KR20150122316A - A method and apparatus for manufacturing graphite oxide dispersion liquid with high production yield rate and reproducibility - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 생성되는 산화흑연에 초음파를 가해 산화흑연을 분산하여 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액의 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a process for producing an oxidized graphite dispersion liquid and an apparatus for producing the same, in which graphite oxide is produced by dispersing graphite oxide by applying ultrasonic waves to the graphite oxide.
흑연은 탄소로 이루어진 광물이며, 탄소 동소체의 하나로, 육방정계에 속하는 판 모양의 결정을 이루며, 검은색을 띠고 금속광택이 있다. 인공적으로 대량 생산도 가능하며, 전기가 잘 통하고 녹는점이 높아 전극이나 원자로의 중성자 감속재로 쓰이며, 연필심, 연마제, 건전지 등에도 사용된다.Graphite is a carbonaceous minerals, one of carbon isotopes, which form plate-like crystals belonging to the hexagonal system, with a black color and a metallic luster. It can be mass produced artificially, has good electricity and has a high melting point. It is used as moderator for neutrons of electrodes and reactors. It is also used for pencil lead, abrasive, and battery.
상기 흑연으로 제조되는 산화흑연 분산액은 화학적으로 산화시킨 산화흑연입자가 액상에 균일하게 분산된 상태이며, 이것은 그래핀을 제조하거나 고분자 재료에 첨가하여 복합재료의 성능을 향상시키는 용도 등에 활용할 수 있다.The oxidized graphite dispersion prepared from the graphite is in a state in which oxidized graphite particles are uniformly dispersed in a liquid phase and can be utilized for the purpose of improving the performance of a composite material by preparing graphene or adding it to a polymer material.
종래 기술의 화학적 산화방식으로 산화흑연 분산액을 제조하는 방법은 여러 가지 약제의 조합, 반응공정의 변화 등과 같은 방법으로 다양하게 제시되어 왔으나, 일부는 실험실적 소량 단위의 제조 방법이기 때문에 생산성이 낮고, 일부는 생산되는 산화흑연 분산액의 순도 및 생산수율이 낮기 때문에 실제 생산에 적용하기에 적합하지 않다.The method of producing a graphite oxide dispersion by a chemical oxidation method of the prior art has been variously proposed by a combination of various agents and a change of a reaction process, Some of them are not suitable for practical production because of the low purity and production yield of the produced graphite oxide dispersion.
대한민국 등록특허 제1265709호에서는 다단의 연속회분반응기에서 초기 산화제 첨가가 이루어지고, 흑연의 산화반응중 과열폭발의 위험 구간은 열교환기 내에 장입된 튜브형 반응기를 사용하여 온도를 국지적으로 정밀하게 조정하고 초음파 처리를 통해 산화제의 흑연 층간 침투 효과를 높이고 위험 구간을 벗어난 추가 반응 구역에서는 연속교반탱크를 사용하여 산화흑연을 제조하는 방법에 대하여 개시하고 있다. In Korean Patent No. 1265709, the initial oxidizer addition is performed in a multi-stage continuous batch reactor, and the dangerous period of the superheat explosion during the oxidation reaction of graphite is precisely adjusted locally using the tubular reactor charged in the heat exchanger, Discloses a method for increasing graphite intercalation effect of an oxidizing agent through treatment and producing graphite oxide by using a continuous stirring tank in an additional reaction zone outside a danger zone.
상기 등록특허 제1265709호는 연속 생산공정이라는 장점을 내세우고 있지만, 다단의 연속회분반응기를 사용하므로 공정 및 장치가 복잡하며, 산화제가 첨가된 흑연 슬러리는 농도가 높기 때문에 다단의 연속회분반응기의 각 단계 통과 시에 잔류물이 남거나 원활한 이송이 어려워 생산수율이 떨어지고 공정 정대가 발생할 가능성이 높다. 또한 이러한 문제 때문에 생산 로트별로 농도 등의 균일성을 확보하기가 어려운 문제가 있었다.
However, since the multi-stage continuous batch reactor is used, the process and the apparatus are complicated, and since the graphite slurry to which the oxidizer is added has a high concentration, There is a high possibility that the production yield will be lowered and the manufacturing process is likely to occur due to the difficulty of smooth transfer or residue remaining at the time of passing. In addition, there is a problem that it is difficult to ensure the uniformity of concentration and the like for each production lot because of such a problem.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 생산 로트별 편차가 적고, 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made in an effort to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a production method of a graphite oxide dispersion having a small variation in production lot and excellent production yield and reproducibility.
