DE102006020993A1 - Photokatalysator, Herstellungsverfahren dafür und Gegenstände, die den Photokatalysator verwenden - Google Patents

Photokatalysator, Herstellungsverfahren dafür und Gegenstände, die den Photokatalysator verwenden Download PDF

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Abstract

Es wird ein Photokatalysator mit verbesserten Adsorptions- und Zersetzungseigenschaften in Bezug auf verschiedene Substanzen zur Verfügung gestellt. Dieser Photokatalysator enthält einen porösen Körper, der mit Titanapatit beschichtet ist. Der poröse Körper ist bevorzugt Diatomeenerde. Der Photokatalysator kann durch gemeinsame Fällung oder ein Sol-Gel-Verfahren ausgebildet werden.

Description

  • VERWEIS AUF IN BEZUG GENOMMENE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung basiert auf und nimmt die Priorität der am 22. Dezember 2005 angemeldeten Japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-370233 in Anspruch, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hier aufgenommen wird.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen Photokatalysator zur Verwendung in Gegenständen, wie beispielsweise Luftfilter, Filter von Klimageräten, Tapeten, Vorhängen und dergleichen, die Luft-reinigende, Wasser-reinigende, Schmutzzersetzende, antibakterielle, sterilisierende und weitere Funktionen aufweisen. Hier ist ein Photokatalysator als ein Material definiert, das in der Lage ist, in der Nähe befindliche organische Verbindungen, Bakterien und andere schädliche Substanzen mittels ultravioletten oder anderen Lichtstrahlen abzubauen.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Vom photokatalytischen Titanapatit {siehe beispielsweise Japanisches Patent Nr. 3,678,606 (Ansprüche)} ist bekannt, dass er sehr gute Adsorptionseigenschaften in Bezug auf verschiedene Substanzen aufweist (siehe beispielsweise Wakamura, Masao et al, Langmuir 2003, Band 19, S. 3428–3431).
  • Titanapatit liegt normalerweise in der Form eines Pulvers vor, das zum Aggregieren neigt, und das pro Volumeneinheit weniger adsorbiert, als Aktivkohle, Diatomeenerde und dergleichen. Folglich werden bessere Adsorptionseigenschaften für Anwendungen, wie beispielsweise Luftreinigung, benötigt.
    •
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorerwähnten Probleme zu lösen und einen neuen Photokatalysator mit exzellenten Adsorptions- und Zersetzungseigenschaften in Bezug auf verschiedene Substanzen zur Verfügung zu stellen. Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Erläuterung ersichtlich.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt einen Photokatalysator zur Verfügung, der einen porösen, mit Titanapatit beschichteten Körper enthält.
  • Es ist erwünscht, dass der vorerwähnte poröse Körper Diatomeenerde ist, dass der Photokatalysator auf seiner Oberfläche Poren aufweist, dass der vorerwähnte Titanapatit durch eine gemeinsame Fällung ausgebildet ist oder dass der vorerwähnte Titanapatit durch ein Sol-Gel-Verfahren ausgebildet ist, und dass der Photokatalysator ein gesinterter Körper oder eine Mischung mit einem Bindemittel ist.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators zur Verfügung, der einen mit Titanapatit bedeckten porösen Körper enthält, wobei durch gemeinsame Fällung hergestellter Titanapatit auf dem porösen Körper abgeschieden ist.
  • Es ist erwünscht, dass der vorerwähnte poröse Körper Diatomeenerde ist, dass der vorerwähnte poröse Körper in einem Medium enthalten ist, das zur Ausbildung des Titanapatits während der Ausbildung des vorerwähnten Titanapatits durch die vorerwähnte gemeinsame Fällung verwendet wird, dass der vorerwähnte poröse Körper zu dem vorerwähnten Medium zugegeben wird, nach Zugabe von allen Ausgangsmaterialien, die Calcium, Titan und Phosphor einschließen, die den Titanapatit bilden, aber bevor die Zugabe des Titanapatit-Abscheidungsmittels beendet ist, dass die vorerwähnte gemeinsame Fällung bei einer Systemtemperatur von 100°C oder weniger durchgeführt wird, dass die vorerwähnte Abscheidung beendet wird, so lange Poren auf der Oberfläche des vorerwähnten porösen Körpers vorhanden sind, und dass die vorerwähnte Abscheidung durch Erniedrigen der Systemtemperatur und/oder Filtrieren eines festen Produkts beendet wird.
  • Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators zur Verfügung, der einen mit Titanapatit beschichteten porösen Körper enthält, worin der poröse Körper zu einer Flüssigkeit gegeben wird, die durch ein Sol-Gel-Verfahren hergestellten Titanapatit, Ausgangsmaterialien davon oder ein Zwischenprodukt davon enthält, wodurch bewirkt wird, dass der Titanapatit auf dem porösen Körper abgeschieden wird.
