KR20090118200A - Method of manufacturing carbon aerogel and the carbon aerogel manufactured using the same - Google Patents

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KR20090118200A
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carbon
carbon aerogel
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샤라드 디. 브하갓
임종현
정영철
문동진
조현진
곽지니
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엠파워(주)
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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing carbon aerogel and the carbon aerogel manufactured thereby are provided to reduce processing time with a specific catalyst, and to produce the catalyst having uniformity. CONSTITUTION: A method for manufacturing carbon aerogel uses ammonium hydroxide as a catalyst. The concentration of the ammonium hydroxide is 0.1 ~ 1.5M, and the ammonium hydroxide is included on the carbon aerogel with a molar ratio of 0.06 or more. The method for manufacturing the carbon aerogel includes the following steps of: generating sol by reacting resorcinol and formaldehyde with deionized water; producing resorcinol - formaldehyde wet gel; substituting a solvent of the wet gel; producing the resorcinol - formaldehyde aerogel by drying the substituted wet gel; and producing the carbon aerogel by carbonizing the resorcinol - formaldehyde aerogel.

Description

카본 에어로겔의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된 카본 에어로겔{METHOD OF MANUFACTURING CARBON AEROGEL AND THE CARBON AEROGEL MANUFACTURED USING THE SAME}Manufacturing method of carbon aerogel and carbon airgel manufactured according to the method {METHOD OF MANUFACTURING CARBON AEROGEL AND THE CARBON AEROGEL MANUFACTURED USING THE SAME}

본 발명은 카본 에어로겔의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된 카본 에어로겔에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레조르시놀(resorcinol)과 포름알데히드(formaldehyde)를 이용한 졸 및 겔을 만드는 데 있어서, 상압하에서 건조시 특정한 촉매를 사용하여 공정시간을 단축하고, 구형의 균일한 카본 에어로겔을 제조할 수 있도록 하는 카본 에어로겔의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a carbon aerogel and a carbon aerogel prepared by the method, more specifically, in the preparation of sol and gel using resorcinol and formaldehyde (formaldehyde), under normal pressure It relates to a method for producing a carbon aerogel to shorten the process time by using a specific catalyst during drying and to produce a spherical uniform carbon airgel.

탄소 물질들(활성화된 탄소, 카본 블랙, 카본 에어로겔, 탄소 나노튜브와 탄소 클로스)은 슈퍼커패시티의 전극 물질들에서 광범위하게 사용되고 있다. 이들 중에서, 카본 에어로겔은 높은 공극율(90~98%), 낮은 전기적 저항성, 조정가능한 공극형태, 높은 표면적(최대 1100m2/g), 현저한 전기전도도(25~100 SCm-1), 열적 및 기계적 성질과 같은 매력적인 특징들 때문에 슈퍼커패시티 전극 물질에 활용될 수 있는 주목받는 후보이다. Carbon materials (activated carbon, carbon black, carbon aerogels, carbon nanotubes and carbon cloth) are widely used in electrode materials of supercapacity. Among them, carbon aerogels have high porosity (90-98%), low electrical resistance, adjustable pore morphology, high surface area (up to 1100 m 2 / g), significant electrical conductivity (25-100 SCm -1 ), thermal and mechanical properties It is an attractive candidate for use in supercapacitive electrode materials because of its attractive features.

