JP2000070727A - Photocatalytic fine titanium particles and their production - Google Patents

Photocatalytic fine titanium particles and their production

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JP2000070727A
JP2000070727A JP10243047A JP24304798A JP2000070727A JP 2000070727 A JP2000070727 A JP 2000070727A JP 10243047 A JP10243047 A JP 10243047A JP 24304798 A JP24304798 A JP 24304798A JP 2000070727 A JP2000070727 A JP 2000070727A
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fine particles
titanium
titanium oxide
alcohol
water
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JP10243047A
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Japanese (ja)
Inventor
Seishiro Ito
征司郎 伊藤
Hiroaki Tada
弘明 多田
Mitsunobu Iwasaki
光伸 岩崎
Takashi Onaka
隆 大中
Seiji Hagino
清二 萩野
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Nippon Aluminium Co Ltd
Original Assignee
Nippon Aluminium Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain fine titanium particles having high photocatalytic activity in the visible light region as well as in the UV region. SOLUTION: The fine titanium particles have titanium dioxide crystal and contain 0.0001-10 wt.% divalent cobalt based on the total amt. of the fine titanium particles. The fine titanium particles contain the divalent cobalt preferably in the crystal structure of the titanium dioxide crystals. It is preferable that the titanium dioxide crystals are predominantly of anatase type.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒活性を有す
るチタン微粒子に関するものである。
The present invention relates to titanium fine particles having photocatalytic activity.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、酸化チタンの光触媒活性を利用し
た研究開発が、盛んに行われている。酸化チタンは、光
触媒反応により強い酸化作用を誘起する。即ち、酸化チ
タンに、そのバンドギャップエネルギーより大きなエネ
ルギーを有する光を照射すると、価電子帯から電子が励
起され、その電子が伝導帯に移動し,価電子帯に正孔が
生成する。そして、その正孔が非常に反応性に富んだ酸
化能を有しているため、半導体表面即ち酸化チタン表面
で酸化作用が誘起される。このような光触媒反応によっ
て誘起された強い酸化作用に基づき、酸化チタンは、大
気中の窒素酸化物等の有害物質の分解除去、悪臭物質、
例えば、メルカプタン、アンモニア、アミン、アルデヒ
ド等の分解除去、エチレン等の植物成長物質の分解除
去、排水中のBODやCODの低減、排水の脱色等に、
利用することができる。
2. Description of the Related Art In recent years, research and development utilizing the photocatalytic activity of titanium oxide have been actively conducted. Titanium oxide induces a strong oxidizing effect by a photocatalytic reaction. That is, when the titanium oxide is irradiated with light having energy larger than its band gap energy, electrons are excited from the valence band, the electrons move to the conduction band, and holes are generated in the valence band. Since the holes have very reactive oxidizing ability, an oxidizing action is induced on the semiconductor surface, that is, the titanium oxide surface. Based on the strong oxidizing action induced by such a photocatalytic reaction, titanium oxide is capable of decomposing and removing harmful substances such as nitrogen oxides in the atmosphere,
For example, decomposition and removal of mercaptan, ammonia, amine, aldehyde, etc., decomposition and removal of plant growth substances such as ethylene, reduction of BOD and COD in wastewater, decolorization of wastewater, etc.
Can be used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】現在、光触媒として利
用されている酸化チタンの多くは、アナタース型酸化チ
タンである。その理由としては、光触媒活性が強いこ
と、化学的に安定であり、安全性が高いこと、白色
であり、薄膜が無色透明であること、等が挙げられる。
しかしながら、アナタース型酸化チタンも、他の多くの
光触媒と同様に、紫外線の照射では強い酸化作用を誘起
するが、可視光線の照射のみでは強い酸化作用を誘起す
ることができない。ちなみに、現在使用されている酸化
チタンでは、太陽光のエネルギーの3〜5%を利用して
いるにすぎない。そこで、紫外線領域では更に高い光触
媒活性を有するとともに可視光線領域においても高い光
触媒活性を有する酸化チタンが、強く要望されている。
Most of titanium oxides currently used as photocatalysts are anatase-type titanium oxides. The reasons include strong photocatalytic activity, chemical stability, high safety, white color, and colorless and transparent thin film.
However, anatase-type titanium oxide, like many other photocatalysts, induces a strong oxidizing effect when irradiated with ultraviolet light, but cannot induce a strong oxidizing effect when irradiated only with visible light. By the way, the titanium oxide currently used only uses 3 to 5% of the energy of sunlight. Therefore, there is a strong demand for titanium oxide having a higher photocatalytic activity in the ultraviolet region and a higher photocatalytic activity in the visible light region.

