KR100644367B1 - Silica gel-graphite composite and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리카겔-흑연 복합체 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리카겔과 흑연이 커플링제에 의하여 화학적으로 결합된 실리카겔-흑연 복합체를 제조하여, 물 흡착량이 큰 실리카겔의 열악한 열전도도 때문에 열효율이 낮은 문제점을 해결함으로써, 상기 실리카겔-흑연 복합체를 흡착식 냉각시스템용의 흡착제로 사용할 경우 실리카겔과 흑연이 화학적으로 결합된 구조적인 특징으로 인하여 강도가 향상되어 흡착제의 내구성이 향상되고, 기존의 기계식 냉각시스템과는 달리 컴프레서와 같은 움직이는 기계부품을 사용하지 않으므로 진동과 소음이 나지 않으며, 물처럼 독성이 없는 물질을 냉매로 사용할 수 있어 환경 친화적이고, 구동 에너지원으로서 전기뿐만 아니라 태양열과 폐열 등 저급 에너지를 활용할 수 있는 장점을 극대화시킨 효과를 얻을 수 있는 실리카겔-흑연 복합체와 그의 제조방법 및 상기한 실리카겔-흑연 복합체를 흡착식 냉각시스템용 흡착제로 사용하는 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a silica gel-graphite composite and a method of manufacturing the same, and more particularly, to prepare a silica gel-graphite composite in which silica gel and graphite are chemically bonded by a coupling agent, and thus thermal efficiency due to poor thermal conductivity of silica gel having a large water adsorption amount. By solving this low problem, when the silica gel-graphite composite is used as the adsorbent for the adsorption cooling system, the structural characteristics of the silica gel and graphite are chemically combined to improve the strength, thereby improving the durability of the adsorbent and the conventional mechanical cooling. Unlike the system, it does not use moving mechanical parts such as compressors, so it does not generate vibration and noise, and it is environmentally friendly because it can use non-toxic materials such as water as refrigerant, and it is low energy such as solar and waste heat as a driving energy source. To take advantage of The present invention relates to a silica gel-graphite composite having a maximized effect, a method for preparing the same, and a use of the silica gel-graphite composite as an adsorbent for an adsorptive cooling system.
흡착식 냉각시스템, 실리카겔, 흑연, 복합체, 열전도도, 커플링제 Adsorption Cooling System, Silica Gel, Graphite, Composites, Thermal Conductivity, Coupling Agent
Description
본 발명은 실리카겔-흑연 복합체 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리카겔과 흑연이 커플링제에 의하여 화학적으로 결합된 실리카겔-흑연 복합체를 제조하여, 물 흡착량이 큰 실리카겔의 열악한 열전도도 때문에 열효율이 낮은 문제점을 해결함으로써, 상기 실리카겔-흑연 복합체를 흡착식 냉각시스템용의 흡착제로 사용할 경우 실리카겔과 흑연이 화학적으로 결합된 구조적인 특징으로 인하여 강도가 향상되어 흡착제의 내구성이 향상되고, 기존의 기계식 냉각시스템과는 달리 컴프레서와 같은 움직이는 기계부품을 사용하지 않으므로 진동과 소음이 나지 않으며, 물처럼 독성이 없는 물질을 냉매로 사용할 수 있어 환경 친화적이고, 구동 에너지원으로서 전기뿐만 아니라 태양열과 폐열 등 저급 에너지를 활용할 수 있는 장점을 극대화시킨 효과를 얻을 수 있는 실리카겔-흑연 복합체와 그의 제조방법 및 상기한 실리카겔-흑연 복합체를 흡착식 냉각시스템용 흡착제로 사용하는 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a silica gel-graphite composite and a method of manufacturing the same, and more particularly, to prepare a silica gel-graphite composite in which silica gel and graphite are chemically bonded by a coupling agent, and thus thermal efficiency due to poor thermal conductivity of silica gel having a large water adsorption amount. By solving this low problem, when the silica gel-graphite composite is used as the adsorbent for the adsorption cooling system, the structural characteristics of the silica gel and graphite are chemically combined to improve the strength, thereby improving the durability of the adsorbent and the conventional mechanical cooling. Unlike the system, it does not use moving mechanical parts such as compressors, so it does not generate vibration and noise, and it is environmentally friendly because it can use non-toxic materials such as water as refrigerant, and it is low energy such as solar and waste heat as a driving energy source. To take advantage of The present invention relates to a silica gel-graphite composite having a maximized effect, a method for preparing the same, and a use of the silica gel-graphite composite as an adsorbent for an adsorptive cooling system.
흡착식 냉각시스템은 실리카겔, 제올라이트(zeolite), 또는 활성탄과 같은 흡착제에 물, 알콜 등의 냉매가 흡착될 때 주변으로부터 얻는 냉매의 증발잠열을 이용해 주위를 냉각시키는 장치이다. Adsorption cooling system is a device that cools the surroundings by using the latent heat of evaporation of refrigerant obtained from the surroundings when refrigerants such as water and alcohol are adsorbed to the adsorbent such as silica gel, zeolite, or activated carbon.
이러한 흡착식 냉각시스템은 독성이 없는 물 등을 냉매로 활용할 수 있기 때문에 오존층을 파괴하지 않고 지구온난화를 야기하지 않는 환경친화형 냉각시스템이다. 뿐만 아니라 상기 흡착식 냉각시스템은 컴프레서와 같은 기계부품(mechanical part)이 필요하지 않아 운전 중에는 무소음과 무진동을 실현할 수 있는 장점이 있으며, 전기 대신 태양열이나 공장에서 버려진 폐열을 시스템을 구동하는 에너지원으로 활용할 수 있는 장점이 있다. The adsorption-type cooling system is an environmentally friendly cooling system that does not destroy the ozone layer and does not cause global warming because it can utilize non-toxic water as a refrigerant. In addition, the adsorption cooling system does not require a mechanical part such as a compressor, so there is an advantage that noise and vibration can be realized during operation, and instead of electricity, it utilizes solar heat or waste heat discarded from the plant as an energy source for driving the system. There are advantages to it.
그러나, 상기와 같은 여러 가지 장점에도 불구하고 흡착식 냉각시스템은 근본적으로 성능계수(COP)가 낮아 압축식 냉각시스템처럼 범용화되지 못하고 있는 실정인데, 이러한 주 원인은 흡착식 냉각시스템에 현재 적용되고 있는 상업용 흡착제들의 매우 낮은 열전도도에 있다.However, despite the above advantages, the adsorption cooling system has a fundamentally low coefficient of performance (COP), which is why it is not widely used as a compression cooling system. This is mainly due to commercial adsorbents currently applied to the adsorption cooling system. Their very low thermal conductivity.
일반적으로 열기기에 사용되는 흡착제는 기본적으로 열전도도가 커야 열효율이 높아지는데, 이러한 열전도도 향상 외에도 냉매의 흡착용량이 증가되어야 한다. 그러나, 상기 흡착용량 증가와 열전도도 향상은 양립할 수 없는 상반된 물성이므로 이를 동시에 만족시키는 것은 어려운 문제이다.In general, the adsorbent used in the hot air is basically thermal efficiency is high only when the thermal conductivity is large, in addition to improving the thermal conductivity, the adsorption capacity of the refrigerant should be increased. However, increasing the adsorption capacity and improving the thermal conductivity are incompatible physical properties, so it is difficult to satisfy them at the same time.
한편, 기존의 흡착제들은 가능한 한 흡착용량이 크도록 설계되어 있기 때문에 열전도도가 매우 낮다. 즉, 흡착제의 흡착용량을 크게 하기 위해서는 일반적으로 흡착제의 미세 기공을 잘 발달시켜야 하는데, 이러한 미세기공의 발달은 열전달면적의 감소를 가져와 열전도도에는 악영향을 미치게 되는 것이다.On the other hand, conventional adsorbents are designed to be as large as possible so that the thermal conductivity is very low. In other words, in order to increase the adsorption capacity of the adsorbent, generally, fine pores of the adsorbent should be well developed, and the development of such micropores may cause a decrease in the heat transfer area and adversely affect the thermal conductivity.
따라서, 기존의 흡착용량이 극대화되도록 설계된 흡착제는 열전도도가 낮아 흡착식 냉각시스템용으로는 부적당하므로 이에 맞는 새로운 흡착제 개발이 필요하다. Therefore, the adsorption agent designed to maximize the existing adsorption capacity is low thermal conductivity is not suitable for the adsorption-type cooling system, it is necessary to develop a new adsorbent accordingly.