또한, 생산 재현성을 확보하고 높은 생산수율로 산화흑연 분산액을 효과적으로 제조할 수 있는 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액의 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is another object of the present invention to provide an apparatus for producing a graphite oxide dispersion which is excellent in production yield and reproducibility in which production reproducibility is ensured and a graphite oxide dispersion can be efficiently produced at a high production yield.
본 발명은 산화흑연 분산액의 제조방법에 있어서, 흑연을 황산에 침지 및 교반시켜 흑연을 슬러리화하는 슬러리화 단계; 상기 슬러리화된 흑연에 산화제를 투입하여 흑연을 산화시키는 산화단계; 상기 산화단계에서 온도 유지 및 분산액으로 제조하기 위해 물을 투입하는 물투입단계; 분산액 형상의 흑연에 과산화수소를 투입하여 산화반응을 종료키고 산화흑연을 형성시키는 종료단계; 상기 산화흑연에 묽은 염산을 투입하여 금속이온을 제거하는 금속이온제거단계; 상기 산화흑연을 수세하는 수세단계; 및 상기 산화흑연을 초음파 분산을 통해 균일하게 분산시키는 분산단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for producing a graphite oxide dispersion, comprising: a slurrying step of slurrying graphite by immersing and stirring graphite in sulfuric acid; An oxidizing step of oxidizing graphite by injecting an oxidizing agent into the slurried graphite; A water injection step of supplying water for maintaining the temperature and the dispersion in the oxidation step; An ending step of adding hydrogen peroxide to the graphite in the form of dispersion to terminate the oxidation reaction to form graphite oxide; Removing metal ions by adding dilute hydrochloric acid to the graphite oxide; Washing the oxidized graphite with water; And a dispersion step of uniformly dispersing the graphite oxide by ultrasonic dispersion. The present invention provides a method for producing a graphite oxide dispersion having excellent production yield and reproducibility.
또한, 본 발명은 산화흑연 분산액의 제조장치에 있어서, 흑연과 황산이 혼합 및 교반되어 산화흑연이 생성되는 반응조; 상기 반응조를 교반시키는 쉐이킹 배스(shaking bath); 상기 반응조에 결합되어 수세용 물을 공급 및 배출하는 수세장치; 및 상기 산화흑연을 초음파 분산을 시킬 수 있는 초음파 분산장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조장치를 제공한다.Further, the present invention provides an apparatus for producing a graphite oxide dispersion, comprising: a reaction tank in which graphite and sulfuric acid are mixed and stirred to produce graphite oxide; A shaking bath for stirring the reaction tank; A flushing device coupled to the reaction tank for supplying and discharging water for cleaning; And an ultrasonic dispersing device capable of ultrasonic dispersion of the oxidized graphite. The present invention also provides an apparatus for producing a graphite oxide dispersion having excellent production yield and reproducibility.
또한, 상기 반응조는 하단으로는 쉐이킹 배스와 결합 및 분리가 가능하도록 형성되고, 상단으로 수세장치와 결합 및 분리가 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조장치를 제공한다.The present invention also provides an apparatus for producing a graphite oxide dispersion having excellent production yield and reproducibility, characterized in that the reaction tank is formed at the lower end so as to be able to be combined with and separated from the shaking bath, do.
또한, 상기 쉐이킹 배스는 좌우로 왕복하여 반응조를 교반시키는 것을 특징으로 하는 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조장치를 제공한다.Also, the shaking bath reciprocates right and left to stir the reaction tank, and provides an apparatus for producing a graphite oxide dispersion having excellent production yield and reproducibility.
또한, 상기 수세장치는 수세용 물을 공급하는 공급관 및 수세된 물이 배출되는 배출관이 형성되는 것을 특징으로 하는 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조장치를 제공한다.The present invention also provides an apparatus for producing a graphite oxide dispersion having excellent production yield and reproducibility, comprising a supply pipe for supplying water for washing and a discharge pipe for discharging washed water.
또한, 상기 초음파 분산장치는 상기 반응조에서 생산된 산화흑연을 순환시키면서 초음파 분사기를 이용하여 산화흑연을 분산시키는 것을 특징으로 하는 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조장치를 제공한다.In addition, the ultrasonic dispersing apparatus disperses graphite using an ultrasonic injector while circulating the graphite produced in the reaction tank, and provides an apparatus for producing a graphite oxide dispersion having excellent production yield and reproducibility.