【0004】ところで、可視光線領域も含めて、酸化チ
タンの光触媒活性を高める方法としては、酸化チタンに
他の金属を含有させる方法が知られている。例えば、ケ
ミカル レビュー,ホフマン他(Chem.Rev.,Hoffmann e
t al.)1995,95,69−96には、Fe3+,M
5+,Ru3+,V4+等を含有させると酸化チタンの光触
媒活性を高くできる、と示されている。一方、Co3+
含有させた場合には酸化チタンの光触媒活性が低下す
る、と示されている。また、特開昭63−225532
号公報には、酸化チタン微粒子にCo,V,Cr,M
n,Cu等の金属原子を含有させると酸化チタンの光触
媒活性を抑えることができる、と示されており、更に、
酸化チタン微粒子を微結晶構造とすることにより光触媒
活性を抑えることが示されている。以上のように、酸化
チタンへのCoの含有は光触媒活性を抑える働きがあ
る、というのが今までの通説であった。
[0004] As a method for enhancing the photocatalytic activity of titanium oxide including the visible light region, a method of adding another metal to titanium oxide is known. For example, Chemical Review, Hoffman et al.
t al.) 1995, 95, 69-96, Fe 3+ , M
It is shown that the photocatalytic activity of titanium oxide can be increased by adding o 5+ , Ru 3+ , V 4+ , and the like. On the other hand, it is indicated that when Co 3+ is contained, the photocatalytic activity of titanium oxide decreases. Also, JP-A-63-225532
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-163550 discloses that titanium oxide fine particles contain Co, V, Cr, M
It is shown that when a metal atom such as n or Cu is contained, the photocatalytic activity of titanium oxide can be suppressed.
It has been shown that the photocatalytic activity is suppressed by making the titanium oxide fine particles have a microcrystalline structure. As described above, it has been generally accepted that the inclusion of Co in titanium oxide has a function of suppressing photocatalytic activity.

【0005】本発明は、紫外線領域だけでなく可視光線
領域においても高い光触媒活性を有するチタン微粒子を
提供すること、及びそのようなチタン微粒子を簡素な設
備で且つ簡単な作業で得ることができる製造方法を提供
すること、を目的とする。
The present invention provides titanium fine particles having high photocatalytic activity not only in the ultraviolet region but also in the visible light region, and manufactures such titanium fine particles with simple equipment and simple operation. To provide a method.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
光触媒活性を有するチタン微粒子であって、酸化チタン
結晶を有してなり、チタン微粒子中に2価のコバルトを
チタン微粒子全量に対して0.0001〜10重量%だ
け含有していることを特徴としている。
According to the first aspect of the present invention,
Titanium fine particles having photocatalytic activity, comprising titanium oxide crystals, wherein the titanium fine particles contain 0.0001 to 10% by weight based on the total amount of the titanium fine particles. I have.

【0007】請求項1記載の発明において、コバルト含
有量が、0.0001重量%より少ないと、可視光線領
域での光触媒活性が弱く、10重量%より多いと、可視
光線領域のみならず紫外線領域での光触媒活性が極端に
低下する。
In the first aspect of the present invention, if the cobalt content is less than 0.0001% by weight, the photocatalytic activity in the visible light region is weak, and if it is more than 10% by weight, not only the visible light region but also the ultraviolet light region. Photocatalytic activity is extremely reduced.

【0008】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、2価のコバルトを酸化チタン結晶の結晶構
造中に含有しているものである。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, divalent cobalt is contained in the crystal structure of the titanium oxide crystal.

【0009】請求項2記載の発明において、コバルト
は、酸化チタン結晶の結晶構造の一部の原子を置換し又
は結晶構造の間に閉じ込められた状態で、存在する。
In the second aspect of the present invention, the cobalt is present in a state where some atoms of the crystal structure of the titanium oxide crystal are substituted or confined between the crystal structures.

【0010】請求項3記載の発明は、請求項1記載の発
明において、2価のコバルトを酸化チタン結晶の結晶構
造中に含有しているとともに、2価のコバルトがチタン
酸コバルト結晶としても存在しているものである。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, divalent cobalt is contained in the crystal structure of the titanium oxide crystal, and the divalent cobalt also exists as a cobalt titanate crystal. Is what you are doing.

【0011】チタン酸コバルトとしては、Co2Ti
4、CoTiO3、CoTi25 等が挙げられる。
As the cobalt titanate, Co 2 Ti
O 4 , CoTiO 3 , CoTi 2 O 5 and the like can be mentioned.

【0012】請求項4記載の発明は、請求項1記載の発
明において、酸化チタン結晶が主としてアナタース型で
あるものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the titanium oxide crystal is mainly of an anatase type.

【0013】酸化チタンの結晶構造には、他にルチル
型、非晶質型がある。ルチル型酸化チタンのバンドギャ
ップは3.0eVであるが、アナタース型酸化チタンの
バンドギャップは3.2eVであり、これらのバンドギ
ャップに相当するエネルギーを光エネルギーに換算する
と、それぞれ413nmと387nmとなる。このこと
は、ルチル型酸化チタンが、アナタース型酸化チタンよ
りも、長波長の光を利用できること、即ち、可視光線領
域における光触媒活性が強いことを示している。しか
し、ルチル型酸化チタンは、アナタース型酸化チタンよ
りも、バンドギャップが低い分だけ光触媒反応により誘
起する酸化作用も低い。それ故、ルチル型酸化チタンの
含有量が多くなりすぎると、全体の光触媒活性が弱くな
る。従って、酸化チタンの主たる結晶構造は、アナター
ス型、特に高結晶性のアナタース型が好ましく、ルチル
型は含まれてもよいが少量であるのが好ましい。また、
非晶質型酸化チタンは光触媒活性が低いので、含まない
のが好ましい。
The crystal structure of titanium oxide includes rutile type and amorphous type. The band gap of rutile-type titanium oxide is 3.0 eV, while the band gap of anatase-type titanium oxide is 3.2 eV. When the energy corresponding to these band gaps is converted into light energy, they are 413 nm and 387 nm, respectively. . This indicates that rutile-type titanium oxide can use light of a longer wavelength than anatase-type titanium oxide, that is, has higher photocatalytic activity in the visible light region. However, the rutile-type titanium oxide has a lower oxidizing effect induced by a photocatalytic reaction due to the lower band gap than the anatase-type titanium oxide. Therefore, if the content of the rutile-type titanium oxide is too large, the overall photocatalytic activity becomes weak. Accordingly, the main crystal structure of titanium oxide is preferably an anatase type, particularly an anatase type having high crystallinity, and a rutile type may be contained but a small amount is preferable. Also,
Since amorphous titanium oxide has low photocatalytic activity, it is preferably not contained.

