JP2006305532A - 水和鉄が作り出す、非晶質鉄水和化合物（５ＦｅＴｉＯ３・ｎＨＯ２）の錯体を基本骨格とする可視光応答型新光触媒の製造方法 - Google Patents
水和鉄が作り出す、非晶質鉄水和化合物（５ＦｅＴｉＯ３・ｎＨＯ２）の錯体を基本骨格とする可視光応答型新光触媒の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】従来の光触媒は紫外線より波長の短い光により活性する酸化チタンによるもので、通常の可視光では光触媒が起こらないという不都合があるため、可視光応答型の高活性の光触媒を提供する。
【解決手段】水和鉄が作り出す非晶質鉄水和化合物（５ＦｅＴｉＯ３・ｎＨ２Ｏ）。このフェリック複合体の組成はチタンと３価鉄、２価鉄の錯体による非晶質体である。そのため、チタンの強力な酸化力と鉄の可視光応答性を兼ね備ることを可能にした。還元力は、配位子に還元力の強い有機物を配位することで伝導帯の還元力を高め、鉄のバンドギャップを持つ光触媒反応を可能にした。以上による可視光応答型光触媒の製造方法。
【選択図】 図２
【解決手段】水和鉄が作り出す非晶質鉄水和化合物（５ＦｅＴｉＯ３・ｎＨ２Ｏ）。このフェリック複合体の組成はチタンと３価鉄、２価鉄の錯体による非晶質体である。そのため、チタンの強力な酸化力と鉄の可視光応答性を兼ね備ることを可能にした。還元力は、配位子に還元力の強い有機物を配位することで伝導帯の還元力を高め、鉄のバンドギャップを持つ光触媒反応を可能にした。以上による可視光応答型光触媒の製造方法。
【選択図】 図２
Description
本発明は非晶質鉄水和化合物（５ＦｅＴｉＯ３・ｎＨ２Ｏ）の新光触媒の製造方法に関するものである。
［背景技術］
［背景技術］
私どもの開発したフェリハイドライト腐食複合体（再公表特許文献１参照）の製造過程で生成されるフェリハイドライト様物質は比表面積が大きく、凝集体を形成する能力が高い特性がある。しかも有機化合物のカルボニル基やカルボキシル基のＯＨ端、Ｏ端と配位結合する性質があり、腐植製造における発酵速度の大きさと切り返し前の土中における発酵状態の酸化速度の大きいところにヒントを見出したのです［再公表特許文献１］国際公開番号 ＷＯ ２００２／０７９４８３
［発明の開示］
［発明が解決しようとする課題］
［発明の開示］
［発明が解決しようとする課題］
従来の光触媒は酸化チタンに代表されます。しかしこの酸化チタンはまだまだ課題の多い光触媒です。光触媒が酸化還元反応を起こすには、光のエネルギーにより、励起電子が価電子帯から伝導帯に飛び出し、「緩和」状態になることが必要です。しかし金属により吸収光が異なり、酸化チタンの場合紫外線よりエネルギーの高い光を吸収することで、光触媒反応がおこることが知られています。そのため通常の可視光線では光触媒が起こらないという不都合があるのです。そのためまだまだ効率的な利用ができないのが現状です。この不都合をクリアーするため高活性の光触媒の開発が行われています。一番の要望課題は、可視光線応答型の光触媒の開発です。
［課題を解決しようとする手段］
［課題を解決しようとする手段］
本発明は堆積岩土壌の無機酸抽出物の水溶液（以下Ｐ液とする）中のＦｅ（ＯＨ）３を材料とする非晶質鉄水和化合物（５ＦｅＴｉＯ３・ｎＨ２Ｏ）［以下フェリック複合体と呼ぶ］の錯体に還元力のある有機物を配位することで可視光応答型の光触媒の製造方法である。酸化鉄を光触媒として利用することは多くの研究者が試みてきましたがうまくいったという報告はありません。鉄は茶色の可視光を吸収できます。（波長は約５５０ｎｍから６００ｎｍ）可視光も利用でき、環境への影響は少ないため理想的光触媒である。しかしながら酸化鉄で光触媒ができない原因は大きく２つあるのです。第１は、酸化鉄の伝導帯は正側にシフトしているため還元力が小さく酸素や水に電子を与えることができない。（バンドギャップは２〜２．２ｅｖ）。第２は、酸化鉄の結晶には欠陥が多いため、電子と正孔が吸収さら再結合してしまい十分な光触媒活性がえられないのです。
フェリック複合体の組成はチタンと３価鉄、２価鉄の錯体による非晶質体である。そのため、チタンの強力な酸化力と鉄の可視光応答性を兼ね備えています。還元力は、配位子に還元力の強い有機物を配位することでカバーしています。この設計ができるのがフェリック複合体の特徴です。非晶質であるため欠陥がなく再結合は起こしません。フェリック複合体が光触媒を起こす条件があるのは、還元力のある有機物が安定するのがｐＨ７以上であることと、チタン鉄の錯体が非晶質体であるためにはｐＨ８以下であることが必要であるためである。そのためフェリック複合体は、ｐＨ７．４に調整してあります。
また、このフェリック複合体は、ｐＨと濃度バランスにより、ミセル様非晶質体を形成する。（以下ミセルと表現する。）フェリック複合体はｐＨ５．５から生成が始まりｐＨ７．５でＭＡＸに至る。しかし溶液の濃度が低いとミセルの生成は起こらない。源液（ｐＨ０．２７）をアルカリイオン水（ｐＨ１２．４）で希釈して（ｐＨ７．４）に調整した数値が本発明のミセル触媒の製造のポイントである。（※注：ｐＨ調整にアルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化物を使用すると電子親和力の格差によりフェリック複合体の錯体形成が阻害され理想的な触媒は生成されない。）
