KR20150018034A - Graphene-nanoparticle composite, use of the composite, fabrication method of the composite - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 그래핀에 관한 것으로 구체적으로는 그래핀-나노입자 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to graphenes, and more particularly to graphene-nanoparticle composites.
그래핀(Graphene)은 흑연을 이루는 단위층으로서 sp2 결합을 하고 있는 탄소들로 이루어져 벌집모양과 같이 육각형의 격자 구조를 갖는다. 이러한 구조적 특징과 독특한 밴드갭으로 인해 그래핀은 전기전도성이 매우 우수하며 물리적 특성이 우수하다고 알려져 있다. 이러한 그래핀은 층간 반데르발스힘으로 인해 단일층으로 박리되기 어려우며, 대부분 두꺼운 다수층 그래핀으로 존재하는 것이 일반적이다.Graphene is a unit layer of graphite consisting of sp 2 -bonding carbon atoms and has a hexagonal lattice structure like honeycomb. Due to these structural features and unique band gap, graphene is known to have excellent electrical conductivity and excellent physical properties. Such graphene is difficult to peel into a single layer due to the interlaminar van der Waals force, and is generally present as a mostly thick multi-layer graphene.
최근 이러한 그래핀의 성능을 더욱 향상시키기 위해 금속나노입자를 그래핀의 표면 상에 도입한 그래핀-금속나노입자 복합체에 대한 연구가 진행되고 있다. 일 예로서, 대한민국 공개특허 2012-0039799호는 산화그래핀 분산용액에 티타늄 이소프로폭사이드와 같은 금속산화물 졸을 첨가하여 산화그래핀의 관능기 즉, 카르복시기와 금속산화물 졸 사이의 결합에 의한 금속산화물 졸이 결합된 산화그래핀 분산용액을 형성하는 것을 개시한다.In order to further improve the performance of such graphenes, research is being conducted on graphene-metal nanoparticle composites in which metal nanoparticles are introduced on the surface of graphene. As an example, Korean Unexamined Patent Publication No. 2002-0039799 discloses that a metal oxide sol such as titanium isopropoxide is added to a graphene dispersion solution to form a functional group of the graphene oxide, that is, a metal oxide by binding between a carboxyl group and a metal oxide sol To form a sol-bonded oxide graphene dispersion solution.
그러나, 이러한 그래핀-금속산화물나노입자 복합체 형성방법은 금속산화물 나노입자를 형성하기 위해 화학 반응기 설정과 반응 조건을 잘 조절해야 하는 등 비교적 복잡한 공정을 진행하여야 할 뿐 아니라, 그래핀과 금속산화물나노입자 전구체(금속산화물 졸)를 혼합한 후 금속산화물나노입자를 졸-겔법등을 통하여 합성하므로, 금속산화물나노입자의 크기를 제어하기 어려운 단점이 있다.However, such a method of forming a graphene-metal oxide nanoparticle composite requires a complicated process such as a well-controlled chemical reactor setup and reaction conditions to form metal oxide nanoparticles, It is difficult to control the size of the metal oxide nanoparticles because the metal oxide nanoparticles are synthesized through sol-gel method after mixing the particle precursor (metal oxide sol).
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 매우 간단한 방법을 사용하여 낮은 공정비용에서 그래핀-나노입자 복합체를 대량 생산할 수 있는 방법, 그리고 성능이 향상된 그래핀-나노입자 복합체를 제공함에 있다.The present invention provides a method for mass-producing a graphene-nanoparticle composite at a low process cost using a very simple method, and a graphene-nanoparticle composite having improved performance.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 그래핀-나노입자 복합체 제조방법을 제공한다. 먼저, 산화흑연과 소수성 표면을 갖는 나노입자를 준비한다. 상기 산화흑연과 상기 소수성 표면을 갖는 나노입자를 친수성 용매 내에 넣고 교반하여, 상기 산화흑연을 산화그래핀들로 박리하면서 상기 산화그래핀들에 상기 나노입자를 결합시켜 그래핀-나노입자 복합체를 제조한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of preparing a graphene-nanoparticle composite. First, nanoparticles having graphite oxide and a hydrophobic surface are prepared. The nanoparticles having the oxidized graphite and the hydrophobic surface are mixed in a hydrophilic solvent and stirred, and the graphite oxide is peeled off with oxidized graphene, and the nanoparticles are bonded to the oxidized graphene to prepare a graphene-nanoparticle composite.
상기 산화그래핀과 상기 나노입자는 소수성 결합할 수 있다. 상기 소수성 표면을 갖는 나노입자는 코어-쉘 구조를 갖고, 상기 쉘은 소수성을 나타낼 수 있다. 상기 나노입자의 코어는 금속입자, 금속산화물입자, 또는 반도체입자일 수 있다. The graphene oxide and the nanoparticles may be hydrophobic bonded. The nanoparticles having the hydrophobic surface have a core-shell structure, and the shell may exhibit hydrophobicity. The core of the nanoparticle may be a metal particle, a metal oxide particle, or a semiconductor particle.
상기 교반단계 전에, 상기 산화흑연을 친수성 용매를 사용하여 스웰링시킬 수 있다. 상기 친수성 용매는 물 또는 알코올일 수 있다. 상기 교반은 고압균질기 또는 초음파기를 사용하여 수행할 수 있다.Before the stirring step, the graphite oxide may be swelled using a hydrophilic solvent. The hydrophilic solvent may be water or alcohol. The stirring may be carried out using a high-pressure homogenizer or an ultrasonic machine.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 그래핀-나노입자 복합체 를 제공한다. 상기 복합체는 소수성 영역과 친수성 영역을 갖는 산화그래핀을 구비한다. 상기 산화그래핀의 소수성 영역에 소수성 표면을 갖는 나노입자가 소수성 결합된다. In order to achieve the above object, one aspect of the present invention provides a graphene-nanoparticle composite. The composite comprises graphene oxide having a hydrophobic region and a hydrophilic region. The nanoparticles having a hydrophobic surface are hydrophobically bonded to the hydrophobic region of the graphene oxide.
