JP4295231B2 - 広帯域光吸収性光触媒及びその製造方法、並びに、広帯域光吸収性光触媒含有組成物及び成形体 - Google Patents
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Description
このような研究の一例としては、前記酸化チタンに可視光応答を付与する目的で、該酸化チタンに酸素欠陥を形成する手法、該酸化チタンに窒素をドープする手法、などが提案されている。しかし、これらの場合、実用的に満足できる成果は得られておらず、研究レベルの域を脱していないのが現状である。
そこで、このような分解対象物に対する吸着能に優れる材料として、歯や骨などの生体硬組織の主成分であるカルシウムハイドロキシアパタイトCa10(PO4)6(OH)2等のアパタイトが、各種のカチオンやアニオンとイオン交換し易く、高い生体親和性及び吸着特性を有し、蛋白質等の有機物に対する特異的な吸着能を有していることから、該カルシウムハイドロキシアパタイト等のアパタイトの特性を利用した技術の研究開発が行われてきている。
したがって、可視光のみならず特に紫外光に対して優れた吸収性を示し、広帯域の光に対して長期にわたって光触媒活性を有し、分解対象物に対する吸着性に優れ、酸化分解作用、抗菌作用、防汚作用等を発現可能であり、高性能な広帯域光吸収性光触媒及びその効率的な製造方法、並びに、該広帯域光吸収性光触媒を用いた各種技術は未だ提供されておらず、その開発が望まれているのが現状である。
本発明の広帯域光吸収性光触媒は、光触媒活性を有するアパタイトと、可視光吸収性金属原子と、紫外光吸収性金属原子とを少なくとも含んでなり、前記紫外光吸収性金属原子が、タングステン(W)及びバナジウム(V)の少なくともいずれかであることを特徴とする。
該広帯域光吸収性光触媒は、該光触媒活性を有するアパタイトが分解対象物に対する吸着能に優れるため、該光触媒活性を有するアパタイトに該分解対象物が効率的に吸着される。すると、該光触媒活性を有するアパタイトは自身が光触媒活性を有するので、該光触媒活性を有するアパタイトに所定の光が照射されると、該光触媒活性を有するアパタイトに光触媒活性が発現し、該光触媒活性を有するアパタイトの表面に吸着している前記分解対象物から電子を奪い取り、該分解対象物は酸化され、分解される。このとき、本発明の広帯域光吸収性光触媒は、前記紫外光吸収性金属原子と前記可視光吸収性金属原子とを含んでいるので、該広帯域光吸収性光触媒に紫外光が照射されると、前記紫外光の光エネルギーを前記紫外光光吸収性金属原子が吸収し、該広帯域光吸収性光触媒に可視光が照射されると、該可視光の光エネルギーを前記可視光光吸収性金属原子が吸収する結果、該広帯域光吸収性光触媒は、前記紫外光及び可視光の光エネルギーを吸収して、これら広帯域の光エネルギーを利用可能であるため、広帯域光吸収性を示し、光触媒活性に優れ、前記分解対象物に対する分解作用、抗菌作用、防汚作用などが発現可能である。そして、紫外光及び可視光が照射された場合においても、該広帯域光吸収性光触媒は、その光触媒活性が飽和することがなく、蛍光灯下の室内においても、太陽光の照射環境においても、優れた光触媒活性が発現可能である。
該広帯域光吸収性光触媒においては、光触媒活性を有するアパタイトが金属原子を有してなり、該金属原子の少なくとも一部が、紫外光吸収性金属原子及び可視光吸収性金属原子により置換されてなる態様、前記紫外光吸収性金属原子の含有量が、全金属原子に対し、0.001〜0.1mol%である態様、前記可視光吸収性金属原子が、クロム(Cr)、及びニッケル(Ni)から選択される少なくとも1種である態様、同条件下で紫外光(UV光)を連続2時間照射時の光触媒活性(A2)と連続5時間照射時の光触媒活性(A5)との比(A5/A2)が1.3以上である態様、などが好ましい。
該広帯域光吸収性光触媒の製造方法では、前記ドープ工程において、前記光触媒活性を有するアパタイト中に、前記紫外光吸収性金属原子と、前記可視光吸収性金属原子とがドープされる。その結果、広帯域光吸収性光触媒が効率的に製造される。該広帯域光吸収性光触媒は、紫外視光光吸収性金属原子と前記可視光吸収性金属原子とを含み、また、前記光触媒活性を有するアパタイトを含むため、分解対象物を表面に吸着すると共に、光が照射されると広帯域の光を吸収し、表面に吸着した前記分解対象物を光触媒作用により分解等する。
該広帯域光吸収性光触媒の製造方法においては、前記光触媒活性を有するアパタイト中への前記紫外光吸収性金属原子と前記可視光吸収性金属原子とのドープが、前記紫外光吸収性金属原子を含む化合物と、前記可視光吸収性金属原子を含む化合物とを溶解させた水溶液中に、前記アパタイトを浸漬させることにより行われる態様、などが好ましい。
本発明の広帯域光吸収性光触媒は、光触媒活性を有するアパタイトと、可視光吸収性金属原子と、紫外光吸収性金属原子とを少なくとも含んでなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の成分を含んでなる。
前記光触媒活性を有するアパタイトとしては、光触媒活性を有する限り特に制限は無く、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アパタイトが、光触媒活性を有するのに必要な金属原子を有してなるものなどが好適に挙げられる。前記アパタイトが該光触媒活性を有する金属原子を有すると、該アパタイトに光が照射されると、該光触媒活性を有する金属原子の作用により該アパタイトに光触媒活性が発現し、該アパタイトの表面に吸着している分解対象物から電子を奪い取ることができ、該分解対象物を酸化し、分解させることができる。
前記アパタイトとしては、特に制限は無く、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、下記一般式(1)で表されるもの、などが好適に挙げられる。
Bは、リン原子(P)及び硫黄原子(S)のいずれかを表し、これらの中でも、生体親和性の点でリン原子(P)が好ましい。
Oは、酸素原子を表す。
Xは、水酸基(OH)、CO3、及びハロゲン原子のいずれかを表し、これらの中でも、前記Aの金属原子と共に金属酸化物型の光触媒性部分構造を形成可能な点で、水酸基(OH)が特に好ましい。なお、前記ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、などが挙げられる。
m、n、z、及びsは、整数を表し、例えば、電荷バランスの点で、mは8〜10が好ましく、nは3〜4が好ましく、zは5〜7が好ましく、sは1〜4が好ましい。
これらの分解対象物は、固体状、液体状、気体状のいずれの態様で存在していてもよい。前記液体状の場合には、前記分解対象物としては、例えば、廃液、栄養液、循環液、などが挙げられる。また、前記気体状の場合には、前記分解対象物としては、例えば、空気、排ガス、循環ガス、などが挙げられる。
前記アパタイトの含有量が、85mol%未満であると、前記広帯域光吸収性光触媒の光触媒活性が十分でないことがあり、97mol%を超えても、それに見合う効果が得られず、また、該広帯域光吸収性光触媒の分解対象物に対する吸着特性や光吸収特性等が低下することがある。
なお、前記アパタイトの前記広帯域光吸収性光触媒における含有量は、例えば、ICP-AESによる定量分析をすることにより測定することができる。
前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子としては、光触媒中心として機能し得る限り特に制限はなく、光触媒活性を有するものとして公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、光触媒活性に優れる点で、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、マンガン(Mn)、スズ(Sn)、インジウム(In)、鉄(Fe)、などから好適に選択される少なくとも1種が好適に挙げられる。これらの中でも、特に前記光触媒活性(光触媒活性)に優れる点で、チタン(Ti)が好ましい。
