JP2000334310A - Production of photocatalyst - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化チタンから
なる光触媒の製造方法に関する。より詳しくは、アナタ
ーゼ結晶を多く含み、光触媒能が高い二酸化チタンから
なる光触媒の製造方法に関する。[0001] The present invention relates to a method for producing a photocatalyst comprising titanium dioxide. More specifically, the present invention relates to a method for producing a photocatalyst comprising titanium dioxide which contains a large amount of anatase crystals and has a high photocatalytic ability.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、二酸化チタンの光触媒活性が注目
されており、光触媒能を有効に発するために、二酸化チ
タン中のアナターゼ型結晶構造の含有率を高めることが
望まれている。このため、例えば、イルメナイトを原料
として硫酸法により硫酸化チタンを得て、この硫酸化チ
タンを加熱分解してメタチタン酸(Ti(OH)2また
はTi02・H2O)を作製し、さらにこのメタチタン酸
を硝酸などの一塩基酸で解膠する方法が知られている。2. Description of the Related Art In recent years, attention has been paid to the photocatalytic activity of titanium dioxide, and it is desired to increase the content of anatase-type crystal structure in titanium dioxide in order to effectively generate photocatalytic activity. Thus, for example, ilmenite to obtain sulfated titanium by a sulfuric acid method as a raw material, to produce a metatitanic acid (Ti (OH) 2 or Ti0 2 · H 2 O) the sulfated titanium heat decompose and further the A method of peptizing metatitanic acid with a monobasic acid such as nitric acid is known.
【0003】また、蒸留を繰り返して精製された四塩化
チタン、(NH4)2(TiO(C2O4)2)およびイソ
プロピルチタネート等が二酸化チタン原料として検討さ
れている。例えば、文献1:「ジャーナル ヨーロピア
ン セラミック ソサイアティ(J European Ceramic S
ociety), 1988, 287-297」には、イソプロピルチタネ
ート等と、トリエタノールアミンおよびエチレングリコ
ールとを反応させて得られる前駆体から、二酸化チタン
粉末を製造する方法が記載されている。Further, titanium tetrachloride, (NH 4 ) 2 (TiO (C 2 O 4 ) 2 ), isopropyl titanate, etc., which have been purified by repeating distillation, have been studied as titanium dioxide raw materials. For example, Reference 1: "Journal European Ceramic Society (J European Ceramic S
1988, 287-297 "describes a method for producing titanium dioxide powder from a precursor obtained by reacting isopropyl titanate or the like with triethanolamine and ethylene glycol.
【0004】さらに、最近開発されているゾル−ゲル法
によれば、イソプロピルチタネート等のチタンアルコキ
サイドを出発原料として用い、それにアセチルアセトネ
ート等の調節剤を添加した上で加熱することにより、粉
末状、繊維状、フィルム状などのチタン化合物(チタン
酸化物)が得られるようになっている。Further, according to a recently developed sol-gel method, a titanium alkoxide such as isopropyl titanate is used as a starting material, and a regulator such as acetylacetonate is added thereto, followed by heating. A titanium compound (titanium oxide) such as a powder, a fiber, and a film can be obtained.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、硫酸法
を用いた方法で得られるチタンゾルは、pHが1〜2程
度の強酸であるため取り扱いが困難であり、製造設備が
高価になるなどの問題が見られた。また、得られたチタ
ンゾルをフィルムにした場合、被着体(基材)への接着
力に乏しく、被着体から容易に剥がれてしまうという問
題も見られた。また、文献1に記載された方法で得られ
る二酸化チタン粉末は、ルチル型結晶構造を10〜15
%の範囲内で含んでいる。したがって、二酸化チタン中
のアナターゼ型結晶構造の含有率が未だ不十分であっ
た。また、ゾル−ゲル法において、チタンアルコキサイ
ドからなるチタンゾル(チタンゾル溶液)は、保存安定
性に乏しく、安定して均一な特性を有するチタン化合物
を得ることが困難であった。さらに、ゾル−ゲル法を用
いて得られる二酸化チタンにおいて、調節剤を添加した
場合であってもアナターゼ型結晶構造の含有率が充分高
いとは言えなかった。However, the titanium sol obtained by the method using the sulfuric acid method is difficult to handle because it is a strong acid having a pH of about 1 to 2, and the production equipment becomes expensive. Was seen. Further, when the obtained titanium sol was formed into a film, there was also a problem that the adhesive strength to an adherend (substrate) was poor and the titanium sol was easily peeled off from the adherend. The titanium dioxide powder obtained by the method described in Document 1 has a rutile crystal structure of 10 to 15%.
% Is included in the range. Therefore, the content of the anatase crystal structure in titanium dioxide was still insufficient. Further, in the sol-gel method, a titanium sol (titanium sol solution) composed of titanium alkoxide has poor storage stability, and it has been difficult to obtain a titanium compound having stable and uniform properties. Furthermore, in the titanium dioxide obtained using the sol-gel method, the content of the anatase crystal structure was not sufficiently high even when a regulator was added.
