DE60013043T2 - Titanoxid, dieses enthaltender Photokatalysator und photokatalytisches Beschichtungsmittel - Google Patents

Titanoxid, dieses enthaltender Photokatalysator und photokatalytisches Beschichtungsmittel Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Titanoxid, welche eine verbesserte photokatalytische Aktivität unter Bestrahlung nicht nur mit UV-Licht sondern auch mit sichtbarem Licht zeigt; einen Photokatalysator, der das Titanoxid als Katalysatorkomponente umfasst; und ein photokatalytisches Beschichtungsmittel, das den Photokatalysator und ein Lösungsmittel umfasst.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Titanoxid ist als Stoff bekannt, der eine Oxidationsaktivität oder Reduktionsaktivität unter Lichtbestrahlung zeigt. Nachstehend wird ein derartiger Stoff als Photokatalysator bezeichnet. Ein Photokatalysator, der das Titanoxid enthält, ist im Handel erhältlich. Wenn ein derartiger Photokatalysator zum Beispiel mit schlecht riechenden Stoffen, die in Wohnraum und Arbeitsraum vorliegen, oder unerwünschten Stoffen, wie organischen Lösungsmitteln, landwirtschaftlichen Chemikalien und oberflächenaktiven Mitteln, die in Wasser vorliegen, in Kontakt gebracht wird, können die schlecht riechenden Stoffe oder unerwünschten Stoffe zersetzt werden.
  • Jedoch kann der im Handel erhältliche Photokatalysator keine verbesserte photokatalytische Aktivität unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht zeigen, obwohl er eine verbesserte photokatalytische Aktivität unter Bestrahlung mit UV-Licht zeigen kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Dem gemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Titanoxid bereitzustellen, welches eine verbesserte photokatalytische Aktivität unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht sowie UV-Licht zeigt.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Photokatalysator bereitzustellen, der das Titanoxid als Katalysatorkomponente umfasst.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein photokatalytisches Beschichtungsmittel bereitzustellen, das den Photokatalysator und ein Lösungsmittel umfasst.
  • Die Erfinder haben umfangreiche Studien über einen Photokatalysator unternommen. Als Ergebnis haben die Erfinder ein spezifisches Titanoxid gefunden, welches eine verbesserte photokatalytische Aktivität unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht sowie UV-Licht zeigt. Und dadurch ist die vorliegende Erfindung erhalten worden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt Titanoxid mit einem Wert von Index X1, berechnet nach der folgenden Gleichung (I), der nicht mehr als 0,90 beträgt, und einem Wert von Index Y1, berechnet nach der folgenden Gleichung (II), der nicht weniger als 0,075 beträgt, bereit X1 = B1/A1 (I) Y1 = D1/C1 (II)wobei hinsichtlich der Gleichung (I) A1 und B1 jeweils Halbwertsbreiten von Peaks bedeuten, welche durch das Verfahren erhalten werden, das aus den Schritten besteht:
    • (i) achtmaliges Analysieren von Titanoxid gemäß einer Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie,
    • (ii) Erhalten eines integrierten Spektrums eines Elektronenstatus von Titan in Bezug auf die vorstehende erste und zweite Analyse,
    • (iii) Erhalten einer Halbwertsbreite, A1, eines Peaks innerhalb eines Bindungsenergiebereiches von 458 eV bis 460 eV in Bezug auf das integrierte Spektrum, erhalten im vorstehenden Schritt (ii), und
    • (iv) Durchführen der Schritte (ii) und (iii) in Bezug auf die siebte und achte Analyse, um eine Halbwertsbreite, B1, eines Peaks zu erhalten, und hinsichtlich der Gleichung (II) C1 einen integrierten Absorptionswert innerhalb eines Wellenlängenbereichs von 250 nm bis 550 nm bei der Messung eines UV-sichtbaren diffusen Reflexionsspektrums des Titanoxids darstellt, und D1 einen integrierten Absorptionswert des Titanoxids innerhalb eines Wellenlängenbereichs von 400 nm bis 550 nm darstellt.