  • Es ist erwünscht, dass der vorerwähnte poröse Körper Diatomeenerde ist, dass die Titanapatit-umgewandelte Titankonzentration (die Titankonzentration, wenn sie zu Titanapatit umgewandelt wurde) in der Flüssigkeit, die den vorerwähnten durch das Sol-Gel-Verfahren hergestellten Titanapatit, Ausgangsmaterialien davon oder ein Zwischenprodukt davon enthält, im Bereich von 0,001 bis 0,5 Gew.% liegt, und dass die vorerwähnte Flüssigkeit vor Zugabe des vorerwähnten porösen Körpers verdünnt wird.
  • Es kann ein Photokatalysator mit exzellenten Adsorptions- und Zersetzungseigenschaften in Bezug auf verschiedene Substanzen durch die vorerwähnten Aspekte der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
  • Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt einen Gegenstand zur Verfügung, der den vorerwähnten Photokatalysator verwendet, welches ein Gegenstand mit wenigstens einer Funktion ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die Luftreinigung, Wasserreinigung, Schmutz-Zersetzung, antibakterielle und sterilisierende Funktionen enthält, und einen Gegenstand, der einen Photokatalysator verwendet, der unter Verwendung des vorerwähnten Verfahrens zum Herstellen eines Photokatalysators hergestellt wurde, und der wenigstens eine Funktion aufweist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die Luftreinigung, Wasserreinigung, Schmutz-Zersetzung, antibakterielle und sterilisierende Funktionen enthält.
  • Ein Gegenstand mit exzellenten Adsorptions- und Zersetzungsfunktionen in Bezug auf verschiedene Substanzen kann mit diesen Aspekten der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
  • Ein Photokatalysator mit exzellenten Adsorptions- und Zersetzungseigenschaften in Bezug auf verschiedene Substanzen kann mit der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein Beispiel von Arbeitsschritten zum Herstellen durch gemeinsame Fällung;
  • 2 zeigt ein Beispiel von Arbeitsschritten zum Herstellen durch ein Sol-Gel-Verfahren; und
  • 3 ist eine graphische Darstellung, die katalytische Aktivitäten von verschiedenen Photokatalysatoren zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Verwendung von Figuren, Beispielen und dergleichen erläutert. Diese Figuren, Beispiele und dergleichen und Erläuterungen illustrieren die vorliegende Erfindung und beschränken nicht ihren Bereich. Weitere Ausführungsformen können selbstverständlich in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen, soweit sie mit der Absicht der vorliegenden Erfindung übereinstimmen.
  • In der vorliegenden Erfindung bedeutet Titanapatit eine Substanz, in der ein Teil von Calciumapatit ersetzt wurde gegen Titan, und von der bekannt ist, dass sie photokatalytische Eigenschaften aufweist (siehe Fujitsu Laboratories, "Yasashii Gijutsu Koza-Hikarishokubai Gijutsu" [online], überarbeitet am 3/31/04, gesucht am 10/17/05, Internet, http://www.labs.fujitsu.com/jp/gijutsu/catalyst/index.html).
  • Der Titanapatit kann ein Hydrat sein. Der Titanapatit wird beispielsweise durch die Formel Ca9Ti1(PO4)6(OH)2 repräsentiert, in der ein Teil des Calciums in dem Calciumhydroxyapatit, der durch Ca10(PO4)6(OH)2 repräsentiert wird, gegen Titan ersetzt worden ist.
  • Die relativen Anteile von Calcium, Titan und Phosphor in dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Titanapatit brauchen nicht notwendiger Weise exakt mit jenen der vorerwähnten Zusammensetzung übereinzustimmen, und beispielsweise kann Titanapatit als Titanapatit der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, wenn er ein Beugungsmuster zeigt, das auf eine Apatitstruktur hinweist, wenn die Kristallphase durch Röntgenbeugung untersucht wird, wenn die Metallkomponenten Ca und Ti von Titanapatit als ein Ergebnis einer Oberflächenanalyse des Pulvers durch XPS nachgewiesen werden, und wenn er als ein Photokatalysator funktioniert. Eine Vielzahl an Elementen kann auch in Apatit eingeschlossen sein, da er ein stark ionischer Kristall ist, bei dem leicht Metallionensubstitution vorkommt. Folglich kann einer, der andere Elemente als Ca und Ti einschließt, als Titanapatit betrachtet werden, wenn der die Kristallstruktur von Apatit und eine photokatalytische Funktion aufweist.