【0006】このような状況下、発明者らは、上述した
問題を鋭意検討し、ゾルーゲル法において、チタンアル
コキシドおよびポリカルボン酸とを予め反応させて前駆
体を作成し、それを焼成することによりアナターゼ型結
晶構造が高い含有率で得られることを見出し、本発明を
完成させたものである。すなわち、本発明の目的は、ア
ナターゼ型結晶構造を高い含有率で含み、高い光触媒能
を有する二酸化チタンからなる光触媒の製造方法を提供
することである。Under such circumstances, the inventors have diligently studied the above-mentioned problem, and in a sol-gel method, a precursor is prepared by previously reacting a titanium alkoxide and a polycarboxylic acid, and the precursor is fired. The present inventors have found that an anatase crystal structure can be obtained at a high content, and have completed the present invention. That is, an object of the present invention is to provide a method for producing a photocatalyst comprising titanium dioxide having a high content of an anatase crystal structure and having high photocatalytic activity.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手投】本発明は、第1の工程と
して、チタンアルコキシドとポリカルボン酸との反応工
程を含むことを特徴とする光触媒の製造方法である。こ
のようにチタンアルコキシドとポリカルボン酸とを反応
させて、エステル結合を含む反応物(前駆体と称する場
合がある。)を得た後、この前駆体を加熱、焼成するこ
とにより、光触媒として好適なアナターゼ型結晶構造を
多く含む二酸化チタンを効率的に得ることができる。The present invention is a method for producing a photocatalyst, which comprises, as a first step, a step of reacting a titanium alkoxide with a polycarboxylic acid. After reacting the titanium alkoxide with the polycarboxylic acid to obtain a reactant containing an ester bond (sometimes referred to as a precursor), the precursor is heated and calcined to be suitable as a photocatalyst. Titanium dioxide containing a large amount of an anatase-type crystal structure can be efficiently obtained.
【0008】また、本発明を実施するにあたり、第1の
工程後に、第2の工程としてポリオールおよびポリアミ
ンあるいはいずれか一方の化合物の添加工程を含むこと
が好ましい。このように実施することにより、得られる
二酸化チタンの透明度を向上させることができ、しかも
光触媒としての触媒活性をより向上させることができ
る。In practicing the present invention, it is preferable to include a step of adding a polyol and / or a polyamine as a second step after the first step. By carrying out in this manner, the transparency of the obtained titanium dioxide can be improved, and the catalytic activity as a photocatalyst can be further improved.
【0009】また、本発明を実施するにあたり、第2の
工程後に、第3の工程として焼成工程を含むことが好ま
しい。チタンアルコキシドとポリカルボン酸とを反応さ
せて得られる前駆体は、140〜200℃の温度範囲で
加熱すれば焼成することなく所定の光触媒効果が得られ
ことが判明している。しかしながら、このように焼成す
ることにより、チタンアルコキシドとポリカルボン酸と
の反応物である前駆体から、光触媒としてさらに好適な
アナターゼ型結晶構造を多く含む二酸化チタンを得るこ
とができる。In practicing the present invention, it is preferable to include a firing step as a third step after the second step. It has been found that a precursor obtained by reacting a titanium alkoxide and a polycarboxylic acid can obtain a predetermined photocatalytic effect without firing if heated in a temperature range of 140 to 200 ° C. However, by calcining in this way, it is possible to obtain titanium dioxide containing a large amount of an anatase crystal structure more suitable as a photocatalyst from a precursor which is a reaction product of titanium alkoxide and polycarboxylic acid.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】本発明における光触媒の製造方法
に関する実施形態を具体的に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment relating to a method for producing a photocatalyst according to the present invention will be specifically described.
【0011】[第1の実施形態]第1の実施形態は、第
1の工程として、チタンアルコキシドとポリカルボン酸
との反応工程と、第3の工程として、チタンアルコキシ
ドとポリカルボン酸との反応物を焼成する工程と、を含
む光触媒の製造方法である。以下、第1の実施形態を実
施するための反応原料や反応条件等について具体的に説
明する。[First Embodiment] In a first embodiment, a first step is a reaction step between a titanium alkoxide and a polycarboxylic acid, and a third step is a reaction step between a titanium alkoxide and a polycarboxylic acid. And baking the product. Hereinafter, reaction raw materials, reaction conditions, and the like for carrying out the first embodiment will be specifically described.
【0012】(1)チタンアルコキシド 第1の実施形態において使用されるチタンアルコキシド
は、チタン原子に少なくとも一つのアルコキシ基が結合
した化合物と定義されるが、一般式(1)で表される化
合物が好ましい。なお、一般式(1)で表される化合物
には、アルコキシ基以外の加水分解性基や、非加水分解
性基を含む場合があるが、本発明においては、このよう
な場合であっても、チタンアルコキシドに含めるものと
する。さらに、一般式(1)で表されるアルコキシ基の
一部が既に加水分解した化合物についても、チタンアル
コキシドに含めるものとする。(1) Titanium alkoxide The titanium alkoxide used in the first embodiment is defined as a compound in which at least one alkoxy group is bonded to a titanium atom. preferable. The compound represented by the general formula (1) may contain a hydrolyzable group other than an alkoxy group or a non-hydrolyzable group. In the present invention, such a case may be used. , Titanium alkoxide. Further, a compound in which a part of the alkoxy group represented by the general formula (1) has already been hydrolyzed is also included in the titanium alkoxide.
【0013】Ti(OR1)4 (1) [一般式(1)中、R1はアルキル基、アリール基また
はアシル基を示す。]Ti (OR 1 ) 4 (1) [In the general formula (1), R 1 represents an alkyl group, an aryl group or an acyl group. ]
【0014】ここで、一般式(1)中におけるR1はア
ルキル基、アリール基またはアシル基からなる群から選
択される少なくとも1つであることが好ましい。このよ
うな官能基であれば容易に加水分解し、効率的に二酸化
チタン結晶を得ることが出来るためである。Here, R 1 in the general formula (1) is preferably at least one selected from the group consisting of an alkyl group, an aryl group and an acyl group. This is because such a functional group can be easily hydrolyzed to efficiently obtain a titanium dioxide crystal.