또한, 상기 초음파 분산장치에 순환식 냉각장치가 형성되는 것을 특징으로 하는 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조장치를 제공한다.
The present invention also provides an apparatus for producing a graphite oxide dispersion having excellent production yield and reproducibility, wherein a circulating cooling device is formed in the ultrasonic dispersing device.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, it should be noted that, in the drawings, the same components or parts are denoted by the same reference numerals whenever possible. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted so as to avoid obscuring the subject matter of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
As used herein, the terms " about, "" substantially, "" etc. ", when used to refer to a manufacturing or material tolerance inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure.
도 1은 본 발명에 따른 산화흑연 분산액 제조방법를 나타낸 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 산화흑연 분산액 제조장치의 반응조와 쉐이킹 배스를 나타낸 모식도이며, 도 3은 본 발명에 따른 산화흑연 분산액 제조장치의 반응조와 수세장치를 나타낸 모식도이고, 도 4는 본 발명에 따른 산화흑연 분산액 제조장치의 반응조와 초음파 분산장치를 나타낸 모식도이다.2 is a schematic view showing a reaction vessel and a shaking bath of an apparatus for producing an oxidized graphite dispersion according to the present invention, and FIG. 3 is a schematic view showing the apparatus for producing an oxidized graphite dispersion according to the present invention, FIG. 4 is a schematic view showing a reaction tank and an ultrasonic dispersing device of an apparatus for producing an oxidized graphite dispersion according to the present invention. FIG.
본 발명은 도 1에 나타난 바와 같이 슬러리화 단계, 산화단계, 물투입단계, 종료단계, 금속이온제거단계, 수세단계, 분산단계를 포함하여 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조방법 그의 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a graphite oxide dispersion having excellent production yield and reproducibility including a slurrying step, an oxidation step, a water input step, a termination step, a metal ion removing step, a water washing step, .
상기 슬러리화 단계는 흑연을 황산에 침지 및 교반시켜 흑연을 슬러리화하는 단계로 상기 황산은 90 중량% 이상의 농황산을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 흑연은 토상흑연, 인조흑연, 인상흑연, 팽창흑연 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합된 흑연을 사용할 수 있을 것이다.In the slurrying step, graphite is slurried by immersing and stirring the graphite in sulfuric acid. Preferably, the sulfuric acid is at least 90 wt% of concentrated sulfuric acid. The graphite may be at least one selected from the group consisting of earth graphite, artificial graphite, impression graphite, Any one or two or more blended graphite may be used.
상기 흑연과 황산의 혼합비는 흑연 대 황산을 중량비는 1:2 내지 1:100으로 혼합하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1:4 내지 1:30로 혼합하는 것이다.The weight ratio of graphite to sulfuric acid is preferably 1: 2 to 1: 100, more preferably 1: 4 to 1:30.
상기 흑연과 황산을 혼합 후, 30~360분간, 바람직하게는 30~240분간 교반하여 흑연을 슬러리화한다.After the graphite and sulfuric acid are mixed, the graphite is slurried by stirring for 30 to 360 minutes, preferably 30 to 240 minutes.
상기 산화단계는 상기 슬러리화된 흑연에 산화제를 투입하여 흑연을 산화시키는 단계로 상기 산화제는 과망간산 또는 과망간산염을 사용하는 것이 바람직할 것이다.In the oxidizing step, graphite may be oxidized by injecting an oxidizing agent into the slurried graphite, and the oxidizing agent may be preferably a permanganic acid or a permanganate.
상기 산화제는 흑연 대 산화제를 중량비 1:2 내지 1:100으로 산화제를 투입하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 중량비 1:4 내지 1:30로 산화제를 투입하는 것이다.Preferably, the oxidizing agent is a mixture of graphite and an oxidizing agent in a weight ratio of 1: 2 to 1: 100, more preferably an oxidizing agent in a weight ratio of 1: 4 to 1:30.
상기 산화단계는 산화단계에서 온도를 20~90℃, 바람직하게는 30~60℃로 일정하게 유지하면서 30~360분간, 더욱 바람직하게는 30~240분간 반응시켜 흑연을 산화시키는 것이다.The oxidation is performed in the oxidation step for 30 to 360 minutes, more preferably 30 to 240 minutes, while maintaining the temperature at 20 to 90 ° C, preferably 30 to 60 ° C, to oxidize the graphite.