새로운 흡착제 개발을 위하여 공지된 기술로는 다음과 같은 것이 있다.Known techniques for the development of new adsorbents include the following.
미국특허 제5,518,977호에는 흡착식 냉각시스템의 열전도도를 향상시킬 목적으로 투관(shell & tube) 형 열교환기 표면에 흡착제인 제올라이트를 코팅하는 방법을 기술하고 있다. 그러나, 상기한 투관형 열교환기를 사용하게 되면 장치비가 많이 들 뿐만 아니라 흡착제를 코팅할 수 있는 양이 제한적이어서 냉각시스템의 SCP(specific cooling power), 즉 흡착제 단위무게 및 단위시간 당 구현할 수 있는 냉각력이 매우 낮은 문제점을 갖고 있다. US Pat. No. 5,518,977 describes a method of coating zeolite, an adsorbent, on the surface of a shell & tube type heat exchanger for the purpose of improving the thermal conductivity of the adsorptive cooling system. However, the use of the casing type heat exchanger is not only expensive, but also has a limited amount of coating of the adsorbent, so that the specific cooling power (SCP) of the cooling system, that is, the weight of the adsorbent and the cooling power that can be realized per unit time. This has a very low problem.
미국특허 제4,199,959호에는 알루미늄으로 만든 벌집 (honeycomb) 구조형 열교환 장치에 흡착제를 넣어 흡착탑으로 사용하는 방법이 소개되어 있는데, 이 역시 종래 흡착제의 문제점을 개선한 방법이 아닌, 장치 설계를 통해 냉각시스템의 효율을 향상시키고자 하는 방법이다. U.S. Patent No. 4,199,959 introduces a method of adding an adsorbent to a honeycomb structural heat exchanger made of aluminum and using the adsorbent as an adsorption tower. It is a way to improve the efficiency.
한편, 미국특허 제4,645,519호에는 제습제(desiccant)와 금속파이버 및 전이금속산화물로 이루어진 복합체형 흡착제의 제조방법에 대해 기술하고 있다. 상기 금속파이버는 흡착제의 열전달을 향상시킬 목적으로, 그리고 전이금속산화물은 바인더로서 각각 사용되었다. 그러나, 균일한 복합체를 만들기 위해서는 각 성분을 미립자로 분쇄해야 하고, 또 분쇄 후 교반을 완벽하게 해야 하기 때문에 제조 공정이 복잡한 단점이 있다. 그리고, 바인더로 사용되는 물질이 근본적으로 열전도도가 나쁜 금속산화물이어서 열전도도를 향상시키기에는 한계가 있으며, 이와 더불어 복합체를 고형화하기 위해서는 고온에서 열처리를 해야 하므로 이 과정에서 제습제의 물성이 변질될 가능성이 있다.On the other hand, US Patent No. 4,645,519 describes a method of manufacturing a composite adsorbent consisting of a desiccant, a metal fiber and a transition metal oxide. The metal fiber was used for the purpose of improving the heat transfer of the adsorbent, and the transition metal oxide was used as the binder, respectively. However, in order to make a uniform composite, each component has to be ground into fine particles, and since the stirring must be completed after grinding, the manufacturing process is complicated. In addition, since the material used as the binder is a metal oxide having a bad thermal conductivity, there is a limit to improving the thermal conductivity. In addition, since the heat treatment must be performed at a high temperature in order to solidify the composite, the properties of the dehumidifying agent may be changed in this process. There is this.
한 문헌[Int. J. Refrigeration 23 (2000) 64-73]에는 그래파이트 분말을 고온에서 열처리한 다음 실리카겔과 혼합을 하고 압축, 진공건조하는 방법으로 열전도도가 향상된 복합 흡착제를 제조하는 방법이 소개되어 있다. 그러나, 상기한 방법 역시 위에서 소개한 미국특허 제4,645,519호에서와 같이 분쇄, 혼합, 압축 등 물리공정을 통해서 복합체를 제조하고 있어 분자 차원에서 볼 때 복합체의 물성이 균일하지가 않은 문제점을 갖고 있으며, 이로 인해 구성 성분들이 분자 단위로 혼합된 흡착제에 비해 강도와 열전도도 등 물성이 떨어지는 것은 자명하다.In Int. J. Refrigeration 23 (2000) 64-73] describes a method for preparing a composite adsorbent with improved thermal conductivity by heat treating graphite powder at high temperature, then mixing with silica gel, compressing and vacuum drying. However, the above-described method also produces a composite through physical processes such as grinding, mixing, and compressing as in the above-mentioned US Patent No. 4,645,519, which has a problem in that the physical properties of the composite are not uniform in terms of molecules. Because of this, it is obvious that the constituents are inferior in physical properties such as strength and thermal conductivity compared to adsorbents mixed in molecular units.
그러므로 물리적 방법이 아닌 화학반응적인 방법으로 복합체를 제조함으로서 열전도도와 흡착용량이 동시에 우수한 흡착제 개발이 요구되고 있다. Therefore, it is required to develop an adsorbent having excellent thermal conductivity and adsorption capacity by preparing a composite by a chemical reaction method rather than a physical method.
한편, 산업체에서 배출되는 고온 폐열은 경제성이 높아 그런대로 활용되고 있지만 100 ℃ 이하의 저온 폐열의 경우는 대부분 버려지고 있는 실정이다. 그러나, 국제 유가가 배럴당 40달러를 넘고 있는 작금 저온폐열의 활용은 어느 때보다 절실한 상황이다. On the other hand, the high temperature waste heat discharged from the industry is economically utilized as it is, but the case of low temperature waste heat below 100 ℃ is mostly discarded. However, the use of low-temperature waste heat, which is now more than $ 40 a barrel, is more urgent than ever.
저온 폐열을 흡착식 냉각시스템에 활용할 때 일반적으로 흡착제는 실리카겔, 냉매로는 물이 흔히 사용된다. 이는 상기 실리카겔 흡착제가 물의 흡착량이 크면서도 흡착된 물이 100 ℃ 이하의 저온에서 쉽게 탈착되는 특성이 있기 때문이다. 그러나, 상기 실리카겔은 근본적으로 열전도도가 나쁜 금속산화물인데다가 흡착 용량을 최대화하기 위해서 미세기공을 잘 발달시켜 놓았기 때문에 열전도도가 0.14 ∼ 0.26 W/m.K 정도로 매우 낮은 문제가 있다. When the low temperature waste heat is utilized in the adsorption cooling system, silica gel is generally used as the adsorbent and water is used as the refrigerant. This is because the silica gel adsorbent has a large adsorption amount of water, but the adsorbed water is easily desorbed at a low temperature of 100 ° C. or lower. However, the silica gel is basically a metal oxide having a poor thermal conductivity and has a problem of very low thermal conductivity of 0.14 to 0.26 W / m.K because micropores are well developed to maximize adsorption capacity.
흡착식 냉각시스템에서 냉매의 증발잠열과 흡착제의 흡착열은 COP(coefficient of performance)에 영향을 미치는 중요한 변수이며, 상기 COP는 냉매의 증발잠열이 클수록, 흡착제의 흡착열이 작을수록 커진다. The latent heat of evaporation of the refrigerant and the heat of adsorption of the adsorbent in the adsorption-type cooling system are important variables influencing the efficiency of performance (COP), and the higher the latent heat of evaporation of the refrigerant, the smaller the heat of adsorption of the adsorbent.
한편, 오존층 파괴물질인 CFC계 냉매를 제외하면 단위 그램당 증발잠열은 화합물 중에서 실질적으로 물이 가장 큰데, 독성이 없기도 하거니와 증발잠열이 크기 때문에 물이 흡착식 냉각시스템의 냉매로 널리 사용된다. On the other hand, except for the CFC-based refrigerant, which is an ozone depleting substance, the latent heat of evaporation per gram is substantially the largest water among the compounds.