前記光触媒活性を有する金属原子の含有量が、5mol%未満であると、前記広帯域光吸収性光触媒の光触媒活性が十分でないことがあり、15mol%を超えても、それに見合う効果が得られず、また、該広帯域光吸収性光触媒の分解対象物に対する吸着特性や光吸収特性等が劣化することがある。
なお、前記光触媒活性を有する金属原子の前記広帯域光吸収性光触媒における含有量は、例えば、ICP-AESによる定量分析をすることにより測定することができる。
このような光触媒性部分構造(金属酸化物構造)を有する前記アパタイトは、光触媒活性を有し、また、アパタイト構造部分が吸着特性に優れ、光触媒活性を有する公知の金属酸化物よりも、分解対象物に対する吸着特性に優れるため、分解作用、抗菌作用、防汚作用、カビや細菌等の増殖阻止乃至抑制作用に優れる。
前記光触媒活性を有するアパタイトの合成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知の共沈法が好適に挙げられるが、具体的には、例えば、前記カルシウムハイドロキシアパタイトの場合、以下のようにして合成することができる。即ち、まず、前記アパタイトの原料であるカルシウム原子(Ca)を含む硝酸カルシウムを、脱炭酸ガス処理した純水中に溶解し、マグネティックスターラー等を用いて攪拌しながら、アパタイトの原料となる燐原子(P)を含む燐酸水溶液を滴下する。次に、アンモニア水等を加えてpHを9に調整した後、100℃にて5時間熟成を行い、濾過し、純水で洗浄し、乾燥させること、等により合成することができる。
前記光触媒活性を有するアパタイトの市販品としては、例えば、前記カルシウム・チタンハイドロキシアパタイトでは、太平化学産業株式会社製の商品名「PCAP−100」、などが好適に挙げられる。
前記紫外光吸収性金属原子は、タングステン(W)及びバナジウム(V)の少なくともいずれかであり、これらは、前記広帯域光吸収性光触媒中に、1種単独で含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
前記紫外光吸収性金属原子の含有量としては、全金属原子に対し、0.001〜0.1mol%であるのが好ましい。
前記紫外光吸収性金属原子の含有量が、0.001mol%未満であると、前記広帯域光吸収性光触媒の紫外光の吸収能が十分でないことがあり、0.1mol%を超えてもそれに見合う効果が得られず、前記広帯域光吸収性光触媒の前記前記分解対象物に対する吸着性能が低下したり、可視光の吸収能が低下してしまうことがある。
なお、前記紫外光吸収性金属原子の前記広帯域光吸収性光触媒における含有量は、例えば、ICP-AESによる定量分析をすることにより測定することができる。
前記可視光吸収性金属原子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、波長400nm超の光に対し吸収を有するもの、などが好適に挙げられ、具体的にはクロム(Cr)、及びニッケル(Ni)から選択される少なくとも1種などがより好ましく、可視光吸収特性に優れる点でクロム(Cr)であるのが特に好ましい。
前記可視光吸収性金属原子の前記広帯域光吸収性光触媒における含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、全金属原子に対し、0.001〜1mol%であるのが好ましく、0.01〜1mol%がより好ましい。
前記可視光吸収性金属原子の含有量が、0.001mol%未満であると、前記広帯域光吸収性光触媒の可視光の吸収能が十分でないことがあり、1mol%を超えてもそれに見合う効果が得られず、前記広帯域光吸収性光触媒の前記分解対象物に対する吸着性能が低下してしまったり、紫外光の吸収能が低下してしまうことがある。
なお、前記可視光吸収性金属原子の前記広帯域光吸収性光触媒における含有量は、例えば、ICP-AESによる定量分析をすることにより測定することができる。
前記含有量の合計が、15mol%を超えてもそれに見合う光触媒活性の向上効果が得られず、却って光触媒活性の低下となることがある。
このような広帯域光吸収性光触媒は、可視光のみならず紫外光をも吸収可能であり広帯域な光吸収性を示し、光の利用効率に優れ、各種光の照射条件下における用途に好適に使用可能である。そして、該広帯域光吸収性光触媒は、可視光及び紫外光のいずれを照射した場合においても光触媒活性が飽和することがなく、長期間にわたって優れた光触媒活性を示し、特に紫外光を長期間にわたって照射した場合においても光触媒活性が飽和することがなく優れた光触媒活性を維持可能な点で有利である。
前記広帯域光吸収性光触媒の形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記形状としては、例えば、粉状、粒状、タブレット状、ロッド状、プレート状、ブロック状、シート状、フィルム状、などが挙げられ、これらの中でも、取扱性等の点で粉体が好ましい。また、前記構造としては、例えば、単層構造、積層構造、多孔質構造、コア・シェル構造、などが挙げられる。
なお、前記広帯域光吸収性光触媒の同定・形態等の観察は、例えば、TEM、XRD、XPS、FT−IR等に行うことができる。
本発明の広帯域光吸収性光触媒の特性(光触媒活性)としては、同条件下で紫外光(UV光)を連続2時間照射時の光触媒活性(A2)と連続5時間照射時の光触媒活性(A5)との比(A5/A2)が、1.3以上であるのが好ましく、2.2以上であるのがより好ましい。
前記比(A5/A2)が、1.3未満であると、紫外光を長時間照射すると光触媒活性が飽和してしまい、紫外光照射条件下での前記分解対象物に対する光触媒活性が十分でなく、分解能向上効果が十分ではないことがある。
なお、前記分解対象物又は前記分解性生物がガスである場合には、例えば、アセトアルデヒドガス等である場合には、その濃度は、ガスクロマトグラフィー等により測定することができる。
前記比(C5/C2)が、1.3未満であると、紫外光を長時間照射すると光触媒活性が飽和してしまい、紫外光照射条件下での前記分解対象物に対する光触媒活性が十分でなく、分解能向上効果が十分ではないことがある。
なお、前記アセトアルデヒドガス濃度又は炭酸ガス濃度は、上述したガスクロマトグラフィー等により測定することができる。
本発明の広帯域光吸収性光触媒は、それ自体単独で使用してもよいし、他の物質等と併用してもよく、液に分散等させてスラリー状等として使用してもよい。前記スラリー状として使用する場合、その液としては、水乃至アルコール系溶媒が好ましく、このスラリーを光触媒含有スラリーとして好適に使用することができる。
本発明の広帯域光吸収性光触媒は、それ自体単独で使用してもよいし、粉砕してから、他の組成物等に混合等して混合組成物として使用してもよいし、あるいは基材等に付着、塗布、蒸着等して膜化(表面被膜)して使用してもよい。なお、基材等に付着、塗布、蒸着等する場合には、コーティング液を好適に使用することができる。
前記他の組成物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、印刷用インク、などが挙げられる。
前記混合の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、混練装置、攪拌装置などを用いた方法、などが挙げられる。
前記基材としては、特に制限はなく、その材質、形状、構造、厚みなどについては公知のものの中から適宜選択することができ、該材質としては、例えば、紙、合成紙、織布、不織布、皮革、木材、ガラス、金属、セラミックス、合成樹脂などが挙げられ、該形状としては、例えば、箔、フィルム、シート、板などが挙げられる。
前記付着の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、噴霧法、などが挙げられる。
前記塗布の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、スプレーコート法、カーテンコート法、スピンコート法、グラビヤコート法、インクジェット法、ディップ法などが挙げられる。
