KR100936488B1 - Carbon Nanofiber Comprising Vanadium Catalyst Treated Fluorine as a Hydrogen Storage Medium and Manufacturing Method Thereof - Google Patents

Carbon Nanofiber Comprising Vanadium Catalyst Treated Fluorine as a Hydrogen Storage Medium and Manufacturing Method Thereof Download PDF

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Abstract

본 발명은 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon nanofiber for a hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst and a method of manufacturing the same.

본 발명에 따른 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법은 (1) 폴리머 전구체, 바나듐옥사이드 및 용매를 혼합하는 단계; (2) 상기 '단계 (1)'의 혼합물을 전기방사하여 바나듐옥사이드를 함유하는 나노섬유를 제조하는 단계; (3) 상기 '단계 (2)'에서 제조된 바나듐옥사이드를 함유하는 전기방사 나노섬유의 안정화를 위하여 산화시키는 단계; (4) 상기 '단계 (3)'의 과정을 통하여 안정화된 바나듐옥사이드를 함유하는 전기방사 나노섬유에 열처리를 하여, 전기방사 나노섬유를 탄화시킴과 동시에, 바나듐옥사이드가 열분해되면서 발생하는 옥사이드라디칼이 탄소와 결합하여 일산화탄소 및 이산화탄소로 제거되면서 미세구조의 기공을 형성시키는 단계; (5) 상기 '단계 (4)'의 과정을 통하여 미세구조의 기공이 형성된 바나듐 촉매를 함유하는 탄소나노섬유에 수산화칼륨 용액을 가하여 활성화시키는 단계 및; (6) 상기 '단계 (5)'의 과정을 통하여 활성화 된 바나듐 촉매를 함유하는 탄소나노섬유를 불소 처리하는 단계를 포함한다.Method for producing a carbon nanofiber for hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst according to the present invention comprises the steps of (1) mixing a polymer precursor, vanadium oxide and a solvent; (2) electrospinning the mixture of step (1) to produce nanofibers containing vanadium oxide; (3) oxidizing for stabilization of the electrospun nanofibers containing vanadium oxide prepared in step (2); (4) Oxide radicals generated by thermally decomposing the electrospun nanofibers and thermally decomposing vanadium oxides by heat-treating the electrospun nanofibers containing vanadium oxide stabilized through the process of 'step (3)'. Combining with carbon to form pores of the microstructure while being removed with carbon monoxide and carbon dioxide; (5) activating by adding potassium hydroxide solution to carbon nanofibers containing a vanadium catalyst having pores of fine structure through the process of 'step (4)'; (6) fluorination of the carbon nanofibers containing the activated vanadium catalyst through the process of step (5).

본 발명에 의할 경우, 바나듐 촉매가 탄소나노섬유의 내·외부에 고루 존재하면서 미세구조의 기공과 연결되어 있게 됨과 더불어 부여된 불소 관능기의 작용에 의하여, 즉 전기음성도의 차이가 큰 바나듐과 불소의 촉매 역할로 인하여 탄소나노섬유의 수소저장능력이 획기적으로 증대될 수 있다. According to the present invention, the vanadium catalyst is uniformly present inside and outside of the carbon nanofibers and is connected to the pores of the microstructure, ie vanadium and the large difference in electronegativity due to the action of the fluorine functional groups. Due to the catalytic role of fluorine, the hydrogen storage capacity of carbon nanofibers can be significantly increased.

수소, 수소저장, 바나듐, 불소, 촉매, 탄소나노섬유 Hydrogen, hydrogen storage, vanadium, fluorine, catalyst, carbon nanofiber

Description

불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유 및 그 제조방법{Carbon Nanofiber Comprising Vanadium Catalyst Treated Fluorine as a Hydrogen Storage Medium and Manufacturing Method Thereof}Carbon Nanofiber Comprising Vanadium Catalyst Treated Fluorine as a Hydrogen Storage Medium and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기방사를 통하여 바나듐옥사이드를 함유하는 나노섬유를 형성하고, 여기에 열처리를 하여 옥사이드를 제거함과 동시에 미세구조의 기공을 형성시키고, 최종적으로 불소 처리를 하여 수소저장능력이 향상된 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon nanofiber for a hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst and a method for manufacturing the same, and more particularly, to form nanofibers containing vanadium oxide through electrospinning, and to heat treatment The present invention relates to a carbon nanofiber for a hydrogen storage medium containing a fluorinated vanadium catalyst having an improved hydrogen storage capability by removing oxides, forming pores of fine structure, and finally performing fluorine treatment, and a method of manufacturing the same.

최근 국제원유 가격이 급등하면서 대체에너지원의 유망한 분야로 수소에너지에 대한 관심이 집중되고 있다. 특히 에너지원의 대부분을 해외에 의존하는 우리나라의 경우 대체에너지 개발이 국가의 사활을 좌우하는 명제로 부상하고 있다. With the recent surge in international crude oil prices, attention has been focused on hydrogen energy as a promising field for alternative energy sources. In particular, in Korea, where most of its energy sources depend on foreign countries, alternative energy development has emerged as a proposition that affects the life and death of a country.

수소에너지는 물을 이용하여 생성되는 무공해 청정에너지이며, 석유 등 화석 연료의 대체에너지이고, 무한자원인 물을 이용하는 에너지로 에너지 문제해결의 유력한 대안 중에 하나이다. 또한 단위에너지 제품기준으로 석탄의 이산화탄소 배출량을 100으로 할 때 석유와 천연가스는 각각 80 및 60의 이산화탄소를 배출하는 반면, 수소는 이산화탄소를 전혀 배출하지 않아 친환경적인 에너지 자원이며, 사용 후에 다시 물로 재순환되어 자원 고갈의 우려가 없다. 수소에너지의 활용범위로는 일반 연료, 수소자동차, 수소비행기, 연료전지 등 현재의 에너지시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 이용가능하다.Hydrogen energy is pollution-free clean energy generated by using water, and is an alternative energy to fossil fuels such as petroleum, and energy using water as an infinite resource. In addition, when the carbon dioxide emission of coal is 100 as a unit energy product standard, petroleum and natural gas emit 80 and 60 carbon dioxide, respectively, while hydrogen does not emit any carbon dioxide, which is an environmentally friendly energy resource. There is no fear of resource exhaustion. Hydrogen energy can be used in almost all fields used in current energy systems such as general fuels, hydrogen vehicles, hydrogen airplanes, and fuel cells.

