JP6628271B1 - Photocatalyst particles, method for producing the same, material containing the particles, and product containing the material - Google Patents
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Abstract
本発明は、二酸化チタン、リン、銀、酸化銀及びリン酸銀を含む光触媒粒子及びその製造方法、当該光触媒粒子を含む材料、並びに当該材料を含む製品に関する。The present invention relates to photocatalyst particles containing titanium dioxide, phosphorus, silver, silver oxide, and silver phosphate, a method for producing the same, a material containing the photocatalyst particles, and a product containing the material.
Description
本発明は、光触媒粒子及びその製造方法、当該粒子を含む材料、並びに当該材料を含む製品に関する。 The present invention relates to photocatalyst particles and a method for producing the same, a material containing the particles, and a product containing the material.
近年、二酸化チタン(TiO2)の光触媒作用は、水および空気浄化の分野で非常に注目されている(例えば、非特許文献1、2参照)。しかしながら、例えば、電子・ホールペアの組換が速い、可視光により酸化還元反応(光触媒反応)を示さない、二酸化チタンナノ粒子の分離に非常に手間が掛かる等の問題が、二酸化チタンの実用化を阻害している(例えば、非特許文献3〜5参照)。特に、従来の二酸化チタン系の光触媒は、紫外光の照射により酸化還元反応を示すものの、可視光の照射では酸化還元反応を示さないため、太陽光のみでは十分な光触媒活性を示さなかった。それゆえに、従来の光触媒を用いるには、光触媒に紫外光を照射するための光源が必要であるという問題があった。In recent years, the photocatalytic action of titanium dioxide (TiO 2 ) has attracted much attention in the field of water and air purification (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2). However, problems such as fast recombination of electron-hole pairs, no redox reaction (photocatalytic reaction) due to visible light, and extremely troublesome separation of titanium dioxide nanoparticles have caused the practical use of titanium dioxide. (See, for example, Non-Patent Documents 3 to 5). In particular, the conventional titanium dioxide-based photocatalyst shows a redox reaction when irradiated with ultraviolet light, but does not show a redox reaction when irradiated with visible light, and thus did not show sufficient photocatalytic activity with sunlight alone. Therefore, using a conventional photocatalyst has a problem that a light source for irradiating the photocatalyst with ultraviolet light is required.
特許文献1において、金属銀と、リン酸銀とを含む二酸化チタンナノ粒子からなることを特徴とする光触媒が開示されている。当該文献に開示された光触媒は、可視光によって光触媒活性を示す。 Patent Document 1 discloses a photocatalyst comprising titanium dioxide nanoparticles containing metallic silver and silver phosphate. The photocatalyst disclosed in this document exhibits photocatalytic activity by visible light.
特許文献1に開示された光触媒は、テトラブチルチタネートの水溶液に、硝酸銀、リン酸及び硝酸を含む溶液を添加して攪拌することでゾル−ゲル溶液を調製し、当該溶液を乾燥し、さらに焼結処理を行うことで調製される(以下で当該光触媒の製造方法を「ゾル−ゲル法」とも呼ぶ)。ゾル−ゲル法によって製造された当該光触媒は可視光によって光触媒活性を示すが、触媒活性のさらなる向上が望まれている。 The photocatalyst disclosed in Patent Document 1 prepares a sol-gel solution by adding a solution containing silver nitrate, phosphoric acid, and nitric acid to an aqueous solution of tetrabutyl titanate and stirring the solution, drying the solution, and further firing. It is prepared by performing a binding treatment (hereinafter, the method for producing the photocatalyst is also referred to as a “sol-gel method”). The photocatalyst produced by the sol-gel method exhibits photocatalytic activity by visible light, and further improvement in catalytic activity is desired.
従って本発明は、可視光によって優れた光触媒活性を示す触媒の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a catalyst that exhibits excellent photocatalytic activity by visible light.
