JP2002249319A - 酸化チタンの製造方法 - Google Patents
酸化チタンの製造方法Info
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Abstract
付与するときに用いる塗料の材料として好適な、粒子径
が小さい酸化チタンを簡易に製造する方法を提供する。 【解決手段】 チタン化合物(三塩化チタン〔TiCl
3〕、四塩化チタン〔TiCl4〕、硫酸チタン〔Ti
(SO4)2・mH2O、0≦m≦20〕、オキシ硫酸チ
タン〔TiOSO4・nH2O、0≦n≦20〕、オキシ
塩化チタン〔TiOCl2〕等)と塩基(水酸化ナトリ
ウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウ
ム、アンモニアの水溶液等)をpH2〜7で反応させ、
得られた生成物を焼成することを特徴とする酸化チタン
の製造方法。
Description
法に関するものである。詳細には、光触媒用途に好適な
微粒子酸化チタンの製造方法に関するものである。
大気中の悪臭物質を除去したり、窓ガラス、道路壁を清
浄化することが検討されている。窓ガラス、道路壁のよ
うな建築材料または自動車材料等に酸化チタンを塗布す
る場合、通常、酸化チタンは溶媒と混合され、塗料とし
て用いられる。建築材料または自動車材料等に均一に塗
布するため、塗料材料である酸化チタンは凝集がなく、
粒子径が小さいものであることが望ましい。
て、四塩化チタンを酸素存在下で熱分解する方法が知ら
れているが、複雑な装置が必要であり、また操作が煩雑
となることがあった。また、この酸化チタンは、十分な
光触媒活性を示すものではなかった。
材料または自動車材料等に光触媒活性を付与するときに
用いる塗料の材料として好適な、粒子径が小さい酸化チ
タンを簡易に製造する方法を提供することにある。
の製造方法について検討を行った結果、本発明を完成す
るに至った。
pH2〜7で反応させ、得られた生成物を焼成すること
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。
本発明で用いられるチタン化合物としては、塩基との反
応により水酸化チタンを生成するチタンの化合物であれ
ばよく、例えば、三塩化チタン〔TiCl3〕、四塩化
チタン〔TiCl4〕、硫酸チタン〔Ti(SO4)2・
mH2O、0≦m≦20〕、オキシ硫酸チタン〔TiO
SO4・nH2O、0≦n≦20〕、オキシ塩化チタン
〔TiOCl2〕が挙げられ、中でも、オキシ硫酸チタ
ンの適用が推奨される。チタン化合物は、純度が高いも
のが好ましく、純度99重量%以上であることが好まし
い。高い純度のチタン化合物を用いることにより、高い
光触媒活性を示す微粒子酸化チタンを得ることができ
る。チタン化合物の純度は、例えば、三塩化チタンでは
JIS K8401−1992、四塩化チタンではJI
S K8460−1992、の方法により求めることが
でき、オキシ硫酸チタンでは、例えば、主要成分である
TiO2およびSO3ならびにSiO2、P2O5、Nb2O
5のようなその他の不純物を分析し、TiO2およびSO
3含有量(重量%)をそれぞれA1およびA2とし、Si
O2、P2O5、Nb2O5などの不純物の含有量(重量
%)をそれぞれA3、A4、A5、・・・として、下式 純度(%)=〔(A1+A2)/(A1+A2+A3+A4+A5+・・
・)〕×100 により算出することができる。
化合物は塩基と反応させられる。この反応は、実質的に
全てのチタン化合物を水酸化チタンに変えることができ
る方法で行えばよく、例えば、反応容器内に水性媒体を
入れた後、この反応容器に、攪拌下、チタン化合物の水
溶液と塩基とを供給する方法、または反応管に水性媒体
とチタン化合物と塩基とを連続供給する方法で行うこと
ができる。チタン化合物の水酸化チタンへの反応率は、
通常90%以上、好ましくは95%以上である。反応は
pH2以上、7以下で行われる。反応のときのpHが7
より高いと、チタン化合物と塩基との反応生成物を焼成
して得られる酸化チタンの粒子径が大きくなる。反応の