前記蒸着の方法としては、例えば、CVD法、スパッタ法、真空蒸着法、などが挙げられる。
本発明の広帯域光吸収性光触媒は、広帯域光吸収特性に優れるため、広帯域の光を吸収し利用可能であり、また、該分解対象物に対する吸着特性に優れるため、各種の分解対象物に対する光触媒活性乃至分解対象物の分解能に優れ、該分解対象物を効率的に分解可能であり、長期間光触媒活性の低下がなく(飽和せず)、更に、樹脂等と混合しても該樹脂等を変質、変色、劣化等させることがなく、該樹脂から前記広帯域光吸収性光触媒が剥離乃至脱離等することがない。このため、該広帯域光吸収性光触媒は、各種分野において好適に使用することができ、例えば、太陽光の照射条件下で使用される各種製品、紫外光の照射条件下で使用される各種製品などに好適に使用可能であり、具体的には、OA機器(パソコンの筐体、マウス、キーボード)、電子機器(電話機、コピー機、ファクシミリ、各種プリンター、デジタルカメラ、ビデオ、CD装置、DVD装置、エアコン、リモコン装置など)、電気製品(食器洗浄機、食器乾燥機、衣類乾燥機、洗濯機、空気清浄機、加湿器、扇風機、換気扇、掃除機、厨芥処理機など)、携帯情報端末(PDA、携帯電話など)、フィルター(気体用:空気清浄機、エアコン等に使用されるものなど、液体用:水耕栽培の液処理用など、固体用:土壌改良用など、カメラ用フィルターなど)、壁紙、食品容器(繰返し使用タイプ、使い捨てタイプなど)、医療機器・衛星用品(酸素吸入器のマスク部、包帯、マスク、防菌手袋など)、衣料等の繊維製品、入れ歯、内外装材(樹脂製、紙製、布製、セラッミク製、金属製など、風呂、プール、建材など、人間が使用する時には蛍光灯の光が照射され、人間が使用しない時には紫外光が照射されるような医療施設用、バイオ実験室用、クリーンベンチ用など)、乗り物(内装材、車両用後方確認ミラ−など)、吊り輪(電車、バスなど)、ハンドル(自転車、三輪車、自動二輪車、乗用車など)、サドル(自転車、三輪車、自動二輪車など)、靴(布製、樹脂製、人工皮革製、合成樹脂製など)、鞄(布製、樹脂製、人工皮革製、合成樹脂製など)、塗料(塗膜など)、汚水・排水処理材(例えば、多孔質シリカ中に該広帯域光吸収性光触媒を混入させたもの)、シート(土壌処理シートなど)、バイオチップの電極(有機色素との組合せによる)、鏡(浴室用鏡、洗面所用鏡、歯科用鏡、道路鏡など)、レンズ(眼鏡レンズ、光学レンズ、照明用レンズ、半導体用レンズ、複写機用レンズ、車両用後方確認カメラレンズ)、プリズム、ガラス(建物や監視塔の窓ガラス;自動車、鉄道車両、航空機、船舶、潜水艇、雪上車、ロープウエイのゴンドラ、遊園地のゴンドラ、宇宙船のような乗物の窓ガラス;自動車、オートバイ、鉄道車両、航空機、船舶、潜水艇、雪上車、スノーモービル、ロープウエイのゴンドラ、遊園地のゴンドラ、宇宙船のような乗物の風防ガラス;冷凍食品陳列ケースのガラス、中華饅頭等の保温食品の陳列ケースのガラスなど)、ゴーグル(防護用ゴーグル、スポーツ用ゴーグルなど)、シールド(防護用マスクのシールド、スポーツ用マスクのシールド、ヘルメットのシールドなど)、カバー(計測機器のカバー、車両用後方確認カメラレンズのカバー)、レンズ(レーザー歯科治療器等の集束レンズなど)、カバー(車間距離センサー等のレーザー光検知用センサーのカバー、赤外線センサーのカバー、フィルム、シート、シール、ワッペンなど)、などに好適に使用可能である。
また、本発明の広帯域光吸収性光触媒は、以下に説明する本発明の広帯域光吸収性光触媒組成物、成形体などに好適に使用することができる。
本発明の広帯域光吸収性光触媒の製造方法は、ドープ工程を少なくとも含み、更に必要に応じて適宜選択した、焼成工程、その他の工程を含む。
前記ドープ工程は、上述した光触媒活性を有するアパタイト中に、上述した可視光吸収性金属原子と、上述した紫外光吸収性金属原子とをドープさせる工程である。
前記置換の態様としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記光触媒活性を有するアパタイトとして、前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子を有してなるアパタイトを用いた場合、該金属原子の少なくとも一部を、前記紫外光吸収性金属原子及び前記可視光吸収性金属原子により置換させる態様、などが好適に挙げられる。この態様の場合には、前記紫外光吸収性金属原子及び前記可視光吸収性金属原子が、前記アパタイトに脱落不能に保持される点で有利である。
なお、前記水溶液は、静置しておいてもよいが、攪拌した方が前記置換が効率的に行われる点で好ましい。なお、該攪拌は、公知の装置、手段を用いて行うことができ、例えば、マグネチックスターラーを用いてもよいし、攪拌装置を用いてもよい。
これらの方法の中でも、簡便に操作可能な点で、浸漬法がより好ましい。
なお、前記光触媒活性を有するアパタイトを出発物質として用いる態様の場合には、予めTiがドープされているカルシウム・チタンハイドロキシアパタイト(TiHAP)を、前記光触媒活性を有するアパタイトとして好適に使用することができる。
前記可視光光吸収性金属原子の濃度が、1×10−4M未満であると、光触媒活性が低下することがあり、1×10−3Mを超えても、光触媒活性が低下することがある。
前記紫外光吸収性金属原子の濃度が、1×10−3M未満であると、紫外光に対する活性が低下することがあり、1×10−2Mを超えても、紫外光に対する活性が低下することがある。
前記可視光光吸収性金属原子の濃度が、1×10−4M未満であると、可視光応答性が低下することがあり、1×10−3Mを超えても、可視光応答性が低下することがある。
該塩又は水和物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記紫外光吸収性金属原子については、タングステン、バナジウムを含む塩又は水和物として、タングストリン酸n水和物及びバナジン酸塩の少なくともいずれかが好適に挙げられる。また、前記バナジン酸塩としては、アンモニウム塩などが挙げられる。
該塩又は水和物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記可視光吸収性金属原子が、クロム(Cr)及びニッケル(Ni)である場合には、これらから選択される少なくとも1種を含む塩であるのが好ましく、塩化物や硫酸塩では光触媒活性を低下させる点で硝酸塩やアンモニウム塩であるのが好ましい。
この場合、該液としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、水乃至水を主体にした液が好ましい。
なお、該液を収容する容器としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、ラージスケールであれば混合器、攪拌器などが挙げられ、スモールスケールであればビーカーなどが好適に挙げられる。
前記温度としては、特に制限はなく、材料の種類や量比等に応じて異なり、一概に規定することはできないが、例えば、通常、0℃〜100℃程度であり、室温(20℃〜30℃)が好ましい。前記時間としては、特に制限はなく、材料の種類や量比に応じて異なり、一概に規定することはできないが、通常、10秒〜30分間程度であり、1〜10分間がより好ましい。前記圧力としては、特に制限はなく、材料の種類や量比等に応じて異なり、一概に規定することはできないが、通常、大気圧であるが好ましい。
なお、前記広帯域光吸収性光触媒における、前記光触媒活性を有する金属、前記紫外光吸収性金属原子、前記可視光吸収性金属原子の量は、これらの添加量(M)、あるいは前記条件を適宜調整することにより、所望に制御することができる。
前記焼成工程は、前記光触媒活性を有するアパタイト中に、前記紫外光吸収性金属原子及び前記可視光吸収性金属原子をドープさせた後(前記ドープ工程の後)、ドープが完了した該アパタイトを600〜800℃で焼成する工程である。
