JP2002136880A - 光触媒体およびそれを用いた環境浄化方法 - Google Patents
光触媒体およびそれを用いた環境浄化方法Info
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Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光触媒粒子の表面を特定の複合酸化物で被覆
して、固体酸度と物質吸着力を高めることで環境汚染物
質を速やかに分解できる光触媒体を提供する。 【解決手段】 光触媒粒子の表面を２種類以上の金属原
子を含む複合酸化物で被覆して、固体酸度と物質吸着力
を高めたことを特徴とする光触媒体、およびそれを用い
た環境浄化方法。
して、固体酸度と物質吸着力を高めることで環境汚染物
質を速やかに分解できる光触媒体を提供する。 【解決手段】 光触媒粒子の表面を２種類以上の金属原
子を含む複合酸化物で被覆して、固体酸度と物質吸着力
を高めたことを特徴とする光触媒体、およびそれを用い
た環境浄化方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒体およびそ
れを用いた環境浄化方法に関する。
れを用いた環境浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光触媒にそのバンドギャップ以上の光を
照射すると正孔と電子が生成する。それら正孔と電子の
酸化還元力により環境汚染物質を分解することができ
る。光触媒を利用した有害物質の分解報告は多数ある。
照射すると正孔と電子が生成する。それら正孔と電子の
酸化還元力により環境汚染物質を分解することができ
る。光触媒を利用した有害物質の分解報告は多数ある。
【０００３】金属酸化物の光触媒は、水中では表面電荷
を有しており、等電点より低いｐＨではプラスに帯電
し、等電点より高いｐＨではマイナスに帯電している。
水中汚染物質が光触媒の表面電荷と異なる符号の電荷を
有する場合には、電気的な結合により光触媒表面に吸着
あるいは近接する。有害物質によっては、光触媒表面の
ＯＨ基などと反応して化学結合する場合もある。いずれ
にしても光触媒表面に有害物質が近接する場合には、光
触媒上で生じた正孔や電子と速やかに反応して、効率よ
く分解することができる。
を有しており、等電点より低いｐＨではプラスに帯電
し、等電点より高いｐＨではマイナスに帯電している。
水中汚染物質が光触媒の表面電荷と異なる符号の電荷を
有する場合には、電気的な結合により光触媒表面に吸着
あるいは近接する。有害物質によっては、光触媒表面の
ＯＨ基などと反応して化学結合する場合もある。いずれ
にしても光触媒表面に有害物質が近接する場合には、光
触媒上で生じた正孔や電子と速やかに反応して、効率よ
く分解することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水中汚
染物質が光触媒の表面電荷と同符号の電荷を有する場合
には、電気的な反発により光触媒表面に吸着あるいは近
接することができない。そのため、光触媒上で生じた正
孔や電子と反応しにくくなり、分解速度が遅くなるかほ
とんど分解されない。また、光触媒表面が水中汚染物質
に対して弱い吸着作用があり分解反応が進行する場合で
も、水中に他の陰イオンが存在すると水中汚染物質の吸
着阻害が起こり、分解速度が遅くなるかほとんど分解さ
れなくなる。さらに、有害物質の分解反応にプロトンな
どの特定の化学種が関与し、その供給が必要になる場合
には、化学種の供給速度が律速となって分解速度が遅く
なってしまう。
染物質が光触媒の表面電荷と同符号の電荷を有する場合
には、電気的な反発により光触媒表面に吸着あるいは近
接することができない。そのため、光触媒上で生じた正
孔や電子と反応しにくくなり、分解速度が遅くなるかほ
とんど分解されない。また、光触媒表面が水中汚染物質
に対して弱い吸着作用があり分解反応が進行する場合で
も、水中に他の陰イオンが存在すると水中汚染物質の吸
着阻害が起こり、分解速度が遅くなるかほとんど分解さ
れなくなる。さらに、有害物質の分解反応にプロトンな
どの特定の化学種が関与し、その供給が必要になる場合
には、化学種の供給速度が律速となって分解速度が遅く
なってしまう。
【０００５】そこで本発明の課題は、光触媒粒子の表面
を特定の複合酸化物で被覆して、固体酸度と物質吸着力
を高めることで環境汚染物質を速やかに分解できる光触
媒体を提供することにある。さらに、本発明は、前記の
光触媒体を用いた環境浄化法を提供することにある。
を特定の複合酸化物で被覆して、固体酸度と物質吸着力
を高めることで環境汚染物質を速やかに分解できる光触
媒体を提供することにある。さらに、本発明は、前記の
光触媒体を用いた環境浄化法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る光触媒体は、光触媒粒子の表面を２種
類以上の金属原子を含む複合酸化物で被覆して、固体酸
度と物質吸着力を高めたことを特徴とするものからな
る。
に、本発明に係る光触媒体は、光触媒粒子の表面を２種
類以上の金属原子を含む複合酸化物で被覆して、固体酸
度と物質吸着力を高めたことを特徴とするものからな
る。
【０００７】光触媒粒子とはそのバンドギャップ以上の
エネルギーを有する光を照射すると光触媒機能を発現す
る粒子のことであり、光触媒粒子の材質には、酸化チタ
ン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、酸化