통상, 카본 에어로겔은 수용액 내에서 레조르시놀과 포름알데히드의 가수분해 및 중합반응에 의해 습윤겔을 제조하고, 습윤겔의 구조 및 크기가 그대로 유지되도록 건조하여 레조르시놀 포름알데히드(이하, 'RF'이라 칭할 수 있음)-에어로겔을 제조한 후 이를 열분해하여 제조하는 것이다. 이때, 습윤겔의 수축을 최대한 억제할 수 있는 방법으로 습윤겔을 건조시켜야 하는데, 일반적으로 초임계 건조법이 사용된다. 초임계 건조법은 습윤겔의 기공 내부에 함유된 용매의 임계점 이상의 온도와 압력으로 습윤겔을 건조하여 수축을 억제하는 방법인데, 고온과 고압이 요구되므로 위험할 뿐만 아니라 공정이 연속적으로 진행되지 않는다는 문제가 있다. 이러한 초임계 건조법의 문제를 극복하기 위해 제안된 것이 상압건조법이다. Typically, carbon aerogels are prepared in the aqueous solution by hydrolysis and polymerization of resorcinol and formaldehyde in an aqueous solution, and dried to maintain the structure and size of the wet gel intact to form resorcinol formaldehyde (hereinafter, 'RF May be referred to) -to prepare an aerogel and then pyrolyze it. At this time, the wet gel should be dried in such a way as to suppress the shrinkage of the wet gel as much as possible. Generally, a supercritical drying method is used. Supercritical drying is a method of inhibiting shrinkage by drying the wet gel at a temperature and pressure above the critical point of the solvent contained in the pores of the wet gel, which is dangerous because high temperature and high pressure are required, and the process does not proceed continuously. There is. Atmospheric pressure drying is proposed to overcome the problems of the supercritical drying.

상압건조법은 출발물질의 촉매 첨가량을 적게 하여 습윤겔의 일차 입자크기를 상대적으로 크게 하고 습윤겔 내 용매로 존재하는 수용액을 표면장력이 4배 정도 작은 아세톤으로 용매치환하여 모세관 압력을 낮게 하여 건조시 수축을 감소시키는 방법이다. 카본 에어로겔은 상압건조에 의해 제조된 RF-에어로겔을 질소 환원분위기하의 튜브로에서 열분해하여 제조한다. 특허 제10-0563784호에서는 상압건조 공정을 사용하여 RF-에어로겔을 제조함으로써 생산비용을 절감케 하고, pH를 5.4 ~ 5.7의 영역으로 제어하고 후열처리 조건을 특정한 온도와 시간으로 조절하여 카본 에어로겔을 제조하는 방법에 관하여 개시하고 있다. 그러나 상기 특허가 상압건조의 방법을 사용하고 있으나, 공정시간이 길어 제조단가가 높은 단점이 있다.Atmospheric drying method reduces the amount of catalyst added to the starting material to relatively increase the primary particle size of the wet gel, and replaces the aqueous solution present as a solvent in the wet gel with acetone having a surface tension of about 4 times to lower the capillary pressure. It is a method of reducing shrinkage. Carbon aerogels are prepared by pyrolysing RF-aerogels prepared by atmospheric drying in a tube furnace under a nitrogen reducing atmosphere. Patent No. 10-0563784 describes the production of RF-aerogels using an atmospheric pressure drying process to reduce production costs, control the pH to a range of 5.4 to 5.7, and control post-heating conditions to specific temperatures and times to It discloses about the manufacturing method. However, although the patent uses the method of atmospheric pressure drying, the process time is long, there is a disadvantage that the manufacturing cost is high.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 상압건조에 의한 카본 에어로겔의 제조공정에 있어, 출발물질로 RF-졸을 생성하는 공정에 특정한 촉매를 사용하여 공정시간을 대폭 단축하여 신속한 공정의 카본 에어로겔의 제조방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.The present invention has been designed to solve the above problems, in the manufacturing process of carbon aerogels by atmospheric pressure drying, using a specific catalyst for the process for generating RF-sol as a starting material significantly shortening the process time by a rapid process It is an object of the present invention to provide a method for producing a carbon airgel.

본 발명의 다른 목적은 합성된 카본 에어로겔의 형태가 일정하여 균일성이 있고, 기존의 공정에서 제조된 카본 에어로겔의 형태가 찌그러진 형태인데 비해 구형으로 표면적이 높아 성능이 우수한 제품을 수득할 수 있는 카본 에어로겔의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is a uniform shape of the synthesized carbon airgel is uniform, the shape of the carbon airgel produced in the conventional process is a crushed form of spherical carbon compared with the spherical surface area can obtain a product having excellent performance It is to provide a method for producing an airgel.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, 레조르시놀(C6H6O2), 포름알데히드(HCHO)로 카본 에어로겔을 제조하는 방법에 있어서, 촉매로 수산화암모늄(NH4OH)를 사용하는 것을 특징으로 하는 카본 에어로겔의 제조방법을 제공한다.The present invention is to achieve the above object, in the process for producing a carbon aerogel with resorcinol (C 6 H 6 O 2 ), formaldehyde (HCHO), using ammonium hydroxide (NH 4 OH) as a catalyst It provides a method for producing a carbon airgel, characterized in that.