  • Die photokatalytische Aktivität von Titanapatit ist oftmals niedriger als jene von Titandioxid. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass er im Allgemeinen die Form eines Pulvers annimmt, das Sekundärteilchen enthält, welche die Aggregationen von Primärteilchen mit einem Durchmesser von etwa 50 nm sind, so dass die spezifische Oberfläche nicht mehr als etwa 30 m2/g beträgt. Selbst wenn der Titanapatit pulverisiert wird, um ein feineres Pulver herzustellen, aggregiert er wieder, so dass keine große spezifische Oberfläche erhalten werden kann, was es im Allgemeinen schwierig macht, die photokatalytische Aktivität zu verbessern. In der vorliegenden Erfindung bezeichnet "photokatalytische Aktivität" haupt sächlich Eigenschaften der Zersetzungseigenschaften, kann aber auch Adsorptionseigenschaften einschließen.
  • Es wurde herausgefunden, dass ein Photokatalysator, der einen porösen Körper (wie beispielsweise Diatomeenerde) enthält, der mit Titanapatit beschichtet ist, verbesserte Zersetzungs- und Adsorptionseigenschaften in Bezug auf verschiedene Substanzen zur Verfügung stellt, bei denen der Photokatalysator angewandt werden soll, wie beispielsweise Aldehyden. Zusätzlich zu Aldehyden sind alle Objekte für Luftreinigung, Wasserreinigung, Schmutz-Zersetzung, antibakterielle und Sterilisations-Funktionen ebenfalls Objekte, "auf die der Photokatalysator angewandt werden soll".
  • Wenn ein poröser Körper, wie beispielsweise Diatomeenerde, normalerweise mit einem Mittel beschichtet wird, gibt es insoweit ein Problem, als dass die Beschichtung sich nicht in den Poren ausbildet, sondern nur auf die Oberfläche der Teilchen beschränkt ist, oder in einem anderen Fall sich die Beschichtung nicht nur innerhalb der Poren ausbildet, sondern auch die Poren füllt, aber es wird angenommen, dass ein derartiges Problem leicht mit dem Titanapatit der vorliegenden Erfindung verhindert werden kann.
  • Der in der vorliegenden Erfindung verwendete poröse Körper ist nicht in besonderer Weise beschränkt, weist aber bevorzugt eine große spezifische Oberfläche auf, und wenn er das ultraviolette Licht durchlässt, das zum Erzeugen der photokatalytischen Wirkung in dem porösen Körper verwendet wird, weist er bevorzugt ein komplexes Netzwerk an Poren in dem porösen Körper auf. Beispiele für den in der vorliegenden Erfindung verwendeten porösen Körper schließen ein Aktivkohle, poröse Keramikkörper und Diatomeenerde, wobei Diatomeenerde besonders erwünscht ist, da sie das ultraviolette Licht durchlässt, das zum Erzeugen der photokatalytischen Wirkung in dem porösen Körper verwendet wird.
  • Diatomeenerde weist eine spezifische Oberfläche von etwa 10 bis 100 m2/g auf, was jener eines gewöhnlichen Keramikpulvers entspricht, aber sie ist eher ein Aggregat von relativ großen Teilchen mit komplexen Poren als eine Aggregation von feinem Pulver. Wegen dieser speziellen Feinstruktur erzielt sie eine bessere Adsorption von Wasser und verschiedenen Gasen bei der gleichen spezifischen Oberfläche. Da die Hauptkomponente von Diatomeenerde SiO2 ist, lässt sie weiter nahes Ultraviolettlicht im Bereich von 350 bis 400 nm durch, welches für Photokatalyse wirksam ist. Folglich kann erwartet werden, dass auch ein auf dem Inneren der Diatomeenerde beschichtendes Titanapatit eine photokatalytische Funktion aufweisen wird.
  • Es gibt keine besonderen Grenzen bezüglich des Wegs, auf dem der poröse Körper in der vorliegenden Erfindung mit Titanapatit beschichtet wird. Beispielsweise kann der poröse Körper mit einem Film der Beschichtung beschichtet werden, oder das Titanapatit kann Inseln mit einem Teil des ausgesetzten Körpers ausbilden. Es sind jedoch bevorzugt Poren auf der Oberfläche des Photokatalysator vorhanden, der einen mit erfindungsgemäßem Titanapatit beschichteten porösen Körper enthält. Das heißt, dass Vertiefungen, die als Poren erkannt werden, bevorzugt vorhanden sind bei Beobachtung mit einem Elektronenmikroskop oder dergleichen. Dies gestattet, dass das Ziel der photokatalytischen Wirkung in die poröse Struktur eindringt, so dass die photokatalytischen Wirkungen vollauf erzielt werden können. In diesem Fall ist das Eindringen der Titanapatit-Beschichtung in die Poren selbst kein Problem und ist tatsächlich erwünscht.
  • Unter dem Gesichtspunkt, es dem Ziel der photokatalytischen Wirkung zu ermöglichen, in die poröse Struktur einzudringen, sollte die Anzahl der Poren so groß wie möglich sein, aber da die Anzahl im Allgemeinen umgekehrt proportional ist zu dem Beschichtungsvolumen von Titanapatit, wird sie tatsächlich in geeigneter Weise nach praktischen Gesichts punkten ausgewählt werden.
