[논문]환원된 산화그래핀과 산화흑연의 오일 흡착특성에 관한 비교 연구

이시춘

doi:10.12772/tse.2014.51.285

[국내논문] 환원된 산화그래핀과 산화흑연의 오일 흡착특성에 관한 비교 연구
A Comparative Study on the Oil Adsorption of Reduced Graphene Oxide and Graphite Oxide 원문보기

한국섬유공학회지 = Textile science and engineering, v.51 no.6, 2014년, pp.285 - 291

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Oil adsorption capacities of reduced graphene oxide (RGO) and graphite oxide (GO) were investigated and compared with commercial graphite products. Adsorption capacities were determined by measuring the adsorbed amounts using a tea bag containing the adsorbent materials. RGO and GO showed higher adsorption capacities than other graphite adsorbents. This is attributed to the increase in the interlayer spacing and consequent development of mesopore structures, resulting in a decrease in the bulk density and increase in adsorption. Expanded graphite (EG) prepared in the laboratory showed a worm-like structure and good adsorption; however, commercial milled EG showed low adsorption capacities because the pores were crushed.

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문제 정의

또한 식물을 기공을 유지시키며 탄화하여 만든 carbonized fir는 오일 흡착재료로서 우수한 특성을 나타냄을 보고하였다[5]. 이 논문에서 탄화조건을 달리하여 흡착재료의 겉보기 밀도를 조절하였고 겉보기 밀도가 낮아짐에 따라 오일 흡착능력이 올라가는 것을 보고하였다.
본 연구에서는 탄소 나노재료로 새로이 개발된 환원된 산화 그래핀(reduced graphene oxide, RGO)과 산화흑연(graphite oxide, GO) 오일에 대한 흡착성을 평가하였다. 몇몇 연구자들이 RGO을 사용하여 오일 흡착성이 높은 재료를 만들기 위해 연구를 하고 있다[10].
본 연구에서는 여러 가지 흑연을 흡착제로 준비하여 오일 흡착성을 평가하였다. 오일 흡착성을 평가하는 방법으로서 티백에 흡착재료를 넣고 테스트하는 방법을 고안하였고, 이 방법으로 오일 흡착량이 재현성있게 측정되었다.

