JP2018094505A - Visible light responsive hybrid photocatalyst, and production method thereof - Google Patents

Visible light responsive hybrid photocatalyst, and production method thereof Download PDF

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堀田 雅敏
Masatoshi Hotta
雅敏 堀田
杉田 修一
Shuichi Sugita
修一 杉田
靖 黒田
Yasushi Kuroda
黒田  靖
定 李
Sada Ri
定 李
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Union Showa KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photocatalyst at a low cost, the photocatalyst being capable of removing volatile organic compounds in a space effectively and continually even in an environment without UV light and free of use limitation caused by coloring.SOLUTION: A visible light responsive hybrid photocatalyst is formed by coating zeolite with iron-ion-carrying titanium oxide particles having iron ions carried by titanium oxide. The photocatalyst contains a complex oxide having an interface of the zeolite and iron-ion-carrying titanium oxide particles fused.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、可視光応答型光触媒とゼオライトとを複合化した可視光応答型ハイブリッド光触媒及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a visible light responsive hybrid photocatalyst in which a visible light responsive photocatalyst and a zeolite are combined and a method for producing the same.

光触媒が、その光触媒作用により有機物を分解することは広く知られている。その光触媒作用を利用して、空気中に含まれる微量の有機物を生活空間から分解・除去し、いわゆる「シックハウス症候群」などに代表されるアレルギー性疾患の対策とする検討などが行われている。   It is widely known that a photocatalyst decomposes organic substances by its photocatalytic action. The photocatalytic action is used to decompose and remove trace amounts of organic substances contained in the air from the living space, and studies are being made to prevent allergic diseases such as so-called “sick house syndrome”.

代表的な光触媒として、酸化チタンが広く知られている。酸化チタンは、紫外線を照射しなければ光触媒作用を示さないため、紫外光を含む太陽光線や、紫外線を発生する特殊な光源の存在が必要である。
近年、紫外線を必要とせず、可視光線によって光触媒作用を示す可視光応答型の光触媒(以下、可視光応答型光触媒という)の研究が行われている。
可視光応答型光触媒として、窒素ドープ型酸化チタン、白金化合物修飾酸化チタン、白金修飾酸化タングステン、銅イオン担持酸化タングステン、鉄イオン担持酸化チタン、銅イオン担持酸化チタンなどが報告され、既に実用化されている物もある。
非特許文献1には、鉄アクア錯塩は揮発性有機化合物の分解活性が高いことが報告されている。鉄アクア錯塩で修飾された酸化チタンは「鉄イオン担持酸化チタン」と同義とみなす。
Titanium oxide is widely known as a typical photocatalyst. Titanium oxide does not exhibit photocatalytic action unless it is irradiated with ultraviolet rays. Therefore, it is necessary to have sunlight rays containing ultraviolet rays or special light sources that generate ultraviolet rays.
In recent years, research has been conducted on visible light responsive photocatalysts (hereinafter referred to as visible light responsive photocatalysts) that do not require ultraviolet light and exhibit photocatalytic action by visible light.
Nitrogen-doped titanium oxide, platinum compound-modified titanium oxide, platinum-modified tungsten oxide, copper ion-supported tungsten oxide, iron ion-supported titanium oxide, copper ion-supported titanium oxide, etc. have been reported as visible light responsive photocatalysts and have already been put into practical use. Some things are.
Non-Patent Document 1 reports that iron aqua complex has high activity of decomposing volatile organic compounds. Titanium oxide modified with iron aqua complex is regarded as synonymous with “iron ion-supported titanium oxide”.

特許文献1には、可視光応答型光触媒である銅イオン担持酸化タングステンと、吸着剤であるゼオライトを、メカノケミカル反応によって複合化させて得られたハイブリッド光触媒が開示されている。ハイブリッド光触媒とは、ゼオライトと光触媒を複合化したものであり、ゼオライトの吸着機能と光触媒の分解機能を兼ね備えたものである。ハイブリッド光触媒では、非処理対象とする有機物をゼオライトが速やかに吸着し、ゼオライトに吸着した有機物を光触媒が分解するため、ゼオライトは吸着飽和に達することなく、その吸着性能を半永久的に維持することができる。
特許文献1では、銅イオン担持酸化タングステンとゼオライトをメカノケミカル反応によって複合化させることより、光触媒の活性を高め、有機物の速やかな分解を実現する技術が提案されている。
特許文献1のハイブリッド光触媒によれば、紫外線の届かない室内環境において、空間中の揮発性有機化合物を高い能力で継続的に除去することができる。
Patent Document 1 discloses a hybrid photocatalyst obtained by combining a copper ion-supporting tungsten oxide that is a visible light responsive photocatalyst and a zeolite that is an adsorbent by a mechanochemical reaction. A hybrid photocatalyst is a composite of a zeolite and a photocatalyst, and has both a zeolite adsorption function and a photocatalyst decomposition function. In the hybrid photocatalyst, the zeolite quickly adsorbs the organic matter to be treated, and the photocatalyst decomposes the organic matter adsorbed on the zeolite, so that the adsorption performance of the zeolite can be maintained semipermanently without reaching adsorption saturation. it can.
Patent Document 1 proposes a technique for enhancing the activity of a photocatalyst and realizing rapid decomposition of an organic substance by combining copper ion-supported tungsten oxide and zeolite by a mechanochemical reaction.
According to the hybrid photocatalyst of Patent Document 1, volatile organic compounds in the space can be continuously removed with high ability in an indoor environment where ultraviolet rays do not reach.

しかし、特許文献1のハイブリッド光触媒には、以下の課題があった。
特許文献1のハイブリッド光触媒は、酸化タングステンを成分とする可視光応答型光触媒とゼオライトをメカノケミカル反応によって複合化させて得られるものであり、酸化タングステン由来の着色によって黄色味を帯びている。このため、無色であることが求められる用途には適用できない等の制約があり、適用範囲が限定されてしまい不都合であるという課題があった。
また、特許文献1のハイブリッド光触媒は、高感度光触媒として使用できるグレードの酸化タングステンの使用を前提とする技術である。しかし、高感度光触媒として使用できるグレードの酸化タングステンは高価であるため、普及品への適用に妨げとなるという課題があった。
However, the hybrid photocatalyst of Patent Document 1 has the following problems.
The hybrid photocatalyst of Patent Document 1 is obtained by combining a visible light responsive photocatalyst containing tungsten oxide as a component and zeolite by a mechanochemical reaction, and has a yellowish color due to coloring derived from tungsten oxide. For this reason, there is a problem that there is a restriction that it cannot be applied to uses that are required to be colorless, and there is a problem in that the application range is limited, which is inconvenient.
Moreover, the hybrid photocatalyst of Patent Document 1 is a technique premised on the use of a grade of tungsten oxide that can be used as a highly sensitive photocatalyst. However, a grade of tungsten oxide that can be used as a high-sensitivity photocatalyst is expensive, and thus there is a problem that it becomes an obstacle to application to popular products.

特開2014−193433号公報JP 2014-193433 A

J.Phys.Chem.,C 2010年,第114号,16481ページJ. et al. Phys. Chem. , C 2010, 114, 16481

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、本発明は、上記した従来技術の課題を解決し、紫外線の届かない室内や車内等の環境においても、空間中の揮発性有機化合物を高い能力で継続的に除去できる光触媒であって、かつ、着色による用途制限が生じない光触媒を、低コストに提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the present invention solves the problems of the prior art described above, and the volatile organic compound in the space even in an environment such as a room or in a vehicle where ultraviolet rays do not reach. It is an object of the present invention to provide a photocatalyst that can be continuously removed with high ability and that does not cause application restrictions due to coloring at low cost.