  • Für Zwecke der Beschichtung gibt es keine besonderen Grenzen für die Bindungskraft zwischen dem porösen Körper und Titanapatit. Unter normalen Bedingungen gibt es keine praktischen Hindernisse, so lange kein zu starkes Abblättern des Titanapatits von dem porösen Körper erfolgt.
  • Der Photokatalysator der vorliegenden Erfindung kann neben Pulverform jede andere Form aufweisen. Beispiele schließen ein Brocken-, Blatt- und Faserformen und dergleichen.
  • Der Katalysator der vorliegenden Erfindung enthält einen porösen Körper und Titanapatit als wesentliche Komponenten, jedoch können weitere Substanzen bis zu dem Ausmaß eingeschlossen sein, dass sie nicht die Absicht der vorliegenden Erfindung verletzen. Beispiele für derartige co-existierende Substanzen, die eingeschlossen sein können, sind weitere Substanzen, wie beispielsweise Titanoxid mit photokatalytischen Funktionen, und Bindemittel, die Photokatalysatoren, die normalerweise Pulver sind, andere Formen verleihen. Bindemittel schließen anorganische Bindemittel und organische Bindemittel ein. Anorganische Bindemittel sind typischer Weise eingeschlossen, wenn der Photokatalysator ein gesinterter Körper ist. Organische Bindemittel sind typischer Weise eingeschlossen, um dem Photokatalysator ohne eine Hochtemperaturbehandlung eine Vielzahl an Formen zu verleihen, oder mit anderen Worten ausgedrückt, wenn der Photokatalysator der vorliegenden Erfindung eine Mischung mit einem Bindemittel ist. Wenn der Photokatalysator der vorliegenden Erfindung Sintern oder einer anderen Wärmebehandlung unterzogen wird, muss darauf geachtet werden, nicht die Kristallstruktur des Titanapatits zu zerstören, aber es gibt keine weiteren speziellen Beschränkungen.
  • Der Photokatalysator der vorliegenden Erfindung kann durch sogenannte Nassverfahren hergestellt werden. Beispiele von Nassverfahren sind gemeinsame Fällung und ein Sol-Gel-Verfahren.
  • Verfahren gemeinsamer Fällung sind Verfahren zum Erhalten von Titanapatit durch Einschließen einer Titanverbindung in den Ablauf der Synthese von Calciumapatit zur gemeinsamen Fällung. Ein spezielles Beispiel eines Verfahrens zur gemeinsamen Fällung ist ein Verfahren zum Zugeben von Calciumnitrat, Phosphorsäure und Titansulfat zu Wasser als dem Medium, um eine saure wässrige Lösung zu erhalten, und Zugeben eines Titanapatit-Abscheidungsmittels (wie beispielsweise wässriger Ammoniak) dazu, um eine Abscheidung zu erhalten.
  • Wasser wird als das vorerwähnte Medium verwendet. Das Wasser kann von jeder Art sein, so lange der resultierende Photokatalysator die gewünschten Eigenschaften aufweist, aber Ionenaustausch-Wasser oder reines Wasser ist bevorzugt, um eine Störung der Reaktion zu vermeiden. Decarbonisiertes Wasser kann in einigen Fällen bevorzugt sein, um die Wirkungen von Säure zu vermeiden.
  • Das Sol-Gel-Verfahren ist ein Verfahren zum Dehydrieren eines Sols eines wässrigen Oxids oder dergleichen, zu einem Gel, das dann sofern notwendig erwärmt wird und in eine Form gebracht wird, wie beispielsweise Teilchen oder ein Film. Normalerweise wird ein anorganisches Oxid erhalten, aber in der vorliegenden Erfindung wird Titanapatit oder ein Hydrat davon erhalten.
  • Unter Verwendung von beiden Verfahren wird normalerweise ein Titanapatit-Pulver erhalten nach Filtration, Waschen, Trocknen und Kristallisation durch Wärmebehandlung. Ein Titanapatit, das durch ein Verfahren erhalten wird, das andere Arbeitsschritte enthält, als diese Arbeitsschritte, und Titanapatit, das erhalten wird durch andere Arbeitsschritte als diese Arbeitsschritte, sind ebenfalls in den Bereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.
  • Der Photokatalysator der vorliegenden Erfindung kann erhalten werden, indem man durch gemeinsame Fällung hergestellten Titanapatit dazu veranlasst, sich einem porösen Körper abzuscheiden. Genauer ausgedrückt befindet sich der poröse Körper in dem Medium, das zum Ausbilden des Titanapatits verwendet wird, während der Ausbildung des Titanapatits durch gemeinsame Fällung.
