JP2001190953A - 酸化チタン、それを用いてなる光触媒体及び光触媒体コーティング剤 - Google Patents
酸化チタン、それを用いてなる光触媒体及び光触媒体コーティング剤Info
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Abstract
用を示す光触媒体を提供し、さらには、その触媒成分で
ある酸化チタン、及び建築材料、自動車材料等に光触媒
作用を付与するための光触媒体コーティング剤を提供す
る。 【解決手段】 電子スピン共鳴スペクトルにおいてg値
1.930〜2.030の間に3つ以上のピークを有
し、かつそれらピークの内の極大となるピークがg値
1.990〜2.020の間に存在することを特徴とす
る酸化チタン。
Description
用いてなる光触媒体及び光触媒体コーティング剤に関す
るものである。詳細には、可視光線を照射することによ
り高い光触媒作用を示す光触媒体、その触媒成分として
の酸化チタン、及びそれを用いた光触媒体コーティング
剤に関するものである。
用を持つ電子と強い酸化作用を持つ正孔が生成し、半導
体に接触した分子種を酸化還元作用により分解する。こ
のような作用を光触媒作用と呼び、この光触媒作用を利
用することによって、大気中のNOxの分解、居住空間
や作業空間での悪臭物質やカビ等の分解除去、あるいは
水中の有機溶剤や農薬、界面活性剤等の環境汚染物質の
分解除去を行うことができる。光触媒作用を有する物質
として酸化チタンが注目され、酸化チタンからなる光触
媒体が市販されている。市販品として、例えば、ST−
01(商品名:石原産業製)がある。
タンからなる光触媒体は、可視光線を照射する場合には
十分な光触媒作用を示すものではなかった。
光線を照射することにより高い光触媒作用を示す光触媒
体を提供し、さらには、その触媒成分である酸化チタ
ン、及び建築材料、自動車材料等に光触媒作用を付与す
るための光触媒体コーティング剤を提供することにあ
る。
解決するため鋭意検討を行った結果、可視光線を照射す
ることにより高い光触媒作用を示す光触媒体に好適な触
媒成分としての酸化チタンを見出し、本発明を完成する
に至った。
トルにおいてg値1.930〜2.030の間に3つ以
上のピークを有し、かつそれらピークの内の極大となる
ピークがg値1.990〜2.020の間に存在するこ
とを特徴とする酸化チタンを提供するものである。
チタンを含むことを特徴とする光触媒体を提供するもの
である。
とを含むことを特徴とする光触媒体コーティング剤を提
供するものである。
本発明の酸化チタンは、電子スピン共鳴(以下、ESR
という。)スペクトルにおいてg値1.930〜2.0
30の間に3つ以上のピークを有し、かつそれらピーク
の内の極大となるピークがg値1.990〜2.020
の間に存在するものである。
分子の永久磁気双極子のエネルギー順位が磁場を加える
ことにより***し、その準位間のエネルギーに等しいエ
ネルギーを電磁エネルギーの形で与えると、共鳴的に電
磁エネルギーを吸収して不対電子は相隣る準位間で遷移
を起こす現象のことをいう。ESR分析は、例えば、鉄
族元素を含む結晶の結晶軸の方向及び化学結合の性質を
調べたり、また有機分子の遊離基の不対電子がその分子
中のどこに存在するかを調べることに応用されている。
本発明では、ESR分析から求められるg値を指標とし
て用い酸化チタンの結晶構造を特定した。
測定し、そのスペクトルのピークの位置から算出するこ
とができる。ESRの原理およびg値の算出方法は概略
以下のとおりである。不対電子が磁場の中に置かれる
と、ゼーマン効果によりエネルギー準位が***する。こ
の***したエネルギー差をΔEとし、下式(I) ΔE=hν (I) 〔式(I)中、hはプランク定数(=6.6255×10-34J
s)、νはMicrowave Frequencyを表す。)を満たすマ
イクロ波領域の電磁場(周波数ν)を照射しながら磁場
の強さを変化させていくと、磁場の強さHが下式(II) hν=gβH (II) 〔式(II)中、gはg値、βはボーア磁子(=9.27
4×10-24JT-1)、Hは磁束密度を表す。〕を満た
すときに共鳴吸収が起こり、横軸を磁場の強さ、縦軸を
電磁場の吸収とする共鳴吸収曲線にピークが現れる。こ
のピークの位置から不対電子の存在状態を表す指標とし