本発明者らは鋭意検討した結果、鉄イオン担持酸化チタン粒子とゼオライトとをメカノケミカル反応させて可視光応答型ハイブリッド光触媒とすることで、上記の課題を解決し、紫外線の届かない環境においても、空間中の揮発性有機化合物を高い能力で継続的に除去できる光触媒であって、かつ、着色による用途制限が生じない光触媒を、低コストに提供できることを見出し、本発明を完成させた。
本発明は、以下の[1]〜[9]を提供する。
[1]ゼオライトを、酸化チタンに鉄イオンを担持させた鉄イオン担持酸化チタン粒子で被覆してなり、前記ゼオライトと前記鉄イオン担持酸化チタン粒子との界面が融合した複合酸化物を含む、可視光応答型ハイブリッド光触媒。
[2]前記表面への鉄イオン担持酸化チタン粒子の被覆率が30〜300%である、[1]に記載の可視光応答型ハイブリッド光触媒。
[3]前記鉄イオン担持酸化チタン粒子の平均一次粒子径が、10〜800nmである、[1]又は[2]に記載の可視光応答型ハイブリッド光触媒。
[4]前記酸化チタンの比表面積が、1〜200m2/gである、[1]〜[3]のいずれかに記載の可視光応答型ハイブリッド光触媒。
[5]前記ゼオライトが、Y型、及びZSM−5型から選ばれる少なくとも一種である、[1]〜[4]のいずれかに記載の可視光応答型ハイブリッド光触媒。
[6]前記ゼオライトの細孔径が4〜10Åである、[1]〜[5]のいずれかに記載の可視光応答型ハイブリッド光触媒。
[7]鉄イオン担持酸化チタン粒子とゼオライトとをメカノケミカル反応させる反応工程を有する、可視光応答型ハイブリッド光触媒の製造方法。
[8]前記メカノケミカル反応の付加エネルギーが0.1〜300kWである、[7]に記載の可視光応答型ハイブリッド光触媒の製造方法。
[9]前記反応工程の前に、鉄イオン担持酸化チタン粒子に対してメカノケミカル反応と同様の方法で行う機械的な前処理を行なう前処理工程を有する、[7]又は[8]に記載の可視光応答型ハイブリッド光触媒の製造方法。
As a result of intensive studies, the present inventors have solved the above problems by making a mechanochemical reaction between the iron ion-carrying titanium oxide particles and zeolite to form a visible light responsive hybrid photocatalyst. The present inventors have found that a photocatalyst that can continuously remove a volatile organic compound in a space with high ability and that does not cause a use limitation due to coloring can be provided at low cost, and has completed the present invention.
The present invention provides the following [1] to [9].
[1] Visible including a composite oxide in which zeolite is coated with iron ion-supported titanium oxide particles in which iron ions are supported on titanium oxide, and an interface between the zeolite and the iron ion-supported titanium oxide particles is fused. Photoresponsive hybrid photocatalyst.
[2] The visible light responsive hybrid photocatalyst according to [1], wherein a coverage of the iron ion-supported titanium oxide particles on the surface is 30 to 300%.
[3] The visible light responsive hybrid photocatalyst according to [1] or [2], wherein an average primary particle diameter of the iron ion-supported titanium oxide particles is 10 to 800 nm.
[4] The visible light responsive hybrid photocatalyst according to any one of [1] to [3], wherein the titanium oxide has a specific surface area of 1 to 200 m 2 / g.
[5] The visible light responsive hybrid photocatalyst according to any one of [1] to [4], wherein the zeolite is at least one selected from Y-type and ZSM-5 type.
[6] The visible light responsive hybrid photocatalyst according to any one of [1] to [5], wherein the zeolite has a pore diameter of 4 to 10 mm.
[7] A method for producing a visible light responsive hybrid photocatalyst comprising a reaction step of mechanochemical reaction of iron ion-carrying titanium oxide particles and zeolite.
[8] The method for producing a visible light responsive hybrid photocatalyst according to [7], wherein the added energy of the mechanochemical reaction is 0.1 to 300 kW.
[9] The method according to [7] or [8], further comprising a pretreatment step of performing a mechanical pretreatment performed on the iron ion-supported titanium oxide particles by a method similar to a mechanochemical reaction before the reaction step. Of producing a visible light responsive hybrid photocatalyst.

ゼオライトを、酸化チタンに鉄イオンを担持させた鉄イオン担持酸化チタン粒子で被覆してなり、前記ゼオライトと前記鉄イオン担持酸化チタン粒子との界面が融合した複合酸化物を含む、可視光応答型ハイブリッド光触媒とすることにより、紫外線の届かない環境においても、空間中の揮発性有機化合物を高い能力で継続的に除去できる光触媒であって、かつ、着色による用途制限が生じない光触媒を、低コストに実現することができる。
本発明によれば、鉄イオン担持酸化チタン粒子単体はもとより、鉄イオン担持酸化チタン粒子単体と吸着剤であるゼオライトとを単純混合するよりも高い触媒活性を示す可視光応答型光触媒が得られる。
Visible light responsive type comprising a composite oxide in which zeolite is coated with iron ion-supported titanium oxide particles in which iron ions are supported on titanium oxide, and an interface between the zeolite and the iron ion-supported titanium oxide particles is fused. By using a hybrid photocatalyst, a photocatalyst that can continuously remove volatile organic compounds in the space with high capacity even in environments where ultraviolet rays do not reach, and that does not cause application restrictions due to coloring, is low cost. Can be realized.
According to the present invention, it is possible to obtain a visible light responsive photocatalyst exhibiting higher catalytic activity than simple mixing of iron ion-supported titanium oxide particles alone and zeolite as an adsorbent.

実施例及び比較例1,2の光分解実験の結果(CO発生経時変化)を示すグラフである。It is a graph which shows the result (CO2 generation | occurrence | production change with time) of the photolysis experiment of an Example and Comparative Examples 1 and 2. FIG. 実施例及び比較例1,2の吸着実験の結果(アセトアルデヒド減少経時変化)を示すグラフである。It is a graph which shows the result (Acetaldehyde decrease time-dependent change) of the adsorption experiment of an Example and Comparative Examples 1 and 2. FIG. 実施例1(メカノケミカル 被覆率100% Y型(SiO/Al=5)+Fe/TiO)のSEM写真(図中スケール 1μm)である。It is Example 1 (mechanochemical coverage 100% Y-type (SiO 2 / Al 2 O 3 = 5) + Fe / TiO 2) SEM photograph (Figure in scale 1 [mu] m). 実施例1のSEM写真(図中スケール 2μm)である。2 is an SEM photograph of Example 1 (scale 2 μm in the figure). 実施例1のSEM写真(図中スケール 500nm)である。2 is a SEM photograph of Example 1 (scale 500 nm in the figure). 比較例1(単純混合 被覆率100% Y型(SiO/Al=5)+Fe/TiO)のSEM写真(図中スケール 2μm)である。Comparative Example 1 is a (simple mixing coverage 100% Y-type (SiO 2 / Al 2 O 3 = 5) + Fe / TiO 2) SEM photograph (Figure in scale 2 [mu] m).

本発明の可視光応答型ハイブリッド光触媒は、鉄イオン担持酸化チタン粒子とゼオライトとをメカノケミカル反応させて得られるものである。本発明によれば、鉄イオン担持酸化チタン粒子とゼオライトとをメカノケミカル反応させることで、光触媒とゼオライトとの相乗効果を発揮して高い光触媒活性が得られる。   The visible light responsive hybrid photocatalyst of the present invention is obtained by a mechanochemical reaction between iron ion-supported titanium oxide particles and zeolite. According to the present invention, by causing mechanochemical reaction between iron ion-supported titanium oxide particles and zeolite, a synergistic effect of the photocatalyst and zeolite can be exhibited and high photocatalytic activity can be obtained.