亜鉛などの金属化合物半導体を１種または２種以上用い
ることができる。特に、化学的に安定でかつ無害である
酸化チタンが望ましい。
エネルギーを有する光を照射すると光触媒機能を発現す
る粒子のことであり、光触媒粒子の材質には、酸化チタ
ン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、酸化
亜鉛などの金属化合物半導体を１種または２種以上用い
ることができる。特に、化学的に安定でかつ無害である
酸化チタンが望ましい。
【０００８】表面に被覆する複合酸化物としては、たと
えば、珪素、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、マ
グネシウム、亜鉛、カドミウム、ビスマス、スズ、鉛、
アンチモン、ニッケル、トリウムなどより選ばれる少な
くとも２種の金属原子を含む複合酸化物であり、複合酸
化物の化学種としては金属酸化物や金属水酸化物を挙げ
ることができる。
えば、珪素、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、マ
グネシウム、亜鉛、カドミウム、ビスマス、スズ、鉛、
アンチモン、ニッケル、トリウムなどより選ばれる少な
くとも２種の金属原子を含む複合酸化物であり、複合酸
化物の化学種としては金属酸化物や金属水酸化物を挙げ
ることができる。
【０００９】複合酸化物を被覆した光触媒の熱処理温度
が１１０〜５００℃であることが好ましく、２５０〜３
５０℃がより好ましい。このような温度条件で熱処理す
ることで物質吸着力を維持しながら固体酸度を高めるこ
とができる。
が１１０〜５００℃であることが好ましく、２５０〜３
５０℃がより好ましい。このような温度条件で熱処理す
ることで物質吸着力を維持しながら固体酸度を高めるこ
とができる。
【００１０】被覆する２種類以上の金属原子を含む複合
酸化物のうち、１種類の酸化物だけが物質吸着力が高い
場合には、複合酸化物中の金属原子の総量に対する物質
吸着力が高い金属酸化物の金属原子のモル含有率が７０
〜９５％であることが好ましく、８５〜９５％がより好
ましい。
酸化物のうち、１種類の酸化物だけが物質吸着力が高い
場合には、複合酸化物中の金属原子の総量に対する物質
吸着力が高い金属酸化物の金属原子のモル含有率が７０
〜９５％であることが好ましく、８５〜９５％がより好
ましい。
【００１１】本発明に係る環境浄化方法は、前記光触媒
体に、光照射下、環境汚染物質を接触させて分解する浄
化法からなる。環境汚染物質としては、ダイオキシンや
トリクロロフェノールのような揮発性有機化合物、臭素
酸イオン、次亜塩素酸イオン、次亜臭素酸イオン、トリ
ハロメタンなど水中に存在するハロゲン化合物やカビ臭
の原因物質である２−メチルイソボルネオールやジェオ
スミンなどを対象とすることができる。これらの環境汚
染物質を、ポンプを用いたり、自然対流を利用して、光
触媒体に接触させて、光触媒作用により浄化する。浄化
に必要な光源としては、太陽光の自然光源、ブラックラ
イト、水銀ランプなどの人工光源を用いることができ
る。
体に、光照射下、環境汚染物質を接触させて分解する浄
化法からなる。環境汚染物質としては、ダイオキシンや
トリクロロフェノールのような揮発性有機化合物、臭素
酸イオン、次亜塩素酸イオン、次亜臭素酸イオン、トリ
ハロメタンなど水中に存在するハロゲン化合物やカビ臭
の原因物質である２−メチルイソボルネオールやジェオ
スミンなどを対象とすることができる。これらの環境汚
染物質を、ポンプを用いたり、自然対流を利用して、光
触媒体に接触させて、光触媒作用により浄化する。浄化
に必要な光源としては、太陽光の自然光源、ブラックラ
イト、水銀ランプなどの人工光源を用いることができ
る。
【００１２】また、本発明に係る臭素酸イオン分解方法
は、上記のような光触媒体に光照射下、水中で臭素酸イ
オンを接触させることを特徴とする方法からなる。
は、上記のような光触媒体に光照射下、水中で臭素酸イ
オンを接触させることを特徴とする方法からなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を、図面を参照しながら説明するとともに、実施例
に基づいて説明する。
形態を、図面を参照しながら説明するとともに、実施例
に基づいて説明する。
【００１４】図１に、本発明に係る光触媒体の概念図を
示す。光触媒粒子１表面を、２種類以上の金属原子を含
む複合酸化物２を被覆することで、複合酸化物中の金属
酸化物の吸着作用により光触媒表面近傍に環境汚染物質
を集めることができ、複合酸化物の固体酸触媒作用を受
けながら、光励起で発生した正孔や電子や二次的に発生
した活性種と環境汚染物質を反応させることで、環境汚
染物質を速やかに分解することができる。
示す。光触媒粒子１表面を、２種類以上の金属原子を含
む複合酸化物２を被覆することで、複合酸化物中の金属
酸化物の吸着作用により光触媒表面近傍に環境汚染物質
を集めることができ、複合酸化物の固体酸触媒作用を受
けながら、光励起で発生した正孔や電子や二次的に発生
した活性種と環境汚染物質を反応させることで、環境汚
染物質を速やかに分解することができる。
【００１５】
【実施例】実施例１ 粒子径２０ｎｍの酸化チタン１５ｇを１５０ｍＬの水に
懸濁させ、１Ｎの水酸化ナトリウムにてｐＨ１２に調整
した。別にアルミン酸ナトリウム２．２６ｇを１ＮＫ水
酸化ナトリウム溶液に総量２５ｍＬになるように６０℃
で溶解し、１時間以上攪拌して１Ｍのアルミン酸ナトリ
ウム溶液を調製した。また、珪酸ナトリウム４．４ｇを