상기 소수성 표면을 갖는 나노입자는 코어-쉘 구조를 갖고, 상기 쉘은 소수성을 나타낼 수 있다. 상기 나노입자의 코어는 금속입자, 금속산화물입자, 또는 반도체입자일 수 있다. 일 예로서, 상기 나노입자의 코어는 자성입자일 수 있다.The nanoparticles having the hydrophobic surface have a core-shell structure, and the shell may exhibit hydrophobicity. The core of the nanoparticle may be a metal particle, a metal oxide particle, or a semiconductor particle. As an example, the core of the nanoparticles may be magnetic particles.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 그래핀-나노입자 복합체 를 사용한 중금속 제거방법을 제공한다. 먼저, 소수성 영역과 친수성 영역을 갖는 산화그래핀; 및 상기 산화그래핀의 소수성 영역에 소수성 결합되는 소수성 표면을 갖는 나노입자를 포함하는 그래핀-나노입자 복합체를 중금속이 함유된 용매 내에 넣어 중금속을 그래핀-나노입자 복합체에 흡착시킨다. 상기 중금속이 흡착된 그래핀-나노입자 복합체를 용매로부터 분리한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for removing heavy metals using a graphene-nanoparticle composite. First, graphene oxide having a hydrophobic region and a hydrophilic region; And a graphene-nanoparticle complex comprising a nanoparticle having a hydrophobic surface hydrophobically bonded to the hydrophobic region of the oxidized graphene is placed in a heavy metal-containing solvent to adsorb the heavy metal to the graphene-nanoparticle composite. The graphene-nanoparticle complex on which the heavy metal is adsorbed is separated from the solvent.
상기 나노입자는 코어-쉘 구조를 갖고, 상기 쉘은 소수성을 나타내며, 상기 코어는 자성입자이고, 상기 중금속이 흡착된 그래핀-나노입자 복합체를 용매로부터 분리하는 것은 자석을 이용할 수 있다.The nanoparticles have a core-shell structure, the shell exhibits hydrophobicity, the core is a magnetic particle, and a magnet can be used to separate the graphene-nanoparticle complex adsorbed on the heavy metal from the solvent.
본 발명의 실시예들에 따르면, 미리 제조된 나노입자를 사용하므로, 나노입자 전구체를 사용한 졸-겔법 등에 의한 나노입자의 합성과 동시에 그래핀과 복합화를 수행하는 방법에 비하여, 매우 간단하여 생성 단가를 줄일 수 있고 복합체를 형성하는 제조시간도 단축할 수 있다. 또한, 복합체 형성 전 나노입자의 크기를 선택할 수 있으므로, 나노입자의 크기에 대한 제어가 용이할 수 있다. 이와 더불어, 나노입자와 산화그래핀은 화학적 결합이 아닌 소수성 결합에 의해 복합체를 형성하므로, 나노입자에 화학적 결합을 위한 특정 리간드를 도입할 필요가 없어 생산단가가 더욱 줄어들 수 있다.According to the embodiments of the present invention, since the nanoparticles prepared in advance are used, compared with the method of synthesizing nanoparticles by a sol-gel method using a nanoparticle precursor and simultaneously performing complexing with graphene, And the manufacturing time for forming the composite can be shortened. Further, since the size of the nanoparticles can be selected before formation of the composite, control of the size of the nanoparticles can be facilitated. In addition, since nanoparticles and oxidized graphenes form a complex by hydrophobic bonding rather than chemical bonding, there is no need to introduce specific ligands for chemical bonding to the nanoparticles, so that the production cost can be further reduced.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀-나노입자 복합체의 제조방법을 나타낸 플로우챠트이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀-나노입자 복합체를 나타낸 개략도이다.
도 3a 및 도 3b은 각각 제조된 산화흑연 표면을 원자간력 현미경(AFM)을 사용하여 측정한 결과를 나타내는 사진과 그래프이다.
도 4는 그래핀-나노입자 복합체 제조예 1에서 얻어진 그래핀-나노입자 복합체 분산액을 촬영한 사진들이다.
도 5는 산화그래핀과 그래핀-나노입자 복합체 제조예 1에서 얻어진 그래핀-나노입자 복합체 분산액의 표면 이미지를 촬영한 SEM 이미지들(A, C)과 TEM 이미지들(B, D)이다.
도 6은 그래핀-나노입자 복합체 제조예 3에서 얻어진 그래핀-나노입자 복합체 분산액의 표면 이미지를 촬영한 TEM 이미지들이다.
도 7은 그래핀-나노입자 복합체 제조예 4에서 얻어진 그래핀-나노입자 복합체 분산액의 표면 이미지를 촬영한 TEM 이미지들이다.
도 8은 크롬 저장액 내에 그래핀-나노입자 복합체를 넣은 후 시간에 따라 크롬이 제거되는 분율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 납 저장액 내에 그래핀-나노입자 복합체를 넣고 Ph를 조절하여 Ph에 따라 납이 제거되는 분율을 나타낸 그래프이다.
도 10은 납 저장액 내에 그래핀-나노입자 복합체를 넣은 후 시간에 따라 납이 제거되는 분율을 나타낸 그래프이다.1 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a graphene-nanoparticle composite according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of a graphene-nanoparticle complex according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3A and FIG. 3B are photographs and graphs showing the results of measurements of the graphite oxide surface produced using an atomic force microscope (AFM), respectively.
Fig. 4 is a photograph of the graphene-nano-particle composite dispersion obtained in Production Example 1 of the graphene-nano-particle composite.
FIG. 5 is SEM images (A, C) and TEM images (B, D) of surface images of the graphene-nano-particle composite dispersion obtained in Preparation Example 1 of graphene oxide and graphene-
FIG. 6 shows TEM images of the surface images of the graphene-nanoparticle composite dispersion obtained in Preparation Example 3 of graphene-nanoparticle composite.
FIG. 7 shows TEM images of the surface images of the graphene-nano-particle composite dispersion obtained in Production Example 4 of the graphene-nano-particle composite.
8 is a graph showing the fraction of chromium removed with time after the graphene-nanoparticle composite is put in a chrome storage liquid.
FIG. 9 is a graph showing the percentage of lead removed by pH control by adding a graphene-nanoparticle composite into a lead storage solution. FIG.
FIG. 10 is a graph showing the fraction of lead removed in time after putting the graphene-nanoparticle composite into a lead storage solution.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
본 명세서에서, 어떤 층이 다른 층 "상"에 위치한다고 함은 이들 층들이 직접적으로 접해있는 것뿐 아니라 이들 층들 사이에 또 다른 층(들)이 위치하는 것을 의미한다.
In this specification, the term " on top of another layer " means that not only these layers are directly in contact but also another layer (s) is located between these layers.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀-나노입자 복합체의 제조방법을 나타낸 플로우챠트이다.1 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a graphene-nanoparticle composite according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 먼저, 산화 흑연(graphite oxide)을 준비한다(S10).Referring to FIG. 1, first, graphite oxide is prepared (S10).