【0015】一般式(1)中におけるR1の具体例とし
ては、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル
基、n−ブチル基、i−ブチル基等のアルキル基が好適
に挙げられる。また同様に好ましいアリール基として、
フェニル基、ベンジル基、ナフチル基等が挙げられる。
さらに好ましいアシル基として、ホルミル基、アセチル
基、プロピオニル基等が挙げられる。また、より保存安
定性に優れた前駆体が得られることから、一般式(1)
中におけるR1は直鎖または分岐を有するアルキル基で
あることがより好ましく、特に、分岐を有するアルキル
基、例えば、i−プロピル基であることがさらに好まし
い。Preferred examples of R 1 in the general formula (1) include alkyl groups such as methyl group, ethyl group, propyl group, i-propyl group, n-butyl group and i-butyl group. . Similarly, as a preferred aryl group,
Examples include a phenyl group, a benzyl group and a naphthyl group.
More preferred acyl groups include formyl, acetyl, propionyl and the like. In addition, since a precursor having more excellent storage stability can be obtained, the general formula (1)
R 1 in the formula is more preferably a linear or branched alkyl group, and particularly preferably a branched alkyl group, for example, an i-propyl group.
【0016】また、具体的に一般式(1)で表されるチ
タンアルコキシドとしては、テトラメトキシチタン、テ
トラエトキシチタン、テトラプロポキシチタン、テトラ
イソプロポキシチタン、テトラブトキシチタン等の一種
単独あるいは二種以上の組み合わせが挙げられる。特
に、保存安定性に優れた前駆体が得られることからテト
ライソプロポキシチタンがより好ましい。Specific examples of the titanium alkoxide represented by the general formula (1) include tetramethoxytitanium, tetraethoxytitanium, tetrapropoxytitanium, tetraisopropoxytitanium, tetrabutoxytitanium, and the like. Combinations. Particularly, tetraisopropoxytitanium is more preferable because a precursor having excellent storage stability can be obtained.
【0017】(2)ポリカルボン酸 第1の実施形態において使用されるポリカルボン酸は、
一分子中に、カルボキシル基を有する化合物と定義され
るが、例えば、一般式(2)で表される化合物が好まし
い。(2) Polycarboxylic acid The polycarboxylic acid used in the first embodiment is:
Although defined as a compound having a carboxyl group in one molecule, for example, a compound represented by the general formula (2) is preferable.
【0018】X−(COOH)n (2) [一般式(2)中、Xは置換可能なn価の炭化水素基で
あり、nは1〜10の整数である。]X- (COOH) n (2) [In the general formula (2), X is a substitutable n-valent hydrocarbon group, and n is an integer of 1-10. ]
【0019】このようなポリカルボン酸の具体例として
は、乳酸等のモノカルボン酸、クエン酸、酒石酸、シュ
ウ酸、オキシ二酢酸、フタル酸、マレイン酸等のジカル
ボン酸、またはピロリット酸などのテトラカルボン酸等
の一種単独あるいは二種以上の組み合わせが挙げられ
る。特に、アナターゼ型結晶構造を多く含む二酸化チタ
ンを得ることができることからクエン酸を使用すること
が好ましい。また、これらポリカルボン酸の水和物を使
用することも好ましい。このようなポリカルボン酸の水
和物を用いることにより、チタンアルコキシドとの相溶
性や反応性がよリ良好となる。Specific examples of such polycarboxylic acids include monocarboxylic acids such as lactic acid, dicarboxylic acids such as citric acid, tartaric acid, oxalic acid, oxydiacetic acid, phthalic acid and maleic acid, and tetracarboxylic acids such as pyrrolitic acid. One type of carboxylic acid and the like or a combination of two or more types may be mentioned. In particular, it is preferable to use citric acid since titanium dioxide containing a large amount of anatase crystal structure can be obtained. It is also preferable to use hydrates of these polycarboxylic acids. By using such a hydrate of a polycarboxylic acid, compatibility and reactivity with a titanium alkoxide are further improved.
【0020】(3)チタンアルコキシドとポリカルボン
酸との反応条件 チタンアルコキシドとポリカルボン酸との反応は、水ま
たは有機溶媒の存在下に行うのが好ましい。これら溶媒
の存在下に反応させることにより、チタンアルコキシド
とポリカルボン酸との反応をより均一に生じさせること
ができる。また、チタンアルコキシドは加水分解性を有
するため、反応を向上させる目的で、有機溶媒の一部を
無水有機溶媒として、これにチタンアルコキシドを溶解
させた後、ポリカルボン酸と反応させることが好まし
い。なお、溶媒として水を使用する場合には、チタンア
ルコキシドとポリカルボン酸とを混合する際にすばやく
撹拌することが望ましい。また、好ましい有機溶媒とし
ては、例えばモノアルコール、ジオールまたはトリオー
ルのアルコール化合物が挙げられる。あるいは、有機溶
媒として、過剰のアミノアルコールを使用することもゲ
ル化防止の観点から好ましい。(3) Reaction conditions between titanium alkoxide and polycarboxylic acid The reaction between titanium alkoxide and polycarboxylic acid is preferably carried out in the presence of water or an organic solvent. By reacting in the presence of these solvents, the reaction between the titanium alkoxide and the polycarboxylic acid can be more uniformly caused. In addition, since titanium alkoxide has hydrolyzability, it is preferable to use a part of the organic solvent as an anhydrous organic solvent, dissolve the titanium alkoxide in this, and then react with the polycarboxylic acid for the purpose of improving the reaction. When water is used as the solvent, it is desirable to stir quickly when mixing the titanium alkoxide and the polycarboxylic acid. Preferred organic solvents include, for example, alcohol compounds of monoalcohol, diol and triol. Alternatively, it is also preferable to use an excess amino alcohol as the organic solvent from the viewpoint of preventing gelation.
