JP2011001208A - METHOD OF PRODUCING MgIn2O4, AND MgIn2O4 MATERIAL - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光触媒材料に関し、特に、可視光で作動する光触媒材料に関する。 The present invention relates to a photocatalytic material, and more particularly to a photocatalytic material that operates with visible light.
現在、地球上では、二酸化炭素やメタンなどの温室効果ガスの増加に伴う温暖化や、窒素酸化物による酸性雨、ハロンなどのフロンガスによるオゾンホールの拡大など、様々な有害化学物質による環境汚染が進んでおり、大きな問題となっている。特に有機物は、このような有害化学物質のうちの多くの割合を占め、有機物の浄化が大きな課題となっている。 Currently, environmental pollution due to various harmful chemical substances such as global warming due to the increase of greenhouse gases such as carbon dioxide and methane, acid rain due to nitrogen oxides, and the expansion of ozone holes due to chlorofluorocarbons such as halon on the earth. It is a big problem. In particular, organic substances occupy a large proportion of such harmful chemical substances, and purification of organic substances has become a major issue.
そこで、このような有機物を、光触媒を使用して分解することが検討されている。光触媒は、バンドギャップエネルギーを超える光エネルギーを吸収した際に、励起電子(価電子帯から伝導帯に励起した電子)、およびこの電子に対応する正孔を生成する。従って、この励起電子および/または正孔で有機物を還元/酸化することにより、有機物を分解することができる。 Therefore, it has been studied to decompose such organic substances using a photocatalyst. When the photocatalyst absorbs light energy exceeding the band gap energy, it generates excited electrons (electrons excited from the valence band to the conduction band) and holes corresponding to the electrons. Therefore, the organic substance can be decomposed by reducing / oxidizing the organic substance with the excited electrons and / or holes.
このような光触媒の代表的な例は、二酸化チタン(TiO2)であり、この材料は、波長が約380nm〜約390nm以下の光を吸収して、光触媒特性を示すことが知られている(例えば、非特許文献1)。 A typical example of such a photocatalyst is titanium dioxide (TiO 2 ), and this material is known to absorb light having a wavelength of about 380 nm to about 390 nm or less and exhibit photocatalytic properties ( For example, Non-Patent Document 1).
しかしながら、二酸化チタン(TiO2)が光触媒作用を発揮するようになる光の波長は、紫外線領域に近く、可視光領域(約360nm〜約830nm)の光は、ごく僅かしか使用できない。換言すれば、二酸化チタン(TiO2)を使用して、有機物を分解する際に、可視光を利用した場合、有機物の分解効率が極めて効率が悪くなるという問題がある。従って、実際には、二酸化チタン(TiO2)を使用して有機物を分解する場合、紫外線領域の光を光触媒に照射する必要がある。しかしながら、紫外線領域の光の使用する方法では、可視光を使用する方法に比べて、煩雑な操作が必要となり、装置が複雑化し、有機物の分解処理コストが上昇するという問題がある。また、紫外線の使用は、安全面でも問題がある。 However, the wavelength of the light titanium dioxide (TiO 2) is to exert a photocatalytic action, close to the ultraviolet region, light in the visible light region (about 360nm~ about 830 nm) can not be used very little. In other words, when titanium dioxide (TiO 2 ) is used to decompose the organic substance, when visible light is used, the decomposition efficiency of the organic substance is extremely inefficient. Therefore, in practice, when titanium dioxide (TiO 2 ) is used to decompose organic matter, it is necessary to irradiate the photocatalyst with light in the ultraviolet region. However, the method using light in the ultraviolet region requires a complicated operation compared to the method using visible light, and there is a problem that the apparatus becomes complicated and the cost of decomposing organic matter increases. Also, the use of ultraviolet rays has a problem in terms of safety.
一方、最近では、光触媒材料として、CaIn2O4、SrIn2O4、およびBaIn2O4を使用することにより、可視光領域で、より有効に有機物の分解が生じ得ることが報告されている(非特許文献2)。 On the other hand, recently, it has been reported that by using CaIn 2 O 4 , SrIn 2 O 4 , and BaIn 2 O 4 as photocatalyst materials, decomposition of organic substances can occur more effectively in the visible light region. (Non-patent document 2).
また、これまで、インジウムスズ酸化物(ITO)に代わる透明電子伝導体として、MgIn2O4材料を合成することに関する文献がある(非特許文献3)。 Moreover, until now, there is a document relating to the synthesis of MgIn 2 O 4 material as a transparent electron conductor that replaces indium tin oxide (ITO) (Non-patent Document 3).
しかしながら、前述の非特許文献3では、原料粉を800℃で16時間一次熱処理した後、さらに1400℃で、72時間以上保持しなければ、MgIn2O4を合成することはできない。また、この文献は、インジウムスズ酸化物(ITO)に代わる透明電子伝導体材料の探索を主眼としている。このため、この方法で得られたMgIn2O4材料が、可視光領域(約360nm〜約830nm)、特に、波長が400nm以上の可視光領域において、光触媒特性を示すかどうかは不明である。
However, in
従って、波長が400nm以上の可視光領域において、良好な光触媒特性を示すMgIn2O4を、より簡便な方法で合成する方法が、今もなお必要となっている。 Therefore, there is still a need for a method for synthesizing MgIn 2 O 4 exhibiting good photocatalytic properties in a visible light region having a wavelength of 400 nm or more by a simpler method.