てg値が得られ、g値は式(II)から導かれる下式(II
I) g=hν/(βH) (III) により求められる。通常、ESRスペクトルは、検出感
度を向上させる為、共鳴吸収曲線の一次微分形で表され
る。
が何故、可視光線の照射により優れた光触媒活性を発現
し得るか明らかではないが、Journal of the Physical
Chemistry, 89, 5689-5694 (1985)によれば、このES
Rスペクトルにおけるg値1.930〜2.030の間
のピークは窒素(原子量14)を含むラジカル種に由来
すると思われることから、窒素の存在及びその存在に起
因する酸化チタンの結晶格子内に生じる歪みが酸化チタ
ンの光触媒活性に影響を及ぼしていると考えられる。
うな各種形状のものが挙げられ、使用方法に応じて適当
な形状が選定される。また、酸化チタンは、可視光線の
照射による光触媒活性を損なわない範囲で、無機化合物
が混合されたものであってもよいし、また無機化合物が
混合された後、熱処理等が施されて無機化合物と複合化
されたものであってもよい。酸化チタンに混合される無
機化合物としては、例えば、シリカ(SiO2)、アル
ミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、マグネシ
ア(MgO)、酸化亜鉛(ZnO)等が挙げられる。
化チタンは、例えば、窒素雰囲気下で酸とチタン化合物
との混合物に塩基を添加し、得られた生成物を空気中で
焼成する方法等により製造することができる。このとき
に用いる酸としては、例えば、塩酸、硫酸のような鉱酸
等が挙げられる。チタン化合物としては、例えば、三塩
化チタン、四塩化チタン、硫酸チタン、硫酸チタニル等
が挙げられる。塩基としては、例えば、アンモニア又は
加熱によりアンモニアを生成する物質が挙げられる。ア
ンモニアを生成する物質としては、例えば、尿素、ホル
ムアミドのようなアミド化合物、アセトアミジンのよう
なアミジン化合物、トリエタノールアミン、ヘキサメチ
レンテトラミンのようなアミン化合物等が挙げられる。
した特定のESRスペクトルをもつ酸化チタンを含む。
だけからなるもののほか、粒子状の酸化チタンに成形助
剤を添加し押出成形して得られたシート状のもの、繊維
状の酸化チタンと有機繊維とを交絡させて得られたシー
ト状のもの、又は金属若しくは樹脂製の支持体に酸化チ
タンを塗布又は被覆して得られたもの等が挙げられる。
光触媒体は、その機械的強度、成形性を向上させること
を目的に、本発明の特定のESRスペクトルをもつ酸化
チタン以外の無機酸化物、高分子樹脂、成形助剤、結合
剤、帯電防止剤又は吸着剤等を添加したものであっても
よい。酸化チタンに添加される無機酸化物としては、例
えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、酸
化亜鉛、紫外線を照射することにより光触媒活性を示す
酸化チタン等が挙げられる。
光線を透過するガラス製容器に光触媒体と被処理液又は
被処理気体とを入れ、光源を用いて光触媒体に波長が4
30nm以上である可視光線を照射すればよい。このと
き用いる光源としては、波長が430nm以上である可
視光線を含む光線を照射できるものであれば制限される
ものではなく、例えば、太陽光線、蛍光灯、ハロゲンラ
ンプ、ブラックライト、キセノンランプ、水銀灯、ナト
リウムランプ等が適用できる。
した特定のESRスペクトルをもつ酸化チタンと溶媒と
を含む。この光触媒体コーティング剤は、建築材料、自
動車材料等に酸化チタンを塗布すること、又は建築材
料、自動車材料等を酸化チタンで被覆することを容易に
し、かつ建築材料、自動車材料等に高い光触媒活性を付
与することを可能とする。溶媒としては、塗布後又は被
覆後に蒸発して酸化チタンに残存しない溶媒が好まし
く、例えば、水、塩酸、アルコール類、ケトン類等が挙
げられる。
前記の酸化チタンを水に分散させてスラリー化する方法
又は酸化チタンを酸等で解膠させる方法等で製造するこ
とができる。酸化チタンの分散では、必要に応じて分散
剤を添加し行ってもよい。
る。本実施例では、酢酸の光分解作用について述べる
が、本発明は本実施例に限定されるものではない。な
お、ESRスペクトルの測定及びg値の算出は、以下の
方法で行った。
00”、BRUKER製)を用い、温度:室温、圧力:
大気圧、Microwave Frequncy:9.47GHz(=9.