【0021】具体的に、好ましいモノアルコールとして
は、式R2OHで示されるアルコール化合物が挙げられ
る。この式中のR2は、炭素数1〜10の直鎖状または
分岐状のアルキル基、もしくは炭素数1〜10の直鎖状
または分岐状の酸素結合を有するアルキル基である。し
たがって、好ましいモノアルコールの具体例として、メ
タノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール
等が挙げられる。また、ジオールとして式HO(R3)
OHで示されるアルコール化合物が挙げられる。この式
中のR3は、炭素数1〜10の、直鎖状または分岐状の
アルキレン基である。したがって、好ましいジオールの
具体例として、エチレングリコール、プロピレングリコ
ール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオー
ル、ヘキサメチレンジオール等を挙げることができる。
さらに、好ましいトリオールの具体例としては、グリセ
リン、1,2,6−ヘキサントリオールなどを挙げるこ
とができる。Specifically, preferred monoalcohols include alcohol compounds represented by the formula R 2 OH. R 2 in this formula is a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms having an oxygen bond. Therefore, specific examples of preferred monoalcohols include methanol, ethanol, isopropanol, butanol and the like. Also, as a diol, the compound of the formula HO (R 3 )
And an alcohol compound represented by OH. R 3 in this formula is a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. Therefore, specific examples of preferred diols include ethylene glycol, propylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, hexamethylenediol and the like.
Further, specific examples of preferred triols include glycerin, 1,2,6-hexanetriol, and the like.
【0022】また、チタンアルコキシドとポリカルボン
酸との反応比率は、特に制限されるものではないが、例
えば、チタンアルコキシドのチタン元素(Ti)とカル
ボキシル基(C)とのモル比(Ti:C)において、
1:10〜10:1の範囲内の値とすることが好まし
く、1:5〜5:1の範囲内の値とすることがより好ま
しく、1:2〜2:1の範囲内の値とすることがさらに
好ましい。The reaction ratio between the titanium alkoxide and the polycarboxylic acid is not particularly limited. For example, the molar ratio of the titanium element (Ti) to the carboxyl group (C) (Ti: C )
The value is preferably in the range of 1:10 to 10: 1, more preferably in the range of 1: 5 to 5: 1, and in the range of 1: 2 to 2: 1. More preferably,
【0023】また、チタンアルコキシドとポリカルボン
酸との反応温度についても、特に制限されるものではな
いが、具体的に、当該反応温度を−20〜100℃の範
囲内の値とするのが好ましい。この理由は、反応温度が
−20℃未満となると、チタンアルコキシドとポリカル
ボン酸との反応性が著しく低下する場合があるためであ
り、一方、反応温度が100℃を超えると、これらの反
応を制御することが困難となる場合があるためである。
したがって、チタンアルコキシドとポリカルボン酸との
反応温度を、0〜90℃の範囲内の値とすることがより
好ましく、20〜80℃の範囲内の値とすることがさら
に好ましい。また、反応時間は反応温度との関係がある
が、好ましくは5分〜40時間の範囲内、より好ましく
は10分〜10時間の範囲内の値である。さらに、反応
圧力についても、特に制限されるものではないが、好ま
しくは0.01〜1.0気圧の範囲内の値、より好まし
くは0.01〜0.2気圧の範囲内の値とすることであ
る。The reaction temperature between the titanium alkoxide and the polycarboxylic acid is not particularly limited, but specifically, the reaction temperature is preferably in the range of -20 to 100 ° C. . The reason for this is that if the reaction temperature is lower than −20 ° C., the reactivity between the titanium alkoxide and the polycarboxylic acid may be significantly reduced. On the other hand, if the reaction temperature exceeds 100 ° C., these reactions may occur. This is because it may be difficult to control.
Therefore, the reaction temperature between the titanium alkoxide and the polycarboxylic acid is more preferably set to a value in the range of 0 to 90 ° C, and even more preferably to a value in the range of 20 to 80 ° C. The reaction time has a relationship with the reaction temperature, but is preferably in the range of 5 minutes to 40 hours, more preferably in the range of 10 minutes to 10 hours. Further, the reaction pressure is not particularly limited, but is preferably a value within a range of 0.01 to 1.0 atm, more preferably a value within a range of 0.01 to 0.2 atm. That is.
【0024】(4)チタンアルコキシドとポリカルボン
酸との反応物の焼成条件 チタンアルコキシドとポリカルボン酸との反応物(前駆
体)は、一部上述したように、焼成する前であっても、
140〜200℃の温度範囲で加熱すれば所定の光触媒
効果を発揮することができるものの、チタンアルコキシ
ドとポリカルボン酸との反応物を200〜1000℃の
範囲内で焼成するのが好ましい。この理由は、前駆体の
焼成温度が200℃未満となると、アナターゼ結晶構造
を有する二酸化チタンを得ることが困難となる場合があ
り、一方、二酸化チタンの焼成温度が1000℃を超え
ると、過度に酸化して、逆にアナターゼ結晶構造を有す
る二酸化チタンを得ることが困難となる場合があるため
である。したがって、前駆体の焼成温度を300〜80
0℃の範囲内の値とすることがより好ましく、最も好ま
しくは400〜700℃の範囲内の温度とすることであ
る。(4) Conditions for calcining the reaction product of titanium alkoxide and polycarboxylic acid As described above, the reaction product (precursor) of titanium alkoxide and polycarboxylic acid partially
Although a predetermined photocatalytic effect can be exerted by heating in a temperature range of 140 to 200 ° C., it is preferable to calcine a reaction product of a titanium alkoxide and a polycarboxylic acid in a range of 200 to 1000 ° C. The reason for this is that if the firing temperature of the precursor is lower than 200 ° C., it may be difficult to obtain titanium dioxide having an anatase crystal structure, while if the firing temperature of titanium dioxide exceeds 1000 ° C., it may be excessively high. This is because it may be difficult to obtain titanium dioxide having an anatase crystal structure by oxidation. Therefore, the firing temperature of the precursor is set to 300 to 80.