前記焼成の温度が、600℃未満であると、光触媒活性が最大とならないことがあり、800℃を超えると、分解が生じることがある。
前記焼成工程の条件、例えば、時間、雰囲気、圧力、装置等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記時間としては、前記ドープが完了したアパタイトの量等に応じて異なり、一概に規定することはできないが、例えば、1時間以上が好ましく、1〜2時間がより好ましい。前記雰囲気としては、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気、大気雰囲気などが挙げられるが、大気雰囲気が好ましい。前記圧力としては、例えば、大気圧などが挙げられる。前記装置としては、公知の焼成装置を使用することができる。
前記焼成工程において前記焼成を行うことにより、前記紫外光吸収性金属原子及び前記可視光吸収性金属原子をドープした、前記光吸収活性を有するアパタイトの結晶性を高めることができ、本発明の前記広帯域光吸収性光触媒における光触媒機能をより高めることができる。
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、熟成工程、洗浄工程、乾燥工程、などが挙げられる。
前記熟成工程は、前記光触媒活性を有するアパタイトの結晶を成長(熟成)させる工程である。前記熟成工程は、前記焼成工程、以下の洗浄工程、乾燥工程の前に行われるのが好ましい。
前記洗浄工程は、前記光触媒活性を有する金属原子を有するアパタイト中に、前記紫外光吸収性金属原子及び前記可視光吸収性金属原子をドープさせた後、ドープが完了した該アパタイトを洗浄する工程である。該洗浄工程を行う場合、前記焼成工程は、該洗浄工程の後で行うことが好ましい。
前記乾燥工程は、前記洗浄工程の後で、洗浄したアパタイト(前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子を有してなり、前記紫外光吸収性金属原子及び前記可視光吸収性金属原子がドープされたもの)を乾燥する工程である。
前記乾燥の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、90〜120℃程度が好ましい。
ここで、本発明の広帯域光吸収性光触媒の製造方法の一例について説明する。前記置換をイオン交換により浸漬法で行う場合、まず、前記可視光吸収性金属原子としてクロムを含む硝酸クロム(III)九水和物を純水に溶解し、硝酸クロム水溶液を調製する。ビーカーに前記光触媒活性を有する金属原子(チタン)を有してなるアパタイトとしてのカルシウム・チタンハイドロキシアパタイト(TiHAP)を秤量し、そこに前記硝酸クロム水溶液を添加する。この混合液をマグネティックスターラーで5分間攪拌した後、濾紙でアスピレータを使用して吸引濾過を行い、純水で洗浄し、100℃のオーブンで2時間乾燥することにより、前記可視光クロムをドープさせたTiHAP粉体を得た。次に、前記紫外光吸収性金属原子としてのバナジウムを含むバナジン酸アンモニウムを純水に溶解し、バナジウム酸アンモニウム水溶液を調製した。ビーカーに上記クロムドープTiHAPを秤量し、前記バナジウム酸アンモニウム水溶液を添加する(以上が前記「ドープ工程」)。この混合溶液をマグネティックスターラーで攪拌した後(以上が前記「熟成工程」)、濾紙でアスピレータを使用して吸引濾過を行い、純水で洗浄し(以上が前記「洗浄工程」)、100℃のオーブンで2時間乾燥した(以上が前記「乾燥工程」)。その後、マッフル炉で650℃にて1時間の焼成(大気雰囲気)を行った(以上が前記「焼成工程」)。以上により、前記可視光吸収性金属原子であるクロム及び前記紫外光吸収性金属原子であるバナジウムをドープさせたTiHAP粉体(光触媒活性を有するのに必要な金属原子を有してなるアパタイト)からなる広帯域光吸収性光触媒が製造される。
本発明の広帯域光吸収性光触媒組成物としては、上述した本発明の前記広帯域光吸収性光触媒を少なくとも含んでなり、更に必要に応じて、樹脂、適宜選択したその他の成分を含んでなる。
なお、前記広帯域光吸収性光触媒組成物が、前記樹脂を含む樹脂組成物である場合には、該樹脂との混合性等を考慮すると前記広帯域光吸収性光触媒が粉体状であるのが好ましい。
前記樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、生分解性樹脂、熱可塑性樹脂、などが好適に挙げられる。これらは、1種単独で含んでいてもよいし、2種以上を含んでいてもよい。
前記天然物由来生分解性樹脂としては、例えば、キチン、キトサン、アルギン酸、グルテン、コラーゲン、ポリアミノ酸、バクテリアセルロース、プルラン、カードラン、多糖類系副産物、デンプン、変性デンプン、微生物産生ポリエステル(バイオポリエステル)、などが挙げられる。
前記化学合成生分解性樹脂としては、例えば、脂肪族ポリエステル、脂肪族・芳香族ポリエステル、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリウレタン(PU)、などが挙げられる。前記脂肪族ポリエステルとしては、例えば、ポリ3−ヒドロキシブチレート(PHB)、ポリ3−ヒドロキシバレエート等のポリヒドロキアルカノエート系、ポリカプロラクトン(PCL)系、ポリブチレンサクシネート(PBS)系、ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)系、ポリエチレンサクシネート(PES)系、ポリグリコール酸(PGA)系、ポリ乳酸(PLA)系、などが挙げられる。
前記その他のものとしては、例えば、脂肪族ポリエステルのカーボネート共重合体、脂肪族ポリエステルとポリアミドとの共重合体、などが挙げられる。
前記ポリ乳酸(PLA)系脂肪族系ポリエステル樹脂としては、例えば、乳酸、りんご酸、グルコース酸等のオキシ酸の重合体、これらの共重合体などが挙げられる。これらの中でも、ポリ乳酸に代表されるヒドロキシカルボン酸系脂肪族系ポリエステル樹脂が特に好適に挙げられる。
前記樹脂の含有量が、80質量%未満であると、組成物の強度が低下することがあり、99質量%を超えると、光触媒活性が発現しないことがある。
前記広帯域光吸収性光触媒の含有量が、0.1質量%未満であると、光触媒活性が発現しないことがあり、20質量%を超えると、機械強度が低下することがある。
前記その他の成分としては、特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、充填材、難燃剤、可塑剤、などが挙げられる。
これらは、本発明の効果を害しない範囲内で適宜選択した量を使用することができ、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明の成形体は、上述した本発明の前記広帯域光吸収性光触媒、及び上述した本発明の前記広帯域光吸収性光触媒組成物の少なくともいずれかを成形してなること以外には、特に制限はなく、その形状、構造、大きさ等については目的に応じて適宜選択することができる。
これらの中でも、該成形体をパソコンの筐体、キーボード、マウス、携帯情報端末、等の電子部品などとして得る場合には、フィルム成形、押出成形及び射出成形から選択されるいずれかであるのが好ましい。
前記成形体においては、前記広帯域光吸収性光触媒を表面及び内部の少なくともいずれかに有してなる。
なお、前記成形体の具体例としては、上述した本発明の広帯域光吸収性光触媒の用途として例示した各種製品等と同様のものが挙げられる。
以下に、本発明の成形体の一具体例について、図面を参照しながら説明する。
図9は、本発明の成形体を、デスクトップ型パーソナルコンピュータ(デスクトップ型パソコン)とした場合の一例を示す概略説明図である。
デスクトップ型パソコン10は、ハードディスク装置5、及びCPU、メモリ等を搭載したプリント基板を内部に有するパソコン本体1と、ディスプレイ部2と、入力手段としてのキーボード3と、マウス4とを備えてなる。なお、ディスプレイ部2は、CRTディスプレイでも、液晶ディスプレイのいずれでもよく、ディスプレイ部2とパソコン本体1とは別体でもあってもよいし、一体であってもよい。
