JP2006297277A - 光触媒材料 - Google Patents
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Abstract
【課題】 暗所あるいは光量が乏しい場所でも、優れた光触媒作用を発揮でき、しかも、コストの高い微粒子化された酸化チタンを使用する必要もない光触媒材料を提供する。
【解決手段】 ルチル型の酸化チタン粉末と、アナターゼ型の酸化チタン粉末と、バインダーとを、所要の割合で溶媒中に分散させたコーティング剤を、基材に塗布して固定させた光触媒材料において、前記コーティング剤に、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加する。酸化チタンゾル又はチタンアルコキシドに、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加し、これを基材に塗布して、焼結させても良い。
【効果】 放射性鉱物粉末より生ずる低線量放射線が、電位特性の異なるルチル型の酸化チタンとアナターゼ型の酸化チタンの粒子間で起こるシナジズム作用をより高めて光触媒活性を向上させる。
【選択図】 図１
【解決手段】 ルチル型の酸化チタン粉末と、アナターゼ型の酸化チタン粉末と、バインダーとを、所要の割合で溶媒中に分散させたコーティング剤を、基材に塗布して固定させた光触媒材料において、前記コーティング剤に、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加する。酸化チタンゾル又はチタンアルコキシドに、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加し、これを基材に塗布して、焼結させても良い。
【効果】 放射性鉱物粉末より生ずる低線量放射線が、電位特性の異なるルチル型の酸化チタンとアナターゼ型の酸化チタンの粒子間で起こるシナジズム作用をより高めて光触媒活性を向上させる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、窒素酸化物（ＮＯx ）やホルムアルデヒド等の有害物質の分解、水質浄化、脱臭、抗菌等の機能を有する光触媒材料に関するものである。
近年、酸化チタンを、光触媒材料として環境関連技術に応用する試みが盛んに行われている。Ｎ型半導体に属する酸化チタンは、あるエネルギー以上の光を受けると酸化チタンを構成している価電子帯電子が光勃起状態となり、伝導帯電子を生じる。この価電子帯と伝導帯のエネルギー差をハンドギャップエネルギーといい、例えばアナターゼ型の酸化チタンでは約３．２ｅＶの光エネルギーが必要である。
価電子帯電子が光勃起されると、酸化チタンの伝導帯には電子が、価電子帯には電子の抜け跡である正孔が生じる。この電子と正孔は、非常に強い還元力及び酸化力を有するため、酸化チタンを用いた光触媒は、例えば、窒素酸化物（ＮＯx ）やホルムアルデヒド等の有害物質の分解除去、建材や日用品における防汚、防藻、抗菌、防カビ、脱臭、あるいは、水質浄化等の機能材料として利用されている。また、光触媒には親水化機能もあり、例えば自動車のドアミラーにおける防曇やセルフクリーニング等に利用されている。
特開平７−３３１１２０号公報
例えば、上記特許文献１には、市販の水溶性塗料とチタニア微粉末を混合して、光触媒作用により大気中の窒素酸化物を分解除去する塗料を調整し、この塗料を乗物、横断歩道通行帯、ガードレール、信号機、標識、電話ボックス、歩道橋、外壁、塀、橋、地下駐車場等に塗装する窒素酸化物除去用塗料の使用方法が開示されている。
ところで、光触媒反応は、光触媒を塗布した基材の表面のみで進行し、かつ、前述したハンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を必要とするものであるため、一般には、高純度で結晶性が良く、粒径の小さい微粒子化された酸化チタンの方が、光触媒活性が高くなる。そこで、従来は、光触媒活性を向上させたい場合は、より高純度で、結晶性が良く、微粒子化された酸化チタンを使用していた。
しかしながら、一般に、酸化チタンは、微粒子化された結晶性の良いもの程、生産コストが高くなり、それに伴い市場価格も高く設定されている。そのため、従来は、光触媒活性を向上させるために、微粒子化された酸化チタンを用いれば、コストアップになってしまうという問題があった。
