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Part 1: Determination of intrinsic parameter to evaluate the electrical quality of graphene flakes Part 2: Hydrophobic coating via grafting of carbon soot for oil/water separation

Title
Part 1: Determination of intrinsic parameter to evaluate the electrical quality of graphene flakes Part 2: Hydrophobic coating via grafting of carbon soot for oil/water separation
Authors
김지선
Issue Date
2019
Department/Major
대학원 화학·나노과학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Advisors
이하진

황성주
Abstract
A test method to evaluate the quality of powder-type graphene products such as reduced graphene oxide (rGO) and graphene nanopowder (GNP) was developed in this study. The pelletizer was selected for a sampling tool which enables us to formulate the product as a measurable sample. The various parameters were measured from the pelletized sample in order to elucidate the best measurand to exhibit the quality of the graphene products in terms of their electrical property. Based on analysis of 4-probe measurement data on the pelletized sample, the intrinsic measurand is volume resistivity (or volume conductivity) rather than resistivity (or conductivity). Also the possible modification of a sample before and after pressurization was investigated by electron microscopy and Raman spectroscopy. Any significant modification was not observed. The volume conductivity in the two types of the graphene was different in their conductivities by one order of magnitude. It was governed by the oxygen content included in the sample based on the results of X-ray photoelectron spectroscopy and Raman spectroscopy. Our achievements will promote the effective usage of the powder-type graphene materials for further applications. In recent years, along with rapid industrial growth, toxic organic matter and oil spills have been increasing, and this phenomenon has become a serious threat to the ecosystem environment and human health.. To escape from these threats, various efforts and technical researches are continuing all over the world. In particular, technologies including high-efficiency, low-cost process technologies are considered to be a main key element in pollution control technology. In recent decades, nanomaterial-based approaches with specific wettability have been reported as a solution for oil-water separation. In this study, We have obtained a hydrophobic surface on commercial fabric or sponge by coating OTMS with long alkyl chains and carbon nanoparticles obtained from incomplete combustion of candles which can be obtained cheaply and simply. The hydrophobic surface structures of these fabrics and sponges were analyzed by scanning electron microscopy and analyzed by energy dispersive spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and Fourier transform infrared spectroscopy. It was confirmed that the wettability changes from hydrophilic to hydrophobic by coating carbon nanoparticles and OTMS on fabric and sponge, and the water contact angles were 136.6 ± 2.0° and 136.7 ± 4.7°, respectively. The hydrophobic fabric can allow oil to pass through and water to block as filter membrane and the hydrophobic sponge can absorb only oil as an absorbent. The hydrophobic fabric exhibited a high separation efficiency of more than 97 % at high flow rates (5241 L ∙ m-2 ∙ h-1 for hexane) for all oils. The recycled mask sheet was applied to our hydrophobic process system as a substrate instead of a commercial fabric and exhibited similar performance. In addition, hydrophobic sponge can selectively absorb oil, which has a high absorption capacity of more than 64.10 mg/mg in chloroform.;본 연구에서는 환원된 산화그래핀(rGO)과 그래핀나노분말(GNP)과 같은 분말형 그래핀 제품의 전기적 품질을 평가하기 위한 시험 방법을 개발하였다. 펠리타이저는 분말형 그래핀을 측정 가능한 샘플로 제품을 공식화할 수 있는 샘플링 도구로 선택되었다. 펠렛화 된 시료로부터 제품의 전기적 특성에 관하여 그래핀 제품의 품질을 나타내기 위한 최상의 측정량을 설명하기 위해 다양한 매개 변수가 측정되었다. 4-탐침 측정 데이터의 분석에 기초하여, 펠렛화 된 시료에 대한 고유한 측정량은 저항(또는 전도도)보다는 체적 저항 (또는 체적 전도도)이었다. 또한 가압 전후의 샘플의 가능한 변형은 전자 현미경 및 라만 분광법으로 조사되었다. 가압으로부터 시료의 특수한 변화는 관찰되지 않았다. 두 종류의 그래핀에서 체적 전도도는 각각의 전도도와 크기에 따라 다르게 나타났다. 그것은 X선 광전자 분광법과 라만 분광법의 결과를 바탕으로 샘플에 포함 된 산소 함량에 의해 결정되었습니다. 이 연구는 추후 응용을 위한 분말 타입의 그래핀 재료의 효과적인 사용을 촉진할 것이다. 최근 급속도로 성장하는 산업화로 인하여 독성 유기물 및 기름유출이 증가되어오고 있고 이러한 현상은 생태계 환경과 인류의 건강에 매우 큰 위협이 되어오고 있다. 이러한 위협을 해소하기 위한 연구기술개발이 전 세계적으로 주목을 받고 있으며, 특히 고효율, 저비용 공정기술을 포함한 연구개발이 오염물질 정화 기술개발에서 핵심요소가 되어오고 있다. 이를 위하여, 최근 수십년 동안, 특수한 젖음성을 갖는 나노소재를 기반으로 하는 접근법이 기름-물 분리를 위한 해결책으로 보고되어 오고 있다. 본 연구에서는 값싸고 쉽게 얻을 수 있는 양초의 불완전 연소로 얻어진 탄소나노입자와 긴 탄소 사슬을 갖는 OTMS(Octadecyltrimethoxysilane)을 천이나 스펀지에 코팅함으로써 소수성 표면을 얻을 수 있었다. 이러한 천 이나 스펀지의 소수성 표면구조는 주사전자현미경을 사용하여 분석하였고 에너지 분산형 분광분석, X-선 광전자분광분석, 퓨리에 변환 적외선분광분석으로부터 성분 및 화학구조를 분석하였다. 천과 스펀지에 탄소나노입자와 OTMS를 코팅함으로써 그 표면 친수성에서 소수성으로 젖음성이 변화됨을 확인하였고, 각각의 물 접촉각은 136.6±2.0°과 136.7±4.7°으로 나타났다. 소수성 천은 필터로서 기름은 통과시키고 물은 막을 수 있으며, 소수성 스펀지는 흡수제로서 기름만 흡수할 수 있었다. 소수성 천은 높은 유속(헥세인의 경우 5241 L∙m-2∙h-1)과 모든 기름에서 97 % 이상의 높은 분리효율을 보였다. 재활용 마스크시트는 상업용 천대신 기질로서 우리의 소수성 공정 시스템에 적용되었으며 비슷한 성능을 나타내었다. 또한, 소수성 스펀지는 기름만 선택적으로 빠르고 쉽게 흡수 할 수 있으며, 클로로포름의 경우 64.10 mg/mg 이상의 높은 흡수용량을 보였다.
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일반대학원 > 화학·나노과학과 > Theses_Master
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