The temperature is more preferably set to a value in the range of 0 ° C, most preferably to a temperature in the range of 400 to 700 ° C.
【0025】また、二酸化チタンの焼成方法についても
特に制限されるものではないが、より具体的には、前駆
体(前駆体溶液、あるいはこれから得られるゾルを含
む。)を基材上に塗布して塗膜を形成した後、加熱する
ことが好ましい。この方法を採用することにより、アナ
ターゼ結晶構造の含有率が多い二酸化チタンを基材上に
容易に形成することが可能である。より具体的には、ア
ナターゼ型結晶構造の含有率を80重量%以上とするこ
とができ、さらに加熱条件等を調節することにより、ア
ナターゼ型結晶構造の含有率を90重量%以上の値とす
ることができる。また、このようにして得られた二酸化
チタンは、650℃以上に長期間加熱してもアナターゼ
型結晶構造を維持し、ルチル型結晶構造に変換しないと
いう特徴がある。The method for calcining titanium dioxide is not particularly limited, but more specifically, a precursor (including a precursor solution or a sol obtained therefrom) is applied on a substrate. After forming the coating film by heating, it is preferable to heat. By employing this method, titanium dioxide having a high content of the anatase crystal structure can be easily formed on the substrate. More specifically, the content of the anatase crystal structure can be 80% by weight or more, and the content of the anatase crystal structure can be adjusted to 90% by weight or more by adjusting the heating conditions and the like. be able to. Further, the titanium dioxide thus obtained has a feature that, even when it is heated to 650 ° C. or more for a long time, the anatase type crystal structure is maintained and the titanium dioxide is not converted to the rutile type crystal structure.
【0026】さらに、二酸化チタン(薄膜)を形成する
基材についても特に制限されるものでなく、例えば、ソ
ーダガラスおよび石英ガラスなどのガラス、ジルコニア
およびチタニアなどのセラミックス、鉄およびステンレ
ススチールなどの金属等を挙げることができる。したが
って、例えばガラス上に形成した場合、自動車などの車
両用ガラス、住宅用ガラス、ビル用ガラスなどの建築物
用ガラスとして広く使用することができる。なお、前駆
体の基材上への形成方法についても特に制限されるもの
でなく、例えば、ディップ法、キャスト法、ロールコー
ト法、スピンコート法等を採ることができる。The substrate on which titanium dioxide (thin film) is formed is not particularly limited. For example, glass such as soda glass and quartz glass, ceramics such as zirconia and titania, and metals such as iron and stainless steel And the like. Therefore, when formed on glass, for example, it can be widely used as glass for vehicles such as automobiles, glass for houses, and glass for buildings such as glass for buildings. The method for forming the precursor on the substrate is not particularly limited, and for example, a dipping method, a casting method, a roll coating method, a spin coating method, or the like can be used.
【0027】[第2の実施形態]第2の実施形態は、第
1の工程として、チタンアルコキシドとポリカルボン酸
との反応工程と、第2の工程として、チタンアルコキシ
ドとポリカルボン酸との反応物にポリオールおよびポリ
アミンあるいはずれか一方の化合物を添加する工程と、
第3の工程として、チタンアルコキシドとポリカルボン
酸との反応物を焼成する工程と、を含む光触媒の製造方
法である。以下、第2の工程を実施するために使用する
ポリオールやポリアミン、あるいは反応条件等について
具体的に説明するものとし、第1工程や第3工程につい
ては、第1の実施形態と同様の内容とすることができる
ため、ここでの詳細な説明は省略する。[Second Embodiment] In a second embodiment, a reaction between a titanium alkoxide and a polycarboxylic acid is performed as a first step, and a reaction between a titanium alkoxide and a polycarboxylic acid is performed as a second step. Adding a polyol and a polyamine or either compound to the product,
A third step of calcining a reaction product of the titanium alkoxide and the polycarboxylic acid. Hereinafter, the polyol and polyamine used for carrying out the second step, the reaction conditions, and the like will be specifically described. The first step and the third step are the same as those in the first embodiment. The detailed description here is omitted.
【0028】(1)ポリオールおよびポリアミン ポリオールおよびポリアミンあるいはいずれか一方の化
合物を添加することにより、得られる二酸化チタンの透
明性を向上させることができるとともに、光触媒として
の触媒活性を併せて向上させることができる。(1) Polyol and Polyamine By adding a polyol and / or a polyamine, it is possible to improve the transparency of the obtained titanium dioxide and also to improve the catalytic activity as a photocatalyst. Can be.
【0029】ここで、好ましいポリオールとしては、エ
チレングリコール、プロピレングリコール、1,2−ブ
タンジオール、ヘキサチレンジオール、グリセリン、
1,2,6−ヘキサントリオール、トリエタノールアミ
ン等の一種単独または二種以上の組み合わせが挙げられ
る。また、ポリアミンとしては、エチレンジアミン、ヘ
キサメチレンジアミン、p−フェニレンジアミン、アミ
ノジフェニルプロパン等の一種単独または二種以上の組
み合わせが挙げられる。Here, preferred polyols include ethylene glycol, propylene glycol, 1,2-butanediol, hexatylenediol, glycerin,
One kind of 1,2,6-hexanetriol, triethanolamine and the like may be used alone or in combination of two or more kinds. In addition, examples of the polyamine include ethylenediamine, hexamethylenediamine, p-phenylenediamine, aminodiphenylpropane, and the like, alone or in combination of two or more.