[鉄イオン担持酸化チタン粒子]
本発明の可視光応答型ハイブリッド光触媒は、鉄イオン担持酸化チタン粒子を含むことで、可視光応答型光触媒能を有する。
鉄イオン担持酸化チタン粒子は、例えば、鉄イオンが溶解した液中に酸化チタンを分散させ、鉄イオンと酸化チタンを接触させることで得られる。
[Iron-ion-supported titanium oxide particles]
The visible light responsive hybrid photocatalyst of the present invention has a visible light responsive photocatalytic ability by including iron ion-supported titanium oxide particles.
The iron ion-supporting titanium oxide particles can be obtained, for example, by dispersing titanium oxide in a liquid in which iron ions are dissolved and bringing the iron ions into contact with titanium oxide.

本発明で用いる酸化チタンは、結晶性ルチル型酸化チタンを含むものである。
本発明において、結晶性ルチル型酸化チタンとは、Cu−Kα線による回折角度2θに対する回折線強度をプロットしたX線回折パターンにおいて、ルチル型酸化チタンに対応する最も強い回折ピークの半値全幅が0.65度以下の酸化チタンのことを意味する。
半値全幅が0.65度よりも大きいと、結晶性が悪くなり、可視光照射下での揮発性有機化合物の分解活性が悪くなる。この観点から、半値全幅は、好ましくは0.60度以下であり、より好ましくは0.50度以下であり、更に好ましくは0.40度以下であり、より更に好ましくは0.35度以下である。
酸化チタン中における、結晶性ルチル型酸化チタンの含有量(以下、「ルチル化率」ということがある)は、好ましくは15モル%以上である。含有量が15モル%以上であると、得られる鉄イオン担持酸化チタンの、可視光照射下での揮発性有機化合物の分解活性が十分なものとなる。この観点から、ルチル化率は、より好ましくは18モル%以上であり、更に好ましくは50モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上である。このルチル化率は、後述するとおり、XRDによって測定した値である。
上記観点から、酸化チタン中におけるアナターゼ型酸化チタンの含有量(以下、「アナターゼ化率」ということがある)は少ないことが好ましく、アナターゼ化率は、好ましくは85モル%未満であり、より好ましくは82モル%未満であり、更に好ましくは50モル%未満であり、より更に好ましくは10モル%未満であり、より更に好ましくは7モル%未満であり、より更に好ましくは0モル%(すなわち、アナターゼ型酸化チタンを含まない)である。このアナターゼ化率もルチル化率と同様に、XRDによって測定した値である。
上記観点から、酸化チタン中におけるブルッカイト型酸化チタンの含有量(以下、「ブルッカイト化率」ということがある)は少ないことが好ましく、ブルッカイト化率は、好ましくは85モル%未満であり、より好ましくは82モル%未満であり、更に好ましくは50モル%未満であり、より更に好ましくは10モル%未満であり、より更に好ましくは7モル%未満であり、より更に好ましくは0モル%(すなわち、ブルッカイト型酸化チタンを含まない)である。このブルッカイト化率もルチル化率と同様に、XRDによって測定した値である。
The titanium oxide used in the present invention includes crystalline rutile type titanium oxide.
In the present invention, crystalline rutile type titanium oxide means that the full width at half maximum of the strongest diffraction peak corresponding to rutile type titanium oxide is 0 in the X-ray diffraction pattern in which the diffraction line intensity with respect to the diffraction angle 2θ by Cu-Kα ray is plotted. It means titanium oxide of 65 degrees or less.
When the full width at half maximum is larger than 0.65 degrees, the crystallinity is deteriorated, and the decomposition activity of the volatile organic compound under visible light irradiation is deteriorated. From this viewpoint, the full width at half maximum is preferably 0.60 degrees or less, more preferably 0.50 degrees or less, still more preferably 0.40 degrees or less, and still more preferably 0.35 degrees or less. is there.
The content of crystalline rutile-type titanium oxide in titanium oxide (hereinafter sometimes referred to as “rutile degree”) is preferably 15 mol% or more. When the content is 15 mol% or more, the resulting iron ion-carrying titanium oxide has sufficient decomposition activity for volatile organic compounds under visible light irradiation. From this viewpoint, the rutile ratio is more preferably 18 mol% or more, still more preferably 50 mol% or more, and still more preferably 90 mol% or more. This rutile ratio is a value measured by XRD as described later.
From the above viewpoint, the content of anatase-type titanium oxide in titanium oxide (hereinafter sometimes referred to as “anataseization rate”) is preferably small, and the anatase conversion rate is preferably less than 85 mol%, more preferably. Is less than 82 mol%, more preferably less than 50 mol%, even more preferably less than 10 mol%, still more preferably less than 7 mol%, and even more preferably 0 mol% (i.e. Does not contain anatase-type titanium oxide). This anatase rate is also a value measured by XRD, like the rutile rate.
From the above viewpoint, the content of brookite-type titanium oxide in titanium oxide (hereinafter sometimes referred to as “brookite conversion rate”) is preferably small, and the brookite conversion rate is preferably less than 85 mol%, more preferably Is less than 82 mol%, more preferably less than 50 mol%, even more preferably less than 10 mol%, still more preferably less than 7 mol%, and even more preferably 0 mol% (i.e. It does not contain brookite type titanium oxide). This brookite conversion rate is also a value measured by XRD, like the rutile conversion rate.

酸化チタンの比表面積は、好ましくは1〜200m2/gである。
1m2/g以上であると、比表面積が大きいため揮発性有機化合物との接触頻度が大きくなり、得られる鉄イオン担持酸化チタンの揮発性有機化合物分解性が優れる。
200m2/g以下であると、取扱性に優れている。これらの観点から、酸化チタンの比表面積は、より好ましくは3〜100m2/gであり、更に好ましくは4〜70m2/gであり、特に好ましくは8〜50m2/gである。ここで比表面積とは、窒素吸着によるBET法にて測定した値である。
The specific surface area of titanium oxide is preferably 1 to 200 m 2 / g.
When it is 1 m 2 / g or more, the specific surface area is large, so that the contact frequency with the volatile organic compound increases, and the resulting volatile organic compound decomposability of the iron ion-supported titanium oxide is excellent.
When it is 200 m 2 / g or less, the handleability is excellent. From these viewpoints, the specific surface area of titanium oxide is more preferably 3 to 100 m 2 / g, still more preferably 4 to 70 m 2 / g, and particularly preferably 8 to 50 m 2 / g. Here, the specific surface area is a value measured by the BET method by nitrogen adsorption.

酸化チタンには、気相法で製造されたものと液相法で製造されたものがあり、そのいずれを用いることもできるが、気相法で製造された酸化チタンがより好適である。
気相法は、四塩化チタンを原料として、酸素との気相反応により酸化チタンを得る方法である。気相法で得られた酸化チタンは、粒子径が均一であると同時に、製造時に高温プロセスを経由しているため、結晶性が高いものとなる。その結果、得られる鉄及びチタン含有組成物の、明所及び暗所における抗ウイルス性や、有機化合物分解性及び抗菌性が良好なものとなる。
一方、液相法は、塩化チタン、硫酸チタニルなどの酸化チタン原料を溶解した液を、加水分解又は中和して酸化チタンを得る方法である。液相法で製造された酸化チタンは、ルチルの結晶性が低く比表面積が大きくなる傾向にあり、この場合、焼成等を行って最適な結晶性及び比表面積を有する酸化チタンにすればよいが、手間がかかるため、気相法の方がより好適である。
酸化チタンとしては、市販されている酸化チタンをそのまま使用するほうが、触媒調製の工程を考えると有利である。
酸化チタンの平均一次粒子径は、10nm〜800nmが好ましく、30nm〜500nmがより好ましく、50nm〜250nmが更に好ましい。ここで平均粒子径は一次粒子を真球と仮定してBET比表面積から求めた値である。
Titanium oxide includes those produced by a vapor phase method and those produced by a liquid phase method, and any of them can be used, but titanium oxide produced by a vapor phase method is more preferable.
The vapor phase method is a method of obtaining titanium oxide by vapor phase reaction with oxygen using titanium tetrachloride as a raw material. Titanium oxide obtained by the vapor phase method has a uniform particle size and at the same time has high crystallinity because it passes through a high-temperature process during production. As a result, the obtained iron and titanium-containing composition has good antiviral properties in light and dark places, organic compound decomposability and antibacterial properties.
On the other hand, the liquid phase method is a method for obtaining titanium oxide by hydrolyzing or neutralizing a liquid in which a titanium oxide raw material such as titanium chloride or titanyl sulfate is dissolved. Titanium oxide produced by the liquid phase method tends to have a low rutile crystallinity and a large specific surface area. In this case, the titanium oxide having the optimum crystallinity and specific surface area may be obtained by firing or the like. The gas phase method is more preferable because it takes time and effort.
As titanium oxide, it is more advantageous to use commercially available titanium oxide as it is in view of the catalyst preparation step.
The average primary particle diameter of titanium oxide is preferably 10 nm to 800 nm, more preferably 30 nm to 500 nm, and still more preferably 50 nm to 250 nm. Here, the average particle diameter is a value obtained from the BET specific surface area assuming that the primary particles are true spheres.

