JP2004196647A - 水過酸化チタン溶液の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中性の水過酸化チタン溶液を低コストで製造する製造方法を提供する。
【解決手段】洗浄工程で回収された水酸化チタン沈殿の湿潤ケーキは、反応容器３０１の中で蒸留水に分散させられる。この水酸化チタン沈殿が分散された蒸留水には、常圧下においてオゾンガスが導入される。そして、水酸化チタン沈殿にオゾンが作用することによって、反応容器３０１の中には、淡黄色かつ中性の水過酸化チタン溶液が生成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、水過酸化チタン溶液の製造方法に関する。

医療機関や食品工場等の衛生維持や居住空間の生活環境向上のために、建材、建具、調度および用品等に抗菌機能や有害化学物質の分解機能を付与することが行われている。これらの機能の付与には、光触媒特性を有する酸化チタンが使用されることが多い。

この目的で使用される酸化チタンは、酸化チタン粉体を溶媒に分散させたスラリーや、酸化チタンのゾル（コロイド溶液）として提供される。特に、低温で触媒活性を発現可能であるとともに、可視光に対する透過性を有しながら紫外線を吸収するため紫外線遮蔽剤としても利用可能な酸化チタンのゾルは、多くの検討の対象となっている。あるいは、加熱等によって容易に酸化チタンとなるチタン化合物のゾルも、多くの検討の対象となっている。

例えば、特許文献１には、チタン塩溶液にアルカリを添加して水酸化チタンを析出させた後に、当該水酸化チタンと酸とを反応させて、コロイド状無定形酸化チタンを生成させる技術が開示されている。

また、特許文献２には、チタン化合物水溶液を加熱加水分解して得た酸化チタン微粒子、あるいはチタン化合物水溶液にアルカリを添加し中和して得た酸化チタン微粒子を酸と混合して加熱処理を行い、当該加熱処理後の酸化チタンの表面を表面処理してからスラリー中の不純物の除去処理を行ってゾルを生成する技術が開示されている。

また、特許文献３には、酸性酸化チタンゾルにアルカリ成分を添加してｐＨを調整した後に、脱イオン処理を施してゾルを生成する技術が開示されている。

また、特許文献４には、チタン溶液と塩基性溶液から作成した水酸化チタンゲルに過酸化水素水を作用させてゾル化する技術が開示されている。

特開平８−２０８２２８号公報 特開平１０−１５８０１５号公報 特開２０００−１１９０１９号公報 特開平９−７１４１８号公報

しかし、特許文献１〜４の技術においては、製造の中間工程で混入する不純物を除去するための煩雑な処理が必要であり、ゾルの製造コストの点で不利であるという問題がある。

また、特許文献１および特許文献２の技術においては、ゾルが中性ではないので、ゾルの塗布対象に制約があり、その取り扱いも難しいという問題がある。

また、特許文献４の技術においては、過酸化水素水を作用させる工程で加圧を行う必要があり、やはりゾルの製造コストの点で不利であるとともに、小ロットの生産に対応しにくいという問題がある。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、中性の水過酸化チタン溶液を低コストで製造するための製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、水過酸化チタン溶液の製造方法であって、(a)水酸化チタン沈殿を生成する沈殿生成工程と、(b)前記水酸化チタン沈殿に水中でオゾンを作用させて水過酸化チタン溶液を生成する溶液生成工程とを備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の水過酸化チタン溶液の製造方法であって、前記水酸化チタン沈殿は、本質的に不純物を含まない水と、本質的に不純物を含まない四塩化チタンとを反応させて得られた、四塩化チタンの加水分解物であることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の水過酸化チタン溶液の製造方法であって、前記溶液生成工程が常圧下で行われることを特徴とする。

請求項１ないし請求項３の発明によれば、中性の水過酸化チタン溶液を低コストで製造可能となる。

本実施形態に係る水過酸化チタン溶液は、水酸化チタン沈殿に水中でオゾンを作用させることにより製造される。

オゾンの作用対象となる水酸化チタン沈殿の製造方法は必ずしも制限されないが、水と四塩化チタンとを反応させて得られた加水分解物であることが望ましい。この場合、出発原料となる水と四塩化チタンとは、不可避的に混入するコンタミネーションを除いては、本質的に不純物を含有しないことが望ましい。また、加水分解工程においては、水酸化ナトリウムやアンモニア等のアルカリをはじめとする不純物成分を不可避的に混入する以上に添加しないことが望ましい。また、加水分解工程においては、水と四塩化チタンとの混合溶液の液温を室温以上とすることにより、水酸化チタン沈殿を効率的に製造可能である。具体的には、液温を常温で水酸化チタンの沈殿を効率的に製造可能である。