ときのpHは、2.5以上、さらには3以上であること
が好ましく、また5.5以下、さらには5以下であるこ
とが適当である。なお、本明細書においてpHは、チタ
ン化合物と塩基の混合液または混合スラリーのpHを表
す。
は、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸
ナトリウム、炭酸カリウム、アンモニアの水溶液等の他
に、ヒドラジン、ヒドロキシルアミン、モノエタノール
アミン、非環式アミン化合物、環式脂肪族アミン化合物
等のアミンの水溶液等が挙げられ、中でもアンモニア水
の適用が推奨される。塩基の濃度は、通常0.05重量
%以上、50重量%以下である。
下、さらには70℃以下、とりわけ55℃以下の温度で
行われることが好ましい。反応温度が90℃より高い
と、チタン化合物と塩基の反応が局所的に進行し、生成
物が不均一に生成し、最終的に得られる酸化チタンの粒
子径が大きくなることがある。反応温度はあまり低くな
ると冷媒が必要となるので5℃以上、さらには20℃以
上が適当である。
生成物は、その後さらに、塩基と混合し、熟成を施すこ
とが好ましい。熟成は、例えば、生成物を含むスラリー
を塩基の存在下、一定温度範囲に保持する方法で行うこ
とができる。熟成に際し、生成物は、反応により生じた
塩(例えば、硫酸アンモニウム等)の溶液から分離され
た後、塩基を添加、混合してもよい。このような熟成が
生成物に施されることにより、熟成後の生成物を焼成し
て得られる酸化チタンは、微粒子でかつ可視光線の照射
に対し優れた活性を示すものとなる。熟成に用いられる
塩基としては、例えば、アンモニア水等が挙げられ、そ
の濃度は、通常0.05重量%以上、50重量%以下で
ある。熟成温度は0℃以上、さらには10℃以上が好ま
しく、また110℃以下、さらには80℃以下が適当で
ある。熟成時間は、塩基濃度、熟成温度により異なり一
義的ではないが、通常0.01時間以上、好ましくは
0.5時間以上であり、60時間以内、好ましくは24
時間以内である。熟成のときに混合される塩基と、上述
した反応に用いられる塩基とは、同種でかつ同濃度、同
種で異なる濃度、または異種のいずれであってもよい。
塩基の総量は、水の存在下でチタン化合物を水酸化チタ
ンに変えるのに必要な塩基の化学量論量を超える量であ
ることが好ましく、例えば1.1モル倍以上であること
が好ましい。用いる塩基の量が多いほど最終的に得られ
る微粒子酸化チタンの光触媒活性が高くなる傾向にある
ので、1.5モル倍以上がさらに好ましい。一方、塩基
の量があまり多くなると、もはや酸化チタンの光触媒活
性を向上させることが困難となるので、20モル倍以
下、さらには10モル倍以下が適当である。
常、固体と液体に分離され、さらに分離された固体は必
要に応じて洗浄される。分離は、加圧濾過、真空濾過、
遠心分離、デカンテーション等で行うことができる。ま
た、分離は、スラリーを気流乾燥等で加熱し、液体を蒸
発させる方法で行うこともできる。これらの分離操作に
より、熟成された生成物を固体として回収することがで
きる。
ー、または任意に行われる分離操作により回収された生
成物は、焼成される。焼成は300℃以上、さらには3
50℃以上で行うことが好ましく、600℃以下、さら
には500℃以下で行うことが適当である。焼成温度が
高くなり過ぎると、十分な光触媒活性を示す微粒子酸化
チタンを得ることが困難になる。焼成は、例えば、気流
焼成炉、トンネル炉、回転炉等で行うことができる。
ンは、通常、平均粒子径が20μm以下であり、結晶構
造がアナターゼ型である。また、この酸化チタンは紫外
線および/または可視光線の照射により光触媒活性を示
すものである。中でも、チタン化合物と塩基の反応によ
り得られた生成物に塩基を添加、混合し、熟成した後、
焼成する、本発明の製造方法により得られる酸化チタン
は可視光線の照射により優れた光触媒活性を示すもので
ある。
明するが、本発明は本実施例に限定されるものではな
い。なお、酸化チタンの平均粒子径、結晶構造は以下の
方法で測定した。
ン酸ナトリウム(和光純薬工業製)の0.2重量%水溶