酸化チタンを鉄イオンで修飾し、鉄イオン担持酸化チタンを得る方法(鉄イオン担持工程)としては、例えば酸化チタン粉末を、鉄三価塩(塩化鉄、硫酸鉄、硝酸鉄など)、好ましくは塩化鉄(III)の極性溶媒溶液(好ましくは水溶液)に加え混合して、乾燥処理し、酸化チタン表面に鉄イオンを担持させる方法を用いることができる。   As a method of obtaining titanium ion-supported titanium oxide by modifying titanium oxide with iron ions (iron ion-supporting step), for example, titanium oxide powder is formed from iron trivalent salt (iron chloride, iron sulfate, iron nitrate, etc.), preferably chloride. A method of adding iron (III) to a polar solvent solution (preferably an aqueous solution), mixing, drying, and supporting iron ions on the surface of titanium oxide can be used.

鉄イオンの担持量は、酸化チタン100質量部に対し金属(Fe)換算で0.001〜0.2質量部が好ましく、0.002〜0.1質量部がより好ましく、0.003〜0.08質量部が更に好ましい。
担持量が0.001質量部以上であることで光触媒とした際の光触媒能が良好なものとなる。0.2質量部以下であることで、鉄イオンの凝集が起こりにくく、光触媒とした際の光触媒能が低下するのを防ぐことができる。
The amount of iron ions supported is preferably 0.001 to 0.2 parts by mass, more preferably 0.002 to 0.1 parts by mass, and 0.003 to 0 parts per 100 parts by mass of titanium oxide in terms of metal (Fe). 0.08 parts by mass is more preferable.
When the supported amount is 0.001 part by mass or more, the photocatalytic ability when used as a photocatalyst is improved. By being 0.2 parts by mass or less, aggregation of iron ions hardly occurs and it is possible to prevent the photocatalytic ability from being lowered when used as a photocatalyst.

鉄イオン担持酸化チタン粒子の平均一次粒子径は、10nm〜800nmが好ましく、30nm〜500nmがより好ましく、50nm〜250nmが更に好ましい。ここで平均粒子径は一次粒子を真球と仮定してBET比表面積から求めた値である。   The average primary particle size of the iron ion-supported titanium oxide particles is preferably 10 nm to 800 nm, more preferably 30 nm to 500 nm, and still more preferably 50 nm to 250 nm. Here, the average particle diameter is a value obtained from the BET specific surface area assuming that the primary particles are true spheres.

[ゼオライト]
本発明において用いられるゼオライトは、特に制限されるものではないが、フォージャサイト、A型ゼオライト、L型ゼオライト、ゼオライトβ、モルデナイト、チャバサイト、フェリエライト、クリノプチロライト、ZSM−5型ゼオライト、ZSM−11型ゼオライト、ZSM−22型ゼオライト、ZSM−48型ゼオライトが挙げられる。なお、フォージャサイトとしては、X型ゼオライト、Y型ゼオライト、超安定化Y型ゼオライト(Ultra Stable Y;USY)が挙げられる。ゼオライトは、天然であっても、合成であってもよい。これらの中でも、ZSM−5型ゼオライト、Y型ゼオライトが好ましい。
[Zeolite]
The zeolite used in the present invention is not particularly limited, but faujasite, A-type zeolite, L-type zeolite, zeolite β, mordenite, chabasite, ferrierite, clinoptilolite, ZSM-5 type zeolite ZSM-11 type zeolite, ZSM-22 type zeolite, ZSM-48 type zeolite. Examples of the faujasite include X-type zeolite, Y-type zeolite, and ultra-stabilized Y-type zeolite (Ultra Stable Y; USY). The zeolite may be natural or synthetic. Among these, ZSM-5 type zeolite and Y type zeolite are preferable.

本発明に用いるゼオライトのシリカ/アルミナ比(SiO/Alモル比)は、特に制限はないが、通常ゼオライトの種類によりその値が決定される。例えば、2〜1000が好ましく、2〜900がより好ましく、5〜800が更に好ましい。 The silica / alumina ratio (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio) of the zeolite used in the present invention is not particularly limited but is usually determined by the type of zeolite. For example, 2-1000 is preferable, 2-900 is more preferable, and 5-800 is still more preferable.

本発明に使用するゼオライトの有効細孔径は、例えば、3〜20Åが好ましく、3〜15Åがより好ましく、4〜10Åが更に好ましい。有効細孔径は、定容量式ガス吸着法により測定される細孔径である。前記定容量式ガス吸着法に使用する吸着ガスとしては、N、CO、CH、H等が挙げられる。
本発明に使用するゼオライトの比表面積は、特に制限されないが、200m/g以上が好ましく、250m/g以上がより好ましく、300m/g以上がより好ましく、400m/g以上が更に好ましい。なお、比表面積の上限は特に制限されないが、例えば、1000m/gである。なお、比表面積は窒素吸着BET法(なお、有効細孔径3Å以下のゼオライトはヘリウム吸着BET法)により求められる。
The effective pore diameter of the zeolite used in the present invention is, for example, preferably 3 to 20 mm, more preferably 3 to 15 mm, and still more preferably 4 to 10 mm. The effective pore diameter is a pore diameter measured by a constant volume gas adsorption method. Examples of the adsorption gas used in the constant capacity gas adsorption method include N 2 , CO 2 , CH 4 , and H 2 .
The specific surface area of the zeolite used in the present invention is not particularly limited, but is preferably 200 m 2 / g or more, more preferably 250 m 2 / g or more, more preferably 300 m 2 / g or more, and still more preferably 400 m 2 / g or more. . The upper limit of the specific surface area is not particularly limited, but is, for example, 1000 m 2 / g. The specific surface area is determined by a nitrogen adsorption BET method (for zeolites having an effective pore diameter of 3 mm or less, the helium adsorption BET method).

ゼオライトは一般に金属カチオン又はプロトンを含有する。本発明に使用されるゼオライトの含有金属は任意の金属を用いることができ、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属が挙げられ、より具体的には、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、銅、亜鉛等が挙げられる。   Zeolites generally contain metal cations or protons. Any metal can be used as the metal contained in the zeolite used in the present invention, and examples thereof include alkali metals, alkaline earth metals, and transition metals. More specifically, sodium, potassium, calcium, magnesium, Examples include copper and zinc.

有機物の分解に用いる観点からは疎水化処理したゼオライトを用いることが好ましい。疎水化処理としては、例えば、ゼオライトとテトラアルコキシシラン等のシラン化合物を接触させる方法が挙げられる。   From the viewpoint of use in decomposing organic substances, it is preferable to use hydrophobized zeolite. Examples of the hydrophobizing treatment include a method in which zeolite and a silane compound such as tetraalkoxysilane are brought into contact with each other.

ゼオライトの平均粒径は、0.1〜50μmが好ましく、0.3〜30μmがより好ましく、0.3〜10μmが更に好ましい。   The average particle size of the zeolite is preferably 0.1 to 50 μm, more preferably 0.3 to 30 μm, still more preferably 0.3 to 10 μm.

