Hummers 기반 Graphene 제조공정의 화재·폭발 위험성 평가에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

Graphene은 우수한 물성을 바탕으로 다양한 산업 응용이 기대되는 나노소재이나, 이를 제조하기 위한 Hummers 기반 화학적 박리 공정은 강산·강산화제 사용, 독성가스 발생, 분진폭발 등 복합 위험을 내포하고 있다. 본 연구는 Hummers 기반 Graphene 제조공정의 단계별 잠재 위험을 체계적으로 도출하고 개선 우선순위를 제시 하기 위해 FMEA(Failure Mode and Effects Analysis)를 적용하여 위험성 분석을 실시하였다. 공정 범위는 산 화, 퀀치, 세척·중화, 박리, 환원, 건조, 폐액 처리로 정의하였으며, 박사급 이상 전문가 5인의 독립 평가 후 이견 조정 및 1회 재평가를 거쳐 5등급의 S–O–D 척도와 중앙값 기반으로 위험우선순위(RPN)를 산출하였다. 평가 결과 RPN은 27∼60 범위로 확인되었으며, 건조 단계에서 Reduced Graphene Oxide의 분진 축적에 따른 분진폭 발(RPN=60)과 세척 및 중화 단계에서 잔류 망간산화물과 HCl 접촉에 따른 ClO2 발생(RPN=50)이 최상위 위험 으로 도출되었다. 또한 환원 단계에서 Hydrazine 독성 증기 노출 및 NaBH4 사용 시 수소 발생이 높은 위험 (RPN=48)으로 검토되어 환원제 선택과 주입 및 환기 관리의 중요성이 확인되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Graphene has outstanding properties, but Hummers-based exfoliation poses fire and explosion hazards from exothermic oxidation, toxic gas formation, and combustible dust. This study applied FMEA across oxidation, quenching, washing/neutralization, exfoliation, reduction, drying, and waste treatment to prioritize risk-reduction actions. Five PhD-level experts rated severity, occurrence, and detection on a 5-point scale; median scores were used to compute the risk priority number (RPN). RPNs ranged from 27 to 60. The highest risks were rGO dust explosion during drying driven by electrostatic ignition (RPN=60) and ClO2 generation during washing when residual manganese oxides contact HCl (RPN=50). Reduction hazards included hydrazine vapor exposure and hydrogen release from NaBH4 (RPN=48 each). Controls include eliminating HCl washing, inert/explosion-proof drying, safer reductants, and strengthened monitoring and interlocks.

목차 (Table of Contents)

• 요약
• Abstract
• Ⅰ. 서론
• Ⅱ. 연구방법
• 2.1 FMEA 절차
• 2.2 전문가 집단 구성
• 2.3 FMEA 고장원인 식별 및 분석방법
• 2.4 위험우선순위 도출
• Ⅲ. 결과 및 고찰
• 3.1 산화 단계
• 3.2 퀀치 및 종결 단계
• 3.3 세척 및 중화 단계
• 3.4 박리 단계
• 3.5 환원 단계
• 3.6 건조 단계
• 3.7 폐액처리 단계
• 3.8 RPN 분석
• Ⅳ. 결론
• REFERENCES