本発明者らは上記課題に鑑み、鋭意検討した結果、特許文献1のゾル−ゲル法において、焼結処理に代えてソルボサーマル反応 (solvothermal reaction)を行うことで、特許文献1の方法で製造された光触媒粒子と比較してより高い光触媒活性が得られることを見出し、本発明に至った。 Means for Solving the Problems In view of the above problems, the present inventors have conducted intensive studies and as a result, in the sol-gel method of Patent Document 1, performing a solvothermal reaction instead of a sintering process, thereby producing the sol-gel method by the method of Patent Document 1. The present inventors have found that higher photocatalytic activity can be obtained as compared with the photocatalyst particles thus obtained, and have reached the present invention.
本発明の一以上の実施形態は、以下の<1>〜<14>を含む。
<1>
二酸化チタン、銀、酸化銀及びリン酸銀を含む光触媒粒子であって、
比表面積が150〜400m2/gである、
光触媒粒子。
<2>
光触媒粒子中の全元素に対するチタンの比率が20mol%〜30mol%であり、
光触媒粒子中の全元素に対する酸素の比率が60mol%〜80mol%であり、
光触媒粒子中の全元素に対する銀の比率が0.2mol%〜0.9mol%であり、
光触媒粒子中の全元素に対するリンの比率が0.2mol%〜0.6mol%であり、
チタン、酸素、銀及びリンの合計量が100mol%である、<1>に記載の光触媒粒子。
<3>
結晶サイズが2.0〜4.0nmである、<1>又は<2>に記載の光触媒粒子。
<4>
二酸化チタン、銀、酸化銀及びリン酸銀を含む光触媒粒子であって、
光触媒粒子中の全元素に対するチタンの比率が20mol%〜30mol%であり、
光触媒粒子中の全元素に対する酸素の比率が60mol%〜80mol%であり、
光触媒粒子中の全元素に対する銀の比率が0.2mol%〜0.9mol%であり、
光触媒粒子中の全元素に対するリンの比率が0.2mol%〜0.6mol%であり、
チタン、酸素、銀及びリンの合計量が100mol%である、
光触媒粒子。
<5>
結晶サイズが2.0〜4.0nmである、<4>に記載の光触媒粒子。
<6>
二酸化チタン、銀、酸化銀及びリン酸銀を含む光触媒粒子であって、
結晶サイズが2.0〜4.0nmである、
光触媒粒子。
<7>
バンドギャップエネルギーが2.4eV〜3.2eVである、<1>〜<6>のいずれか1つに記載の光触媒粒子。
<8>
0.5g/Lの前記光触媒粒子の水懸濁液を暗所にて37℃で12時間攪拌した後における、水への銀の漏出量が0.100mg/L未満である、<1>〜<7>のいずれか1つに記載の光触媒粒子。
<9>
以下の工程を含む、<1>〜<8>のいずれか1つに記載の光触媒粒子の製造方法:
(1)Ti(OR)4(ここで、R=CnH2n+1であり、n=2〜8である)で表されるアルキルチタネート、硝酸銀、リン酸銀及び硝酸を溶媒中で混合してゾル−ゲル溶液を調製する工程;及び
(2)前記工程(1)で調製したゾル−ゲル溶液に対してソルボサーマル反応を行う工程。
<10>
工程(1)における溶媒がエタノールである、<9>に記載の方法。
<11>
前記ソルボサーマル反応が、100℃超140℃未満で、1.0時間超4.0時間未満で行われる、<9>又は<10>に記載の方法。
<12>
前記ソルボサーマル反応が、110℃〜130℃で、1.5〜3.5時間行われる、<9>〜<11>のいずれか1つに記載の方法。
<13>
<1>〜<8>のいずれか1つに記載の光触媒粒子を含む、材料。
<14>
<13>に記載の材料を含む、製品。
One or more embodiments of the present invention include the following <1> to <14>.
