JP2009035463A - 炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体及び炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体、その製造方法及びその用途 - Google Patents
炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体及び炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体、その製造方法及びその用途 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】有機チタン化合物の有機溶媒溶液と、層状グラファイト酸化物の有機溶媒懸濁液とを混合・攪拌することにより反応させ、得られた反応物をアルカリ水溶液中で水熱処理して炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体を製造し、この複合体を焼成することにより炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体を製造する。
【選択図】図1
Description
また、本発明の他の目的は、シート状炭素にチューブ状のチタネート或いはナノロッド状の酸化チタンが担持された新規炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体及び炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体を提供することである。
(1)有機チタン化合物と層状グラファイト酸化物とを有機溶媒中で反応させ、得られた反応物をアルカリ水溶液中で水熱処理することを特徴とする炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体の製造方法。
(3)上記(1)又は(2)に記載の製造方法で製造された炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体を焼成することを特徴とする炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体の製造方法。
(5)前記酸化チタンがアナターゼ微結晶を主成分とすることを特徴とする上記(3)又は(4)に記載の炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体の製造方法。
(7)上記(3)〜(5)の製造方法によって得られた炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体。
(9)上記(6)に記載の炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体又は上記(7)記載の炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体を用い、有機汚染物質をその表面に濃縮させ分解することを特徴とする有機性汚染物質の除去方法。
以下の実施例、比較例での層状グラファイト酸化物(GO)としては、Hummers及びOffemanの方法(W.Hummers and R.E.Offeman,J.Am.Chem.Soc.,80,1339(1958))により製造されたものを用いた。
エタノール200mlにテトライソプロポキシチタン(Ti(OC3H7)4)5.68gを溶解して0.1Nのテトライソプロポキシチタンエチルアルコール溶液を製造した。これとは別に、40mlのエチルアルコールに、参考例1の層状グラファイト酸化物0.2gを入れ、室温で30分間撹拌して、グラファイト酸化物懸濁液を製造した。このグラファイト酸化物懸濁液を、前記0.1Nのテトライソプロポキシチタンエタノール溶液に加え、オイルバス中、65℃で3時間、加熱反応させた。反応終了後、遠心分離してテトライソプロポキシチタンが反応した層状グラファイト酸化物(GO−Ti)を捕集し、エタノールで洗浄した後、一晩乾燥した。得られた反応層状グラファイト酸化物を10N水酸化ナトリウム水溶液中、150℃で、24時間水熱処理した。水熱処理された反応シート状グラファイト酸化物を遠心分離により捕集し、洗浄液のpHが7未満となるまで塩酸水溶液で洗浄した後、脱イオン水で洗浄し、一晩室温で放置乾燥した。得られた炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体は、5〜8nmの外径、数百nm〜数μmの長さを有し、このチタネートナノチューブが、シート状とされたグラファイト酸化物由来の炭素層上に担持されてなる炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体(C−TNT)であった。テトライソプロポキシチタンが反応した層状グラファイト酸化物(GO−Ti)、得られた炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体(C−TNT)のベット比表面積SBET(m2・g−1)、メソボア容積Vmeso(mL・g−1)及びメソボアサイズDmeso(nm)を表1に示す。
(ベット比表面積SBETの算出法)
日本ベル(株)製容量法式全自動チッ素吸着装置を用い、77Kで測定したN2吸着等温線をBET法により算出した。
上述のN2吸着等温線をBJH法で解析することにより算出した。
実施例1で得られた炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体(C−TNT)を、真空雰囲気下、550℃で1時間焼成して、炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体(C−TiO2−nanorod)を製造した。形成されたチタニアナノロッドは、3.5〜6.5nmの径と数十nmの長さを有するものであり、チタニアナノロッドは炭素ナノシート上に担持された炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体(C−TiO2−nanorod)であった。この炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体のベット比表面積SBET(m2・g−1)、メソボア容積Vmeso(mL・g−1)及びメソボアサイズDmeso(nm)を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