【0014】請求項5記載の発明は、請求項1記載の発
明において、チタン微粒子の平均粒子径が5〜100n
mであるものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect, the titanium fine particles have an average particle diameter of 5 to 100 n.
m.

【0015】光触媒では、一般に、微粒子の粒径は小さ
い方が良いが、小さくなりすぎると、製造時や使用時に
取り扱い難くなる。そのため、5〜100nmが好まし
い。
In the photocatalyst, it is generally better that the particle size of the fine particles is small, but if the particle size is too small, it becomes difficult to handle the particles during production or use. Therefore, the thickness is preferably 5 to 100 nm.

【0016】請求項6記載の発明は、チタン塩と2価の
コバルト塩を、水、又はアルコール、又は水とアルコー
ルの混合溶液に、溶解する、溶解工程と、その溶液に、
水酸化物イオンを含む、水、又はアルコール、又は水と
アルコールの混合溶液を、攪拌下に滴下する、滴下工程
と、滴下終了後、その溶液を加熱還流する、還流工程
と、還流後、ろ過、洗浄して得た微粒子を、400〜8
00℃で焼成する、焼成工程と、を備えたことを特徴と
する光触媒チタン微粒子の製造方法である。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a dissolving step of dissolving a titanium salt and a divalent cobalt salt in water or an alcohol or a mixed solution of water and an alcohol;
A hydroxide ion-containing, water, or alcohol, or a mixed solution of water and alcohol is dropped under stirring, a dropping step, and after completion of the dropping, the solution is heated to reflux, a reflux step, and filtration after reflux. The fine particles obtained by washing are
Baking at 00 ° C., and a baking step.

【0017】コバルト塩のモル量は、チタン塩とコバル
ト塩の合計モル量に対して、0.0002〜15%に設
定するのが好ましい。
The molar amount of the cobalt salt is preferably set to 0.0002 to 15% based on the total molar amount of the titanium salt and the cobalt salt.

【0018】チタン塩としては、硫酸チタン、硫酸チタ
ニル、塩化チタン等が好ましく用いられる。
As the titanium salt, titanium sulfate, titanyl sulfate, titanium chloride and the like are preferably used.

【0019】2価のコバルト塩としては、硫酸塩、硝酸
塩、塩化物、カルボン酸塩、アルコキシド、錯塩等が好
ましく用いられる。錯塩としては、アセチルアセトン錯
塩、EDTA錯塩、アンミン錯塩等が用いられる。特
に、これらの中でも、2価のコバルト塩が好ましい。こ
れらの塩は、単独で又は混合して用いられる。
As the divalent cobalt salt, a sulfate, a nitrate, a chloride, a carboxylate, an alkoxide, a complex salt and the like are preferably used. As the complex salt, an acetylacetone complex salt, an EDTA complex salt, an ammine complex salt, or the like is used. Particularly, among these, divalent cobalt salts are preferable. These salts are used alone or as a mixture.

【0020】アルコールとしては、メタノール、エタノ
ール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコー
ル等の低級脂肪族アルコールが好ましく用いられる。
As the alcohol, lower aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, n-propyl alcohol and isopropyl alcohol are preferably used.

【0021】溶解工程において、例えば、硫酸チタニル
はアルコールに溶解しないので、硫酸チタニルを水とア
ルコールの混合溶液に溶解するには次のようにするのが
良い。即ち、硫酸チタニルに水を加えて硫酸チタニル
水溶液を生成し、これにアルコールを加える、硫酸チ
タニル水溶液をアルコールに滴下する、先に水とアル
コールの混合溶液を調製し、これに硫酸チタニルを添加
する。コバルト塩についても、アルコールに溶解しない
ものは硫酸チタニルと同様にして溶解する。
In the dissolving step, for example, titanyl sulfate does not dissolve in alcohol, so that titanyl sulfate is preferably dissolved in a mixed solution of water and alcohol as follows. That is, water is added to titanyl sulfate to generate an aqueous solution of titanyl sulfate, an alcohol is added thereto, the aqueous solution of titanyl sulfate is dropped into alcohol, a mixed solution of water and alcohol is prepared first, and titanyl sulfate is added to this. . Regarding the cobalt salt, those that do not dissolve in alcohol dissolve in the same manner as titanyl sulfate.