また、例えば、上記特許文献１の窒素酸化物除去用塗料を高速道路のトンネルの壁面に塗布する場合、トンネル内では、内部に進むにつれて光の量が乏しくなるため、光触媒機能が低下してしまう。そのため、酸化チタンを含有させた塗料をトンネルの壁面に塗布していても、暗所あるいは光量が乏しい場所では、光触媒作用は実質的に発揮されないという問題もあった。
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、暗所あるいは光量が乏しい場所でも、優れた光触媒作用を発揮することが可能で、しかも、コストの高い微粒子化された酸化チタンを使用する必要もない光触媒材料を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するため、本発明の光触媒材料は、
１）ルチル型の酸化チタン粉末と、アナターゼ型の酸化チタン粉末と、バインダーとを、所要の割合で溶媒中に分散させたコーティング剤を、基材に塗布して固定させた光触媒材料において、
前記コーティング剤に、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加したこと、
または、
２）酸化チタンゾル又はチタンアルコキシドを、基材に塗布して焼結させた光触媒材料において、焼成温度及び昇温速度を調整し、焼結後に酸化チタンのアナターゼ型結晶とルチル型結晶を混在させるとともに、
前記酸化チタンゾル又は前記チタンアルコキシドに、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加したこと、
または、
３）ルチル型の酸化チタン粉末と、アナターゼ型の酸化チタン粉末と、塗料組成物とを、所要の割合で有機溶媒中に分散させた塗液よりなる光触媒材料において、
前記塗液に、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加したこと、
を最も主要な特徴とする。
１）ルチル型の酸化チタン粉末と、アナターゼ型の酸化チタン粉末と、バインダーとを、所要の割合で溶媒中に分散させたコーティング剤を、基材に塗布して固定させた光触媒材料において、
前記コーティング剤に、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加したこと、
または、
２）酸化チタンゾル又はチタンアルコキシドを、基材に塗布して焼結させた光触媒材料において、焼成温度及び昇温速度を調整し、焼結後に酸化チタンのアナターゼ型結晶とルチル型結晶を混在させるとともに、
前記酸化チタンゾル又は前記チタンアルコキシドに、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加したこと、
または、
３）ルチル型の酸化チタン粉末と、アナターゼ型の酸化チタン粉末と、塗料組成物とを、所要の割合で有機溶媒中に分散させた塗液よりなる光触媒材料において、
前記塗液に、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加したこと、
を最も主要な特徴とする。
本発明によれば、コーティング剤、酸化チタンゾル、チタンアルコキシド、又は塗液に添加した放射性鉱物粉末より生ずる低線量放射線が、電位特性の異なるルチル型の酸化チタンとアナターゼ型の酸化チタンの粒子間で起こるシナジズム作用（synergism ；一般に薬物などを同時に用いた場合に、相互の効力を増強し合う作用）をより高めて光触媒活性を向上させることから、トンネル内等の暗所あるいは光が乏しい場所でも優れた光触媒機能を発揮することができる。
なお、酸化チタンには数種類の結晶構造が存在し、例えば酸化チタンゾルを焼結をする場合、主に低温ではアナターゼ型結晶が、高温ではルチル型結晶が生成されるが、このルチル型の酸化チタンとアナターゼ型の酸化チタンの粒子間にシナジズム作用が生じること自体は、従来より知られている現象である。
本発明の第１の光触媒材料は、
ルチル型の酸化チタン粉末と、アナターゼ型の酸化チタン粉末と、バインダーとを、所要の割合で溶媒中に分散させたコーティング剤を、基材に塗布して固定させた光触媒材料において、
前記コーティング剤に、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加したことを特徴とする光触媒材料であり、
また、本発明の第２の光触媒材料は、
酸化チタンゾル又はチタンアルコキシドを、基材に塗布して焼結させた光触媒材料において、焼成温度及び昇温速度を調整し、焼結後に酸化チタンのアナターゼ型結晶とルチル型結晶を混在させるとともに、
前記酸化チタンゾル又は前記チタンアルコキシドに、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加したことを特徴とする光触媒材料であり、