또한, 상기 수산화암모늄의 농도는 0.1 ~ 1.5M인 것을 특징으로 한다.In addition, the concentration of ammonium hydroxide is It is characterized in that 0.1 to 1.5M.

또한, 상기 수산화암모늄은 상기 레조르시놀에 대하여 0.06이상의 몰비로 포함되는 것을 특징으로 한다.In addition, the ammonium hydroxide is characterized in that it is included in a molar ratio of 0.06 or more relative to the resorcinol.

또한, 본 발명은 레조르시놀과 포름알데히드를 수산화암모늄 촉매하에서 탈 이온수와 반응시켜 졸을 생성하는 단계; 상기 졸을 겔화시켜 레조르시놀-포름알데히드(RF) 습윤겔을 제조하는 단계; 상기 습윤겔의 용매를 치환하는 단계; 상기 용매가 치환된 습윤겔을 건조하여 레조르시놀-포름알데히드(RF) 에어로겔을 제조하는 단계; 및 상기 레조르시놀-포름알데히드(RF) 에어로겔을 탄화시켜 카본 에어로겔을 제조하는 단계를 포함하여 이루어진 카본 에어로겔의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of reacting resorcinol and formaldehyde with deionized water under an ammonium hydroxide catalyst to form a sol; Gelling the sol to produce resorcinol-formaldehyde (RF) wet gel; Substituting the solvent of the wet gel; Preparing a resorcinol-formaldehyde (RF) airgel by drying the solvent- substituted wet gel; And carbonizing the resorcinol-formaldehyde (RF) airgel to produce a carbon airgel.

또한, 상기 레조르시놀:포름알데히드는 각각 1:22 내지 1:35 범위의 몰비로 사용되는 것을 특징으로 한다.In addition, the resorcinol: formaldehyde is characterized in that it is used in a molar ratio of 1:22 to 1:35 range, respectively.

또한, 상기 용매를 치환하는 단계에서 사용되는 용매는 아세톤, 헥산 또는 헵탄인 것을 특징으로 한다.In addition, the solvent used in the step of replacing the solvent is characterized in that acetone, hexane or heptane.

또한, 상기 졸을 50~90℃ 오븐에서 1~5시간 동안 겔화시켜 레조르시놀-포름알데히드(RF) 습윤겔을 제조하는 것을 특징으로 한다.In addition, the sol is gelled for 1 to 5 hours in an oven at 50 ~ 90 ℃ characterized in that the resorcinol-formaldehyde (RF) wet gel is prepared.

또한, 상기 습윤겔에 용매를 넣은 다음 20 ~ 40℃에서 2 ~ 6시간 유지하여 치환하는 것을 특징으로 한다.In addition, after the solvent is put into the wet gel, it is characterized in that the substitution by maintaining for 2 to 6 hours at 20 ~ 40 ℃.

또한, 상기 건조는 상압에서 행하며, 60 ~ 100℃에서 2 ~ 7시간, 100 ~ 200℃에서 1 ~ 3시간 행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the drying is carried out at atmospheric pressure, characterized in that performed for 2 to 7 hours at 60 to 100 ℃, 1 to 3 hours at 100 to 200 ℃.

또한, 상기 탄화공정은 100 ~ 400℃에서 1 ~ 3시간, 400 ~ 1000℃에서 3 ~ 5시간 동안 행해지는 것을 특징으로 한다.In addition, the carbonization process is characterized in that performed for 1 to 3 hours at 100 to 400 ℃, 3 to 5 hours at 400 to 1000 ℃.

또한, 상기 질소(N2) 기체를 탄화 공정동안 2ℓ/h의 속도로 유지하여 탄화가 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, carbonization is carried out by maintaining the nitrogen (N 2 ) gas at a rate of 2 l / h during the carbonization process.

또한, 본 발명은 상기의 제조방법에 의하여 제조된 카본 에어로겔을 제공한다.The present invention also provides a carbon airgel produced by the above production method.