【0022】コバルト塩のモル量が0.0002%より
少ないと、可視光線領域での光触媒活性が弱く、15%
より多いと、可視光線領域のみならず紫外線領域での光
触媒活性が極端に低下する。
If the molar amount of the cobalt salt is less than 0.0002%, the photocatalytic activity in the visible light region is weak, and
If it is larger, the photocatalytic activity not only in the visible light region but also in the ultraviolet region is extremely reduced.

【0023】水酸化物イオンを生成する水酸化物として
は、NaOH、KOH、NH4OH、H24・H2O等が
好ましく用いられる。
As the hydroxide for generating hydroxide ions, NaOH, KOH, NH 4 OH, H 2 N 4 .H 2 O, etc. are preferably used.

【0024】滴下速度は、10分以上、好ましくは15
〜60分かけて滴下する速度とする。
The dropping speed is 10 minutes or more, preferably 15 minutes.
The dropping speed is set to be within 60 minutes.

【0025】加熱還流は、水及びアルコールの沸点温度
で、10分以上、好ましくは30〜120分行う。還流
時間が10分より短いと、チタン塩及びコバルト塩の加
水分解が完全には進行せず、収率が低下する。
The heating and refluxing are performed at a boiling point of water and alcohol for 10 minutes or more, preferably 30 to 120 minutes. If the reflux time is shorter than 10 minutes, the hydrolysis of the titanium salt and the cobalt salt does not completely proceed, and the yield decreases.

【0026】焼成温度は、400〜800℃とするが、
特に500〜700℃が好ましい。焼成温度が400℃
より低いと、結晶化が不十分となり、光触媒活性が得ら
れず、800℃より高いと、ルチル型酸化チタンが主成
分となり、光触媒活性が低下する。
The firing temperature is 400 to 800 ° C.
Especially 500-700 degreeC is preferable. The firing temperature is 400 ° C
If the temperature is lower, crystallization becomes insufficient and photocatalytic activity cannot be obtained. If the temperature is higher than 800 ° C., rutile-type titanium oxide becomes a main component, and the photocatalytic activity decreases.

【0027】チタン塩及び2価のコバルト塩を、水、又
はアルコール、又は水とアルコールの混合溶液に溶解
し、水酸化物イオンを加えて加熱すれば、酸化チタン結
晶を有してなり且つ2価のコバルトイオンを含有してな
るチタン微粒子が得られる。水に溶解した場合には、急
速に加水分解及び凝集が進行し、結果として得られるチ
タン微粒子は数十nmの粒子径を有する大きなものとな
る。一方、水とアルコールの混合溶液に溶解した場合に
は、溶液中における水の存在が希薄となり、それ故、加
水分解の進行が制御され、凝集も抑制され、従って、得
られるチタン微粒子は、数nmの小さな粒子径を有する
ものとなる。アルコールのみに溶解した場合も同様であ
る。
When a titanium salt and a divalent cobalt salt are dissolved in water or an alcohol or a mixed solution of water and an alcohol, and then added with hydroxide ions and heated, the titanium oxide and the divalent cobalt salt have titanium oxide crystals and are dissolved. Titanium fine particles containing monovalent cobalt ions are obtained. When dissolved in water, hydrolysis and agglomeration proceed rapidly, and the resulting titanium fine particles become large having a particle diameter of several tens of nm. On the other hand, when dissolved in a mixed solution of water and alcohol, the presence of water in the solution is diluted, and therefore, the progress of hydrolysis is controlled and aggregation is suppressed. It has a small particle size of nm. The same applies to the case of dissolving only in alcohol.

【0028】請求項7記載の発明は、請求項6記載の発
明において、溶解工程又は滴下工程にて、水とアルコー
ルの混合溶液における両者の比率を任意に設定するもの
である。
According to a seventh aspect of the present invention, in the invention of the sixth aspect, in the dissolving step or the dropping step, the ratio of water and alcohol in the mixed solution is arbitrarily set.

【0029】アルコールの量に応じて加水分解の進行が
限定制御されるので、得られるチタン微粒子の粒子径が
制御される。
Since the progress of the hydrolysis is limitedly controlled in accordance with the amount of the alcohol, the particle size of the obtained titanium fine particles is controlled.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】(実施形態1〜3)硫酸チタニル
(TiOSO4・5H2O)30mmolと酢酸コバルト
(Co(CH3COO)2・4H2O)0.09mmol
を水50mlに溶解した後、これに、攪拌下、エタノー
ル150mlを加えた(溶解工程)。この際のCo/
(Co+Ti)は0.3%であった。次に、その溶液
に、水酸化ナトリウム60.2mmolを溶解したエタ
ノール溶液を、攪拌下、1時間かけて滴下した(滴下工
程)。滴下終了後、その溶液を沸点温度で1時間加熱還
流した(還流工程)。そして、還流後、ろ過、洗浄して
得た微粒子を、遠心分離し、メタノール洗浄し、乾燥し
て、各種の温度でそれぞれ1時間焼成した(焼成工
程)。各種の温度は、400℃、600℃、800℃と
した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Embodiment 1-3) titanyl sulfate (TiOSO 4 · 5H 2 O) 30mmol cobalt acetate (Co (CH 3 COO) 2 · 4H 2 O) 0.09mmol
Was dissolved in 50 ml of water, and 150 ml of ethanol was added thereto with stirring (dissolution step). In this case, Co /
(Co + Ti) was 0.3%. Next, an ethanol solution in which 60.2 mmol of sodium hydroxide was dissolved was added dropwise to the solution over 1 hour with stirring (dropping step). After completion of the dropwise addition, the solution was heated and refluxed at the boiling point for 1 hour (reflux step). After the reflux, the fine particles obtained by filtration and washing were centrifuged, washed with methanol, dried, and baked at various temperatures for 1 hour (baking step). The various temperatures were 400 ° C., 600 ° C., and 800 ° C.