  • Ferner stellt die vorliegende Erfindung Titanoxid mit einem Wert von Index X1, berechnet nach der folgenden Gleichung (I), der nicht mehr als etwa 0,90 beträgt, einem Wert von Index Y1, berechnet nach der folgenden Gleichung (II), der nicht weniger als etwa 0,075 beträgt, und einem Wert von Index Z1 bereit, berechnet nach der folgenden Gleichung (III), der nicht weniger als etwa 0,75 beträgt, X1 = B1/A1 (I) Y1 = D1/C1 (II) Z1 = Y1 × E1 (III)wobei hinsichtlich der Gleichung (I) A1 und B1 jeweils Halbwertsbreiten von Peaks bedeuten, welche durch das Verfahren erhalten werden, das aus den Schritten besteht:
    • (i) achtmaliges Analysieren von Titanoxid gemäß einer Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie,
    • (ii) Erhalten eines integrierten Spektrums eines Elektronenstatus von Titan in Bezug auf die vorstehende erste und zweite Analyse,
    • (iii) Erhalten einer Halbwertsbreite, A1, eines Peaks innerhalb eines Bindungsenergiebereiches von 458 eV bis 460 eV in Bezug auf das integrierte Spektrum, erhalten im vorstehenden Schritt (ii), und
    • (iv) Durchführen der selben Schritte wie die vorstehenden Schritte (ii) und (iii) in Bezug auf die siebte und achte Analyse, um eine Halbwertsbreite, B1, eines Peaks zu erhalten; hinsichtlich der Gleichung (II) C1 einen integrierten Absorptionswert innerhalb eines Wellenlängenbereichs von 250 nm bis 550 nm bei der Messung eines UV-sichtbaren diffusen Reflexionsspektrums des Titanoxids darstellt, und D1 einen integrierten Absorptionswert des Titanoxids innerhalb eines Wellenlängenbereichs von 400 nm bis 550 nm darstellt; und hinsichtlich der Gleichung (III) E1 die Kristallitgröße des Titanoxids darstellt.
  • Noch weiter stellt die vorliegende Erfindung Titanoxid mit einem Wert von Index X1, berechnet nach der folgenden Gleichung (I), der nicht mehr als etwa 0,90 beträgt, einem Wert von Index Y1, berechnet nach der folgenden Gleichung (II), der nicht weniger als etwa 0,075 beträgt, einem Wert von Index Z1, berechnet nach der folgenden Gleichung (III), der nicht weniger als etwa 0,75 beträgt, und einem Wert von Index W1 bereit, berechnet nach der folgenden Gleichung (IV), der nicht weniger als etwa 0,40 beträgt, X1 = B1/A1 (I) Y1 = D1/C1 (II) Z1 = Y1 × E1 (III) W1 = Y1 × E1 × F1 (IV)wobei hinsichtlich der Gleichung (I) A1 und B1 jeweils Halbwertsbreiten von Peaks bedeuten, welche durch das Verfahren erhalten werden, das aus den Schritten besteht:
    • (i) achtmaliges Analysieren von Titanoxid gemäß einer Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie,
    • (ii) Erhalten eines integrierten Spektrums eines Elektronenstatus von Titan in Bezug auf die vorstehende erste und zweite Analyse,
    • (iii) Erhalten einer Halbwertsbreite, A1, eines Peaks innerhalb eines Bindungsenergiebereiches von 458 eV bis 460 eV in Bezug auf das integrierte Spektrum, erhalten im vorstehenden Schritt (ii), und
    • (iv) Durchführen der selben Schritte wie die vorstehenden Schritte (ii) und (iii) in Bezug auf die siebte und achte Analyse, um eine Halbwertsbreite, B1, eines Peaks zu erhalten; hinsichtlich der Gleichung (II) C1 einen integrierten Absorptionswert innerhalb eines Wellenlängenbereichs von 250 nm bis 550 nm bei der Messung eines UV-sichtbaren diffusen Reflexionsspektrums des Titanoxids darstellt, und D1 einen integrierten Absorptionswert des Titanoxids innerhalb eines Wellenlängenbereichs von 400 nm bis 550 nm darstellt; hinsichtlich der Gleichung (III) E1 die Kristallitgröße des Titanoxids darstellt; und hinsichtlich der Gleichung (IV) F1 den Grad der Anatas-Kristallinität des Titanoxids darstellt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt noch weiter einen Photokatalysator bereit, der das vorstehend erwähnte Titanoxid als Katalysatorkomponente umfasst.
  • Außerdem stellt die vorliegende Erfindung ein photokatalytisches Beschichtungsmittel bereit, das den Photokatalysator und ein Lösungsmittel umfasst.
  • Ferner wird der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung aus der ausführlichen Beschreibung ersichtlich, die nachstehend angegeben ist. Jedoch sollte es selbstverständlich sein, dass die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele, während sie die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung anzeigen, nur zur Veranschaulichung angegeben sind, weil verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Wesens und Schutzbereichs der Erfindung für den Fachmann aus dieser ausführlichen Beschreibung ersichtlich werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die vorliegende Erfindung wird aus der ausführlichen Beschreibung, die hier nachstehend angegeben ist, und den dazugehörigen Zeichnungen, welche nur zur Veranschaulichung angegeben sind und folglich die vorliegende Erfindung nicht beschränken, vollständiger verstanden.
  • 1 zeigt eine Beziehung zwischen Wellenlänge und Transmission eines UV-Ausschlussfilters.
  • 2 zeigt eine Beziehung zwischen Wellenlänge und Transmission eines Infrarot-Ausschlussfilters.