また、本発明の第３の光触媒材料は、
ルチル型の酸化チタン粉末と、アナターゼ型の酸化チタン粉末と、塗料組成物とを、所要の割合で有機溶媒中に分散させた塗液よりなる光触媒材料において、
前記塗液に、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加したことを特徴とする光触媒材料である。
ルチル型の酸化チタン粉末と、アナターゼ型の酸化チタン粉末と、バインダーとを、所要の割合で溶媒中に分散させたコーティング剤を、基材に塗布して固定させた光触媒材料において、
前記コーティング剤に、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加したことを特徴とする光触媒材料であり、
また、本発明の第２の光触媒材料は、
酸化チタンゾル又はチタンアルコキシドを、基材に塗布して焼結させた光触媒材料において、焼成温度及び昇温速度を調整し、焼結後に酸化チタンのアナターゼ型結晶とルチル型結晶を混在させるとともに、
前記酸化チタンゾル又は前記チタンアルコキシドに、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加したことを特徴とする光触媒材料であり、
また、本発明の第３の光触媒材料は、
ルチル型の酸化チタン粉末と、アナターゼ型の酸化チタン粉末と、塗料組成物とを、所要の割合で有機溶媒中に分散させた塗液よりなる光触媒材料において、
前記塗液に、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加したことを特徴とする光触媒材料である。
本発明において、酸化チタンと放射性鉱物粉末を基材に固定させる方法は、両者とバインダーを溶媒中に分散させたコーティング剤を、常温で基材の表面に塗布して固定する方法（前記第１の光触媒材料）であっても良いし、酸化チタンゾル又はチタンアルコキシドに放射性鉱物粉末を添加し、基材の表面に塗布して焼成する方法（前記第２の光触媒材料）であっても良い。
本発明では、酸化チタンおよび放射性鉱物粉末を担持する基材は、例えばセメント、樹脂、ゴム、ポリマーフィルム等、必要に応じて、適当な基材を選択して用いることができる。なお、触媒作用は、処理対象の物質（例えばＮＯx ）が酸化チタンと接触する面付近で主に進行するので、酸化チタン及び放射性鉱物粉末は、基材の表面付近に担持させることが好ましい。
基材としてセメントを用いる場合、現在最も多量に生産されている代表的なセメントであるポルトランドセメントのほか、アルミナセメント、フライアッシュセメント、シリカセメント、各種混合セメントなど任意の種類のものが使用できる。このようなセメント基材を用いた本発明の光触媒材料は、コンクリートブロックなどの主材料として用いることができる。また、セメント基材を用いた本発明の光触媒材料は、ブロック等の表面に硬化させたり、部材相互の繋ぎ目の充填材として使用しても良い。
ゴム基材を用いる場合も、各種のゴムが利用できる。例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。なお、例えばシリコーンゴム等のガス透過性に優れたゴム基材は、放射性鉱物材料より放射される低線量放射線の透過性及び拡散性が良いので、好ましい。
樹脂基材を用いる場合も、各種の樹脂が利用できる。例えばウレタン樹脂、ビニル樹脂その他のオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は単体であっても良いし、混合物であっても良い。また、本発明の光触媒材料は、必要に応じて、不織布等の繊維材料、ガラス、セラミック等を基材として用いることもできる。
また、本発明の光触媒材料は、塗液の状態（前記第３の光触媒材料）であっても良い。塗料組成物としては、各種の材料を用いることができる。例えば、アクリル系、エポキシ系の無溶剤型塗料、ウレタン系、エポキシ系の溶剤型塗料等が利用できる。有機溶媒は、例えば酢酸エチル等のエステル系溶剤、メタノール、エタノール、ブタノール等のアルコール系溶剤等が利用できる。
光触媒として用いる酸化チタンは、０. ０１〜１０μｍ程度の粒径の粉末タイプのものや、１０ｎｍ程度の微細な酸化チタン粒子を酸又はアルカリの溶媒中に分散させた酸化チタンゾル、酸化チタンの前駆体であるチタンアルコキシド等が一般に市販されており、本発明の光触媒材料は、これらを用いることができる。