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、本発明では、より簡便な方法で、波長が400nm以上の可視光領域において、有機物の分解を有意に行うことが可能な、MgIn2O4材料を製造するための方法を提供することを目的とする。また、波長が400nm以上の可視光領域において、有機物の分解を有意に行うことが可能な、MgIn2O4材料を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems. In the present invention, MgIn 2 is capable of significantly decomposing organic substances in a visible light region having a wavelength of 400 nm or more by a simpler method. It is an object to provide a method for producing O 4 material. It is another object of the present invention to provide an MgIn 2 O 4 material capable of significantly decomposing organic substances in a visible light region having a wavelength of 400 nm or more.
本発明では、MgIn2O4の製造方法であって、
(1)MgCO3およびIn2CO3を、MgCO3とIn2CO3のモル比が1.05:1.0〜1.2:1.0の間の範囲になるように混合して、混合物を得るステップと、
(2)前記混合物を800℃〜1000℃の温度範囲で、6時間以上焼成して、第1の焼成体を得るステップと、
(3)前記第1の焼成体を、1300℃〜1450℃の温度範囲で、12時間〜24時間焼成して、MgIn2O4を得るステップと、
を有する製造方法が提供される。
In the present invention, a method for producing MgIn 2 O 4 , comprising:
(1) Mixing MgCO 3 and In 2 CO 3 so that the molar ratio of MgCO 3 and In 2 CO 3 is in the range between 1.05: 1.0 and 1.2: 1.0, Obtaining a mixture;
(2) firing the mixture in a temperature range of 800 ° C. to 1000 ° C. for 6 hours or more to obtain a first fired body;
(3) firing the first fired body in a temperature range of 1300 ° C. to 1450 ° C. for 12 to 24 hours to obtain MgIn 2 O 4 ;
A manufacturing method is provided.
ここで、本発明による方法において、前記ステップ(2)は、前記混合物を850℃〜950℃の温度範囲で、6時間〜12時間焼成して、第1の焼成体を得るステップであっても良い。 Here, in the method according to the present invention, the step (2) is a step of obtaining the first fired body by firing the mixture at a temperature range of 850 ° C. to 950 ° C. for 6 hours to 12 hours. good.
また本発明による方法において、前記ステップ(3)は、前記第1の焼成体を、1350℃〜1450℃の温度範囲で、12時間〜24時間焼成して、MgIn2O4を得るステップであっても良い。 In the method according to the present invention, the step (3) is a step of obtaining the MgIn 2 O 4 by firing the first fired body in a temperature range of 1350 ° C. to 1450 ° C. for 12 hours to 24 hours. May be.
また本発明による方法において、
前記MgIn2O4は、量子収率F(%)を
In the method according to the invention,
MgIn 2 O 4 has a quantum yield F (%).
波長が400nm〜490nmの範囲の可視光の照射により、メチレンブルー試薬の分解に対して、0.02%以上の量子収率が得られても良い:
ここで、Np(個)は、前記可視光に含まれる光子の数であり、nd(個)は、前記メチレンブルー試薬の分解された分子数である。
A quantum yield of 0.02% or more may be obtained for the decomposition of the methylene blue reagent by irradiation with visible light having a wavelength in the range of 400 nm to 490 nm:
Here, Np (number) is the number of photons contained in the visible light, and n d (number) is the number of molecules decomposed by the methylene blue reagent.
さらに、本発明では、量子収率F(%)を Furthermore, in the present invention, the quantum yield F (%) is
波長が400nm〜490nmの範囲の可視光の照射により、メチレンブルー試薬の分解に対して、0.02%以上の量子収率が得られることを特徴とするMgIn2O4材料が提供される:
ここで、Np(個)は、前記可視光に含まれる光子の数であり、nd(個)は、前記メチレンブルー試薬の分解された分子数である。
An MgIn 2 O 4 material characterized in that a quantum yield of 0.02% or more is obtained for the decomposition of the methylene blue reagent upon irradiation with visible light in the wavelength range of 400 nm to 490 nm:
Here, Np (number) is the number of photons contained in the visible light, and n d (number) is the number of molecules decomposed by the methylene blue reagent.
本発明では、より簡便な方法で、波長が400nm以上の可視光領域において、有機物の分解を有意に行うことが可能な、MgIn2O4材料を製造するための方法を提供することができる。また、波長が400nm以上の可視光領域において、有機物の分解を有意に行うことが可能な、MgIn2O4材料を提供することが可能となる。 In the present invention, a method for producing an MgIn 2 O 4 material capable of significantly decomposing an organic substance in a visible light region having a wavelength of 400 nm or more can be provided by a simpler method. In addition, it is possible to provide an MgIn 2 O 4 material that can significantly decompose organic substances in the visible light region having a wavelength of 400 nm or more.
以下、本発明について、詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
前述のように、光触媒の代表的な材料である二酸化チタン(TiO2)は、紫外線領域に近い波長(約380nm以下)の光でなければ、光触媒特性を発揮しない。従って、通常の場合、二酸化チタン(TiO2)に照射される励起光線には、紫外線が使用される。しかしながら、このような紫外線領域の光の使用する方法では、可視光を使用する方法に比べて、煩雑な操作が必要となり、装置が複雑化し、有機物の分解処理コストが上昇するという問題がある。また、紫外線の使用は、安全面でも問題がある。 As described above, titanium dioxide (TiO 2 ), which is a typical material for photocatalysts, does not exhibit photocatalytic properties unless it has light with a wavelength close to the ultraviolet region (about 380 nm or less). Therefore, in the normal case, ultraviolet rays are used as excitation light irradiated to titanium dioxide (TiO 2 ). However, such a method using light in the ultraviolet region requires a complicated operation as compared with a method using visible light, and there is a problem that the apparatus becomes complicated and the cost of decomposing organic matter increases. Also, the use of ultraviolet rays has a problem in terms of safety.