生成したフェリック複合体のミセル様溶液を空気と接触する対象物に吸着させることにより多目的な利用が、可能になる。本発明は、空気を分散媒とするコロイド触媒の製造を目的で開発しましたが、ミセル様光触媒の利用は本発明の趣旨の範囲内で改変することができるものである。
［発明を実施するための最良の形態］
［発明を実施するための最良の形態］
本発明は、ミネラル液として、玄武岩、安山岩の堆積岩に無機酸を添加して抽出した天然由来のイオン化ミネラル濃縮液を用いる。本発明書では、このイオン化ミネラル濃縮液を、ミネラル液またはＰ液と称する。ミネラル液は、玄武岩、安山岩の堆積土壌（粘土）に、濃度１０〜２０重量％の硫酸水溶液を添加して酸可溶成分を抽出したものである。本実施形態のミネラル液は、鉄（Ｆｅ）を主成構成分として、その他マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）等のカチオンも含む。ただしカルシウム量及びマグネシウム量の和は、ミネラル液に含有される鉄の量の３０重量％未満である。本実施形態のミネラル液は、鉄を７，０００〜１３，０００（ｐｐｍ）程度含み、ｐＨは約０．２７である。また、本実施形態のミネラル液に含まれる高分子の径は３〜５（ｎｍ）程度である。
使用ミネラル液に含まれる鉄は、ｐＨによって異なる形態で存在する（図１）。目的の非晶質鉄水和化合物の複合体の材料となるのは、Ｆｅ（ＯＨ）３でありこの形態は、ｐＨ５前後で形成が始まる。ｐＨ５前後よりｐＨ７前後まで急激なｐＨを変化させるときわめて結晶化度の低いフェリック複合体が生成される。５００倍に希釈したＰ液に約ｐＨ１２．４のアルカリイオン水を加えてｐＨ７．５に調整する。ｐＨの変化に伴う色の変化と散乱光の強さでコロイドの粒子の生成は、確認できる。粒子のＭＡＸは、Ｐ液１０００倍、ｐＨ５．５〜ｐＨ７．５である。フェリック複合体の非晶質体は前記の濃度とｐＨで生成される。光触媒反応はｐＨ７以下では、配位子の還元力が安定しないため起きない。したがってフェリック複合体のｐＨは、ｐＨ７．５前後が望ましい。
フェリック複合体の特徴は以下の様になる。
１、フェリック複合体は、比表面積が２００ｍ２／ｇと大きいため吸着能が高く反応物質との接触場がひろいため化学反応の触媒能力がたかい。しかも非晶質体であるため結晶欠陥がない。
（比表面積と少ない欠陥は比例しないといわれてきた問題点の克服）
２、チタンの酸化力と鉄のバンドギャップをもつ可視光応答型光触媒である。（図２）
３、還元力は、クエン酸の配位で補っている。
フェリック複合体は、比表面積が大きいため触媒としての能力がより大きい。有機物の酸化重合や窒素酸化物の分解促進にも効果があり、人体にも安全なうえ環境浄化に最適な組成のため、広範囲の利用が可能となる。
１、フェリック複合体は、比表面積が２００ｍ２／ｇと大きいため吸着能が高く反応物質との接触場がひろいため化学反応の触媒能力がたかい。しかも非晶質体であるため結晶欠陥がない。
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２、チタンの酸化力と鉄のバンドギャップをもつ可視光応答型光触媒である。（図２）
３、還元力は、クエン酸の配位で補っている。
フェリック複合体は、比表面積が大きいため触媒としての能力がより大きい。有機物の酸化重合や窒素酸化物の分解促進にも効果があり、人体にも安全なうえ環境浄化に最適な組成のため、広範囲の利用が可能となる。
フェリック複合体の殺菌力は、比表面積が大きく吸着力がたかいため雑菌類は吸着される。殺菌は光触媒の酸化還元反応を直接受けるのではなく、吸着された酸素が光触媒により（Ｏ２・−）スーパーオキシドアニオンラジカルに還元され、このラジカルが殺菌力を発揮すると考えられる。光触媒によるこのラジカルは連鎖反応をひきおこしますので、酸化殺菌は、連鎖的に起きるようになります。同様に有機物の分解、農薬除去、重金属の固定、消臭もラジカルによる連鎖反応によるところが大きいと予想できるのは、フェリック複合体の化学反応の場を提供する触媒としての能力が高いためである。本発明の光触媒反応は、このように可視光（エネルギーの小さい光）で起こり、比表面積の大きい吸着面で酸化能ラジカルと還元能ラジカルによる連鎖反応による効率的反応であるが、配位する有機物の選択と環境対策として有効な組成のためエコロジー分野を視野に置いた触媒としての利用方法は今後の研究課題である。
Claims (1)
- 非晶質鉄水和化合物を基本骨格とする可視光応答型光触媒の製造方法。
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| JP2005154560A JP2006305532A (ja) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | 水和鉄が作り出す、非晶質鉄水和化合物（５ＦｅＴｉＯ３・ｎＨＯ２）の錯体を基本骨格とする可視光応答型新光触媒の製造方法 |
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Cited By (3)
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