JP2003112053A - 活性ラジカル種発生剤及びそれを用いた活性ラジカル種発生方法 - Google Patents
活性ラジカル種発生剤及びそれを用いた活性ラジカル種発生方法Info
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Abstract
手できる新規な活性ラジカル種発生剤、及びこのものを
用いて活性ラジカル種を発生させる方法を提供する。 【解決手段】 アルミニウム陽極酸化皮膜からなる活性
ラジカル種発生剤であって、アルミニウム陽極酸化皮膜
に、水の存在下で光照射することにより活性ラジカル種
を発生させる。
Description
な、新規な活性ラジカル種発生剤及びそれを用いた活性
ラジカル種を発生させる方法に関するものである。
ることにより、水が水素と酸素に光分解される、いわゆ
る本多−藤島効果[「工業化学雑誌」,第72巻,第1
08〜113ページ(1969年)]が見出されて以
来、光触媒の開発や実用化研究が盛んに行われるように
なってきた。
光触媒活性物質を、そのバンドギャップ以上のエネルギ
ーの光で励起すると、伝導帯に電子(e)が生じ、かつ
価電子帯に正孔(h+)が生じ、このエネルギーに富ん
だ電子−正孔対を利用するものである。
ように電子−正孔対が生成し、生成した電子は表面酸素
を還元してスーパーオキシドアニオンラジカル(・
O2 -)を生成させると共に、正孔は表面吸着水の水酸基
を酸化してヒドロキシラジカル(・OH)を生成させ、
これらの反応性の活性ラジカル種によって、共存する分
子を酸化又は還元し、高効率で分解することが知られて
いる。
ば脱臭、防汚、抗菌、殺菌、さらには廃水中や廃ガス中
の環境汚染上の問題となっている各種物質の分解・除去
などが検討されている。
化合物、例えば二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングス
テン、チタン酸バリウム(BaTi4O9)、チタン酸ス
トロンチウム(SrTiO3)、チタン酸ナトリウム
(Na2Ti6O13)、二酸化ジルコニウム、α‐Fe2
O3、硫化カドミウム、硫化亜鉛などが知られている。
これらの中で、二酸化チタン、特にアナターゼ型二酸化
チタンは実用的な光触媒として有用である。この二酸化
チタンは、太陽光などの日常光に含まれる紫外線領域の
特定波長の光を吸収することによって優れた光触媒活性
を示す。
ーパーオキシドアニオンラジカルやヒドロキシラジカル
のような活性ラジカル種を生成する物質は、二酸化チタ
ンなどと同様に光触媒としての機能を有することが予想
され、現在、光照射により活性ラジカル種を生成する工
業的に容易に入手しうる新規な光触媒活性物質の開発研
究が盛んに行われている。
とにより、その表面に形成されたアルミニウム陽極酸化
皮膜は、特異な幾何学構造、すなわち構造の中心に細孔
を有するシリンダー状のセルが六方配列したハニカム状
構造を有している。そして、この細孔にニッケルやスズ
などの金属を電気的に析出させて着色する電解着色法が
開発され、現在アルミ電解コンデンサや様々なデバイス
の出発材料として利用されている。
縁体であるが、前記アルミニウム陽極酸化皮膜は、アル
ミニウムを過剰に含む電子過剰型のn型半導体と考えら
れており、また光電気効果などが観察されることから、
光触媒活性物質としての可能性があると期待できる。
て有用で、かつ工業的に容易に入手できる新規な活性ラ
ジカル種発生剤、及びこのものを用いて活性ラジカル種
を発生させる方法を提供することを目的としてなされた
ものである。
して有用な新規な活性ラジカル種発生剤を開発すべく鋭
意研究を重ねた結果、アルミニウム陽極酸化皮膜に、水
の存在下で光照射すれば、スーパーオキシドアニオンラ
ジカルやヒドロキシラジカルが生成することを見出し、
この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
化皮膜からなる活性ラジカル種発生剤、及びアルミニウ
ム陽極酸化皮膜に、水の存在下で光照射することを特徴
とする活性ラジカル種発生方法を提供するものである。
は、アルミニウム陽極酸化皮膜からなるものであり、こ
のアルミニウム陽極酸化皮膜は、アルミニウム材料を陽
極酸化処理することにより形成することができる。
ム材料としては、1000系の純アルミニウムが好まし
い。この1000系の純アルミニウムには、純度99.