なお、一般には、表面積が大きいほど触媒活性が大きくなるため、酸化チタンの粒径は０. １〜１μｍの範囲のものが好ましいが、本発明では、同時に添加する放射性鉱物材料により光触媒活性の向上効果が得られるので、１〜１０μｍの範囲の比較的安価な酸化チタンでも十分な触媒効果が得られる。
酸化チタンの含有量は、基材の種類により適宜決定すれば良いが、通常は基材１００重量部に対して１〜２００重量部が適当である。但し、本発明は、コーティング剤等に添加した放射性鉱物粉末より生ずる低線量放射線が、電位特性の異なるルチル型の酸化チタンとアナターゼ型の酸化チタンの粒子間で起こるシナジズム作用をより高めて光触媒活性を向上させる点を主要な特徴とするものであるから、使用する酸化チタンは、ルチル型とアナターゼ型の混在したものを用いる。
ルチル型とアナターゼ型の混合比率は、特に限定をするものではないが、例えばコーティング剤や塗液を用いる第１及び第３の光触媒材料では、ルチル型の酸化チタン粉末１０重量部に対し、１乃至１００重量部のアナターゼ型の酸化チタン粉末を用いることができる。望ましくは、ルチル型の酸化チタン粉末１０重量部に対し、１０重量部（同量）のアナターゼ型の酸化チタン粉末を用いる。また、酸化チタンゾル又はチタンアルコキシドを用いる第２の光触媒材料では、焼結後に酸化チタンのアナターゼ型結晶とルチル型結晶を混在するように、焼成温度及び昇温速度を調整する。
前述したように、酸化チタンには数種類の結晶が存在し、主に低温ではアナターゼ型結晶が、高温ではルチル型結晶が生成される。一例を示すと、酸化チタンの焼成時の昇温速度を２℃／ｍｉｎとした場合、ルチル型結晶は、焼成温度８００℃以下では０％、焼成温度９００℃では５〜３０％、焼成温度１０００℃では２０〜８０％、焼成温度１１００℃以上では１００％となる。また、昇温速度を５℃／ｍｉｎとした場合、ルチル型結晶は、焼成温度８００℃以下では０％、焼成温度９００℃では５〜２０％、焼成温度１０００℃では５〜６０％、焼成温度１１００℃以上では１００％となる。従って、昇温速度が２〜５℃／ｍｉｎの条件では、焼成温度は、９００〜１０００℃の範囲とする。
本発明において用いる放射性鉱物粉末は、人体に無害な低線量放射線を放射する天然鉱物を用いることが望ましい。放射性鉱物の種類は、特に限定されないが、結晶性の良い微粒子化された酸化チタンと比較すると、低コストで経済的効果が得られ、かつ、適切な量の低線量放射線を発生できる放射性鉱物粉末として、モナザイト（Ｃｅ，Ｌａ，Ｔｈ）ＰＯ4 ）を用いることが最も望ましい。モナザイトは、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、トリウム（Ｔｈ）等のリン酸塩を含有する鉱物であって、モナズ石等に含有されている鉱物である。また、市販品のジルコンサンドにも、モナザイトが含まれているので、本発明では、このジルコンサンドを利用しても良い。
また、放射性鉱物粉末としては、ラジウム（Ｒａ）を含むラジウム鉱石を利用しても良い。ラジウムを含有する放射性鉱物の一例としては、ユークセン石、タレン石等が挙げられる。ユークセン石は、化学組成が（Ｙ，Ｃａ，Ｃｅ，Ｕ，Ｔｈ）（Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ）2 Ｏ6 であり、イットリウム、ニオブ、チタンなどを含む鉱物である。そして、副成分としてウラン、トリウムが含まれており、低線量のα線・β線・γ線を放出する。
また、タレン石とは、化学組成がＹ3 Ｓｉ3 Ｏ10（ＯＨ）であり、イットリウム、ニオブ、タンタルなどの希元素を主成分とする希元素鉱物である。そして、副成分としてウラン、トリウムが含まれており、低線量のα線・β線・γ線を放出する点は、ユークセン石と同様である。
本発明において用いる放射性鉱物粉末の濃度は、特に限定をするものではないが、核原料物質、核燃料物質及び原子炉の規制に関する法律では、放射能濃度については７４ベクレル／ｇ（固体状の核原料にあっては、３７０ベクレル／ｇ) 以下とすることが規定されているので、放射性鉱物粉末の濃度は、法律上の規制にかからない３７０ベクレル／ｇ以下とすることが望ましい。
放射性鉱物粉末の粒径は、特に限定されないが、コーティング剤、酸化チタンゾル、チタンアルコキシド、又は塗液中で良好に分散できる粒径とすることが望ましく、具体的には、使用する酸化チタンと同程度の粒径とするか若しくは０. １〜１０倍の範囲の粒径とすることが望ましい。また、放射性鉱物粉末の添加量は、適宜決定することができるが、酸化チタン１０重量部に対し、１〜１００重量部が適当である。放射性鉱物粉末の含有量が少なすぎると、電位特性の異なるルチル型の酸化チタンとアナターゼ型の酸化チタンの粒子間で起こるシナジズム作用をより高めて光触媒活性を向上させる効果が十分に得られない。一方、放射性鉱物粉末の含有量が多すぎると、基材と酸化チタン層の密着性が低下する。