  • 3 zeigt ein Spektrum, welches durch die erste und zweite Analyse des Titanoxids erhalten wurde, das in Beispiel 1 gemäß einer Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie erhalten wurde, und ein Spektrum, welches durch die siebte und achte Analyse des Titanoxids erhalten wurde, das in Beispiel 1 gemäß einer Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie erhalten wurde.
  • 4 zeigt ein Spektrum, welches durch die erste und zweite Analyse des Titanoxids erhalten wurde, das in Beispiel 2 gemäß einer Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie erhalten wurde, und ein Spektrum, welches durch die siebte und achte Analyse des Titanoxids erhalten wurde, das in Beispiel 2 gemäß einer Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie erhalten wurde.
  • 5 zeigt ein Spektrum, welches durch die erste und zweite Analyse des Titanoxids erhalten wurde, das in Vergleichsbeispiel 1 gemäß einer Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie erhalten wurde, und ein Spektrum, welches durch die siebte und achte Analyse des Titanoxids erhalten wurde, das in Vergleichsbeispiel 1 gemäß einer Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie erhalten wurde.
  • 6 zeigt ein Spektrum, welches durch die erste und zweite Analyse des Titanoxids erhalten wurde, das in Vergleichsbeispiel 2 gemäß einer Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie erhalten wurde, und ein Spektrum, welches durch die siebte und achte Analyse des Titanoxids erhalten wurde, das in Vergleichsbeispiel 2 gemäß einer Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie erhalten wurde.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Titanoxid (TiO2) gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Titanatom in einem speziellen Elektronenstatus auf. Um diesen Elektronenstatus zu zeigen, wird der Index X1, berechnet nach der vorhergehenden Gleichung (I), angegeben, und sein Wert beträgt nicht mehr als etwa 0,90. Der Elektronenstatus kann durch Bindungsenergie erklärt werden. Allgemein wird Titanoxid mit einem kleinen Wert des Index X1 sowohl von einem Titanatom mit Elektronen hoher Bindungsenergie als auch einem Titanatom mit Elektronen niedriger Bindungsenergie gebildet. Wenn das Titanoxid wiederholt mit einem Röntgenstrahl bestrahlt wird, wird das Titanoxid zu Titanoxid, welches ein Titanatom mit Elektronen verringerter hoher Bindungsenergie aufweist. Auf der anderen Seite wird Titanoxid mit einem großen Wert des Index X1 von einem Titanatom mit Elektronen ohne hohe Bindungsenergie gebildet.
  • Um das integrierte Spektrum zu erhalten, wird Titanoxid zuerst durch die folgenden fünf Schritte in dieser Reihenfolge unter Verwendung eines Röntgen-Photoelektronen-Spektrometers analysiert, welches Kohlenstoff als Standard zur Bestimmung einer Peakposition verwendet. Hier liegt ein Zeitraum, der zwischen dem Beginn des ersten Schrittes und der Beendigung des fünften Schrittes erforderlich ist, innerhalb 30 Minuten, während dessen das Titanoxid Luft nicht ausgesetzt ist.
    • 1. Schritt: zweimaliges Analysieren eines Elektronenstatus von Titan, mit der Maßgabe, dass der Zeitraum pro Analyse 60 Sekunden beträgt (die erste und zweite Analyse),
    • 2. Schritt: zweimaliges Analysieren eines Elektronenstatus von Sauerstoff, mit der Maßgabe, dass der Zeitraum pro Analyse 56 Sekunden beträgt; zweimaliges Analysieren eines Elektronenstatus von Kohlenstoff, mit der Maßgabe, dass der Zeitraum pro Analyse 80 Sekunden beträgt; und zweimaliges Analysieren eines Elektronenstatus von Titan, mit der Maßgabe, dass der Zeitraum pro Analyse 60 Sekunden beträgt (die dritte und vierte Analyse),
    • 3. Schritt: zweimaliges Analysieren eines Elektronenstatus von Sauerstoff, mit der Maßgabe, dass der Zeitraum pro Analyse 56 Sekunden beträgt; zweimaliges Analysieren eines Elektronenstatus von Kohlenstoff, mit der Maßgabe, dass der Zeitraum pro Analyse 80 Sekunden beträgt; und zweimaliges Analysieren eines Elektronenstatus von Titan, mit der Maßgabe, dass der Zeitraum pro Analyse 60 Sekunden beträgt (die fünfte und sechste Analyse),
    • 4. Schritt: zweimaliges Analysieren eines Elektronenstatus von Sauerstoff, mit der Maßgabe, dass der Zeitraum pro Analyse 56 Sekunden beträgt; zweimaliges Analysieren eines Elektronenstatus von Kohlenstoff, mit der Maßgabe, dass der Zeitraum pro Analyse 80 Sekunden beträgt; und zweimaliges Analysieren eines Elektronenstatus von Titan, mit der Maßgabe, dass der Zeitraum pro Analyse 60 Sekunden beträgt (die siebte und achte Analyse), und
    • 5. Schritt: zweimaliges Analysieren eines Elektronenstatus von Sauerstoff, mit der Maßgabe, dass der Zeitraum pro Analyse 56 Sekunden beträgt; und zweimaliges Analysieren eines Elektronenstatus von Kohlenstoff, mit der Maßgabe, dass der Zeitraum pro Analyse 80 Sekunden beträgt.