デスクトップ型パソコン10、即ちディスプレイ部2、パソコン本体1、キーボード3、及びマウス4の表面には、本発明の広帯域光吸収性光触媒を含むコーティング液がスプレー塗布されており、該広帯域光吸収性光触媒が表面に露出している。このため、デスクトップ型パソコン10は、可視光及び紫外光のいずれをも吸収し、強い光触媒活性を発現可能であり、しかも可視光及び紫外光のいずれにおいても光触媒活性が飽和することがなく、手脂、タバコタールなどに対して十分な防汚性を示し、また、カビや細菌などの微生物などに対して抗菌性を示す。
なお、ディスプレイ部2の画面には、本発明の前記広帯域光吸収性光触媒を表面にコートさせたフィルタを設けることもできる。また、ディスプレイ部2、パソコン本体1、キーボード3及びマウス4の筐体部分を本発明の前記広帯域光吸収性光触媒組成物(樹脂組成物)を用いて成形することができる。
ノート型パソコン20は、ノートパソコン本体21と、回動して開かれる液晶表示パネル部22とを備えてなる。ノートパソコン本体21は、扁平形状のハウジング25の上面に入力手段としてのキーボード部23及びポインティングディバイス24を有し、ハウジング25の内部にはハードディスク装置、及びCPU、メモリ等を搭載したプリント基板、バッテリが収納されている。
ノート型パソコン20には、本発明の広帯域光吸収性光触媒を含むコーティング液がスプレー塗布されており、該広帯域光吸収性光触媒が表面に露出している。このため、ノート型パソコン20は、可視光及び紫外光のいずれをも吸収し、強い光触媒活性を発現可能であり、しかも可視光及び紫外光のいずれにおいても光触媒活性が飽和することがなく、手脂、タバコタールなどに対して十分な防汚性を示し、また、カビや細菌などの微生物などに対して抗菌性を示す。
なお、液晶表示パネル部22の画面には、本発明の前記広帯域光吸収性光触媒を表面にコートさせたフィルタを設けることもできる。また、液晶表示パネル部22、ノートパソコン本体21の筐体部分を本発明の前記広帯域光吸収性光触媒組成物(樹脂組成物)を用いて成形することができる。
本発明のの一例を示す概略説明図であり、図11(A)は正面図、図11(B)は側面図、及び図11(C)は背面図をそれぞれ表す。
携帯電話30は、表示部31と、入力手段としてのキー操作部32と、内部にバッテリを収納する裏蓋33とを備えてなる。図11に示す携帯電話は、2つ折り式ではないが、ヒンジにより2つ折り可能な折り畳み式携帯電話であってもよい。
携帯電話30には、本発明の広帯域光吸収性光触媒を含むコーティング液がスプレー塗布されており、該広帯域光吸収性光触媒が表面に露出している。このため、携帯電話30は、可視光及び紫外光のいずれをも吸収し、強い光触媒活性を発現可能であり、しかも可視光及び紫外光のいずれにおいても光触媒活性が飽和することがなく、手脂、タバコタールなどに対して十分な防汚性を示し、また、カビや細菌などの微生物などに対して抗菌性を示す。
なお、表示部31の画面には、本発明の前記広帯域光吸収性光触媒を表面にコートさせたフィルタを設けることもできる。また、携帯電話30、表示部31、キー操作部32、裏蓋33を本発明の前記広帯域光吸収性光触媒組成物(樹脂組成物)を用いて成形することができる。
−広帯域光吸収性光触媒の製造−
前記可視光吸収性金属原子であるクロムを含む硝酸クロム(III)九水和物(和光純薬工業株式会社製)を純水に溶解し、該クロムの濃度が1×10−4Mである硝酸クロム水溶液を調製した。次に、300mlビーカーに、前記光触媒活性を有する金属としてチタンを有してなるアパタイトとして、カルシウム・チタンハイドロキシアパタイト(TiHAP;太平化学産業株式会社製、PCAP−100)1.5gを秤量し、前記硝酸クロム水溶液を添加し、混合液を調製した。該混合液をマグネティックスターラーで5分間攪拌した後、ワットマンNo.5の濾紙でアスピレータを使用して、該混合液の吸引濾過を行った。次いで、4〜5リットルの純水で洗浄した後、100℃のオーブンで2時間乾燥して、クロムをドープしたTiHAP粉体を得た。次に、前記紫外光吸収性金属原子であるタングステン(W)を含む12タングストリン酸n水和物(関東化学株式会社製)を純水に溶解し、該タングステンの濃度が1×10−2Mであるタングステン塩水溶液を調製した。次に、300mlビーカーに、先に得たクロムをドープしたTiHAPの1.5gを秤量し、前記タングステン塩水溶液を添加した。該混合液をマグネティックスターラーで5分間攪拌した。以上が、前記ドープ工程である。
その後、ワットマンNo.5の濾紙でアスピレータを使用して、前記混合液の吸引濾過を行い、ろ過物を4〜5リットルの純水で洗浄した。以上が、前記洗浄工程である。次に、該ろ過物を100℃のオーブンで2時間乾燥した。以上が、前記乾燥工程である。その後、マッフル炉((株)ケイデン製)で650℃にて1時間の焼成(大気雰囲気)を行った。以上が、前記焼成工程である。以上により、前記可視光吸収性金属錯体であるクロム及び前記紫外光吸収性金属錯体であるタングステンをドープしたTiHAP粉体(光触媒活性を有する金属(チタン)を含有してなるアパタイト)からなる実施例1の広帯域光吸収性光触媒(粉状)を製造した。
実施例1において、前記紫外光吸収性金属原子である、タングステン(W)を含む12タングストリン酸n水和物(関東化学株式会社製)を、バナジウムを含むバナジウム酸アンモニウム(関東化学株式会社製)に変えた以外は、実施例1と同様にして、前記可視光吸収性金属錯体であるクロム及び前記紫外光吸収性金属錯体であるバナジウムをドープしたTiHAP粉体(光触媒活性を有する金属(チタン)を含有してなるアパタイト)からなる実施例2の広帯域光吸収性光触媒(粉状)を製造した。
−広帯域光吸収性光触媒の製造−
実施例1において、前記紫外光吸収性金属原子であるタングステン(W)をドープさせないこと以外は、実施例1と同様にして、前記可視光吸収性金属原子であるクロムのみをドープさせたTiHAP粉体からなる比較例2の光触媒を製造した。
実施例1で得られた広帯域光吸収性光触媒及び比較例1で得られた光触媒のそれぞれの粉体をシャーレに表面積が85.5m2となるように秤量し、容量500mlの密閉容器に入れ、合成空気(酸素30容量%−窒素70容量%)で容器内部を置換した。次に、アセトアルデヒドガス濃度が約14000ppm(残りは合成空気)のガス12mlをシリンジで容器内部に注入し、アセトアルデヒドガスが光触媒粉体と吸着平衡に達するまで暗所で放置した(約2時間)。その後、暗所で1時間放置後、可視光を照射し、その1時間後、2時間後及び3時間後、並びに、紫外光を照射し、その1時間後及び2時間後において、前記容器内部のガスをシリンジで抜き取り、ガスクロマトグラフィー(GC−390B、GLサイエンス社製)を用いて、アセトアルデヒドガス濃度と、アセトアルデヒドガスの分解により発生する炭酸ガス濃度とを計測した。結果を図1に示す。
なお、可視光の照射には林時計工業株式会社製のキセノン光源「LA−251Xe」とL−42フィルタを組み合わせて紫外光をカットした光(39500ルクス)を用いた。また紫外光の照射にはブラックライト(1mW/cm2)を用いた。
前記<光触媒活性の評価1>において、暗所で1時間放置後、可視光を照射し、その1時間後、2時間後、3時間後、4時間後及び5時間後に前記容器内部のガスをシリンジで抜き取り、ガスクロマトグラフィー(GC−390B、GLサイエンス社製)を用いて、アセトアルデヒドガス濃度と、アセトアルデヒドガスの分解により発生する炭酸ガス濃度とを計測した以外は、<光触媒活性の評価1>と同様にして、<光触媒活性の評価2>を行った。結果を図2に示す。
前記<光触媒活性の評価1>において、暗所で1時間放置後、紫外光を照射し、その1時間後、2時間後、3時間後、4時間後及び5時間後に前記容器内部のガスをシリンジで抜き取り、ガスクロマトグラフィー(GC−390B、GLサイエンス社製)を用いて、アセトアルデヒドガス濃度と、アセトアルデヒドガスの分解により発生する炭酸ガス濃度をと計測した以外は、<光触媒活性の評価1>と同様にして、<光触媒活性の評価3>を行った。結果を図3に示す。