상기 물투입단계는 상기 산화단계에서 온도 유지를 시키고 분산액으로 제조를 위해 물을 투입하는 단계이다.The water injecting step is a step of maintaining the temperature in the oxidation step and introducing water for production into a dispersion liquid.
상기 물투입단계는 온도를 20~90℃로 유지시키면서, 물을 1~3초 간격으로 0.01~0.1㎖씩 지속적으로 투입하며, 흑연 대 물을 중량비 1:10 내지 1:100이 되도록 과량의 물을 투입한다.The water is continuously supplied at a rate of 0.01 to 0.1 ml at intervals of 1 to 3 seconds while the temperature is maintained at 20 to 90 ° C and excess water is added to the graphite to water in a weight ratio of 1:10 to 1: .
상기 물투입단계는 상기 온도가 유지되는 범위 내에서 물의 투입량을 증가시키는 것이 바람직할 것이다.It is preferable that the water injecting step increases the amount of water input within a range where the temperature is maintained.
상기 종료단계는 분산액 형상의 흑연에 과산화수소를 투입하여 산화반응을 종료키고 산화흑연을 형성시키는 단계이다.The ending step is a step of adding hydrogen peroxide to graphite in the form of a dispersion to terminate the oxidation reaction to form graphite oxide.
상기 종료단계에서 사용되는 상기 과산화수소의 농도는 5~50중량%인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 과산화수소의 농도는 10~40중량%이다.The concentration of the hydrogen peroxide used in the termination step is preferably 5 to 50% by weight, more preferably 10 to 40% by weight.
상기 종료단계는 흑연 대 과산화수소를 중량비 1:2 내지 1:100으로 혼합하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1:4 내지 1:30로 혼합하는 것이다.In the ending step, graphite to hydrogen peroxide is preferably mixed in a weight ratio of 1: 2 to 1: 100, more preferably 1: 4 to 1:30.
상기 금속이온제거단계는 상기 산화흑연에 묽은 염산을 투입하여 금속이온을 제거하는 단계이다.In the metal ion removing step, dilute hydrochloric acid is added to the graphite oxide to remove metal ions.
상기 금속이온제거단계에서 사용되는 묽은 염산의 농도는 5~30중량%인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10~20중량%이다.The concentration of diluted hydrochloric acid used in the metal ion removing step is preferably 5 to 30 wt%, more preferably 10 to 20 wt%.
상기 금속이온제거단계는 흑연 대 묽은 염산을 중량비 1:50 내지 1:300으로 혼합하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1:70 내지 1:150이로 혼합하는 것이다.In the metal ion removing step, the graphite to diluted hydrochloric acid is mixed in a weight ratio of 1:50 to 1: 300, more preferably 1:70 to 1: 150.
상기 수세단계는 상기 산화흑연을 수세하는 단계로 상기 산화흑연의 pH가 4~7이 될 때까지 산화흑연을 물로 수세하는 단계이다.The washing step is a step of washing the oxidized graphite with water and washing the oxidized graphite with water until the pH of the oxidized graphite becomes 4-7.
상기 수세단계는 산화흑연과 물의 부피비는 1:5 내지 1:100이 되도록 물을 투입하고 1분 내지 5분간 교반시켜 산화흑연을 수세할 수 있으며, 상기 산화흑연의 pH가 4~7이 될 때까지 물투입과 교반을 반복적으로 실시하는 것이 바람직할 것이다.In the water washing step, water is added so that the volume ratio of graphite oxide and water is 1: 5 to 1: 100, and the graphite oxide is washed by stirring for 1 minute to 5 minutes. When the pH of the graphite oxide is 4 to 7 It is preferable to repeatedly carry out water addition and stirring.
상기 분산단계는 상기 산화흑연을 초음파 분산을 통해 균일하게 분산시키는 단계이다.The dispersing step is a step of uniformly dispersing the graphite oxide through ultrasonic dispersion.
상기 분산단계는 산화흑연의 균일한 분산을 위해 산화흑연을 순환시키면서 초음파 분산시키는 것이 바람직할 것이다.
In the above-described dispersion step, it is preferable to disperse the graphite in an ultrasonic manner while circulating the graphite for uniform dispersion of the graphite oxide.