상기와 같이 흡착식 냉각시스템의 냉매가 물일 때 이의 좋은 짝이 되는 흡착제는 실리카겔이다. 실리카겔은 물을 선택적으로 잘 흡착할 뿐만 아니라 흡착열도 그다지 크지 않아 COP에 긍정적인 영향을 미치며, 또한, 냉매가 흡착될 때 발생되는 열은 흡착제에 누적될 경우 냉매가 흡착되기 보다는 탈착이 되므로 결국 제거시켜 주어야 하는 불필요한 열인데, 이를 제거하기 위해 별도의 냉매를 사용하게 되면 결과적으로 냉각시스템의 효율, 즉 COP가 감소하는 문제점이 발생하게 된다.As described above, when the refrigerant of the adsorption-type cooling system is water, a good partner thereof is silica gel. Silica gel not only selectively adsorbs water, but also has a very low heat of adsorption, which has a positive effect on COP. Also, the heat generated when the refrigerant is adsorbed is desorbed rather than adsorbed when accumulated in the adsorbent. It is unnecessary heat to be made, but if a separate refrigerant is used to remove it, the efficiency of the cooling system, that is, the problem that the COP is reduced.
이러한 측면에서 물에 대한 흡착열이 크지 않은 실리카겔은 열기기용으로서 좋은 흡착제이지만, 상기 실리카겔은 열전도도가 매우 낮기 때문에 흡착된 물을 탈착시켜 다시 재생할 때에는 많은 시간이 소요되는 단점이 있으며, 이로 인해 COP가 크게 감소되고, SCP 또한 떨어지는 문제점이 있었다.In this respect, silica gel, which does not have a great heat of adsorption to water, is a good adsorbent for hot air. However, since silica gel has a very low thermal conductivity, it takes a long time when the adsorbed water is desorbed and regenerated. Significantly reduced, SCP also had problems falling.
이에, 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 실리카겔의 단점을 보완하여 100 ℃ 이하의 저온 폐열을 효과적으로 냉각시스템에 활용할 수 있도록 흡착용량이 크면서도 동시에 열전도도가 우수한 흡착제를 개발하기 위하여 연구 노력하였으며, 그 결과 흡착제로서 실리카겔이 가지는 여러 장점들을 살리면서 열전도도를 증가시키기 위해서는 복합체를 제조해야 한다는 기본적인 취지하에 제안된 것이다.Accordingly, the inventors of the present invention have made efforts to develop an adsorbent having a high adsorption capacity and excellent thermal conductivity so that the above-mentioned disadvantages of silica gel can be effectively utilized in a cooling system at low temperature below 100 ° C. As a result, it is proposed under the basic idea that a composite should be prepared to increase thermal conductivity while taking advantage of silica gel as an adsorbent.
따라서, 본 발명은 물에 대한 흡착능이 우수한 실리카겔과, 열전도도가 우수한 흑연을 물리적인 방법으로 섞어 만들지 않고 화학적으로 결합시켜 제조함으로써 물성이 보다 균일하고 우수하게 향상된 실리카겔-흑연 복합체를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides a silica gel-graphite composite having a more uniform and excellent physical property by producing a chemically bonded silica gel having excellent adsorption capacity to water and graphite having excellent thermal conductivity without mixing by physical method. There is a purpose.
본 발명은 흑연과 실리카겔이 커플링제에 의해 화학적 결합을 이루고 있는 실리카겔-흑연 복합체를 특징으로 한다.The present invention features a silica gel-graphite composite in which graphite and silica gel are chemically bonded by a coupling agent.
본 발명은 흑연 입자의 표면을 활성화 시키는 단계; 표면이 활성화된 흑연 입자에 커플링제를 접목시키는 단계; 상기 커플링제가 접목된 흑연 입자를 pH 2 ∼ 5 범위의 실리카겔 전구체 용액에 혼합하여 실리카겔-흑연 겔(gel)을 생성시키는 단계; 상기 실리카겔-흑연 겔을 pH 2 ∼ 6 의 산성 수용액에 넣어 상온 ∼ 80 ℃ 범위에서 숙성시키는 단계; 및 상기 숙성된 실리카겔-흑연 겔을 분쇄하고 세척한 후 건조하여 실리카겔-흑연 복합체를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 실리카 겔-흑연 복합체의 제조방법을 포함한다. The present invention comprises the steps of activating the surface of the graphite particles; Incorporating a coupling agent into the surface-activated graphite particles; Mixing the graphite particles grafted with the coupling agent to a silica gel precursor solution in a pH range of 2 to 5 to produce a silica gel-graphite gel; Putting the silica gel-graphite gel into an acidic aqueous solution of pH 2 to 6 and aging at room temperature to 80 ° C .; And pulverizing, washing, and drying the aged silica gel-graphite gel to prepare a silica gel-graphite composite.
또한 본 발명은 상기한 흑연과 실리카겔이 커플링제에 의해 화학적 결합을 이루고 있는 실리카겔-흑연 복합체인 흡착식 냉각시스템용 흡착제를 포함한다.The present invention also includes an adsorbent for an adsorptive cooling system, wherein the graphite and silica gel are silica gel-graphite composites chemically bonded by a coupling agent.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 실리카겔과 흑연이 커플링제에 의하여 화학적으로 결합된 실리카겔-흑연 복합체를 제조하여 물 흡착량이 큰 실리카겔의 열악한 열전도도 때문에 열효율이 낮은 문제점을 해결함으로써, 상기 실리카겔-흑연 복합체를 흡착식 냉각시스템용의 흡착제로 사용할 경우 실리카겔과 흑연이 화학적으로 결합된 구조적인 특징으로 인하여 강도가 향상되어 흡착제의 내구성이 향상되고, 기계적 냉각시스템과는 달리 진동과 소음이 나지 않으며, 물처럼 독성이 없는 물질을 냉매로 사용할 수 있어 환경 친화적이고, 구동 에너지원으로서 전기뿐만 아니라 태양열과 폐열 등 저급 에너지를 활용할 수 있는 장점을 극대화시킨 효과가 있다.The present invention is to prepare a silica gel-graphite composite in which silica gel and graphite are chemically bonded by a coupling agent to solve the problem of low thermal efficiency due to poor thermal conductivity of silica gel having a large water adsorption amount, the silica gel-graphite composite for adsorption cooling system When used as adsorbent of silica gel and graphite, the structural characteristics of the chemical structure combined with strength improves the durability of the adsorbent, unlike the mechanical cooling system does not generate vibration and noise, unlike water cooling material that is non-toxic such as refrigerant It can be used as environmentally friendly, and as a driving energy source has the effect of maximizing the advantages of utilizing low-grade energy such as solar heat and waste heat as well as electricity.
이하 본 발명의 실리카겔-흑연 복합체를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the silica gel-graphite composite of the present invention will be described in detail.
흑연은 전기전도성 물질로서 열전도도가 금속에 견줄 만큼 우수함은 이미 잘 알려져 있다. 흑연은 제조 온도에 따라 다소 차이가 있지만, 예를 들어 3000 ℃에서 열처리된 흑연의 경우 열전도도가 수백 W/m.K에 이를 정도이다. It is well known that graphite is an electroconductive material and its thermal conductivity is comparable to that of metal. The graphite is somewhat different depending on the production temperature, but for example, the thermal conductivity of the graphite heat-treated at 3000 ℃ is about several hundred W / m.K.
본 발명에서는 이러한 흑연 입자와 실리카겔이 화학적으로 결합된 복합체를 형성하여 실리카겔의 우수한 물 흡착 능력을 그대로 보유하면서 열전도도가 뛰어난 실리카겔-흑연 복합체를 제조하며, 이를 흡착식 냉각시스템 흡착제용으로 적용하고자 한다.In the present invention, to form a composite in which the graphite particles and silica gel is chemically bonded to prepare a silica gel-graphite composite having excellent thermal conductivity while retaining the excellent water adsorption capacity of the silica gel as it is, and to apply it as an adsorbent cooling system adsorbent.
본 발명의 실리카겔-흑연 복합체는 흑연과 실리카겔이 커플링제에 의해 화학적 결합을 이루고 있는 구조적 특징이 있다.The silica gel-graphite composite of the present invention has a structural feature in which graphite and silica gel form a chemical bond by a coupling agent.
상기 흑연은 입자의 표면이 -OH기 또는 -COOH기로 활성화된 것이다.The graphite is the surface of the particle is activated by -OH group or -COOH group.