<1>
Photocatalytic particles comprising titanium dioxide , silver, silver oxide and silver phosphate,
A specific surface area of 150 to 400 m 2 / g,
Photocatalytic particles.
<2>
The ratio of titanium to all elements in the photocatalyst particles is 20 mol% to 30 mol%,
The ratio of oxygen to all elements in the photocatalyst particles is 60 mol% to 80 mol%,
The ratio of silver to all elements in the photocatalyst particles is 0.2 mol% to 0.9 mol%,
The ratio of phosphorus to all elements in the photocatalyst particles is 0.2 mol% to 0.6 mol%,
The photocatalyst particles according to <1>, wherein the total amount of titanium, oxygen, silver, and phosphorus is 100 mol%.
<3>
The photocatalyst particles according to <1> or <2>, wherein the crystal size is 2.0 to 4.0 nm.
<4>
Photocatalytic particles comprising titanium dioxide , silver, silver oxide and silver phosphate,
The ratio of titanium to all elements in the photocatalyst particles is 20 mol% to 30 mol%,
The ratio of oxygen to all elements in the photocatalyst particles is 60 mol% to 80 mol%,
The ratio of silver to all elements in the photocatalyst particles is 0.2 mol% to 0.9 mol%,
The ratio of phosphorus to all elements in the photocatalyst particles is 0.2 mol% to 0.6 mol%,
The total amount of titanium, oxygen, silver and phosphorus is 100 mol%,
Photocatalytic particles.
<5>
The photocatalyst particles according to <4>, wherein the crystal size is 2.0 to 4.0 nm.
<6>
Photocatalytic particles comprising titanium dioxide , silver, silver oxide and silver phosphate,
The crystal size is 2.0 to 4.0 nm;
Photocatalytic particles.
<7>
The photocatalyst particles according to any one of <1> to <6>, having a band gap energy of 2.4 eV to 3.2 eV.
<8>
The amount of silver leaking into water after stirring a 0.5 g / L aqueous suspension of the photocatalyst particles in a dark place at 37 ° C. for 12 hours is less than 0.100 mg / L. The photocatalyst particles according to any one of <7>.
<9>
The method for producing photocatalyst particles according to any one of <1> to <8>, comprising the following steps:
(1) An alkyl titanate represented by Ti (OR) 4 (where R = C n H 2n + 1 and n = 2 to 8), silver nitrate, silver phosphate and nitric acid are mixed in a solvent And (2) performing a solvothermal reaction on the sol-gel solution prepared in the step (1).
<10>
The method according to <9>, wherein the solvent in step (1) is ethanol.
<11>
The method according to <9> or <10>, wherein the solvothermal reaction is performed at more than 100 ° C and less than 140 ° C for more than 1.0 hour and less than 4.0 hours.
<12>
The method according to any one of <9> to <11>, wherein the solvothermal reaction is performed at 110 ° C to 130 ° C for 1.5 to 3.5 hours.
<13>
A material comprising the photocatalyst particles according to any one of <1> to <8>.
<14>
A product comprising the material according to <13>.
本発明の光触媒粒子は、可視光によって優れた光触媒活性を示す。 The photocatalyst particles of the present invention exhibit excellent photocatalytic activity by visible light.
<<光触媒粒子>>
本発明の光触媒粒子は、二酸化チタン、銀、酸化銀及びリン酸銀を含む、又はから成る光触媒粒子である。
<< Photocatalyst particles >>
The photocatalyst particles of the present invention include or consist of titanium dioxide , silver , silver oxide and silver phosphate.