상기와 같은 본 발명의 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조방법을 실시하기 위한 본 발명에 따른 산화흑연 분산액의 제조장치는 도 2 내지 4에서 도시된 바와 같이 반응조 100, 쉐이킹 배스 200, 수세장치 300, 초음파 분산장치 400를 포함하여 형성될 수 있을 것이다.As shown in FIGS. 2 to 4, the apparatus for producing the graphite oxide dispersion according to the present invention for carrying out the above-described method for producing a graphite oxide dispersion having excellent production yield and reproducibility of the present invention comprises a
상기 반응조 100는 흑연과 황산이 혼합 및 교반되어 산화흑연이 생성되는 곳으로 상기 제조방법에서의 모든 단계가 반응조에서 이루어 진다.In the
상기 반응조 100는 하단으로는 쉐이킹 배스 200와 결합 및 분리가 가능하도로 형성하고, 상단으로 수세장치 300와 결합 및 분리가 가능하도록 형성하는 것이 바람직할 것이다.It is preferable that the
상기와 같이 상기 반응조 100는 쉐이킹 배스 200, 수세장치 300와 결합 및 분리되는 구성으로 하나의 반응조에서 모든 공정이 수행되어 산화흑연 분산액 제조시 제조공정을 단순화하고 로트별 편차를 최소화할 수 있을 것이다.As described above, the
본 발명의 상기 산화흑연 제조공정에서 원료와 약제가 교반되는 방식은 스크류에 의한 회전방식이 아니며, 도 2와 같이 쉐이킹 배스(shaking bath) 200에 의해 반응조 100를 좌우로 왕복하여 교반하여 일반적인 스크류 교반기로 인한 생산수율이 저하되는 것을 방지할 수 있을 것이다.In the graphite oxide production process of the present invention, the raw material and the agent are agitated by a screw, and the
상기 쉐이킹 배스 200는 반응조의 온도가 항온성을 유지하도록 온도조절장치가 더 형성되는 것이 바람직할 것이다.Preferably, the
상기 본 발명의 제조방법 중 슬러리화 단계, 산화단계, 물투입단계, 종료단계, 금속이온제거단계는 쉐이킹 배스 200에 설치된 반응조 100에서 진행하게 된다.In the manufacturing method of the present invention, the slurrying step, the oxidation step, the water injection step, the ending step, and the metal ion removing step are performed in the
상기 수세장치 300는 상기 반응조에 수세용 물을 공급 및 배출하는 장치로 도 3에 나타난 바와 같이 수세용 물을 공급하는 공급관 310 및 수세된 물이 배출되는 배출관 330이 형성되는 것이 바람직하며, 배출관 330에 진공펌프 등의 펌프 350를 이용하여 수세된 물을 배출시킬 수 있을 것이다.As shown in FIG. 3, it is preferable that the
상기 수세장치 300는 수세용 물을 이용하여 효과적으로 산화흑연을 수세할 수 있도록 물을 수용할 수 있는 충분한 크기로 형성되어야 하며, 반응조 부피에 비해 50~100배 이상의 물을 수용할 수 있도록 형성되는 것이 바람직할 것이다.The water flushing
상기 초음파 분산장치 400는 도 4에 나타난 바와 같이 상기 반응조 100에서 생선된 산화흑연을 박리시켜 균일하게 분산시키는 장치로 산화흑연 분산액을 펌프 등을 이용하여 순환시키면서 초음파 분산시킨다.As shown in FIG. 4, the
상기 초음파 분산장치 400로 산화흑연 분산액을 분산 시에도 온도가 일정하게 유지시켜야 하므로 도 4에 도시된 바와 같이 순환식 냉각장치 410를 이용하여 산화흑연 분산액이 과열되는 것을 방지할 수 있을 것이다. 초음파 분산시의 반응조 내의 온도는 20~90 ℃인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 40~70℃로 유지시키는 것이다.
Since the temperature must be maintained constant even when the oxidized graphite dispersion is dispersed in the
상기와 같이 본 발명에 따른 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액의 제조방법은 초음파 분산을 통해 제조되는 산화흑연의 분산성을 높여 산화흑연 분산액의 생산 수율을 높이고 재현성이 우수한 효과가 있다.As described above, the production method of the graphite oxide dispersion having excellent production yield and reproducibility according to the present invention has the effect of increasing the production yield of the graphite oxide dispersion by increasing the dispersibility of the graphite oxide produced through ultrasonic dispersion and having excellent reproducibility.