[反応工程]
本発明のハイブリッド光触媒の製造方法は、鉄イオン担持酸化チタン粒子とゼオライトとをメカノケミカル反応させる工程(以下「反応工程」とも称する)を有する。本発明の製造方法では、反応工程の前に、よりメカノケミカル反応をスムーズにさせること並びに反応装置保護の観点から、鉄イオン担持酸化チタン粒子に対して機械的な前処理を行なう工程(以下「前処理工程」とも称する)を有することが好ましい。
メカノケミカル反応とは、複数の異なる素材粒子を固体物質の粉砕過程での摩擦、圧縮等の機械的エネルギーを加え、局部的に生じる高いエネルギーを利用して、異なる粒子間において分子レベルで結合させ、複合微粒子を創出する結晶化反応、固溶反応、相転位反応等の化学反応をいう。
[Reaction process]
The method for producing a hybrid photocatalyst of the present invention includes a step (hereinafter, also referred to as “reaction step”) of causing mechanochemical reaction between iron ion-supported titanium oxide particles and zeolite. In the production method of the present invention, prior to the reaction step, a mechanical pretreatment is performed on the iron ion-supported titanium oxide particles from the viewpoint of smoothing the mechanochemical reaction and protecting the reactor (hereinafter referred to as “ It is preferable to have a pretreatment step.
In mechanochemical reaction, mechanical particles such as friction and compression in the process of pulverizing solid materials are added to a plurality of different material particles, and high energy generated locally is used to bond different particles at the molecular level. This refers to chemical reactions such as crystallization reaction, solid solution reaction, and phase transition reaction that create composite fine particles.

反応工程におけるメカノケミカル反応の方式としては、特に制限されないが、例えば、圧縮せん断処理方式、高速衝撃処理方式、混合せん断摩擦方式が挙げられ、これらの中では圧縮せん断処理方式が好ましい。
圧縮せん断処理方式としては、具体的には、ケーシング内部に多数のブレードを設置したローターを有し、そのローターが高速回転することによって、内部に導入された粒子に対して衝撃圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与え、表面処理を行なう装置を用いることが好ましい。当該装置は、通常、機械的粒子複合化装置や精密微細混合機等と呼ばれ、市販品としては、例えば、メカノフュージョンシステムAMS(ホソカワミクロン社製)、ノビルタNOB−130(ホソカワミクロン社製)、シータコンポーザ(徳寿工作所社製)等が挙げられる。例えば、当該メカノフュージョンシステムは、高速回転容器内壁にインナーピースで粒子を圧縮し、間隙部で強力せん断を付与することでメカノケミカル反応させる。
The method of the mechanochemical reaction in the reaction step is not particularly limited, and examples thereof include a compression shear treatment method, a high-speed impact treatment method, and a mixed shear friction method, and among these, the compression shear treatment method is preferable.
Specifically, the compression shearing method has a rotor with a large number of blades installed inside the casing, and when the rotor rotates at high speed, impact compression, friction, and shear are applied to the particles introduced inside. It is preferable to use an apparatus that applies a mechanical action such as force to perform surface treatment. The apparatus is usually called a mechanical particle compounding apparatus, a precision fine mixing machine, or the like. Examples of commercially available products include Mechano-Fusion System AMS (manufactured by Hosokawa Micron), Nobilta NOB-130 (manufactured by Hosokawa Micron), and Theta. A composer (manufactured by Deoksugaku Kosakusha) is listed. For example, the mechanofusion system causes mechanochemical reaction by compressing particles with an inner piece on the inner wall of a high-speed rotating container and applying strong shear at a gap.

メカノケミカル反応における、鉄イオン担持酸化チタン粒子のゼオライト100質量部に対する混合量は、目的とする被覆率に応じて適宜設定可能であるが、例えば、1〜1000質量部が好ましく、2〜500質量部がより好ましく、3〜400質量部が更に好ましい。   In the mechanochemical reaction, the mixing amount of the iron ion-supported titanium oxide particles with respect to 100 parts by mass of the zeolite can be appropriately set according to the target coverage, but for example, 1 to 1000 parts by mass is preferable, and 2 to 500 parts by mass. Part is more preferable, and 3-400 parts by mass is still more preferable.

メカノケミカル反応の付加エネルギーは、鉄イオン担持酸化チタン粒子の可視光応答型光触媒活性を維持してゼオライトに担持させるため、機械的粒子複合化装置等のスケールによって適宜選択することができ、0.1kw〜300kwが好ましく、0.5kw〜200kwが更に好ましい。付加エネルギーとは、当該複合化装置等におけるモーターの動力を意味する。
メカノケミカル反応における回転速度は、上記付加エネルギーの範囲にあわせて適宜設定可能であるが、500〜8000rpmが好ましく、1000〜6000rpmがより好ましく、1000〜4000rpmが更に好ましい。
メカノケミカル反応における処理時間は、上記付加エネルギーの範囲にあわせて適宜設定可能であるが、0.5〜60分が好ましく、1〜30分がより好ましく、1〜15分が更に好ましい。
The additional energy of the mechanochemical reaction can be appropriately selected depending on the scale of the mechanical particle compounding apparatus, etc., in order to maintain the visible light responsive photocatalytic activity of the iron ion-supported titanium oxide particles and support them on zeolite. 1 kw to 300 kw is preferable, and 0.5 kw to 200 kw is more preferable. The added energy means the power of the motor in the composite device or the like.
The rotational speed in the mechanochemical reaction can be appropriately set according to the range of the added energy, but is preferably 500 to 8000 rpm, more preferably 1000 to 6000 rpm, and still more preferably 1000 to 4000 rpm.
The treatment time in the mechanochemical reaction can be appropriately set according to the range of the added energy, but is preferably 0.5 to 60 minutes, more preferably 1 to 30 minutes, and further preferably 1 to 15 minutes.

[前処理工程]
前処理の方法としては、メカノケミカル反応と同様の方式で、光触媒に対し機械的な処理を行なうことができる。
前処理における付加エネルギーは、機械的粒子複合化装置等のスケールによって適宜選択することができ、0.1kw〜300kwが好ましく、0.5kw〜200kwが更に好ましい。
前処理における回転速度は、上記付加エネルギーの範囲にあわせて適宜設定可能であるが、500〜8000rpmが好ましく、1000〜6000rpmがより好ましく、1000〜4000rpmが更に好ましい。
前処理における処理時間は、上記付加エネルギーの範囲にあわせて適宜設定可能であるが、0.5〜60分が好ましく、1〜30分がより好ましく、1〜15分が更に好ましい。
前処理工程を行うとメカノケミカル反応がスムーズに行われることの他に、機械的粒子複合化装置の回転部分をゼオライトが研磨し、当該複合化装置の構成金属成分が目的物に混入することを防ぐことができる。
[Pretreatment process]
As a pretreatment method, the photocatalyst can be mechanically treated in the same manner as the mechanochemical reaction.
The added energy in the pretreatment can be appropriately selected depending on the scale of a mechanical particle composite device or the like, preferably 0.1 kw to 300 kw, more preferably 0.5 kw to 200 kw.
The rotation speed in the pretreatment can be appropriately set according to the range of the added energy, but is preferably 500 to 8000 rpm, more preferably 1000 to 6000 rpm, and still more preferably 1000 to 4000 rpm.
The treatment time in the pretreatment can be appropriately set according to the range of the added energy, but is preferably 0.5 to 60 minutes, more preferably 1 to 30 minutes, and further preferably 1 to 15 minutes.
In addition to the smooth mechanochemical reaction when the pretreatment process is performed, the rotating part of the mechanical particle composite device is polished by the zeolite, and the constituent metal components of the composite device are mixed into the target product. Can be prevented.