  • Danach werden Röntgen-Photoelektronen-Spektren hinsichtlich der jeweiligen Analysen vom ersten Schritt bis zum fünften Schritt erhalten, und danach werden die jeweiligen integrierten Spektren eines Elektronenstatus von Titan hinsichtlich des Röntgen-Photoelektronen-Spektrums in der ersten Analyse und des in der zweiten Analyse erhalten. Ähnlich werden die jeweiligen integrierten Spektren eines Elektronenstatus von Titan hinsichtlich des Röntgen-Photoelektronen-Spektrums in der siebenten Analyse und des in der achten Analyse erhalten.
  • Eine Halbwertsbreite eines Peaks wird von einem Peak von Titan erhalten, der innerhalb eines Bindungsenergiebereiches von 458 eV bis 460 eV im vorstehenden erhaltenen integrierten Spektrum vorliegt. Wenn zwei oder mehrere Peaks innerhalb des Bindungsenergiebereiches von 458 eV bis 460 eV festgestellt werden, wird die Halbwertsbreite eines Peaks vom höchsten Peak unter ihnen erhalten.
  • Der Index Y1, berechnet nach der vorhergehenden Gleichung (II), zeigt ein Absorptionsvermögen des Titanoxids von sichtbarem Licht. Ein Wert von Y1 beträgt nicht weniger als etwa 0,075, vorzugsweise nicht weniger als etwa 0,110 und stärker bevorzugt nicht weniger als etwa 0,145.
  • Der integrierte Absorptionswert bedeutet einen Bereich, der durch die horizontale Achse und das diffuse Reflexionsspektrum innerhalb des festgesetzten Wellenlängenbereichs im UV-sichtbaren diffusen Reflexionsspektrum umgeben ist, unter der Voraussetzung, dass Absorption und Wellenlänge einer vertikalen Achse beziehungsweise einer horizontalen Achse zugewiesen sind. Das UV-sichtbare diffuse Reflexionsspektrum kann durch Messen zum Beispiel unter Verwendung eines UV-sichtbaren Spektrophotometers und Bariumsulfat als Standardweißwand erhalten werden.
  • Bei Titanoxid gemäß der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt, dass es einen Wert des Index Z1, berechnet nach der folgenden Gleichung (III), von nicht weniger als etwa 0,75 aufweist, unter der Voraussetzung, dass seine Kristallitgröße E1 zugewiesen wird. Z1 = Y1 × E1 (III)
  • In dieser Gleichung ist Y1 ein Index, berechnet nach der Gleichung (II). Der stärker bevorzugte Wert von Z1 ist nicht kleiner als etwa 1,50, und der am stärksten bevorzugte Wert von Z1 ist nicht kleiner als etwa 1,80. Die Kristallitgröße, E1, kann durch Erhalten einer Halbwertsbreite eines Peaks und einer Peakposition (Bragg-Winkel) in der stärksten Interferenzlinie (Millerindices: 101) von Titandioxid zum Beispiel unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers und dann durch Berechnen gemäß der Scherrer-Gleichung bestimmt werden.
  • Bei Titanoxid gemäß der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt, dass es einen Wert des Index W1, berechnet nach der folgenden Gleichung (IV), von nicht weniger als etwa 0,40 aufweist, unter der Voraussetzung, dass eine Kristallitgröße und ein Grad der Anatas-Kristallinität als E1 beziehungsweise F1 zugewiesen werden. W1 = Y1 × E1 × F1 (IV)
  • In dieser Gleichung ist Y1 ein Index, berechnet nach der Gleichung (II). Der stärker bevorzugte Wert von W1 ist nicht kleiner als etwa 1,30, und der am stärksten bevorzugte Wert von W1 ist nicht kleiner als etwa 1,80. Der Grad der Anatas-Kristallinität kann durch Erhalten eines Peakfläches in der stärksten Interferenzlinie (Millerindices: 101) von Titandioxid zum Beispiel unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers bestimmt werden.
  • Außerdem weist erfindungsgemäßes Titandioxid vorzugsweise die Anatasphase auf, wobei es eine verbesserte photokatalytische Aktivität unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht zeigt.