なお、酸化チタンゾルやアルコキシドを使用する場合において、基材としてガラスを用いる場合は、焼結中にガラス中のナトリウムが拡散して酸化チタンと反応し、光触媒の性質を示さないチタン酸ナトリウムを生成してしまうのを避けるため、ガラス基材と酸化チタン層の間に、シリカ層（ＳｉＯ2 ）を設けることが望ましい。また、基材として、ポリマーフィルムを用いる場合は、ポリマー自身の光触媒劣化を防ぐとともに、ポリマーと酸化チタン層の密着性を向上させるため、中間に接着層を設けることが望ましい。中間層としては、例えばハイブリッドポリマーを用いることができる。
以下、本発明の光触媒材料の実施の形態を、基材としてセメントを用い、基材への固定手段としてコーティング剤を用いた実施例に基づいてさらに詳細に説明するとともに、効果確認試験の結果について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
−目次−
（１）測定条件
イ．測定チャンバ
ロ．試験体
ハ．測定機器
（２）還元性ガスによる評価
イ．アセトアルデヒドによる評価
ロ．ホルムアルデヒドによる評価
（３）酸化性ガスによる評価
イ．ＮＯx ガスの生成
ロ．ＮＯx ガスによる評価（低濃度ガスの場合）
ハ．ＮＯx ガスによる評価（高濃度ガスの場合）
（４）放射線量の測定
（５）まとめ
（１）測定条件
イ．測定チャンバ
ロ．試験体
ハ．測定機器
（２）還元性ガスによる評価
イ．アセトアルデヒドによる評価
ロ．ホルムアルデヒドによる評価
（３）酸化性ガスによる評価
イ．ＮＯx ガスの生成
ロ．ＮＯx ガスによる評価（低濃度ガスの場合）
ハ．ＮＯx ガスによる評価（高濃度ガスの場合）
（４）放射線量の測定
（５）まとめ
（１）測定条件
イ．測定チャンバ
効果確認試験は、図９に示すような、幅３６ｃｍ×奥行２５．５ｃｍ×高さ１６．５ｃｍのサイズのポリプロピレン製容器である測定チャンバ１を用いて行った。測定チャンバ１の内部には、幅２７ｃｍ×奥行９ｃｍ×高さ６ｃｍのサイズのアクリル製容器である支持ボックス２を設置し、この上に試験体３を載置する。４は、試薬を入れるガラス製シャーレ（直径５０ｍｍ、高さ１０ｍｍ）を示している。
イ．測定チャンバ
効果確認試験は、図９に示すような、幅３６ｃｍ×奥行２５．５ｃｍ×高さ１６．５ｃｍのサイズのポリプロピレン製容器である測定チャンバ１を用いて行った。測定チャンバ１の内部には、幅２７ｃｍ×奥行９ｃｍ×高さ６ｃｍのサイズのアクリル製容器である支持ボックス２を設置し、この上に試験体３を載置する。４は、試薬を入れるガラス製シャーレ（直径５０ｍｍ、高さ１０ｍｍ）を示している。
ロ．試験体
試験体３は、直径１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍのディスク状のものを使用した。効果確認試験は、以下に示す３種類の試験体を用いて行った。なお、酸化チタンは、何れも、ルチル型とアナターゼ型の混合割合（重量比）が１：１のものを使用した。
・ブランク（試験体Ａ） ： セメント１００重量部
・チタン（試験体Ｂ） ： セメント１００重量部、酸化チタン１０重量部
・チタンジルコン（試験体Ｃ）： セメント１００重量部、酸化チタン１０重量部、
モナザイトを含有したジルコンサンド１０重量部
試験体３は、直径１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍのディスク状のものを使用した。効果確認試験は、以下に示す３種類の試験体を用いて行った。なお、酸化チタンは、何れも、ルチル型とアナターゼ型の混合割合（重量比）が１：１のものを使用した。
・ブランク（試験体Ａ） ： セメント１００重量部
・チタン（試験体Ｂ） ： セメント１００重量部、酸化チタン１０重量部
・チタンジルコン（試験体Ｃ）： セメント１００重量部、酸化チタン１０重量部、
モナザイトを含有したジルコンサンド１０重量部
ハ．測定機器及び機材
測定機器及び機材は、以下のものを使用した。
・ガス濃度計： 神栄製ＯＭＸ−ＧＲ
・ガス採取器： 光明理化学工業製北側式真空法ガス採取器ＡＰ−２０
・ガス検知管： 光明理化学工業製１７５Ｕ（１〜３０ｐｐｍ）
光明理化学工業製１７５ＳＡ（２０〜２５０ｐｐｍ）
光明理化学工業製１７４Ａ（ＮＯ ：１０〜３００ｐｐｍ、
ＮＯ2 ：１〜４０ｐｐｍ）
・ＵＶ計： 富士ゼロックス製ＵＶｃａｒｅｍａｔｅ