[可視光応答型ハイブリッド光触媒]
上記のメカノケミカル反応により、鉄イオン担持酸化チタン粒子とゼオライトとの可視光応答型ハイブリッド光触媒が得られる。当該ハイブリッド光触媒は、鉄イオン担持酸化チタン粒子とゼオライトとの界面が融合している。
得られる可視光応答型ハイブリッド光触媒における被覆率は、30〜300%が好ましく、50〜250%がより好ましく、50〜150%が更に好ましい。
なお、ここでの被覆率とは、ゼオライト表面積に対する光触媒の被覆面積率を意味する。メカノケミカル反応によれば、ゼオライト表面積に対して全面を被覆することによって被覆率を100%とすることの他に、被覆した光触媒の上にさらに光触媒を被覆することによって、被覆率200%といった100%超の被覆率が実現できる。
[Visible light-responsive hybrid photocatalyst]
By the above mechanochemical reaction, a visible light responsive hybrid photocatalyst of iron ion-supported titanium oxide particles and zeolite is obtained. In the hybrid photocatalyst, the interface between the iron ion-supported titanium oxide particles and the zeolite is fused.
The coverage in the obtained visible light responsive hybrid photocatalyst is preferably 30 to 300%, more preferably 50 to 250%, and still more preferably 50 to 150%.
In addition, a coverage here means the coverage area ratio of the photocatalyst with respect to a zeolite surface area. According to the mechanochemical reaction, in addition to covering the entire surface with respect to the zeolite surface area, the coverage is 100%, and by further coating the photocatalyst on the coated photocatalyst, the coverage is 200%. A coverage of over% can be achieved.

本発明の可視光応答型ハイブリッド光触媒は、鉄イオン担持酸化チタン粒子とゼオライトの複合化により、400nm以上の可視光を照射することで、高い光触媒活性が得られる。
可視光応答型ハイブリッド光触媒の用途は、特に制限されないが、消臭剤、防汚塗料、抗菌剤、水素発生用光触媒などの様々な分野に応用できる。
The visible light responsive hybrid photocatalyst of the present invention can obtain high photocatalytic activity by irradiating visible light of 400 nm or more by complexing iron ion-supported titanium oxide particles and zeolite.
The use of the visible light responsive hybrid photocatalyst is not particularly limited, but can be applied to various fields such as a deodorant, an antifouling paint, an antibacterial agent, and a hydrogen generating photocatalyst.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited to the following Example.

実施例及び比較例で用いる酸化チタン原料について、次のとおり性状を測定した。
<酸化チタン原料>
(BET比表面積)
酸化チタン原料のBET比表面積は、株式会社マウンテック製の全自動BET比表面積測定装置「Macsorb,HM model−1208」を用いて測定した。
About the titanium oxide raw material used by an Example and a comparative example, the property was measured as follows.
<Titanium oxide raw material>
(BET specific surface area)
The BET specific surface area of the titanium oxide raw material was measured using a fully automatic BET specific surface area measuring device “Macsorb, HM model-1208” manufactured by Mountec Co., Ltd.

(酸化チタン原料中のルチル含有量(ルチル化率)及び結晶性(半値全幅))
酸化チタン原料中におけるルチル型酸化チタンの含有量(ルチル化率)及び結晶性(半値全幅))は、粉末X線回折法により測定した。
すなわち、乾燥させた酸化チタン原料について、測定装置としてPANalytical社製「X’pertPRO」を用い、銅ターゲットを用い、Cu−Kα1線を用いて、管電圧45kV、管電流40mA、測定範囲2θ=20〜100deg、サンプリング幅0.0167deg、走査速度3.3deg/minの条件でX線回折測定を行った。
ルチル型結晶に対応するピーク高さ(Hr)、ブルッカイト型結晶に対応するピーク高さ(Hb)、及びアナターゼ型結晶に対応するピーク高さ(Ha)を求め、以下の計算式により、酸化チタン中におけるルチル型酸化チタンの含有量(ルチル化率)を求めた。
ルチル化率(モル%)={Hr/(Ha+Hb+Hr)}×100
また、酸化チタン中における、アナターゼ型酸化チタンの含有量(アナターゼ化率)及びブルッカイト型酸化チタンの含有量(ブルッカイト化率)を、それぞれ以下の計算式により求めた。
アナターゼ化率(モル%)={Ha/(Ha+Hb+Hr)}×100
ブルッカイト化率(モル%)={Hb/(Ha+Hb+Hr)}×100
上記X線回折測定によって得られたX線回折パターンにおいて、ルチル型酸化チタンに対応する最も強い回折ピークを選択し、半値全幅を測定した。
(Rutyl content (rutile ratio) and crystallinity (full width at half maximum) in titanium oxide raw material)
The content (rutile ratio) and crystallinity (full width at half maximum) of rutile titanium oxide in the titanium oxide raw material were measured by a powder X-ray diffraction method.
That is, with respect to the dried titanium oxide raw material, “X'pertPRO” manufactured by PANalytical was used as a measuring device, a copper target was used, a Cu-Kα1 wire was used, a tube voltage of 45 kV, a tube current of 40 mA, a measurement range 2θ = 20. X-ray diffraction measurement was performed under the conditions of -100 deg, sampling width 0.0167 deg, and scanning speed 3.3 deg / min.
The peak height (Hr) corresponding to the rutile crystal, the peak height (Hb) corresponding to the brookite crystal, and the peak height (Ha) corresponding to the anatase crystal are obtained. The content (rutile ratio) of rutile-type titanium oxide in the inside was determined.
Rutile conversion rate (mol%) = {Hr / (Ha + Hb + Hr)} × 100
In addition, the content of anatase-type titanium oxide (anatase conversion rate) and the content of brookite-type titanium oxide (brookite conversion rate) in titanium oxide were determined by the following calculation formulas.
Anatase conversion rate (mol%) = {Ha / (Ha + Hb + Hr)} × 100
Brookite conversion rate (mol%) = {Hb / (Ha + Hb + Hr)} × 100
In the X-ray diffraction pattern obtained by the X-ray diffraction measurement, the strongest diffraction peak corresponding to rutile titanium oxide was selected, and the full width at half maximum was measured.

(平均一次粒子径)
平均1次粒子径(DBET)(nm)は、BET1点法により、酸化チタンの比表面積S
(m/g)を測定し、下式
DBET=6000/(S×ρ)
より算出する。ここでρは酸化チタンの密度(g/cm)を示す。
実施例、比較例等で使用した酸化チタン原料の測定結果を次に示す。
BET比表面積 10m/g
ルチル化率 95.9モル%
アナターゼ率 4.1モル%
ブルッカイト化率 0モル%
半値全幅 0.18度
平均一次粒子径 150nm
(Average primary particle size)
The average primary particle diameter (DBET) (nm) is determined by the specific surface area S of titanium oxide according to the BET one-point method.
(M 2 / g) is measured and the following formula DBET = 6000 / (S × ρ)
Calculate from Here, ρ represents the density (g / cm 3 ) of titanium oxide.
The measurement results of the titanium oxide raw materials used in Examples and Comparative Examples are shown below.
BET specific surface area 10m 2 / g
Rutile conversion rate 95.9 mol%
Anatase rate 4.1 mol%
Brookite conversion rate 0 mol%
Full width at half maximum 0.18 degree average primary particle size 150 nm