水に総量４０ｍＬになるように溶解し、０．５Ｍの珪酸
ナトリウム溶液を調製した。前記の酸化チタン懸濁液を
６０℃に加温して、アルミン酸ナトリウム液７．１３ｍ
Ｌを徐々に添加した。１０分間の攪拌の後、珪酸ナトリ
ウム溶液を０．７５ｍＬ添加した。この混合液に液量が
２００ｍＬになるように水を加えた。得られた混合液を
６０℃のまま３０分間エージングさせたのち、１Ｎの硝
酸を添加してｐＨ７まで中和し、引き続き１時間熟成さ
せた。熟成後、室温まで冷却して、純水で洗浄し、１１
０℃で乾燥した後、粉砕して、アルミナ／シリカ中のＡ
ｌ含有モル比が９５％でアルミナ／シリカの処理量がＡ
ｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 の表面
処理酸化チタン粉体を得た（試料１）。
懸濁させ、１Ｎの水酸化ナトリウムにてｐＨ１２に調整
した。別にアルミン酸ナトリウム２．２６ｇを１ＮＫ水
酸化ナトリウム溶液に総量２５ｍＬになるように６０℃
で溶解し、１時間以上攪拌して１Ｍのアルミン酸ナトリ
ウム溶液を調製した。また、珪酸ナトリウム４．４ｇを
水に総量４０ｍＬになるように溶解し、０．５Ｍの珪酸
ナトリウム溶液を調製した。前記の酸化チタン懸濁液を
６０℃に加温して、アルミン酸ナトリウム液７．１３ｍ
Ｌを徐々に添加した。１０分間の攪拌の後、珪酸ナトリ
ウム溶液を０．７５ｍＬ添加した。この混合液に液量が
２００ｍＬになるように水を加えた。得られた混合液を
６０℃のまま３０分間エージングさせたのち、１Ｎの硝
酸を添加してｐＨ７まで中和し、引き続き１時間熟成さ
せた。熟成後、室温まで冷却して、純水で洗浄し、１１
０℃で乾燥した後、粉砕して、アルミナ／シリカ中のＡ
ｌ含有モル比が９５％でアルミナ／シリカの処理量がＡ
ｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 の表面
処理酸化チタン粉体を得た（試料１）。
【００１６】実施例２ 実施例１において、１Ｍアルミン酸ナトリウム溶液を
６．７５ｍＬ、０．５Ｍ珪酸ナトリウム溶液を１．５ｍ
Ｌとしたこと以外は実施例１と同様にして、アルミナ／
シリカ中のＡｌ含有モル比が９０％でアルミナ／シリカ
の処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍｍｏｌ／ｇ−Ｔ
ｉＯ2 の表面処理酸化チタン粉体を得た（試料２）。
６．７５ｍＬ、０．５Ｍ珪酸ナトリウム溶液を１．５ｍ
Ｌとしたこと以外は実施例１と同様にして、アルミナ／
シリカ中のＡｌ含有モル比が９０％でアルミナ／シリカ
の処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍｍｏｌ／ｇ−Ｔ
ｉＯ2 の表面処理酸化チタン粉体を得た（試料２）。
【００１７】実施例３ 実施例１において、１Ｍアルミン酸ナトリウム溶液を
６．０ｍＬ、０．５Ｍ珪酸ナトリウム溶液を３．０ｍＬ
としたこと以外は実施例１と同様にして、アルミナ／シ
リカ中のＡｌ含有モル比が８０％でアルミナ／シリカの
処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍｍｏｌ／ｇ−Ｔｉ
Ｏ2 の表面処理酸化チタン粉体を得た（試料３）。
６．０ｍＬ、０．５Ｍ珪酸ナトリウム溶液を３．０ｍＬ
としたこと以外は実施例１と同様にして、アルミナ／シ
リカ中のＡｌ含有モル比が８０％でアルミナ／シリカの
処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍｍｏｌ／ｇ−Ｔｉ
Ｏ2 の表面処理酸化チタン粉体を得た（試料３）。
【００１８】実施例４ 実施例１において、１Ｍアルミン酸ナトリウム溶液を
５．２５ｍＬ、０．５Ｍ珪酸ナトリウム溶液を４．５ｍ
Ｌとしたこと以外は実施例１と同様にして、アルミナ／
シリカ中のＡｌ含有モル比が７０％でアルミナ／シリカ
の処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍｍｏｌ／ｇ−Ｔ
ｉＯ2 の表面処理酸化チタン粉体を得た（試料４）。
５．２５ｍＬ、０．５Ｍ珪酸ナトリウム溶液を４．５ｍ
Ｌとしたこと以外は実施例１と同様にして、アルミナ／
シリカ中のＡｌ含有モル比が７０％でアルミナ／シリカ
の処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍｍｏｌ／ｇ−Ｔ
ｉＯ2 の表面処理酸化チタン粉体を得た（試料４）。
【００１９】実施例５ 実施例１で得られた粉体を３００℃、２時間で焼成し
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が９５％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成３００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料５）。
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が９５％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成３００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料５）。
【００２０】実施例６ 実施例２で得られた粉体を３００℃、２時間で焼成し