본 발명에 의하면, 상압건조시 강염기 촉매를 사용하여 공정시간을 대폭 단축할 수 있는 저밀도와 크랙-프리 카본 에어로겔의 제조방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a method for producing a low density and crack-free carbon aerogel that can greatly reduce the process time by using a strong base catalyst at atmospheric pressure drying.

또한, 탄소 입자의 손상이 없이 상압에서 건조가 가능하여 구형의 일정한 형태의 에어로겔의 제조가 가능하며, 구성물질의 비율을 조절하여 다양한 크기의 미시구조의 제조가 가능하다.In addition, it is possible to dry at normal pressure without damaging the carbon particles, it is possible to manufacture a spherical form of aerogels, and to control the proportion of the constituent material can be produced in various sizes of microstructure.

본 발명은 레조르시놀(C6H6O2), 포름알데히드(HCHO)로 카본 에어로겔을 제조하는 방법에 있어서, 촉매로 수산화암모늄(NH4OH)를 사용하는 것을 특징으로 하는 카본 에어로겔의 제조방법에 관한 것이다.The present invention provides a method for preparing carbon aerogels with resorcinol (C 6 H 6 O 2 ) and formaldehyde (HCHO), wherein ammonium hydroxide (NH 4 OH) is used as a catalyst. It is about a method.

상기와 같은 제조방법은 다음과 같이 구체화할 수 있다:Such a manufacturing method can be embodied as follows:

a) 레조르시놀과 포름알데히드를 수산화암모늄 촉매하에서 탈이온수와 반응시켜 졸을 생성하는 단계;a) reacting resorcinol and formaldehyde with deionized water under an ammonium hydroxide catalyst to produce a sol;

b) 상기 졸을 겔화시켜 레조르시놀-포름알데히드(RF) 습윤겔을 제조하는 단계;b) gelling the sol to produce resorcinol-formaldehyde (RF) wet gel;

c) 상기 습윤겔의 용매를 치환하는 단계;c) replacing the solvent of the wet gel;

d) 상기 용매가 치환된 습윤겔을 건조하여 레조르시놀-포름알데히드(RF) 에어로겔을 제조하는 단계;및d) drying the solvent-substituted wet gel to prepare a resorcinol-formaldehyde (RF) airgel; and

e) 상기 레조르시놀-포름알데히드(RF) 에어로겔을 탄화시켜 카본 에어로겔을 제조하는 단계.e) carbonizing the resorcinol-formaldehyde (RF) airgel to produce a carbon airgel.

레조르시놀과 포름알데히드의 졸-겔 합성반응은 촉매에 의하여 촉진된다.Sol-gel synthesis of resorcinol and formaldehyde is facilitated by a catalyst.

본 발명은 기존의 초임건조와는 달리 상압건조를 통하여 저밀도와 크랙-프리 카본 에어로겔을 손쉽게 합성할 수 있는 신규의 합성 방법에 관한 것으로, 기존의 상압 건조방법에 의하면 생산시간이 길다는 단점이 있어 왔으나, 긴 생산시간을 레조르시놀과 포름알데히드의 졸-겔 합성동안 강염기 촉매인 수산화암모늄을 도입하여 극복할 수 있다.The present invention relates to a novel synthesis method that can easily synthesize low-density and crack-free carbon aerogels through atmospheric pressure, unlike conventional superdrying, and has a disadvantage in that the production time is long according to the conventional atmospheric pressure drying method. However, long production times can be overcome by introducing a strong base catalyst, ammonium hydroxide, during the sol-gel synthesis of resorcinol and formaldehyde. Can be.

카본 에어로겔의 졸-겔 합성에서 처음에, 레조르시놀, 포름알데히드, 탈이온수와 수산화암모늄은 균일한 졸을 획득하기 위해 일정한 스터링하에서 바람직한 비율로 혼합된다. Initially in the sol-gel synthesis of carbon aerogels, resorcinol, formaldehyde, deionized water and ammonium hydroxide are mixed in the desired proportions under constant sterling to obtain a uniform sol.

상기 레조르시놀과 포름알데히드의 함량은 1:22 내지 1:35의 몰비가 사용되는 것이 바람직하다.The content of resorcinol and formaldehyde is preferably used in a molar ratio of 1:22 to 1:35.

