JP3653572B2 - 多孔性光触媒の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環境浄化を目的とした多孔性光触媒とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽光や紫外線ランプ照射で有機物を分解する光触媒酸化チタンが注目され、その機能を利用した環境浄化用の素材開発が盛んに行われている。その中で、活性炭の様な吸着機能も付与し、それによる有害物質の効率的な除去効果を期待しての酸化チタンと多孔材の複合化が試みられている。また、光触媒市場のよりいっそうの拡大を図るために、繊維やプラスチック材料表面に光触媒酸化チタン層を形成させる技術の確立も要望されている。
【０００３】
これまで、酸化チタンと多孔材との複合化については、特開平９−９４８号公報では活性炭に酸化チタンの水分散スラリー塗布する方法が、また、特開平８−３３２３７８号公報では有機物とチタン含有溶液との混合物を炭化する方法が提案されている。しかし、前者は活性炭と酸化チタンとの密着性が小さい。また、後者は炭化の際、チタン化合物が光触媒活性を示す結晶構造の酸化チタンを生成する再現性に問題点がある。
【０００４】
また、酸化チタンを有機高分子材料の表面に被覆する方法として、特開平１０−２９６９２０号公報では、酸化チタンを無機不活性物質で被覆した複合粒子を積層することを提案している。しかし、この酸化チタン複合粒子の具体的な製法は記載されておらず、また、この複合粒子を積層する際、樹脂溶液に混合する方法を採っており、酸化チタン表面が樹脂で覆われ、光触媒活性が発現されない恐れがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらの問題点も含め、光触媒の多孔化と有機高分子材料との複合化のためには次の課題を解決しなければならない。
１．細孔生成処理あるいは他の多孔質素材との複合化による多孔性の付与。
２．他の素材との複合化の場合、密着性を良くするため、酸化チタン原料として塩化チタンやチタンアルコキシドを主に用いるが、複合の結果、光触媒活性がほとんどみられないか、あるいは低下する傾向にある。
３．上記塩化チタンやチタンアルコキシドから光触媒活性が発現するアナターゼタイプの酸化チタンを得るには約４００℃以上の加熱処理が必要で、有機高分子素材にはこの処理は施せない。
４．有機高分子素材表面に直接酸化チタン層を形成させると基材自身が光触媒反応を受け損傷するため、保護する手段が必要となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはシリコンアルコキシドを用いたゾルゲル法を採用し、細孔生成用として尿素あるいは金属塩類を添加し、光触媒活性を有する酸化チタン粉末を分散させた状態でゲル化させた後、尿素あるいは金属塩類を溶出させることで多孔性のシリカゲル−酸化チタン複合体を得た。この方法により上記課題を解決できることを見いだした。
【０００７】
即ち、本発明の多孔性光触媒の製造方法はシリコンアルコキシドに尿素または金属塩類を添加してアルコール溶液を調製し、このアルコール溶液に酸化チタン粉末を分散した混合液で有機高分子材料の表面を被覆した後、この混合液をゲル化させ、続いて尿素または金属塩類を溶出させて多数の細孔が形成されることを特徴とする。
【０００８】
シリコンアルコキシドの溶媒として用いるアルコール（メチルアルコールやエチルアルコールなど）と水どちらにも可溶な尿素や金属塩類（例えば塩化マグネシウム、ヨウ化カリウムなど）を添加しておき、ゲル化後温水で溶出することによってシリカゲル中に多数の細孔が生成する。これら添加する尿素や金属塩類を選択することにより、細孔径を制御できる。
【０００９】
よって、シリカゲル中に分散している酸化チタン粉末はこれらの細孔を通して外気と接することが可能になる。
【００１０】