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が９０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成３００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料６）。
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が９０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成３００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料６）。
【００２１】実施例７ 実施例３で得られた粉体を３００℃、２時間で焼成し
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が８０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成３００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料７）。
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が８０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成３００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料７）。
【００２２】実施例８ 実施例４で得られた粉体を３００℃、２時間で焼成し
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が７０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成３００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料８）。
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が７０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成３００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料８）。
【００２３】実施例９ 実施例２で得られた粉体を３５０℃、２時間で焼成し
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が９０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成３５０℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料９）。
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が９０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成３５０℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料９）。
【００２４】実施例１０ 実施例３で得られた粉体を４００℃、２時間で焼成し
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が８０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成３５０℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１０）。
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が８０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成３５０℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１０）。
【００２５】実施例１１ 実施例１で得られた粉体を４００℃、２時間で焼成し
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が９５％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成４００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１１）。
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が９５％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成４００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１１）。
【００２６】実施例１２ 実施例２で得られた粉体を４００℃、２時間で焼成し
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が９０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成４００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１２）。
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が９０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成４００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１２）。
【００２７】実施例１３ 実施例３で得られた粉体を４００℃、２時間で焼成し
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が８０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成４００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１３）。
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が８０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成４００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１３）。
【００２８】実施例１４ 実施例４で得られた粉体を４００℃、２時間で焼成し
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が７０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成４００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１４）。
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が７０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成４００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１４）。
【００２９】実施例１５ 実施例２で得られた粉体を５００℃、２時間で焼成し
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が９０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成５００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１５）。
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が９０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成５００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１５）。
【００３０】実施例１６ 実施例３で得られた粉体を５００℃、２時間で焼成し
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が８０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成５００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１６）。
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が８０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成５００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１６）。
【００３１】比較例１ 実施例１において、１Ｍアルミン酸ナトリウム溶液およ
び珪酸ナトリウム溶液を添加しなかったこと以外は実施
例１と同様にして、表面被覆のない酸化チタン粉体を得
た（試料１７）。
び珪酸ナトリウム溶液を添加しなかったこと以外は実施
例１と同様にして、表面被覆のない酸化チタン粉体を得
た（試料１７）。
【００３２】比較例２ 実施例１において、１Ｍアルミン酸ナトリウム溶液を
３．７５ｍＬ、０．５Ｍ珪酸ナトリウム溶液を７．５ｍ
Ｌとしたこと以外は実施例１と同様にして、アルミナ／
シリカ中のＡｌ含有モル比が５０％でアルミナ／シリカ
の処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍｍｏｌ／ｇ−Ｔ
ｉＯ2 の表面処理酸化チタン粉体を得た（試料１８）。
３．７５ｍＬ、０．５Ｍ珪酸ナトリウム溶液を７．５ｍ
Ｌとしたこと以外は実施例１と同様にして、アルミナ／
シリカ中のＡｌ含有モル比が５０％でアルミナ／シリカ
の処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍｍｏｌ／ｇ−Ｔ
ｉＯ2 の表面処理酸化チタン粉体を得た（試料１８）。
【００３３】比較例３ 比較例２で得られた粉体を３００℃、２時間で焼成し
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が５０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成５００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１９）。
て、アルミナ／シリカ中のＡｌ含有モル比が５０％でア
ルミナ／シリカの処理量がＡｌ＋Ｓｉ換算で０．５ｍｍ
ｍｏｌ／ｇ−ＴｉＯ2 、焼成５００℃の表面処理酸化チ