99%より高い高純度アルミニウムや、1%までの不純
物と少量の添加元素を含む工業用純アルミニウムなどが
あるが、そのいずれでもよい。
としては、従来のアルミニウム材料の陽極酸化処理にお
いて慣用されている公知の方法の中から適宜選んで用い
ることができ、特に制限はない。例えば、アルミニウム
材料の表面を脱脂洗浄処理後、エッチング処理し、これ
を陽極として、またチタン、アルミニウム、グラファイ
トなどを陰極として、硫酸、シュウ酸、スルファミン酸
などの酸性電解液中で直流通電することにより行うこと
ができる。この陽極酸化処理を効果的に行うには、酸性
電解液として、好ましくは130〜250g/リット
ル、より好ましくは160〜220g/リットル濃度の
硫酸水溶液を用い、浴温度5〜40℃程度、好ましくは
10〜25℃、電流密度70〜200A/m2程度、好
ましくは80〜150A/m2、電解時間10〜90分
間程度、好ましくは20〜60分間の条件で直流通電す
る。このようにして形成された陽極酸化皮膜の厚さとし
ては、特に制限はないが、通常5〜50μm程度であ
る。
るには、前記のアルミニウム陽極酸化皮膜に、水の存在
下で光照射する。照射する光として紫外線領域の波長の
光が好ましい。また水として、空気中の水分を用いるこ
ともできるし、水中で光照射を行ってもよい。発生する
活性ラジカル種は、スーパーオキシドアニオンラジカル
又はヒドロキシラジカルあるいはその両方である。
鳴(ESR)分光装置を用いたスピントラップ法により
検出することができる。このスピントラップ法は、不対
電子をもたないスピントラップ剤により、不安定なスー
パーオキシドアニオンラジカル(・O2 -)やヒドロキシ
ラジカル(・OH)をトラップし、比較的に安定なスピ
ンをもつスピンアダクトを生成させてESR測定を行
い、不安定なラジカル種を同定する方法である。スピン
トラップ剤としては、例えば式
ホスホキシド(DMPO)などが用いられる。
性物質は、そのバンドギャップ以上のエネルギーの光で
励起すると、伝導帯に電子が生じ、かつ価電子帯に正孔
が生じる。生成した電子は表面酸素を還元してスーパー
オキシドアニオンラジカルを生成させ、一方正孔は表面
吸着水の水酸基を酸化してヒドロキシラジカルを生成さ
せることにより、光触媒機能を発揮する。
ニウム陽極酸化皮膜に、水の存在下で光照射することに
よって、スーパーオキシドアニオンラジカルやヒドロキ
シラジカルのような活性ラジカル種の発生が認められた
ことにより、該アルミニウム陽極酸化皮膜は、光触媒と
して有用であることが期待できる。
するが、本発明は、これらの例によってなんら限定され
るものではない。
る方法で脱脂処理、水洗、エッチング処理、水洗、中和
及び水洗の操作を順次施して前処理したものを用いた。
20質量%の硫酸を含む電解液中において、上記の前処
理アルミニウム板(10×10cm)を陽極、チタンを
陰極とし、浴温10℃、電流密度300A/m 2の条件
で25分間直流通電して陽極酸化処理を施し、厚さ20
μmのアルミニウム陽極酸化皮膜を形成した。
20μm3を添加した水溶液中に、上記(1)で得られ
た陽極酸化皮膜を有するアルミニウム材を浸漬し、これ
に500Wキセノンランプ(ウシオ電機社製、商品名)
を光源とし、ガラスフィルター(UV−D35)を通し
て紫外線を強度17mW/cm2で30分間照射した。
その後、スピントラップ用の石英扁平セルで溶液を吸引
し、電子スピン共鳴装置(日本電子社製、商品名「JE
S−FA200」)により、下記の条件でESRスペク
トルを測定した。図1にこのESRスペクトル図を示
す。
2:2:1の典型的な形を示し、パターンと超微細結合
定数から、このスピンアダクトはヒドロキシラジカル
(・OH)によるものと確認した。
トの濃度との関係を示すグラフである。この図2から分
かるように、DMPO・OHアダクトの濃度は、照射時
間に伴い増加しており、その増加割合は10分間で0.
05μmol・dm-3であった。このESRの測定で
は、・OHの生成のみが確認でき、・O2 -は検出されな
かった。これは、・OHとDMPOの反応性が・O2 -と
DMPOの反応性よりもはるかに大きいためと考えられ
る。
チルスルホキシド(DMSO)を用いた以外は、実施例
1と同様な操作を行った。図3にESRスペクトル図を
示す。この図3より、スーパーオキシドアニオンラジカ
ル(・O2 -)によるDMPO・O2 -アダクトのシグナル
が確認された。実施例1及び実施例2の結果、アルミニ
ウム陽極酸化皮膜に光照射を行うことにより、・OHや
・O2 -が生成することが分かった。
的に入手が容易なアルミニウム陽極酸化皮膜からなるも
のであって、光照射によりスーパーオキシドアニオンラ
ジカルやヒドロキシラジカルを生成し、光触媒として有
用である。
に光照射した際のDMPO・OHアダクトの生成を示す
ESRスペクトル図。
に光照射した際の照射時間とDMPO・OHアダクトの
濃度との関係を示すグラフ。
に光照射した際のDMPO・O2 -アダクトの生成を示す
ESRスペクトル図。
Claims (3)
- 【請求項1】 アルミニウム陽極酸化皮膜からなる活性
ラジカル種発生剤。 - 【請求項2】 アルミニウム陽極酸化皮膜に、水の存在
下で光照射することを特徴とする活性ラジカル種発生方
法。 - 【請求項3】 活性ラジカル種がヒドロキシラジカル
(・OH)又はスーパーオキシドアニオンラジカル(・
O2 -)である請求項2記載の活性ラジカル種発生方法。
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2001
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