산화 흑연은 흑연을 화학적으로 산화시켜 얻어진 것을 의미한다. 이러한 산화 흑연은 단위층 즉, 적층된 그래핀의 표면에 에폭시기, 하이드록시기, 카르복시기 등 다양한 기능기가 결합된 것으로서, 단위층들 사이의 간격이 흑연에 비해 넓은 특징을 갖는다. 이러한 산화 흑연에서 상기 기능기가 결합된 부분은 탄소와 탄소 사이의 sp2 결합이 끊어질 수 있다. 또한, 상기 기능기로 인해 산화 흑연은 친수성을 가질 수 있다. 이와 더불어서, 상기 기능기가 부착되지 않은 탄소와 탄소 사이의 sp2 결합이 유지되는 영역은 소수성을 가질 수 있다.The graphite oxide means that graphite is obtained by chemically oxidizing graphite. Such graphite oxide is formed by bonding various functional groups such as an epoxy group, a hydroxyl group and a carboxyl group to the unit layer, that is, the surface of the stacked graphene, and the gap between the unit layers is broader than that of graphite. In this oxidized graphite, the portion where the functional group is bonded may break the sp 2 bond between carbon and carbon. Further, the graphite oxide may have hydrophilicity due to the functional group. In addition, the region in which the sp 2 bond between the carbon and the carbon, to which the functional group is not attached, may be hydrophobic.
소수성 표면을 갖는 나노입자를 준비한다(S20). 나노입자는 탄소나노튜브 또는 무기입자 예를 들어, 금속입자, 금속산화물 입자, 또는 반도체 입자일 수 있다. 다른 예로서, 상기 무기입자는 철산화물 입자 등의 자성입자일 수 있다.Nanoparticles having a hydrophobic surface are prepared (S20). The nanoparticles may be carbon nanotubes or inorganic particles, for example, metal particles, metal oxide particles, or semiconductor particles. As another example, the inorganic particles may be magnetic particles such as iron oxide particles.
다른 예로서, 상기 나노입자는 코어-쉘 형태를 가질 수 있다. 이 때, 나노입자의 쉘은 소수성일 수 있다. 상기 나노입자의 코어는 무기입자 예를 들어, 금속입자, 금속산화물 입자, 또는 반도체 입자일 수 있다. 다른 예로서, 상기 나노입자의 코어는 철산화물 입자 등의 자성입자일 수 있다. 이러한 나노입자의 코어는 졸-겔법, 수열합성법 등을 통해 합성한 것일 수 있고, 다수의 원자 또는 분자의 집합체일 수 있다. 또한, 상기 나노입자의 쉘은 상기 코어에 결합, 예를 들어 배위 결합되고 탄화수소기를 갖는 유기층일 수 있다. 일 예로서, 상기 쉘은 비극성을 나타내는 장쇄 알킬 또는 아릴기를 갖는 포스핀 옥사이드, 유기 아민, 유기산, 포스폰산 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질층일 수 있다. 이를 위해, 상기 나노입자는 코어의 표면을 소수성 처리한 것일 수 있다. As another example, the nanoparticles may have a core-shell morphology. At this time, the shell of the nanoparticle may be hydrophobic. The core of the nanoparticles may be an inorganic particle, for example, a metal particle, a metal oxide particle, or a semiconductor particle. As another example, the core of the nanoparticles may be magnetic particles such as iron oxide particles. These nanoparticle cores may be synthesized through sol-gel method, hydrothermal synthesis method, or the like, or may be a collection of a large number of atoms or molecules. Further, the shell of the nanoparticles may be an organic layer bonded to the core, for example, coordinated and having a hydrocarbon group. In one example, the shell may be a layer of material selected from the group consisting of phosphine oxides having long chain alkyl or aryl groups that exhibit non-polarity, organic amines, organic acids, phosphonic acids, and combinations thereof. To this end, the nanoparticles may be hydrophobic treated surfaces of the core.
상기 소수성 표면을 갖는 나노입자는 시중에서 판매하는 나노입자 파우더 또는 소수성 용매(ex. 톨루엔)에 분산된 나노입자일 수 있다.이와 같이, 소수성 표면을 갖는 나노입자는 친수성 용액에는 분산되지 않을 수 있다.The nanoparticles having a hydrophobic surface may be nanoparticles dispersed in a commercially available nanoparticle powder or a hydrophobic solvent (ex. Toluene). Thus, nanoparticles having a hydrophobic surface may not be dispersed in a hydrophilic solution .
이 후, 상기 산화흑연과 상기 소수성 표면을 갖는 나노입자를 친수성 용매 내에 넣고 교반한다(S30).Thereafter, the graphite oxide and the nanoparticles having the hydrophobic surface are placed in a hydrophilic solvent and stirred (S30).
교반과정에서 상기 산화흑연은 단위층들 즉, 산화그래핀들로 박리될 수 있다. 이를 더욱 용이하게 하기 위해, 상기 교반단계(S30) 전에 상기 산화흑연을 친수성용매를 사용하여 스웰링시켜, 상기 산화흑연 내의 단위층들 사이의 간격을 더욱 넓힐 수 있다. 박리된 산화그래핀는 우수한 물성과 함께 넓은 표면적을 갖고 있다. 또한, 산화그래핀은 기능기가 붙지 않은 영역이 함께 존재하기 때문에 소수성 영역과 친수성 영역을 갖고 있다.In the stirring process, the oxidized graphite can be peeled off as unit layers, that is, oxidized graphenes. To further facilitate this, the graphite oxide may be swelled with a hydrophilic solvent before the stirring step (S30) to further widen the gap between the unit layers in the oxidized graphite. The exfoliated oxide graphene has a large surface area with excellent physical properties. Also, since graphene grains have regions with no functional groups, they have hydrophobic regions and hydrophilic regions.
한편, 상기 소수성 표면을 갖는 나노입자는 상기 친수성 용매 내에서는 분산되지 않는 것이 일반적이다. 그러나, 상기 소수성 영역과 친수성 영역을 동시에 갖는 산화그래핀이 계면활성제와 유사한 역할을 수행하여 상기 소수성 표면을 갖는 나노입자를 친수성 용매 내에서 분산시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 교반과정에서 상기 나노입자의 소수성 표면과 상기 산화그래핀의 소수성 영역은 표면들 사이의 소수성 상호작용(hydrophobic interaction) 또는 반데르발스 힘(van der Waals force)에 의해 서로 결합 즉, 소수성 결합할 수 있다. 그 결과, 그래핀-나노입자 복합체를 형성함에 따라, 상기 나노입자를 분산시킬 수 있다. 상기 박리와 상기 결합은 동시에 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 그래핀-나노입자 복합체는 다른 종류의 상호작용 즉, 극성-극성 상호작용에 의해서도 형성될 수 있다.On the other hand, it is general that the nanoparticles having the hydrophobic surface are not dispersed in the hydrophilic solvent. However, the graphene oxide having both the hydrophobic region and the hydrophilic region plays a role similar to that of the surfactant, so that the nanoparticles having the hydrophobic surface can be dispersed in the hydrophilic solvent. Specifically, in the stirring process, the hydrophobic surface of the nanoparticle and the hydrophobic region of the oxidized graphene are bonded to each other by hydrophobic interaction or van der Waals force between the surfaces, that is, Can be hydrophobic. As a result, by forming the graphene-nanoparticle complex, the nanoparticles can be dispersed. The peeling and the bonding can be simultaneously performed. However, the present invention is not limited thereto. Graphene-nanoparticle composites can be formed by other kinds of interactions, that is, by polar-polar interaction.