  • In diesem Fall wird der poröse Körper bevorzugt zu dem vorerwähnten Medium zugegeben, bevor eine Abscheidung des Titans in dem Reaktionssystem beginnt. Genauer ausgedrückt wird es bevorzugt zugegeben vor einer Zugabe des Titanapatit-Abscheidungsmittels. Im Allgemeinen ist ein Titanapatit-Abscheidungsmittel ein Mittel, das Abscheidung von Titanapatit durch Umwandlung der sauren Umgebung des Reaktionssystems in eine basische Umgebung veranlasst, und es kann eine basische Substanz verwendet werden. Das vorerwähnte wässrige Ammoniak wird bevorzugt. Zugeben des porösen Körpers, bevor alle die Ausgangsmaterialien, die Calcium, Titan und Phosphor einschließen, die das Titanapatit bilden, dem Medium zugegeben worden sind, ergibt keine besonderen Vorteile und kann Nebenreaktionen verursachen, so dass es genauer genommen bevorzugt ist, den porösen Körper zuzugeben, nachdem alle die Ausgangsmaterialien, die Calcium, Titan und Phosphor einschließen, die das Titanapatit bilden, zu dem Medium zugegeben worden sind, jedoch vor einer Zugabe des Titanapatit-Abscheidungsmittels.
  • Es ist oftmals nützlich, die Titanapatit-Produktionsgeschwindigkeit in dem Verfahren der gemeinsamen Fällung einzustellen, um die photokatalytische Aktivität zu optimieren, da sie dazu dient, die Abscheidungsgeschwindigkeit von Titanapatit auf dem porösen Körper einzustellen (und daher die Geschwindigkeit der Beschichtung des porösen Körpers durch den Titanapatit).
  • Besonders nützlich ist das Einstellen der Temperatur des Systems. Anheben der Temperatur des Systems fördert normalerweise eine Abscheidung von Titanapatit, was oftmals photokatalytische Aktivität beeinträchtigt, da die Poren auf der porösen Körperoberfläche gefüllt werden, oder Titanapatit-Teilchen alleine abgeschieden werden. Folglich wird in den meisten Fällen die vorerwähnte gemeinsame Fällung bevorzugt bei einer Systemtemperatur von 100°C oder weniger durchgeführt.
  • Ein Verfahren ist nützlich, das die vorerwähnte Abscheidung beendet, während noch Poren auf der Oberfläche des porösen Körpers vorhanden sind, um zu Verhindern, dass die Poren auf der Oberfläche des porösen Körpers aufgefüllt werden. Die Anwesenheit oder Abwesenheit von Poren auf der Oberfläche des porösen Körpers kann leicht durch Transmissionselektronen-Mikroskopie oder dergleichen beobachtet werden. Beispiele spezieller Verfahren zum Beenden von Abscheidung schließen ein, Verringerung der Systemtemperatur und/oder Filtern des festen Produkts, aber es ist jedes andere Verfahren akzeptabel. Weitere Beispiele schließen ein ein Verfahren, bei dem die Beziehung zwischen der Systemtemperatur und der Geschwindigkeit der Abnahme der Poren auf der Oberfläche des porösen Körpers vorab durch Transmissionselektronen-Mikroskopie oder dergleichen beobachtet wird, und dazu verwendet wird, das Ausmaß und den zeitlichen Verlauf der Abnahme der Systemtemperatur zu bestimmen, und ein Verfahren, bei dem die Reaktion bei einer festgelegten Temperatur voranschreitet, aber die Beziehung zwischen Porenabnahme und Reaktionsdauer vorher durch Transmissionselektronen-Mikroskopie oder dergleichen beobachtet wird, und dazu verwendet wird, die Zeit zum Filtern des festen Produkts zu bestimmen.
  • In dem Fall des Sol-Gel-Verfahrens könnte Abscheidung des Titanapatits auf dem porösen Körper durch Zugeben des porösen Körpers zu einer Flüssigkeit veranlasst werden, die durch das Sol-Gel-Verfahren hergestellten Titanapatit, die Ausgangsmaterialien davon oder ein Zwischenprodukt davon enthält. Der "durch das Sol-Gel-Verfahren hergestellte Titanapatit" kann entweder in Solform oder in Gelform vorliegen, oder kann eine Mischung von diesen sein, aber weniger von der Gelform ist bevorzugt, um die Herstellung von Teilchen aus nur Titanapatit zu verhindern. Ein Verfahren zum Zugeben des porösen Körpers bei dem Solstadium oder eher und dann Gelbildung, um den porösen Körper mit dem Titanapatit zu beschichten, ist am logischsten und erwünscht.