  • Die Form von erfindungsgemäßem Titanoxid ist nicht besonders beschränkt und kann in Abhängigkeit von den Verwendungen (einschließlich Verwendung von Verfahren) variiert werden. Eine Teilchenform und eine Faserform werden als Beispiele der Form aufgezählt. Titanoxid gemäß der vorliegenden Erfindung kann in Form eines Gemisches mit anderen anorganischen Verbindungen oder in Form eines Verbundstoffs, der durch Erwärmen der Mischung erhältlich ist, verwendet werden, so lange die photokatalytische Aktivität, die unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht gezeigt wird, nicht beeinträchtigt wird. Beispiele dieser anderen anorganischen Verbindungen sind Siliziumdioxid (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkondioxid (ZrO2), Magnesiumoxid (MgO), Zinkoxid (ZnO) und Eisenoxid (Fe2O3, Fe3O4).
  • Titanoxid gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel durch ein Verfahren hergestellt werden, das die Schritte umfasst:
    • (i) Lösen einer im Handel erhältlichen Titanverbindung, wie Titanoxysulfat, Titantrichlorid, Titantetrachlorid und Titansulfat in Wasser, um eine Lösung zu erhalten,
    • (ii) Zugabe einer Base, wie Ammoniak, Harnstoff, einer Amidverbindung, einer Amidinverbindung und einer Aminverbindung, zu der Lösung, während sie gekühlt wird, um einen Feststoff auszufällen, und
    • (iii) Kalzinieren des Feststoffs, um Titanoxid zu erhalten.
  • Ein erfindungsgemäßer Photokatalysator umfasst Titanoxid der vorliegenden Erfindung als Katalysatorkomponente. Als Photokatalysator werden ein Flächengebilde-ähnlicher Photokatalysator, der durch Strangpressen eines Gemisches von Titanoxid in Teilchenform mit einem Formhilfsmittel erhalten wird; ein Flächengebilde-ähnlicher Photokatalysator, der durch Einweben von Titanoxid in Faserform mit einer organischen Faser erhalten wird; und ein Photokatalysator, der dadurch erhalten wird, dass ein Träger aus Metall oder Harz mit Titanoxid beschichtet wird oder Titanoxid einen Träger aus Metall oder Harz bedeckt, aufgezählt. Diese Photokatalysatoren können in Verbindung mit Zusatzstoffen, wie Harzen mit einem hohen Molekulargewicht, Formhilfsmitteln, Haftmitteln, antistatischen Mitteln und Absorptionsmitteln, verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform können diese Photokatalysatoren in Verbindung mit anderem Titanoxid verwendet werden, das eine photokatalytische Aktivität unter Bestrahlung mit UV-Licht zeigt.
  • In Bezug auf ein Verfahren zum Verwenden des Photokatalysators gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren aufgezählt, worin der Photokatalysator und ein zu behandelnder Gegenstand, wie zu behandelnde Flüssigkeit und zu behandelndes Gas, in einen Glasbehälter eingebracht werden, der in der Lage ist, sichtbares Licht durchzulassen, und dann mit sichtbarem Licht einer Wellenlänge von nicht weniger als 430 nm bestrahlt werden. Eine Bestrahlungszeit mit sichtbarem Licht ist nicht besonders beschränkt, und kann geeigneterweise in Abhängigkeit von der Stärke des Lichtes in einer Lichtquelle und der Art und Menge eines zu behandelnden Stoffs in dem zu behandelnden Gegenstand ausgewählt werden.
  • Die Lichtquelle ist nicht besonders beschränkt, und kann in der Lage sein, Licht auszustrahlen, das sichtbares Licht einer Wellenlänge von nicht weniger als 430 nm enthält. Beispiele der Lichtquelle sind Sonnenlicht, eine Fluoreszenzlampe, eine Halogenlampe, ein Schwarzlicht, eine Xenonlampe und eine Quecksilberlampe. Wenn gewünscht, kann die Lichtquelle mit einem UV-Ausschlussfilter und/oder einem Infrarot-Ausschlussfilter ausgerüstet sein.
  • Ein photokatalytisches Beschichtungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst den Photokatalysator der vorliegenden Erfindung und ein Lösungsmittel. Das photokatalytische Beschichtungsmittel kann verwendet werden, um das Beschichten und Bedecken eines Materials, wie Baumaterialien und Wagenmaterialien, mit Titanoxid zu erleichtern, und die Oberfläche derartiger Materialien, die mit Titanoxid beschichtet werden oder bedeckt sind, weisen eine hohe photokatalytische Aktivität auf. Das Lösungsmittel ist nicht besonders beschränkt. Bevorzugt sind solche, welche nach dem Beschichten oder Bedecken leicht verdampfen, das heißt solche, welche kaum auf der so erhaltenen Folie bleiben. Beispiele davon sind Wasser, Salzsäure, Alkohole und Ketone.