一方、最近では、光触媒材料として、CaIn2O4、SrIn2O4、およびBaIn2O4を使用することにより、可視光領域で、有機物の分解が生じ得ることが報告されている(非特許文献2)。しかしながら、この文献には、MgIn2O4材料に関する記載は、ない。 On the other hand, recently, it has been reported that the use of CaIn 2 O 4 , SrIn 2 O 4 , and BaIn 2 O 4 as photocatalyst materials can cause decomposition of organic substances in the visible light region (non-patent document). Reference 2). However, this document does not describe the MgIn 2 O 4 material.
一方、別の文献には、高温でMgCO3とIn2O3の混合物を焼成することにより、MgIn2O4材料が得られたことが示されている(非特許文献3)。しかしながら、この方法では、原材料を800℃で16時間一次熱処理した後、さらに1400℃で、72時間以上保持しなければ、MgIn2O4を合成することはできない。すなわち、この方法は、1400℃という高温で、72時間、すなわち3日以上、原材料を高温焼成する必要があり、材料の合成方法としては、あまり効率的な方法ではない。また、この方法で得られたMgIn2O4材料が、可視光領域(約360nm〜約830nm)、特に、波長が400nm以上の可視光領域において、良好な光触媒特性を示すかどうかは不明である。 On the other hand, another document shows that a MgIn 2 O 4 material was obtained by firing a mixture of MgCO 3 and In 2 O 3 at a high temperature (Non-patent Document 3). However, in this method, MgIn 2 O 4 cannot be synthesized unless the raw material is first heat-treated at 800 ° C. for 16 hours and then kept at 1400 ° C. for 72 hours or more. That is, this method requires high temperature firing of raw materials at a high temperature of 1400 ° C. for 72 hours, that is, 3 days or more, and is not a very efficient method for synthesizing materials. In addition, it is unclear whether the MgIn 2 O 4 material obtained by this method exhibits good photocatalytic properties in the visible light region (about 360 nm to about 830 nm), particularly in the visible light region having a wavelength of 400 nm or more. .
このような背景の下、本願発明者らは、波長が400nm以上の可視光領域において、良好な光触媒特性を示す材料について、鋭意研究開発を進めてきた。そして、光触媒材料として、特徴的かつ斬新な方法で製作されたMgIn2O4を使用した場合、波長が400nm以上の可視光領域において、有機物の分解が生じ得ることを見出し、本願発明に至った。 Under such a background, the inventors of the present application have been diligently researching and developing a material exhibiting favorable photocatalytic characteristics in a visible light region having a wavelength of 400 nm or more. Then, as the photocatalyst material, when using MgIn 2 O 4 fabricated in a characteristic and novel way, in the visible light region having a wavelength of above 400 nm, found that the decomposition of organic matter may occur, leading to the present invention .
すなわち、本発明では、
MgIn2O4の製造方法であって、
(1)MgCO3およびIn2CO3を、MgCO3とIn2CO3のモル比が1.05:1.0〜1.2:1.0の間の範囲になるように混合して、混合物を得るステップと、
(2)前記混合物を800℃〜1000℃の温度範囲で、6時間以上焼成して、第1の焼成体を得るステップと、
(3)前記第1の焼成体を、1300℃〜1450℃の温度範囲で、12時間〜24時間焼成して、MgIn2O4を得るステップと、
を有する製造方法が提供される。
That is, in the present invention,
A method for producing MgIn 2 O 4 , comprising:
(1) Mixing MgCO 3 and In 2 CO 3 so that the molar ratio of MgCO 3 and In 2 CO 3 is in the range between 1.05: 1.0 and 1.2: 1.0, Obtaining a mixture;
(2) firing the mixture in a temperature range of 800 ° C. to 1000 ° C. for 6 hours or more to obtain a first fired body;
(3) firing the first fired body in a temperature range of 1300 ° C. to 1450 ° C. for 12 to 24 hours to obtain MgIn 2 O 4 ;
A manufacturing method is provided.
本発明による方法では、ステップ(3)における焼成時間は、24時間(すなわち最大1日)以内である。従って、本発明による方法では、従来に比べて、より簡便に、MgIn2O4を製造することができる。 In the method according to the invention, the firing time in step (3) is within 24 hours (ie up to 1 day). Therefore, with the method according to the present invention, MgIn 2 O 4 can be produced more easily than in the prior art.
また、本発明により製造されたMgIn2O4は、以降に詳しく示すように、波長が400nm以上の可視光領域においても、十分な光触媒特性を示す。従って、本発明により製造されたMgIn2O4は、可視光領域の光を使用した、有機物の分解用の光触媒として使用することができる。 Further, MgIn 2 O 4 produced according to the present invention exhibits sufficient photocatalytic properties even in the visible light region having a wavelength of 400 nm or more, as will be described in detail later. Therefore, MgIn 2 O 4 produced according to the present invention can be used as a photocatalyst for decomposing organic substances using light in the visible light region.
なお、本発明による方法を採用したときに、従来に比べて、より簡便に、MgIn2O4を製造することができる明確な理由については、今のところ不明である。 Incidentally, when employing the method according to the invention, compared with the conventional, more simply, the specific reasons that can produce MgIn 2 O 4 is now unknown.