또한, 촉매로서 첨가되는 상기의 수산화암모늄은 레조르시놀에 대하여 0.06 이상의 몰비로 첨가되는데, 0.06미만인 경우에는 구형이 잘 형성되지 않아 바람직하지 못하다.In addition, the ammonium hydroxide added as a catalyst is added in a molar ratio of 0.06 or more relative to resorcinol, but when it is less than 0.06, the spherical form is not well formed, which is not preferable.

졸은 빠른 겔화를 위해서 50~90℃오븐에서 1 ~ 5시간동안 겔화된다. 1시간 미만인 경우 겔화시간이 짧아 충분한 겔화가 진행이 되지 않으며 5시간 이상으로 하는 경우에는 겔화 과정에 미치는 영향의 거의 없기 때문에 상기 시간 범위에서 겔화하는 것이 좋다.The sol gels for 1-5 hours in a 50-90 ° C oven for rapid gelation. If the gelation time is shorter than 1 hour, sufficient gelation does not proceed. If the gelation time is 5 hours or longer, gelling is preferred within the above time range because there is little effect on the gelling process.

겔에 존재하는 물은 아세톤과 같은 낮은 표면 장력을 가지는 용매로 교환된다. 이를 위해, 웨트 겔은 아세톤에 담궈 20 ~ 40℃에서 2 ~ 6시간동안 유지된다. 교환된 물은 컨테이너로부터 제거되고, 웨트 겔은 RF 에어로젤을 획득하기 위해 제 1 노에서 건조된다. 건조는 상압에서 행하며, 60 ~ 100℃에서 2 ~ 7시간, 100 ~ 200℃에서 1 ~ 3시간 행한다.Water present in the gel is exchanged with a solvent having a low surface tension such as acetone. To this end, the wet gel is soaked in acetone and maintained at 20-40 ° C. for 2-6 hours. The exchanged water is removed from the container and the wet gel is dried in the first furnace to obtain an RF airgel. Drying is performed at normal pressure, and it is performed for 2 to 7 hours at 60-100 degreeC, and 1 to 3 hours at 100-200 degreeC.

RF 에어로겔은 유기 에어로겔이고 그들은 카본 에어로겔을 수득하기 위하여 고온에서 탄화된다. 건조 프로세스는 튜브 노에서 절대적으로 불활성 대기에서 실시되는데, 튜브 내에 N2 가스를 사용할 수 있다. 상기 건조된 RF 에어로겔은 100 ~ 400℃에서 1 ~ 3시간, 400 ~ 1000℃에서 3 ~ 5시간 동안 탄화되어 카본 에어로겔을 생성하게 된다.RF airgels are organic airgels and they are carbonized at high temperature to obtain carbon airgels. The drying process is carried out in an absolutely inert atmosphere in the tube furnace, where N 2 gas can be used in the tube. The dried RF airgel is carbonized for 1 to 3 hours at 100 to 400 ° C. and 3 to 5 hours at 400 to 1000 ° C. to produce a carbon airgel.

상기와 같은 본 발명에 따른 제조공정에 의하면, 기존의 카본 에어로겔의 제조공정에서 졸로부터 겔화하는 공정에 보통 4일, 용매치환하는 공정에 7일 및 상압건조하는 공정에 5일 정도가 소요되는 것에 비하여, 상당히 짧은 시간에 공정이 완 성된다. 따라서, 공정시간의 단축 및 그에 의한 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.According to the manufacturing process according to the present invention as described above, it takes about 4 days for the gelling process from the sol in the conventional carbon airgel manufacturing process, 7 days for the solvent replacement process and 5 days for the atmospheric pressure drying process. In comparison, the process is completed in a fairly short time. Therefore, the process time can be shortened and the cost can be drastically reduced.

생성된 카본 에어로겔의 물리적 성질을 측정하기 위하여 고분해능 전자현미경(Field-Emission Scanning Electron Microscopy : FE-SEM), 푸리에 변환 적외선 분광법 (Fourier Transform infra-red spectroscopy: FT-IR), 열분석과 시차열분석(Thermo gravimetric and differential thermal analysis : TGA-DTA), BET 표면적 분석법 등을 사용한다.Field-Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM), Fourier Transform infra-red spectroscopy (FT-IR), Thermal Analysis and Differential Thermal Analysis (Thermo gravimetric and differential thermal analysis (TGA-DTA), BET surface area analysis, etc. are used.