本発明の光触媒粒子は、可視光によって優れた光触媒活性を発揮する。本明細書において、「可視光」とは、波長380nm以上780nm以下の波長の光を意味する。本発明の光触媒粒子にバンドギャップ以上のエネルギーを有する可視光が照射されると、価電子帯の電子が伝導帯へ励起され、伝導帯に電子が生じ、価電子帯に正孔が生じる。当該電子及び正孔と光触媒粒子表面に吸着している物質との電子授受により、当該吸着物質は酸化又は還元され、分解される。本発明の光触媒粒子が有する上記機能を本明細書において「光触媒活性」と呼ぶ。また、当該吸着物質の分解反応の結果として、本発明の光触媒粒子は、消臭活性、防汚活性、抗菌活性などを有し得る。これらの活性も、本明細書において「光触媒活性」に含まれる。 The photocatalyst particles of the present invention exhibit excellent photocatalytic activity by visible light. In this specification, “visible light” means light having a wavelength of 380 nm to 780 nm. When the photocatalyst particles of the present invention are irradiated with visible light having energy equal to or greater than the band gap, electrons in the valence band are excited into the conduction band, electrons are generated in the conduction band, and holes are generated in the valence band. The electron transfer between the electrons and holes and the substance adsorbed on the surface of the photocatalyst particles causes the adsorbed substance to be oxidized or reduced and decomposed. The function of the photocatalyst particles of the present invention is referred to herein as “photocatalytic activity”. Further, as a result of the decomposition reaction of the adsorbed substance, the photocatalyst particles of the present invention can have deodorizing activity, antifouling activity, antibacterial activity, and the like. These activities are also included in the "photocatalytic activity" herein.
一態様において、本発明の光触媒粒子の比表面積は、150〜400m2/gである。好ましくは、当該比表面積の下限は、160m2/g、170m2/g、180m2/g、190m2/g、200m2/g、210m2/g、220m2/g、230m2/g、240m2/g又は250m2/g、260m2/g、270m2/g、280m2/gであり、その上限は390m2/g、380m2/g、370m2/g、360m2/g、350m2/g、340m2/g、330m2/g、320m2/g又は310m2/gである。より好ましくは、本発明の光触媒粒子の比表面積は、150〜310m2/g又は200〜400m2/gであり、さらに好ましくは250〜400m2/gである。上記の数値範囲内の比表面積を有する本発明の光触媒粒子は、良好な光触媒活性を示す。一般に、比表面積が大きいほど光触媒活性は高くなる。In one embodiment, the specific surface area of the photocatalyst particles of the present invention is 150 to 400 m 2 / g. Preferably, the lower limit of the specific surface area is 160 m 2 / g, 170 m 2 / g, 180 m 2 / g, 190 m 2 / g, 200 m 2 / g, 210 m 2 / g, 220 m 2 / g, 230 m 2 / g, 240 m 2 / g or 250 m 2 / g, 260 m 2 / g, 270 m 2 / g, 280 m 2 / g, the upper limit of which is 390 m 2 / g, 380 m 2 / g, 370 m 2 / g, 360 m 2 / g, It is 350 m 2 / g, 340 m 2 / g, 330 m 2 / g, 320 m 2 / g or 310 m 2 / g. More preferably, the specific surface area of the photocatalyst particles of the present invention is a 150~310m 2 / g or 200 to 400 m 2 / g, more preferably from 250~400m 2 / g. The photocatalyst particles of the present invention having a specific surface area within the above numerical range exhibit good photocatalytic activity. Generally, the larger the specific surface area, the higher the photocatalytic activity.
本明細書において「比表面積」とは、窒素ガスを用いてBET法によって測定された比表面積(BET比表面積)をいう。 In this specification, the “specific surface area” refers to a specific surface area (BET specific surface area) measured by a BET method using nitrogen gas.