しかしながら、分析の結果によれば、ステップ(2)の直後の段階では、まだMgIn2O4は、生成されていないと考えられることから、本発明による方法の効果として、以下のことが考察される。 However, according to the results of analysis, it is considered that MgIn 2 O 4 has not yet been generated at the stage immediately after step (2). Therefore, the following is considered as an effect of the method according to the present invention. The
本発明による方法では、原料として、MgCO3およびIn2CO3を利用する。この際、本発明による方法では、MgCO3およびIn2CO3を、MgCO3とIn2CO3のモル比が1.05:1.0〜1.2:1.0の間の範囲になるように混合して、混合物を得る。また、本発明による方法は、この混合物を高温で反応させるステップ、すなわちステップ(3)の前に、より低い温度で、MgCO3およびIn2CO3を熱処理を行うステップ(2)を有する。 In the method according to the present invention, MgCO 3 and In 2 CO 3 are used as raw materials. In this case, the method according to the invention, the MgCO 3 and an In 2 CO 3, the molar ratio of MgCO 3 and an In 2 CO 3 1.05: 1.0 to 1.2: in the range between 1.0 To obtain a mixture. The method according to the invention also comprises a step (2) of heat treating MgCO 3 and In 2 CO 3 at a lower temperature before the step of reacting this mixture at an elevated temperature, ie step (3).
従って、本発明では、モル比でより多く含まれるMgCO3と、In2CO3とを含む混合物に対して、このステップ(2)を介在させることにより、以降のステップ(3)において、両者の間の反応が促進されている可能性がある。 Therefore, in the present invention, by interposing this step (2) with respect to a mixture containing MgCO 3 and In 2 CO 3 that are contained in a larger molar ratio, in the subsequent step (3), The reaction between them may be promoted.
例えば、ステップ(2)において、MgCO3(の少なくとも一部)が酸化物に変化することが考えられる。この場合、MgCO3とIn2CO3の混合物において、MgCO3の割合が多いほど、より多くのMgCO3が分解して、酸化物に変化する。従って、以降のステップ(3)での反応は、MgCO3が分解して酸化物に変化するために必要なエネルギーが減少するため、投入されたエネルギーが、より優先的に酸化物同士の焼結反応に有効に利用されるようになることが考えられる。 For example, in step (2), it is conceivable that MgCO 3 (at least a part thereof) changes to an oxide. In this case, in a mixture of MgCO 3 and an In 2 CO 3, as the ratio of MgCO 3 is large, the more MgCO 3 is decomposed and changed into oxides. Accordingly, in the reaction in the subsequent step (3), energy required for decomposition of MgCO 3 into an oxide is reduced, so that the input energy is more preferentially sintered between oxides. It may be possible to use the reaction effectively.
あるいはステップ(2)の熱処理において、MgCO3とIn2CO3混合物において、より多く含まれるMgCO3が分解し、CO2が生じやすい状態となり、これにより、その後の複合酸化物の生成反応が容易化されることも考えられる。 Or in heat treatment of step (2), the MgCO 3 and an In 2 CO 3 mixture decomposed MgCO 3 contained more, CO 2 becomes prone state, thereby easily forming reaction subsequent composite oxide It is also possible that
なお、以上の記載は、現在存在する測定結果等を利用した考察に基づくものであり、本発明による方法を実施した際に、その他の機構により、MgIn2O4が生成されても良い。すなわち、MgIn2O4の実際の生成機構は、本発明の範囲には、何ら影響しないことに留意する必要がある。 Incidentally, the above description is based on the consideration that uses the measurement results and the like that currently exist, when carrying out the method according to the invention, by other mechanisms, MgIn 2 O 4 may be generated. That is, it should be noted that the actual formation mechanism of MgIn 2 O 4 has no influence on the scope of the present invention.
図1には、本発明によるMgIn2O4の製造方法のフローの一例を模式的に示す。図1に示すように、本発明によるMgIn2O4の製造方法は、少なくとも、
(1)MgCO3およびIn2CO3を、MgCO3とIn2CO3のモル比が1.05:1.0〜1.2:1.0の間の範囲になるように混合して、混合物を得るステップと、
(2)前記混合物を800℃〜1000℃の温度範囲で、6時間以上焼成して、第1の焼成体を得るステップ(S120)と、
(3)前記第1の焼成体を、1300℃〜1450℃の温度範囲で、12時間〜24時間焼成して、MgIn2O4を得るステップ(S130)と、
を有する。以下、各ステップについて、説明する。
FIG. 1, an example of a flow of a manufacturing method of MgIn 2 O 4 according to the invention is shown schematically. As shown in FIG. 1, the manufacturing method of MgIn 2 O 4 according to the present invention includes at least
(1) Mixing MgCO 3 and In 2 CO 3 so that the molar ratio of MgCO 3 and In 2 CO 3 is in the range between 1.05: 1.0 and 1.2: 1.0, Obtaining a mixture;
(2) firing the mixture in a temperature range of 800 ° C. to 1000 ° C. for 6 hours or more to obtain a first fired body (S120);
(3) firing the first fired body in a temperature range of 1300 ° C. to 1450 ° C. for 12 to 24 hours to obtain MgIn 2 O 4 (S130);
Have Hereinafter, each step will be described.
(ステップS110)
まず最初に、原料となるMgCO3と、In2CO3とが混合される。これらの原料は、粉末状態であっても、その他の状態であっても良い。
(Step S110)
First, MgCO 3 as a raw material and In 2 CO 3 are mixed. These raw materials may be in a powder state or in other states.