  • Bei dem Sol-Gel-Verfahren wurde gezeigt, dass zum Verhindern sowohl der Auffüllung der Poren auf der Oberfläche des porösen Körpers, als auch von Abscheidung von Teilchen aus Titanapatit allein, die Titanapatit-umgewandelte Titankonzentration in einer Flüssigkeit, die den resultierenden Titanapatit, die Ausgangsmaterialien davon oder ein Zwischenprodukt davon enthält, 0,5 Gew.% oder weniger betragen sollte. Es gibt keine spezielle untere Grenze, aber 0,001 Gew.% oder mehr ist unter dem Gesichtspunkt von Produktionsleistung und dergleichen erwünscht.
  • Ein Verfahren zum Verdünnen der Flüssigkeit, die den resultierenden Titanapatit oder Ausgangsmaterialien davon oder ein Zwischenprodukt davon enthält, vor Zugabe des porösen Körpers ist auch nützlich. Auf diesem Weg kann die Reaktion vor Verdünnung effizient durchgeführt werden, und es ist möglich, das Auffüllen der Poren auf der porösen Körperoberfläche und Abscheidung von Teilchen aus Titanapatit allein zu steuern. Es gibt keine speziellen Grenzen bezüglich der Zeit der Verdünnung, aber im Allgemeinen ist es ausreichend, wenn sie vor dem Gelieren des Titanapatits liegt.
  • Ein wie oben beschrieben erhaltener Photokatalysator kann verwendet werden, um einer Vielfalt an Gegenständen wenigstens eine Funktion zu verleihen, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die Luftreinigung, Wasserreinigung, Schmutz-Zersetzung, antibakterielle und sterilisierende Funktionen ent hält. In diesem Fall können die Gegenstände Gegenstände sein, die für diese Funktionen verwendet werden, oder Gegenstände, die diese Funktionen zusätzlich zu ihren primären Zwecken aufweisen. In dem ersten Fall schließen Beispiele ein Luftreinigungs-Vorrichtungen, Wasserreinigungs-Vorrichtungen und dergleichen, wohingegen in dem zweiten Fall Beispiele elektronische Waren (wie beispielsweise Klimageräte), Vorhänge, Tapeten und dergleichen einschließen, die Luftreinigung, Schmutz-Zersetzung, antibakterielle oder sterilisierende Funktionen oder dergleichen mittels eines Teils erzielen, das mit einem Photokatalysator beschichtet oder damit gefüllt ist.
    •
  • [Beispiele]
  • Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend detailliert erläutert, aber die vorliegende Erfindung wird durch diese nicht beschränkt.
  • [Beispiel 1]
  • Nachfolgend werden die Arbeitsschritte zum Herstellen einer Titanapatit-beschichteten Diatomeenerde durch gemeinsame Fällung erläutert, wobei dem Herstellungs-Ablaufdiagramm von 1 gefolgt wird. Schritte S1 bis S6 wurden bei Raumtemperatur durchgeführt.
    • (1) In Schritt S1 wurde decarbonisiertes reines Wasser hergestellt, während in Schritten S2 und S3 0,1 Mol Calciumnitrat- und 0,01 Mol Titansulfat-Lösungen mit dem reinen Wasser in einer Stickstoffatmosphäre gemischt und bewegt wurden.
    • (2) In Schritt S4 wurde ein Diatomeenerdepulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 30 μm zu der Lösung gegeben und die Mischung wurde bewegt.
    • (3) Als nächstes wurden in Schritt S5 0,06 Mol Phosphorsäure zu der resultierenden Mischung gegeben, während 15 Mol/L wässriger Ammoniak zugegeben wurden, um den pH auf 9,00 in Schritt S6 einzustellen, und in Schritt S7 ließ man das System für 2 Stunden bei 80°C altern, um die Temperatur zu erhöhen und Abscheidung von Titanapatit zu bewirken.
    • (4) Als nächstes wurde in Schritten S8 und S9 das resultierende feste Produkt durch Filtration gesammelt, und das isolierte feste Produkt wurde mit 5L reinem Wasser gewaschen und für 12 Stunden in einem trockenen Ofen bei 70°C getrocknet.
    • (5) Danach wurde dieses in Schritt S10 für 1 Stunde in Atmosphäre bei 600°C getempert.
  • Als die Kristallphase des resultierenden Pulvers (Titanapatit-beschichtete Diatomeenerde 1) mittels Röntgenbeugung untersucht wurde, zeigte das resultierende Beugungsmuster eine Apatitstruktur an. Eine Oberflächenanalyse des Pulvers durch XPS zeigte sowohl Peaks für Ca und Ti, die Metallkomponenten von Titanapatit sind, als auch für Si und Al, die Metallkomponenten von Diatomeenerde sind. Als es mittels BET untersucht wurde, betrug die spezifische Oberfläche 87 m2/g, entgegengesetzt zu einem Wert von 105 m2/g für Diatomeenerde alleine.