【0030】また、ポリオールおよびポリアミンの添加
量についても特に制限されるものではないが、チタンア
ルコキシドとポリカルボン酸との反応物(前駆体)10
0重量部あたり、ポリオールおよびポリアミンの添加量
を10〜500重量部の範囲内の値とするのが好まし
い。この理由は、ポリオールおよびポリアミンの添加量
が10重量部未満となると、添加効果が発揮されない場
合があるためであり、一方、かかる添加量が500重量
部を超えると、アナターゼ結晶構造を有する二酸化チタ
ンを得ることが困難となる場合があるためである。した
がって、ポリオールおよびポリアミンの添加量を、チタ
ンアルコキシドとポリカルボン酸との反応物100重量
部あたり、50〜300重量部の範囲内の値とするのが
より好ましく、80〜200重量部の範囲内の値とする
のがさらに好ましい。The amount of the polyol and the polyamine to be added is not particularly limited, but the reaction product (precursor) of the titanium alkoxide and the polycarboxylic acid (precursor) 10
It is preferable that the addition amount of the polyol and the polyamine be a value within the range of 10 to 500 parts by weight per 0 parts by weight. The reason for this is that if the added amount of the polyol and polyamine is less than 10 parts by weight, the effect of addition may not be exhibited. On the other hand, if the added amount exceeds 500 parts by weight, titanium dioxide having an anatase crystal structure may be used. This is because it may be difficult to obtain Therefore, the addition amount of the polyol and the polyamine is more preferably set to a value within the range of 50 to 300 parts by weight, and more preferably within a range of 80 to 200 parts by weight, per 100 parts by weight of the reaction product of the titanium alkoxide and the polycarboxylic acid. Is more preferable.
【0031】(3)添加剤 第2の工程において、PVA(ポリビニルアルコー
ル)、シリカ粒子、カルシウム等の添加剤を添加するの
が好ましい。例えば、全体量に対して、PVAを10〜
15重量%の範囲内で添加することにより、得られる二
酸化チタンの透明性を著しく向上させることができると
ともに、触媒活性を併せて向上させることができる。ま
た、PVAは、特に1〜10重量%のポリエチレングリ
コールと併用することにより、特異的に触媒活性を向上
させることもできる。また、全体量に対して、シリカ粒
子(SiO2)を0.1〜10重量%の範囲内で添加す
ることにより、得られる二酸化チタンの触媒活性を向上
させることができる。さらに、全体量に対して、カルシ
ウムを0.1〜10重量%の範囲内で添加することが好
ましい。このようにカルシウムを添加することにより、
得られる二酸化チタンの触媒活性をより向上させること
ができる。(3) Additives In the second step, it is preferable to add additives such as PVA (polyvinyl alcohol), silica particles, and calcium. For example, PVA is 10 to 10
By adding it in the range of 15% by weight, the transparency of the obtained titanium dioxide can be remarkably improved, and the catalytic activity can be also improved. In addition, PVA can also specifically improve the catalytic activity when used in combination with 1 to 10% by weight of polyethylene glycol. Further, by adding silica particles (SiO 2 ) within the range of 0.1 to 10% by weight based on the total amount, the catalytic activity of the obtained titanium dioxide can be improved. Further, it is preferable to add calcium in the range of 0.1 to 10% by weight based on the total amount. By adding calcium in this way,
The catalytic activity of the obtained titanium dioxide can be further improved.
【0032】[0032]
【実施例】以下実施例をもとに、さらに本発明を説明す
る。ただし、言うまでもなく、本発明の範囲は実施例の
記載に制限されるものではない。The present invention will be further described below with reference to examples. However, needless to say, the scope of the present invention is not limited to the description of the examples.
【0033】[実施例1] (1)前駆体ゾルの調製 容量500mlの丸底フラスコ内に、チタンアルコキシ
ドとして、無水イソプロパノール20mlに溶解させた
チタニウムテトライソプロポキシド56.8gと、ポリカ
ルボン酸として、加熱したイソプロパノール100ml
に溶解させたクエン酸一水和物42gとを、それぞれ収
容した。その後、撹拌機を用いて30分間撹拌し、チタ
ンアルコキシドとポリカルボン酸とをエステル反応させ
て、反応物を含む前駆体溶液を得た。この前駆体溶液を
ロータリーエバポレーターにより、室温条件で、80T
orrになるまで徐々に減圧し、さらにヒーターを用い
て、丸底フラスコ内の温度を80℃まで昇温させること
により、溶媒であるイソプロパノールを揮発させて、二
酸化チタンの白色固形物を得た。ただし、収率を下げな
いで乾燥させるために、ロータリーエバポレーターの回
転を停止し、20Torrにまで内圧を低下させた。そ
して、得られた白色固形物(約63g)を50℃、50
mlの水に溶かし、最終的に容量が100mlとなるま
で水を添加して、濃度2Mのチタンゾルとした。Example 1 (1) Preparation of precursor sol In a round bottom flask having a capacity of 500 ml, 56.8 g of titanium tetraisopropoxide dissolved in 20 ml of anhydrous isopropanol as titanium alkoxide and polycarboxylic acid were used. 100 ml of heated isopropanol
And 42 g of citric acid monohydrate dissolved therein. Thereafter, the mixture was stirred for 30 minutes using a stirrer to cause an ester reaction between the titanium alkoxide and the polycarboxylic acid to obtain a precursor solution containing a reactant. This precursor solution was 80 T at room temperature using a rotary evaporator.
The pressure was gradually reduced to orr, and the temperature in the round-bottom flask was increased to 80 ° C. using a heater to volatilize isopropanol as a solvent to obtain a white solid of titanium dioxide. However, in order to dry without lowering the yield, the rotation of the rotary evaporator was stopped, and the internal pressure was reduced to 20 Torr. Then, the obtained white solid (about 63 g) was heated at 50 ° C. and 50 ° C.