ここで、MgCO3とIn2CO3の混合割合は、モル比で、幾分MgCO3が多くなるように調製される。すなわち、MgCO3とIn2CO3のモル比は、1.05:1.0〜1.2:1.0の間の範囲にあり、両者のモル比は、例えば、1.1:1.0であっても良い。 Here, the mixing ratio of MgCO 3 and In 2 CO 3 is prepared such that MgCO 3 is somewhat increased in terms of molar ratio. That is, the molar ratio of MgCO 3 and In 2 CO 3 is in the range of 1.05: 1.0 to 1.2: 1.0, and the molar ratio of both is, for example, 1.1: 1. It may be zero.
また、このステップS110において、混合を容易にするため、分散剤が使用されても良い。分散剤は、特に限られないが、例えば、エタノール等のアルコール、または水等が使用される。 In this step S110, a dispersant may be used to facilitate mixing. The dispersant is not particularly limited, and for example, alcohol such as ethanol or water is used.
(ステップS120)
次に、前記混合物は、大気中で、800℃〜1000℃の温度範囲で、6時間以上、焼成される(第1の焼成)。この第1の焼成の温度は、特に、850℃〜950℃の範囲であることが好ましい。また、第1の焼成の時間は、6時間〜12時間の範囲であることが好ましい。
(Step S120)
Next, the mixture is fired in the air at a temperature range of 800 ° C. to 1000 ° C. for 6 hours or longer (first firing). The temperature of the first baking is particularly preferably in the range of 850 ° C to 950 ° C. Moreover, it is preferable that the time of 1st baking is the range of 6 hours-12 hours.
これにより、MgCO3の一部または全部が酸化物に変化し、あるいはこれらの化合物において、CO2が発生して、MgCO3が分解されやすい状態となる。ただし、分析の結果によれば、このステップでは、まだ十分な量のMgIn2O4は、生成されていないものと思われる。 Thereby, a part or all of MgCO 3 is changed to an oxide, or in these compounds, CO 2 is generated and MgCO 3 is easily decomposed. However, according to the result of analysis, it is considered that a sufficient amount of MgIn 2 O 4 has not yet been generated in this step.
第1の焼成後に、焼成体は、炉冷等により冷却される。 After the first firing, the fired body is cooled by furnace cooling or the like.
その後、得られたサンプルは、粉砕されても良い。これにより、最終的に得られる材料の均一性がより一層、高まる。 Thereafter, the obtained sample may be pulverized. This further increases the uniformity of the finally obtained material.
(ステップS130)
次に、得られた焼成体は、1300℃〜1450℃の温度範囲で、6時間以上焼成される(第2の焼成)。
(Step S130)
Next, the obtained fired body is fired in a temperature range of 1300 ° C. to 1450 ° C. for 6 hours or longer (second firing).
この第2の焼成の温度は、特に、1350℃〜1450℃の範囲であることが好ましい。また、第2の焼成の時間は、12時間〜24時間の範囲であることが好ましい。 The temperature of the second baking is particularly preferably in the range of 1350 ° C to 1450 ° C. Moreover, it is preferable that the time of 2nd baking is the range of 12 hours-24 hours.
その後、焼成体は、炉冷等により冷却される。 Thereafter, the fired body is cooled by furnace cooling or the like.
以上の工程を経て、本発明によるMgIn2O4化合物を得ることができる。 Through the above steps, the MgIn 2 O 4 compound according to the present invention can be obtained.
以下、本発明による実施例について、説明する。 Examples according to the present invention will be described below.
(実施例1)
(試料サンプルの合成)
まず、MgCO3の粉末(純度99%、和光純薬株式会社製)とIn2CO3の粉末(純度99.99%、ニラコ株式会社製)とを、エタノール中で混合した。MgCO3のIn2CO3のモル比は、1.1:1.0とした。
Example 1
(Sample synthesis)
First, MgCO 3 powder (purity 99%, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and In 2 CO 3 powder (purity 99.99%, manufactured by Nilaco Corporation) were mixed in ethanol. The molar ratio of MgCO 3 to In 2 CO 3 was 1.1: 1.0.
次に、混合試料を約80℃の乾燥機(ISUZU DRYING OVEN MODEL 2−2045)中に入れ、5時間保持し、混合試料を乾燥させた。さらに、乾燥混合試料を粉砕して、ペレットを調製した。 Next, the mixed sample was put in a dryer (ISUZU DRYING OVEN MODEL 2-2045) at about 80 ° C. and held for 5 hours to dry the mixed sample. Further, the dry mixed sample was pulverized to prepare pellets.
次に、このペレットを、電気炉(YAMATO FO510)内に入れ、大気下、約900℃で12時間焼成した(第1の焼成)。 Next, this pellet was put in an electric furnace (YAMATO FO510) and fired at about 900 ° C. for 12 hours in the atmosphere (first firing).
得られた焼成体を、室温まで冷却し、再度粉砕した後、この粉末を、電気炉(TSR−430、ヤマダ電機株式会社)内に入れ、大気下、約1400℃で24時間焼成した(第2の焼成)。得られた試料サンプルは、赤みのあるグレー色であった。このサンプルを、実施例1に係る試料サンプルと称する。 The obtained fired body was cooled to room temperature and pulverized again, and then this powder was put in an electric furnace (TSR-430, Yamada Denki Co., Ltd.) and fired at about 1400 ° C. for 24 hours in the atmosphere (No. 1). 2 firing). The obtained sample sample was a reddish gray color. This sample is referred to as a sample sample according to Example 1.