제안 방법

흑연 층상구조의 변화 및 결정성은 Cu Kα 0.154 nm 파장을 갖는 X-선 회절분석기(X-ray Diffractometer, Rigaku, D/max 2500)로 분석하였다.
표면적이 크다는 것은 많은 오일을 흡수할 수 있는 특성을 가질 수 있다. 그래핀을 만드는 여러 방법 중에서 본 연구에서는 화학적 산화과정을 거쳐 GO를 만들고 이를 환원시켜 RGO를 만들었다[11]. RGO 및 GO와 함께 상업적으로 생산되고 있는 흑연, EG 등과 오일 흡착성을 비교하여 평가하였다.
그래핀을 만드는 여러 방법 중에서 본 연구에서는 화학적 산화과정을 거쳐 GO를 만들고 이를 환원시켜 RGO를 만들었다[11]. RGO 및 GO와 함께 상업적으로 생산되고 있는 흑연, EG 등과 오일 흡착성을 비교하여 평가하였다.
구매한 흑연재료들과 활성탄의 탄소함량과 겉보기밀도는 Table 1에 나타내었다. 겉보기 밀도는 소형 메스실린더로 부피를 측정한 후 계산하였다. 오일류로는 윤활유 종류인 한일루켐㈜의 몰리브 2T(40 cst, 40 ℃)와 TCI사의 도데칸(n-dodecane)을 사용하였다.
05 g 들어있는 티백을 준비하였다. 이렇게 만든 티백을 핀셋으로 잡고 오일층 아래 위로 저어면서 1분안에 오일이 흡착하는 정도를 측정하였다.
재료에 오일을 직접 첨가하는 방법을 수정하여서 오일 흡착 정도를 측정하였다. RGO를 티백에 넣고, 다음 Figure 1에서는 보는 바와 같이 티백을 오일에 담근 다음에 빼내어 흡착된 양을 측정하였다.
또한 티백을 페이퍼 위에 올려놓고 1시간 동안 표면에 있는 미 흡착된 오일을 없앴다. 그리고 각시간 대마다 흡착된 오일 량을 측정하였다. 오일 흡착은 흑연재료의 사용량에 대한 흡착된 오일의 양으로 환산되었다.
사용된 흑연재료의 모폴로지는 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, SEM, Hitachi S4800)으로 관찰하였다. 흑연 층상구조의 변화 및 결정성은 Cu Kα 0.
이와 같은 가정을 확인하기 위해서 GIC-2을 구입하였다. 이것을 실험실 퍼니스에서 열 팽창하였을 때, 겉보기 밀도의 변화와 윤활유 흡착량을 측정하였다. Figure 4(c)에서 보면 층상화합물 제품인 GIC-2과 이것을 열 팽창시킨 EG-2의 흡착량을 보여준다.
본 연구에서는 여러 가지 흑연을 흡착제로 준비하여 오일 흡착성을 평가하였다. 오일 흡착성을 평가하는 방법으로서 티백에 흡착재료를 넣고 테스트하는 방법을 고안하였고, 이 방법으로 오일 흡착량이 재현성있게 측정되었다. 탄소 나노 재료인 RGO을 사용하였을 때 60 g/g으로 가장 높은 흡착성을 보였고, GO를 사용하였을 때는 30 g/g 정도 흡착되었다.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 재료는 아이디티㈜의 RGO인 ER4401, GO인 GO-4401, 삼정씨엔지의 흑연분말 MGF 20(평균입자 크기 18−23 μm), 흑연층상화합물(graphite intercalation compound, GIC) ES 350, 팽창흑연 EP 100을 사용하였다.
아이디티㈜사에서 수정된 Hummers 방법(modified Hummers’ method)으로 제조된 GO GO-4401와 RGO ER4401을 구매하여 사용하였다.
본 연구에서 사용한 재료는 아이디티㈜의 RGO인 ER4401, GO인 GO-4401, 삼정씨엔지의 흑연분말 MGF 20(평균입자 크기 18−23 μm), 흑연층상화합물(graphite intercalation compound, GIC) ES 350, 팽창흑연 EP 100을 사용하였다. 또 Sigma Aldrich의 활성탄 Charcoal C3345을 사용하였다. 구매한 흑연재료들과 활성탄의 탄소함량과 겉보기밀도는 Table 1에 나타내었다.
겉보기 밀도는 소형 메스실린더로 부피를 측정한 후 계산하였다. 오일류로는 윤활유 종류인 한일루켐㈜의 몰리브 2T(40 cst, 40 ℃)와 TCI사의 도데칸(n-dodecane)을 사용하였다. 티백은 현미녹차를 담는 티백을 사용하였다.
오일류로는 윤활유 종류인 한일루켐㈜의 몰리브 2T(40 cst, 40 ℃)와 TCI사의 도데칸(n-dodecane)을 사용하였다. 티백은 현미녹차를 담는 티백을 사용하였다.
제조방법은 인용문헌 11에 수록되어 있다. 삼정씨엔지의 MGF 20, ES 350 흑연과 Sigma Aldrich의 charcoal은 구매한 것을 별도의 처리없이 실험에 사용하였다. 밀링하지 않은 GIC를 구매하였고(GIC2), 이것을 퍼니스에 넣고, 1000 ℃에서 열 팽창하여 실험실에서 팽창흑연을 만들었다(EG-2).
삼정씨엔지의 MGF 20, ES 350 흑연과 Sigma Aldrich의 charcoal은 구매한 것을 별도의 처리없이 실험에 사용하였다. 밀링하지 않은 GIC를 구매하였고(GIC2), 이것을 퍼니스에 넣고, 1000 ℃에서 열 팽창하여 실험실에서 팽창흑연을 만들었다(EG-2).