상기 친수성 용매는 물, 알코올류, 또는 아세톤일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 교반은 고압균질기 또는 초음파기를 사용하여 수행할 수 있다. 이러한 교반 과정에서 발생하는 캐비테이션(cavitation) 에너지는 상기 박리와 상기 결합을 동시에 일으킬 수 있다.The hydrophilic solvent may be water, alcohols, or acetone, but is not limited thereto. Stirring can also be performed using a high-pressure homogenizer or an ultrasonic machine. The cavitation energy generated in the stirring process can cause the peeling and the bonding at the same time.
이와 같이, 본 실시예에서는 미리 제조된 나노입자를 사용하므로, 나노입자 전구체를 사용한 졸-겔법 등에 의한 나노입자의 합성과 동시에 그래핀과 복합화를 수행하는 방법에 비하여, 매우 간단하여 생성 단가를 줄일 수 있고 복합체를 형성하는 제조시간도 단축할 수 있다. 또한, 복합체 형성 전 나노입자의 크기를 선택할 수 있으므로, 나노입자의 크기에 대한 제어가 용이할 수 있다. 이와 더불어, 나노입자와 산화그래핀은 화학적 결합이 아닌 상호작용 구체적으로, 소수성 결합에 의해 복합체를 형성하므로, 나노입자에 화학적 결합을 위한 특정 리간드를 도입할 필요가 없어 생산단가가 더욱 줄어들 수 있다.
As described above, since the nanoparticles prepared in advance are used in this embodiment, the production cost is very simple, compared with a method of synthesizing nanoparticles by a sol-gel method using a nanoparticle precursor and simultaneously performing complexing with graphene And the manufacturing time for forming the composite can also be shortened. Further, since the size of the nanoparticles can be selected before formation of the composite, control of the size of the nanoparticles can be facilitated. In addition, nanoparticles and oxidized graphene form complexes by interaction rather than chemical bonding, specifically by hydrophobic bonding, so that it is not necessary to introduce specific ligands for chemical bonding to the nanoparticles, so that the production cost can be further reduced .
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀-나노입자 복합체를 나타낸 개략도이다.2 is a schematic view of a graphene-nanoparticle complex according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 산화그래핀(graphene oxide, 50)은 에폭시기, 하이드록시기, 카르복시기 등 다양한 기능기가 결합되어 탄소와 탄소 사이의 sp2 결합이 끊어진 친수성 영역과 탄소와 탄소 사이의 sp2 결합을 유지하는 소수성 영역으로 구분될 수 있다.2, the oxidation of graphene (graphene oxide, 50) is sp 2 bond between an epoxy group, hydroxyl group, carboxyl group or the like is bonded group various functions carbon-carbon sp 2 bonds are broken hydrophilic region and the carbon-carbon between And a hydrophobic region that maintains the hydrophobic region.
이러한 산화그래핀(graphene oxide, 50)과 나노입자가 상호작용에 의해 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 산화그래핀(50)의 소수성 영역에 소수성 표면을 갖는 나노입자(40)가 상호작용(hydrophobic interaction) 또는 반데르발스 힘(van der Waals force)에 의해 서로 결합 즉, 소수성 결합할 수 있다.
나노입자(40)는 그 자체로 소수성 표면을 갖는 나노입자일 수 있다. 구체적으로, 나노입자(40)는 탄소나노튜브 또는 무기입자 예를 들어, 금속입자, 금속산화물 입자, 또는 반도체 입자일 수 있다. 다른 예로서, 상기 무기입자는 철산화물 입자 등의 자성입자일 수 있다. 다른 예로서, 상기 나노입자(40)는 코어-쉘 형태를 가질 수 있다. 이 때, 나노입자의 쉘(45)은 소수성일 수 있다. 상기 나노입자의 코어(43)는 무기입자 예를 들어, 금속입자, 금속산화물 입자, 또는 반도체 입자일 수 있다. 일 예로서, 상기 나노입자의 코어(43)는 철산화물 입자 등의 자성입자일 수 있다. 상기 나노입자의 쉘(45)은 상기 코어(43)에 결합된 탄화수소 일 예로서, 알킬기일 수 있다. 일 예로서, 상기 나노입자는 코어(43)의 표면을 소수성 처리(45)한 것일 수 있다.The
이와 같이, 소수성 결합에 의해 형성된 복합체는 친수성 용액 중에서 안정한 구조를 형성할 수 있다. 이 때, 산화그래핀(50)은 소수성 표면을 갖는 나노입자(40)를 수용성화하는 계면활성제 역할을 할 수 있다. 이러한 구조적인 이유로 복합체를 형성한 후, 산화그래핀(50)의 표면은 나노입자(40) 흡착에 의해 울퉁불퉁한 구조, 예를 들어 산화그래핀(50)의 소수성 영역이 나노입자(40)을 일부분 감싸는 구조를 나타내게 될 수 있다(도 5 (D) 참조). 이러한 울퉁불퉁한 표면은 전하 트랩에 효과적일 수 있으므로, 이 복합체를 슈퍼캐패시터의 전극으로 사용하는 경우에 안정한 충방전을 가능하게 할 수 있다.Thus, a complex formed by hydrophobic bonding can form a stable structure in a hydrophilic solution. At this time, the oxidized
또한, 상기 나노입자의 코어가 자성입자인 경우에는 용매로부터 이 복합체를 자석에 의해 용이하게 수집할 수 있다. 이 경우, 상기 복합체는 중금속 흡착 및 제거 또는 오일 흡착 및 제거에 사용될 수 있다. 상기 중금속은 중금속 이온일 수 있다. 구체적으로, 복합체를 중금속이 함유된 용매 내에 넣어 중금속을 그래핀-나노입자 복합체, 특히 그래핀에 흡착시킨 후, 상기 중금속이 흡착된 그래핀-나노입자 복합체를 자석을 사용하여 용매로부터 분리할 수 있다. 일 예로서, 상기 자성나노입자는 철 산화물일 수 있다. 또한, 중금속은 크롬(이온) 또는 납(이온)일 수 있다.Further, when the core of the nanoparticles is magnetic particles, the complex can be easily collected from a solvent by a magnet. In this case, the complex can be used for heavy metal adsorption and removal or oil adsorption and removal. The heavy metal may be a heavy metal ion. Specifically, the complex is placed in a heavy metal-containing solvent to adsorb heavy metals to the graphene-nano-particle complex, particularly graphene, and then the graphene-nano-particle complex adsorbed on the heavy metal can be separated from the solvent using a magnet have. As an example, the magnetic nanoparticles may be iron oxide. Also, the heavy metal may be chromium (ion) or lead (ion).