이하, 본 발명을 하기의 실시예를 통하여 설명한다. 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예의 범위로 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described through the following examples. The examples are intended to illustrate the invention in detail, but the scope of the invention is not limited to the scope of the following examples.

실시예Example

실시예 1Example 1

레조르시놀 5ml와 포름알데히드 100ml가 혼합되었고, 혼합물은 균일한 반응 혼합물을 획득하기 위해 15분 동안 교반되었다. 또한, 겔화를 위해 수산화암모늄 0.9ml와 탈이온수 50ml가 이 용액에 추가되었다. 졸은 겔화를 위한 2 시간 동안 80℃로 유지되었다. 겔화 후에 웨트 겔은 용제의 교환을 위하여 40℃에서 5시간 동안 아세톤 안에 담갔다. 그리고서 웨트 겔에는 RF 에어로겔을 획득하기 위해 건조 프 로세스를 진행하였다. 상기 건조는 80℃에서 5시간동안, 그리고 150℃에서 2시간동안 수행되었다. 이렇게 획득된 RF 에어로겔은 불활성 분위기에서 100, 200, 400℃에서 각각 한 시간 동안 가열하고, 마지막으로 800℃에서 3 시간 동안 가열하는 것에 의해 탄화되었다. 5 ml of resorcinol and 100 ml of formaldehyde were mixed and the mixture was stirred for 15 minutes to obtain a uniform reaction mixture. In addition, 0.9 ml of ammonium hydroxide and 50 ml of deionized water were added to the solution for gelation. The sol was kept at 80 ° C. for 2 hours for gelation. After gelation the wet gel was soaked in acetone for 5 hours at 40 ° C. for solvent exchange. The wet gel was then subjected to a drying process to obtain an RF airgel. The drying was carried out at 80 ° C. for 5 hours and at 150 ° C. for 2 hours. The RF aerogels thus obtained were carbonized by heating at 100, 200 and 400 ° C. for one hour in an inert atmosphere and finally at 800 ° C. for 3 hours.

수득된 카본 에어로겔은 0.014 g/cm3의 태핑 밀도(tapping density)를 나타내었다. 도 1은 실시예 1에서 제조된 카본 에어로겔의 미시 구조로서, 서로 결합된 구형 입자로 구성된 3 차원 네트워크로서, 기존의 공정에서 제조된 에어로겔의 형태가 찌그러진 구조인데 반해 구형으로 비표면적이 우수한 구조를 나타낸다.The obtained carbon airgel exhibited a tapping density of 0.014 g / cm 3 . Figure 1 is a microstructure of the carbon airgel prepared in Example 1, a three-dimensional network composed of spherical particles bonded to each other, the structure of the airgel manufactured in the conventional process is a crushed structure, whereas the spherical structure with excellent specific surface area Indicates.

실시예 2 ~ 11Examples 2-11

레조르시놀과 포름알데히드, 탈이온수 및 수산화암모늄의 첨가량을 표 1에 기재된 대로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 카본 에어로겔을 제조하였다.Carbon aerogels were prepared in the same manner as in Example 1, except that the amounts of resorcinol and formaldehyde, deionized water, and ammonium hydroxide were added as described in Table 1.

실험예Experimental Example

실험예 1Experimental Example 1

상기 실시예에서 제조된 카본 에어로겔의 태핑 밀도와 BET 표면적, 미세공 표면적(Smicro) 및 평균 기공 직경(Pd)와 같은 물리적 성질을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.Physical properties such as tapping density and BET surface area, micropore surface area (S micro ) and average pore diameter (P d ) of the carbon aerogels prepared in the above examples are measured and shown in Table 1 below.