ゲル化を促進するための加熱処理温度は１００℃前後だから、酸化チタンは共存物質と反応することもなく、その光触媒活性は維持される。また、有機高分子（繊維、織編物、プラスチックシートなど）に被覆する場合も、このゲル化促進のための加熱処理温度による有機高分子への影響はほとんどない。
【００１１】
酸化チタンがシリカゲル中に分散している構造のため、酸化チタンと有機高分子基材との直接接触することはなく、光触媒による有機高分子の劣化はない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるシリコンアルコキシドとしてはテトラエチルオルソシリケート、テトラメチルオルソシリケート、シランカップリング剤などが挙げられる。
【００１３】
また、酸化チタン粉末としては、例えば、日本アエロジル（株）製Ｐ２５が挙げられる。光触媒活性を有するものなら、これに限定されない。
【００１４】
細孔を生成させるための添加剤としては、尿素や塩化マグネシウム、ヨウ化カリウムなどの金属塩類が挙げられるが、水及びアルコールに容易に溶解し、アルコキシドのゲル化後ゲル内部で固化し、水あるいは温水などで溶出されるものならこれらに限定されない。
【００１５】
本発明の多孔性光触媒に被覆される有機高分子材料は天然物および合成品を問わず、繊維、織編物、不織布（例えば紙）、プラスチックフィルム、木材などが挙げられる。
【００１６】
本発明の多孔性光触媒は酸化チタンがシリカゲル中に分散している構造のため、酸化チタンが有機高分子基材と直接接触することはないが、有機高分子基材の保護を完全にするために、シリコンアルコキシドだけのアルコール−水溶液で有機高分子材料の表面をディップコーティングなどの方法で前処理しても良い。
【００１７】
また、シリコンアルコキシドに尿素または金属塩類を添加してアルコール溶液を調製し、このアルコール溶液に酸化チタン粉末を分散した混合液を有機高分子材料の表面に被覆する方法としては、ディップコーティング、塗布、スプレーコーティングなどが挙げられる。
【００１８】
【実施例１】
テトラエチルオルソシリケート３４．７ｇにエチルアルコール１２ccを加えた溶液に尿素１０ｇを溶かす。これに酸化チタン粉末５ｇを加え、スタラーで分散させ、６規定塩酸１ccと水１１ccを加え、粘性が生じるまで撹拌する。この液を、前もってテトラエチルオルソシリケートのエチルアルコール−水溶液でディップコートしたポリエステル織物にディップコーティングし、１００℃で乾燥しゲル化させた後、湯洗いした。この処理で１．５mg／cm2のシリカゲル−酸化チタン複合体がポリエステル織物に固着された。このシリカゲル−酸化チタンが被覆されたポリエステル織物の５cm角片を１０ｐｐｍのメチレンブルー水溶液１００cc中に浸漬し、紫外線（１０Ｗ／m2）を照射したところ、２０時間の照射で溶液中のメチレンブルー全量が消失した。また、シリカゲル−酸化チタン被覆ポリエステル織物自身に吸着されたメチレンブルーはさらに２日間の紫外線照射で消失した。これらの処理で基材のポリエステル織物の光触媒による損傷は認められなかった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明により、酸化チタンが均一に分散したシリカゲルからなり、孔径が２ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の細孔を多数有する吸着機能を併せもった多孔性光触媒が得られる。
【００２０】
また、シリコンアルコキシドに尿素または金属塩類を添加してアルコール溶液を調製し、このアルコール溶液に酸化チタン粉末を分散した混合液で有機高分子材料の表面を被覆した後、この混合液をゲル化させ、続いて尿素または金属塩類を溶出させる方法で、多孔性光触媒で被覆された有機高分子材料が得られる。
【００２１】
この多孔性光触媒は酸化チタンがシリカゲル中に分散している構造のため、酸化チタンと有機高分子基材と直接接触しないため、有機高分子材料は光触媒による劣化は受けない。
【発明の属する技術分野】