상기 활성화된 흑연은 커플링제와 95.0 ∼ 99.9 : 0.1 ∼ 5.0 중량비로 접목(grafting) 시킨 후 실리카겔과 결합시키는데, 이때 활성화된 흑연 입자의 비율이 상기 범위를 초과할 경우에는 상대적으로 커플링제의 양이 부족하여 커플링제가 접목되지 못하는 흑연 입자가 존재하게 된다.The activated graphite is grafted with a coupling agent at a weight ratio of 95.0 to 99.9: 0.1 to 5.0, and then bonded to silica gel. When the ratio of the activated graphite particles exceeds the above range, the amount of the coupling agent is relatively high. Insufficient graphite particles are present.
상기 커플링제는 통상적인 커플링제를 사용할 수 있으나, 실리카겔과의 상용성을 고려하여 실란계 커플링제를 사용하는 것이 보다 바람직하다. The coupling agent may be a conventional coupling agent, but it is more preferable to use a silane coupling agent in consideration of compatibility with silica gel.
상기와 같은 본 발명의 실리카겔-흑연 복합체가 단지 실리카겔과 흑연을 물리적으로 단순히 혼합된 상태가 아니라, 커플링제를 매개로 하여 실리카겔과 흑연 입자가 화학적으로 결합된 상태라고 짐작되어 진다.It is presumed that the silica gel-graphite composite of the present invention as described above is not merely physically mixed with silica gel and graphite, but rather is chemically bonded to silica gel and graphite particles through a coupling agent.
즉, 본 발명의 실리카겔-흑연 복합체는 화학적으로 지극히 안정한 것으로 알려진 흑연을 활성화시켜 그 표면에 -OH기 또는 -OOH 등의 단말기를 형성하고, 이렇게 형성된 단말기와 실리카겔을 커플링제를 매개로 하여 화학적으로 결합시켜 얻어진 화합물인 것이다.That is, the silica gel-graphite composite of the present invention activates graphite, which is known to be extremely stable chemically, to form a terminal such as -OH group or -OOH on the surface thereof, and chemically forms the terminal and the silica gel through a coupling agent. It is a compound obtained by bonding.
이는 본 발명의 실리카겔-흑연 복합체가 기존의 실리카겔을 단독 사용할 경우보다 열전도도가 뛰어나며, 특히 강도가 향상되는 등 물성의 고른 향상으로 미루어 충분히 짐작 가능하다.The silica gel-graphite composite of the present invention has better thermal conductivity than the case of using the conventional silica gel alone, and in particular, it is possible to assume that it can be sufficiently delayed due to the even improvement of physical properties such as strength improvement.
이하 본 발명의 흡착식 냉각시스템 흡착제용 실리카겔-흑연 복합체의 제조방법은, i) 흑연입자의 활성화, ii) 활성화된 흑연입자 표면에 커플링제(coupling agent) 접목(grafting), iii) 커플링제가 접목된 흑연과 실리카겔을 혼합하여 겔화(gellation), vi) 실리카겔-흑연 겔의 숙성 (aging), v) 숙성된 실리카겔-흑연 겔의 수세 및 건조 과정을 포함하여 이루어지는데, 이를 각 단계별로 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method for preparing a silica gel-graphite composite for adsorptive cooling system adsorbent of the present invention includes: i) activating graphite particles, ii) grafting a coupling agent on the surface of activated graphite particles, and iii) grafting a coupling agent. Gelation by mixing the prepared graphite and silica gel, vi) aging of silica gel-graphite gel, v) washing and drying of the aged silica gel-graphite gel, which will be described in detail for each step. do.
첫 번째는 흑연 입자를 활성화시키는 단계이다.The first step is to activate the graphite particles.
상기한 활성화는 소수성을 나타내는 흑연을 친수성으로 전환시키기 위함이다. 이와 같이 흑연을 활성화시키지 않는다면 실리카겔의 전구체인 금속 실리케이트 용액에 흑연 입자를 넣었을 때 흑연 입자가 분산이 되지 않고 층 분리가 되어 복합체를 제조할 수 없게 된다. The above activation is for converting the hydrophobic graphite into hydrophilic. If the graphite is not activated as described above, when the graphite particles are added to the metal silicate solution, which is a precursor of the silica gel, the graphite particles are not dispersed and the layers are separated, thereby preventing the composite from being produced.
흑연을 활성화시키는 방법에는 흑연 입자를 황산 또는 질산 등의 산 용액에 넣어 산화시키는 방법, 기상 고온에서 수증기 또는 공기로 산화시키는 방법, 그리고 전기화학적으로 산화시키는 방법 등이 있다. 이때, 기상에서 수증기 또는 공기로 산화시키는 방법은 산화반응의 속도 조절이 어렵기 때문에 흑연의 산화 정도를 컨트롤할 수 없는 단점이 있고, 전기화학적으로 산화시키는 방법은 장치비가 비싸고 흑연 입자를 대량으로 처리하기에는 부적합한 단점이 있어 산용액으로 흑연 입자를 산화시키는 방법이 가장 바람직하다. Methods of activating graphite include oxidizing graphite particles in an acid solution such as sulfuric acid or nitric acid, oxidizing with water vapor or air at a gaseous phase, and electrochemically oxidizing. At this time, the method of oxidizing with water vapor or air in the gas phase has a disadvantage in that it is difficult to control the oxidation rate of the graphite because it is difficult to control the rate of the oxidation reaction, and the method of oxidizing the electrochemically is expensive in terms of apparatus cost and the graphite particles are treated in large quantities. The following disadvantages are unsuitable and the method of oxidizing graphite particles with an acid solution is most preferred.
상기 흑연의 활성화는 질산, 황산 및 염산 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 산으로 처리한 후 세척 및 건조하여 제조하는데, 산 용액은 황산 또는 질산이 나 염산을 단독으로 사용해도 되지만 황산과 질산을 적절한 비율로 섞어 만든 혼합산 용액에서 보다 좋을 결과를 얻을 수 있다. 따라서, 바람직하게는 황산과 질산을 2 ∼ 3 : 1 중량비의 황산-질산 혼합산을 만들어 흑연 입자를 활성화시키게 되면 흑연 입자 표면에 -OH 및 -COOH와 같은 친수성 단말기들이 생성된다. 이러한 친수성 단말기들이 흑연 입자 표면에 생성되어야 흑연 입자를 금속 실리케이트 용액이나 물과 같은 극성 용매에 넣었을 때 분산이 잘 되면서 균일하게 섞이게 된다. The activation of the graphite is prepared by treatment with one or two or more acids selected from nitric acid, sulfuric acid and hydrochloric acid, followed by washing and drying. The acid solution may be sulfuric acid or nitric acid or hydrochloric acid alone, but sulfuric acid and nitric acid may be appropriately used. Better results can be obtained with mixed acid solutions mixed in proportions. Therefore, preferably, when sulfuric acid and nitric acid are produced in a sulfuric acid-nitric acid mixed acid in a 2 to 3: 1 weight ratio to activate the graphite particles, hydrophilic terminals such as -OH and -COOH are generated on the graphite particle surface. These hydrophilic terminals must be produced on the surface of the graphite particles so that the graphite particles are dispersed well and uniformly mixed when they are added to a polar solvent such as a metal silicate solution or water.
두 번째로는, 상기 표면이 활성화된 흑연 입자에 커플링제를 접목시키는 단계이다.Secondly, the coupling agent is grafted onto the graphite particles having activated surface.
상기한 커플링제의 접목은 두 가지 목적에서 이루어진다. 첫 번째 목적은 흑연 입자가 실리카겔의 전구체 용액에 잘 분산되도록 흑연 입자의 친수성도를 강화시키기 위해서이고, 두 번째 목적은 실리카겔-흑연 복합체의 강도를 향상시키기 위한 일환으로 실리카겔과 흑연을 화학반응적으로 결합시키기 위해서이다. Incorporation of the coupling agents described above serves two purposes. The first purpose is to enhance the hydrophilicity of the graphite particles so that the graphite particles are well dispersed in the precursor solution of the silica gel, and the second purpose is to chemically react silica gel and graphite as a part of improving the strength of the silica gel-graphite composite. To combine.