このようにして製造された水酸化チタン沈殿は所定の方法で洗浄される。洗浄方法は、水酸化チタン沈殿の製造工程において混入した不純物あるいは出発原料に含まれる不純物を有効に除去可能な方法であれば特に制限されず、製造量に応じて周知の様々な方法の中から適宜選択される。

例えば、製造量が比較的少量であるならば、洗浄水を用いたデカンテーションにより水酸化チタン沈殿の洗浄を行ってもよい。製造量がより大量の場合、水および水に溶解している不純物を吸引ろ過や遠心分離等により水酸化チタン沈殿から除去してもよい。このとき、洗浄水を必要に応じて追加してもよい。また、プレスろ過や絞りろ過等のより大量製造に向いたろ過方法を使用することも許容される。洗浄水には、一般工業用水を使用してもよいが、蒸留水や脱イオン水等の不純物含有量が一般工業用水より少ない水を使用することが望まれる。なお、上述の水酸化チタン沈殿の製造方法においては、水酸化ナトリウムやアンモニア等のアルカリをはじめとする不純物成分を添加しないので、特許文献４等で開示されている技術よりも洗浄方法を簡略化しても実用上十分な純度の水酸化チタンの沈殿を得ることが可能である。

このようにして洗浄が終了した水酸化チタン沈殿は水と混合される。この水酸化チタン沈殿と水との混合物には気体酸化剤（過酸化物）であるオゾンが導入され、水酸化チタンの酸化処理が行われる。オゾン導入は常圧で実施可能であり、酸化剤として過酸化水素水を使用する従来技術のように加圧装置は必要とされない。したがって、この方法によれば簡便な設備で水過酸化チタン溶液を生成可能であり、水過酸化チタン溶液の製造コストを低減可能であるとともに、小ロットの製造にも対応しやすい。

以下では実施形態に係る実施例について図１〜図３を参照しながら説明する。なお、本実施例は、特許請求の範囲で特定される発明を説明するための一例に過ぎず、様々に変形可能である。特に、本実施例で説明する出発原料や溶媒の量や製造装置の規模は、必要な最終製品量に応じて適宜変更可能である。

○沈殿生成工程；
まず、水酸化チタンの沈殿生成工程で使用される沈殿生成装置１について図１の断面図（模式図）を参照しながら説明する。沈殿生成装置１は、液体を保持可能な有底の反応容器１０１を備える。反応容器１０１は、マグネチックスターラー装置１０２の上に載置されており、内容物の液体の中にはマグネチックスターラー装置によって回転可能な回転子（スターラーバー）１０３が沈められている。反応容器１０１の内部の液体は、回転子１０３の回転によって攪拌可能である。なお、この攪拌は、マグネチックスターラー装置１０２以外の機械的攪拌手段や超音波洗浄器等によって行われてもよい。

反応容器１０１は、蓋１０４によって封示されている。蓋１０４には、四塩化チタンの投入口１０５と、反応時に発生する塩化水素ガスおよび塩素ガスを排気するための排気系１０６が接続される。排気系１０６は、塩化水素ガスおよび塩素ガスを吸収除去する水酸化ナトリウム中和槽１０７に接続される。また、反応容器１０１の側面下部には、生成した水酸化チタン沈殿を回収する回収口１０８が設けられている。回収口１０８は、チューブポンプ１０９等の液体搬送手段を介して、洗浄工程で使用される洗浄装置２へ接続されている。

続いて、沈殿生成装置を用いた水酸化チタン沈殿の製造方法を説明する。

まず、反応容器１０１の内容物として、７リットルの蒸留水Ｗが準備された状態で、マグネチックスターラー装置１０２を始動して、蒸留水Ｗの攪拌を開始した。蒸留水Ｗの攪拌を継続しながら、１００ミリリットルの四塩化チタンを１０ミリリットル／分のスピードで投入口から投入して加水分解反応を進行させた。これにより、反応容器１０１の中には、水酸化チタン沈殿が生成した。このとき、必要に応じて反応容器１０１の内容物を加温することにより、水酸化チタン沈殿の生成効率を向上可能である。また、加水分解反応に伴って発生する塩化水素ガスおよび塩素ガスは、排気系１０６を介して水酸化ナトリウム中和層１０７へ導かれて、水酸化ナトリウム水溶液に吸収除去される。このようにして生成された水酸化チタン沈殿は、水との混合スラリーとして回収口１０８から回収され、後述する洗浄装置２へ送られる。