本発明は、環境浄化を目的とした多孔性光触媒とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽光や紫外線ランプ照射で有機物を分解する光触媒酸化チタンが注目され、その機能を利用した環境浄化用の素材開発が盛んに行われている。その中で、活性炭の様な吸着機能も付与し、それによる有害物質の効率的な除去効果を期待しての酸化チタンと多孔材の複合化が試みられている。また、光触媒市場のよりいっそうの拡大を図るために、繊維やプラスチック材料表面に光触媒酸化チタン層を形成させる技術の確立も要望されている。
【０００３】
これまで、酸化チタンと多孔材との複合化については、特開平９−９４８号公報では活性炭に酸化チタンの水分散スラリー塗布する方法が、また、特開平８−３３２３７８号公報では有機物とチタン含有溶液との混合物を炭化する方法が提案されている。しかし、前者は活性炭と酸化チタンとの密着性が小さい。また、後者は炭化の際、チタン化合物が光触媒活性を示す結晶構造の酸化チタンを生成する再現性に問題点がある。
【０００４】
また、酸化チタンを有機高分子材料の表面に被覆する方法として、特開平１０−２９６９２０号公報では、酸化チタンを無機不活性物質で被覆した複合粒子を積層することを提案している。しかし、この酸化チタン複合粒子の具体的な製法は記載されておらず、また、この複合粒子を積層する際、樹脂溶液に混合する方法を採っており、酸化チタン表面が樹脂で覆われ、光触媒活性が発現されない恐れがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらの問題点も含め、光触媒の多孔化と有機高分子材料との複合化のためには次の課題を解決しなければならない。
１．細孔生成処理あるいは他の多孔質素材との複合化による多孔性の付与。
２．他の素材との複合化の場合、密着性を良くするため、酸化チタン原料として塩化チタンやチタンアルコキシドを主に用いるが、複合の結果、光触媒活性がほとんどみられないか、あるいは低下する傾向にある。
３．上記塩化チタンやチタンアルコキシドから光触媒活性が発現するアナターゼタイプの酸化チタンを得るには約４００℃以上の加熱処理が必要で、有機高分子素材にはこの処理は施せない。
４．有機高分子素材表面に直接酸化チタン層を形成させると基材自身が光触媒反応を受け損傷するため、保護する手段が必要となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはシリコンアルコキシドを用いたゾルゲル法を採用し、細孔生成用として尿素あるいは金属塩類を添加し、光触媒活性を有する酸化チタン粉末を分散させた状態でゲル化させた後、尿素あるいは金属塩類を溶出させることで多孔性のシリカゲル−酸化チタン複合体を得た。この方法により上記課題を解決できることを見いだした。
【０００７】
即ち、本発明の多孔性光触媒の製造方法はシリコンアルコキシドに尿素または金属塩類を添加してアルコール溶液を調製し、このアルコール溶液に酸化チタン粉末を分散した混合液で有機高分子材料の表面を被覆した後、この混合液をゲル化させ、続いて尿素または金属塩類を溶出させて多数の細孔が形成されることを特徴とする。
【０００８】
シリコンアルコキシドの溶媒として用いるアルコール（メチルアルコールやエチルアルコールなど）と水どちらにも可溶な尿素や金属塩類（例えば塩化マグネシウム、ヨウ化カリウムなど）を添加しておき、ゲル化後温水で溶出することによってシリカゲル中に多数の細孔が生成する。これら添加する尿素や金属塩類を選択することにより、細孔径を制御できる。
【０００９】
よって、シリカゲル中に分散している酸化チタン粉末はこれらの細孔を通して外気と接することが可能になる。
【００１０】
ゲル化を促進するための加熱処理温度は１００℃前後だから、酸化チタンは共存物質と反応することもなく、その光触媒活性は維持される。また、有機高分子（繊維、織編物、プラスチックシートなど）に被覆する場合も、このゲル化促進のための加熱処理温度による有機高分子への影響はほとんどない。
【００１１】