(分析結果)
実施例1に係る試料サンプルを用いて、X線回折測定を行った。得られた回折ピークを図2に示す。図2において、上段は、測定結果であり、下段は、MgIn2O4の標準回折ピークである。試料サンプルの回折ピークは、MgIn2O4の標準回折ピークに一致することがわかる。
(result of analysis)
X-ray diffraction measurement was performed using the sample sample according to Example 1. The obtained diffraction peak is shown in FIG. In FIG. 2, the upper row shows the measurement results, and the lower row shows the standard diffraction peak of MgIn 2 O 4 . It can be seen that the diffraction peak of the sample sample matches the standard diffraction peak of MgIn 2 O 4 .
(光触媒特性の評価)
実施例1に係る試料サンプルを用いて、有機物の分解試験を行い、実施例1に係る試料サンプルの光触媒特性を評価した。
(Evaluation of photocatalytic properties)
Using the sample sample according to Example 1, an organic matter decomposition test was performed, and the photocatalytic characteristics of the sample sample according to Example 1 were evaluated.
有機物には、以下の分子構造で表される、メチレンブルー(C16H18N3S・Cl)試薬(MERCK株式会社)を使用した。 As the organic substance, a methylene blue (C 16 H 18 N 3 S · Cl) reagent (MERCK Corporation) represented by the following molecular structure was used.
有機物の分解試験には、図4に示す試験装置100を使用した。
The
試験装置100は、光源120と、赤外光遮断フィルタ130と、紫外光遮断フィルタ140と、プラスチックセル160とを有する。
The
光源120には、水銀キセノン(Hg−Xe)ランプ(浜松ホトニクス社製)を使用した。光源の定格電圧/電流は、約20〜30kV/7.5Aである。図5には、光源120によって放射される光のスペクトルを示す。この光源120から放射される光は、紫外線領域から赤外線領域までの、幅広い波長を有する。また、特に、波長約405nm、約450nm、約550nm、および約580nmの4領域に、大きなピークを有する。
As the
赤外光遮断フィルタ130には、Edmund社製のCOMMERICAL IRカットフィルタを使用した。赤外光遮断フィルタ130は、光源120から放射される光の波長のうち、赤外線領域の波長(約830nm以上の波長)を遮断することができる。
As the infrared
紫外光遮断フィルタ140には、縦10cm×横10cm×厚さ5mmのアクリル板を使用した。紫外光遮断フィルタ140は、赤外光遮断フィルタ130を通過した光のうち、紫外線領域の波長(約380nm以下の波長)を遮断することができる。従って、プラスチックセル160に照射される光は、400nm〜830nmの範囲の波長のみを有する。
As the ultraviolet
プラスチックセル160は、縦10mm×横10mm×高さ45mmの外寸法であり、肉厚が1mmのものを使用した。プラスチックセル160の底部には、前述の方法で作製した実施例1に係るMgIn2O4の試料サンプル170を0.1g敷き詰めた。また、プラスチックセル160の内部には、濃度が1.0×10−5mol/lのメチレンブルー試薬180を、約3.6ml充填した。試料サンプル170の光照射面積は、81mm2である。
A
光源120から、プラスチックセル160までの距離は、11cmとした。光源120のパワーは、7.0mWとした。
The distance from the
また、別の構成として、図6に示すような試験装置200を使用した。この試験装置200は、前述の試験装置100と同様の構成である。ただし、試験装置200は、さらに、紫外光遮断フィルタ140とプラスチックセル160との間に、バンドパスフィルタ150を備える。
As another configuration, a
バンドパスフィルタ150には、Edmund社製のCOM狭帯域干渉フィルタ(商品番号43104、および43116)を使用した。バンドパスフィルタ150は、紫外光遮断フィルタ140を通過した光のうち、特定の選定波長を有する光のみを、プラスチックセル160の方に通過させることができる。例えば、商品番号43104のバンドパスフィルタの場合、波長405nmの光のみを通過させることができる。また、商品番号43116のバンドパスフィルタの場合、波長488nmの光のみを通過させることができる。
As the
なお、試験装置200を使用した場合、プラスチックセル160、すなわち試料サンプル170に照射される光のパワーPは、波長が405nmの場合、0.414mW/cm2であった。一方、波長が488nmの場合、試料サンプル170に照射される光のパワーPは、0.796mW/cm2であった。
In addition, when the
このような試験装置100または200を用いて、プラスチックセル160の上部から、試料サンプル170に光を照射した。試料サンプル170は、実質的に、長手方向が光源220の方を向くようにして配置した(図4および図6参照)。なお、実験は、暗室で行った。
Using such a
図7および図8には、試験装置100を用いて得られた光照射試験の結果を示す。すなわち、この試験結果は、試料サンプルに、波長が400nm〜830nmの範囲の光を照射したときの結果である。図7および図8において、横軸は、照射時間(Hour)であり、縦軸は、メチレンブルー試薬の吸光度Aである。図7は、連続光照射試験における結果を示しており、図8は、試験の途中で、光照射を中断させ、その後再度光照射を開始した際の試験結果を示している。
7 and 8 show the results of a light irradiation test obtained using the
図7から、光照射時間の増加に伴い、メチレンブルー試薬の吸光度が低下して行くことがわかる。また、図8から、光を照射しない時間域では、メチレンブルー試薬の吸光度が変化していないことがわかる。これらの結果は、実施例1に係る試料サンプルが、波長400nm〜830nmの範囲の光の照射により、光触媒特性を示すことを示唆するものである。 FIG. 7 shows that the absorbance of the methylene blue reagent decreases with increasing light irradiation time. In addition, it can be seen from FIG. 8 that the absorbance of the methylene blue reagent does not change in the time region where no light is irradiated. These results suggest that the sample sample according to Example 1 exhibits photocatalytic properties when irradiated with light in the wavelength range of 400 nm to 830 nm.
