JP2002060221A - 酸化チタンの製造方法 - Google Patents

酸化チタンの製造方法

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JP2002060221A
JP2002060221A JP2000249397A JP2000249397A JP2002060221A JP 2002060221 A JP2002060221 A JP 2002060221A JP 2000249397 A JP2000249397 A JP 2000249397A JP 2000249397 A JP2000249397 A JP 2000249397A JP 2002060221 A JP2002060221 A JP 2002060221A
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titanium
titanium oxide
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sulfate
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Yoshiaki Sakatani
能彰 酒谷
Hironobu Koike
宏信 小池
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可視光線を照射することによって高い触媒活
性を示す酸化チタンを、真空容器を備えた特定の装置を
用いることなく簡易に製造する方法を提供する。 【解決手段】 硫酸チタンおよびオキシ硫酸チタンから
選ばれるチタン塩と、チタンを除く遷移元素成分と、水
とを混合し、これを乾燥して固形物を得、この固形物を
熱分解することを特徴とする酸化チタンの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化チタンの製造
方法に関するものであり、詳細には、可視光線の照射に
よって高い触媒活性を示す酸化チタンの製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】酸化チタンが示す光触媒作用によって、
大気中の悪臭物質や水中の有機溶剤、界面活性剤を分解
除去することが検討されている。最近では、汎用性、利
便性から光源に可視光線を使った分解除去方法が注目さ
れ、可視光線を照射したときに高い触媒活性を示す酸化
チタンの開発が期待されている。
【0003】このような酸化チタンの製造方法として、
例えば、酸化チタンにバナジウムやクロムをイオン注入
法で導入する方法が知られている。しかし、イオン注入
法では、真空容器を備えた装置が必要であった。また、
製造装置の大型化が難しく、量産化が難しいため、製造
コストが高くなることがあった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、可視
光線を照射することによって高い触媒活性を示す酸化チ
タンを、真空容器を備えた特定の装置を用いることなく
簡易に製造する方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、光触媒用
途に好適な酸化チタンの製造方法について検討した結
果、本発明を完成するに至った。
【0006】すなわち本発明は、硫酸チタンおよびオキ
シ硫酸チタンから選ばれるチタン塩と、チタンを除く遷
移元素成分と、水とを混合し、これを乾燥して固形物を
得、この固形物を熱分解することを特徴とする酸化チタ
ンの製造方法を提供するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明ではまず、チタン塩と、チタンを除く遷移元素成
分と、水とを混合する。チタン塩は、硫酸チタンおよび
オキシ硫酸チタンから選ばれるものである。硫酸チタン
としては、下式(I) Ti(SO42・mH2O (I) 〔式(I)中、mは0〜20を表す。〕なる組成式で示
されるものが挙げられ、無水物または結晶水を有するも
ののいずれであってもよい。オキシ硫酸チタンとして
は、下式(II) TiOSO4・nH2O (II) 〔式(II)中、nは0〜20を表す。〕なる組成式で示
されるものが挙げられ、無水物または結晶水を有するも
ののいずれであってもよい。チタン塩は、これらの中か
ら選ばれる1種であってもよいし、2種以上の混合物で
あってもよい。
【0008】このようなチタン塩と混合される遷移元素
成分は、チタン以外の遷移元素自体またはその化合物で
ある。かかる遷移元素としては、例えば、鉄、銅、バナ
ジウム、クロム、コバルト、マンガン、ニッケル、タン
グステン、モリブデン、ニオオブなどがある。遷移元素
成分を金属の形態で用いる場合のほか、酸化物や水酸化
物など、例えば酸化鉄や水酸化鉄のように水に不溶また
は難溶な化合物の形態で用いる場合は、チタン塩の水溶