Sample IDSample ID Resorcinol [g]Resorcinol [g] Formaldehyde [ml]Formaldehyde [ml] DI water [ml]DI water [ml] NH4OH [ml]NH4OH [ml] Tapping Density [g/cm3]Tapping Density [g / cm3] BET Surface Area[m2/g]BET Surface Area [m2 / g] Pd [nm]Pd [nm] 실시예 1Example 1 55 100100 5050 0.90.9 0.140.14 358358 2020 실시예 2Example 2 55 120120 5050 0.90.9 0.170.17 401401 44 실시예 3Example 3 55 130130 5050 0.90.9 0.180.18 551551 3.23.2 실시예 4Example 4 55 140140 5050 0.90.9 0.150.15 362362 7.287.28 실시예 5Example 5 55 150150 5050 0.90.9 0.130.13 365365 1.81.8 실시예 6Example 6 55 100100 1010 0.90.9 0.110.11 462462 2.112.11 실시예 7Example 7 55 100100 2020 0.90.9 0.130.13 520520 11.511.5 실시예 8Example 8 55 100100 3030 0.90.9 0.150.15 423423 4.514.51 실시예 9Example 9 55 100100 4040 0.90.9 0.130.13 335335 1.731.73 실시예 10Example 10 55 100100 5050 0.60.6 0.140.14 639639 3.063.06 실시예 11Example 11 55 100100 5050 0.30.3 0.130.13 532532 19.0419.04

실험예 2Experimental Example 2

도 2는 실시예 2 내지 5(A 내지 D)에서 제조된 카본 에어로겔 샘플들의 미시 구조를 FE-SEM 분석기로 연구한 결과를 나타내었다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 카본 에어로겔의 제조시 구성물질의 비율을 조절하여 미시 구조의 다양한 변형이 가능한 에어로겔을 합성할 수 있다는 것을 알 수 있다. Figure 2 shows the results of studying the microstructure of the carbon airgel samples prepared in Examples 2 to 5 (A to D) by the FE-SEM analyzer. As can be seen in Figure 2, it can be seen that by adjusting the proportion of the constituents in the preparation of the carbon airgel according to the present invention can be synthesized aerogels that can be modified in a variety of microstructures.

실험예 3Experimental Example 3

실시예 1에서 제조된 카본 에어로겔 샘플의 열분석과 시차열분석(TGA-DTA)에 의한 분석결과를 도 3에 나타내었다. 도 3은 Air 조건하에서 획득된 TGA-DTA 곡선을 도시한 것이다. 샘플은 550℃근처에서 DTA곡선의 발열 피크와 함께, 급격한 중량감소를 알 수 있어, RF-에어로겔에서 카본 에어로겔로 변했다는 것을 알 수 있다.The analysis results by thermal analysis and differential thermal analysis (TGA-DTA) of the carbon airgel samples prepared in Example 1 are shown in FIG. 3. 3 shows the TGA-DTA curve obtained under Air conditions. The sample showed an abrupt weight loss, with an exothermic peak of the DTA curve near 550 ° C., indicating that it changed from RF-aerogel to carbon aerogel.

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1의 미시구조를 나타낸 사진.1 is a photograph showing a microstructure of Example 1 according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 실시예 2 내지 5의 미시구조를 나타낸 사진.Figure 2 is a photograph showing the microstructure of Examples 2 to 5 according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 실시예 1의 열분석과 시차열분석(TGA-DTA)에 의한 분석결과를 나타낸 그래프.Figure 3 is a graph showing the analysis results by thermal analysis and differential thermal analysis (TGA-DTA) of Example 1 according to the present invention.

Claims (12)