  • Als Verfahren zur Herstellung des photokatalytischen Beschichtungsmittels gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren, worin das Titanoxid in Wasser dispergiert wird, um eine Aufschlämmung zu erzeugen; und ein Verfahren, worin das Titanoxid Peptisation mit Säuren unterzogen wird, aufgezählt. Wenn das Titanoxid in dem Lösungsmittel dispergiert wird, kann, wenn gewünscht, ein Dispersionsmittel verwendet werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Titanoxid bereitgestellt, welches eine verbesserte photokatalytische Aktivität nicht nur unter Bestrahlung mit UV-Licht, sondern auch unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht zeigt. Die Aktivität kann durch einen Vergleich zwischen Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 oder durch einen Vergleich zwischen Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 leicht verstanden werden.
  • Die Oberfläche von Baumaterialien oder Wagenmaterialien, welche mit dem Photokatalysator oder dem photokatalytischen Beschichtungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet ist, ist in der Lage, NOx in der Luft abzubauen, schlecht riechende Stoffe, z.B. Zigarettengeruchsstoffe, die im Wohnraum und Arbeitsraum vorliegen, abzubauen, unerwünschte Stoffe, die in Wasser vorliegen, wie organische Lösungsmittel, landwirtschaftliche Chemikalien und oberflächenaktive Mittel, abzubauen, und ferner die Proliferation von Bakterien, wie strahlenförmige Bakterien, Algen und Schimmel, zu unterdrücken.
  • Beispiel
  • Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die folgenden Beispiele ausführlicher veranschaulicht, welche nur veranschaulichend sind, und nicht für den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung beschränkend sind.
  • Das Röntgen-Photoelektronen-Spektrophotometrie-Spektrum von Titanoxid, das UV-sichtbare diffuse Reflexionsspektrum davon, die Kristallitgröße davon, der Grad der Anatas-Kristallinität davon und die photokatalytische Aktivität davon wurden gemäß den folgenden Verfahren gemessen.
  • 1. Röntgen-Photoelektronen-Spektrophotometrie-Spektrum
  • Gemessen unter Verwendung eines Röntgen-Photoelektronen-Spektrophotometrie-Geräts, eine Marke von XPS-7000, hergestellt von RIGAKU CORPORATION, und unter Verwendung der folgenden Röntgenstrahlquelle.
    • (1) Mg wurde mit Elektronen mit einer Ausgangsleistung von 8 kV und 30 mA bestrahlt, und der erzeugte charakteristische Röntgenstrahl, der in Kα von Mg seinen Ursprung hat, wurde verwendet.
    • (2) schmales Abtasten wurde als Modus des Abtastens verwendet.
    • (3) Durchlauf E wurde auf 10 eV eingestellt.
    • (4) Schritt E wurde auf 0,04 eV eingestellt.
  • 2. UV und sichtbares diffuses Reflexionsspektrum
  • Gemessen unter Verwendung eines UV und sichtbaren Spektrophotometers, eine Marke von UV-2500PC, hergestellt von Shimadzu Corporation.
  • 3. Kristallitgröße
  • Unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers, eine Marke von RAD-IIA, hergestellt von RIGAKU CORPORATION, wurden eine Halbwertsbreite, β (Radiant), eines Peaks und eine Peakposition 2θ (Radiant) im Peak der maximalen Intensität (Millerindizes: 101) von Titandioxid unter den folgenden Bedingungen erhalten, gefolgt von der Berechnung gemäß der folgenden Gleichung (VII) (Scherrer-Gleichung), um die Kristallitgröße, E1, zu erhalten.
    Röntgen-Röhrenkolben: Cu
    Röhrenspannung: 40 kV
    Röhrenstrom: 35 mA
    Zerstreuungsspalt: 1 Grad
    Streuspalt: 1 Grad
    Lichtaufnahmespalt: 0,30 mm
    Abtastbreite: 0,020 Grad
    Abtastgeschwindigkeit: 2,00 Grad / min.
    Messintegrationsfrequenz: 1 mal
    E1 (nm) = K·λ/(β cos θ) (VII)
  • In dieser Gleichung bedeutet K eine Konstante 0,94, und λ bedeutet eine Röntgenmesswellenlänge (CuKα-Strahl: 0,154056 nm).
  • 4. Grad der Anatas-Kristallinität
  • Unter Verwendung desselben Geräts und derselben Messbedingungen, wie sie in der vorstehenden Messung der Kristallitgröße verwendet wurden, wurde ein Peakfläche in dem Peak der maximalen Intensität (Millerindizes: 101) von Titanoxid erhalten, um den Grad von Anatas-Kristallinität zu berechnen. Hier wurde ein Titanoxid vom Anatas-Typ, eine Marke von STT-65C-S, hergestellt von TITAN KOGYOU KABUSHIKI KAISHA, als authentische Probe verwendet, und sein Grad der Anatas-Kristallinität wurde als 1 zugewiesen (100%).