한편, 복합체 제조에 사용하는 흑연 입자의 크기가 나노미터 수준이라면 흑연 입자를 산 처리하는 것만으로도 흑연 입자를 실리카겔 전구체 용액에 잘 분산시킬 수 있으나, 흑연 입자의 크기가 마이크로미터 수준이면 산 처리만으로는 흑연 입자의 친수성도가 크지 않아 입자의 무게 때문에 실리카겔 전구체 용액 밑으로 가라앉게 된다. 이렇게 되면 물성이 균일한 복합체를 제조할 수 없게 된다. On the other hand, if the size of the graphite particles used in the composite production is nanometer level, the graphite particles may be well dispersed in the silica gel precursor solution only by acid treatment of the graphite particles. However, when the size of the graphite particles is micrometer level, only the acid treatment may be used. The hydrophilicity of the graphite particles is not so great that the weight of the particles sinks under the silica gel precursor solution. This makes it impossible to produce a composite having a uniform physical property.
그러므로 흑연 입자가 용액 밑으로 가라앉지 않도록 흑연 입자를 활성화시켜 친수성을 증가시켜 주어야 하는데, 친수성이 큰 단말기를 보유하고 있는 화학물질, 즉 커플링제를 흑연 입자 표면에 접목시키는 것은 바로 이러한 목적에서이다. 즉, 상기와 같은 이유로 인하여 본 발명에서 사용하는 흑연 입자는 입자의 크기를 특별히 한정할 필요가 없게 되는 것이다. 상기한 흑연 입자는 크기 뿐만 아니라 형태에도 특별한 제한을 받지 않고 사용할 수 있다 Therefore, it is necessary to activate the graphite particles to increase the hydrophilicity so that the graphite particles do not sink under the solution, and it is for this purpose to apply a chemical agent having a high hydrophilic terminal, that is, a coupling agent, to the graphite particle surface. That is, the graphite particles used in the present invention do not need to specifically limit the size of the particles for the above reasons. The graphite particles described above can be used without particular limitations not only in size but also in shape.
또한, 흡착식 냉각시스템에 사용되는 흡착제는 기본적으로 냉매의 흡착용량과 열전도도가 우수해야 하지만 강도 또한 이에 못지않게 중요한 물성이다. 즉, 흡착식 냉각시스템은 기본적으로 흡착제에 냉매가 흡착과 탈착을 주기적으로 반복하며 운전되는 장치인데, 이렇게 냉매의 흡탈착이 계속 반복되다 보면 흡착제는 냉매가 흡착될 때의 팽윤(swelling) 현상과 탈착될 때의 모세관 힘(capillary force) 등으로 그 구조가 붕괴될 수도 있다. 이러한 경우 냉매의 흡착용량과 열전도도가 변하게 되므로 흡착제는 이러한 일이 발생되지 않도록 충분한 강도를 가져야 한다. In addition, the adsorbent used in the adsorption-type cooling system should basically have excellent adsorption capacity and thermal conductivity of the refrigerant, but strength is equally important. In other words, the adsorption-type cooling system is basically a device in which the refrigerant is repeatedly adsorbed and desorbed to the adsorbent and is operated. The structure may collapse due to capillary force. In this case, since the adsorption capacity and thermal conductivity of the refrigerant are changed, the adsorbent should have sufficient strength to prevent this from happening.
그러나, 실리카겔과 흑연의 복합체를 제조하는 데에 있어 흑연 입자와 실리카겔 입자가 단순히 물리적으로 혼합된 상태로 존재하면 냉매가 흡/탈착되는 도중에 흑연 입자와 실리카겔 입자 사이에 크랙이 발생해 구조가 붕괴될 수 있다. 이는 열팽창 계수를 비롯해 흑연과 실리카겔의 여러 물성이 현격하게 차이가 나기 때문이다. However, in preparing the composite of silica gel and graphite, if the graphite particles and the silica gel particles are simply physically mixed, cracks may occur between the graphite particles and the silica gel particles during the adsorption / desorption of the refrigerant, leading to collapse of the structure. Can be. This is because the thermal expansion coefficient and the physical properties of graphite and silica gel are significantly different.
그러므로 실리카겔과 흑연 입자를 물리적인 방법이 아닌 화학적으로 결합시키는 방법이 필요하다. 앞에서도 설명했듯이 본 발명에서 흑연 입자 표면에 커플링제를 접목시키는 것은 제조된 복합체가 충분한 강도를 갖도록 흑연과 실리카겔 입자를 화학적으로 결합시키기 위함이 그 중요한 이유 중의 하나이다. Therefore, there is a need for a method of chemically bonding silica gel and graphite particles, not a physical method. As described above, in the present invention, incorporating the coupling agent on the surface of the graphite particles is one of the important reasons for chemically bonding the graphite and silica gel particles so that the prepared composite has sufficient strength.
본 발명의 흑연 입자에 접목시킬 수 있는 커플링제는 일반적으로 사용되는 커플링제 어느 것이라도 좋지만 그 구성 원소가 실리카겔과 비슷한 실란계 커플링제를 사용하는 것이 더 좋다. 상기 실란계 커플링제는 테트라알콕시실란, 알킬트리알콕시실란, 비닐트리알콕시실란, 아미노알킬트리알콕시실란 및 (메타)아크릴옥시알킬디메톡시실란 등을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 테트라메톡시실란(Tetraethoxy silane), 테트라에톡시실란(Tetra methoxy silane), 메틸트리메톡시 실란(Methyl trimethoxy silane), 비닐트리에톡시실란(Vinyl triethoxy silane), 아미노프로필트리에톡시실란(Aminopropyl triethoxy silane) 및 감마-메타아크릴록시프로필 메톡시실란(γ-Methacryloxypropyl dimethoxy silane) 등 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다.The coupling agent which can be incorporated into the graphite particles of the present invention may be any coupling agent generally used, but a silane coupling agent whose component is similar to that of silica gel is preferably used. The silane coupling agent may be tetraalkoxysilane, alkyltrialkoxysilane, vinyltrialkoxysilane, aminoalkyltrialkoxysilane, (meth) acryloxyalkyldimethoxysilane, or the like. Specifically, tetraethoxysilane (Tetraethoxy silane, Tetra methoxy silane, Methyl trimethoxy silane, Vinyl triethoxy silane, Aminopropyl triethoxy silane and gamma-metha One selected from among acryloxypropyl methoxysilane (γ-Methacryloxypropyl dimethoxy silane) and the like can be used.
상기한 실란계 커플링제를 흑연 입자 표면에 접목시켜 놓으면 나중에 커플링제와 실리카겔 전구체 분자 사이에서 알코올 분자가 떨어져 나가면서 실리카겔이 커플링제에 결합하게 된다. 따라서 본 발명의 복합체는 보다 엄밀하게는 흑연-커플링제-실리카겔로 이루어지는 분자 구조를 갖는다. When the silane coupling agent is grafted onto the graphite particle surface, the silica gel is bonded to the coupling agent while alcohol molecules are separated between the coupling agent and the silica gel precursor molecule. Thus, the composite of the present invention has a more precise molecular structure consisting of graphite-coupling agent-silica gel.
활성화된 흑연입자와 커플링제를 접목시키는 방법은, 먼저 흑연입자를 산 용액에 5 시간 이상 담그어 흑연 표면에 -OH 및 -COOH와 같은 친수성 단말기가 생성되도록 한 다음 이를 증류수로 세척, 원심분리 및 건조(80 ∼ 150 ℃) 한다. 그 후, 산화된 흑연 입자 무게를 기준으로 1 ∼ 2 중량%에 해당하는 양의 커플링제를 증류수에 넣어 교반하여 얻어진 용액과 산화된 흑연 입자를 2 ∼ 10 : 1 중량비 로 혼합한 후 30 ∼ 150 ℃, 바람직하게는 60 ∼ 100 ℃로 가열하면서 약 2 ∼ 5 시간동안 반응시킨다. 이 때 초음파를 쏘면서 반응시키면 커플링제가 보다 높은 효율로 흑연 표면에 결합된다. In the method of incorporating the activated graphite particles and the coupling agent, first, the graphite particles are immersed in an acid solution for at least 5 hours to produce a hydrophilic terminal such as -OH and -COOH on the graphite surface, and then washed, centrifuged and dried with distilled water. (80-150 degreeC). Thereafter, a coupling agent in an amount corresponding to 1 to 2% by weight based on the weight of the oxidized graphite particles was added to distilled water and stirred, and then the mixed solution and the oxidized graphite particles were mixed at a ratio of 2 to 10: 1 by weight, then 30 to 150 The reaction is carried out for about 2 to 5 hours while heating to 60 캜, preferably 60 to 100 캜. At this time, when the ultrasonic wave is reacted, the coupling agent is bonded to the graphite surface with higher efficiency.