市販のST−01(石原産業(株)製)のアナターゼ型酸化チタンについて、ベット比表面積SBET(m2・g−1)、メソボア容積Vmeso(mL・g−1)及びメソボアサイズDmeso(nm)を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
市販のチタニアを150℃、24時間、10NのNaOHで水熱処理して、チタネート粒子(TNT)を製造した。チタネート粒子のベット比表面積SBET(m2・g−1)、メソボア容積Vmeso(mL・g−1)及びメソボアサイズDmeso(nm)を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
比較例2で得られたチタネート粒子を空気中で550℃で焼成してチタニア粒子(TNT−550)を製造した。得られたチタニア粒子のベット比表面積SBET(m2・g−1)、メソボア容積Vmeso(mL・g−1)及びメソボアサイズDmeso(nm)を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
実施例1で得られたテトライソプロポキシチタンが反応した層状状グラファイト酸化物(GO−Ti)及び炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体(C−TNT)、実施例2で得られた炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体(C−TiO2―nanorod)のメチルオレンジ(MO)光分解速度定数を下記条件で求めた。
すなわち、初濃度(C0)50ppmのメチルオレンジ溶液5mlにサンプル5mgを入れた試験溶液を、各サンプル毎に複数作成し、25℃の恒温水槽においてこれらを暗状態で3〜24時間振動した。所定時間ごとに各サンプルの試験溶液を一つずつ取り出し、該試験溶液のメチルオレンジ濃度(C)を測定した。また同様なサンプルを複数作成し、25℃の恒温水槽においてこれらを暗状態で24時間振動した後、90Wの殺菌灯を照射し続けた。所定の光照射経過時間ごとに各サンプルの溶液を一つずつ取り出し、該試験溶液のメチルオレンジ濃度を測定した。得られた暗状態及び光照射状態でのC/C0の経時変化を図3に示す。暗状態における溶液中のメチルオレンジの濃度の低下は各サンプルによる吸着による濃度低下と考えられる。光照射後溶液濃度が減少しているが、これは各サンプルの光触媒機能でメチルオレンジが分解消失したものであると考えられる。各サンプルについて測定されたメチルオレンジの濃度低下の傾きから、光分解速度定数k0(h−1)を算出した。また、24時間吸着後のメチルオレンジの濃度を吸着平衡濃度(Ce)とし、光分解速度定数を吸着後の平衡濃度Ceで除したk0/Ce(L・g−1・h−1)を算出した。k0は光触媒活性のみを比較するパラメータであり、k0/Ceは吸着濃縮効果を加味した除去速度を比較するパラメータとして用い得る。これらの値を表2に示す。
実施例4と同様にして、市販のアナターゼ型酸化チタン(ST−01)、チタネート粒子(TNT)、及び550℃焼成チタニア粒子(TNT−550)について、実施例4と同様にしてメチルオレンジの濃度を測定した。結果を図3に示す。また実施例4と同様にして、光分解速度定数k0(h−1)及びk0/Ce(L・g−1・h−1)を算出した。これらの値を表2に示す。
Claims (9)
- 有機チタン化合物と層状グラファイト酸化物とを有機溶媒中で反応させ、得られた反応物をアルカリ水溶液中で水熱処理することを特徴とする炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体の製造方法。
- 有機チタン化合物と層状グラファイト酸化物の反応が、有機チタン化合物有機溶媒溶液と層状グラファイト酸化物の有機溶媒懸濁液を混合した後、10〜85℃で0.5〜6時間加熱することにより行われることを特徴とする請求項1記載の炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体の製造方法。
- 請求項1又は2に記載の製造方法で製造された炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体を焼成することを特徴とする炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体の製造方法。
- 前記焼成が、真空或いはヘリウム、チッ素、アルゴンなどの不活性雰囲気下、450〜950℃で0.5〜6時間加熱されることにより行われることを特徴とする請求項3記載の炭素ナノシート・チタネートナノロッド複合体の製造方法。
- 前記酸化チタンがアナターゼ微結晶を主成分とすることを特徴とする請求項3又は4に記載の炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体の製造方法。
- 請求項1又は2に記載の製造方法によって得られた炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体。
- 請求項3〜5のいずれかに記載の製造方法によって得られた炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体。
- 請求項6に記載の炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体又は請求項7に記載の炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体からなる有機汚染物質除去用処理剤。
- 請求項6に記載の炭素ナノシート・チタネートナノチューブ複合体又は請求項7記載の炭素ナノシート・チタニアナノロッド複合体を用い、有機汚染物質をその表面に濃縮させ分解することを特徴とする有機性汚染物質の除去方法。
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