【0031】(比較形態1)焼成温度を1000℃と
し、その他は実施形態1と同様に処理した。
(Comparative Embodiment 1) The sintering temperature was set to 1000 ° C., and the other conditions were the same as in Embodiment 1.

【0032】(比較形態2)焼成を行わず、その他は実
施形態1と同様に処理した。
(Comparative Embodiment 2) The same treatment as in Embodiment 1 was carried out except that firing was not performed.

【0033】(評価)実施形態1〜3及び比較形態1,
2でそれぞれ得られたチタン微粒子について、光触媒活
性を評価するとともに、平均粒子径を求めた。その結果
を表1に示す。
(Evaluation) Embodiments 1 to 3 and Comparative Embodiment 1
Photocatalytic activity of the titanium fine particles obtained in Step 2 was evaluated, and the average particle diameter was determined. Table 1 shows the results.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】・光触媒活性の評価は、次のように行っ
た。即ち、まず、試料0.2gをサンプルホルダーにセ
ットし、それを反応容器(容量700ml)に入れ、真
空ポンプで約1.1±0.1Torrになるまで真空に
引いた。次に、アセトアルデヒド標準ガス(ネリキガス
製、508ppm)を300Torrになるまで注入し
た後、空気を導入して常圧とした。そして、アセトアル
デヒドの濃度が一定になるまで30分置きに0.5ml
ずつ採取してガスクロマトグラフで分析し、濃度が一定
になったら、キセノンランプを試料に照射しつつ、10
〜30分置きに0.5mlずつ採取してアセトアルデヒ
ド濃度を測定した。得られた結果を次の一次速度式
(1)で解析し、アセトアルデヒド分解速度定数kを光
触媒活性の指標とした。
The photocatalytic activity was evaluated as follows. That is, first, 0.2 g of a sample was set in a sample holder, placed in a reaction vessel (capacity: 700 ml), and evacuated to about 1.1 ± 0.1 Torr by a vacuum pump. Next, an acetaldehyde standard gas (Neriki Gas, 508 ppm) was injected until the pressure reached 300 Torr, and then air was introduced to normal pressure. Then, 0.5 ml every 30 minutes until the concentration of acetaldehyde becomes constant.
Each sample was collected and analyzed by gas chromatograph. When the concentration became constant, the sample was irradiated with a xenon lamp for 10 minutes.
0.5 ml was sampled every 30 minutes, and the acetaldehyde concentration was measured. The obtained result was analyzed by the following first-order rate equation (1), and the acetaldehyde decomposition rate constant k was used as an index of the photocatalytic activity.

【0036】 ln(Cs/Ct)=kt………(1) Cs:アセトアルデヒド初期濃度 Ct:t分後のアセトアルデヒド濃度 k:速度定数 t:キセノンランプ照射時間In (Cs / Ct) = kt (1) Cs: initial concentration of acetaldehyde Ct: acetaldehyde concentration after t minutes k: rate constant t: irradiation time of xenon lamp

【0037】なお、光触媒活性は、紫外線及び可視光線
(即ち、λ>300nm)を照射した場合と、可視光線
のみ(即ち、λ>400nm)を照射した場合につい
て、評価した。光量は、紫外線及び可視光線を照射する
場合、λ>254nmでは3.7mW/cm2、λ>4
50nmでは0.9mW/cm2であり、可視光線のみ
を照射する場合、λ>450nmでは0.7mW/cm
2である。
The photocatalytic activity was evaluated by irradiation with ultraviolet light and visible light (ie, λ> 300 nm) and irradiation with only visible light (ie, λ> 400 nm). When irradiating ultraviolet light and visible light, the light amount is 3.7 mW / cm 2 at λ> 254 nm and λ> 4.
0.9 mW / cm 2 at 50 nm, and 0.7 mW / cm 2 at λ> 450 nm when irradiating only visible light.
2

【0038】また、平均粒子径は、次式(2)から、比
表面積径Dsとして求めた。 Sw=6/(ρp・Ds)………(2) Sw:比表面積 ρp:チタン微粒子の密度 Ds:比表面積径
The average particle diameter was determined as the specific surface area diameter Ds from the following equation (2). Sw = 6 / (ρp · Ds) (2) Sw: specific surface area ρp: density of titanium fine particles Ds: specific surface area diameter

【0039】表1からわかるように、焼成温度が600
℃の場合は、400℃及び800℃の場合に比して、紫
外線及び可視光線を照射した場合、及び可視光線のみを
照射した場合、のいずれにおいても、アセトアルデヒド
分解速度定数kが大きい、即ち、光触媒活性が強い。4
00℃の場合でも、1000℃及び未焼成の場合に比し
て、定数kが大きい。未焼成の場合は、紫外線及び可視
光線を照射した場合において殆ど光触媒活性がなく、可
視光線のみを照射した場合においては全く光触媒活性を
示さなかった。
As can be seen from Table 1, the firing temperature was 600
In the case of ° C., compared with the case of 400 ° C. and 800 ° C., in the case of irradiating ultraviolet light and visible light, and in the case of irradiating only visible light, the acetaldehyde decomposition rate constant k is large, that is, Strong photocatalytic activity. 4
Even at 00 ° C., the constant k is larger than at 1000 ° C. and unfired. In the case of unfired, there was almost no photocatalytic activity when irradiated with ultraviolet light and visible light, and no photocatalytic activity was shown when irradiated only with visible light.