一態様において、
本発明の光触媒粒子の全元素に対するチタンの比率は20mol%〜30mol%であり;
本発明の光触媒粒子の全元素に対する酸素の比率は60mol%〜80mol%であり;
本発明の光触媒粒子の全元素に対する銀の比率は0.2mol%〜0.9mol%であり、好ましくは0.2mol%〜0.8mol%、0.2mol%〜0.7mol%、0.2mol%〜0.6mol%、0.3mol%〜0.8mol%、0.3mol%〜0.7mol%又は0.3mol%〜0.6mol%であり;
本発明の光触媒粒子の全元素に対するリンの比率は0.2mol%〜0.6mol%であり、好ましくは0.2mol%〜0.5mol%、0.3mol%〜0.6mol%又は0.3mol%〜0.5mol%であり;
本発明の光触媒粒子中のチタン、酸素、銀及びリンの合計量が100mol%
である。上記数値範囲の元素組成を示す本発明の光触媒粒子は、良好な光触媒活性を示す。In one aspect,
The ratio of titanium to all elements of the photocatalyst particles of the present invention is 20 mol% to 30 mol%;
The ratio of oxygen to all elements of the photocatalyst particles of the present invention is from 60 mol% to 80 mol%;
The ratio of silver to all elements of the photocatalyst particles of the present invention is 0.2 mol% to 0.9 mol%, preferably 0.2 mol% to 0.8 mol%, 0.2 mol% to 0.7 mol%, 0.2 mol%. % To 0.6 mol%, 0.3 mol% to 0.8 mol%, 0.3 mol% to 0.7 mol% or 0.3 mol% to 0.6 mol%;
The ratio of phosphorus to all elements of the photocatalyst particles of the present invention is 0.2 mol% to 0.6 mol%, preferably 0.2 mol% to 0.5 mol%, 0.3 mol% to 0.6 mol% or 0.3 mol%. % To 0.5 mol%;
The total amount of titanium, oxygen, silver and phosphorus in the photocatalyst particles of the present invention is 100 mol%
It is. The photocatalyst particles of the present invention having an elemental composition in the above numerical range exhibit good photocatalytic activity.
一態様において、本発明の光触媒粒子の結晶サイズは2.0〜4.0nmである。好ましくは、本発明の光触媒粒子の結晶サイズの下限は2.1nm、2.2nm、2.3nm、2.4nm又は2.5nmであり、その上限は3.9nm、3.8nm、3.7nm、3.6nm、3.5nm、3.4nm又は3.3nmである。上記の数値範囲内の結晶サイズを有する本発明の光触媒粒子は、良好な光触媒活性を示す。 In one embodiment, the photocatalyst particles of the present invention have a crystal size of 2.0 to 4.0 nm. Preferably, the lower limit of the crystal size of the photocatalyst particles of the present invention is 2.1 nm, 2.2 nm, 2.3 nm, 2.4 nm or 2.5 nm, and the upper limit is 3.9 nm, 3.8 nm, 3.7 nm. , 3.6 nm, 3.5 nm, 3.4 nm, or 3.3 nm. The photocatalyst particles of the present invention having a crystal size in the above numerical range show good photocatalytic activity.
本発明において、光触媒粒子の「結晶サイズ」は、当該光触媒粒子のX線回折(XRD)パターンから、以下のシェラーの式(Scherrer equation)によって計算された値である。
τは結晶サイズであり、
Kは形状因子(shape factor)であり、
λはX線波長であり、
βはピーク半値全幅(FWHM、ただしラジアン単位)であり、
θはブラッグ角である。]
本発明の光触媒粒子の結晶サイズは、K= 0.9 として、2θ=25.28 °± 0.2 °のピークから算出される値である。In the present invention, the “crystal size” of the photocatalyst particles is a value calculated from the X-ray diffraction (XRD) pattern of the photocatalyst particles by the following Scherrer equation.
τ is the crystal size,
K is a shape factor,
λ is the X-ray wavelength,
β is the full width at half maximum of the peak (FWHM, but in radians),
θ is the Bragg angle. ]
The crystal size of the photocatalyst particles of the present invention is a value calculated from the peak at 2θ = 25.28 ° ± 0.2 °, where K = 0.9.