液中に分散させた後、粒度分布測定装置(商品名“MICR
OTRAC HRA model 9320-X100”、日機装製)を用いて5
0体積%径を測定し、これを平均粒子径とした。
−IIA”、理学電機製)を用いて測定した。
%、P2O5含有量0.034重量%、Nb2O5含有量
0.03重量%、純度99.93%のオキシ硫酸チタン
水和物(添川理化学製)102gを水68gに溶解し、
pH約1のオキシ硫酸チタン水溶液を調製した。
5重量%アンモニア水(試薬特級、和光純薬工業製)を
供給してpHを一定に調節する機構を有するpHコント
ローラとを備えた1Lフラスコに水300gを入れた。
pHコントローラーのpH設定値を4とし、水のpHを
設定値に調節した。このフラスコ内に、400rpmで
攪拌しながら、上で得られたオキシ硫酸チタン水溶液1
70gを5ml/minで添加し、pHコントローラに
よりフラスコ内に供給されるアンモニア水と反応させ
た。オキシ硫酸チタン水溶液の添加が終了するまでにフ
ラスコ内に供給された25重量%アンモニア水の量は5
8gであった。
ン水溶液の添加を開始してから1分間はpH3.6〜
4.6であり、添加開始5分後から添加終了まではpH
3.9〜4.0であった。オキシ硫酸チタン水溶液の添
加開始時の液温は24℃であり、添加終了時の液温は4
0℃であった。
保持し、ついで25重量%アンモニア水(試薬特級、和
光純薬工業製)56gを供給した後、攪拌下で1時間保
持して生成物を熟成した。このとき、生成物を含むスラ
リーの温度は30℃で一定であった。フラスコ内に供給
されたアンモニア水の総量は114gであり、オキシ硫
酸チタンを水酸化チタンに変えるのに必要な塩基の化学
量論量の2倍であった。
浄、乾燥し、この乾燥物を400℃の空気中で1時間焼
成して、粒子状酸化チタンを得た。この酸化チタンは、
平均粒子径が3.5μmであり、結晶構造がアナターゼ
型であった。
さ10cm、容量約0.5Lの密閉式ガラス製反応容器
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13.4μ
mol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
“ランプUXL−500SX”、ウシオ電機製)を取り
付けた光源装置(商品名“オプティカルモジュレックス
SX−UI500XQ”、ウシオ電機製)に、波長約4
30nm以下の紫外線をカットするフィルター(商品名
“Y−45”、旭テクノガラス製)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触媒作用を評価した。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
20.93μmol/hであった。
2gを水408gに溶解し、pH約1のオキシ硫酸チタ
ン水溶液を調製した。
5重量%アンモニア水(試薬特級、和光純薬工業製)を
供給してpHを一定に調節する機構を有するpHコント
ローラとを備えた1Lフラスコに水300gを入れた。
pHコントローラーのpH設定値を4とし、水のpHを
設定値に調節した。このフラスコ内に、400rpmで
攪拌しながら、上で得られたオキシ硫酸チタン水溶液5
10gを5ml/minで添加し、pHコントローラに
よりフラスコ内に供給されたアンモニア水と反応させ
た。オキシ硫酸チタン水溶液の添加が終了するまでにフ
ラスコ内に供給された25重量%アンモニア水の量は5
8gであった。
ン水溶液の添加を開始してから1分間はpH2.7〜
6.4であり、添加開始20分後から添加終了まではp
H3.9〜4.1であった。オキシ硫酸チタン水溶液の
添加開始時の液温は24℃であり、添加終了時の液温は
33℃であった。
過、洗浄、乾燥し、この乾燥物を400℃の空気中で1
時間焼成後、さらに洗浄、乾燥して、粒子状酸化チタン
を得た。この酸化チタンは、平均粒子径が3.1μmで
あり、結晶構造がアナターゼ型であった。
化チタンの活性評価〕と同条件で評価した。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.