그러나 수소를 에너지로서 상용화하기 위해서는 고효율의 수소저장매체를 필요로 한다. 현재까지 수소를 저장하는 방법으로는 액화수소 저장방법, 고압수소 저장방법 및 고체재료를 이용한 수소저장 방법이 알려져 있다. 액화수소 저장방법은 저장용기를 수소의 액화점 이하 온도로 유지하기 위하여 많은 비용이 들어가는 단점이 있고, 고압수소 저장방법은 고압에 견딜 수 있는 가벼운 수소저장 용기의 개발과 안정성에 문제가 있다.However, commercialization of hydrogen as energy requires a highly efficient hydrogen storage medium. To date, as a method of storing hydrogen, a liquefied hydrogen storage method, a high pressure hydrogen storage method, and a hydrogen storage method using a solid material are known. The liquefied hydrogen storage method has a disadvantage in that a large cost is required to maintain the storage container at a temperature below the liquefaction point of hydrogen, and the high pressure hydrogen storage method has a problem in the development and stability of a lightweight hydrogen storage container that can withstand high pressure.

따라서 고체재료, 특히 합금 및 탄소재료를 이용한 수소저장 방법이 많이 연구되었으나, 상업화를 위한 수소저장용량에는 미치지 못하고 있는 실정이다. 그 해결책으로 최근에는 합금과 탄소재료의 장점을 모두 갖는 금속/탄소 복합체에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 수소저장매체로서 금속/탄소 복합체를 제조하는 대다수의 경우 크게 두 가지의 단점을 가지고 있다. 즉, 도핑 및 함침 등의 방법에 의해 금속촉매를 이용한 경우 탄소재료의 외부에만 금속촉매가 존재하여 탄소내부의 기공에서는 금속촉매에 의한 수소저장 효율의 향상을 기대할 수 없고, 금속촉 매와 탄소 전구체를 혼합하여 복합체를 제조한 경우에는 탄소재료 내의 금속촉매가 기공과 연결되어 있기가 힘들기 때문에 탄소재료 내부의 기공구조에 의한 수소저장용량을 높이는 촉매로서의 역할을 하기 힘들어 금속촉매에 의한 수소저장 효율의 증가가 낮아질 수밖에 없었다.Therefore, many hydrogen storage methods using solid materials, especially alloys and carbon materials, have been studied, but the hydrogen storage capacity for commercialization has not been met. Recently, research on metal / carbon composites having both the advantages of alloys and carbon materials has been actively conducted. Most of the metal / carbon composites produced as a hydrogen storage medium have two major disadvantages. That is, when the metal catalyst is used by the doping and impregnation methods, the metal catalyst exists only outside the carbon material, so the hydrogen storage efficiency of the metal catalyst cannot be improved in the pores inside the carbon, and the metal catalyst and the carbon precursor are not expected. When the composite is prepared by mixing the metal catalyst in the carbon material is difficult to be connected to the pores, it is difficult to act as a catalyst to increase the hydrogen storage capacity due to the pore structure inside the carbon material, hydrogen storage efficiency by the metal catalyst The increase in was bound to be lowered.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전기방사를 통하여 바나듐옥사이드를 함유하는 나노섬유를 형성하고, 여기에 열처리를 하여 옥사이드를 제거함과 동시에 미세구조의 기공을 형성시키고, 최종적으로 불소 처리를 함으로써, 바나듐 촉매가 탄소나노섬유의 내·외부에 고루 존재하면서 미세구조의 기공과 연결되어 있게 됨과 더불어 부여된 불소 관능기에 의해 수소저장능력이 획기적으로 증대될 수 있는 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것에 그 목적이 있다. The present invention has been made in order to solve the above problems, to form a nanofiber containing vanadium oxide through the electrospinning, and heat treatment thereon to remove the oxide and at the same time to form pores of the microstructure, and finally fluorine Through the treatment, the vanadium catalyst is present evenly inside and outside of the carbon nanofibers and is connected to the pores of the microstructure, and the fluorine-treated vanadium catalyst which can greatly increase the hydrogen storage capacity by the fluorine functional group imparted. An object of the present invention is to provide a carbon nanofiber for hydrogen storage medium and a method for producing the same.

본 발명은 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유 및 그 제조방법을 제공하는데, 본 발명에 따른 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법은,The present invention provides a carbon nanofiber for a hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst and a method for producing the carbon nanofiber, according to the present invention,

(1) 폴리머 전구체, 바나듐옥사이드 및 용매를 혼합하는 단계;(1) mixing a polymer precursor, vanadium oxide and a solvent;

(2) 상기 '단계 (1)'의 혼합물을 전기방사하여 바나듐옥사이드를 함유하는 나노섬유를 제조하는 단계;(2) electrospinning the mixture of step (1) to produce nanofibers containing vanadium oxide;

(3) 상기 '단계 (2)'에서 제조된 바나듐옥사이드를 함유하는 전기방사 나노섬유의 안정화를 위하여 산화시키는 단계;(3) oxidizing for stabilization of the electrospun nanofibers containing vanadium oxide prepared in step (2);

(4) 상기 '단계 (3)'의 과정을 통하여 안정화된 바나듐옥사이드를 함유하는 전기방사 나노섬유에 열처리를 하여, 전기방사 나노섬유를 탄화시킴과 동시에, 바나듐옥사이드가 열분해되면서 발생하는 옥사이드라디칼이 탄소와 결합하여 일산화탄소 및 이산화탄소로 제거되면서 미세구조의 기공을 형성시키는 단계; (4) Oxide radicals generated by thermally decomposing the electrospun nanofibers and thermally decomposing vanadium oxides by heat-treating the electrospun nanofibers containing vanadium oxide stabilized through the process of 'step (3)'. Combining with carbon to form pores of the microstructure while being removed with carbon monoxide and carbon dioxide;

(5) 상기 ‘단계 (4)'의 과정을 통하여 미세구조의 기공이 형성된 바나듐 촉매를 함유하는 탄소나노섬유에 수산화칼륨 용액을 가하여 활성화시키는 단계 및;(5) activating by adding potassium hydroxide solution to carbon nanofibers containing a vanadium catalyst having pores of fine structure through the process of 'step (4)';

(6) 상기 '단계 (5)'의 과정을 통하여 활성화 된 바나듐 촉매를 함유하는 탄소나노섬유를 불소 처리하는 단계를 포함하여 이루어진다. (6) fluorination of the carbon nanofibers containing the activated vanadium catalyst through the process of step (5).

상기 '단계 (1)'의 폴리머 전구체와 바나듐옥사이드의 혼합 비율은 99 내지 20 : 1 내지 80 wt%인 것이 바람직하며 90 내지 70 : 10 내지 30 wt%인 것인 것이 보다 바람직하다.The mixing ratio of the polymer precursor and vanadium oxide in the step (1) is preferably from 99 to 20: 1 to 80 wt%, more preferably from 90 to 70:10 to 30 wt%.

상기 '단계 (1)'의 폴리머 전구체는 석유계 핏치, 석탄계 핏치, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아크릴니트릴, 메조페이스 핏치, 푸르프릴 알콜, 페놀, 셀룰로오스, 수크로오스 및 폴리비닐 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. The polymer precursor of 'step (1)' is composed of petroleum pitch, coal pitch, polyimide, polybenzimidazole, polyacrylonitrile, mesophase pitch, furryl alcohol, phenol, cellulose, sucrose and polyvinyl chloride It is preferably selected from the group.