상기 커플링제의 접목은 일종의 화학반응에 의한 것으로, 산처리에 의해 생성된 흑연 표면의 -OH 및 -COOH 단말기에 존재하는 H와 커플링제의 OH가 반응하여 물이 생성되고, 이 물분자가 떨어져 나가 축합하면서 커플링제가 흑연 표면에 연결되는 과정으로 접목된다. Incorporation of the coupling agent is a kind of chemical reaction. H present in the -OH and -COOH terminals on the graphite surface generated by acid treatment reacts with OH of the coupling agent to generate water. It is grafted by a process in which the coupling agent is connected to the graphite surface while condensing out.
세 번째 단계는 커플링제가 접목된 흑연입자를 pH 2 ∼ 5 범위의 실리카겔 전구체 용액에 혼합하여 실리카겔-흑연 겔(gel)을 생성시키는 단계이다.The third step is to produce a silica gel-graphite gel (gel) by mixing the graphite particles grafted with a coupling agent to a silica gel precursor solution of pH 2-5 range.
상기 실리카겔 전구체 용액의 pH는 실리카겔의 물성을 결정짓는 가장 중요한 변수이기 때문에 세밀하게 조절할 필요가 있는데, 그 값은 바람직하게는 2 ∼ 5 범위가 좋다. 상기 pH가 5를 초과하면 흑연 입자를 실리카겔 전구체 용액에 넣기도 전에 겔이 급격하게 생성되어 실리카겔-흑연 복합체를 제조하기가 어렵게 되고, 반대로 pH가 2 미만이면 겔 생성 시간이 너무 길어 복합체의 물성을 원하는 대로 조절하기 어렵다.Since the pH of the silica gel precursor solution is the most important parameter for determining the physical properties of the silica gel, it is necessary to finely adjust the value, and the value is preferably in the range of 2-5. When the pH exceeds 5, the gel is rapidly formed before the graphite particles are added to the silica gel precursor solution, making it difficult to prepare a silica gel-graphite composite. On the contrary, when the pH is less than 2, the gel generation time is too long, and thus the physical properties of the composite are desired. Difficult to adjust
실리카겔 전구체로는 금속 실리케이트 또는 실란계 화합물이 사용될 수 있다. 상기 금속 실리케이트로는 특히 알칼리금속 실리케이트를 사용하는 것이 좋으며, 구체적으로 소듐(Na) 실리케이트, 칼륨 (K) 실리케이트 (silicate), 리튬 (Li) 실리케이트 등을 사용할 수 있다. 상기 실란계 화합물은 테트라알콕시 실 란 등을 사용할 수 있으며, 상기 테트라알콕시 실란으로는 구체적으로 테트라에톡시 실란, 테트라메톡시 실란 등을 사용할 수 있다.As the silica gel precursor, metal silicates or silane compounds may be used. It is preferable to use alkali metal silicate as the metal silicate, and specifically, sodium (Na) silicate, potassium (K) silicate, lithium (Li) silicate, or the like may be used. As the silane-based compound, tetraalkoxy silane or the like may be used. Specific examples of the tetraalkoxy silane may include tetraethoxy silane and tetramethoxy silane.
상기 금속 실리케이트는 5 ∼ 20 중량% 농도의 수용액으로 사용할 수 있으며, 상기 테트라알콕시 실란은 10 ∼ 60 중량% 농도의 수용액으로 사용할 수 있으므로, 상기 테트라알콕시 실란은 50 중량% 이상 고농도로 사용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 소듐 실리케이트 등의 금속 실리케이트는 농도를 20 중량% 이내로, 바람직하기로는 5 ∼ 20 중량% 이내로 조절해서 사용하는 것이 좋으며, 이러한 금속 실리케이트는 가격이 싸 실리카겔의 원료로서 일반적으로 사용되기도 하는 장점이 있다. 이때, 금속 실리케이트의 농도가 20 중량%를 넘어서면 겔 생성 속도가 매우 빨라 균일한 복합체를 얻기 어렵다. The metal silicate may be used in an aqueous solution of 5 to 20% by weight, and the tetraalkoxy silane may be used in an aqueous solution of 10 to 60% by weight, and the tetraalkoxy silane may be used in a high concentration of 50% by weight or more. There is this. In addition, the metal silicate such as sodium silicate is preferably used to adjust the concentration within 20% by weight, preferably within 5 to 20% by weight, and such metal silicate is generally used as a raw material of silica gel because of its low price. have. At this time, when the concentration of the metal silicate exceeds 20% by weight, the gel formation rate is very fast, so that it is difficult to obtain a uniform composite.
적당한 농도의 실리카겔 전구체 용액이 만들어지고 pH가 조절되면 이제 커플링제가 접목된 흑연 입자를 용액 속에 넣어 본격적으로 실리카겔-흑연 겔을 만들기 시작한다. When the appropriate concentration of silica gel precursor solution is made and the pH is adjusted, graphite particles grafted with the coupling agent are put into the solution to start making silica gel-graphite gel in earnest.
상기 실리카겔-흑연 겔 중의 흑연의 중량은 5 ∼ 40 중량%, 바람직하기로는 10 ∼ 40 중량% 범위가 적당하며, 이때 흑연의 중량이 5 중량% 미만이면 최종적으로 제조된 실리카겔-흑연 복합체의 열전도도가 그다지 높지 않아 소기의 목적을 달성할 수 없고, 반면에 40 중량%를 넘어서면 실리카겔의 양이 상대적으로 적어 실리카겔-흑연 복합체 단위 그램 당 물 흡착량이 적어 흡착제로서의 기능을 갖지 못한다. The weight of graphite in the silica gel-graphite gel is in the range of 5 to 40% by weight, preferably 10 to 40% by weight, and when the weight of graphite is less than 5% by weight, the thermal conductivity of the finally prepared silica gel-graphite composite It is not so high that the desired purpose cannot be achieved. On the other hand, if it exceeds 40% by weight, the amount of silica gel is relatively small, so that the amount of water adsorption per gram of silica gel-graphite composite does not function as an adsorbent.
이렇게 실리카겔 전구체 용액에 흑연 입자를 넣은 다음에는 실리카겔-흑연 겔이 생성되기 바로 직전까지 슬러리 상태의 용액을 잘 교반시켜 주어야 한다. 이는 흑연 입자가 용액에 분산되어 있지 않다면 물성이 균일한 복합체를 얻을 수 없기 때문이다. After the graphite particles are added to the silica gel precursor solution, the slurry solution should be well stirred until just before the silica gel-graphite gel is formed. This is because a composite having uniform physical properties cannot be obtained unless graphite particles are dispersed in a solution.
실리카겔 전구체와 커플링제가 접목된 흑연 입자가 만나면 실리카 분자가 커플링제에 결합되고, 이어서 그 실리카 분자에 새로운 실리카 분자가 계속 결합하면서 복합체 분자의 길이는 커진다. 이 때 실리카 분자가 커플링제가 접목된 흑연 입자에 연결될 때에는 알코올 분자가 떨어져 나가며, 실리카 분자가 다른 실리카 분자에 결합할 때에는 물 분자가 빠져 나간다. When the silica gel precursor and the graphite particles grafted with the coupling agent meet, the silica molecules are bonded to the coupling agent, and the new silica molecules continue to bind to the silica molecules, thereby increasing the length of the composite molecule. At this time, when the silica molecules are connected to the graphite particles grafted with the coupling agent, the alcohol molecules are separated, and when the silica molecules are bonded to other silica molecules, the water molecules are released.
이와 같이 두 종류의 축합반응이 일어나면서 실리카겔-흑연 복합체의 길이가 커지는데, 반응이 더욱 진행되어 복합체 분자끼리 서로 결합하며 그물 구조를 이루게 되면 슬러리의 점도가 높아지면서 실리카겔-흑연 복합체 분자의 겔이 생성된다. As the two types of condensation reactions occur, the length of the silica gel-graphite composite increases, and when the reaction proceeds further, the complex molecules are bonded to each other and form a mesh structure, so that the viscosity of the slurry increases and the gel of the silica gel-graphite composite molecules is formed. Is generated.