It was dissolved in water of ml, and water was added until the volume finally reached 100 ml to obtain a titanium sol having a concentration of 2M.
【0034】(2)塗布液の調製 次いで、得られた2Mのチタンゾル10gに対して、濃
度2重量%の水性界面活性剤Briji98(商品名)
1gを添加して均一に撹拌した。さらに、10gのグリ
セロールを添加して溶液が均一になるまで撹拌し、必要
に応じて溶液を濾過して、塗布液を調製した。(2) Preparation of Coating Solution Next, an aqueous surfactant Briji 98 (trade name) having a concentration of 2% by weight was added to 10 g of the obtained 2M titanium sol.
1 g was added and stirred uniformly. Further, 10 g of glycerol was added thereto, and the mixture was stirred until the solution became uniform. If necessary, the solution was filtered to prepare a coating solution.
【0035】(3)二酸化チタン薄膜の作製 ガラス基材の表面に、塗布液をスピンコート(回転数4
00rpm)した後、140℃のオーブンを用いて30
分間加熱乾燥して、エステル結合を含む塗膜を得た。次
いで、温度600℃、時間6分の条件で焼成し、厚さ
0.61μmの透明な二酸化チタン薄膜を得た。(3) Preparation of Titanium Dioxide Thin Film A coating solution is spin-coated on the surface of a glass substrate (rotational speed: 4
00 rpm) and 30 ° C. in an oven at 140 ° C.
After heating and drying for a minute, a coating film containing an ester bond was obtained. Next, the resultant was baked at a temperature of 600 ° C. for a time of 6 minutes to obtain a transparent titanium dioxide thin film having a thickness of 0.61 μm.
【0036】(4)二酸化チタン薄膜の評価 得られた二酸化チタン薄膜に回折角度2θのX線(出力
条件:400kv×100mA・CuK波長)を照射し
たところ、図1に示す回折ピークが得られた。なお、図
1中の記号Aは、アナターゼ型結晶構造のピーク強度、
記号Rは、ルチル型結晶構造のピーク強度をそれぞれ表
している。そして、2θ=25.3〜25.5のピーク
強度(アナターゼ型結晶構造)をIaとし、2θ=2
7.5〜27.9のピーク強度(ルチル型結晶構造Ti
O2 )をIrとして、下記式から、得られた二酸化チ
タンにおけるアナターゼ結晶構造の含有率(f)を求め
た。 f=1/(1+1.265×Ir/Ia) その結果、得られた二酸化チタン薄膜中のアナターゼ結
晶構造の含有率は実質的に100%であることを確認し
た。(4) Evaluation of Titanium Dioxide Thin Film When the obtained titanium dioxide thin film was irradiated with X-rays having a diffraction angle of 2θ (output condition: 400 kv × 100 mA · CuK wavelength), the diffraction peak shown in FIG. 1 was obtained. . The symbol A in FIG. 1 indicates the peak intensity of the anatase crystal structure,
Symbol R represents the peak intensity of the rutile crystal structure, respectively. The peak intensity (anatase type crystal structure) at 2θ = 25.3 to 25.5 is defined as Ia, and 2θ = 2
Peak intensity of 7.5 to 27.9 (rutile type crystal structure Ti
O2) was defined as Ir, and the content (f) of the anatase crystal structure in the obtained titanium dioxide was determined from the following formula. f = 1 / (1 + 1.265 × Ir / Ia) As a result, it was confirmed that the content of the anatase crystal structure in the obtained titanium dioxide thin film was substantially 100%.
【0037】[比較例1] (1)塗布液の調製 ジイソプロポキシチタンビス(トリエタノールアミネー
ト)の80重量%イソプロパノール溶液(松本製薬
(株)製)5mlを無水エタノール10mlに溶解させ
てチタン溶液とした。得られたチタン溶液を撹拌しつ
つ、50重量%含水エタノール10mlを滴下してゾル
化させた。このゾルを撹拌しつつ、28重量%アンモニ
ア水を3ml滴下し、さらに70℃で1時間熟成し、ゲ
ル化させて塗布液を調製した。Comparative Example 1 (1) Preparation of Coating Solution A solution of 5% by weight of an isopropanol solution of 80% by weight of diisopropoxytitanium bis (triethanolamine) (manufactured by Matsumoto Pharmaceutical Co., Ltd.) was dissolved in 10 ml of absolute ethanol to obtain a titanium solution. And While stirring the obtained titanium solution, 10 ml of 50% by weight aqueous ethanol was dropped to form a sol. While stirring this sol, 3 ml of 28% by weight aqueous ammonia was added dropwise thereto, and the mixture was aged at 70 ° C. for 1 hour and gelled to prepare a coating solution.
【0038】(2)二酸化チタン薄膜の作製および評価 得られた塗布液を実施例1と同様にスピンコートした
後、12時間風乾し、さらに80℃で2時間加熱乾燥し
た。その後、室温から500℃まで5℃/分の昇温速度
で昇温させ、そのまま500℃の温度に15分間保持し
た。次いで、500℃から650℃まで5℃/分の昇温
速度でさらに昇温させ、そのまま650℃の温度に5分
間保持して、二酸化チタン薄膜を得た。得られた二酸化
チタン薄膜について、実施例1と同様にしてX線回折測
定したところ、図2に示す回折ピークが得られた。そし
て、同様にアナターゼ結晶構造の含有率を求めたところ
72.5%であった。(2) Preparation and Evaluation of Titanium Dioxide Thin Film The obtained coating solution was spin-coated in the same manner as in Example 1, air-dried for 12 hours, and further heated and dried at 80 ° C. for 2 hours. Thereafter, the temperature was raised from room temperature to 500 ° C. at a rate of 5 ° C./min, and kept at 500 ° C. for 15 minutes. Next, the temperature was further increased from 500 ° C. to 650 ° C. at a rate of 5 ° C./min, and the temperature was maintained at 650 ° C. for 5 minutes to obtain a titanium dioxide thin film. When the obtained titanium dioxide thin film was subjected to X-ray diffraction measurement in the same manner as in Example 1, the diffraction peak shown in FIG. 2 was obtained. Then, the content of the anatase crystal structure was similarly determined to be 72.5%.