タン粉体を得た（試料１９）。
【００３４】〔結晶構造の測定〕実施例１〜４および比
較例２において、酸化チタンを投入しないこと以外はそ
れぞれの実施例と同様にして、アルミナ混合比がそれぞ
れ９５、９０、８０、７０、５０％のアルミナ／シリカ
粉末を作成した。実施例１において、酸化チタンを投入
量０ｇ、１Ｍアルミン酸ナトリウム溶液を７．５ｍＬ、
０．５Ｍ珪酸ナトリウム溶液を０ｍＬとしたこと以外は
実施例１と同様にして、アルミナ混合比１００％のアル
ミナ／シリカ粉末、すなわちアルミナ粉末を作成した。
実施例１において、酸化チタンを投入量０ｇ、１Ｍアル
ミン酸ナトリウム溶液を０ｍＬ、０．５Ｍ珪酸ナトリウ
ム溶液を１５．０ｍＬとしたこと以外は実施例１と同様
にして、アルミナ混合比０のアルミナ／シリカ粉末、す
なわちシリカ粉末を作成した。これらのアルミナ／シリ
カについてＸ線回析装置で結晶相を調べた結果を図２に
示した。アルミナ混合比１００％では擬ベーマイト相を
示しているが、アルミナ混合比の低下とともに擬ベーマ
イト相が消失し、アモルファス相へと変化していること
がわかる。結晶相から、アルミナ混合比９５〜７０％の
条件では、アルミナ相とアルミナ／シリカ相の中間的な
結晶相を示した。特にアルミナ混合比９５および９０％
の条件ではアルミナ相が現れており、アルミナ相とアル
ミナ／シリカ相の混在が確認できた。
較例２において、酸化チタンを投入しないこと以外はそ
れぞれの実施例と同様にして、アルミナ混合比がそれぞ
れ９５、９０、８０、７０、５０％のアルミナ／シリカ
粉末を作成した。実施例１において、酸化チタンを投入
量０ｇ、１Ｍアルミン酸ナトリウム溶液を７．５ｍＬ、
０．５Ｍ珪酸ナトリウム溶液を０ｍＬとしたこと以外は
実施例１と同様にして、アルミナ混合比１００％のアル
ミナ／シリカ粉末、すなわちアルミナ粉末を作成した。
実施例１において、酸化チタンを投入量０ｇ、１Ｍアル
ミン酸ナトリウム溶液を０ｍＬ、０．５Ｍ珪酸ナトリウ
ム溶液を１５．０ｍＬとしたこと以外は実施例１と同様
にして、アルミナ混合比０のアルミナ／シリカ粉末、す
なわちシリカ粉末を作成した。これらのアルミナ／シリ
カについてＸ線回析装置で結晶相を調べた結果を図２に
示した。アルミナ混合比１００％では擬ベーマイト相を
示しているが、アルミナ混合比の低下とともに擬ベーマ
イト相が消失し、アモルファス相へと変化していること
がわかる。結晶相から、アルミナ混合比９５〜７０％の
条件では、アルミナ相とアルミナ／シリカ相の中間的な
結晶相を示した。特にアルミナ混合比９５および９０％
の条件ではアルミナ相が現れており、アルミナ相とアル
ミナ／シリカ相の混在が確認できた。
【００３５】〔臭素酸イオン分解速度の測定〕試料１〜
１７について、中性水溶液中での臭素酸イオン分解速度
を次の方法で調べた。２００ｍＬビーカーに、０．１ｍ
Ｍ硝酸カリウム溶液１００ｍＬを入れ、ＴｉＯ2 換算量
で０．２ｇ／Ｌとなるように試料１〜１７の各光触媒粉
末をそれぞれ投入して懸濁した。０．１Ｎ水酸化カリウ
ムと０．１Ｎ硝酸でｐＨ７に調整した。ｐＨ調整後スタ
ーラーで攪拌しながら１０分以上放置して、ｐＨが安定
したのを確認してから、ブラックライトを用いて０．５
ｍＷ／ｃｍ2 の紫外線強度で光触媒を開始、所定時間毎
にサンプリングして、０．４５μのＰＴＦＥ（ポリテト
ラフルオロエチレン）フィルターにてＴｉＯ2 粉末を分
離した後、イオンクロマトグラフ装置により臭素酸イオ
ンの濃度を測定した。臭素酸イオンの濃度の濃度変化か
ら初期分解速度として求めた。
１７について、中性水溶液中での臭素酸イオン分解速度
を次の方法で調べた。２００ｍＬビーカーに、０．１ｍ
Ｍ硝酸カリウム溶液１００ｍＬを入れ、ＴｉＯ2 換算量
で０．２ｇ／Ｌとなるように試料１〜１７の各光触媒粉
末をそれぞれ投入して懸濁した。０．１Ｎ水酸化カリウ
ムと０．１Ｎ硝酸でｐＨ７に調整した。ｐＨ調整後スタ
ーラーで攪拌しながら１０分以上放置して、ｐＨが安定
したのを確認してから、ブラックライトを用いて０．５
ｍＷ／ｃｍ2 の紫外線強度で光触媒を開始、所定時間毎
にサンプリングして、０．４５μのＰＴＦＥ（ポリテト
ラフルオロエチレン）フィルターにてＴｉＯ2 粉末を分
離した後、イオンクロマトグラフ装置により臭素酸イオ
ンの濃度を測定した。臭素酸イオンの濃度の濃度変化か
ら初期分解速度として求めた。
【００３６】図３は、１１０、３００、４００℃３通り
の温度で熱処理したアルミナ／シリカ表面被覆酸化チタ
ンについて、臭素酸イオン分解速度へのアルミナ混合比
の影響を示すもので、試料１〜８、１１〜１４、１７〜
１９を光触媒に用いたときの臭素酸イオン分解速度をま
とめた結果である。図３から、試料１〜８、１１〜１
４、１７〜１９のいずれのアルミナ／シリカ表面被覆酸
化チタンでも、試料１７のアルミナ／シリカ被覆をして
いない酸化チタンより臭素酸イオンの分解速度が高く、
アルミナ／シリカ被覆に分解速度の向上効果があること
がわかる。また、いずれの熱処理温度でも、アルミナ混
合比９０％（試料２、６、１２）で最も分解速度が高く
なっており、この条件で分解反応において物質吸着力と
固体酸度の２つの効果の合計が最も大きいことがわか
る。アルミナ混合比１０％は、前述のＸ線回析結果でア
ルミナ相とアルミナ／シリカ相の混在がはっきり確認で
きた条件である。アルミナ混合比９０％で最も分解速度
が高い原因は次のように説明できる。アルミナ／シリカ
ではアルミナとシリカが等モル比、つまり５０％の条件
で最も高くなることがわかっている。一方、表面電荷か
ら見れば、アルミナの等電点はアルカリ側にシリカは酸