이 외에도, 상기 복합체는 이차전지의 음극, 약물전달, 센서 등 다양한 응용분야에 사용될 수 있다.
In addition, the composite may be used in various applications such as a cathode, a drug delivery, and a sensor of a secondary battery.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. It should be understood, however, that the following examples are intended to aid in the understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
[실험예들; Examples][Experimental Examples; Examples]
산화 흑연 제조예Production example of graphite oxide
진한 황산 (95 내지 98 wt%) 50ml를 90℃가 되도록 가열하고, K2S2O8 10g 과 P2O5 10g을 넣고 교반하면서 완전히 녹였다. 그 후, 이 용액을 80℃로 유지하면서, 이 용액에 흑연 12g을 넣고 5시간 교반하였다. 가열을 중단한 후, 2L의 증류수를 넣고 하루 동안 방치하였다. 5㎛ 공극크기 필터종이를 사용하여 과량의 3차 증류수로 세척하여 잔류하는 산을 제거하였다. 필터된 흑연은 상온에서 하룻동안 건조하였다. 진한 황산 46㎖를 플라스크에 넣고 빙점조(ice bath)에서 0℃가 되도록 한 후, 건조된 흑연 2g과 질산나트륨 1g를 넣고 교반하였다. 여기에 KMnO4 6g을 온도가 10℃가 넘지 않도록 매우 천천히 넣은 후, 35℃에서 2시간 반응시키고, 증류수 92㎖를 50℃가 넘지 않도록 천천히 넣었다. 다시, 증류수 280㎖를 넣은 후 과산화수소(30wt%) 8㎖를 넣어주면 거품이 생기면서 용액의 색이 밝은 노란색으로 변하였다. 교반을 멈추고 하룻 동안 방치한 후 맑은 상등액만 따라 버렸다. 그 후, 원심분리법을 이용하여 잔류하는 불순물을 4M 염산과 증류수로 세척하여 산화흑연을 제조하였다. 이 후, 결과물을 다시 원심분리한 후 상등액을 취하여, 다양한 크기와 두께를 나타내는 산화흑연으로부터 층수가 적고 비교적 균일한 크기를 갖는 산화흑연을 얻었다.
50 ml of concentrated sulfuric acid (95 to 98 wt%) was heated to 90 ° C, and 10 g of K 2 S 2 O 8 and 10 g of P 2 O 5 were added and completely dissolved while stirring. Then, while maintaining the solution at 80 캜, 12 g of graphite was added to this solution, and the mixture was stirred for 5 hours. After the heating was stopped, 2 L of distilled water was added and allowed to stand for one day. The residual acid was removed by washing with an excess of tertiary distilled water using 5 mu m pore size filter paper. The filtered graphite was dried at room temperature for one day. 46 ml of concentrated sulfuric acid was placed in a flask and cooled to 0 ° C in an ice bath. Then, 2 g of dried graphite and 1 g of sodium nitrate were added and stirred. 6 g of KMnO 4 was added very slowly so that the temperature did not exceed 10 ° C, followed by reaction at 35 ° C for 2 hours, and 92 ml of distilled water was added slowly so as not to exceed 50 ° C. Again, 280 ml of distilled water was added, and 8 ml of hydrogen peroxide (30 wt%) was added to the solution. The stirring was stopped, left for one day, and then discarded with clear supernatant. Thereafter, residual impurities were washed with 4M hydrochloric acid and distilled water using a centrifugal separation method to prepare graphite oxide. After that, the resultant was centrifuged again, and the supernatant was taken to obtain graphite oxide having a relatively uniform size and a small number of layers from graphite oxide having various sizes and thicknesses.
도 3a 및 도 3b은 각각 제조된 산화흑연 표면을 원자간력 현미경(AFM)을 사용하여 측정한 결과를 나타내는 사진과 그래프이다.FIG. 3A and FIG. 3B are photographs and graphs showing the results of measurements of the graphite oxide surface produced using an atomic force microscope (AFM), respectively.
도 3a 및 도 3b을 참조하면, 산화흑연 제조예를 통해 제조된 산화흑연은 약 1~10 ㎛의 크기를 가지며, 두께는 1.3 ㎚로 측정되었다.
Referring to FIGS. 3A and 3B, the graphite oxide produced through the graphite oxide production process has a size of about 1 to 10 μm and a thickness of 1.3 nm.
그래핀-나노입자 복합체 제조예 1Graphene-nanoparticle complex Preparation Example 1
산화흑연 제조예로부터 얻어진 1㎎/㎖의 농도를 갖는 산화흑연 수분산액을 준비하였다. 준비된 분산액 10㎖에 입자크기가 약 50㎚인 파우더 형태인 Fe3O4 입자 90㎎을 넣어 혼합물을 만들었다. 이 후, 배쓰 형태의 초음파 분해기(bath sonicator)를 사용하여 혼합물을 30분간 초음파 처리하여, 그래핀-나노입자 복합체를 제조하였다.
A graphite oxide aqueous dispersion having a concentration of 1 mg / ml obtained from the production of graphite oxide was prepared. 90 mg of Fe 3 O 4 particles in powder form having a particle size of about 50 nm were added to 10 ml of the prepared dispersion to prepare a mixture. Thereafter, the mixture was ultrasonicated for 30 minutes using a bath type sonicator to prepare a graphene-nanoparticle composite.
