compound,
Composite particle manufacturing apparatus.
상기 반응물질은 불활성 기체와 함께 주입되는 것을 특징으로 하는,
복합체 입자 제조장치.
11. The method of claim 10,
The reactant is characterized in that it is injected together with an inert gas,
Composite particle manufacturing apparatus.
매체 입자는 카본블랙, 키친블랙, 다중벽 탄소나노튜브(Multi-Walled Carbon NanoTube, MWCNT), 그래핀(Graphene), 풀러렌(Fullerene) 및 나노-다이아몬드(nano-diamond) 중에서 선택된 어느 하나인,
복합체 입자 제조장치.
11. The method of claim 10,
The medium particle is any one selected from carbon black, kitchen black, multi-walled carbon nanotube (MWCNT), graphene, fullerene, and nano-diamond,
Composite particle manufacturing apparatus.
상기 복합체 입자 제조장치는 가열장치를 더 포함하고,
상기 가열장치는 상기 외부 튜브 구조물으로부터 이격되어, 상기 외부 튜브 구조물을 둘러싸며 배치된 것을 특징으로 하는,
복합체 입자 제조장치.
11. The method of claim 10,
The composite particle manufacturing apparatus further comprises a heating device,
The heating device is spaced apart from the outer tube structure, characterized in that disposed surrounding the outer tube structure,
Composite particle manufacturing apparatus.
상기 가열장치는 상기 내부 및 외부 튜브 구조물의 내부 온도를 400 내지 1300 ℃으로 가열하는 것을 특징으로 하는,
복합체 입자 제조장치.
17. The method of claim 16,
The heating device is characterized in that for heating the inner temperature of the inner and outer tube structure to 400 to 1300 ℃,
Composite particle manufacturing apparatus.
상기 가열장치 외부에 배치되고, 상기 배출구와 연결되어 제조된 복합체 입자를 냉각하기 위한 회수부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
복합체 입자 제조장치.
17. The method of claim 16,
Disposed outside the heating device, characterized in that it further comprises a recovery unit for cooling the composite particles produced by being connected to the outlet,
Composite particle manufacturing apparatus.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| KR1020200129371A KR102459718B1 (en) | 2020-10-07 | 2020-10-07 | Manufacturing apparatus for composite particle |
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|---|---|
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