JP3513738B2 - ナノチューブ体のチタニアの製造方法 - Google Patents
ナノチューブ体のチタニアの製造方法Info
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Description
るナノチューブ体のチタニアの製造方法に関する。本明
細書でナノチューブ体のチタニアとは、結晶形状がナノ
チューブ体である結晶チタニアのことである。
外線吸収性、吸着性等の作用特性を有する。このため、
それらを利用して、1.日焼け止め材・塗料・フィルム
等における紫外線吸収剤・遮蔽剤、及び、2.吸収・吸
着・脱臭剤、等の材料として多用されている。
媒活性が注目されている。チタニアの有する優れた酸化
力ないし還元力を利用して、炭酸ガスや窒素酸化物を分
解して環境浄化に利用されたりしている。
おける、上記チタニアの作用特性、特に光触媒活性の向
上が要求されつつある。
来技術の一つとして「チタニアにSiO2 をドープする
と、比表面積を大きくすることができる」技術がある。
させるために、ゾル−ゲル法により得られた比表面積の
大きなSiO2 をドープしたTiO2 粉末の触媒活性の
向上に向けてのNaOH水溶液による化学処理の試みを
行った。そして、それらの内容について、本発明者らは
下記文献等により発表している。
講演要旨集、1996年6月6日、理化学研究所/触媒
学会主催」p24〜25、及び2. 「日本セラミックス協会1996年年会講演予稿
集、1996年4月2日〜4日」p170参照。
である触媒作用の向上を目標として、更に研究開発をす
る過程で、結晶チタニアをアルカリ処理した場合、一定
の条件を満たせば、従来に知られていなかったナノチュ
ーブ体の結晶が生成することを発見し、本発明に想到し
た。
は、アナターゼ型、ルチル型を問わず、本発明者らが知
る限りにおいては、球状ないし針状しか存在しないとさ
れていた。
ューブ体の結晶形状の結晶チタニアを提供するものであ
る。そのナノチューブ体の直径は製造条件等により異な
るが大部分において5〜80nmの範囲にある。また、
その結晶系は、得やすいものとしてアナターゼ型があ
る。
ルカリ処理することにより製造される。その収率を上げ
るため、前記アルカリ処理を水酸化ナトリウム濃度13
〜65外掛けwt%で温度18〜160℃の条件下で行う
ことができる。
め、針状体等の中実結晶に比して、比表面積が増大し、
同一占有体積中の比表面積は格段に増大する。このた
め、結晶チタニアの作用特性は著しく向上することが期
待される。また、チューブ体であることの特徴を活かし
たフィルター等の新規な用途が期待される。
タニアは、その結晶形状が、図1のモデル図に示すよう
なナノチューブ体である結晶チタニアである。
により異なるが、約5〜80nmである。長さも、製造
条件等により異なるが、通常、50〜150nmであ
る。なお、肉厚は、通常2〜10nmである。
後述の表1・2に記載の如く、アナターゼ型が得易い。
ニアの製造方法の説明をする。以下の説明で、アルカリ
濃度を示す「wt%」は、外掛け百分率(outer percent)
を意味する。
結晶チタニア(ナノチューブ体のチタニア)は、チタニ
ア粉末をアルカリ処理して製造する。
ナターゼ型、ルチル型を問わず、通常、粒径2〜100
nm、望ましくは、粒径2〜30nmのものを使用す
る。
石(ルチル)、板チタン石(ブルッカイト)等のチタン
鉱石から下記公知の液相法により調製したものや、下記
公知の気相法で合成したものを挙げることができる。ま
た、公知のゾル・ゲル法で合成したものでもよい。
硫酸等の強酸で、加熱加水分解して得られる含水酸化チ
タンを800〜850℃で焼成してチタニアを製造する
方法のことである。
2 を接触させて、チタニアを製造する方法のことであ
る。
を含むチタンアルコキシドをアルコール水溶液中で加水
分解させてゾルを生成させ、さらに、該ゾルに加水分解
触媒を加えて、放置してゲル化させ、該ゲル化物を焼成
してチタニアを製造する方法である。
5wt%で温度18〜160℃の条件下で、1〜50時
間、チタニア粉末を浸漬して行う。望ましくは、水酸化
ナトリウム濃度18〜55wt%で温度18〜120℃の
条件下で、更に望ましくは、水酸化ナトリウム濃度30
〜50wt%で温度50〜120℃の条件下で、2〜20
時間行う。このとき、アルカリ濃度が高ければ、温度が
低くてもよく(試料No.1-9、2-4 参照)、温度が高けれ
ば、アルカリ濃度は相対的に低くてもよい(試料No.1-
8、2-3参照)。
は、チューブを形成するのに反応時間が長くなりすぎ、
工業的見地から効率的ではない。また、65wt%を越え
るとチューブ状のものが生成されにくくなる。18℃以
下の温度ではチューブ生成のための反応時間が長くな
り、160℃を越えるとチューブ状のものが生成されに
くくなる。
では、ナノチューブ体の結晶集合体を製造し難い。この
際、アルカリ処理は、開放容器内で、即ち、常圧(大気
