[출연연추천기술⑮]초고순도 '그래핀'용 흑연 만드는 법

지질자원연 자원회수연구센터, EDTA로 순도 99% 정제 흑연 회수법 개발
기존 불산 사용 순도 95% 정제수준 극복···그래핀 등 첨단 소재 쉽게 얻어

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출연연 기술사업화 공동마케팅·윤병철 기자 - 2019.05.09

탄소의 혼합 결정체인 흑연은 연필부터 전기 양도체, 도가니, 감마제와 윤활제, 주물 주형 등 쓰임이 다채롭다. 꿈의 신소재라 불리는 '그래핀'도 흑연으로 만든다. 흑연은 채굴·선광을 거쳐 탄소 함량 95% 수준으로 불순물을 제거한 정광으로 만든다. 

이때 효과나 경제성이 좋은 불산을 흑연 정제에 사용하는데 순도 95%가 최선으로, 더 이상의 금속 불순물 제거는 한계가 있었다. 특히 그래핀은 탄소 함량 99% 이상의 정제가 필요하다. 업계는 탄소 함량을 더욱 높이기 위한 흑연 정제법을 원했다.

서주범 한국지질자원연구원 지원회수연구센터 연구팀은 흑연 정광으로부터 99% 이상의 고순도 흑연을 정제하는 새로운 방법을 개발해 석영만을 제거하던 기존 정제 한계를 극복했다. 흑연 정광에 포함된 금속 불순물을 에틸렌디아민사아세트산(EDTA) 용액에 녹여서 제거하는 전처리 공정을 추가한 것이다. 

EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)은 거의 모든 금속 이온과 안정한 수용성 킬레이트를 만들며 금속 이온 제거에 쓰인다. 이런 성질로 EDTA는 흑연 정광 내 불순 금속을 용해해 금속 이온 착화합물을 만든다.

연구팀은 EDTA를 수산화나트륨(NaOH) 수용액에 녹인 금속용해액에 흑연 정광을 투입해 가열과 교반 후 고액분리로 흑연 정광을 얻는 전처리공정을 만들었다. EDTA 1몰당 수산화나트륨 1.5~2.5몰 범위로 배합하는 기술이 특징이다.

이렇게 나온 흑연 정광을 불산 용액에 투입교반해 고액분리하면 정제된 흑연을 얻는다. 정제 흑연의 순도는 99%로 그래핀 등 첨단 소재의 원료가 된다.  

흑연 정광 정제 개념도 <그림=지질연 제공>흑연 정광 정제 개념도 <그림=지질연 제공>
관련특허 EDTA를 이용한 고순도 흑연 정제방법
권리자 한국지질자원연구원
Keyword #흑연 #고순도 #그래핀 #첨단소재
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[연구자]
서주범 박사
 
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