【0040】(X線回折結果)焼成温度1000℃の場
合はルチル型酸化チタンのピークのみが認められ、60
0℃の場合は高結晶性のアナタース型酸化チタンのピー
クが認められた。なお、図1はコバルトに基づくピーク
を顕著に表すために、実施形態2及び比較形態2におい
てコバルト量を過大として得られたチタン微粒子のX線
回折図である。図1からわかるように、未焼成の場合は
非晶質であり、600℃の場合は、高結晶性のアナター
ス型酸化チタンのピーク及びルチル型酸化チタンのピー
クがあり、アナタース型酸化チタンの方がルチル型酸化
チタンよりも多く存在している。また、CoTiO3
存在している。
(Results of X-ray diffraction) When the sintering temperature was 1000 ° C., only the peak of rutile type titanium oxide was observed,
At 0 ° C., a peak of highly crystalline anatase-type titanium oxide was observed. FIG. 1 is an X-ray diffraction diagram of titanium fine particles obtained with an excessively large amount of cobalt in Embodiment 2 and Comparative Embodiment 2 to clearly show a peak based on cobalt. As can be seen from FIG. 1, when unfired, it is amorphous, and at 600 ° C., there are a peak of highly crystalline anatase-type titanium oxide and a peak of rutile-type titanium oxide. Are present more than rutile titanium oxide. CoTiO 3 is also present.

【0041】(実施形態4〜10)硫酸チタニルと硫酸
コバルト(CoSO4・7H2O)の合計モル量に対する
硫酸コバルトのモル比率を、0.0002、0.00
1、0.01、0.1、1、5、15%とし、その他は
実施形態1と同様に処理した。但し、焼成温度は600
℃とした。
[0041] The (Embodiment 4-10) molar ratio of cobalt sulfate to the total molar amount of titanyl sulfate and cobalt sulfate (CoSO 4 · 7H 2 O) , 0.0002,0.00
1, 0.01, 0.1, 1, 5, and 15% were used, and the other processing was the same as in the first embodiment. However, the firing temperature is 600
° C.

【0042】(比較形態3)硫酸チタニルと硫酸コバル
ト(CoSO4・7H2O)の合計モル量に対する硫酸コ
バルトのモル比率を、20%とし、その他は実施形態1
と同様に処理した。
Comparative Example 3 The molar ratio of cobalt sulfate to the total molar amount of titanyl sulfate and cobalt sulfate (CoSO 4 .7H 2 O) was set to 20%.
The same treatment was performed.

【0043】(比較形態4,5)比較形態4として市販
の光触媒酸化チタンである商品名「ST−01」(石原
産業株式会社製)を、また、比較形態5として同じく商
品名「P−25」(日本アエロジル社製)を、用いた。
(Comparative Embodiments 4 and 5) As Comparative Embodiment 4, a commercially available photocatalytic titanium oxide, trade name "ST-01" (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.), and as Comparative Embodiment 5, the trade name "P-25" (Manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.).

【0044】(評価)実施形態4〜10及び比較形態3
〜5について、光触媒活性を同様に評価するとともに、
平均粒子径を求め、更に実施形態4〜10及び比較形態
3についてはコバルト含有量も求めた。その結果を表2
に示す。
(Evaluation) Embodiments 4 to 10 and Comparative Embodiment 3
The photocatalytic activity was similarly evaluated for ~ 5,
The average particle diameter was determined, and the cobalt content of Examples 4 to 10 and Comparative Example 3 was also determined. Table 2 shows the results.
Shown in

【0045】[0045]

【表2】 [Table 2]

【0046】表2からわかるように、実施形態4〜10
で得られたチタン微粒子は、比較形態3〜5に比して、
紫外線及び可視光線を照射した場合、及び可視光線のみ
を照射した場合、のいずれにおいても、優れた光触媒活
性を示した。比較形態3では、紫外線及び可視光線を照
射した場合に僅かに光触媒活性を示しただけで、可視光
線を照射した場合には光触媒活性を示さなかった。
As can be seen from Table 2, Embodiments 4 to 10
The titanium fine particles obtained in Comparative Examples 3 to 5 are:
Excellent photocatalytic activity was exhibited in both cases of irradiation with ultraviolet and visible light and irradiation of only visible light. Comparative Example 3 showed only a slight photocatalytic activity when irradiated with ultraviolet light and visible light, but did not exhibit photocatalytic activity when irradiated with visible light.