【0039】[0039]
【発明の効果】本発明の光触媒の製造方法によれば、チ
タンアルコキシドとポリカルボン酸とを反応させること
により、アナターゼ型結晶構造の含有率が高い二酸化チ
タンが得られる前駆体を効率的に、しかも安定して得る
ことができるようになった。したがって、この前駆体を
焼成することにより、光触媒能に優れた二酸化チタンが
容易に得られるようになった。よって、このようなアナ
ターゼ型結晶構造の含有率が高い二酸化チタンを光触媒
として含む製品は、光触媒能や親水性に優れており、建
築、車両部品などの表面改質の用途等に好適に用いるこ
とが期待される。また、本発明の光触媒の製造方法によ
れば、粒子状の光触媒ばかりでなく、均一な厚さを有す
る薄膜の二酸化チタンからなる光触媒を効率的に得るこ
とができるようになった。したがって、上述した表面改
質の用途等にさらに好適に用いることが期待される。According to the method for producing a photocatalyst of the present invention, by reacting a titanium alkoxide with a polycarboxylic acid, a precursor from which titanium dioxide having a high content of anatase type crystal structure can be efficiently produced, Moreover, it has become possible to obtain it stably. Therefore, by firing this precursor, titanium dioxide excellent in photocatalytic ability can be easily obtained. Therefore, a product containing titanium dioxide having a high content of the anatase type crystal structure as a photocatalyst has excellent photocatalytic ability and hydrophilicity, and is preferably used for applications such as surface modification of buildings and vehicle parts. There is expected. Further, according to the method for producing a photocatalyst of the present invention, not only a particulate photocatalyst but also a photocatalyst comprising a thin-film titanium dioxide having a uniform thickness can be efficiently obtained. Therefore, it is expected to be more suitably used for the above-mentioned surface modification use and the like.
【図1】実施例1で得られた二酸化チタンのX線解析ス
ペクトルである。FIG. 1 is an X-ray analysis spectrum of titanium dioxide obtained in Example 1.
【図2】比較例1で得られた二酸化チタンのX線解析ス
ペクトルである。FIG. 2 is an X-ray analysis spectrum of titanium dioxide obtained in Comparative Example 1.
フロントページの続き (72)発明者 アルサリム ナジャ ニュージーランド国 ロウワーハット ロ パタクレッセント 4B (72)発明者 小野 寿男 東京都中央区築地二丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 Fターム(参考) 4D048 AA22 BA07X BA41X BB03 EA01 4G069 AA08 AA09 BA04A BA04B BA04C BA48A BA48C CA01 CA07 CA10 CA11 CA17 DA06 EA11 FB08 FB30 FC02 Continued on the front page (72) Inventor Al Salim Naja New Zealand Lower Hat Lo Pataku Crescent 4B (72) Inventor Toshio Ono 2--11-11 Tsukiji, Chuo-ku, Tokyo F-term in JSR Corporation (reference) 4D048 AA22 BA07X BA41X BB03 EA01 4G069 AA08 AA09 BA04A BA04B BA04C BA48A BA48C CA01 CA07 CA10 CA11 CA17 DA06 EA11 FB08 FB30 FC02
Claims (3)
とポリカルボン酸との反応工程を含むことを特徴とする
光触媒の製造方法。1. A method for producing a photocatalyst, comprising a step of reacting a titanium alkoxide with a polycarboxylic acid as a first step.
ポリオールおよびポリアミンあるいはいずれか一方の化
合物の添加工程を含むことを特徴とする請求項1記載の
光触媒の製造方法。2. The method for producing a photocatalyst according to claim 1, further comprising a step of adding a polyol and / or a polyamine as a second step after the first step.
焼成工程を含むことを特徴とする請求項1記載の光触媒
の製造方法。3. The method for producing a photocatalyst according to claim 1, further comprising a baking step as a third step after the second step.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11149174A JP2000334310A (en) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | Production of photocatalyst |
Applications Claiming Priority (1)
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JP11149174A JP2000334310A (en) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | Production of photocatalyst |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family
ID=15469427
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JP11149174A Pending JP2000334310A (en) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | Production of photocatalyst |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2000334310A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005082527A1 (en) * | 2004-02-20 | 2005-09-09 | Arkema Inc. | Polyester synthesis with enhanced titanium catalyst composition |
JP2009525246A (en) * | 2006-02-01 | 2009-07-09 | コロロッビア イタリア ソシエタ ペル アチオニ | Method for producing aqueous dispersion of TiO2 in the form of nanoparticles, and dispersion obtained by this method |
-
1999
- 1999-05-28 JP JP11149174A patent/JP2000334310A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005082527A1 (en) * | 2004-02-20 | 2005-09-09 | Arkema Inc. | Polyester synthesis with enhanced titanium catalyst composition |
JP2009525246A (en) * | 2006-02-01 | 2009-07-09 | コロロッビア イタリア ソシエタ ペル アチオニ | Method for producing aqueous dispersion of TiO2 in the form of nanoparticles, and dispersion obtained by this method |
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