前記<光触媒活性の評価1>において、暗所で1時間放置後、太陽光を照射し、その1時間後、2時間後、3時間後、4時間後及び5時間後に前記容器内部のガスをシリンジで抜き取り、ガスクロマトグラフィー(GC−390B、GLサイエンス社製)を用いて、アセトアルデヒドガス濃度と、アセトアルデヒドガスの分解により発生する炭酸ガス濃度とを計測した以外は、<光触媒活性の評価1>と同様にして、<光触媒活性の評価4>を行った。
なお、太陽光の照射条件は、天気:晴れ、気温:25℃、湿度:50%RH、照度:2mW/cm2、とした。
実施例2及び比較例1でそれぞれ得られた光触媒粉体をシャーレに表面積が85.5m2となるように秤量し、容量500mlの密閉容器に入れ、合成空気(酸素30%−窒素70%)で容器内部を置換した。次に、アセトアルデヒド濃度が約14000ppm(残りは合成空気)のガス12mlをシリンジで容器内部に注入し、アセトアルデヒドガスが粉体と吸着平衡に達するまで暗所で放置した(約2時間)。
その後、暗所で1時間放置後、可視光を照射し、その1時間後、2時間後、3時間後、4時間後及び5時間後に前記容器内部のガスをシリンジで抜き取り、ガスクロマトグラフィー(GC−390B、GLサイエンス社製)を用いて、アセトアルデヒドガス濃度と、アセトアルデヒドガスの分解により発生する炭酸ガス濃度とを計測した。結果を図4に示す。また、実施例2の結果を図6に示す。
前記<光触媒活性の評価5>において、暗所で1時間放置後、紫外光を照射し、その1時間後、2時間後、3時間後、4時間後及び5時間後に前記容器内部のガスをシリンジで抜き取り、ガスクロマトグラフィー(GC−390B、GLサイエンス社製)を用いて、アセトアルデヒドガス濃度と、アセトアルデヒドガスの分解により発生する炭酸ガス濃度とを計測した以外は、<光触媒活性の評価5>と同様にして、<光触媒活性の評価6>を行った。結果を図5に示す。また、実施例2の結果を図6に示す。
前記<光触媒活性の評価5>において、暗所で1時間放置後、太陽光を照射し、その1時間後、2時間後、3時間後、4時間後及び5時間後に前記容器内部のガスをシリンジで抜き取り、ガスクロマトグラフィー(GC−390B、GLサイエンス社製)を用いて、アセトアルデヒドガス濃度と、アセトアルデヒドガスの分解により発生する炭酸ガス濃度とを計測した以外は、<光触媒活性の評価5>と同様にして、<光触媒活性の評価7>を行った。
なお、太陽光の照射条件は、天気:晴れ、気温:25℃、湿度:50%RH、照度:2mW/cm2とした。
また、図4〜図6の結果から、実施例2の広帯域光吸収性光触媒、即ちカルシウム・チタンハイドロキシアパタイトにクロム及びバナジウムをドープした光触媒は、カルシウム・チタンハイドロキシアパタイトにクロムのみをドープした比較例1の光触媒に比べて、可視光応答は実害のないレベルでやや減少するものの、紫外光に対する光触媒活性が約2倍も顕著に向上し、紫外光を照射した場合に光触媒活性の飽和せず、長時間にわたって高い光触媒活性が維持されることが判った。
−広帯域光吸収性光触媒組成物の調製−
ポリプロピレン樹脂95質量部、及び実施例1の広帯域光吸収性光触媒5質量部(全体に対して5質量%)を常法により配合して実施例3の広帯域光吸収性光触媒組成物を調製した。
−広帯域光吸収性光触媒組成物の調製−
ポリプロピレン樹脂90質量部、及び実施例2の広帯域光吸収性光触媒10質量部(全体に対して10質量%)を常法により配合して実施例4の広帯域光吸収性光触媒組成物を調製した。
−広帯域光吸収性光触媒組成物の調製−
ポリ乳酸95質量部、及び実施例1の広帯域光吸収性光触媒5質量部(全体に対して5質量%)を常法により配合して実施例5の広帯域光吸収性光触媒組成物を調製した。
−広帯域光吸収性光触媒組成物の調製−
ポリ乳酸90質量部、及び実施例2の広帯域光吸収性光触媒10質量部(全体に対して10質量%)を常法により配合して実施例6の広帯域光吸収性光触媒組成物を調製した。
−光触媒組成物の調製−
ポリプロピレン樹脂95質量部、及び光触媒としての酸化チタン5質量部(全体に対して5質量%)を常法により配合して比較例2の光触媒組成物を調製した。
−光触媒組成物の調製−
ポリ乳酸90質量部、及び光触媒としての酸化チタン10質量部(全体に対して10質量%)を常法により配合して比較例3の光触媒組成物を調製した。
−光触媒組成物の調製−
実施例3において、光触媒を添加しなかった以外は、実施例3と同様にして、比較例3の光触媒組成物を調製した。
実施例3〜6及び比較例2〜4の試験片の光触媒活性を、メチレンブルー分解試験により調べた。具体的には、まず、実施例3〜6及び比較例2〜4の試験片を、10μMのメチレンブルー水溶液に浸漬して染色した。次に、このようにして染色されたガラスプレートに対して、可視光を5時間照射し、また、紫外光を5時間照射した。すると、実施例3〜6及び比較例2〜3は、光触媒を添加しなかった比較例4に比べて、表面の着色した色素が分解して退色しており、光触媒機能に基づく分解作用を有していることが認められた。
また、比較例2〜3は、紫外光を照射した後に酸化チタン粒子が表面に露出して白く変色するチョーキング現象が認められた。これに対し、実施例3〜6は、成型体の表面の変質、変色、劣化等が認められなかった。
なお、可視光の照射には林時計工業株式会社製のキセノン光源「LA−251Xe」とL−42フィルタを組み合わせて紫外光をカットした光(39500ルクス)を用いた。また、紫外光の照射にはブラックライト(1mW/cm2)を用いた。
−コーティング液の調製−
実施例1の広帯域光吸収性光触媒をイソプロピルアルコール(IPA)に添加し、5質量%のアルコール溶液を調製した。得られたアルコール溶液0.2gを、無機コーティング液材としての常温硬化型無機コーティング剤(日本山村硝子株式会社製、商品名S00の液材と商品名UTE01の液材を、10:1で混合したもの)2gに添加し、混合した。以上により、調製例1のコーティング液を調製した。
次に、2台のデスクトップ型パソコンを室内で1箇月間入力操作した後、室内で1週間放置した後のキーボード部、パソコン本体、及びディスプレイ部の汚れの程度を比較したところ、本発明品1は、比較品1に比べて明らかに汚れの付着が少ないことが判った。
図8に示すようなノート型パーソナルコンピュータ(商品名:FMV LOOX 、富士通株式会社製)を2台用意した。その1台のノート型パソコンについて、調製例1のコーティング液を液晶表示パネル部、ノートパソコン本体、及びキーボード部にスプレー塗布した(本発明品2)。一方、もう1台のノート型パソコンについては調製例1のコーティング液を塗布しなかった(比較品2)。
次に、2台のノート型パソコンを室内で1箇月間入力操作した後、室内で1週間放置した後のキーボード部、パソコン本体、及びディスプレイ部の汚れの程度を比較したところ、本発明品2は、比較品2に比べて明らかに汚れの付着が少ないことが判った。
図9に示すような携帯電話(商品名:F208、富士通株式会社製)を2台用意した。その1台の携帯電話について、調製例1のコーティング液をキー操作部、及び表示部にスプレー塗布した(本発明品3)。一方、もう1台の携帯電話については調製例1のコーティング液を塗布しなかった(比較品3)。
次に、2台の携帯電話を室内で1箇月間入力操作した後、室内で1週間放置した後のキー操作部、及び表示部の汚れの程度を比較したところ、本発明品3は、比較品3に比べて明らかに汚れの付着が少ないことが判った。
図7に示すようなデスクトップ型パーソナルコンピュータ(商品名:FMVデスクパワー、富士通株式会社製)を2台用意した。
実施例5の光触媒組成物をキーボード成形用金型を用いて射出成形し、常法により、キーボードを作製した。得られたキーボードを、1台のデスクトップ型のパソコンに接続した(本発明品4)。一方、もう1台のデスクトップ型パソコンについては市販のキーボートが取り付けられている(比較品4)。