【0047】(実施形態11)硫酸チタン(VI)溶液30
mmolとクエン酸コバルト(Co3(C6572
14H2O)0.55mmolを水200mlに溶解し
た(溶解工程)。この際のCo/(Co+Ti)は1.
8%であった。次に、その溶液に、水酸化ナトリウム6
1.1mmolを溶解した水溶液を、攪拌下、1時間か
けて滴下した(滴下工程)。滴下終了後、その溶液を沸
点温度で1.5時間加熱還流した(還流工程)。そし
て、還流後、ろ過、洗浄して得た微粒子を、遠心分離
し、メタノール洗浄し、乾燥して、650℃で2時間焼
成した(焼成工程)。
(Embodiment 11) Titanium (VI) sulfate solution 30
mmol and cobalt citrate (Co 3 (C 6 H 5 O 7 ) 2.
(14H 2 O) 0.55 mmol was dissolved in 200 ml of water (dissolution step). At this time, Co / (Co + Ti) is 1.
8%. Next, sodium hydroxide 6 was added to the solution.
An aqueous solution in which 1.1 mmol was dissolved was added dropwise with stirring over 1 hour (dropping step). After completion of the dropwise addition, the solution was heated and refluxed at the boiling point for 1.5 hours (reflux step). Then, after reflux, the fine particles obtained by filtration and washing were centrifuged, washed with methanol, dried, and fired at 650 ° C. for 2 hours (firing step).

【0048】(実施形態12)四塩化チタン(TiCl
4)30mmolと硝酸コバルト(Co(NO32・6
2O)0.04mmolをメタノール200mlに溶
解した(溶解工程)。この際のCo/(Co+Ti)は
0.14%であった。次に、その溶液に、水酸化カリウ
ム60.1mmolを溶解したメタノール溶液を、攪拌
下、1時間かけて滴下した(滴下工程)。滴下終了後、
その溶液を沸点温度で30分間加熱還流した(還流工
程)。そして、還流後、ろ過、洗浄して得た微粒子を、
遠心分離し、メタノール洗浄し、乾燥して、550℃で
40分間焼成した(焼成工程)。
Embodiment 12 Titanium tetrachloride (TiCl
4) 30 mmol with cobalt nitrate (Co (NO 3) 2 · 6
The H 2 O) 0.04 mmol was dissolved in methanol 200 ml (dissolution step). At this time, Co / (Co + Ti) was 0.14%. Next, a methanol solution in which 60.1 mmol of potassium hydroxide was dissolved was added dropwise to the solution over 1 hour with stirring (dropping step). After dropping,
The solution was heated to reflux at the boiling point for 30 minutes (reflux step). Then, after reflux, the fine particles obtained by filtration and washing,
The mixture was centrifuged, washed with methanol, dried, and baked at 550 ° C. for 40 minutes (baking step).

【0049】実施形態11,12について、光触媒活性
を同様に評価するとともに、平均粒子径を求めた。その
結果を表3に示す。
For Examples 11 and 12, the photocatalytic activity was similarly evaluated, and the average particle size was determined. Table 3 shows the results.

【0050】[0050]

【表3】 [Table 3]

【0051】表3からわかるように、実施形態11,1
2で得られたチタン微粒子は、紫外線及び可視光線を照
射した場合、及び可視光線のみを照射した場合、のいず
れにおいても、優れた光触媒活性を示した。
As can be seen from Table 3, Embodiments 11 and 1
The titanium fine particles obtained in Example 2 exhibited excellent photocatalytic activity both when irradiated with ultraviolet light and visible light and when irradiated only with visible light.

【0052】(実施形態13〜16)水とエタノールと
の比率を、それぞれ10ml:190ml、50ml:
150ml、100ml:100ml、150ml:5
0mlとし、その他は実施形態1と同様に処理した。但
し、焼成温度は600℃とした。その結果を表4に示
す。
(Embodiments 13-16) The ratio of water to ethanol was 10 ml: 190 ml and 50 ml:
150ml, 100ml: 100ml, 150ml: 5
The processing was performed in the same manner as in Embodiment 1 except that the volume was 0 ml. However, the firing temperature was 600 ° C. Table 4 shows the results.

【0053】[0053]

【表4】 [Table 4]

【0054】表4からわかるように、水とアルコールの
比率を制御すれば、チタン微粒子の粒子径が制御され
る。
As can be seen from Table 4, by controlling the ratio of water to alcohol, the particle size of the titanium fine particles is controlled.

【0055】[0055]

【発明の効果】請求項1ないし3に記載の発明によれ
ば、紫外線領域のみならず、可視光線領域においても、
強い光触媒活性を発揮できる。
According to the present invention, not only in the ultraviolet region but also in the visible region,
Can exhibit strong photocatalytic activity.

【0056】請求項4記載の発明によれば、高結晶性の
アナタース型酸化チタンを主成分とし、ルチル型酸化チ
タンの含有量が少ないので、強い光触媒活性を発揮でき
る。
According to the fourth aspect of the present invention, since a high-crystalline anatase-type titanium oxide is a main component and the content of the rutile-type titanium oxide is small, a strong photocatalytic activity can be exhibited.

【0057】請求項5記載の発明によれば、光触媒活性
を良好に発揮できるとともに、製造時や使用時の取り扱
いを容易に行うことができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the photocatalytic activity can be satisfactorily exhibited, and at the time of manufacture and use can be easily performed.