・線量計： エコホリスティック製ＧＡＭＭＡ−ＳＣＯＵＴ
・ＵＶランプ用インバータ： 東西電気産業製ＴＩＡ−１０１０、入力電力１０Ｗ
・ＵＶランプ： ＵＶ出力７０００ｍＷ／ｃｍ2 （試験体表面）
測定機器及び機材は、以下のものを使用した。
・ガス濃度計： 神栄製ＯＭＸ−ＧＲ
・ガス採取器： 光明理化学工業製北側式真空法ガス採取器ＡＰ−２０
・ガス検知管： 光明理化学工業製１７５Ｕ（１〜３０ｐｐｍ）
光明理化学工業製１７５ＳＡ（２０〜２５０ｐｐｍ）
光明理化学工業製１７４Ａ（ＮＯ ：１０〜３００ｐｐｍ、
ＮＯ2 ：１〜４０ｐｐｍ）
・ＵＶ計： 富士ゼロックス製ＵＶｃａｒｅｍａｔｅ
・線量計： エコホリスティック製ＧＡＭＭＡ−ＳＣＯＵＴ
・ＵＶランプ用インバータ： 東西電気産業製ＴＩＡ−１０１０、入力電力１０Ｗ
・ＵＶランプ： ＵＶ出力７０００ｍＷ／ｃｍ2 （試験体表面）
（２）還元性ガスによる評価
イ．アセトアルデヒドによる評価
アセトアルデヒド１０μＬ（液体）をシャーレ４に入れ、液体ポッティング１０分後から、ガス濃度の経時変化を測定した。また、紫外線照射を行った場合におけるガス濃度の変化を測定した。可視光における結果を表１、図１に、紫外線照射における結果を表２、図２に示す。
イ．アセトアルデヒドによる評価
アセトアルデヒド１０μＬ（液体）をシャーレ４に入れ、液体ポッティング１０分後から、ガス濃度の経時変化を測定した。また、紫外線照射を行った場合におけるガス濃度の変化を測定した。可視光における結果を表１、図１に、紫外線照射における結果を表２、図２に示す。
なお、以下の試験においては、各試験体において、ガス濃度の初期値が異なっているので、比較のため、ガス減少速度定数ｋを以下のように定義する（図１０のガス減少速度定数を求める概念図を参照）。
試験体 ガス減少速度定数（ｋ）
Ａ ０．１５
Ｂ ０．０９
Ｃ ０．１９
Ａ ０．１５
Ｂ ０．０９
Ｃ ０．１９
表１からガス減少速度定数を求めると、上記のようになり、本発明の実施例である試験体Ｃは、比較例である試験体Ａ、Ｂに比較してガス減少割合が大きくなっている。また、本発明の実施例である試験体Ｃは、３０分間自然拡散後の測定開始時ですでにガス濃度が減少に転じているのに対し、比較例である試験体Ａ、Ｂは、３０分間の時点のガス濃度は初期値よりも高いものとなっている。このことより、本発明の光触媒材料では、アセトアルデヒドに対する分解性能が向上していることが分かる。また、紫外線照射を行った場合についても、試験体Ｃ（実施例）は、試験体Ｂ（比較例）と比較して良好な結果が得られている。
ロ．ホルムアルデヒドによる評価
ホルムアルデヒド３０μＬ（液体）をシャーレ４に入れ、液体ポッティング３０分後から、ガス濃度の経時変化を測定した。また、紫外線照射を行った場合におけるガス濃度の変化を測定した。結果を表３、図３に示す。
ホルムアルデヒド３０μＬ（液体）をシャーレ４に入れ、液体ポッティング３０分後から、ガス濃度の経時変化を測定した。また、紫外線照射を行った場合におけるガス濃度の変化を測定した。結果を表３、図３に示す。
本発明の実施例である試験体Ｃは、比較例である試験体Ｂに比較してガス濃度の上昇割合が小さくなっている。このことより、本発明の光触媒材料では、ホルムアルデヒドに対する分解性能が向上していることが分かる。また、紫外線照射を行った場合についても、試験体Ｃ（実施例）は、試験体Ｂ（比較例）と比較して良好な結果が得られている。
（３）酸化性ガスによる評価
イ．ＮＯx ガスの生成
測定チャンバは、上記測定と同じものを使用した。ピペットで、１級硝酸約２ｍｍＬをガラスシャーレに採取し、この硝酸溶液の上に、銅箔（２ｍｍ×２．５ｍｍ×０．２ｍｍ厚）を落とすことにより、ＮＯx ガスを生成させた。銅箔を入れてから所定の時間経過後にＮＯx ガス濃度の測定を開始した。ガス検知には、ガス検知管１７４Ａまたはガス検知管１７５ＳＡを用い、ＮＯ2 とＮＯの分別測定を行った。測定結果は、表４、図４に示すとおりとなった。
イ．ＮＯx ガスの生成
測定チャンバは、上記測定と同じものを使用した。ピペットで、１級硝酸約２ｍｍＬをガラスシャーレに採取し、この硝酸溶液の上に、銅箔（２ｍｍ×２．５ｍｍ×０．２ｍｍ厚）を落とすことにより、ＮＯx ガスを生成させた。銅箔を入れてから所定の時間経過後にＮＯx ガス濃度の測定を開始した。ガス検知には、ガス検知管１７４Ａまたはガス検知管１７５ＳＡを用い、ＮＯ2 とＮＯの分別測定を行った。測定結果は、表４、図４に示すとおりとなった。
硝酸容器に銅箔を加えることにより、実験室レベルで簡易的にＮＯx ガスを生成することができる上記の試験方法は、本試験に限らず、ＮＯx ガス評価の試験方法の１つとして有用である。