本発明の光触媒粒子のバンドギャップエネルギーは、好ましくは2.4eV〜3.2eVであり、より好ましくは、その下限値は2.5eV、2.6eV、2.7eV又は2.8eVであり、かつその上限値は3.1eV又は3.0eVである。さらに好ましくは、本発明の光触媒粒子のバンドギャップエネルギーは2.6eV〜3.1eV又は2.7eV〜3.2eVである。本発明においてバンドギャップエネルギーは、紫外可視吸収スペクトル(UV−visスペクトル)の測定結果に従って、以下の式を用いて計算することができる。
hプランク定数であり、
cは光速であり、
λは波長であり、
n=1であり、
αは吸光度であり、
Kは定数であり、
Egはバンドギャップエネルギーである。]The band gap energy of the photocatalyst particles of the present invention is preferably from 2.4 eV to 3.2 eV, more preferably the lower limit is 2.5 eV, 2.6 eV, 2.7 eV or 2.8 eV, and The upper limit is 3.1 eV or 3.0 eV. More preferably, the bandgap energy of the photocatalyst particles of the present invention is from 2.6 eV to 3.1 eV or from 2.7 eV to 3.2 eV. In the present invention, the band gap energy can be calculated using the following formula according to the measurement result of the ultraviolet-visible absorption spectrum (UV-vis spectrum).
h Planck's constant,
c is the speed of light,
λ is the wavelength,
n = 1,
α is the absorbance,
K is a constant,
Eg is the band gap energy. ]
本発明の光触媒粒子は、好ましくは、0.5g/Lの前記光触媒粒子の水懸濁液を暗所にて37℃で12時間攪拌した後における、水への銀の漏出量が0.100mg/L未満であり、より好ましくは、0.095mg/L以下であり、さらに好ましくは0.090mg/L以下である。 The photocatalyst particles of the present invention preferably have a leakage amount of silver of 0.100 mg after stirring a 0.5 g / L aqueous suspension of the photocatalyst particles in a dark place at 37 ° C. for 12 hours. / L, more preferably 0.095 mg / L or less, and still more preferably 0.090 mg / L or less.
<<光触媒粒子の製造方法>>
本発明の光触媒粒子の製造方法は、以下の工程を含む:
(1)Ti(OR)4(ここで、R=CnH2n+1であり、n=2〜8であり、好ましくはn=2〜6である)で表されるアルキルチタネート、硝酸銀、リン酸銀及び硝酸を溶媒中で混合してゾル−ゲル溶液を調製する工程;及び
(2)前記工程(1)で調製したゾル−ゲル溶液に対してソルボサーマル反応を行う工程。<< Production method of photocatalyst particles >>
The method for producing photocatalyst particles of the present invention includes the following steps:
(1) an alkyl titanate represented by Ti (OR) 4 (where R = C n H 2n + 1 , n = 2 to 8, and preferably n = 2 to 6), silver nitrate, Preparing a sol-gel solution by mixing silver phosphate and nitric acid in a solvent; and (2) performing a solvothermal reaction on the sol-gel solution prepared in the step (1).
工程(1)において、二酸化チタン源として使用されるアルキルチタネートとしては、ゾル−ゲル溶液が調製できる限り特に限定されないが、例えば、テトラプロピルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネートが挙げられる。好ましくはテトラブチルチタネートである。 In the step (1), the alkyl titanate used as a titanium dioxide source is not particularly limited as long as a sol-gel solution can be prepared, and examples thereof include tetrapropyl titanate, tetraisopropyl titanate, and tetrabutyl titanate. Preferred is tetrabutyl titanate.