그래핀-나노입자 복합체 제조예 2Graphene-nanoparticle complex Preparation Example 2
산화흑연 제조예로부터 얻어진 1㎎/㎖의 농도를 갖는 산화흑연 수분산액을 준비하였다. 한편, 입자크기가 5 nm이고, 코어인 Fe3O4 입자에 올레산(oleic acid) 쉘을 갖는 나노입자가 톨루엔에 5㎎/㎖ 농도로 분산된 나노입자 분산액을 원심분리하여 나노입자 10㎎이 포함된 침전물을 수득하였다. 톨루엔이 소량 포함된 이 침전물을 메탄올과 물이 5:1 비율로 섞인 용매에 혼합한 후, 상기 준비된 산화흑연 수분산액 1㎖와 혼합하고 초음파 분해기(bath sonicator)를 사용하여 혼합물을 30분간 초음파 처리하여, 그래핀-나노입자 복합체를 제조하였다.
A graphite oxide aqueous dispersion having a concentration of 1 mg / ml obtained from the production of graphite oxide was prepared. On the other hand, a nanoparticle dispersion having a particle size of 5 nm and nanoparticles having an oleic acid shell in a core of Fe 3 O 4 and dispersed in toluene at a concentration of 5 mg / ml was centrifuged to obtain 10 mg of nanoparticles The precipitate contained was obtained. This precipitate containing a small amount of toluene was mixed with a solvent in which methanol and water were mixed at a ratio of 5: 1, mixed with 1 ml of the prepared graphite oxide aqueous dispersion, and the mixture was ultrasonicated for 30 minutes using a sonicator To prepare a graphene-nanoparticle composite.
그래핀-나노입자 복합체 제조예 3Graphene-nanoparticle complex Preparation Example 3
입자크기가 10nm인 나노입자를 사용한 것을 제외하고는 그래핀-나노입자 복합체 제조예 2와 동일한 방법을 사용하여 그래핀-나노입자 복합체를 제조하였다.
A graphene-nanoparticle composite was prepared using the same method as in Preparation Example 2 of the graphene-nano-particle composite except that the nanoparticles having a particle size of 10 nm were used.
그래핀-나노입자 복합체 제조예 4Graphene-nanoparticle complex Preparation Example 4
입자크기가 20nm인 나노입자를 사용한 것을 제외하고는 그래핀-나노입자 복합체 제조예 2와 동일한 방법을 사용하여 그래핀-나노입자 복합체를 제조하였다.
A graphene-nanoparticle composite was prepared using the same method as in Preparation Example 2 of the graphene-nano-particle composite except that the nanoparticles having a particle size of 20 nm were used.
도 4는 그래핀-나노입자 복합체 제조예 1에서 얻어진 그래핀-나노입자 복합체 분산액을 촬영한 사진들이다.Fig. 4 is a photograph of the graphene-nano-particle composite dispersion obtained in Production Example 1 of the graphene-nano-particle composite.
도 4를 참조하면, 그래핀-나노입자 복합체 분산액 옆에 자석을 배치시키지 않은 경우의 그래핀-나노입자 복합체 분산액은 불투명해지기는 하였지만, 나노입자 투입 직후와는 달리 바닥으로 가라앉은 고형물이 없는 것을 확인할 수 있다. 이 후, 그래핀-나노입자 복합체 분산액 옆에 자석을 배치시킨 경우 자력에 의해 복합체가 자석이 배치된 면으로 모이게 됨을 확인할 수 잇다. 이에 따라, 자석과 멀리 떨어진 부분은 투명하게 변화함을 알 수 있다. 또한, 자석을 제거한 경우에는 본래의 상태로 되돌아감을 확인하였으며, 자석의 유무에 의해 이러한 현상을 반복적으로 구현가능하였다. 이는 산화그래핀과 나노입자 즉, 산화철 나노입자가 수용액중에서 강한 복합체를 이루고 있음을 의미한다.
4, the dispersion of graphene-nanoparticle composites in the absence of a magnet disposed adjacent to the graphene-nanoparticle composite dispersion was opaque, but unlike the nanoparticles immediately after the injection of the nanoparticles, . Thereafter, when the magnet is arranged next to the dispersion of the graphen-nano-particle composite, it can be confirmed that the composite is gathered on the surface where the magnets are arranged by the magnetic force. As a result, it can be seen that the portion far from the magnet changes in transparency. In addition, when the magnet is removed, it is confirmed that it returns to the original state, and this phenomenon can be repeatedly implemented by the presence of the magnet. This means that the graphene grains and the nanoparticles, that is, the iron oxide nanoparticles, form a strong complex in the aqueous solution.
도 5는 산화그래핀과 그래핀-나노입자 복합체 제조예 1에서 얻어진 그래핀-나노입자 복합체 분산액의 표면 이미지를 촬영한 SEM 이미지들(A, C)과 TEM 이미지들(B, D)이다.FIG. 5 is SEM images (A, C) and TEM images (B, D) of surface images of the graphene-nano-particle composite dispersion obtained in Preparation Example 1 of graphene oxide and graphene-
도 5를 참조하면, 복합체 형성 전 산화그래핀(50)의 표면(A, B)에 접히거나 주름진 곳이 나타나는 데, 이는 산화에 따른 구조의 변형과 기능기에 의해 박막이 접히거나 굽어지기 때문인 것으로 파악된다. 그래핀-나노입자 복합체의 표면(B, C)을 살펴보면, 나노입자가 결합됨에 따라 그래핀의 해당 부분이 약간씩 접히고 있음을 알 수 있다. 이는 그래핀과 나노입자 사이의 접합이 이루어진 것을 의미할 수 있다.
Referring to FIG. 5, folds or corrugations appear on the surfaces A and B of the
도 6은 그래핀-나노입자 복합체 제조예 3에서 얻어진 그래핀-나노입자 복합체 분산액의 표면 이미지를 촬영한 TEM 이미지들이다. 도 7은 그래핀-나노입자 복합체 제조예 4에서 얻어진 그래핀-나노입자 복합체 분산액의 표면 이미지를 촬영한 TEM 이미지들이다.FIG. 6 shows TEM images of the surface images of the graphene-nanoparticle composite dispersion obtained in Preparation Example 3 of graphene-nanoparticle composite. FIG. 7 shows TEM images of the surface images of the graphene-nano-particle composite dispersion obtained in Production Example 4 of the graphene-nano-particle composite.
도 6 및 도 7을 참조하면, 나노입자의 크기에 상관없이 그래핀과 복합체를 형성하였음을 알 수 있다.
Referring to FIGS. 6 and 7, it can be seen that the nanoparticles were complexed with graphene regardless of the size of the nanoparticles.