76μmol/hであった。
れ、これを恒温槽内に設置した。恒温槽内の温度を調節
して、フラスコ内の水の温度を60℃にした。ついでp
HコントローラーのpH設定値を4とし、水のpHを設
定値に調節した。このフラスコ内に、400rpmで攪
拌しながら、実施例1と同様に調製したオキシ硫酸チタ
ン水溶液を5ml/minで添加し、pHコントローラ
によりフラスコ内に供給されたアンモニア水と反応させ
て、スラリーを得た。オキシ硫酸チタン水溶液の添加が
終了するまでにフラスコ内に供給された25重量%アン
モニア水の量は58gであった。フラスコ内の液のpH
は、添加開始4分後から添加終了まではpH3.9〜
4.0であった。またフラスコ内の液温は、オキシ硫酸
チタン水溶液の添加開始時が62℃であり、添加終了時
が61℃であった。
スコ内の液を60℃に保持しながら1時間攪拌した。つ
いでフラスコ内に、攪拌しながら、25重量%アンモニ
ア水(試薬特級、和光純薬工業製)56gを供給し、さ
らに攪拌しながら1時間保持して、熟成を行った。熟成
時のフラスコ内の液温は61℃〜62℃であった。フラ
スコ内に供給されたアンモニア水の総量は114gであ
り、オキシ硫酸チタンを水酸化チタンに変えるのに必要
な塩基の化学量論量の2倍であった。熟成後のスラリー
を濾過、洗浄、乾燥し、この乾燥物を400℃の空気中
で1時間焼成した。ついで、この焼成物を温水洗浄、乾
燥して、粒子状酸化チタンを得た。この酸化チタンは、
平均粒子径が4.4μmであり、結晶構造がアナターゼ
型であった。この酸化チタンについて、実施例1の〔酸
化チタンの活性評価〕と同条件で評価した。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1
7.32μmol/hであった。
れ、これを氷水浴内に設置した。pHコントローラーの
pH設定値を4とし、水のpHを設定値に調節した。こ
のフラスコ内に、400rpmで攪拌しながら、実施例
1と同様に調製したオキシ硫酸チタン水溶液を5ml/
minで添加し、pHコントローラによりフラスコ内に
供給されたアンモニア水と反応させて、スラリーを得
た。オキシ硫酸チタン水溶液の添加が終了するまでにフ
ラスコ内に供給された25重量%アンモニア水の量は5
8gであった。フラスコ内の液のpHは、オキシ硫酸チ
タン水溶液の添加を開始してから2分間はpH3.7〜
4.1であり、添加開始8分後から添加終了まではpH
3.9〜4.0であった。またフラスコ内の液温は、オ
キシ硫酸チタン水溶液の添加開始時が1.5℃であり、
添加終了時が14℃であった。
スコ内の液を4℃に保持しながら1時間攪拌した。つい
でフラスコ内に、攪拌しながら、25重量%アンモニア
水(試薬特級、和光純薬工業製)56gを供給し、さら
に攪拌しながら1時間保持して、熟成を行った。熟成時
のフラスコ内の液温は10℃であった。フラスコ内に供
給されたアンモニア水の総量は114gであり、オキシ
硫酸チタンを水酸化チタンに変えるのに必要な塩基の化
学量論量の2倍であった。熟成後のスラリーを濾過、洗
浄、乾燥し、この乾燥物を400℃の空気中で1時間焼
成した。ついで、この焼成物を温水洗浄、乾燥して、粒
子状酸化チタンを得た。この酸化チタンは、平均粒子径
が3.8μmであり、結晶構造がアナターゼ型であっ
た。この酸化チタンについて、実施例1の〔酸化チタン
の活性評価〕と同条件で評価した。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11.87μ
mol/hであった。
れた。pHコントローラーのpH設定値を4とし、水の
pHを設定値に調節した。このフラスコ内に、400r
pmで攪拌しながら、実施例1と同様に調製したオキシ
硫酸チタン水溶液を5ml/minで添加し、pHコン
トローラによりフラスコ内に供給されたアンモニア水と
反応させて、スラリーを得た。オキシ硫酸チタン水溶液
の添加が終了するまでにフラスコ内に供給された25重
量%アンモニア水の量は58gであった。フラスコ内の
液のpHは、オキシ硫酸チタン水溶液の添加を開始して
から2分間はpH3.6〜4.3であり、添加開始7分
後から添加終了まではpH3.9〜4.0であった。ま
たフラスコ内の液温は、オキシ硫酸チタン水溶液の添加
開始時が24℃であり、添加終了時が42℃であった。
スコ内のスラリーを1時間攪拌した。ついでフラスコ内