상기 '단계 (3)'의 산화시키는 단계는 1 내지 5 ℃/min의 속도로 승온시키고, 최종적으로 200 내지 300℃의 온도범위에서 5 내지 10 시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다. The step of oxidizing the 'step (3)' is heated at a rate of 1 to 5 ℃ / min, it is preferably made for 5 to 10 hours in the temperature range of 200 to 300 ℃.

상기 '단계 (4)의 열처리 단계는 바나듐옥사이드의 녹는점인 690℃ 이상의 온도에서 이루어진다.The heat treatment step of the 'step (4) is made at a temperature of 690 ℃ or more melting point of vanadium oxide.

특히 상기 '단계 (4)'의 열처리 단계는 5 내지 10 ℃/min의 속도로 승온시키 고, 최종적으로 800 내지 1,200℃의 온도범위에서 0.5 내지 5 시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다. In particular, the heat treatment step of the 'step (4)' is preferably heated to a rate of 5 to 10 ℃ / min, and finally made for 0.5 to 5 hours in the temperature range of 800 to 1,200 ℃.

상기 ‘단계 (5)’의 활성화시키는 단계는 수산화칼륨 용액을 사용하여 이루어진다.The step of activating the 'step (5)' is carried out using a potassium hydroxide solution.

상기 수산화칼륨 용액의 농도는 2 내지 10 M인 것이 바람직하며, 6 내지 8 M인 것이 보다 바람직하다.It is preferable that it is 2-10 M, and, as for the density | concentration of the said potassium hydroxide solution, it is more preferable that it is 6-8 M.

상기 '단계 (6)'의 불소 처리하는 단계는 불소와 비활성 가스의 혼합가스를 사용하여 이루어진다. The fluorine treatment in step (6) is performed using a mixed gas of fluorine and an inert gas.

상기 불소와 비활성 가스의 혼합비율은 5 내지 95 : 95 내지 5 vol%인 것이 바람직하며, 10 내지 20 : 90 재니80 vol%인 것이 보다 바람직하다. It is preferable that the mixing ratio of the fluorine and the inert gas is 5 to 95: 95 to 5 vol%, and more preferably 10 to 20: 90 janny 80 vol%.

상기 불소와 비활성 가스의 혼합가스의 압력은 0.1 내지 5 기압인 것이 바람직하며, 0.5 내지 2 기압인 것이 보다 바람직하다. The pressure of the mixed gas of the fluorine and the inert gas is preferably 0.1 to 5 atmospheres, more preferably 0.5 to 2 atmospheres.

상기 비활성 가스는 질소, 아르곤 또는 헬륨인 것이 바람직하다. The inert gas is preferably nitrogen, argon or helium.

또한 본 발명은 상술한 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법에 의하여 제조된 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유를 제공한다.The present invention also provides a carbon nanofiber for hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst prepared by the method for producing a carbon nanofiber for hydrogen storage medium containing the fluorine-treated vanadium catalyst described above.

본 발명에 의할 경우, 바나듐 촉매가 탄소나노섬유의 내·외부에 고루 존재하면서 미세구조의 기공과 연결되어 있게 됨과 더불어 부여된 불소 관능기의 작용 에 의하여, 즉 전기음성도의 차이가 큰 바나듐과 불소의 촉매 역할로 인하여 탄소나노섬유의 수소저장능력이 획기적으로 증대될 수 있다. According to the present invention, the vanadium catalyst is uniformly present inside and outside of the carbon nanofibers and is connected to the pores of the microstructure, ie vanadium and the large difference in electronegativity due to the action of the fluorine functional groups. Due to the catalytic role of fluorine, the hydrogen storage capacity of carbon nanofibers can be significantly increased.

본 발명은 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법을 제공하는데, 본 발명에 따른 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법은,The present invention provides a method for producing carbon nanofibers for hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst, the method for producing carbon nanofibers for hydrogen storage medium according to the present invention,

(1) 폴리머 전구체, 바나듐옥사이드 및 용매를 혼합하는 단계;(1) mixing a polymer precursor, vanadium oxide and a solvent;

(2) 상기 '단계 (1)'의 혼합물을 전기방사하여 바나듐옥사이드를 함유하는 나노섬유를 제조하는 단계;(2) electrospinning the mixture of step (1) to produce nanofibers containing vanadium oxide;

(3) 상기 '단계 (2)'에서 제조된 바나듐옥사이드를 함유하는 전기방사 나노섬유의 안정화를 위하여 산화시키는 단계;(3) oxidizing for stabilization of the electrospun nanofibers containing vanadium oxide prepared in step (2);

(4) 상기 '단계 (3)'의 과정을 통하여 안정화된 바나듐옥사이드를 함유하는 전기방사 나노섬유에 열처리를 하여, 전기방사 나노섬유를 탄화시킴과 동시에, 바나듐옥사이드가 열분해되면서 발생하는 옥사이드라디칼이 탄소와 결합하여 일산화탄소 및 이산화탄소로 제거되면서 미세구조의 기공을 형성시키는 단계; (4) Oxide radicals generated by thermally decomposing the electrospun nanofibers and thermally decomposing vanadium oxides by heat-treating the electrospun nanofibers containing vanadium oxide stabilized through the process of 'step (3)'. Combining with carbon to form pores of the microstructure while being removed with carbon monoxide and carbon dioxide;

(5) 상기 ‘단계 (4)'의 과정을 통하여 미세구조의 기공이 형성된 바나듐 촉매를 함유하는 탄소나노섬유에 수산화칼륨 용액을 가하여 활성화시키는 단계 및;(5) activating by adding potassium hydroxide solution to carbon nanofibers containing a vanadium catalyst having pores of fine structure through the process of 'step (4)';

(6) 상기 '단계 (5)'의 과정을 통하여 활성화 된 바나듐 촉매를 함유하는 탄소나노섬유를 불소 처리하는 단계를 포함하여 이루어진다. (6) fluorination of the carbon nanofibers containing the activated vanadium catalyst through the process of step (5).

상기 '단계 (1)'의 폴리머 전구체와 바나듐옥사이드의 혼합 비율은 99 내지 20 : 1 내지 80 wt%인 것이 바람직하며 90 내지 70 : 10 내지 30 wt%인 것인 것이 보다 바람직하다.The mixing ratio of the polymer precursor and vanadium oxide in the step (1) is preferably from 99 to 20: 1 to 80 wt%, more preferably from 90 to 70:10 to 30 wt%.

상기 폴리머 전구체와 바나듐옥사이드의 혼합 비율이 99 내지 20 : 1 내지 80 wt%의 범위를 벗어나게 되면 탄소나노섬유의 형성이 불량해지는 문제점이 있다. When the mixing ratio of the polymer precursor and vanadium oxide is out of the range of 99 to 20: 1 to 80 wt%, there is a problem in that the formation of carbon nanofibers is poor.