그래핀-나노입자 복합체를 사용한 CrCr using a graphene-nanoparticle complex 6+6+ 흡착예 Adsorption example
물 1000㎖에 K2Cr2O7 2.829g를 녹여 제조한 크롬 함량이 1g/L인 크롬저장용액을 100배 희석하여 크롬 함량이 10 ㎖/L이 되도록 하였다. 이 용액을 0.01 또는 0.1 mol/L NaOH 또는 HNO3를 사용하여 pH 5.3으로 조정한 후, 4개의 50 mL 팔콘 튜브(Falcon Tube)에 40㎖씩 분취하였다. 각 팔콘 튜브에 34mg NaNO3를 투입하여 용액 내에 NaNO3가 0.01M이 되도록 하였다. 이 후, 각 팔콘 튜브에 상기 그래핀-나노입자 복합체 제조예 1에서 얻어진 복합체 16㎎을 넣고, 팔콘 튜브들을 0분, 30분, 5시간, 및 24시간동안 150rpm으로 각각 흔든 후에, 팔콘 튜브를 하나씩 꺼내서, 0.20㎛의 셀룰로오스 아세테이트 필터(cellulose acetate filter)를 사용하여 그래핀-나노입자 복합체를 제거하였다. 이 후, UV-vis 분광광도계를 사용하여 UV 흡광도를 측정하여 용액 내 Cr6+ 농도를 측정하였다.
The chromium storage solution having a chromium content of 1 g / L, prepared by dissolving 2.829 g of K 2 Cr 2 O 7 in 1000 ml of water, was diluted 100-fold to a chromium content of 10 ml / L. This solution was adjusted to pH 5.3 with 0.01 or 0.1 mol / L NaOH or HNO 3 , and 40 mL of each solution was collected into four 50 mL Falcon Tube. 34 mg NaNO 3 was added to each falcon tube so that NaNO 3 was 0.01 M in the solution. Thereafter, 16 mg of the complex obtained in Preparation Example 1 of graphene-nanoparticle complex was placed in each falcon tube, and the falcon tubes were shaken at 150 rpm for 0 minute, 30 minutes, 5 hours, and 24 hours, One by one, graphene-nanoparticle complexes were removed using 0.20 탆 cellulose acetate filter. Thereafter, the UV absorbance was measured using a UV-vis spectrophotometer to measure the Cr 6+ concentration in the solution.
도 8은 크롬 저장액 내에 그래핀-나노입자 복합체를 넣은 후 시간에 따라 크롬이 제거되는 분율을 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the fraction of chromium removed with time after the graphene-nanoparticle composite is put in a chrome storage liquid.
도 8을 참조하면, 그래핀-나노입자 복합체에 의해 크롬 이온이 30분 동안 1.4㎎/g (6.2wt%), 5시간 동안 1.8㎎/g (7.5wt%), 24시간 동안 2.2㎎/g (9.5wt%) 흡착되어 제거됨을 알 수 있다.
Referring to FIG. 8, it can be seen that the chromium ions are released from the graphene-nanoparticle complex at 1.4 mg / g (6.2 wt%) for 30 minutes, 1.8 mg / g (7.5 wt% (9.5 wt%) adsorbed and removed.
그래핀-나노입자 복합체를 사용한 Pb 흡착예Pb adsorption example using graphene-nanoparticle complex
Pb 표준용액(Pb 함량: 1 ㎎/㎖)을 사용하여 Pb함량 40㎍/㎖의 Pb 용액을 만들었다. 상기 그래핀-나노입자 복합체 제조예 1에서 얻어진 복합체를 사용하여 1.6 mg/mL의 복합체 수분산액을 제조하였다. 6개의 50 mL 팔콘 튜브(Falcon Tube) 각각에 준비한 Pb 용액 20㎖, 상기 복합체 수분산액 10㎖, 및 3차 증류수 10㎖을 넣었다. 이 후, 0.01 또는 0.1 mol/L NaOH 또는 HNO3를 사용하여, 팔콘 튜브들 내의 용액의 pH을 1.28, 2.98, 5, 7.02, 8.9, 및 10.96으로 각각 조정하였다. 그 후, 팔콘 튜브들을 3시간 동안 150rpm으로 흔들어주고 자석을 이용하여 Pb가 흡착된 복합체를 제거하였다. 복합체가 제거된 용액의 Pb 농도를 전압전류법(Voltammetry, 797 VA Computrace, metrohm)를 사용하여 측정하였다.
Pb standard solution (Pb content: 1 mg / ml) was used to prepare a Pb solution having a Pb content of 40 占 퐂 / ml. The composite water dispersion of 1.6 mg / mL was prepared using the complex obtained in Preparation Example 1 of the graphene-nano-particle composite. 20 ml of the Pb solution prepared in each of the six 50-mL Falcon Tube, 10 ml of the above complex water dispersion, and 10 ml of the third distilled water were placed. Thereafter, 0.01 or 0.1 using mol / L NaOH or HNO 3, the pH of the solution in the Falcon tube was adjusted respectively to 1.28, 2.98, 5, 7.02, 8.9, and 10.96. Then, the falcon tubes were shaken at 150 rpm for 3 hours, and the complex to which Pb adsorbed was removed using a magnet. The concentration of Pb in the solution from which the complex was removed was measured using a voltammetry (Voltammetry, 797 VA Computrace, metrohm).
도 9는 납 저장액 내에 그래핀-나노입자 복합체를 넣고 Ph를 조절하여 Ph에 따라 납이 제거되는 분율을 나타낸 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing the percentage of lead removed by pH control by adding a graphene-nanoparticle composite into a lead storage solution. FIG.
도 9를 참조하면, 용액이 산성일 때보다 염기성일 때 복합체 에 흡착되는 Pb양이 더 많은 것으로 나타났다. 이에 더하여, pH 11에서 가장 높은 흡착률 (93.38%)을 나타냈다.
Referring to FIG. 9, the amount of Pb adsorbed on the composite was found to be higher when the solution was basic than when the solution was acidic. In addition, it showed the highest adsorption rate (93.38%) at pH 11.
그래핀-나노입자 복합체를 사용한 Pb 흡착예Pb adsorption example using graphene-nanoparticle complex
Pb 표준용액(Pb 함량: 1 ㎎/㎖)을 사용하여 Pb함량 40㎍/㎖의 Pb 용액을 만들었다. 상기 그래핀-나노입자 복합체 제조예 1에서 얻어진 복합체를 사용하여 1.6 mg/mL의 복합체 수분산액을 제조하였다. 5개의 50 mL 팔콘 튜브(Falcon Tube) 각각에 준비한 Pb 용액 20㎖, 상기 복합체 수분산액 10㎖, 및 3차 증류수 10㎖을 넣었다. 이 후, 0.01 또는 0.1 mol/L NaOH 또는 HNO3를 사용하여, 팔콘 튜브들 내의 용액의 pH을 5.8로 조정하였다. 그 후, 팔콘 튜브들을 0, 0.5, 1, 3, 및 5시간 동안 150rpm으로 각각 흔들어주고 자석을 이용하여 Pb가 흡착된 복합체를 제거하였다. 복합체가 제거된 용액의 Pb 농도를 전압전류법(Voltammetry, 797 VA Computrace, metrohm)를 사용하여 측정하였다.