性側あるため、アルミナ混合比が大きいほど表面のプラ
ス電荷が増加し、臭素酸イオンへの吸着性が上がる。従
って、アルミナ混合比５０〜１００％の範囲では、固体
酸度から見ればアルミナ混合比が５０％に近いほうが分
解促進効果が大きく、臭素酸イオンの吸着性から見れば
アルミナ混合比が大きいほど分解促進効果が大きい。こ
の２つの効果がバランスするところで分解速度が最大と
なり、図３で１０％付近に極大が来たのである。
の温度で熱処理したアルミナ／シリカ表面被覆酸化チタ
ンについて、臭素酸イオン分解速度へのアルミナ混合比
の影響を示すもので、試料１〜８、１１〜１４、１７〜
１９を光触媒に用いたときの臭素酸イオン分解速度をま
とめた結果である。図３から、試料１〜８、１１〜１
４、１７〜１９のいずれのアルミナ／シリカ表面被覆酸
化チタンでも、試料１７のアルミナ／シリカ被覆をして
いない酸化チタンより臭素酸イオンの分解速度が高く、
アルミナ／シリカ被覆に分解速度の向上効果があること
がわかる。また、いずれの熱処理温度でも、アルミナ混
合比９０％（試料２、６、１２）で最も分解速度が高く
なっており、この条件で分解反応において物質吸着力と
固体酸度の２つの効果の合計が最も大きいことがわか
る。アルミナ混合比１０％は、前述のＸ線回析結果でア
ルミナ相とアルミナ／シリカ相の混在がはっきり確認で
きた条件である。アルミナ混合比９０％で最も分解速度
が高い原因は次のように説明できる。アルミナ／シリカ
ではアルミナとシリカが等モル比、つまり５０％の条件
で最も高くなることがわかっている。一方、表面電荷か
ら見れば、アルミナの等電点はアルカリ側にシリカは酸
性側あるため、アルミナ混合比が大きいほど表面のプラ
ス電荷が増加し、臭素酸イオンへの吸着性が上がる。従
って、アルミナ混合比５０〜１００％の範囲では、固体
酸度から見ればアルミナ混合比が５０％に近いほうが分
解促進効果が大きく、臭素酸イオンの吸着性から見れば
アルミナ混合比が大きいほど分解促進効果が大きい。こ
の２つの効果がバランスするところで分解速度が最大と
なり、図３で１０％付近に極大が来たのである。
【００３７】図４は、アルミナ混合比９０、８０、７０
％のアルミナ／シリカ表面被覆酸化チタンについて、臭
素酸イオン分解速度への熱処理温度の影響を示すもの
で、試料２〜４、６〜８、１０〜１７を光触媒に用いた
ときの臭素酸イオン分解速度をまとめた結果である。図
４から、試料２〜４、６〜８、１０〜１７のいずれのア
ルミナ／シリカ表面被覆酸化チタンでも、試料１７のア
ルミナ／シリカ被覆をしていない酸化チタンより臭素酸
イオンの分解速度が高く、アルミナ／シリカ被覆に分解
速度の向上効果があることがわかる。また、アルミナ混
合比９０、８０％の粉末では３００〜３５０℃付近で分
解速度が最大となることがわかる。極大値をもつ理由に
ついては、アルミナ混合比の場合と同様に吸着性と固体
酸度のバランスの効果による。一般にアルミナ／シリカ
では、５００℃くらいまでは熱処理温度とともに固体酸
度が上昇する。一方、吸着効果については温度上昇とと
もに低下し、主に比表面積の低下が原因と考えられてい
る。これらから、固体酸度から見れば熱処理温度が高い
ほど分解促進効果が大きく、逆に吸着性からみれば熱処
理温度が低いほど分解促進効果が大きくなり、２つの効
果がバランスするところで分解速度が最大になる。
％のアルミナ／シリカ表面被覆酸化チタンについて、臭
素酸イオン分解速度への熱処理温度の影響を示すもの
で、試料２〜４、６〜８、１０〜１７を光触媒に用いた
ときの臭素酸イオン分解速度をまとめた結果である。図
４から、試料２〜４、６〜８、１０〜１７のいずれのア
ルミナ／シリカ表面被覆酸化チタンでも、試料１７のア
ルミナ／シリカ被覆をしていない酸化チタンより臭素酸
イオンの分解速度が高く、アルミナ／シリカ被覆に分解
速度の向上効果があることがわかる。また、アルミナ混
合比９０、８０％の粉末では３００〜３５０℃付近で分
解速度が最大となることがわかる。極大値をもつ理由に
ついては、アルミナ混合比の場合と同様に吸着性と固体
酸度のバランスの効果による。一般にアルミナ／シリカ
では、５００℃くらいまでは熱処理温度とともに固体酸
度が上昇する。一方、吸着効果については温度上昇とと
もに低下し、主に比表面積の低下が原因と考えられてい
る。これらから、固体酸度から見れば熱処理温度が高い
ほど分解促進効果が大きく、逆に吸着性からみれば熱処
理温度が低いほど分解促進効果が大きくなり、２つの効
果がバランスするところで分解速度が最大になる。
【００３８】
【発明の効果】本発明は、光触媒粒子の表面を２種類以
上の金属原子を含む複合酸化物で被覆した光触媒体が、
環境汚染物質に対し高い分解能を示すことを見出したも
のであり、光触媒表面を２種類以上の金属原子を含む複
合酸化物で被覆することで、固体酸度と物質吸着力を同
時に高めることができる。環境汚染物質の吸着性向上効
果によって、光触媒表面やその近傍に環境汚染物質濃度
を集めることができ、同時に固体酸度に基づく酸触媒の
作用を受けながら、光励起で発生した正孔や電子や二次
的に発生した活性種と環境汚染物質を反応させること
で、環境汚染物質を速やかに分解することができる。
上の金属原子を含む複合酸化物で被覆した光触媒体が、
環境汚染物質に対し高い分解能を示すことを見出したも
のであり、光触媒表面を２種類以上の金属原子を含む複
合酸化物で被覆することで、固体酸度と物質吸着力を同
時に高めることができる。環境汚染物質の吸着性向上効
果によって、光触媒表面やその近傍に環境汚染物質濃度