또한, 생산 로트별 편차가 적고, 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액의 제조장치를 제공하는 효과가 있다.
In addition, there is an effect of providing an apparatus for producing an oxidized graphite dispersion having a small variation in production lot and excellent in production yield and reproducibility.
도 1은 본 발명에 따른 산화흑연 분산액 제조방법를 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 산화흑연 분산액 제조장치의 반응조와 쉐이킹 배스를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 산화흑연 분산액 제조장치의 반응조와 수세장치를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 산화흑연 분산액 제조장치의 반응조와 초음파 분산장치를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 산화흑연 분산액의 초음파 분산장치의 출력에 따른 생산 수율을 나타낸 그래프이다.1 is a process diagram showing a process for producing an oxidized graphite dispersion according to the present invention.
2 is a schematic view showing a reaction vessel and a shaking bath of an apparatus for producing an oxidized graphite dispersion according to the present invention.
3 is a schematic view showing a reaction tank and a flushing apparatus of an apparatus for producing an oxidized graphite dispersion according to the present invention.
4 is a schematic view showing a reaction tank and an ultrasonic dispersing apparatus of an apparatus for producing an oxidized graphite dispersion according to the present invention.
5 is a graph showing the production yield according to the output of the ultrasonic dispersing apparatus of the graphite oxide dispersion according to the present invention.
다음의 실시예, 표 및 도면을 통해 본 발명의 산화흑연 분산액 제조방법 및 그 제조장치를 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 하지만, 본 발명의 범위가 제시한 실시예 및 이로부터 만들어진 변형 또는 수정발명에 제한되지 않는다는 것은 본 발명과 관련된 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실일 것이다.
The method for producing the graphite oxide dispersion of the present invention and the apparatus for producing the same will be described in more detail with reference to the following examples, tables and drawings. However, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited to the embodiments shown and modified or modified inventions made therefrom.
실시예Example
1. 슬러리화 단계1. Slurrying step
쉐이킹 배스 내에 위치한 반응조에 입자 사이즈 50mesh의 팽창흑연과 90중량% 이상의 농황산을 투입하고 60분간 교반시켰다. 이 때 흑연 대 황산 중량비는 1:10으로 하였다.Expanded graphite having a particle size of 50 meshes and 90 wt% or more of concentrated sulfuric acid were charged into a reaction vessel located in a shaking bath and stirred for 60 minutes. At this time, the weight ratio of graphite to sulfuric acid was 1:10.
2. 산화단계2. Oxidation step
흑연:과망간산염 중량비는 1:10으로 과망간산염을 반응조에 투입하고, 온도를 67~73℃로 유지시키면서 초반에 과망간산염을 0.5g 씩 점차적으로 투입하고, 상기 온도가 유지되는 범위 내에서 투입량을 증가시켰으며, 반응 시간은 80분간 반응시켰다.Graphite: The permanganate weight ratio is 1:10, the permanganate is fed into the reaction vessel, the permanganate salt is gradually introduced into the reactor at a temperature of 67 to 73 ° C in the early stage, and the amount of the feed is gradually increased And the reaction time was 80 minutes.
3. 물투입단계3. Water input step
온도를 67~73℃로 유지시키면서 초반에 0.05ml의 물을 1초 간격으로 투입하고, 상기 온도가 유지되는 범위 내에서 물의 투입량을 증가시켰다. 흑연 대 물의 중량비는 1:30이 되도록 물을 투입하였다.While keeping the temperature at 67 to 73 ° C, 0.05 ml of water was initially added at intervals of 1 second, and the amount of water was increased within the range where the temperature was maintained. Water was added so that the weight ratio of graphite to water was 1:30.
4. 종료단계4. Termination step
농도 30중량%의 과산화수소를 흑연:과산화수소 중량비 1:10으로 투입하고 교반시켰다.Hydrogen peroxide with a concentration of 30% by weight was charged at a graphite: hydrogen peroxide weight ratio of 1:10 and stirred.
5. 금속이온제거단계5. Metal ion removal step
농도 15중량%의 묽은 염산을 흑연:묽은 염산 중량비 1:100으로 투입하고 교반시켰다.Dilute hydrochloric acid having a concentration of 15% by weight was added thereto at a weight ratio of graphite: dilute hydrochloric acid of 1: 100 and stirred.