상기 '단계 (1)'의 폴리머 전구체는 석유계 핏치, 석탄계 핏치, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아크릴니트릴, 메조페이스 핏치, 푸르프릴 알콜, 페놀, 셀룰로오스, 수크로오스 및 폴리비닐 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. The polymer precursor of 'step (1)' is composed of petroleum pitch, coal pitch, polyimide, polybenzimidazole, polyacrylonitrile, mesophase pitch, furryl alcohol, phenol, cellulose, sucrose and polyvinyl chloride It is preferably selected from the group.

상기 '단계 (1)'에서 사용되는 용매는 폴리머 전구체를 용해시키는 용매라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 예를 들면, 디메틸포름알데하이드, N-메틸피롤리돈테트라하이로퓨란, 클로로포름 등의 유기용매 또는 물을 사용할 수 있다.The solvent used in the 'step (1)' may be any solvent as long as it dissolves the polymer precursor. For example, an organic solvent such as dimethylformaldehyde, N-methylpyrrolidone tetrahydrofuran, chloroform, or the like may be used. Or water may be used.

상기 '단계 (3)'의 산화시키는 단계는 1 내지 5 ℃/min의 속도로 승온시키고, 최종적으로 200 내지 300℃의 온도범위에서 5 내지 10 시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다. The step of oxidizing the 'step (3)' is heated at a rate of 1 to 5 ℃ / min, it is preferably made for 5 to 10 hours in the temperature range of 200 to 300 ℃.

상기 산화시키는 단계에서 승온속도를 1 ℃/min 보다 느리게 하는 경우에는 느린 반응속도록 인하여 산화과정에서 폴리머 전구체에 포함되어 있는 질소 등이 제거되며 산소와 탄소가 반응하여 일어나는 고리화반응이 원활하게 이루어지지 않게 되고, 또한 섬유 수율을 떨어뜨리게 된다. In the oxidizing step, when the temperature increase rate is slower than 1 ° C./min, nitrogen is included in the polymer precursor in the oxidation process due to a slow reaction rate, and a cyclization reaction occurs by reacting oxygen and carbon. It will not lose, and it will also lower the fiber yield.

승온속도를 5 ℃/min 보다 빠르게 하는 경우에는 빠른 반응속도로 인하여 섬 유의 안정화가 불안정하게 이루어져, 다음 단계의 열처리시(탄화시) 전기방사 나노섬유가 녹거나 유리전이 되어 섬유형태를 유지할 수 없게 된다. If the temperature increase rate is faster than 5 ℃ / min, the stabilization of the island is unstable due to the fast reaction rate, the electrospinning nanofiber melts or becomes glass transition during the next heat treatment (carbonization), so that the fiber shape cannot be maintained. do.

최종적으로 산화시키는 온도가 200℃ 보다 낮을 경우에는 산화반응이 불완전하게 이루어져 다음 단계의 열처리시(탄화시) 전기방사 나노섬유가 녹거나 유리전이 되어 섬유형태를 유지할 수 없고, 탄소원자간의 축합반응 또한 원할하게 이루어지지 않게 된다. Finally, if the oxidizing temperature is lower than 200 ° C, the oxidation reaction is incomplete, and during the next heat treatment (carbonization), the electrospun nanofibers melt or become glass transition, and thus the fiber shape cannot be maintained. It doesn't work out smoothly.

산화시키는 온도가 300℃ 보다 높을 경우에는 높은 산화 온도로 인하여 빠른 속도의 반응이 유발되고, 이에 따라 과산소 상태의 탄소-산소 결합반응으로 인하여 고리화반응이 원활하게 이루어지지 않는다. When the oxidation temperature is higher than 300 ° C., a high rate of oxidation causes a rapid reaction, and thus the cyclization reaction is not performed smoothly due to the carbon-oxygen coupling reaction in the peroxygen state.

산화시키는 시간이 5시간 보다 짧을 경우에는 상기 최종적으로 산화시키는 온도가 200℃ 보다 낮은 경우와 동일한 현상이 발생하고, 산화시키는 시간이 10시간 보다 길 경우에는 산화시키는 시간이 10시간인 경우와 다른 점이 없으며, 불필요한 반응이 일어나게 된다. When the oxidation time is shorter than 5 hours, the same phenomenon occurs as when the final oxidation temperature is lower than 200 ° C., and when the oxidation time is longer than 10 hours, it is different from the case where the oxidation time is 10 hours. No unwanted reactions occur.

상기 '단계 (4)의 열처리 단계는 바나듐옥사이드의 녹는점인 690℃ 이상의 온도에서 이루어진다.The heat treatment step of the 'step (4) is made at a temperature of 690 ℃ or more melting point of vanadium oxide.

특히 상기 '단계 (4)'의 열처리 단계는 5 내지 10 ℃/min의 속도로 승온시키고, 최종적으로 800 내지 1,200℃의 온도범위에서 0.5 내지 5 시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다. In particular, the heat treatment step of the 'step (4)' is heated to a rate of 5 to 10 ℃ / min, it is preferably made for 0.5 to 5 hours in the temperature range of 800 to 1,200 ℃ finally.

상기 열처리 단계에서 승온속도를 5 ℃/min 보다 느리게 하는 경우와 최종적인 열처리를 1,200℃ 보다 높은 온도에서 진행하는 경우에는 반응시간이 길어짐과 더불어 에너지 소모가 많아지는 단점이 있다. 승온속도를 10 ℃/min 보다 빠르게 하는 경우에는 휘발이 많이 일어나는 문제점이 있어 탄소나노섬유의 수율이 낮아지게 된다. 또한 최종적인 열처리를 800℃ 보다 낮은 온도에서 진행하는 경우에는 바나늄옥사이드의 열분해가 완전하게 이루어지지 않은 가능성이 있다. When the temperature increase rate is lower than 5 ° C / min in the heat treatment step and the final heat treatment at a temperature higher than 1,200 ° C has a disadvantage in that the reaction time increases and energy consumption increases. When the temperature increase rate is faster than 10 ℃ / min there is a problem that a lot of volatilization is lowered the yield of carbon nanofibers. In addition, when the final heat treatment is performed at a temperature lower than 800 ° C., there is a possibility that pyrolysis of vanadium oxide is not completed.

열처리 시간이 0.5 시간 보다 짧을 경우에는 바나듐옥사이드의 열분해가 충분히 이루어지지 않게 되고, 열처리 시간이 5 시간 보다 길 경우에는 열처리 시간이 5 시간인 경우와 다른 점이 없고, 불필요한 반응이 발생하게 된다. When the heat treatment time is shorter than 0.5 hours, the thermal decomposition of vanadium oxide is not sufficiently performed, and when the heat treatment time is longer than 5 hours, there is no difference from the case where the heat treatment time is 5 hours, and an unnecessary reaction occurs.