  • Beispiel 1
  • In einen Kolben mit einem Volumen von 1 Liter wurden 360 g Wasser eingebracht, und unter Rühren von diesem wurden 90 g Titanoxysulfat, hergestellt von SOEKAWA CHEMICAL CO., LTD., darin eingebracht und gemischt, um eine Lösung zu erhalten. Unter Kühlen der Lösung mit Eiswasser wurden 101 g einer wässrigen 25%igen Lösung von Ammoniak (spezielle Qualität), hergestellt von Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 22 Minuten lang tropfenweise dazu gegeben, wodurch ein Feststoff ausgefällt wurde. Der erhaltene Feststoff wurde durch Filtration abgetrennt und getrocknet. Das erhaltene getrocknete Produkt wurde 1 Stunde lang bei 350°C in Luft kalziniert, um ein teilchenförmiges Titanoxid zu erhalten. Es wurde festgestellt, dass die Kristallstruktur des erhaltenen Titanoxids ein Anatas-Typ ist. Physikalische Eigenschaften des Titanoxids und das Röntgen-Photoelektronen-Spektralphotometrie-Spektrum davon sind, wie in Tabelle 1 beziehungsweise 3 gezeigt.
  • Nacheinander wurde in einen geschlossenen Pyrex-Glasreaktionsbehälter mit einem Durchmesser von 8 cm, einer Höhe von 10 cm und einem Volumen von etwa 0,5 Liter eine Glas-Petrischale mit einem Durchmesser von 5 cm gelegt. Ein Photokatalysator, der nur aus dem vorstehend erhaltenen teilchenförmigen Titanoxid bestand, wurde auf die Petrischale gelegt. Das Innere des Reaktionsbehälters wurde mit einem Mischgas aus Sauerstoff und Stickstoff in einem Volumenverhältnis von 1:4 gefüllt, und danach wurden 4,5 μmol Acetaldehyd darin hermetisch eingebracht, gefolgt von Bestrahlung mit sichtbarem Licht mit einer Wellenlänge von nicht weniger als 430 nm.
  • Ein Beleuchtungsgerät, eine Marke von OPTICAL MODULEX SX-UI500XQ, hergestellt von Ushio Inc., wurde als Lichtquelle verwendet. Das Gerät wurde mit einem UV-Ausschlussfilter, eine Marke von Y-45, hergestellt von ASAHI TECHNO GLASS CORPORATION, welcher spektrale Eigenschaften aufwies, wie in 1 gezeigt, mit einem Infrarotlicht-Ausschlussfilter, eine Marke von SUPER COLD FILTER, hergestellt von Ushio Inc., welcher spektrale Eigenschaften aufwies, wie in 2 gezeigt, und mit einer Lampe (500 W Xenonlampe), eine Marke von UXL-500SX, hergestellt von Ushio Inc., ausgerüstet. Eine photokatalytische Aktivität des Photokatalysators zu Acetaldehyd wurde hinsichtlich der Konzentration des Kohlendioxids (ein oxidiertes Abbauprodukt von Acetaldehyd) bewertet, welches unter der Bestrahlung erzeugt wurde, unter der Voraussetzung, dass die Konzentration unter Verwendung eines photoakustischen Multigasmonitors, Typ 1312, hergestellt von INNOVA, gemessen wurde. Es wurde festgestellt, dass die Herstellungsrate des Kohlendioxids 19,36 μmol/h·g-Katalysator beträgt.
  • Beispiel 2
  • In einen auberginenartigen Kolben mit einem Volumen von 500 ml wurden 70 g Wasser eingebracht, und unter Rühren von diesem wurden 30 g Titanoxysulfat, hergestellt von SOEKAWA CHEMICAL CO., LTD., darin eingebracht und gemischt, um eine Lösung zu erhalten. Unter Verwendung eines Verdampfers (60°C) wurde die Lösung konzentriert, um 86,9 Gewichtsprozent (Gew.-%) hinsichtlich Titanoxysulfat zu erreichen. Unter Abkühlen der konzentrierten Lösung bei -25°C in einem Gefrierschrank wurden 137 g einer wässrigen 25%igen Lösung von Ammoniak (spezielle Qualität), hergestellt von Wako Pure Chemical Industries, Ltd., über 5 Sekunden tropfenweise zugefügt, wodurch ein Feststoff ausgefällt wurde. Der erhaltene Feststoff wurde durch Filtration abgetrennt und getrocknet. Das erhaltene getrocknete Produkt wurde 1 Stunde lang bei 400°C in Luft kalziniert, um ein teilchenförmiges Titanoxid zu erhalten. Es wurde festgestellt, dass die Kristallstruktur des erhaltenen Titanoxids ein Anatas-Typ ist. Physikalische Eigenschaften des Titanoxids und das Röntgen-Photoelektronen-Spektralphotometrie-Spektrum davon sind, wie in Tabelle 1 beziehungsweise 4 gezeigt.