次に、試験装置200を用いて得られた光照射試験の結果をまとめて表1に示す。
Next, Table 1 summarizes the results of the light irradiation test obtained using the
表1には、波長405nmおよび488nmの各光を連続照射(4.5時間)した後のメチレンブルー試薬の吸光度の減少量ΔAがまとめて示されている。 Table 1 collectively shows the amount of decrease ΔA in the absorbance of the methylene blue reagent after continuous irradiation (4.5 hours) with light of wavelengths 405 nm and 488 nm.
ここで、量子収率F(%)とは、光触媒に照射された光に含まれる光子1個で分解することのできる有機物分子数を意味する。量子収率は、サンプルの光触媒特性を評価する指標として使用することができる。 Here, the quantum yield F (%) means the number of organic molecules that can be decomposed by one photon contained in the light irradiated on the photocatalyst. The quantum yield can be used as an index for evaluating the photocatalytic properties of the sample.
なお、量子収率F(%)は、以下の手順1〜手順2から算出することができる。
The quantum yield F (%) can be calculated from the following
(手順I)メチレンブルー試薬の分解に使用された光子の数Npの算出
光子1個あたりのエネルギーE1(J)は、cを光速(3.0×108m/s)とし、hをプランク定数(6.626×10−34Js)とし、λを光の波長としたとき、
(Procedure I) Calculation of the number of photons Np used for the decomposition of the methylene blue reagent The energy E 1 (J) per photon is c as the speed of light (3.0 × 10 8 m / s), and h is plank When the constant is (6.626 × 10 −34 Js) and λ is the wavelength of light,
また、実験中に光源からサンプルに照射された全エネルギーはEALL(J)は、Pを光源のパワーとし、tを照射時間としたとき、 Further, the total energy irradiated to the sample from the light source during the experiment is E ALL (J) where P is the power of the light source and t is the irradiation time.
従って、式(3)、(4)より、実験中にサンプルに照射された光子の数Np(個)は、 Therefore, from the equations (3) and (4), the number Np (number) of photons irradiated to the sample during the experiment is
(手順2)メチレンブルー試薬の分解分子数ndの算出
一方、実験中に分解されたメチレンブルー試薬の分子数nd(個)は、以下の手順により算出することができる。
(Procedure 2) Calculation of the number n d of decomposition molecules of the methylene blue reagent On the other hand, the number of molecules n d (number) of the methylene blue reagent decomposed during the experiment can be calculated by the following procedure.
まず、メチレンブルー試薬の分子数n(個)と吸光度Aの関係を算出する。 First, the relationship between the number of molecules (m) of the methylene blue reagent and the absorbance A is calculated.
メチレンブルー試薬のモル濃度M(mol/L)は、メチレンブルー試薬の吸光度Aと比例関係にあり、 The molar concentration M (mol / L) of the methylene blue reagent is proportional to the absorbance A of the methylene blue reagent,
メチレンブルー試薬の体積をv(mL)とすると、メチレンブルー試薬のモル数m(mol)は、 When the volume of the methylene blue reagent is v (mL), the number of moles m (mol) of the methylene blue reagent is
式(6)〜式(8)から、メチレンブルー試薬の分子数n(個)は、メチレンブルー試薬の吸光度Aを用いて、 From the formulas (6) to (8), the number of molecules (m) of the methylene blue reagent is calculated using the absorbance A of the methylene blue reagent.
従って、実験中に分解されたメチレンブルー試薬の分子数nd(個)は、メチレンブルー試薬の吸光度の変化量をΔA(すなわち、光照射前の吸光度A0と、光照射後の吸光度Aの差、ΔA=A0−A)としたとき、 Accordingly, the number of molecules n d (number) of the methylene blue reagent decomposed during the experiment is the change in absorbance of the methylene blue reagent by ΔA (that is, the difference between the absorbance A0 before the light irradiation and the absorbance A after the light irradiation, ΔA = A0-A)
よって、式(5)と式(10)から、量子収率F(%)は、 Therefore, from the formulas (5) and (10), the quantum yield F (%) is
なお、表1に示す量子収率F(%)の算出に当たっては、各パラメータの値として、以下のものを使用した:
光の波長λは、405nmまたは488nmのいずれかとした。照射時間tは、16200秒(4.5時間)とした。パワーPの値は、波長λが405nmの場合は、0.414mW/cm2とし、波長λが488nmの場合は、0.796mW/cm2とした。また、メチレンブルー試薬の濃度Mおよび体積vは、それぞれ、1.0×10−5mol/Lおよび3.6mLとした。
In addition, in calculating the quantum yield F (%) shown in Table 1, the following values were used as the values of each parameter:
The wavelength of light λ was either 405 nm or 488 nm. The irradiation time t was 16200 seconds (4.5 hours). The value of power P, if the wavelength λ is 405 nm, and 0.414mW / cm 2, wavelength λ is the case of 488 nm, was 0.796mW / cm 2. The concentration M and volume v of the methylene blue reagent were 1.0 × 10 −5 mol / L and 3.6 mL, respectively.