Pb standard solution (Pb content: 1 mg / ml) was used to prepare a Pb solution having a Pb content of 40 占 퐂 / ml. The composite water dispersion of 1.6 mg / mL was prepared using the complex obtained in Preparation Example 1 of the graphene-nano-particle composite. 20 ml of the Pb solution prepared in each of five 50-ml Falcon Tube, 10 ml of the above complex water dispersion, and 10 ml of distilled water were placed. Thereafter, using a 0.01 or 0.1 mol / L NaOH or HNO 3, it was adjusted to a pH of the solution in the Falcon tube at 5.8. Then, the falcon tubes were shaken at 150 rpm for 0, 0.5, 1, 3, and 5 hours, respectively, and the Pb adsorbed complex was removed using a magnet. The concentration of Pb in the solution from which the complex was removed was measured using a voltammetry (Voltammetry, 797 VA Computrace, metrohm).
도 10은 납 저장액 내에 그래핀-나노입자 복합체를 넣은 후 시간에 따라 납이 제거되는 분율을 나타낸 그래프이다.FIG. 10 is a graph showing the fraction of lead removed in time after putting the graphene-nanoparticle composite into a lead storage solution.
도 10을 참조하면, 5시간 후 흡착률은 68.48%로 나타났다. 30분간의 반응에서도 흡착률은 45% 이상으로 대부분 초기에 흡착되는 것으로 관찰되었고, 초기 반응 이후에는 시간에 따라 흡착률이 조금씩 증가하고 있는 것을 알 수 있다Referring to FIG. 10, the adsorption rate after 5 hours was 68.48%. The adsorption rate was found to be more than 45% even in the reaction for 30 minutes, and it was found that the adsorption rate slightly increased with time after the initial reaction
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, This is possible.
Claims (13)
상기 산화흑연과 상기 소수성 표면을 갖는 나노입자를 친수성 용매 내에 넣고 교반하여, 상기 산화흑연을 산화그래핀들로 박리하면서 상기 산화그래핀들에 상기 나노입자를 결합시키는 단계를 포함하는 그래핀-나노입자 복합체 제조방법.Preparing nanoparticles having oxidized graphite and a hydrophobic surface; And
Mixing the nanoparticles with the oxidized graphite and the hydrophobic surface in a hydrophilic solvent and stirring the nanoparticles with the oxidized graphite while peeling the graphite with oxidized graphene, Gt;
상기 산화그래핀과 상기 나노입자는 소수성 결합하는 그래핀-나노입자 복합체 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the graphene oxide and the nanoparticles are hydrophobic bonded.
상기 소수성 표면을 갖는 나노입자는 코어-쉘 구조를 갖고, 상기 쉘은 소수성을 나타내는 그래핀-나노입자 복합체 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the nanoparticles having the hydrophobic surface have a core-shell structure and the shell exhibits hydrophobicity.
상기 나노입자의 코어는 금속입자, 금속산화물입자, 또는 반도체입자인 그래핀-나노입자 복합체 제조방법.The method of claim 3,
Wherein the core of the nanoparticles is a metal particle, a metal oxide particle, or a semiconductor particle.
상기 교반단계 전에, 상기 산화흑연을 친수성 용매를 사용하여 스웰링시키는 단계를 더 포함하는 그래핀-나노입자 복합체 제조방법.The method according to claim 1,
Further comprising the step of swelling the graphite oxide with a hydrophilic solvent before the stirring step.
상기 친수성 용매는 물 또는 알코올인 그래핀-나노입자 복합체 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the hydrophilic solvent is water or an alcohol.
상기 교반은 고압균질기 또는 초음파기를 사용하여 수행하는 그래핀-나노입자 복합체 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the stirring is performed using a high-pressure homogenizer or an ultrasonic machine.
상기 산화그래핀의 소수성 영역에 소수성 결합되고 소수성 표면을 갖는 나노입자를 포함하는 그래핀-나노입자 복합체.Graphene oxide having a hydrophobic region and a hydrophilic region; And
Wherein the graphene-nanoparticle complex comprises a nanoparticle hydrophobically bonded to the hydrophobic region of the oxidized graphene and having a hydrophobic surface.
상기 소수성 표면을 갖는 나노입자는 코어-쉘 구조를 갖고, 상기 쉘은 소수성을 나타내는 그래핀-나노입자 복합체.9. The method of claim 8,
Wherein the nanoparticle having the hydrophobic surface has a core-shell structure and the shell exhibits hydrophobicity.
상기 나노입자의 코어는 금속입자, 금속산화물입자, 또는 반도체입자인 그래핀-나노입자 복합체.10. The method of claim 9,
Wherein the core of the nanoparticle is a metal particle, a metal oxide particle, or a semiconductor particle.
상기 나노입자의 코어는 자성입자인 그래핀-나노입자 복합체.10. The method of claim 9,
Wherein the core of the nanoparticle is a magnetic particle.
상기 중금속이 흡착된 그래핀-나노입자 복합체를 용매로부터 분리하는 단계를 포함하는 중금속 제거방법.Graphene oxide having a hydrophobic region and a hydrophilic region; And graphene-nanoparticle complexes comprising nanoparticles having a hydrophobic surface that is hydrophobically bonded to hydrophobic regions of the graphene oxide, the nanoparticles being adsorbed on a graphene-nanoparticle composite by placing the graphene-nanoparticle complex in a heavy metal-containing solvent; And
And separating the heavy metal-adsorbed graphene-nanoparticle composite from the solvent.
상기 나노입자는 코어-쉘 구조를 갖고, 상기 쉘은 소수성을 나타내며, 상기 코어는 자성입자이고,
상기 중금속이 흡착된 그래핀-나노입자 복합체를 용매로부터 분리하는 것은 자석을 이용하는 중금속 제거방법.13. The method of claim 12,
Wherein the nanoparticles have a core-shell structure, the shell exhibits hydrophobicity, the core is a magnetic particle,
The method for separating heavy metal-adsorbed graphene-nanoparticle complex from a solvent is a method for removing heavy metals using a magnet.
Priority Applications (1)
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