실리카겔-흑연 겔의 생성 속도는 실리카겔 전구체 용액의 pH가 높을수록 커져, 용액의 pH 5를 초과하면 겔이 수초 이내에 생성되기 때문에 사실상 실리카겔-흑연 복합체 제조가 불가능하다. 반면에 실리카겔 전구체 용액의 pH가 2일 때에는 겔이 생성되기 까지 약 6시간 소요되고, pH가 2 미만일 때에는 더욱 더 장시간이 요구되며, 등전위점 부근의 pH 조건에서는 겔이 아예 생성되지 않는다. 따라서 본 실리카겔-흑연 겔 제조시의 적당한 pH 범위는 2 ∼ 5이며, 제조된 실리카겔-흑연 복합체의 물 흡착용량과 강도를 고려했을 때 최적 pH 범위는 2 ∼ 3인 것이 더욱 좋다. The production rate of silica gel-graphite gel increases as the pH of the silica gel precursor solution increases, so that the gel is produced within a few seconds when the pH of the solution exceeds 5, which makes it practically impossible to manufacture the silica gel-graphite composite. On the other hand, when the pH of the silica gel precursor solution is 2, it takes about 6 hours to produce the gel, and when the pH is less than 2, a longer time is required, and the gel is not produced at all in the pH condition near the equipotential point. Therefore, the suitable pH range for the present silica gel-graphite gel is 2 to 5, and considering the water adsorption capacity and strength of the prepared silica gel-graphite composite, the optimum pH range is more preferably 2 to 3.
네 번째 단계는 상기 실리카겔-흑연 겔을 pH 2 ∼ 6 의 산성 수용액에 넣어 상온 ∼ 80 ℃ 범위에서 숙성시키는 단계이다.The fourth step is to put the silica gel-graphite gel in an acidic aqueous solution of pH 2-6 to mature at room temperature to 80 ℃.
상기 실리카겔-흑연 겔이 생성되면 최종적으로 얻어질 실리카겔-흑연 복합체의 강도를 높이기 위해 이를 숙성시키는 시간이 필요하다. 상온(20 ℃) ∼ 80 ℃ 범위에서 5시간 이상 숙성시킴으로써 축합반응이 완결되어 겔의 강도가 최대한 커지도록 유도한다. 실리카겔-흑연 겔을 숙성시킬 때에는 강도 증진을 위해 산성 수용액 속에서 숙성시키는 것이 더 좋다. When the silica gel-graphite gel is produced, it takes time to ripen it in order to increase the strength of the finally obtained silica gel-graphite composite. Aging at room temperature (20 ° C.) to 80 ° C. for at least 5 hours completes the condensation reaction, leading to the greatest strength of the gel. When the silica gel-graphite gel is aged, it is better to mature in an acidic aqueous solution to enhance strength.
조사한 바에 의하면 겔을 공기에 노출된 상태보다는 산성 수용액 내에서 숙성시켰을 때 강도가 더 크며, 증류수에 산을 넣어 pH 2 ∼ 6, 바람직하기로는 pH 2 ∼ 4, 가장 바람직하기로는 pH 3으로 맞춘 산성 수용액을 상기 실리카겔-흑연 겔에 부어 숙성시켰을 때 BET 비표면적이 크면서도 강도가 가장 큰 실리카겔-흑연 복합체를 제조할 수 있다.Investigations have shown that the gels have a higher strength when aged in an acidic aqueous solution rather than exposed to air. Acids are adjusted to pH 2-6, preferably pH 2-4, most preferably pH 3 by adding acid to distilled water. When the aqueous solution is poured into the silica gel-graphite gel and aged, the silica gel-graphite composite having the largest BET specific surface area and the greatest strength can be prepared.
다섯 번째 단계로는 상기 숙성된 실리카겔-흑연 겔을 분쇄하고 세척한 후 건조하여 실리카겔-흑연 복합체를 제조하는 단계이다.The fifth step is to prepare a silica gel-graphite composite by grinding, washing and drying the aged silica gel-graphite gel.
상기 단계에서 산성 수용액에서 숙성이 끝난 실리카겔-흑연 겔은 적당한 크기로 분쇄한 다음 증류수로 여러 번 세척하여 산과 금속 이온 등 불순물을 잘 제거하고 100 ℃ 이하의 온도, 바람직하게는 60 ∼ 80℃의 온도에서 서서히 건조시킨다. The silica gel-graphite gel which has been aged in the above acidic aqueous solution in the above step is pulverized to a suitable size and washed several times with distilled water to remove impurities such as acid and metal ions, and the temperature of 100 ° C. or lower, preferably 60 to 80 ° C. Dry slowly at.
상기와 같은 방법으로 제조한 본 발명의 실리카겔-흑연 복합체는 흑연의 함량에 따라 BET 비표면적이 560 ∼ 780 ㎡/g이며, 복합체 단위 그램 당 물 흡착량은 상대습도 50 %에서 0.2 ∼ 0.3 g, 열전도도는 0.3 ∼ 1.5 W/m.K 정도의 물성을 나타내며, 물 흡착량이 실리카 겔과 비슷하면서도 열전도도가 실리카겔에 비해 매우 큰 특징을 갖고, 실리카 겔과 흑연 입자가 화학적으로 결합되어 있어서 순수한 실리카겔과 비슷한 강도를 갖는다. Silica gel-graphite composite of the present invention prepared by the above method has a BET specific surface area of 560 ~ 780 ㎡ / g, depending on the content of graphite, the water adsorption amount per gram of the composite is 0.2 to 0.3 g at 50% relative humidity, The thermal conductivity is about 0.3 ~ 1.5 W / mK, and the water adsorption amount is similar to that of silica gel, but the thermal conductivity is much higher than that of the silica gel. Has strength.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by the following Examples.
[흑연 함량에 따른 실리카겔-흑연 복합체의 물성 비교][Comparison of Physical Properties of Silica Gel-graphite Composites According to Graphite Contents]
실시예 1Example 1
흑연 분말 100 g을 중량 기준으로 황산(98%)과 질산(65%)의 비가 2 : 1인 혼합산에 넣어 2시간 산 처리한 다음 증류수로 세척하고 100 ℃에서 건조하여 표면이 활성화된 흑연 입자를 제조하였다. 100 g of graphite powder was added to a mixed acid having a ratio of sulfuric acid (98%) and nitric acid (65%) in a ratio of 2: 1, acid treated for 2 hours, washed with distilled water, and dried at 100 ° C to activate the surface of graphite particles. Was prepared.
커플링제로서 테트라에톡시 실란 0.5 g을 증류수 200 g 속에 넣어 교반한 후 이 용액에 상기 산화된 흑연 입자 50 g을 넣어 80 ℃에서 초음파를 쏘며 테트라에톡시 실란을 흑연 분말 표면에 접목시켰다. As a coupling agent, 0.5 g of tetraethoxy silane was added to 200 g of distilled water, followed by stirring. 50 g of the oxidized graphite particles were added to the solution, and ultrasonication was performed at 80 ° C., whereby tetraethoxy silane was grafted onto the graphite powder surface.
20 중량%의 황산 수용액 500 g에 농도 15 중량%인 소듐실리케이트 용액 1250 g을 pH가 3.0이 될 때까지 천천히 넣으며 교반한 후 흑연 함량이 10 중량%인 실리 카겔-흑연 복합체를 제조하기 위해 테트라에톡시 실란이 접목된 22 g의 흑연 분말을 상기 pH 3.0 소듐실리케이트 용액 속에 넣고 잘 교반하였다. 1250 g of sodium silicate solution having a concentration of 15% by weight was slowly added to 500 g of 20% by weight aqueous sulfuric acid solution until the pH was 3.0, followed by stirring, followed by tetraacetic acid to prepare silica gel-graphite composite having a graphite content of 10% by weight. 22 g of graphite powder grafted with oxysilane were placed in the pH 3.0 sodium silicate solution and stirred well.
소듐실리케이트-흑연 용액의 점도가 점차 커지면서 젤레이션 상태에 이르면 교반을 멈추고 밑바닥이 넓은 용기로 슬러리를 옮겨 붓고, 이어 겔이 생성되면 pH 3 수용액을 충분히 넣은 다음 실리카겔-흑연 겔이 완벽하게 생성될 때까지 상온에서 24시간 동안 숙성시켰다. When the viscosity of the sodium silicate-graphite solution gradually increases and reaches the gelation state, stop the agitation and transfer the slurry to a wide bottom container, then add enough pH 3 aqueous solution when the gel is formed, and then when the silica gel-graphite gel is completely produced Aged at room temperature for 24 hours.