ちなみに、この試験方法における一酸化窒素と二酸化窒素の生成の化学式は、次式のとおりである。
濃硝酸を使用する場合：
Ｃｕ＋４ＨＮＯ3 → ＣＵ（ＮＯ3 ）2 ＋２ＮＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ
希硝酸を使用する場合：
３Ｃｕ＋８ＨＮＯ3 → ３ＣＵ（ＮＯ3 ）2 ＋２ＮＯ＋４Ｈ2 Ｏ
濃硝酸を使用する場合：
Ｃｕ＋４ＨＮＯ3 → ＣＵ（ＮＯ3 ）2 ＋２ＮＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ
希硝酸を使用する場合：
３Ｃｕ＋８ＨＮＯ3 → ３ＣＵ（ＮＯ3 ）2 ＋２ＮＯ＋４Ｈ2 Ｏ
ロ．ＮＯx ガスによる評価（低濃度ガスの場合）
ガラス製シャーレに硝酸溶液２ｍｍＬを注入し、銅箔を入れて９０分後から、ガス濃度の経時変化を測定した。試験は、本発明の実施例である試験体Ｃと、比較例である試験体Ａを用いて行った。結果を表５、図５に示す。
ガラス製シャーレに硝酸溶液２ｍｍＬを注入し、銅箔を入れて９０分後から、ガス濃度の経時変化を測定した。試験は、本発明の実施例である試験体Ｃと、比較例である試験体Ａを用いて行った。結果を表５、図５に示す。
ロ．ＮＯx ガスによる評価（高濃度ガスの場合）
ガラス製シャーレに硝酸溶液２ｍｍＬを注入し、銅箔を入れて３０分経過後、又は１５分経過後から、ガス濃度の経時変化を測定した。３０分経過後から測定した結果を表６、図６に、１５分経過後から測定した結果を表７、図７に示す。
ガラス製シャーレに硝酸溶液２ｍｍＬを注入し、銅箔を入れて３０分経過後、又は１５分経過後から、ガス濃度の経時変化を測定した。３０分経過後から測定した結果を表６、図６に、１５分経過後から測定した結果を表７、図７に示す。
２０ｐｐｍ以下の低濃度ＮＯx ガスに対する評価では、本発明の実施例である試験体Ｃは、比較例である試験体Ａと比較して、ガス濃度の減少割合が大きいことが確認された。また、２０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの範囲の高濃度ＮＯx ガスに対する評価でも、拡散時間３０分後で、試験体Ｃは、試験体Ａに比較してガス濃度の減少割合が大きいことが確認された。このことより、本発明の光触媒材料では、窒素酸化物（ＮＯx ）に対しても優れた分解性能を発揮することが分かる。
また、以下の表８と図８は、上記拡散時間１５分後の高濃度ＮＯx の評価で、試験体Ｃのディスク枚数を変化させて行った試験の結果を示したものである。結果としては、ディスク枚数が多い方が、ガス濃度の減少に寄与し、減少傾向に差異が見られた。また、ディスク枚数が１枚と２枚の場合は、数１０分経過後に減少傾向を示すが、３枚の場合は、計測直後から減少傾向が確認できた。
（４）放射線量の測定
放射線パルス測定（ガイガー計モード）を用いて、本発明の実施例である試験体Ｃのγ線、β線＋γ線、α線＋β線＋γ線を測定した。測定時間は１分間とし、対照試験として試験体Ａを用いた。測定回数は、各試験体と各線種で、８回ずつ行い、平均値を求めた。結果を表９に示す。なお、試験体Ａの値は、自然界に存在する放射線と考えることができる。
放射線パルス測定（ガイガー計モード）を用いて、本発明の実施例である試験体Ｃのγ線、β線＋γ線、α線＋β線＋γ線を測定した。測定時間は１分間とし、対照試験として試験体Ａを用いた。測定回数は、各試験体と各線種で、８回ずつ行い、平均値を求めた。結果を表９に示す。なお、試験体Ａの値は、自然界に存在する放射線と考えることができる。
β線＋γ線、α線＋β線＋γ線については、試験体Ｃの方が試験体Ａに比べて大きな値が計測された。γ線については、試験体Ｃと試験体Ａの間には顕著な差異はなかった。このことより、本発明の実施例である試験体Ｃからは、α線またはβ線が、あるいは、α線＋β線が出ているものと推測される。
また、試験体Ｃにおけるβ線＋γ線と、α線＋β線＋γ線の比較では、β線＋γ線の方が大きな値が計測された。このことより、試験体Ｃからは、β線が多く出ていると推測される。
（５）まとめ
本試験結果を総合すると、本発明の実施例である試験体Ｃは、還元性ガスであるアセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、酸化性ガスであるＮＯx の何れのガスに対しても分解に寄与し、また、酸化チタンのみを用いた試験体Ｂと比較しても触媒機能が向上していることが確認された。これは、本発明の光触媒材料の特徴部分である放射性鉱物粉末から放射される低線量放射線（主としてβ線）が、電位特性の異なるルチル型の酸化チタンとアナターゼ型の酸化チタンの粒子間で起こるシナジズム作用をより高めて、光触媒活性を向上させているものと考えられる。