상기 ‘단계 (5)’의 활성화시키는 단계는 수산화칼륨 용액을 사용하여 이루어진다.The step of activating the 'step (5)' is carried out using a potassium hydroxide solution.

상기 수산화칼륨 용액의 농도는 2 내지 10 M인 것이 바람직하며, 6 내지 8 M인 것이 보다 바람직하다.It is preferable that it is 2-10 M, and, as for the density | concentration of the said potassium hydroxide solution, it is more preferable that it is 6-8 M.

수산화칼륨 용액의 농도가 2 M 보다 낮은 경우에는 활성화가 충분히 이루어지지 않고, 10 M 보다 높을 10 M인 경우와 큰 차이가 없기 때문이다. This is because when the concentration of the potassium hydroxide solution is lower than 2 M, activation is not sufficiently achieved, and there is no significant difference from the case of 10 M higher than 10 M.

상기 '단계 (6)'의 불소 처리하는 단계는 불소와 비활성 가스의 혼합가스를 사용하여 이루어진다. The fluorine treatment in step (6) is performed using a mixed gas of fluorine and an inert gas.

상기 불소와 비활성 가스의 혼합비율은 5 내지 95 : 95 내지 5 vol%인 것이 바람직하며, 10 내지 20 : 90 내지 80 vol%인 것이 보다 바람직하다. The mixing ratio of the fluorine and the inert gas is preferably 5 to 95: 95 to 5 vol%, more preferably 10 to 20: 90 to 80 vol%.

상기 불소와 비활성 가스의 혼합가스의 압력은 0.1 내지 5 기압인 것이 바람직하며, 0.5 내지 2 기압인 것이 보다 바람직하다. The pressure of the mixed gas of the fluorine and the inert gas is preferably 0.1 to 5 atmospheres, more preferably 0.5 to 2 atmospheres.

상기 불소의 혼합비율이 5 vol% 보다 낮거나 불소와 비활성 가스의 혼합가스 의 압력이 0.1 기압보다 낮은 경우에는 바나듐 촉매 대비 불소의 양이 너무 적어 불소처리의 효과, 즉 바나듐촉매-탄소나노섬유-불소에 의한 수소저장능력의 향상을 크게 기대하기 힘들고, 불소의 혼합비율이 95 vol% 보다 높거나 불소와 비활성 가스의 혼합가스의 압력이 5 기압보다 높은 경우에는 과불소화로 인하여 전기음성도 차이의 원리로 인한 수소저장능력의 향상을 크게 기대하기 힘들다. When the mixing ratio of the fluorine is lower than 5 vol% or the pressure of the mixed gas of the fluorine and the inert gas is lower than 0.1 atm, the amount of fluorine is too small compared to the vanadium catalyst, so that the effect of fluorine treatment, that is, the vanadium catalyst-carbon nanofiber- It is hard to expect the improvement of hydrogen storage capacity by fluorine. If the mixing ratio of fluorine is higher than 95 vol% or the pressure of the mixed gas of fluorine and inert gas is higher than 5 atm, the difference in electronegativity is caused by perfluorination. It is difficult to expect much improvement of hydrogen storage capacity by principle.

상기 비활성 가스는 질소, 아르곤 또는 헬륨인 것이 바람직하다. The inert gas is preferably nitrogen, argon or helium.

또한 본 발명은 상술한 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법에 의하여 제조된 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유를 제공한다.The present invention also provides a carbon nanofiber for hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst prepared by the method for producing a carbon nanofiber for hydrogen storage medium containing the fluorine-treated vanadium catalyst described above.

본 발명에 의하여 제조된 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유는 바나듐 촉매가 탄소나노섬유의 내·외부에 고루 존재하면서 미세구조의 기공과 연결되어 있게 됨과 더불어 부여된 불소 관능기의 작용에 의하여 수소저장능력이 획기적으로 증대될 수 있게 된다. Carbon nanofibers for hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst prepared by the present invention is a fluorine functional group provided with the vanadium catalyst is connected to the pores of the microstructure while being present inside and outside the carbon nanofibers. By the action of hydrogen storage capacity can be significantly increased.

즉, 불소와 바나듐 촉매의 전기음성도(불소 : 4.0, 바나듐 : 1.6) 차이에 의해 불소가 상대적으로 음성을 띄고 바나듐 촉매가 양성을 띔에 따라 이 영역에서 수소분자의 전자가 어느 한쪽으로 쏠리는 현상이 일어나게 된다. 이러한 현상에 의해서 수소분자에 전자가 많이 쏠린 부분이 음성을 띄면서 상대적으로 양성을 띄는 바나듐 촉매에 의한 영향을 받아 탄소재료의 기공 속으로, 수소분자의 전자가 덜 쏠린 부분이 양성을 띄면서 상대적으로 음성을 띄는 불소의 촉매 영향을 받아 탄소나노섬유의 기공 속으로 수소분자가 저장되게 된다.That is, fluorine is relatively negative due to the difference in electronegativity between fluorine and vanadium catalyst (fluorine: 4.0, vanadium: 1.6), and electrons of hydrogen molecules are concentrated on either side in this region as the vanadium catalyst is positive. This will happen. Due to this phenomenon, the portion of the electrons concentrated in the hydrogen molecule is negatively affected by the vanadium catalyst, which is relatively positive, and into the pores of the carbon material. Under the influence of negative fluorine catalysts, hydrogen molecules are stored in the pores of carbon nanofibers.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

실 시 예Example

불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 For hydrogen storage media containing fluorinated vanadium catalyst 탄소나노섬유의Carbon nanofiber 제조 Produce

폴리아크릴로니트릴을 디메틸포름알데히드에 용해하여 폴리아크릴로니트릴 용액을 제조하였다. 이 용액에 수소저장능력 향상을 위한 촉매 물질로 바나듐옥사이드 첨가시켰다. 각 성분의 조성비는 하기의 표와 같다.Polyacrylonitrile was dissolved in dimethylformaldehyde to prepare a polyacrylonitrile solution. To this solution, vanadium oxide was added as a catalyst material for improving hydrogen storage capacity. The composition ratio of each component is as follows.

Figure 112008009390722-pat00001
Figure 112008009390722-pat00001

상기 혼합물을 전기 방사(Electro spinning) 하여 나노섬유를 제조하였다. Nanofibers were prepared by electrospinning the mixture.

전기 방사에 사용된 장치의 모식도를 도 1에 나타나있다.  A schematic diagram of the device used for electrospinning is shown in FIG. 1.

상기 전기 방사의 조건은 전압 15kV, 집속기와 주사기 팁과의 거리(TCD) 15cm, 실린지 펌프 유속 1.0ml/h, 집속기 속도 200rpm이었다.The conditions of the electrospinning were a voltage of 15 kV, a distance between the collector and the syringe tip (TCD) of 15 cm, a syringe pump flow rate of 1.0 ml / h, and a collector speed of 200 rpm.