液中で均一に分散するよう、平均粒径が100nm以下
の粒子の形で用いるのが好ましい。
【0009】また、遷移元素成分は、水溶性化合物の形
態で用いるのが一層好ましい。遷移元素の水溶性化合物
としては、例えば、硝酸鉄(II)〔Fe(NO32〕、
硝酸鉄(III)〔Fe(NO33〕、硝酸銅(II)〔C
u(NO32〕、硝酸クロム(III)〔Cr(N
33〕、硝酸コバルト(II)〔Co(NO32〕、硝
酸マンガン(II)〔Mn(NO32〕、硝酸ニッケル
(II)〔Ni(NO32〕のような硝酸塩、硫酸鉄(I
I)〔FeSO4〕、硫酸鉄(III)〔Fe2(S
43〕、硫酸銅(II)〔CuSO4〕、硫酸クロム(I
II)〔Cr2(SO43〕、硫酸コバルト(II)〔Co
SO4〕、硫酸マンガン(II)〔MnSO4〕、硫酸ニッ
ケル(II)〔NiSO4〕のような硫酸塩、オキシ硫酸
バナジウム〔VOSO4〕のようなオキシ硫酸塩、塩化
銅(II)〔CuCl2〕、塩化バナジウム〔VCl3〕、
塩化クロム(III)〔CrCl3〕、塩化コバルト(II)
〔CoCl2〕、塩化マンガン(II)〔MnCl2〕、塩
化ニッケル(II)〔NiCl2〕のような塩化物、オキ
シ二塩化バナジウム〔VOCl2〕、オキシ三塩化バナ
ジウム〔VOCl3〕のようなオキシ塩化物、酢酸鉄(I
I)〔Fe(CH3CO22〕、酢酸銅(II)〔Cu(C
3CO22〕、酢酸クロム(III)〔Cr(CH3
23〕、酢酸コバルト(II)〔Co(CH3
22〕、酢酸マンガン(II)〔Mn(CH3
22〕、酢酸ニッケル(II)〔Ni(CH3
22〕のような酢酸塩、蓚酸鉄(III)〔Fe2(C2
43〕、蓚酸銅(II)〔CuC24〕、蓚酸クロム
(III)〔Cr2(C243〕のような蓚酸塩などが挙
げられる。これらの塩は、通常、結晶水を有するもので
あるが、水に易溶なものであれば無水物であってもよ
い。
【0010】これらの遷移元素成分は、通常1種類を用
いればよいが、場合によっては2種類以上組み合わせて
用いることもできる。水、チタン塩および遷移元素成分
の混合は、これら各成分が均一に混じり合うように行え
ばよい。例えば、遷移元素成分が水溶性の化合物であれ
ば、三者を混合するか、またはチタン塩の水溶液に遷移
元素の水溶性化合物を添加して水溶性とすればよい。ま
た遷移元素成分が金属であるか、または水に不溶もしく
は難溶の化合物である場合は、前述した如く、微粒子の
形で、チタン塩の水溶液中に分散させればよい。水の量
は通常、固形分(チタン塩+遷移元素成分)の合計濃度
が20〜60重量%程度となるようにすればよい。
【0011】チタン塩、遷移元素成分および水の混合物
中での遷移元素の量は、元素換算でチタン塩中のチタン
に対し0.005mol%以上であることが好ましい。
遷移元素が多いほど、得られる酸化チタンの光触媒活性
が高くなる傾向にあるので、0.1mol%以上がさら
に好ましい。また、チタンに対して遷移元素を3mol
%以下、さらには1mol%以下とするのが適当であ
る。
【0012】こうして得られる混合物は、次いで、乾燥
され、固形物とされる。乾燥は、混合物中の水が除去で
き、かつチタン塩の加水分解が起こらないようにできる
かぎり低温で行うことが好ましく、乾燥温度としては8
0℃以下が好ましい。一方、温度があまり低くなると乾
燥に要する時間が長くなるので、乾燥温度は60℃以上
が適当である。水溶液等の乾燥は、例えば、エバポレー
ターに上記混合物を入れた後、所定の温度に加熱し、保
持することによって行うことができる。
【0013】こうして得られた固形物は、次に熱分解さ
れる。熱分解は、例えば、固形物を流通式焼成炉に入
れ、400℃以上、好ましくは650℃以上に加熱した
空気を、1分以上流通させることによって行うことがで
きる。熱分解は、2回以上に分けて加熱し行うことが好
ましく、例えば、固形物を焼成炉に入れ、焼成炉に40
0〜900℃の加熱空気を流通させた後、得られる塊状
物を粉砕し、次いで、この粉砕物を焼成炉に入れ、焼成
炉に550〜900℃の加熱空気を流通させて行うこと
が好ましい。熱分解を2回の加熱で行う場合、1回目の
加熱では、オキシ硫酸チタンとアナターゼ型酸化チタン
との割合が重量比で10/0〜2/8となるようにする
ことが好ましい。このように加熱を2回に分けて行い、
かつ1回目の加熱後の塊状物を粉砕することによって、
均一に固形物を熱分解することができ、優れた光触媒活
性を示す酸化チタンを得ることができる。
【0014】本発明による酸化チタンの製造では、水系
混合物の乾燥および固形物の熱分解は、2種以上の異な
る装置で行ってもよいし、1種の装置で行ってもよい。
また、乾燥および熱分解は、連続式、回分式のいずれの
方式の装置でも行うことができる。
【0015】本発明により得られる酸化チタンの使用に
際しては、例えば、可視光線を透過するガラス容器に酸
化チタンと被処理液または被処理気体とを入れ、光源を
用いて酸化チタンに波長が430nm以上である可視光