  • Nacheinander wurde auf eine Art und Weise, die der von Beispiel 1 ähnlich ist, eine photokatalytische Aktivität des Titanoxids auf Acetaldehyd bewertet. Es wurde festgestellt, dass die Herstellungsrate des Kohlendioxids 43,15 μmol/h·g-Katalysator beträgt.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • β-Titanhydroxid, hergestellt von KISHIDA CHEMICAL Co., Ltd., wurde 1 Stunde lang bei 400°C in Luft kalziniert, um Titanoxid zu erhalten. Es wurde festgestellt, dass die Kristallstruktur des Titanoxids ein Anatas-Typ ist. Physikalische Eigenschaften des Titanoxids und das Röntgen-Photoelektronen-Spektralphotometrie-Spektrum davon sind, wie in Tabelle 1 beziehungsweise 5 gezeigt.
  • Nacheinander wurde auf eine Art und Weise, die der von Beispiel 1 ähnlich ist, eine photokatalytische Aktivität des Titanoxids auf Acetaldehyd bewertet. Es wurde festgestellt, dass die Herstellungsrate des Kohlendioxids 0,93 μmol/h pro g Katalysator beträgt.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Beispiel 1 wurde wiederholt, außer dass ein Photokatalysator verwendet wurde, der nur aus Titanoxid besteht, eine Marke von P-25, hergestellt von DEGUSSA CORPORATION. Es wurde festgestellt, dass die Herstellungsrate des Kohlendioxids 0,0 μmol/h·g-Katalysator beträgt. Physikalische Eigenschaften des Titanoxids und das Röntgen-Photoelektronen-Spektralphotometrie-Spektrum davon sind, wie in Tabelle 1 beziehungsweise 6 gezeigt.
  • Beispiel 3
  • Das in Beispiel 1 erhaltene Teilchentitanoxid wird in Wasser dispergiert, um ein photokatalytisches Beschichtungsmittel herzustellen. Das so erhaltene photokatalytische Beschichtungsmittel wird auf Autoglas aufgebracht und dann getrocknet, und dabei wird beobachtet, dass eine Schicht des Titanoxids einheitlich auf der Oberfläche des Autoglases erzeugt wird.
  • Tabelle 1
    Figure 00160001
  • Tabelle 2
    Figure 00170001

Claims (7)

  1. Titanoxid mit einem Index X1, berechnet nach der folgenden Gleichung (I): X1 = B1/A1 (I)der nicht mehr als 0,90 beträgt, und einem Index Y1, berechnet nach der folgenden Gleichung (II): Y1 = D1/C1 (II)der nicht weniger als 0,075 beträgt, wobei A1 und B1 jeweils Halbwertsbreiten von Peaks darstellen, die durch das Verfahren erhalten werden, welches aus den Schritten besteht: (i) achtmaliges Analysieren von Titanoxid gemäß einer Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie, (ii) Erhalten eines integrierten Spektrums eines Elektronenstatus von Titan in Bezug auf die oben genannte erste und zweite Analyse, (iii) Erhalten einer Halbwertsbreite, A1, eines Peaks innerhalb eines Bindungsenergiebereiches von 458 eV bis 460 eV in Bezug auf das integrierte Spektrum erhalten im vorstehenden Schritt (ii), und (iv) Ausführen der Schritte (ii) und (iii) in Bezug auf die siebte und achte Analyse, um eine Halbwertsbreite, B1, eines Peaks zu erhalten, C1 einen integrierten Absorptionswert innerhalb eines Wellenlängenbereichs von 250 nm bis 550 nm bei der Messung eines UV-sichtbaren diffusen Reflektionsspektrums des Titanoxids darstellt, und D1 einen integrierten Absorptionswert des Titanoxids innerhalb eines Wellenlängenbereichs von 400 nm bis 550 nm darstellt.
  2. Titanoxid nach Anspruch 1 mit einem Index Z1, berechnet nach der folgenden Gleichung (III): Z1 = Y1 × E1 (III)der nicht weniger als 0,75 beträgt, wobei Y1 wie in Anspruch 1 definiert ist und E1 die Kristallitgröße des Titanoxids darstellt.
  3. Titanoxid nach Anspruch 2 mit einem Index W1, berechnet nach der folgenden Gleichung (IV): W1 = Y1 × E1 × F1 (IV)der nicht weniger als 0,40 beträgt, wobei Y1 wie in Anspruch 1 definiert ist, E1 wie in Anspruch 2 definiert ist, und F1 den Grad der Anatas-Kristallinität des Titanoxids darstellt.
  4. Photokatalysator, umfassend das Titanoxid nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als eine Katalysatorkomponente.
  5. Photokatalytisches Beschichtungsmittel, welches umfasst: (i) ein Lösungsmittel; und (ii) einen Photokatalysator, umfassend Titanoxid gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 als Katalysatorkomponente.
  6. Material, welches mit einem Photokatalysator gemäß Anspruch 4 oder einem photokatalytischen Beschichtungsmittel gemäß Anspruch 5 beschichtet ist.
  7. Verwendung des Titanoxids gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 als Photokatalysator.
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