전기방사된 바나듐옥사이드를 함유하는 나노섬유의 안정화를 위하여 3 ℃/min의 속도로 승온시켜 최종적으로 250 ℃에서 8시간 동안 산화시켰다. In order to stabilize the nanofibers containing the electrospun vanadium oxide, the temperature was raised at a rate of 3 ° C./min and finally oxidized at 250 ° C. for 8 hours.

상기 산화과정을 거친 전기방사된 바나듐옥사이드를 함유하는 나노섬유를 7 ℃/min의 속도로 승온시켜 최종적으로 1,050 ℃에서 1시간 동안 열처리하였다. 열처리시 불활성 기체로 질소가스를 20 cc/min의 속도로 주입하였다.The nanofibers containing the electrospun vanadium oxide subjected to the oxidation process were heated at a rate of 7 ° C./min and finally heat treated at 1,050 ° C. for 1 hour. Nitrogen gas was injected into the inert gas at a rate of 20 cc / min during the heat treatment.

상기와 같이 열처리 과정을 거쳐 통하여 미세구조의 기공이 형성된 바나듐 촉매를 함유하는 탄소나노섬유에 8 M의 수산화칼륨 용액을 탄소 1g 당 5㎖를 골고루 뿌려주어 활성화 시켰다. 활성화는 750℃에서 3시간 동안 실시되었다. Through the heat treatment process as described above, the carbon nanofibers containing the vanadium catalyst in which the pores of the microstructures were formed were evenly sprayed with 5 M per 1g of carbon hydroxide solution to activate the carbon nanofibers. Activation was carried out at 750 ° C. for 3 hours.

상기와 같은 과정에 의하여 활성화 된 바나듐 촉매를 함유하는 탄소나노섬유에 불소 처리를 하였다. 불소 처리를 위한 장치의 모식도를 도 2에 나타내었다. The fluorine treatment was performed on the carbon nanofibers containing the vanadium catalyst activated by the above procedure. The schematic diagram of the apparatus for fluorine treatment is shown in FIG.

불소 처리는 불소 가스와 아르곤 가스를 20 : 80 vol%로 혼합한 혼합가스를 이용하여 수행하였다. 상기 혼합가스를 이용하고, 1 기압 및 상온에서 30분간 실시하였다. The fluorine treatment was performed using a mixed gas in which fluorine gas and argon gas were mixed at 20:80 vol%. It carried out for 30 minutes at 1 atmosphere and room temperature using the mixed gas.

상기와 같은 과정을 통하여 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유를 얻을 수 있었다. Carbon nanofibers for hydrogen storage medium containing the fluorine-treated vanadium catalyst through the above process was obtained.

성능시험Performance test

도 3은 본 실시예에 의한 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 XPS 분석 결과이다. 상기 결과를 통하여 탄소나노섬유에 바나듐 촉매가 존재하고 있고, 불소 처리로 인하여 탄소나노섬유의 표면이 개질되었음을 확인할 수 있다. 3 is an XPS analysis result of carbon nanofibers for hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst according to the present embodiment. The vanadium catalyst is present in the carbon nanofibers through the above results, and it can be confirmed that the surface of the carbon nanofibers is modified by the fluorine treatment.

본 실시예에 따른 탄소나노섬유의 비표면적 특성을 분석하여 이의 측정결과를 도 4에 나타내었다. 본 실시예에 의한 탄소나노섬유는 2,800 ㎡/g의 비표면적 을 가지고 있으며, 이 중 미세기공(micropore)에 의한 표면적은 전체 비표면적 대비 약 18% 이었다.The measurement results of the specific surface area of the carbon nanofibers according to the present embodiment are shown in FIG. 4. Carbon nanofibers according to this embodiment had a specific surface area of 2,800 m 2 / g, of which the surface area by micropores was about 18% of the total specific surface area.

최종적으로 본 실시예에 의한 탄소나노섬유의 수소저장능력을 평가하였다. 수소저장능력을 평가하기 위한 장치의 모식도를 도 5에 나타내었다. 수소저장능력을 평가하기에 앞서, 150℃에서 1시간 동안 수분을 증발시키기 위한 전처리를 하였다. 수소저장능력은 30℃의 일정한 온도에서 0 내지 100 기압의 범위에서 측정하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 본 실시예의 수소저장능력은 약 3.1 wt%이었다.Finally, the hydrogen storage capacity of the carbon nanofibers according to the present example was evaluated. The schematic diagram of the apparatus for evaluating a hydrogen storage capacity is shown in FIG. Prior to evaluating the hydrogen storage capacity, pretreatment was performed to evaporate water at 150 ° C. for 1 hour. Hydrogen storage capacity was measured in the range of 0 to 100 atm at a constant temperature of 30 ℃, the results are shown in FIG. The hydrogen storage capacity of this example was about 3.1 wt%.

비교예Comparative example 1 : 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용  1: for hydrogen storage medium containing vanadium catalyst 탄소나노섬유의Carbon nanofiber 제조 및 성능시험 Manufacturing and performance test

상기 실시예에서 불소 처리 과정을 생략한 방식으로 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유를 제조하였다. In the above embodiment, carbon nanofibers for a hydrogen storage medium containing a vanadium catalyst were manufactured in a manner that fluorine treatment was omitted.

도 7은 본 비교예 1에 의한 탄소나노섬유의 XPS 분석 결과이다. 상기 결과를 통하여 탄소나노섬유에 바나듐 촉매가 존재하고 있음을 확인할 수 있었다. 7 is an XPS analysis result of carbon nanofibers according to Comparative Example 1. Through the results it was confirmed that the vanadium catalyst is present in the carbon nanofibers.

본 비교예 1에 따른 탄소나노섬유의 비표면적 특성을 분석하여 이의 측정결과를 도 4에 나타내었다. 본 비교예 1에 의한 탄소나노섬유는 2,900 ㎡/g의 비표면적을 가지고 있으며, 이 중 미세기공(micropore)에 의한 표면적은 전체 비표면적 대비 약 28% 이었다.The specific surface area characteristics of the carbon nanofibers according to Comparative Example 1 were analyzed and their measurement results are shown in FIG. 4. Carbon nanofibers according to Comparative Example 1 had a specific surface area of 2,900 m 2 / g, of which the surface area by micropores was about 28% of the total specific surface area.

다음으로 상기 실시예와 동일한 방법으로 수소저장능력을 평가하여 이를 도 6에 나타내었다. 본 비교예 1에 의한 수소저장능력은 약 2.5 wt%이었다.Next, the hydrogen storage capacity was evaluated in the same manner as in the above example, and this is shown in FIG. 6. The hydrogen storage capacity of Comparative Example 1 was about 2.5 wt%.

