일반기술

전기방사기술로 제조된 나노섬유를 이용한 활성탄소섬유의 제조방법

*원리 및 구성본 발명은 나노섬유를 이용한 활성탄소 섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 전기방사에 의해 제조된 나노섬유를 일정 조건하에서 안정화(산화), 탄화 및 활성화시켜 흡착제, 연료전지, 가스 분리/저장, 전지전극 등으로 유용하게 사용되는 활성탄소섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.*배경일반적으로 활성탄소섬유는 주로 미세기공이 표면에 잘 발달되어 있어 흡착 및 탈착 속도가 빠르고 우수한 비표면적을 가질 뿐만 아니라 섬유상의 형태를 가지고 있어 편포나 부직포 등으로 상품화되어 취급이 용이하고 기공구조가 균일한 장점을 가지고 있다. *종래기술종래의 활성탄소섬유는 핏치계, 폴리아크릴로나이트릴계, 페놀수지계, 셀룰로오스계와 같은 고분자 전구체로부터 얻어진 탄소섬유를 산화제 등을 이용하여 활성화시킴으로써 제조하거나 상기의 전구체를 산화 분위기 하에서 장력을 가하면서 일정 온도에서 산화를 통해 안정화시키는 단계로부터 출발하여 활성탄소섬유를 제조하는 것을 특징으로 한다. 보다 구체적으로, 미국특허 제4,285,831호는 탄소섬유의 결정화를 야기하는 연신력을 어느 한계까지 주어 기계적 강도가 향상된 폴리아크리로나이트릴계 활성탄소섬유를 제조하는 방법을 제시하였으나 이 방법은 섬유내 산소 함량의 변화를 기준으로 하여 연신력의 한계를 결정하기 때문에 보편성이 제한된다. 또한 이 종래 방법은 고온에서 열처리하므로써 섬유의 표면에 반응을 일으킬 관능기가 적어 활성화가 잘 일어나지 않는 결점때문에 비표면적이 낮은 활성탄소섬유가 얻어진다는 단점을 가지고 있다.*제조방법의 특징전기방사기술(electrospinning)을 이용하여 폴리아크릴로니트릴로, 핏치, 레이온, 셀룰로오스 및 페놀수지로부터 수~수백 나노미터(nm)의 직경을 갖도록 제조된 나노섬유를 공기 혹은 산소 분위기하에서 안정화(stabilization or oxidation)시키는 단계; 안정화(혹은 산화) 나노섬유를 고온의 불활성 분위기하에서 탄화시키는 단계; 탄화된 나노섬유를 탄화 온도에서 수증기/이산화탄소 혹은 이산화탄소의 분위기로 활성화시키는 단계를 요지로 함. : 제조된 활성탄소섬유가 종래 방법에 의해 제조된 활성탄소섬유에 비해 제조공정이 간단할 뿐만 아니라 비표면적이 우수하고, 미세기공이 잘 발달됨.*특징 및 장점기존의 제조공정 흐름도를 유지하면서도 나노섬유가 갖는 무게당 표면적의 증가에 기인하여 활성탄소섬유 제조공정의 변수에 따라 나노섬유에 우수한 기공특성을 부여할 수 있음.