  • [Beispiel 2]
  • Nachfolgend werden die Arbeitsschritte zum Herstellen einer Titanapatit-beschichteten Diatomeenerde durch ein Sol-Gel-Verfahren erläutert, wobei dem Herstellungs-Ablaufdiagramm von 2 gefolgt wird. Schritte S21 bis S28 wurden bei Raumtemperatur durchgeführt.
    • (1) In Schritt S21 wurden 100 mL Ethanol (Lösung) hergestellt, und in Schritt S22 wurde Calciumnitrat-Tetrahydrat (Ca(NO3)2·4H2O, 2,125 g) zugegeben und bei Raumtemperatur bewegt, bis sich das Calciumnitrat vollständig gelöst hatte.
    • (2) In Schritt S23 wurde Phosphorpentoxid (P2O5, 0,4258 g) zu dieser Lösung gegeben und es wurde die Mischung für weitere 2 Stunden bewegt.
    • (3) In Schritt S24 wurde Titantetraisopropoxid (Ti[OCH(CH3)2]4, 0,2842 g) zugegeben, um eine gemischte Flüssigkeit herzustellen. Diese gemischte Flüssigkeit wurde durch Bewegung für etwa 19 Stunden bei Raumtemperatur umgesetzt, um eine Apatitvorstufenzusammensetzung als ein hellgelbes Sol zu erhalten.
    • (4) In Schritt S25 wurde dieses Sol zu weiteren 10 L Ethanol gegeben und es wurde die Mischung bewegt.
    • (5) In Schritt S26 wurde ein Diatomeenerdepulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 30 μm zu dieser Lösung gegeben, während in Schritt S27 diese vakuumentgast wurde und dann für 10 Stunden bei Raumtemperatur bewegt wurde.
    • (6) Als nächstes wurde in Schritt S28 das feste Produkt abfiltriert und abgetrennt, während es in Schritt S29 für 6 Stunden bei 150°C getrocknet und für 1 Stunde in Atmosphäre bei 600°C getempert wurde, um ein Pulver zu erhalten.
  • Als die Kristallphase des resultierenden Pulvers (Titanapatit-beschichtete Diatomeenerde 2) mittels Röntgenbeugung untersucht wurde, zeigte das resultierende Beugungsmuster eine Apatitstruktur an. Eine Oberflächenanalyse des Pulvers durch XPS zeigte sowohl Peaks für Ca und Ti, die Metallkomponenten von Titanapatit sind, als auch für Si und Al, die Metallkomponenten von Diatomeenerde sind. Als es mittels BET untersucht wurde, betrug die spezifische Oberfläche 75 m2/g, entgegengesetzt zu einem Wert von 105 m2/g für Diatomeenerde alleine.
  • Die Adsorptions- und Zersetzungseigenschaften von Pulverproben der Titanapatit-beschichteten Diatomeenerden (das heißt, Photokatalysatoren der vorliegenden Erfindung), die in Beispielen 1 und 2 erhalten wurden, und verschiedenen anderen Photokatalysatoren und Adsorptionsmitteln wurden unter Lichtbestrahlung in Acetaldehydgas untersucht. Tabelle 1 zeigt eine Liste der untersuchten Proben.
  • Tabelle 1
    Figure 00160001
  • Bei dem Untersuchungsverfahren wurden gleiche Mengen der vorerwähnten Pulverproben in Behälter platziert, die mit 40 Volumen-ppm Acetaldehyd in Luft gefüllt waren, und es wurden die zeitliche Änderungen der Acetaldehyd-Konzentration mit Gaschromatographie unter Bestrahlung mit 10 mW Schwarzlicht gemessen. Die gemessenen Ergebnisse sind in 3 gezeigt. Die horizontale Achse zeigt die Lichtbestrahlungsdauer, während die vertikale Achse das Verhältnis zu der ursprünglichen Acetaldehyd-Konzentration (40 Volumen-ppm) zeigt. Beispielsweise bedeutet 0,6 eine Acetaldehyd-Konzentration von 40 Volumen-ppm × 0,6 = 24 Volumen-ppm.
  • In dem Fall der Diatomeenerde und Aktivkohle fiel die Aldehyd-Konzentration anfänglich rasch, hörte dann aber auf zu fallen. Dies bedeutet, dass die Diatomeenerde und Aktivkohle nur Adsorptionsfähigkeit aufweisen.
  • Bei Titanapatit oder Titanoxid alleine gab es keinen Bereich, bei dem die Aldehyd-Konzentration aufhörte zu fallen, wie sie dies im Falle der Diatomeenerde und Aktivkohle tat (das heißt, sie hatten die Fähigkeit, den Aldehyd zu zersetzen), aber die anfängliche Geschwindigkeit der Abnahme der Aldehyd-Konzentration war kleiner als bei Diatomeenerde und Aktivkohle. Dies scheint zu bedeuten, dass Titanapatit und Titanoxid geringer Adsorptionskapazität aufweisen.