본 비교예 1의 결과와 상기 실시예의 결과를 비교하여 보면, 불소 처리에 의하여 수소저장능력이 현저히 향상되었음을 알 수 있다. Comparing the results of the present Comparative Example 1 with the results of the above example, it can be seen that the hydrogen storage capacity was remarkably improved by the fluorine treatment.

비교예Comparative example 2 : 수소저장매체용  2: for hydrogen storage media 탄소나노섬유의Carbon nanofiber 제조 및 성능시험 Manufacturing and performance test

상기 실시예에서 바나듐옥사이드의 첨가와 불소 처리 과정을 생략한 방식으로 수소저장매체용 탄소나노섬유를 제조하였다. In the above embodiment, carbon nanofibers for hydrogen storage medium were prepared by omitting the addition of vanadium oxide and fluorine treatment.

도 8은 본 비교예 2에 의한 탄소나노섬유의 XPS 분석 결과이다. 본 비교예 2에 의한 탄소나노섬유는 94% 이상이 탄소로 구성되어 있고, 그 외 미량의 질소와 산소로 구성되어 있다. 8 is an XPS analysis result of carbon nanofibers according to Comparative Example 2. In the carbon nanofibers according to Comparative Example 2, 94% or more is composed of carbon, and other components are composed of trace amounts of nitrogen and oxygen.

본 비교예 2에 따른 탄소나노섬유의 비표면적 특성을 분석하여 이의 측정결과를 도 4에 나타내었다. 본 비교예 2에 의한 탄소나노섬유는 2,600 ㎡/g의 비표면적을 가지고 있으며, 이 중 미세기공(micropore)에 의한 표면적은 전체 비표면적 대비 약 21% 이었다.The specific surface area characteristics of the carbon nanofibers according to Comparative Example 2 were analyzed and their measurement results are shown in FIG. 4. Carbon nanofibers according to Comparative Example 2 had a specific surface area of 2,600 m 2 / g, of which the surface area by micropores was about 21% of the total specific surface area.

다음으로 상기 실시예와 동일한 방법으로 수소저장능력을 평가하여 이를 도 6에 나타내었다. 본 비교예 2에 의한 수소저장능력은 약 1.8 wt%이었다.Next, the hydrogen storage capacity was evaluated in the same manner as in the above example, and the results are shown in FIG. 6. The hydrogen storage capacity according to Comparative Example 2 was about 1.8 wt%.

본 비교예 2의 결과와 상기 실시예 및 비교예 1의 결과를 비교하여 보면, 바나듐옥사이드의 첨가 및 불소 처리에 의하여 수소저장능력이 현저히 향상되었음을 알 수 있다. Comparing the results of the present Comparative Example 2 with the results of Examples and Comparative Example 1, it can be seen that the hydrogen storage capacity is significantly improved by the addition of vanadium oxide and fluorine treatment.

본 발명은 상기한 실시 예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명 의 개념 및 범위 내에서 상이한 실시 예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 이와 균등한 것들에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시 예에 의해 한정되지는 않는다.Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiments and the accompanying drawings, different embodiments may be configured within the concept and scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is defined by the appended claims and equivalents thereof, and is not limited by the specific embodiments described herein.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노섬유를 제조하기 위한 전기방사 장치의 개략도를 나타낸 것이다.Figure 1 shows a schematic diagram of an electrospinning apparatus for producing carbon nanofibers according to an embodiment of the present invention.

<부호의 설명><Code description>

1...주사기 펌프고전압 발생 장치, 2...펌프고전압 발생 장치1 pump high voltage generator, 2 pump high voltage generator

3...집속기, 4...주사기3 ... binding machine, 4 ... syringe

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노섬유를 제조하기 위한 불소 처리 장치의 개략도를 나타낸 것이다. Figure 2 shows a schematic diagram of a fluorine treatment apparatus for producing carbon nanofibers according to an embodiment of the present invention.

<부호의 설명><Code description>

1... 불소가스 용기 2... 질소가스 용기1 ... fluorine gas container 2 ... nitrogen gas container

3... 산소가스 용기 4... 임시저장 용기3 ... oxygen gas container 4 ... temporary storage container

5... 불화나트륨 펠렛 6... 반응기5 ... Sodium fluoride pellets 6 ... Reactor

7... 압력 게이지 8... 삼산화이알루니늄7 ... pressure gauge 8 ... aluminum trioxide

9... 유리 밸브 10... 액화 질소9 ... glass valve 10 ... liquefied nitrogen

11... 진공펌프11 ... vacuum pump

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 XPS 데이터를 나타낸 것이다.Figure 3 shows the XPS data of the carbon nanofibers for hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예, 비교예 1 및 비교예 2의 비표면적 분석 데이터를 나타낸 것이다.Figure 4 shows the specific surface area analysis data of Examples, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention.

도 5는 수소저장능력을 측정하기 위한 장치의 개략도를 나타낸 것이다.5 shows a schematic diagram of an apparatus for measuring hydrogen storage capacity.

<부호의 설명><Code description>

S1... 임시저장용기 1 S2... 임시저장용기 2S 1 ... Temporary container 1 S 2 ... Temporary container 2

T1... 온도계 1 T2... 온도계 2T 1 ... thermometer 1 T 2 ... thermometer 2

T3... 온도계 3 P1... 압력계 (10-4 torr)T 3 ... thermometer 3 P 1 ... pressure gauge (10 -4 torr)

P2... 압력계 (20 psia) P3... 압력계 (10 atm)P 2 ... pressure gauge (20 psia) P 3 ... pressure gauge (10 atm)

P4... 압력계 (100 atm) V... 밸브P 4 ... pressure gauge (100 atm) V ... valve

VP... 진공펌프 EV...배기밸브VP ... Vacuum Pump EV ... Exhaust Valve

도 6은 본 발명의 실시예, 비교예 1 및 비교예 2의 수소저장능력을 측정하여 나타낸 것이다.Figure 6 shows the measurement of the hydrogen storage capacity of Examples, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention.

도 7은 비교예 1의 XPS 데이터를 나타낸 것이다.7 shows XPS data of Comparative Example 1. FIG.

도 8은 비교예 2의 XPS 데이터를 나타낸 것이다.8 shows XPS data of Comparative Example 2. FIG.