下記の実施例および比較例1、2では、下記の方法で光分解実験と吸着実験を行った。光分解実験と吸着実験は、得られた鉄及びチタン含有組成物の可視光光触媒活性を調べることを目的とするものである。
また、下記の方法で走査型電子顕微鏡写真を撮影した。走査型電子顕微鏡写真の撮影は、得られた鉄及びチタン含有組成物の表面構造の観察を目的とするものである。
[光分解実験]
可視光光触媒活性を調べる光分解実験は、以下の方法で行った。
内径27mmのシャーレ内に実施例及び比較例で調製した触媒0.1gを入れ、少量の水を添加して超音波をかけて分散させ、120℃乾燥器内で乾燥させた。
500mlガラス製チャンバー内に上記のシャーレを入れ、チャンバー内を合成空気で置換し、コックを閉めた。
チャンバー内にアセトアルデヒド標準ガスと少量の水を注入し、チャンバー内アセトアルデヒド濃度を500ppm、湿度を50%RHにした。
1時間暗所に置き、暗所吸着を確認した後に、光(キセノン光源、L42フィルター(λ>400nm、10万ルクス))を照射し、CO濃度を一定時間までガスクロマトグラフで測定した。
In the following Examples and Comparative Examples 1 and 2, photolysis experiments and adsorption experiments were conducted by the following methods. The purpose of the photolysis experiment and the adsorption experiment is to examine the visible light photocatalytic activity of the obtained iron and titanium-containing composition.
Moreover, the scanning electron micrograph was image | photographed with the following method. The scanning electron micrograph is taken for the purpose of observing the surface structure of the obtained iron and titanium-containing composition.
[Photolysis experiment]
The photolysis experiment for examining the visible light photocatalytic activity was carried out by the following method.
0.1 g of the catalyst prepared in Examples and Comparative Examples was placed in a petri dish having an inner diameter of 27 mm, a small amount of water was added and dispersed by applying ultrasonic waves, and dried in a 120 ° C. drier.
The petri dish was placed in a 500 ml glass chamber, the inside of the chamber was replaced with synthetic air, and the cock was closed.
An acetaldehyde standard gas and a small amount of water were injected into the chamber, and the acetaldehyde concentration in the chamber was 500 ppm and the humidity was 50% RH.
After being placed in a dark place for 1 hour and confirming adsorption in the dark place, light (xenon light source, L42 filter (λ> 400 nm, 100,000 lux)) was irradiated, and the CO 2 concentration was measured with a gas chromatograph until a certain time.

[吸着実験]
可視光光触媒活性を調べる吸着実験は、以下の方法で行った。
暗所でアルデヒド濃度を一定時間ごとに5時間後までガスクロマトグラフで測定した以外、試料の調製方法は光分解実験と同様の手順で吸着実験を行った。
[Adsorption experiment]
The adsorption experiment for examining the visible light photocatalytic activity was conducted by the following method.
The sample preparation method was the same as the photolysis experiment except that the aldehyde concentration was measured by gas chromatography every 5 hours in the dark.

[走査型電子顕微鏡写真]
走査型電子顕微鏡写真の撮影は、以下の方法で行った。
調製した触媒について、高分解能走査型電子顕微鏡・SEM(日立ハイテクノロジーズ社 S−5200)にて加速電圧 3kV、倍率 20〜450K、及び新形走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社S−5500)にて加速電圧 2kV、倍率 100〜400Kで撮影した。
[Scanning electron micrograph]
The scanning electron micrograph was taken by the following method.
About the prepared catalyst, a high resolution scanning electron microscope / SEM (Hitachi High-Technologies Corporation S-5200) was applied to an acceleration voltage of 3 kV, a magnification of 20 to 450 K, and a new scanning electron microscope (Hitachi High-Technologies Corporation S-5500). Images were taken at an acceleration voltage of 2 kV and a magnification of 100 to 400K.

(製造例1:鉄イオン担持酸化チタンの調製)
酸化チタン(TiO、昭和電工株式会社製、スーパータイタニア(登録商標)F−10)粉末300gを塩化鉄(III)水溶液4L(TiO 100質量部に対してFeとして0.05質量部相当)に添加した。次いで、撹拌しながら60℃にて24時間加熱処理を行った後、吸引ろ過にて洗浄回収し、120℃で1昼夜乾燥後、メノウ乳鉢にて粉砕し、鉄イオンが0.05質量部担持された鉄イオン担持酸化チタン粉末(Fe/TiO)を得た。得られたFe/TiOの平均一次粒子径は250nmであった。
ここで、鉄イオンの定量はFe/TiOをHF水溶液中でマイクロウェーブ照射によって溶解させ、その溶液を誘導結合プラズマ(ICP)分析することによって測定した。
(Production Example 1: Preparation of iron ion-supported titanium oxide)
Titanium oxide (TiO 2, manufactured by Showa Denko KK, super Thailand Titania (R) F-10) powder 300g iron (III) chloride aqueous solution 4L (0.05 part by weight equivalent as Fe with respect to TiO 2 100 parts by weight) Added to. Next, after heat treatment at 60 ° C. for 24 hours with stirring, it was washed and collected by suction filtration, dried at 120 ° C. for one day and night, pulverized in an agate mortar, and 0.05 mass parts of iron ions were supported. An iron ion-supported titanium oxide powder (Fe / TiO 2 ) was obtained. The average primary particle diameter of the obtained Fe / TiO 2 was 250 nm.
Here, the quantification of iron ions was measured by dissolving Fe / TiO 2 in an HF aqueous solution by microwave irradiation and analyzing the solution by inductively coupled plasma (ICP).

(実施例)
機械的粒子複合化装置(ホソカワミクロン社製、商品名:NOB130)にゼオライトの表面への被覆率が100%となるように製造例1のFe/TiOを投入し、2000rpmにて1分間処理した後、所定量のSiO/Al=5(モル比)のY型ゼオライト(UOP社製、平均粒子径3μm、細孔径9Å、BET比表面積765m/g)を投入し、2000rpmにて3kw、10分間でメカノケミカル反応させて可視光応答型ハイブリッド光触媒を得た。光分解実験及び吸着実験を行い、評価結果を表1及び表2に示した。
(Example)
Fe / TiO 2 of Production Example 1 was added to a mechanical particle composite device (manufactured by Hosokawa Micron Corporation, trade name: NOB130) so that the coverage of the zeolite surface was 100%, and treated at 2000 rpm for 1 minute. Then, a predetermined amount of SiO 2 / Al 2 O 3 = 5 (molar ratio) Y-type zeolite (manufactured by UOP, average particle diameter of 3 μm, pore diameter of 9 mm, BET specific surface area of 765 m 2 / g) was charged at 2000 rpm. Then, a mechanochemical reaction was performed for 3 kw for 10 minutes to obtain a visible light responsive hybrid photocatalyst. A photolysis experiment and an adsorption experiment were conducted, and the evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

(比較例1)
製造例1のFe/TiOと実施例で使用したY型ゼオライトを表1に示した100%被覆率と同じ比率になるように乳鉢に取り粉砕混合し、Fe/TiOとゼオライトを単純混合させたものを調製した。光分解実験及び吸着実験を行い、評価結果を表1及び表2に示した。
(Comparative Example 1)
Fe / TiO 2 of Production Example 1 and the Y-type zeolite used in the examples were collected in a mortar so as to have the same ratio as the 100% coverage shown in Table 1, and pulverized and mixed, and Fe / TiO 2 and zeolite were simply mixed. Was prepared. A photolysis experiment and an adsorption experiment were conducted, and the evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

(比較例2)
製造例1のFe/TiOを用いて、光分解実験及び吸着実験を行い、評価結果を表1及び表2に示した。
(Comparative Example 2)
Using Fe / TiO 2 of Production Example 1, a photolysis experiment and an adsorption experiment were performed, and the evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