  • Im Gegensatz dazu waren bei den Titanapatit-beschichteten Diatomeenerden der vorliegenden Erfindung die anfänglichen Abnahmegeschwindigkeiten bei der Aldehyd-Konzentration so groß wie sie bei Diatomeenerde und Aktivkohle waren (das heißt, sie sind so adsorbierend wie Diatomeenerde und Aktivkohle), und die nachfolgenden Geschwindigkeiten der Abnahme der Aldehyd-Konzentration waren auch hoch (das heißt, sie haben auch eine starke Fähigkeit, den Aldehyd zu zersetzen). Folglich kann aus Tabelle 3 entnommen werden, dass Titanapatit-beschichtete Diatomeenerde exzellente Adsorptions- und Zersetzungseigenschaften aufweist.

Claims (19)

  1. Ein Photokatalysator, der einen mit Titanapatit beschichteten porösen Körper enthält.
  2. Der Photokatalysator nach Anspruch 1, worin der poröse Körper Diatomeenerde ist.
  3. Der Photokatalysator nach Anspruch 1, worin Poren auf der Oberfläche vorhanden sind.
  4. Der Photokatalysator nach Anspruch 1, worin das Titanapatit ausgebildet ist durch gemeinsame Fällung oder ein Sol-Gel-Verfahren.
  5. Der Photokatalysator nach Anspruch 1, der ein gesinterter Körper oder eine Mischung mit einem Bindemittel ist.
  6. Ein Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators, der einen mit Titanapatit beschichteten porösen Körper enthält, worin durch gemeinsame Fällung erzeugter Titanapatit auf dem porösen Körper abgeschieden wird.
  7. Das Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators nach Anspruch 6, worin der poröse Körper Diatomeenerde ist.
  8. Das Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators nach Anspruch 6, worin der poröse Körper in einem Medium enthalten ist, das verwendet wird zum Ausbilden des Titanapatits, während der Ausbildung des Titanapatits durch die gemeinsame Fällung,
  9. Das Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators nach Anspruch 8, worin der poröse Körper dem Medium nach Zugabe aller der Ausgangsmaterialien, die Calcium, Titan und Phosphor einschließen, die den Titanapatit bilden, zugegeben wird, aber bevor Zugabe eines Titanapatit-Abscheidungsmittels beendet ist.
  10. Das Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators nach Anspruch 6, worin die gemeinsame Fällung bei einer Systemtemperatur von 100°C oder weniger durchgeführt wird.
  11. Das Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators nach Anspruch 6, worin die Abscheidung beendet wird, während noch Poren auf der Oberfläche des porösen Körpers vorhanden sind.
  12. Das Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators nach Anspruch 11, worin die Abscheidung beendet wird durch Erniedrigung der Systemtemperatur und/oder durch Filtration eines festen Produkts.
  13. Eine Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators, der einen mit Titanapatit beschichteten porösen Körper enthält, worin ein poröser Körper zu einer Flüssigkeit gegeben wird, die durch ein Sol-Gel-Verfahren hergestellten Titanapatit oder Ausgangsmaterialien davon oder ein Zwischenprodukt davon enthält, wodurch der Titanapatit dazu veranlasst wird, auf dem porösen Körper abgeschieden zu werden.
  14. Das Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators nach Anspruch 13, worin der poröse Körper Diatomeenerde ist.
  15. Das Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysa tors nach Anspruch 13, worin die Titanapatit-umgewandelte Titankonzentration in der Flüssigkeit, die durch das Sol-Gel-Verfahren hergestellten Titanapatit oder Ausgangsmaterialien davon oder ein Zwischenprodukt davon enthält, in dem Bereich von 0,001 bis 0,5 Gew.% beträgt.
  16. Das Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators nach Anspruch 13, worin die Flüssigkeit vor Zugabe des porösen Körpers verdünnt wird.
  17. Ein Gegenstand, der den Photokatalysator nach Anspruch 1 verwendet, und wenigstens eine Funktion aufweist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die Luftreinigung, Wasserreinigung, Schmutz-Zersetzung, antibakterielle und sterilisierende Funktionen enthält.
  18. Ein Gegenstand, der einen Photokatalysator verwendet, der unter Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 6 hergestellt wurde, und wenigstens eine Funktion aufweist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die Luftreinigung, Wasserreinigung, Schmutz-Zersetzung, antibakterielle und sterilisierende Funktionen enthält.
  19. Ein Gegenstand, der einen Photokatalysator verwendet, der unter Verwendung des Verfahrens zum Herstellen eines Photokatalysators nach Anspruch 13 hergestellt wurde, und wenigstens eine Funktion aufweist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die Luftreinigung, Wasserreinigung, Schmutz-Zersetzung, antibakterielle und sterilisierende Funktionen enthält.
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