圧)下の条件でも良いが、密閉容器内で行うことが望ま
しい。密閉容器内では水の蒸発が抑制されてアルカリ濃
度が安定化する。また、密閉容器内で100℃以上に昇
温させた場合、加圧の条件となり、開放容器内で行う場
合に比して、小さな直径のナノチューブ体を得易い。な
お、密閉容器内で、計算上1.5atmの加圧下でアル
カリ処理を行った場合、5〜10nmの小さな直径のも
のが得られている。
く。さらには、水洗後、希塩酸等の無機酸で中和処理し
ておくことが望ましい。この、中和処理方法は、通常、
浸漬・噴霧等の方法で行う。
は、必要により、さらに、200〜1200℃×10〜
400分、望ましくは、300〜800℃×60〜16
0分の温度で加熱処理を行ってもよい。この加熱処理に
より、TiO2 の結晶性が向上して、触媒活性が向上す
ることが期待できる。この加熱処理により、ナノチュー
ブ体は崩壊しない。また、粉砕機にかけても崩壊しな
い。
タニアは、結晶形状が球状や針状のものに比して、比表
面積が格段に大きい。
や光活性触媒等に使用した場合、比表面積の増大が期待
でき、従来に比して、それらの作用の向上が、特に単位
体積当たりの大幅な作用の向上として期待できる。
常、白金、ニッケル、銀等の金属を担持して使用するこ
とができる。
1.フィルター、2.有機・無機・金属材料等を挿入し
て新たな機能性を有する材料、3.磁性材料を挿入して
新たな磁性特性を有する磁性材料、等の用途も期待でき
るものである。 <実施例> 以下、本発明の効果を確認するために行った実施例につ
いて説明をする。
0.8)となるように、市販のテトライソブトキシチタ
ン及びテトラエトキシシランをエタノール水溶液中に溶
解させて加水分解により生じたゾルに、希塩酸を加水分
解触媒として添加し放置してゲル化させた。
の条件で焼成後、該焼成体をめのう乳鉢で粉砕して微粉
末とした。
2種類の原料結晶チタニアを調製した。
表面積:50m2/g2. 0.8TiO2 ・0.2SiO2 …平均粒径:約6
nm、比表面積:100m2/g また、下記3の市販品の結晶チタニアAを原料結晶とし
て使用した。
たアナターゼ型の結晶チタニアTiO2 (平均粒径:約
20nm、比表面積:50m2/g) (2) 化学処理条件 各チタニア粉末を使用して、表1・2に示す条件でアル
カリ処理(還流処理した試料No.1-12 、2-7 以外は密閉
容器内で処理)をした。各アルカリ処理したものについ
て、0.1Nの塩酸水溶液で中和処理を行った。
せた分散液を、ピペットで試料台の上に一滴たらして、
透過形電子顕微鏡で観察して各結晶チタニアの形状を判
定した。
リ濃度が低過ぎても高すぎてもナノチューブ形状の結晶
チタニア(ナノチューブ体のチタニア)が得られないこ
とが分かる。
発明の範囲に含まれない例を、「△」は、本発明の範囲
に含まれるものの内、チューブ体の生成が不十分な例
を、「○」「◎」は、チューブ体が良好に生成する例
を、夫々示す。そして、当該「○」「◎」は、比表面積
を基準にして行った評価である。このため比表面積以外
の特性が要求されるような場合は、必ずしも当該評価は
当てはまらない場合がある。
通りである。
ている。
ブ体が混在している。
カリ処理によりSiO2 成分がx=約0.01に減少し
ていた。表2のとおり原料結晶チタニアがTiO2 10
0%でも、ナノチューブ体のチタニア結晶が得られるこ
とから、チタニアナノチューブの析出はSiO2 の添加
の有無に関係ないことが分かった。
20h)における透過型電子顕微鏡写真
Claims (6)
- 【請求項1】 結晶チタニア原料を水酸化ナトリウム濃
度13〜65外掛けwt%で温度18〜160℃の条件下
でアルカリ処理して、結晶形状がナノチューブ体である
結晶チタニアを製造することを特徴とするナノチューブ
体のチタニアの製造方法。 - 【請求項2】 前記アルカリ処理を、水酸化ナトリウム
濃度18〜55外掛けwt%で温度18〜120℃の条件
下で行うことを特徴とする請求項1記載のナノチューブ
体のチタニアの製造方法。 - 【請求項3】 前記アルカリ処理を、水酸化ナトリウム
濃度30〜50外掛けwt%で温度50〜120℃の条件
下で行うことを特徴とする請求項2記載のナノチューブ
体のチタニアの製造方法。 - 【請求項4】 前記アルカリ処理を密閉容器内の加圧下
で行うことを特徴とする請求項1、2又は3記載のナノ
チューブ体のチタニアの製造方法。 - 【請求項5】 前記アルカリ処理における水洗後、更
に、中和処理を行うことを特徴とする請求項1、2、3
又は4記載のナノチューブ体のチタニアの製造方法。 - 【請求項6】 前記請求項1、2、3、4又は5記載の
方法で製造した結晶チタニアを、さらに、200〜12
00℃×10〜400分の条件で加熱処理することを特
徴とするナノチューブ体のチタニアの製造方法。
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