本試験結果を総合すると、本発明の実施例である試験体Ｃは、還元性ガスであるアセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、酸化性ガスであるＮＯx の何れのガスに対しても分解に寄与し、また、酸化チタンのみを用いた試験体Ｂと比較しても触媒機能が向上していることが確認された。これは、本発明の光触媒材料の特徴部分である放射性鉱物粉末から放射される低線量放射線（主としてβ線）が、電位特性の異なるルチル型の酸化チタンとアナターゼ型の酸化チタンの粒子間で起こるシナジズム作用をより高めて、光触媒活性を向上させているものと考えられる。
以上説明したように、本発明によれば、コーティング剤、酸化チタンゾル、チタンアルコキシド、又は塗液に添加した放射性鉱物粉末より生ずる低線量放射線が、電位特性の異なるルチル型の酸化チタンとアナターゼ型の酸化チタンの粒子間で起こるシナジズム作用をより高めて光触媒活性を向上させることから、トンネル内等の暗所あるいは光が乏しい場所でも、優れた光触媒機能を発揮することができる。また、本発明において用いる放射性鉱物粉末は、結晶性の良い微粒子化された酸化チタンと比較すれば、低コストであるため、本発明によれば、従来品と同等の光触媒性能を維持しつつ、コストの低減を図ることもできる。
本発明の光触媒材料は、特に暗所あるいは光量の乏しい場所での使用に適している。このような用途の例としては、例えば、高速道路のトンネルの内壁、自動車の排気管、洗濯機の水槽、下水用配管、汚水浄化槽、海中構造物等が挙げられる。また、本発明の光触媒材料は、例えば、建材または日用品における汚れ防止、防カビ、抗菌、脱臭等の従来の光触媒材料と同様の用途にも使用できる。
本発明は上記の実施例に限らず、請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことはいうまでもない。例えば、基材は、実施例に示したセメントに限らず、合成樹脂、タイル等、必要とされる機能に応じて適宜最適な基材を選択して使用することができる。
本発明の光触媒材料は、有害物質の分解除去に限らず、例えばガラスの防曇あるいはセルフクリーニング等にも適用可能なものである。
Claims (4)
- ルチル型の酸化チタン粉末と、アナターゼ型の酸化チタン粉末と、バインダーとを、所要の割合で溶媒中に分散させたコーティング剤を、基材に塗布して固定させた光触媒材料において、
前記コーティング剤に、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加したことを特徴とする光触媒材料。 - 酸化チタンゾル又はチタンアルコキシドを、基材に塗布して焼結させた光触媒材料において、焼成温度及び昇温速度を調整し、焼結後に酸化チタンのアナターゼ型結晶とルチル型結晶を混在させるとともに、
前記酸化チタンゾル又は前記チタンアルコキシドに、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加したことを特徴とする光触媒材料。 - ルチル型の酸化チタン粉末と、アナターゼ型の酸化チタン粉末と、塗料組成物とを、所要の割合で有機溶媒中に分散させた塗液よりなる光触媒材料において、
前記塗液に、低線量放射線を放射する放射性鉱物粉末を添加したことを特徴とする光触媒材料。 - 前記放射性鉱物粉末が、モナザイトであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光触媒材料。
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2005
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| CN106215662B (zh) * | 2016-08-31 | 2018-10-23 | 张建立 | 一种车用甲醛去除剂的使用方法 |
| WO2023087425A1 (zh) * | 2021-11-16 | 2023-05-25 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 乙烯催化降解催化剂及其制备方法和用途 |
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