6. 수세단계6. Washing step
반응조 상단에 도 3에 도시된 수세장치와 결합하여 [0050] In the upper part of the reaction tank,
수세장치의 물 공급부 310를 통해 산화흑연과 물의 부피비가 1:50이 되도록 물을 투입하고 3분간 교반시킨 후, 수세장치의 배출부 330를 통해 진공펌르 350를 이용하여 수세 후 잔류된 물을 배출시켜 반응조에 산화흑연만을 남겼다.Water is added through the
상기 산화흑연의 pH가 5.5가 될 때까지 수세장치를 이용하여 3~4번 산화흑연을 수세하였다.
The graphite oxide was washed three to four times with a water washing apparatus until the pH of the graphite oxide reached 5.5.
7. 분산단계7. Distribution step
수세단계에서 수세된 산화흑연 분산액을 도 4에 도시된 바와 같이 펌프를 이용하여 순환시키면서 175W 출력의 초음파분산장치 400를 이용하여 초음파 분산시켰다. 이 때 순환식 냉각장치 410를 이용하여 산화흑연 분산액이 과열되는 것을 방지하였다.The graphite oxide dispersion washed in the water washing step was circulated using a pump as shown in FIG. 4, and ultrasonic dispersion was performed using an
상기 초음파 분산시의 반응조 내의 온도는 67~73℃로 유지시켰다.
The temperature in the reactor during the ultrasonic dispersion was maintained at 67 to 73 캜.
◈ 산화흑연분산액 생산수율 측정 몇 평가결과◈ Measurement of production yield of graphite oxide dispersion Several evaluation results
1. 생산수율 측정1. Production yield measurement
(1) 상기 실시예에서 제조된 산화흑연 분산액을 건조하여 건조된 산화흑연으로 형성시킨 후, 하기의 식으로 생산수율을 측정하였다.(1) The graphite oxide dispersion prepared in the above example was dried to form dried graphite oxide, and the yield of the graphite was measured according to the following equation.
생산수율=(생산 후 단위 물 부피 내의 산화흑연 중량/생산 전 단위 물 부피 내의 원료 흑연 중량) X 100Production yield = (Weight of oxidized graphite in unit volume after production / Weight of raw graphite in volume of unit volume before production)
(2) 상기의 실시예를 동일하게 총 20회 반복하여 산화흑연분산액 생산수율 측정하여 표 1에 나타내었다.(2) The same procedure as in the above example was repeated 20 times in total, and the production yield of the graphite oxide dispersion was measured and shown in Table 1.
표 1에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 산화흑연 분산액의 제조방법 및 그 제조장치를 이용하면 산화흑연 분산액의 생산 수율이 80% 이상으로 높은 생산 수율 및 재현성이 우수한 것을 알 수 있다.
As shown in Table 1, when the method for producing the graphite oxide dispersion according to the present invention and the apparatus for producing the graphite oxide dispersion according to the present invention are used, the production yield of the graphite oxide dispersion is as high as 80% or more and excellent in the production yield and reproducibility.
팽창 흑연
(50 mesh)
Expanded graphite
(50 mesh)
2. 초음파 처리단계에서의 초음파 분산장치의 출력에 따른 생산수율 평가2. Evaluation of production yield according to output of ultrasonic dispersing device in ultrasonic treatment stage
상기 실시예에서 초음파 분산장치의 출력을 35W, 70W, 175W, 350W, 525W로 각각 조절하여 산화흑연의 생산 수율을 평가하였다.In the above example, the output of the ultrasonic dispersing apparatus was adjusted to 35W, 70W, 175W, 350W, and 525W, respectively, to evaluate the production yield of graphite oxide.
도 5는 본 발명에 따른 산화흑연 분산액의 초음파 분산장치의 출력에 따른 생산 수율을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the production yield according to the output of the ultrasonic dispersing apparatus of the graphite oxide dispersion according to the present invention.
도 5에서 나타난 바와 같이 초음파 분산장치의 출력이 175W, 350W, 525W일때 산화흑연의 생산 수율이 증가하는 것을 알 수 있는 것으로 초음파 분산장치의 출력은 150W인 것이 바람직할 것이다.