【0058】請求項6記載の発明によれば、紫外線領域
のみならず可視光線領域においても強い光触媒活性を発
揮できるチタン微粒子を、簡素な設備で且つ簡単な作業
で得ることができる。
According to the invention of claim 6, titanium fine particles capable of exhibiting a strong photocatalytic activity not only in the ultraviolet region but also in the visible region can be obtained with simple equipment and simple operation.

【0059】請求項7記載の発明によれば、チタン微粒
子の粒子径を制御できる。
According to the seventh aspect of the invention, the particle size of the titanium fine particles can be controlled.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施形態2及び比較形態2においてコバルト
量を過大として得られたチタン微粒子のX線回折図であ
る。
FIG. 1 is an X-ray diffraction diagram of titanium fine particles obtained in Example 2 and Comparative Example 2 with an excessive amount of cobalt.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大中 隆 大阪府大阪市淀川区三国本町3丁目9番39 号 株式会社日本アルミ内 (72)発明者 萩野 清二 大阪府大阪市淀川区三国本町3丁目9番39 号 株式会社日本アルミ内 Fターム(参考) 4G069 AA02 AA08 BA04A BA36C BA48A BB06A BB06B BC50B BC67A BC67B CA02 CA03 CA05 CA10 CA11 CA13 CA17 EB19 EC22X EC25 FA01 FB09 FB30 FB31 FC03 FC07 FC08 FC10  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takashi Onaka 3-9-39 Mikunihonmachi, Yodogawa-ku, Osaka-shi, Japan Inside Nippon Aluminum Co., Ltd. (72) Inventor Seiji Hagino 3 Mikunihoncho, Yodogawa-ku, Osaka-shi, Osaka No. 9-39 F-term in Nippon Aluminum Co., Ltd. (Reference) 4G069 AA02 AA08 BA04A BA36C BA48A BB06A BB06B BC50B BC67A BC67B CA02 CA03 CA05 CA10 CA11 CA13 CA17 EB19 EC22X EC25 FA01 FB09 FB30 FB31 FC03 FC07 FC08 FC10

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光触媒活性を有するチタン微粒子であっ
て、 酸化チタン結晶を有してなり、チタン微粒子中に2価の
コバルトをチタン微粒子全量に対して0.0001〜1
0重量%だけ含有していることを特徴とする光触媒チタ
ン微粒子。
1. Titanium fine particles having photocatalytic activity, comprising titanium oxide crystals, wherein divalent cobalt is contained in the titanium fine particles in an amount of 0.0001 to 1 with respect to the total amount of the titanium fine particles.
Photocatalyst titanium fine particles containing 0% by weight.
【請求項2】 2価のコバルトを酸化チタン結晶の結晶
構造中に含有している請求項1記載の光触媒チタン微粒
子。
2. Photocatalytic titanium fine particles according to claim 1, wherein divalent cobalt is contained in the crystal structure of the titanium oxide crystal.
【請求項3】 2価のコバルトを酸化チタン結晶の結晶
構造中に含有しているとともに、2価のコバルトがチタ
ン酸コバルト結晶としても存在している請求項1記載の
光触媒チタン微粒子。
3. The photocatalytic titanium fine particles according to claim 1, wherein divalent cobalt is contained in the crystal structure of the titanium oxide crystal and divalent cobalt is also present as a cobalt titanate crystal.
【請求項4】 酸化チタン結晶が主としてアナタース型
である請求項1記載の光触媒チタン微粒子。
4. The photocatalytic titanium fine particles according to claim 1, wherein the titanium oxide crystal is mainly of an anatase type.
【請求項5】 チタン微粒子の平均粒子径が5〜100
nmである請求項1記載の光触媒チタン微粒子。
5. The titanium fine particles having an average particle size of 5 to 100.
The photocatalyst titanium fine particles according to claim 1, wherein the particle diameter is in nm.
【請求項6】 チタン塩と2価のコバルト塩を、水、又
はアルコール、又は水とアルコールの混合溶液に、溶解
する、溶解工程と、 その溶液に、水酸化物イオンを含む、水、又はアルコー
ル、又は水とアルコールの混合溶液を、攪拌下に滴下す
る、滴下工程と、 滴下終了後、その溶液を加熱還流する、還流工程と、 還流後、ろ過、洗浄して得た微粒子を、400〜800
℃で焼成する、焼成工程と、を備えたことを特徴とする
光触媒チタン微粒子の製造方法。
6. A dissolving step of dissolving a titanium salt and a divalent cobalt salt in water or an alcohol or a mixed solution of water and an alcohol, and dissolving the solution containing hydroxide ions in water or Dropping an alcohol or a mixed solution of water and an alcohol under stirring, a dropping step, heating the solution after the completion of the dropping, a reflux step, and, after refluxing, filtering and washing, to obtain fine particles of 400. ~ 800
A method of producing titanium fine particles of a photocatalyst, comprising a step of firing at a temperature of ° C.
【請求項7】 溶解工程又は滴下工程にて、水とアルコ
ールの混合溶液における両者の比率を任意に設定する請
求項6記載の光触媒チタン微粒子の製造方法。
7. The method for producing photocatalyst titanium fine particles according to claim 6, wherein in the dissolving step or the dropping step, the ratio between the water and the alcohol in the mixed solution is arbitrarily set.
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