メカノケミカルしたものと単純混合したものを比較したところ、メカノケミカル反応によるハイブリッド光触媒において、初期のCO発生速度の向上が見られた(表1及び図1)。また、暗所でのゼオライトのアセトアルデヒドの吸着に効果が確認された(表2及び図2)。
これらの結果は、ゼオライトとの複合化(実施例1)によって、揮発性有機化合物(ここではアセトアルデヒド)が速やかに空間中から除去できることを示している。また、メカノケミカル反応によるハイブリッド化(実施例1)によって、ゼオライトから光触媒へのアセトアルデヒドの移動が速やかに行われ、光触媒によるアセトアルデヒドからCOへの分解が速やかに進んでいることを示している。
単純混合(比較例1)でも同様の現象は確認できるが、メカノケミカル反応を用いた物(実施例1)に比べると、明らかに光触媒による分解が遅くなっている。このことは、ゼオライトに吸着したアセトアルデヒドが、光触媒に移動するのに時間を要することを示唆している。
可視光応答型光触媒のみを使用した場合(比較例2)、アセトアルデヒドの分解は起きるが、暗所での吸着に時間を要することが確認された。
When the mechanochemical and simple mixture were compared, the initial CO 2 generation rate was improved in the hybrid photocatalyst by mechanochemical reaction (Table 1 and FIG. 1). Moreover, the effect was confirmed in adsorption | suction of the acetaldehyde of the zeolite in a dark place (Table 2 and FIG. 2).
These results indicate that the volatile organic compound (here, acetaldehyde) can be quickly removed from the space by complexing with zeolite (Example 1). Further, it is shown that the acetaldehyde is rapidly transferred from the zeolite to the photocatalyst by the hybridization by mechanochemical reaction (Example 1), and the decomposition of the acetaldehyde to CO 2 by the photocatalyst is rapidly progressing.
Although the same phenomenon can be confirmed even with simple mixing (Comparative Example 1), the decomposition by the photocatalyst is clearly delayed as compared with the product using the mechanochemical reaction (Example 1). This suggests that it takes time for the acetaldehyde adsorbed on the zeolite to move to the photocatalyst.
When only a visible light responsive photocatalyst was used (Comparative Example 2), acetaldehyde was decomposed, but it was confirmed that it takes time for adsorption in the dark.

SEM写真により、メカノケミカル反応したものは、ゼオライト表面に均一にFe/TiOが分散し、かつゼオライト表面のFe/TiOとの界面が融合し、複合酸化物が形成されていることが確認された(図3〜5)。図3〜5では、大きなゼオライトの表面に小さな光触媒粒子(Fe/TiO)が分散されており、ゼオライトと光触媒粒子(Fe/TiO)がそれぞれ単独に散在した状態は観察されなかった。
一方、単純混合したものでは、複合酸化物の形成は確認されず、ゼオライト1と光触媒粒子(Fe/TiO)2が、それぞれ凝集し、別個の固まりとして分離して存在していることが確認された(図6)
SEM photograph confirms that the mechanochemical reaction has uniformly dispersed Fe / TiO 2 on the zeolite surface and fused the interface with Fe / TiO 2 on the zeolite surface to form a complex oxide. (FIGS. 3-5). 3 to 5, small photocatalyst particles (Fe / TiO 2 ) are dispersed on the surface of a large zeolite, and a state in which the zeolite and the photocatalyst particles (Fe / TiO 2 ) are separately scattered is not observed.
On the other hand, in the case of simple mixing, formation of complex oxide was not confirmed, and it was confirmed that zeolite 1 and photocatalyst particles (Fe / TiO 2 ) 2 aggregated and separated and existed as separate clusters. (Fig. 6)

鉄イオン担持酸化チタン粒子とゼオライトの複合化により得られる本発明の可視光応答型ハイブリッド光触媒は、400nm以上の可視光を照射することで、高い光触媒活性を示す。このため、本発明の可視光応答型ハイブリッド光触媒は、紫外線を含まない可視光が光源として使用される環境下(室内や車内等)における、消臭剤、防汚塗料、抗菌剤、水素発生用光触媒などの様々な分野に応用が期待される。
また、本発明の可視光応答型ハイブリッド光触媒は、無色であるため、従来のような着色に起因する用途の制限を受けることなく、より幅広い分野への応用が期待される。
The visible light responsive hybrid photocatalyst of the present invention obtained by combining iron ion-supported titanium oxide particles and zeolite exhibits high photocatalytic activity when irradiated with visible light of 400 nm or more. For this reason, the visible light responsive hybrid photocatalyst of the present invention is used for deodorant, antifouling paint, antibacterial agent, and hydrogen generation in an environment (such as indoors or in a car) where visible light not containing ultraviolet rays is used as a light source. Applications are expected in various fields such as photocatalysts.
Further, since the visible light responsive hybrid photocatalyst of the present invention is colorless, it is expected to be applied to a wider range of fields without being restricted by the use due to the conventional coloring.

1 ゼオライト
2 光触媒粒子
1 Zeolite 2 Photocatalyst particles

Claims (9)

ゼオライトを、酸化チタンに鉄イオンを担持させた鉄イオン担持酸化チタン粒子で被覆してなり、前記ゼオライトと前記鉄イオン担持酸化チタン粒子との界面が融合した複合酸化物を含む、可視光応答型ハイブリッド光触媒。   Visible light responsive type comprising a composite oxide in which zeolite is coated with iron ion-supported titanium oxide particles in which iron ions are supported on titanium oxide, and an interface between the zeolite and the iron ion-supported titanium oxide particles is fused. Hybrid photocatalyst. 前記鉄イオン担持酸化チタン粒子の被覆率が30〜300%である、請求項1に記載の可視光応答型ハイブリッド光触媒。   The visible light responsive hybrid photocatalyst according to claim 1, wherein a coverage of the iron ion-supported titanium oxide particles is 30 to 300%. 前記鉄イオン担持酸化チタン粒子の平均一次粒子径が、10〜800nmである、請求項1又は2に記載の可視光応答型ハイブリッド光触媒。   The visible light responsive hybrid photocatalyst according to claim 1 or 2, wherein an average primary particle diameter of the iron ion-supporting titanium oxide particles is 10 to 800 nm. 前記酸化チタンの比表面積が、1〜200m2/gである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の可視光応答型ハイブリッド光触媒。 The visible light responsive hybrid photocatalyst according to claim 1, wherein the titanium oxide has a specific surface area of 1 to 200 m 2 / g. 前記ゼオライトが、Y型、及びZSM−5型から選ばれる少なくとも一種である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の可視光応答型ハイブリッド光触媒。   The visible light responsive hybrid photocatalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein the zeolite is at least one selected from a Y type and a ZSM-5 type. 前記ゼオライトの細孔径が4〜10Åである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の可視光応答型ハイブリッド光触媒。   The visible light responsive hybrid photocatalyst according to any one of claims 1 to 5, wherein the zeolite has a pore diameter of 4 to 10 mm. 鉄イオン担持酸化チタン粒子とゼオライトとをメカノケミカル反応させる反応工程を有する、可視光応答型ハイブリッド光触媒の製造方法。   A method for producing a visible light responsive hybrid photocatalyst, comprising a reaction step of mechanochemical reaction of iron ion-supported titanium oxide particles and zeolite. 前記メカノケミカル反応の付加エネルギーが0.1〜300kWである、請求項7に記載の可視光応答型ハイブリッド光触媒の製造方法。   The method for producing a visible light responsive hybrid photocatalyst according to claim 7, wherein the added energy of the mechanochemical reaction is 0.1 to 300 kW. 前記反応工程の前に、鉄イオン担持酸化チタン粒子に対してメカノケミカル反応と同様の方法で行う機械的な前処理を行なう前処理工程を有する、請求項7又は8に記載の可視光応答型ハイブリッド光触媒の製造方法。   The visible light response type according to claim 7 or 8, further comprising a pretreatment step of performing a mechanical pretreatment on the iron ion-supported titanium oxide particles by a method similar to a mechanochemical reaction before the reaction step. A method for producing a hybrid photocatalyst.
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WO2023062423A1 (en) * 2021-10-15 2023-04-20 Vidyasirimedhi Institute Of Science And Technology (Vistec) Cathode active material for lithium-ion battery and method for preparing said active material, and cathode comprising said active material and method for preparing said cathode

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WO2023062423A1 (en) * 2021-10-15 2023-04-20 Vidyasirimedhi Institute Of Science And Technology (Vistec) Cathode active material for lithium-ion battery and method for preparing said active material, and cathode comprising said active material and method for preparing said cathode

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