상기 숙성된 실리카겔-흑연 겔을 적당한 크기로 분쇄한 다음 증류수로 여러 번 세척하고 80 ℃에서 건조하여 실리카겔-흑연 복합체를 얻었다. The aged silica gel-graphite gel was ground to an appropriate size, washed several times with distilled water, and dried at 80 ° C. to obtain a silica gel-graphite composite.
실시예 2 ∼ 3Examples 2 to 3
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 흑연 분말 함량이 20 및 30 중량%인 실리카겔-흑연 복합체를 얻었다.In the same manner as in Example 1, a silica gel-graphite composite having a graphite powder content of 20 and 30 wt% was obtained.
실험예 Experimental Example
상기 실시예 1 ∼ 3에 의하여 제조된 본 발명의 실리카겔-흑연 복합체와. 흑연을 첨가하지 않은 실리카겔[비교예]의 물성을 측정한 결과를 다음 표 1에 나타내었다.Silica gel-graphite composite of the present invention prepared by Examples 1 to 3. Table 1 shows the results of measuring the physical properties of silica gel [Comparative Example] not added with graphite.
여기서 열전도도는 겔화가 일어나기 전의 소듐실리케이트-흑연 슬러리를 테프론 판으로 만든 가로 25 mm, 세로 25 mm, 깊이 25 mm의 주형에 부은 다음 위에서 기술한 방법으로 실리카겔-흑연 복합체 샘플을 만들어 레이저 플래쉬법으로 측정했 다. Here, the thermal conductivity is obtained by pouring the sodium silicate-graphite slurry prior to gelation into a 25 mm, 25 mm, and 25 mm depth mold made of Teflon plate, and then using the method described above to make a silica gel-graphite composite sample by laser flash method. Measured.
비교예 1Comparative Example 1
흑연이 포함되지 않은 통상의 실리카 겔(RD-1660, Fusi)을 비교예 1로 하여 흑연 함량에 따른 실리카겔-흑연 복합체의 물성을 비교하였다.General silica gel (RD-1660, Fusi) containing no graphite was used as Comparative Example 1 to compare the physical properties of the silica gel-graphite composite according to the graphite content.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이 상대습도 50 %에서의 물 흡착량, 즉 함수율은 흑연의 10, 20 및 30 중량%인 실리카겔-흑연 복합체가 각각 28.3, 26.8 및 23.6%이었다. 한편, 열전도도를 측정한 결과 복합체의 열전도도는 비교예의 순수한 실리카겔 보다 2.3 배에서 5,5 배 높은 것으로 나타났다. As shown in Table 1, the water adsorption amount at 50% relative humidity, that is, the water content, was 28.3, 26.8, and 23.6% of silica gel-graphite composites having 10, 20, and 30% by weight of graphite, respectively. On the other hand, as a result of measuring the thermal conductivity, the thermal conductivity of the composite was 2.3 to 5,5 times higher than the pure silica gel of the comparative example.
[커플링제 종류에 따른 물성 비교][Comparison of Physical Properties According to Coupling Agent Type]
실시예 4Example 4
실리카겔 전구체로서 테트라에톡시 실란 100 ㎖, 증류수 90 ㎖ 및 35 % 염산 8.6 ㎖을 잘 혼합한 다음 상기 실시예 1에서 만든 테트라에톡시 실란이 접목된 흑연 3 g을 넣어 60 ℃에서 24 시간 겔화 및 숙성시켰다. As a silica gel precursor, 100 ml of tetraethoxy silane, 90 ml of distilled water, and 8.6 ml of 35% hydrochloric acid were mixed well, and then 3 g of graphite grafted with tetraethoxy silane prepared in Example 1 was added to gel and mature at 60 ° C. for 24 hours. I was.
그 후 상기 실시예 1에서와 같은 방법으로 수세 및 건조하여 흑연이 10%인 실리카겔-흑연 복합체를 제조했다. 물성 측정 결과를 다음 표 2에 나타내었으며, 제조된 복합체의 함수율은 27.2 %, 열전도도는 0.34 W/m.K이었다. Thereafter, the mixture was washed with water and dried in the same manner as in Example 1 to prepare a silica gel-graphite composite having 10% graphite. The measurement results of the physical properties are shown in Table 2 below. The water content of the prepared composite was 27.2% and the thermal conductivity was 0.34 W / m.K.
실시예 5 ∼ 9 및 비교예 2Examples 5-9 and Comparative Example 2
커플링제의 표면접목 효과를 조사하기 위해 다음 표 2에 나타낸 바와 같이 여러 커플링제를 흑연 입자 위에 80 ℃에서 초음파를 쏘며 접목시킨(1 중량%) 다음 상기 실시예1에서와 같은 방법으로 실리카겔-흑연 복합체를 만들어 함수율과 강도를 조사했다. In order to investigate the surface grafting effect of the coupling agent, as shown in Table 2 below, several coupling agents were grafted onto the graphite particles with ultrasonic waves at 80 ° C. (1% by weight), followed by silica gel-graphite in the same manner as in Example 1 above. Composites were made to investigate moisture content and strength.
여기서 흑연의 함량은 모두 10 중량%로 동일하게 하였으며, 강도는 소듐실리케이트-흑연 슬러리를 젤레이션이 되기 바로 전에 테프론 판으로 만든 직경 6 mm, 깊이 10 mm의 주형(鑄型)에 부어 젤레이션 한 다음, 상기 실시예 1에서와 같이 숙성, 수세, 건조과정을 거쳐 복합체 시료를 만들어 측정했다. The content of graphite was equal to 10% by weight, and the strength was measured by pouring the sodium silicate-graphite slurry into a mold having a diameter of 6 mm and a depth of 10 mm made of Teflon plate just before gelation. Next, the composite sample was made through the aging, washing and drying process as in Example 1, and measured.
상기 표 2에서 나타낸 바와 같이 실리카겔-흑연 복합체의 함수율은 커플링제의 종류와 사용 유무에 관계없이 비슷하지만, 강도는 커플링제를 사용하지 않은 비교예2와 비교하여 최소한 40% 이상 크게 증가함을 볼 수 있다. As shown in Table 2, the water content of the silica gel-graphite composite was similar regardless of the type and use of the coupling agent, but the strength was significantly increased by at least 40% compared with Comparative Example 2 without the coupling agent. Can be.
이와 같이 본 발명에서는 커플링제를 사용하여 흑연과 실리카겔을 화학적으로 결합시킴으로써 복합체의 강도가 크게 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것이다. As described above, in the present invention, the graphite and the silica gel are chemically bonded by using the coupling agent to obtain the effect of greatly improving the strength of the composite.
상술한 바와 같이, 본 발명의 방법으로 제조된 실리카겔-흑연 복합체는 실리카겔과 비교하여 물 흡착량이 기존의 수준 이상으로 유지되면서도 열전도도가 2.3 ∼ 5.5배 크게 나타나므로, 흡착식 냉각시스템용 흡착제에 적용할 경우 보다 바람직한 효과를 나타낼 것이다.As described above, the silica gel-graphite composite prepared by the method of the present invention has a thermal conductivity of 2.3 to 5.5 times larger than the silica gel while maintaining the water adsorption amount above the existing level. The case will have a more favorable effect.
더욱이 본 발명의 실리카겔-흑연 복합체는 커플링제를 사용하여 실리카겔과 흑연을 화학적으로 결합시켜 놓았기 때문에 종래 물리적인 방법으로 제조된 복합체에 비해 강도가 매우 크다. Furthermore, since the silica gel-graphite composite of the present invention chemically bonds silica gel and graphite with a coupling agent, the silica gel-graphite composite has a very high strength compared to the composite prepared by the conventional physical method.
따라서, 본 발명의 실리카겔-흑연 복합체를 흡착식 냉각시스템용 흡착제로 적용함으로써 효율이 매우 우수한 흡착식 냉각시스템의 개발이 가능하다. Therefore, by applying the silica gel-graphite composite of the present invention as an adsorbent for the adsorption type cooling system, it is possible to develop an adsorption type cooling system with excellent efficiency.
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Non-Patent Citations (3)
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Cited By (1)
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