Claims (15)

(1) 폴리머 전구체, 바나듐옥사이드 및 용매를 혼합하는 단계;(1) mixing a polymer precursor, vanadium oxide and a solvent; (2) 상기 '단계 (1)'의 혼합물을 전기방사하여 바나듐옥사이드를 함유하는 나노섬유를 제조하는 단계;(2) electrospinning the mixture of step (1) to produce nanofibers containing vanadium oxide; (3) 상기 '단계 (2)'에서 제조된 바나듐옥사이드를 함유하는 전기방사 나노섬유의 안정화를 위하여 산화시키는 단계;(3) oxidizing for stabilization of the electrospun nanofibers containing vanadium oxide prepared in step (2); (4) 상기 '단계 (3)'의 과정을 통하여 안정화된 바나듐옥사이드를 함유하는 전기방사 나노섬유에 열처리를 하여, 전기방사 나노섬유를 탄화시킴과 동시에, 바나듐옥사이드가 열분해되면서 발생하는 옥사이드라디칼이 탄소와 결합하여 일산화탄소 및 이산화탄소로 제거되면서 미세구조의 기공을 형성시키는 단계; (4) Oxide radicals generated by thermally decomposing the electrospun nanofibers and thermally decomposing vanadium oxides by heat-treating the electrospun nanofibers containing vanadium oxide stabilized through the process of 'step (3)'. Combining with carbon to form pores of the microstructure while being removed with carbon monoxide and carbon dioxide; (5) 상기 ‘단계 (4)'의 과정을 통하여 미세구조의 기공이 형성된 바나듐 촉매를 함유하는 탄소나노섬유에 수산화칼륨 용액을 가하여 활성화시키는 단계 및;(5) activating by adding potassium hydroxide solution to carbon nanofibers containing a vanadium catalyst having pores of fine structure through the process of 'step (4)'; (6) 상기 '단계 (5)'의 과정을 통하여 활성화 된 바나듐 촉매를 함유하는 탄소나노섬유를 불소 처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.(6) carbon for a hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst comprising the step of fluorination of the carbon nanofibers containing the activated vanadium catalyst through the process of 'step (5)' Method for producing nanofibers. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 '단계 (1)'의 폴리머 전구체와 바나듐옥사이드의 혼합 비율은 99 내지 20 : 1 내지 80 wt%인 것을 특징으로 하는 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.Method for producing a carbon nanofibers for hydrogen storage medium containing a fluorinated vanadium catalyst, characterized in that the mixing ratio of the polymer precursor and vanadium oxide of the 'step (1)' is 99 to 20: 1 to 80 wt%. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 '단계 (1)'의 폴리머 전구체와 바나듐옥사이드의 혼합 비율은 90 내지 70 : 10 내지 30 wt%인 것을 특징으로 하는 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.Method for producing a carbon nanofibers for hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst, characterized in that the mixing ratio of the polymer precursor and vanadium oxide of the 'step (1)' is 90 to 70: 10 to 30 wt%. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 '단계 (1)'의 상기 폴리머 전구체는 석유계 핏치, 석탄계 핏치, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아크릴니트릴, 메조페이스 핏치, 푸르프릴 알콜, 페놀, 셀룰로오스, 수크로오스 및 폴리비닐 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.The polymer precursor of 'step (1)' is composed of petroleum pitch, coal pitch, polyimide, polybenzimidazole, polyacrylonitrile, mesophase pitch, furfuryl alcohol, phenol, cellulose, sucrose and polyvinyl chloride A method for producing carbon nanofibers for a hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst, characterized in that selected from the group consisting of. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 '단계 (3)'의 산화시키는 단계는 1 내지 5 ℃/min의 속도로 승온시키 고, 최종적으로 200 내지 300℃의 온도범위에서 5 내지 10 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.The step of oxidizing the 'step (3)' is a fluorine-treated vanadium catalyst, characterized in that the temperature is raised at a rate of 1 to 5 ℃ / min, and finally for 5 to 10 hours in the temperature range of 200 to 300 ℃ Method for producing carbon nanofibers for hydrogen storage medium containing. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 '단계 (4)'의 열처리 단계는 바나듐옥사이드의 녹는점인 690℃ 이상의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.The heat treatment step of the 'step (4)' is a method for producing carbon nanofibers for hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst, characterized in that at a temperature of 690 ℃ or more melting point of vanadium oxide. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 '단계 (4)'의 열처리 단계는 5 내지 10 ℃/min의 속도로 승온시키고, 최종적으로 800 내지 1,200℃의 온도범위에서 0.5 내지 5 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.The heat treatment step of the 'step (4)' is heated to a rate of 5 to 10 ℃ / min, and finally contains a fluorine-treated vanadium catalyst, characterized in that made for 0.5 to 5 hours in the temperature range of 800 to 1,200 ℃ Method for producing carbon nanofibers for hydrogen storage medium. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 '단계 (5)'의 활성화시키는 단계에서 상기 수산화칼륨 용액의 농도는 2 내지 10 M인 것을 특징으로 하는 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.The method of producing carbon nanofibers for hydrogen storage medium containing a fluorinated vanadium catalyst, characterized in that the concentration of the potassium hydroxide solution in the step of activating the 'step (5)' is 2 to 10M. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 수산화칼륨 용액의 농도는 6 내지 8 M인 것을 특징으로 하는 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.The concentration of the potassium hydroxide solution is a method of producing carbon nanofibers for hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst, characterized in that 6 to 8 M. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 '단계 (6)'의 불소 처리하는 단계는 불소와 비활성 가스의 혼합가스를 사용하여 이루어지며, The step of treating fluorine in the 'step (6)' is made using a mixed gas of fluorine and an inert gas, 상기 불소와 비활성 가스의 혼합비율은 5 내지 95 : 95 내지 5 vol%인 것을 특징으로 하는 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.The mixing ratio of the fluorine and inert gas is 5 to 95: 95 to 5 vol% method for producing carbon nanofibers for hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst, characterized in that. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 불소와 비활성 가스의 혼합비율은 10 내지 20 : 90 내지 80 vol%인 것을 특징으로 하는 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬 유의 제조방법.The mixing ratio of the fluorine and the inert gas is 10 to 20: 90 to 80 vol%, characterized in that the manufacturing method of carbon nano island oil for hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 불소와 비활성 가스의 혼합가스의 압력은 0.1 내지 5 기압인 것을 특징으로 하는 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.The pressure of the mixed gas of the fluorine and inert gas is 0.1 to 5 atm pressure method of producing carbon nanofibers for hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 불소와 비활성 가스의 혼합가스의 압력은 0.5 내지 2 기압인 것을 특징으로 하는 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.The pressure of the mixed gas of the fluorine and inert gas is a method of producing carbon nanofibers for hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst, characterized in that 0.5 to 2 atm. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 비활성 가스는 질소, 아르곤 또는 헬륨인 것을 특징으로 하는 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.The inert gas is a method for producing carbon nanofibers for hydrogen storage medium containing a fluorine-treated vanadium catalyst, characterized in that nitrogen, argon or helium. 제1항 내지 제14항의 어느 한 항에 의한 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법에 의하여 제조된 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용 탄소나노섬유.A carbon nanofiber for a hydrogen storage medium containing a fluorinated vanadium catalyst prepared by a method for producing a carbon nanofiber for a hydrogen storage medium containing the fluorinated vanadium catalyst according to any one of claims 1 to 14.
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