を集めることができ、同時に固体酸度に基づく酸触媒の
作用を受けながら、光励起で発生した正孔や電子や二次
的に発生した活性種と環境汚染物質を反応させること
で、環境汚染物質を速やかに分解することができる。
【図１】本発明に係る光触媒体の概念図である。
【図２】アルミナ／シリカについてＸ線回析装置で結晶
相を調べた特性図である。
相を調べた特性図である。
【図３】各試料の臭素酸イオン分解速度へのアルミナ混
合比の影響を示す特性図である。
合比の影響を示す特性図である。
【図４】各試料の臭素酸イオン分解速度への熱処理温度
の影響を示す特性図である。
の影響を示す特性図である。
１ 光触媒粒体 ２ ２種類以上の金属原子を含む複合酸化物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０２Ｆ 1/72 １０１ Ｃ０２Ｆ 1/72 １０１ (72)発明者 野口 寛 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内 (72)発明者 橋本 和仁 神奈川県横浜市栄区飯島町2073−２ ニュ ーシティ本郷台Ｄ棟213号 (72)発明者 渡部 俊也 神奈川県藤沢市鵠沼海岸６−15−７ Ｆターム(参考） 4D037 AA05 AB14 BA16 CA11 4D050 AA02 AB44 BC06 4G069 AA03 AA08 BA01A BA02A BA03B BA04A BA04B BA05A BA06A BA48A BB04A BB06A BC12A BC13A BC21A BC22A BC25A BC26A BC35A BC36A BC46A BC50A BC68A CA05 CA10 CA11 DA08 EA01Y EB18Y EE01 FA01 FB06 FB09 FB29 FC07
Claims (7)
- 【請求項１】 光触媒粒子の表面を２種類以上の金属原
子を含む複合酸化物で被覆して、固体酸度と物質吸着力
を高めたことを特徴とする光触媒体。 - 【請求項２】 光触媒粒子が酸化チタン、チタン酸スト
ロンチウム、チタン酸バリウム、酸化亜鉛より選ばれる
少なくとも１種の化合物からなることを特徴とする、請
求項１に記載の光触媒体。 - 【請求項３】 被覆する複合酸化物が、珪素、チタン、
アルミニウム、ジルコニウム、マグネシウム、亜鉛、カ
ドミウム、ビスマス、スズ、鉛、アンチモン、ニッケ
ル、トリウムより選ばれる少なくとも２種の金属原子を
含む化合物であることを特徴とする、請求項１または２
に記載の光触媒体。 - 【請求項４】 複合酸化物を被覆した光触媒体の熱処理
温度が１１０〜５００℃であることを特徴とする、請求
項１ないし３のいずれかに記載の光触媒体。 - 【請求項５】 被覆する２種類以上の金属原子を含む複
合酸化物のうち、１種類の酸化物だけが物質吸着力が高
い場合に、複合酸化物中の金属原子の総量に対する物質
吸着力が高い金属酸化物の金属原子のモル含有率が７０
〜９５％であることを特徴とする、請求項１ないし４の
いずれかに記載の光触媒体。 - 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の光
触媒体に光照射下、環境汚染物質を接触させることを特
徴とする環境浄化方法。 - 【請求項７】 請求項１ないし５のいずれかに記載の光
触媒体に光照射下、水中で臭素酸イオンを接触させるこ
とを特徴とする臭素酸イオン分解方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000334170A JP2002136880A (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | 光触媒体およびそれを用いた環境浄化方法 |
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| JP2000334170A JP2002136880A (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | 光触媒体およびそれを用いた環境浄化方法 |
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|---|---|
| JP2002136880A true JP2002136880A (ja) | 2002-05-14 |
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ID=18810134
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|---|---|---|---|
| JP2000334170A Pending JP2002136880A (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | 光触媒体およびそれを用いた環境浄化方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002136880A (ja) |
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| CN113996348B (zh) * | 2021-10-21 | 2023-08-22 | 西安理工大学 | 一种豇豆结构压电光催化复合纤维的制备方法 |
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