As shown in FIG. 5, when the output of the ultrasonic dispersing device is 175 W, 350 W, and 525 W, the production yield of graphite oxide increases. It is preferable that the output of the ultrasonic dispersing device is 150 W.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
반응조 : 100
쉐이킹 배스 : 200
수세장치 : 300
초음파 분산장치 : 400DESCRIPTION OF THE RELATED ART [0002]
Reaction tank: 100 shaking bath: 200
Washing device: 300 Ultrasonic dispersing device: 400
Claims (7)
흑연을 황산에 침지 및 교반시켜 흑연을 슬러리화하는 슬러리화 단계;
상기 슬러리화된 흑연에 산화제를 투입하여 흑연을 산화시키는 산화단계;
상기 산화단계에서 온도 유지 및 분산액으로 제조하기 위해 물을 투입하는 물투입단계;
분산액 형상의 흑연에 과산화수소를 투입하여 산화반응을 종료키고 산화흑연을 형성시키는 종료단계;
상기 산화흑연에 묽은 염산을 투입하여 금속이온을 제거하는 금속이온제거단계;
상기 산화흑연을 수세하는 수세단계; 및
상기 산화흑연을 초음파 분산을 통해 균일하게 분산시키는 분산단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조방법.In the method for producing a graphite oxide dispersion,
A slurrying step of slurrying the graphite by immersing and stirring graphite in sulfuric acid;
An oxidizing step of oxidizing graphite by injecting an oxidizing agent into the slurried graphite;
A water injection step of supplying water for maintaining the temperature and the dispersion in the oxidation step;
An ending step of adding hydrogen peroxide to the graphite in the form of dispersion to terminate the oxidation reaction to form graphite oxide;
Removing metal ions by adding dilute hydrochloric acid to the graphite oxide;
Washing the oxidized graphite with water; And
And a dispersing step of uniformly dispersing the graphite oxide by ultrasonic dispersion. The method for producing a graphite oxide dispersion according to claim 1,
흑연과 황산이 혼합 및 교반되어 산화흑연이 생성되는 반응조;
상기 반응조를 교반시키는 쉐이킹 배스(shaking bath);
상기 반응조에 결합되어 수세용 물을 공급 및 배출하는 수세장치; 및
상기 산화흑연을 초음파 분산을 시킬 수 있는 초음파 분산장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조장치.In the apparatus for producing a graphite oxide dispersion,
A reaction tank in which graphite and sulfuric acid are mixed and stirred to produce graphite oxide;
A shaking bath for stirring the reaction tank;
A flushing device coupled to the reaction tank for supplying and discharging water for cleaning; And
And an ultrasonic dispersing device capable of ultrasonic dispersion of the oxidized graphite.
상기 반응조는 하단으로는 쉐이킹 배스와 결합 및 분리가 가능하도록 형성되고, 상단으로 수세장치와 결합 및 분리가 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조장치.3. The method of claim 2,
Wherein the reaction tank is formed at the lower end so as to be able to be coupled to and separated from the shaking bath, and is formed to be able to be coupled to and separated from the washing apparatus at an upper end thereof.
상기 쉐이킹 배스는 좌우로 왕복하여 반응조를 교반시키는 것을 특징으로 하는 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조장치.3. The method of claim 2,
Wherein the shaking bath reciprocates right and left to stir the reaction tank.
상기 수세장치는 수세용 물을 공급하는 공급관 및 수세된 물이 배출되는 배출관이 형성되는 것을 특징으로 하는 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조장치.3. The method of claim 2,
Wherein the water washing apparatus comprises a supply pipe for supplying water for cleaning and a discharge pipe for discharging water to be washed, and is excellent in production yield and reproducibility.
상기 초음파 분산장치는 상기 반응조에서 생산된 산화흑연을 순환시키면서 초음파 분사기를 이용하여 산화흑연을 분산시키는 것을 특징으로 하는 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조장치.3. The method of claim 2,
Wherein the ultrasonic dispersing apparatus disperses graphite oxide using an ultrasonic injector while circulating the oxidized graphite produced in the reaction tank, and is excellent in production yield and reproducibility.
상기 초음파 분산장치에 순환식 냉각장치가 형성되는 것을 특징으로 하는 생산 수율 및 재현성이 우수한 산화흑연 분산액 제조장치.3. The method of claim 2,
Characterized in that a circulating cooling device is formed in the ultrasonic dispersing device, and the production yield and reproducibility of the graphite dispersion are excellent.
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