線を照射すればよい。照射時間は、光源の光線の強度、
および被処理液の中の被処理物質の種類や量により適宜
選択すればよい。用いる光源には、波長が430nm以
上である可視光線を含む光線を照射できるものであれば
制限されるものではなく、太陽光線、蛍光灯、ハロゲン
ランプ、ブラックライト、キセノンランプ、水銀灯など
が適用できる。また、光源には必要に応じて紫外線カッ
トフィルターまたは赤外線カットフィルターを装着して
もよい。
【0016】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。これら実施例では、アセトアルデヒドの光分解
作用で光触媒活性を評価しているが、本発明は本実施例
に限定されるものではない。
【0017】実施例1 500mLナス型フラスコに30%硫酸チタン水溶液
(和光純薬工業製)150gを入れ、そこに、硝酸鉄
(III)九水和物(試薬、和光純薬工業製)0.385
gを添加、混合して溶解し、混合水溶液を得た。鉄の添
加量は、元素換算で硫酸チタンのチタンに対し0.51
mol%であった。次いで、混合水溶液をエバポレータ
ーに入れ60℃に加熱して、混合水溶液を乾燥し、固形
物を得た。得られた固形物を管状炉に入れ、450℃の
空気を1時間流通させて加熱した後、管状炉から塊状物
を取り出した。この塊状物は、X線回折法で調べた結
果、オキシ硫酸チタンであった。塊状物を粉砕した後、
管状炉に入れ、650℃の空気を1時間流通させて加熱
し、粒子状酸化チタンを得た。
【0018】密閉式のガラス製反応容器(直径8cm、
高さ10cm、容量約0.5L)内に、直径5cmのガ
ラス製シャーレを設置し、そのシャーレ上に、上で得ら
れた粒子状酸化チタン0.3gを置いた。反応容器内を
酸素と窒素との体積比が1:4である混合ガスで満た
し、アセトアルデヒドを4.5μmol封入し、反応容
器の外から可視光線を照射した。可視光線の照射には、
500Wキセノンランプ(商品名:オプティカルモジュ
レックスSX−UI500XQ、ランプUXL−500
SX、ウシオ電機製)に、波長約430nm以下の紫外
線をカットするフィルター(商品名:Y−45、東芝硝
子製)と波長約830nm以上の赤外線をカットするフ
ィルター(商品名:スーパーコールドフィルター、ウシ
オ電機製)とを装着したものを光源として用いた。可視
光線の照射によりアセトアルデヒドが分解すると、二酸
化炭素が発生するので二酸化炭素の濃度を光音響マルチ
ガスモニタ(1312型、INNOVA製)で経時的に
測定し、濃度変化より算出した二酸化炭素の生成速度に
より、酸化チタンのアセトアルデヒドに対する光分解作
用を評価した。この例における二酸化炭素の生成速度は
酸化チタン1gあたり2.20μmol/hであった。
【0019】また、上で得られた粒子状酸化チタンを水
に分散させて光触媒体コーティング剤を調製し、これを
アクリル樹脂板に塗布、乾燥することによって、照明器
具用アクリル樹脂板表面に均一に酸化チタンの層が形成
される。
【0020】比較例1 市販の酸化チタン(商品名:ST−01、石原産業製)
について、実施例1と同様にしてアセトアルデヒドに対
する光分解作用を評価した。この例における二酸化炭素
の生成速度は酸化チタン1gあたり0.93μmol/
hであった。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、可視光線を照射するこ
とによって高い触媒活性を示す酸化チタンを簡易に製造
することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G047 CA02 CB05 CC03 CD03 4G069 AA08 BA04A BA04B BA48A BB10C BC50A BC50B BC50C BC66B BC66C CA05 DA05 FB34

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硫酸チタンおよびオキシ硫酸チタンから
    選ばれるチタン塩と、チタンを除く遷移元素成分と、水
    とを混合し、これを乾燥して固形物を得、この固形物を
    熱分解することを特徴とする酸化チタンの製造方法。
  2. 【請求項2】 遷移元素の量が、元素換算でチタン塩中
    のチタンに対し0.005〜3mol%である請求項1
    記載の方法。
  3. 【請求項3】 乾燥が80℃以下の温度で行われる請求
    項1または2記載の方法。
  4. 【請求項4】 熱分解が2段階で行われ、1段目では、
    固形物に400〜900℃の加熱空気が流通され、得ら
    れる塊状物を粉砕した後、2段目では、この粉砕物に5
    50〜900℃の加熱空気が流通される請求項1〜3の
    いずれか1項に記載の方法。
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