図9には、メチレンブルー試薬の濃度Mと吸光度Aの関係を示す。この図から得られた検量線において、傾きaは、0.938×104(mol/L)−1であり、切片bは、−0.0075であった。 FIG. 9 shows the relationship between the concentration M and the absorbance A of the methylene blue reagent. In the calibration curve obtained from this figure, the slope a was 0.938 × 10 4 (mol / L) −1 and the intercept b was −0.0075.
以上の値を用いて量子収率F(%)を算出したところ、波長405nmの光照射の場合、量子収率F(%)は、0.0452%であり、波長488nmの光照射の場合、量子収率F(%)は、0.0219%であった。 When the quantum yield F (%) was calculated using the above values, in the case of light irradiation with a wavelength of 405 nm, the quantum yield F (%) was 0.0452%, and in the case of light irradiation with a wavelength of 488 nm, The quantum yield F (%) was 0.0219%.
(比較例1)
実施例1と同様の方法により、MgIn2O4の合成を試みた。ただし比較例1では、混合試料を乾燥後、粉砕して得られたペレットを、電気炉(YAMATO FO510)内に入れ、大気下、約900℃で12時間焼成した(第1の焼成)。また、得られた焼成体を、室温まで冷却し、再度粉砕した後、この粉末を、電気炉(TSR−430、ヤマダ電機株式会社)内に入れ、大気下、約1160℃で60時間焼成した(第2の焼成)。
(Comparative Example 1)
Synthesis of MgIn 2 O 4 was attempted by the same method as in Example 1. However, in Comparative Example 1, pellets obtained by drying and pulverizing the mixed sample were placed in an electric furnace (YAMATO FO510) and fired at about 900 ° C. for 12 hours in air (first firing). The obtained fired body was cooled to room temperature and pulverized again, and then this powder was placed in an electric furnace (TSR-430, Yamada Denki Co., Ltd.) and fired at about 1160 ° C. for 60 hours in the atmosphere. (Second firing).
得られた試料サンプルは、黄色であった。このサンプルを、比較例1に係る試料サンプルと称する。 The obtained sample sample was yellow. This sample is referred to as a sample sample according to Comparative Example 1.
図10には、比較例1に係る試料サンプルのX線回折測定結果を示す。図10において、上段は、測定結果であり、下段は、In2O3の標準回折ピークである。試料サンプルの回折ピークは、In2O3の標準回折ピークに一致しており、比較例1では、MgIn2O4は、生成されていないことがわかった。 In FIG. 10, the X-ray-diffraction measurement result of the sample sample which concerns on the comparative example 1 is shown. In FIG. 10, the upper row is the measurement result, and the lower row is the standard diffraction peak of In 2 O 3 . The diffraction peak of the sample sample coincided with the standard diffraction peak of In 2 O 3 , and it was found that MgIn 2 O 4 was not generated in Comparative Example 1.
本発明は、光触媒の製造方法等に適用することができる。 The present invention can be applied to a photocatalyst production method and the like.
100、200 試験装置
120 光源
130 赤外光遮断フィルタ
140 紫外光遮断フィルタ
150 バンドパスフィルタ
160 プラスチックセル
170 サンプル
180 メチレンブルー試薬。
100, 200
Claims (5)
(1)MgCO3およびIn2CO3を、MgCO3とIn2CO3のモル比が1.05:1.0〜1.2:1.0の間の範囲になるように混合して、混合物を得るステップと、
(2)前記混合物を800℃〜1000℃の温度範囲で、6時間以上焼成して、第1の焼成体を得るステップと、
(3)前記第1の焼成体を、1300℃〜1450℃の温度範囲で、12時間〜24時間焼成して、MgIn2O4を得るステップと、
を有する製造方法。 A method for producing MgIn 2 O 4 , comprising:
(1) Mixing MgCO 3 and In 2 CO 3 so that the molar ratio of MgCO 3 and In 2 CO 3 is in the range between 1.05: 1.0 and 1.2: 1.0, Obtaining a mixture;
(2) firing the mixture in a temperature range of 800 ° C. to 1000 ° C. for 6 hours or more to obtain a first fired body;
(3) firing the first fired body in a temperature range of 1300 ° C. to 1450 ° C. for 12 to 24 hours to obtain MgIn 2 O 4 ;
A manufacturing method comprising:
波長が400nm〜490nmの範囲の可視光の照射により、メチレンブルー試薬の分解に対して、0.02%以上の量子収率が得られることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の製造方法:
ここで、Np(個)は、前記可視光に含まれる光子の数であり、nd(個)は、前記メチレンブルー試薬の分解された分子数である。 MgIn 2 O 4 has a quantum yield F (%).
The quantum yield of 0.02% or more is obtained for the decomposition of the methylene blue reagent by irradiation with visible light having a wavelength in the range of 400 nm to 490 nm. Production method described:
Here, Np (number) is the number of photons contained in the visible light, and n d (number) is the number of molecules decomposed by the methylene blue reagent.
波長が400nm〜490nmの範囲の可視光の照射により、メチレンブルー試薬の分解に対して、0.02%以上の量子収率が得られることを特徴とするMgIn2O4材料:
ここで、Np(個)は、前記可視光に含まれる光子の数であり、nd(個)は、前記メチレンブルー試薬の分解された分子数である。 Quantum yield F (%)
MgIn 2 O 4 material characterized in that a quantum yield of 0.02% or more is obtained for the decomposition of the methylene blue reagent by irradiation with visible light having a wavelength in the range of 400 nm to 490 nm:
Here, Np (number) is the number of photons contained in the visible light, and n d (number) is the number of molecules decomposed by the methylene blue reagent.
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