酸化チタンがシリカゲル中に分散している構造のため、酸化チタンと有機高分子基材との直接接触することはなく、光触媒による有機高分子の劣化はない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるシリコンアルコキシドとしてはテトラエチルオルソシリケート、テトラメチルオルソシリケート、シランカップリング剤などが挙げられる。
【００１３】
また、酸化チタン粉末としては、例えば、日本アエロジル（株）製Ｐ２５が挙げられる。光触媒活性を有するものなら、これに限定されない。
【００１４】
細孔を生成させるための添加剤としては、尿素や塩化マグネシウム、ヨウ化カリウムなどの金属塩類が挙げられるが、水及びアルコールに容易に溶解し、アルコキシドのゲル化後ゲル内部で固化し、水あるいは温水などで溶出されるものならこれらに限定されない。
【００１５】
本発明の多孔性光触媒に被覆される有機高分子材料は天然物および合成品を問わず、繊維、織編物、不織布（例えば紙）、プラスチックフィルム、木材などが挙げられる。
【００１６】
本発明の多孔性光触媒は酸化チタンがシリカゲル中に分散している構造のため、酸化チタンが有機高分子基材と直接接触することはないが、有機高分子基材の保護を完全にするために、シリコンアルコキシドだけのアルコール−水溶液で有機高分子材料の表面をディップコーティングなどの方法で前処理しても良い。
【００１７】
また、シリコンアルコキシドに尿素または金属塩類を添加してアルコール溶液を調製し、このアルコール溶液に酸化チタン粉末を分散した混合液を有機高分子材料の表面に被覆する方法としては、ディップコーティング、塗布、スプレーコーティングなどが挙げられる。
【００１８】
【実施例１】
テトラエチルオルソシリケート３４．７ｇにエチルアルコール１２ccを加えた溶液に尿素１０ｇを溶かす。これに酸化チタン粉末５ｇを加え、スタラーで分散させ、６規定塩酸１ccと水１１ccを加え、粘性が生じるまで撹拌する。この液を、前もってテトラエチルオルソシリケートのエチルアルコール−水溶液でディップコートしたポリエステル織物にディップコーティングし、１００℃で乾燥しゲル化させた後、湯洗いした。この処理で１．５mg／cm2のシリカゲル−酸化チタン複合体がポリエステル織物に固着された。このシリカゲル−酸化チタンが被覆されたポリエステル織物の５cm角片を１０ｐｐｍのメチレンブルー水溶液１００cc中に浸漬し、紫外線（１０Ｗ／m2）を照射したところ、２０時間の照射で溶液中のメチレンブルー全量が消失した。また、シリカゲル−酸化チタン被覆ポリエステル織物自身に吸着されたメチレンブルーはさらに２日間の紫外線照射で消失した。これらの処理で基材のポリエステル織物の光触媒による損傷は認められなかった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明により、酸化チタンが均一に分散したシリカゲルからなり、孔径が２ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の細孔を多数有する吸着機能を併せもった多孔性光触媒が得られる。
【００２０】
また、シリコンアルコキシドに尿素または金属塩類を添加してアルコール溶液を調製し、このアルコール溶液に酸化チタン粉末を分散した混合液で有機高分子材料の表面を被覆した後、この混合液をゲル化させ、続いて尿素または金属塩類を溶出させる方法で、多孔性光触媒で被覆された有機高分子材料が得られる。
【００２１】
この多孔性光触媒は酸化チタンがシリカゲル中に分散している構造のため、酸化チタンと有機高分子基材と直接接触しないため、有機高分子材料は光触媒による劣化は受けない。
Claims (1)
- シリコンアルコキシドに尿素または金属塩類を添加してアルコール溶液を調製し、このアルコール溶液に酸化チタン粉末を分散した混合液で有機高分子材料の表面を被覆した後、この混合液をゲル化させ、続いて尿素または金属塩類を溶出させて多数の細孔が形成されることを特徴とする多孔性光触媒で被覆された有機高分子材料の製造方法。
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