성능/효과

GIC-2은 오일에서 끄집어 낸 후 2시간 후에 7 g/g의 흡착량을 보이고, EG-2는 30 g/g의 흡착량을 가졌다. 두가지 모두 RGO에 비해서는 낮지만 밀링한 GIC 및 EG 대비하여서는 우수한 오일 흡착 특성을 보여준다. GIC-2은 밀링 처리하지 않았고 EG-2도 열 팽창한 그대로 이기 때문에 밀링에 의한 메조기공의 손실은 없을 것이다.
사용한 GO는 흑연층간이 산화된 흑연으로 오일 흡착 실험에서 RGO 보다는 낮지만 팽창흑연보다는 높은 오일 흡착성을 보였다. 주사전자현미경 관찰결과(Figure 5(e)) 기공구조는 보이지 않으나 GO 표면의 층상구조가 박리되어있는 모양이다.
오일 흡착성을 평가하는 방법으로서 티백에 흡착재료를 넣고 테스트하는 방법을 고안하였고, 이 방법으로 오일 흡착량이 재현성있게 측정되었다. 탄소 나노 재료인 RGO을 사용하였을 때 60 g/g으로 가장 높은 흡착성을 보였고, GO를 사용하였을 때는 30 g/g 정도 흡착되었다. 다른 흑연재료들의 흡착특성은 크지 않았다.
다른 흑연재료들의 흡착특성은 크지 않았다. 실험실에서 팽창흑연을 준비하였고 오일 흡착 실험한 결과 GO보다 약간 낮은 오일 흡착량을 보였다. RGO와 GO가 오일 흡착성이 가장 우수하였다.
실험실에서 팽창흑연을 준비하였고 오일 흡착 실험한 결과 GO보다 약간 낮은 오일 흡착량을 보였다. RGO와 GO가 오일 흡착성이 가장 우수하였다. 팽창흑연은 worm-like 구조가 만들어짐에 따라 오일이 흡착되는 것으로 보이고, RGO와 GO는 흑연 층간 간격이 커지게 되고 이들이 박리되어 메조 기공화되면서 더 많은 오일 흡착성을 지닐 수 있게 되는 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	오일 흡착 정도를 어떻게 측정하였는가?	재료에 오일을 직접 첨가하는 방법을 수정하여서 오일 흡착 정도를 측정하였다. RGO를 티백에 넣고, 다음 Figure 1에서는 보는 바와 같이 티백을 오일에 담근 다음에 빼내어 흡착된 양을 측정하였다. 티백을 오일에 1시간 동안 담근 후 꺼내어, 한시간 정도 매달고 완전히 흡착되지 않는 오일을 제거했다. 또한 티백을 페이퍼 위에 올려놓고 1시간 동안 표면에 있는 미 흡착된 오일을 없앴다. 그리고 각시간 대마다 흡착된 오일 량을 측정하였다. 오일 흡착은 흑연재료의 사용량에 대한 흡착된 오일의 양으로 환산되었다. 실험결과 2시간 후에(오일에서 꺼낸 후) 측정한 오일 흡착량이 재현성을 보였다. 그래서 이 시간대에서 측정한 값으로 흡착능력을 비교하였다[8].
	고분자 부직포의 문제점은?	흡착제로 사용되는 재료로는 고분자 섬유로 만든 기공이 많은 부직포가 사용되고 있다[2]. 고분자 부직포는 중유(heavy oil)를 최대 20−30 g/g 흡수할 수 있는 흡착성을 가지고 있으나, 물에서 선택적으로 오일을 흡착하는 선택성이 좋지 않아 해상에서의 오염에 효과적으로 대응할 수 없는 문제점이 보고되어 있다. 인조 합성고분자 섬유 외에 면섬유, 식물의 잎을 처리하여 만든 흡착재료도 개발되고 있다[3,4].
	오일 사고에 신속한 대처를 위해서 요구되는 것은?	오일에 의한 해상 오염은 빨리 진행되어 초기에 대응하지 못하면 방재가 어려운 면이 있다. 오일 사고에 신속한 대처를 위해서는 오일의 선택적인 흡착과 함께 빠른 흡착 능력이 요구된다. 이와 함께 높은 오일 흡착량 특성을 동시에 지니는 재료를 개발하기 위한 연구가 진행되고 있다.

참고문헌 (11)

D. A. Wolfe, M. J. Hameedi, J. A. Galt, G. Watabayashi, J. Short, C. O'claire, S. Rice, J. Michel, J. R. Payne, J. Braddock, S. Hanna, and D. Sale, "The Fate of the Oil Spilled from the Exxon Valdez", Environ Sci Technol, 1994, 28, 560-568.

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S.-J. Park and K.-S. Kim, "A Study on Oil Sorption of Expanded Graphite", Korean Chem Eng Res, 2004, 42, 362-367.
S.-J. Park, S.-Y. Lee, K.-S. Kim, and F.-L. Jin, "A Novel Drying Process for Oil Adsorption of Expanded Graphite", Carbon Lett, 2013, 14, 193-195.

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S. Lee, C. M. Shin, and T. S. Lee, "Mixture of Multi-layered Graphene for Adsorbing Organic Material", KR Patent, 10-1337969 (2013).
S. Lee, S. H. Eom, and S. H. Hur, "Large-scale Production of High-quality Reduced Graphene Oxide", Chem Eng J, 2013, 233, 297-304.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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