47×109s-1)、Center Field:3400G、Sweep
Width:500G、Sweep Time:83.885s、Time
Const.:1310.72ms、Mod. Amp. :5.05
4G、ピーク位置算出:DPPHのg値2.0037で補
正、の条件でESRスペクトルを測定し、このESRス
ペクトルのピークから共鳴吸収が起きる磁束密度H
(T)を求め、この磁束密度を式(III)に導入するこ
とより、g値を算出する。ESRスペクトルに複数のピ
ークが存在するときは、それぞれのピークについて磁束
密度を求め、g値を算出する。
工業製)25gを300mLフラスコ中に入れ、窒素雰
囲気下で攪拌し、フラスコを氷水で冷却しながら、フラ
スコ内に25%アンモニア水(特級、和光純薬工業製)
146gを20分間で滴下し加水分解を行った。この加
水分解物を濾過洗浄し乾燥した。この乾燥物を400℃
の空気中で1時間焼成して、黄色に着色した粒子状酸化
チタン(TiO2)を得た。この酸化チタンのESRス
ペクトルを図1に、ESRスペクトルから求められるg
値を表1に示す。
Lのパイレックスガラス(商標)製密閉式反応容器内に
直径5cmのガラス製シャーレを設置し、そのシャーレ
上に上で得られた粒子状酸化チタンだけからなる光触媒
体0.3gを置いた。反応容器内を、酸素と窒素の体積
比が1:4である混合ガスで満たした後、該容器内に酢
酸33μmolを封入し、波長430nm以上の可視光
線を照射した。光触媒体の光分解作用を、可視光線の照
射により生成した酢酸の酸化分解生成物である二酸化炭
素の濃度をキャリアーガスとしてヘリウムを用いたガス
クロマトグラフィー(商品名“カラムPorapak
Q”、島津製作所製)で測定することによって、評価し
た。尚、光源には、図2の分光特性を有する紫外線カッ
トフィルター(商品名“Y−45”、東芝硝子製)を装
着した500Wキセノンランプ(商品名“ランプハウス
UI―502Q,ランプUXL−500D、点灯装置X
B−50101AA−A”、ウシオ電機製)を用いた。
このときの二酸化炭素の生成速度は光触媒体1gあたり
5.86μmol/hであった。
製)だけからなる光触媒体を用いた以外は、実施例1と
同様にして光触媒体の光分解作用を評価した。このとき
の二酸化炭素の生成速度は光触媒体1gあたり0.46
μmol/hであった。酸化チタンST−01のESR
スペクトルを図1に、このESRスペクトルから求めら
れたg値を表1に示す。
触媒体に照射する条件で、酢酸から二酸化炭素への分解
作用について調べた結果、本発明の光触媒体は市販の酸
化チタンからなる光触媒体に比べて、光分解作用(光触
媒作用)が高かった。
て高い光触媒作用を示す酸化チタンが提供される。また
本発明によれば、触媒成分として可視光線の照射により
高い光触媒作用を示す酸化チタンを含む光触媒体が提供
され、この光触媒体を使用することによって酢酸等の有
機酸をはじめ各種有機物を分解除去することができ、ま
た、大気中NOxの分解、居住空間や作業空間の悪臭物
質、カビ等の分解除去、あるいは水中の有機溶剤、農
薬、界面活性剤の分解除去に適用することもできる。さ
らに本発明によれば、酸化チタンと溶媒とを含む光触媒
体コーティング剤が提供され、このコーティング剤を使
用することによって、建築材料、自動車材料等に酸化チ
タンを塗布すること、又は建築材料、自動車材料等を酸
化チタンで被覆することが容易になり、これらの材料に
高い光触媒作用を付与することができる。
で使用した市販の酸化チタンのESRスペクトル。
紫外線カットフィルターの分光特性を示す波長−透過率
線図。
Claims (3)
- 【請求項1】 電子スピン共鳴スペクトルにおいてg値
1.930〜2.030の間に3つ以上のピークを有
し、かつそれらピークの内の極大となるピークがg値
1.990〜2.020の間に存在することを特徴とす
る酸化チタン。 - 【請求項2】 触媒成分として請求項1に記載の酸化チ
タンを含むことを特徴とする光触媒体。 - 【請求項3】 請求項1に記載の酸化チタンと溶媒とを
含むことを特徴とする光触媒体コーティング剤。
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