레조르시놀(C6H6O2), 포름알데히드(HCHO)로 카본 에어로겔을 제조하는 방법에 있어서, 촉매로 수산화암모늄(NH4OH)를 사용하는 것을 특징으로 하는 카본 에어로겔의 제조방법.A method for producing a carbon aerogel from resorcinol (C 6 H 6 O 2 ) and formaldehyde (HCHO), wherein a method of producing a carbon aerogel is characterized by using ammonium hydroxide (NH 4 OH) as a catalyst. 제 1 항에 있어서, 상기 수산화암모늄의 농도는 0.1 ~ 1.5M인 것을 특징으로 하는 카본 에어로겔의 제조방법.The method of claim 1, wherein the ammonium hydroxide has a concentration of 0.1 to 1.5 M. 제 1 항에 있어서, 상기 수산화암모늄은 상기 레조르시놀에 대하여 0.06이상의 몰비로 포함되는 것을 특징으로 하는 카본 에어로겔의 제조방법.The method of claim 1, wherein the ammonium hydroxide is contained in a molar ratio of 0.06 or more relative to the resorcinol. 레조르시놀과 포름알데히드를 수산화암모늄 촉매하에서 탈이온수와 반응시켜 졸을 생성하는 단계;Reacting resorcinol and formaldehyde with deionized water under an ammonium hydroxide catalyst to produce a sol; 상기 졸을 겔화시켜 레조르시놀-포름알데히드(RF) 습윤겔을 제조하는 단계;Gelling the sol to produce resorcinol-formaldehyde (RF) wet gel; 상기 습윤겔의 용매를 치환하는 단계;Substituting the solvent of the wet gel; 상기 용매가 치환된 습윤겔을 건조하여 레조르시놀-포름알데히드(RF) 에어로겔을 제조하는 단계;및Drying the solvent-substituted wet gel to prepare a resorcinol-formaldehyde (RF) airgel; and 상기 레조르시놀-포름알데히드(RF) 에어로겔을 탄화시켜 카본 에어로겔을 제조하는 단계Carbonizing the resorcinol-formaldehyde (RF) airgel to prepare a carbon airgel 를 포함하여 이루어진 카본 에어로겔의 제조방법.Method for producing a carbon airgel comprising a. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 레조르시놀:포름알데히드는 각각 1:22 내지 1:35 범위의 몰비로 사용되는 것을 특징으로 하는 카본 에어로겔의 제조방법.Wherein the resorcinol: formaldehyde is used in a molar ratio of 1:22 to 1:35, respectively. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 용매를 치환하는 단계에서 사용되는 용매는 아세톤, 헥산 또는 헵탄인 것을 특징으로 하는 카본 에어로겔의 제조방법.The solvent used in the step of substituting the solvent is acetone, hexane or heptane manufacturing method of carbon aerogels, characterized in that. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 졸을 50~90℃ 오븐에서 1~5시간 동안 겔화시켜 레조르시놀-포름알데히드(RF) 습윤겔을 제조하는 것을 특징으로 하는 카본 에어로겔의 제조방법.Method of producing a carbon aerogel, characterized in that to prepare a resorcinol-formaldehyde (RF) wet gel by gelling the sol for 1 to 5 hours in a 50 ~ 90 ℃ oven. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 습윤겔에 용매를 넣은 다음 20 ~ 40℃에서 2 ~ 6시간 유지하여 치환하는 것을 특징으로 하는 카본 에어로겔의 제조방법.Method of producing a carbon aerogel, characterized in that the substitution by holding the solvent in the wet gel 2 to 6 hours at 20 ~ 40 ℃. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 건조는 상압에서 행하며, 60 ~ 100℃에서 2 ~ 7시간, 및 100 ~ 200℃에서 1 ~ 3시간 행하는 것을 특징으로 하는 카본 에어로겔의 제조방법.The drying is carried out at normal pressure, and the method for producing a carbon aerogel, characterized in that performed for 2 to 7 hours at 60 to 100 ℃, and 1 to 3 hours at 100 to 200 ℃. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 탄화공정은 100 ~ 400℃에서 1 ~ 3시간, 및 400 ~ 1000℃에서 3 ~ 5시간 동안 행해지는 것을 특징으로 하는 카본 에어로겔의 제조방법.The carbonization process is a method for producing a carbon aerogel, characterized in that performed for 1 to 3 hours at 100 ~ 400 ℃, and 3 to 5 hours at 400 ~ 1000 ℃. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 질소(N2) 기체를 탄화 공정동안 2ℓ/h의 속도로 유지하여 탄화가 이루 어지는 것을 특징으로 하는 카본 에어로겔의 제조방법.Method of producing a carbon airgel, characterized in that the carbonization is achieved by maintaining the nitrogen (N 2 ) gas at a rate of 2L / h during the carbonization process. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조된 카본 에어로겔.Carbon airgel prepared by the method of any one of claims 1 to 11.
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