に、攪拌しながら、25重量%アンモニア水(試薬特
級、和光純薬工業製)14gを供給し、さらに攪拌しな
がら1時間保持して、熟成を行った。熟成時のフラスコ
内の液温は27℃〜32℃であった。フラスコ内に供給
されたアンモニア水の総量は72gであり、オキシ硫酸
チタンを水酸化チタンに変えるのに必要な塩基の化学量
論量の1.3倍であった。熟成後のスラリーを濾過、洗
浄、乾燥し、この乾燥物を400℃の空気中で1時間焼
成した。ついで、この焼成物を温水洗浄、乾燥して、粒
子状酸化チタンを得た。この酸化チタンは、平均粒子径
が5.1μmであり、結晶構造がアナターゼ型であっ
た。この酸化チタンについて、実施例1の〔酸化チタン
の活性評価〕と同条件で評価した。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16.8μm
ol/hであった。
酸チタン水和物102gを水408gに溶解し、オキシ
硫酸チタン水溶液を調製した。このフラスコに、400
rpmで攪拌しながら、25重量%アンモニア水(試薬
特級、和光純薬工業製)を5ml/minで供給してオ
キシ硫酸チタン水溶液と反応させた。フラスコ内の液の
pHは、アンモニア水の添加を開始してから1分間はp
H0.7であり、添加終了後はpH4.0であった。ア
ンモニア水の添加開始時の液温は62℃であり、添加終
了時の液温は65℃であった。フラスコ内に供給したア
ンモニア水の総量は58gであり、オキシ硫酸チタンを
水酸化チタンに変えるのに必要な塩基の化学量論量の1
倍であった。
れた乾燥物を400℃の空気中で1時間焼成して、粒子
状酸化チタンを得た。この酸化チタンの平均粒子径は4
1.8μmであった。
化チタンの活性評価〕と同条件で評価した。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0μ
mol/hであった。
を示す微粒子酸化チタンを簡易に得ることができる。さ
らに、熟成操作を組合せた本発明の製造方法によれば、
可視光線の照射に対し優れた光触媒活性を示す微粒子酸
化チタンを得ることができる。
Claims (7)
- 【請求項1】 チタン化合物と塩基をpH2〜7で反応
させ、得られた生成物を焼成することを特徴とする酸化
チタンの製造方法。 - 【請求項2】 チタン化合物が、三塩化チタン、四塩化
チタン、硫酸チタン、オキシ硫酸チタン、オキシ塩化チ
タンから選ばれる請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 反応のときのpHが2〜5.5である請
求項1または2記載の方法。 - 【請求項4】 反応が90℃以下で行われる請求項1〜
3のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項5】 焼成前に、反応により得られた生成物に
塩基を添加、混合し、熟成を施す請求項1〜4のいずれ
か1項に記載の方法。 - 【請求項6】 反応と熟成に用いる塩基の量が、チタン
化合物を水酸化チタンに変えるのに必要な塩基の化学量
論量を超える請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 反応と熟成に用いる塩基がアンモニアで
ある請求項5または6に記載の方法。
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2001
- 2001-11-30 JP JP2001366250A patent/JP4078479B2/ja not_active Expired - Fee Related
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WO2019088017A1 (ja) * | 2017-11-02 | 2019-05-09 | 堺化学工業株式会社 | 水酸化チタンの製造方法 |
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WO2020217830A1 (ja) * | 2019-04-26 | 2020-10-29 | 堺化学工業株式会社 | 希土類元素を含む水酸化チタン及び二酸化チタンの製造方法 |
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