○洗浄工程；
先述の沈殿生成工程で得られた水酸化チタン沈殿の洗浄に使用される洗浄装置２について図２の断面図（模式図）を参照しながら説明する。

洗浄装置２は、一般的な吸引ろ過装置である。洗浄装置２は、ブフナー漏斗２０１を備える。ブフナー漏斗２０１の吸引面２０１ａには、水酸化チタン沈殿Ｍを透過しないろ紙２０２が載置されている。ブフナー漏斗２０１の吸引口２０３には、穴開きゴム栓２０４が取り付けられている。そして、ブフナー漏斗２０１は、ゴム栓２０４を用いて吸引ろ過物を受け止める吸引管２０５に固定されている。また、吸引管２０５の側面に設けられた吸気口２０６は、減圧用のアスピレータ（不図示）に接続されている。さらに、吸引管２０５の下部には、吸引ろ過物を排水する排水系２０７が接続されている。この排水系２０７は図示しない廃水処理装置へ接続される。

続いて、洗浄装置２を用いた水酸化チタン沈殿の洗浄について説明する。

アスピレータを起動して吸引口２０３からの吸引が行われている状態で、沈殿生成装置１から送られてきた水酸化チタン沈殿と水との混合スラリーを、ブフナー漏斗２０１の開口部から投入した。このとき、必要に応じて蒸留水を追加してもよい。これにより、ろ紙２０１ａの上には、水酸化チタン沈殿Ｍが堆積した。この水酸化チタン沈殿Ｍは、湿潤ケーキとして回収され、次の溶液生成工程で使用される。

○溶液生成工程；
溶液生成工程においては、図３の断面図に示す溶液生成装置３が使用される。溶液生成装置３は、反応容器３０１と、反応容器３０１に保持されている液体内にオゾンガスを導入するガス配管３０２とを備える。ガス配管３０２は、オゾンガスの供給源３０３に接続されている。

先述した洗浄工程で回収された水酸化チタン沈殿の湿潤ケーキは、反応容器３０１の中で４２０ミリリットルの蒸留水に分散させられる。この水酸化チタン沈殿が分散された蒸留水には、常圧下において０．２リットル／分でオゾンガスが導入される。この溶液生成工程で水中の水酸化チタン沈殿にオゾンが作用（酸化）することにより、水酸化チタンが酸化される。そして、水酸化チタンは、ペルオキソチタン酸イオンとして水に溶解するとともに、高分子鎖が切断されて低分子のゾルへと変化する。この溶液生成工程における生成物は、淡黄色に着色した水過酸化チタン溶液である。この水過酸化チタン溶液は、塗布対象物質上に塗布して膜を形成することにより、抗菌機能や有害化学物質の分解機能を塗布対象物質に付与することが可能である。あるいは、この水過酸化チタン溶液は、対象物に浸漬させることも可能である。この水過酸化チタン溶液は中性であるので、塗布または浸漬対象物が金属であっても腐食させることはなく、皮膚等に接触させても特に問題は発生しないので容易に取り扱うことが可能である。

また、この水過酸化チタン水溶液によって形成された膜は、可視光に対する透過性を有する一方で、紫外線の遮蔽効果を有している。

水酸化チタンの沈殿生成工程で使用される沈殿生成装置１の断面図である。 水酸化チタン沈殿の洗浄工程で使用される洗浄装置２の断面図である。 水過酸化チタン溶液の溶液生成工程で使用される溶液生成装置３の断面図である。

符号の説明

１ 沈殿生成装置
２ 洗浄装置
３ 溶液生成装置
１０１ 反応容器
１０２ マグネチックスターラー装置
１０３ 回転子
２０１ ブフナー漏斗
２０２ 吸引管
３０１ 反応容器
３０３ オゾン供給源

Claims (3)

1. 水過酸化チタン溶液の製造方法であって、
   (a) 水酸化チタン沈殿を生成する沈殿生成工程と、
   (b) 前記水酸化チタン沈殿に水中でオゾンを作用させて水過酸化チタン溶液を生成する溶液生成工程と、
   を備えることを特徴とする水過酸化チタン溶液の製造方法。
2. 請求項１に記載の水過酸化チタン溶液の製造方法であって、
   前記水酸化チタン沈殿は、
   本質的に不純物を含まない水と、
   本質的に不純物を含まない四塩化チタンと、
   を反応させて得られた、四塩化チタンの加水分解物であることを特徴とする水過酸化チタン溶液の製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の水過酸化チタン溶液の製造方法であって、
   前記溶液生成工程が常圧下で行われることを特徴とする水過酸化チタン溶液の製造方法。
   

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