次に、2台のデスクトップ型パソコンを室内で1箇月間入力操作した後、室内で1週間放置した後のキーボードの汚れの程度を比較したところ、本発明品4は、比較品4に比べて明らかに汚れの付着が少ないことが判った。
(付記1) 光触媒活性を有するアパタイトと、紫外光吸収性金属原子と、可視光吸収性金属原子とを少なくとも含んでなり、前記紫外光吸収性金属原子が、タングステン(W)及びバナジウム(V)の少なくともいずれかであることを特徴とする広帯域光吸収性光触媒。
(付記2) 光触媒活性を有するアパタイトが金属原子を有してなり、該金属原子の少なくとも一部が、紫外光吸収性金属原子及び可視光吸収性金属原子により置換されてなる付記1に記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記3) 紫外光吸収性金属原子の含有量が、全金属原子に対し、0.001〜0.1mol%である付記1から2のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記4) 可視光吸収性金属原子が、波長400nm以上の光に対し、吸収特性を有する付記1から3のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記5) 可視光吸収性金属原子が、クロム(Cr)及びニッケル(Ni)から選択される少なくとも1種である付記1から4のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記6) 可視光吸収性金属原子が、クロム(Cr)である付記1から4のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記7) 可視光吸収性金属原子の含有量が、全金属原子に対し、0.001〜1mol%である付記1から6のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記8) 光触媒活性を有するアパタイトが、光触媒活性を有する金属原子を有してなる付記1から7のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記9) 光触媒活性を有する金属原子が、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、マンガン(Mn)、スズ(Sn)、インジウム(In)、及び鉄(Fe)から選択される少なくとも1種である付記8に記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記10) 光触媒活性を有するのに必要な金属原子が、チタン(Ti)である付記8に記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記11) 光触媒活性を有するのに必要な金属原子の含有量が、全金属原子に対し、5〜15mol%である付記8から10のずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記12) アパタイトが、下記一般式(1)で表される付記1から11のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記13) Aが、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)、ランタン(La)、マグネシウム(Mg)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、鉛(Pb)、カドミウム(Cd)、ユウロピウム(Eu)、イットリウム(Y)、セリウム(Ce)、ナトリウム(Na)、及びカリウム(K)から選択される少なくとも1種である付記12に記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記14) Aがカルシウム(Ca)であり、Bがリン原子(P)であり、かつXが水酸基であり、光触媒性能を有するアパタイトがカルシウムハイドロキシアパタイトCa10(PO4)6(OH)2である付記13に記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記15) 光触媒活性を有する金属原子と紫外光吸収性金属原子と可視光吸収性金属原子との合計の含有量が、15モル%以下である付記8から14のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記16) 粉状物、粒状物、タブレット状物、ロッド状物、プレート状物、ブロック膜状物、シート状物、及びフィルム状物の少なくともいずれかの形態を有する付記1から15のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記17) 同条件下で紫外光(UV光)を連続2時間照射時の光触媒活性(A2)と連続5時間照射時の光触媒活性(A5)との比(A5/A2)が、1.3以上である付記1から16のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記18) 広帯域光吸収性光触媒を表面積が85.5m2となる量だけ、容量500mlの密閉容器に入れ、酸素30容量%及び窒素70容量%を含むガスで該容器内部を置換した後、アセトアルデヒドを14000ppm含む前記ガス12mlをシリンジで前記容器内部に注入し、該アセトアルデヒドガスが前記広帯域光吸収性光触媒と吸着平衡に達するまで暗所で放置した後、更に暗所で1時間放置後、波長400nm以下の紫外光を前記広帯域光吸収性光触媒に連続照射した際における、連続2時間照射後のアセトアルデヒド濃度C2(ppm)と連続5時間照射後のアセトアルデヒド濃度C5(ppm)との比(C5/C2)が、1.3以上である付記1から17のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒。
(付記19) 光触媒活性を有するアパタイト中に、紫外視光吸収性金属原子と、可視光吸収性金属原子とをドープさせるドープ工程を少なくとも含むことを特徴とする広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記20) 光触媒活性を有するアパタイトが金属原子を有してなり、ドープ工程におけるドープが、前記金属原子の少なくとも一部を、紫外光吸収性金属原子及び可視光吸収性金属原子により置換させることにより行われる付記19に記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記21) 紫外光吸収性金属原子及び可視光吸収性金属原子による置換が、イオン交換である付記19から20のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記22) 光触媒活性を有するアパタイト中への紫外光吸収性金属原子と可視光吸収性金属原子とのドープが、前記紫外光吸収性金属原子を含む化合物と、前記可視光吸収性金属原子を含む化合物とを溶解させた水溶液中に、前記アパタイトを浸漬させることにより行われる付記19から21のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記23) 水溶液中の紫外光吸収性金属原子の濃度が、5×10−3M〜1×10−2Mであり、水溶液中の可視光吸収性金属原子の濃度が、1×10−4M〜1×10−3Mである付記22に記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記24) 光触媒活性を有する金属原子を有してなるアパタイト中への紫外光吸収性金属原子と可視光吸収性金属原子とのドープが、該光触媒活性を有する金属原子を有してなるアパタイトの原料と、前記紫外光吸収性金属原子を含む化合物と、前記可視光吸収性金属原子を含む化合物とを溶解させた水溶液中で、該原料と該紫外光吸収性金属原子と該可視光吸収性金属原子とを共沈させることにより行われる付記19から21のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記25) 紫外光吸収性金属原子が、タングステン(W)及びバナジウム(V)の少なくともいずれかである付記19から24のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記26) 可視光吸収性金属原子が、波長400nm以下の光に対し、吸収特性を有する付記19から25のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記27) 可視光吸収性金属原子が、クロム(Cr)、コバルト(Co)、銅(Cu)、及びニッケル(Ni)から選択される少なくとも1種である付記19から26のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記28) 光触媒活性を有するアパタイトが、光触媒活性を有する金属原子を有してなり、該光触媒活性を有する金属原子が、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、マンガン(Mn)、スズ(Sn)、インジウム(In)、及び鉄(Fe)から選択される少なくとも1種である付記19から27のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記29) 光触媒活性を有するのに必要な金属原子の含有量が、全金属原子に対し、5〜15mol%である付記28に記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記30) アパタイトが、下記一般式(1)で表される付記19から29のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記31) Aが、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)、ランタン(La)、マグネシウム(Mg)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、鉛(Pb)、カドミウム(Cd)、ユウロピウム(Eu)、イットリウム(Y)、セリウム(Ce)、ナトリウム(Na)、及びカリウム(K)から選択される少なくとも1種である付記30に記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記32) Aがカルシウム(Ca)であり、Bがリン原子(P)であり、かつXが水酸基であり、光触媒性能を有するアパタイトがカルシウムハイドロキシアパタイトCa10(PO4)6(OH)2である付記30に記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記33) 紫外光吸収性金属原子を含む化合物が、タングストリング酸水和物及びバナジウム酸塩の少なくともいずれかであり、可視光吸収性金属原子を含む化合物が、クロム(Cr)、コバルト(Co)、銅(Cu)、及びニッケル(Ni)から選択される少なくとも1種を含む塩である付記19から21のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記33) ドープ工程の後、アパタイトを600〜800℃で焼成する焼成工程を含む付記19から32のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
(付記34) 付記1から18のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒を少なくとも含む広帯域光吸収性光触媒組成物。
(付記35) 樹脂を含む付記34に記載の広帯域光吸収性光触媒含有組成物。
(付記36) 樹脂が、生分解性樹脂及び熱可塑性樹脂から選択される少なくとも1種である付記35に記載の広帯域光吸収性光触媒含有樹脂組成物。
(付記37) 生分解性樹脂が、ポリ乳酸を少なくとも含む付記36に記載の広帯域光吸収性光触媒含有樹脂組成物。
(付記38) 熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、及びポリスチレンから選択される少なくとも1種を含む付記36から37のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒含有樹脂組成物。
(付記39) 付記1から18のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒、及び付記35から38のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒含有組成物の少なくともいずれかを用いて形成されたことを特徴とする成形体。
(付記40) 広帯域光吸収性光触媒を表面及び内部の少なくともいずれかに有してなる付記39に記載の成形体。
(付記41) OA機器、電子機器、電気製品、携帯情報端末、フィルター、壁紙、食品容器、医療機器、入れ歯、内外装材、乗り物、吊り輪、ハンドル、サドル、靴、及び鞄から選択されるいずれかである付記39から40のいずれかに記載の成形体。
本発明の広帯域光吸収性光触媒の製造方法は、本発明の前記広帯域光吸収性光触媒の製造に好適に使用可能である。
本発明の広帯域光吸収性光触媒含有固体は、その表面に本発明の前記広帯域光吸収性光触媒が露出しているため、本発明の前記広帯域光吸収性光触媒について上述した具体的な用途と同様の用途に好適に使用可能である。
本発明の広帯域光吸収性光触媒含有樹脂組成物は、樹脂中に本発明の前記広帯域光吸収性光触媒が分散しているため、成形が容易であり、量産に好適であり、本発明の前記広帯域光吸収性光触媒について上述した具体的な用途と同様の用途に好適に使用可能である。
本発明の成形体は、本発明の前記広帯域光吸収性光触媒を有しているため、本発明の前記広帯域光吸収性光触媒について上述した具体的な用途と同様の用途に好適に使用可能である。
2 ディスプレイ部
3 キーボード部
4 マウス
5 ハードディスク装置
10 デスクトップ型パソコン
20 ノート型パソコン
21 ノートパソコン本体
22 液晶表示パネル部
23 キーボード部
24 ポインティングディバイス
25 ハウジング
30 携帯電話
31 表示部
32 キー操作部
33 裏蓋
Claims (6)
- カルシウム・チタンハイドロキシアパタイトにおいて、全金属原子に対し、可視光吸収性金属原子であるクロム及びニッケルの少なくともいずれか0.001〜1mol%と、紫外光吸収性金属原子であるタングステン及びバナジウムの少なくともいずれか0.001〜0.1mol%とを、ドープしてなることを特徴とする広帯域光吸収性光触媒。
- カルシウム・チタンハイドロキシアパタイト中に、紫外光吸収性金属原子であるタングステン及びバナジウムの少なくともいずれか0.001〜0.1mol%と、可視光吸収性金属原子であるクロム及びニッケルの少なくともいずれか0.001〜1mol%とをドープさせるドープ工程を少なくとも含むことを特徴とする広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
- カルシウム・チタンハイドロキシアパタイト中への紫外光吸収性金属原子と可視光吸収性金属原子とのドープが、前記紫外光吸収性金属原子を含む化合物と、前記可視光吸収性金属原子を含む化合物とを溶解させた水溶液中に、前記カルシウム・チタンハイドロキシアパタイトを浸漬させることにより行われる請求項2に記載の広帯域光吸収性光触媒の製造方法。
- 請求項1に記載の広帯域光吸収性光触媒を少なくとも含む広帯域光吸収性光触媒組成物。
- 樹脂を含む請求項4に記載の広帯域光吸収性光触媒含有組成物。
- 請求項1に記載の広帯域光吸収性光触媒、及び請求項4から5のいずれかに記載の広帯域光吸収性光触媒含有組成物の少なくともいずれかを用いて形成されたことを特徴とする成形体。
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