工程(1)で使用される溶媒としては、ゾル−ゲル溶液が調製できる限り特に限定されないが、例えば、水、アルコール(例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール)又はそれらの混合溶媒が挙げられる。エタノールが好ましい。工程(1)で使用されるアルキルチタネート1モルに対して溶媒を2000〜3000mL使用することが好ましい。 The solvent used in the step (1) is not particularly limited as long as a sol-gel solution can be prepared, and includes, for example, water, alcohol (eg, methanol, ethanol, propanol, isopropanol) or a mixed solvent thereof. Ethanol is preferred. It is preferable to use 2000 to 3000 mL of the solvent with respect to 1 mol of the alkyl titanate used in the step (1).
工程(1)において、硝酸銀及びリン酸銀はドーパントとして使用され、硝酸は分散剤として使用される。 In step (1), silver nitrate and silver phosphate are used as dopants, and nitric acid is used as a dispersant.
工程(1)において、
アルキルチタネートに対する硝酸銀のモル比は、好ましくは1:0.025〜1:0.2であり、より好ましくは0.05〜0.1であり;
アルキルチタネートに対するリン酸銀のモル比は、好ましくは1:0.008〜1:0.067であり、より好ましくは0.017〜0.033であり;
アルキルチタネートに対する硝酸のモル比は、好ましくは1:0.1〜1:1であり、より好ましくは0.4〜0.7である。In step (1),
The molar ratio of silver nitrate to alkyl titanate is preferably from 1: 0.025 to 1: 0.2, more preferably from 0.05 to 0.1;
The molar ratio of silver phosphate to alkyl titanate is preferably from 1: 0.008 to 1: 0.067, more preferably from 0.017 to 0.033;
The molar ratio of nitric acid to alkyl titanate is preferably from 1: 0.1 to 1: 1 and more preferably from 0.4 to 0.7.
工程(1)は、好ましくは0℃〜60℃で、より好ましくは20℃〜40℃で行われる。 Step (1) is preferably performed at 0 ° C to 60 ° C, more preferably at 20 ° C to 40 ° C.
本明細書において「ソルボサーマル反応」とは、高温及び高圧の溶媒を用いて行われる反応のことである。ソルボサーマル反応は、オートクレーブのような耐圧容器内で行われる。溶媒が水である場合には「水熱反応」と呼ばれる。 As used herein, “solvothermal reaction” refers to a reaction performed using a high-temperature and high-pressure solvent. The solvothermal reaction is performed in a pressure vessel such as an autoclave. When the solvent is water, it is called "hydrothermal reaction".
ソルボサーマル反応を使用することで、酸化銀及びリン酸銀が分解して過量の金属銀が生成することを抑制できる。また、光触媒の構造を適切な状態へと移行することができる。 By using the solvothermal reaction, it is possible to suppress the decomposition of silver oxide and silver phosphate to generate an excessive amount of metallic silver. Further, the structure of the photocatalyst can be shifted to an appropriate state.
工程(2)のソルボサーマル反応における反応容器内の圧力は、好ましくは0.10〜1.00Mpaであり、より好ましくは0.40〜0.60Mpaである。 The pressure in the reaction vessel in the solvothermal reaction in the step (2) is preferably 0.10 to 1.00 Mpa, more preferably 0.40 to 0.60 Mpa.
工程(2)のソルボサーマル反応における反応容器内の温度は、良好な活性を有する光触媒を得る観点から、及び水洗浄時の銀の漏出を抑制する観点から、好ましくは100℃超140℃未満である。より好ましくは、100℃超130℃以下、110℃以上140℃未満、又は110℃以上130℃以下であり、さらに好ましくは、110℃以上130℃以下である。 The temperature in the reaction vessel in the solvothermal reaction in the step (2) is preferably more than 100 ° C. and less than 140 ° C. from the viewpoint of obtaining a photocatalyst having good activity and suppressing the leakage of silver during water washing. is there. More preferably, it is more than 100 ° C. and 130 ° C. or less, 110 ° C. or more and less than 140 ° C., or 110 ° C. or more and 130 ° C. or less.
工程(2)のソルボサーマル反応の反応時間は、良好な活性を有する光触媒を得る観点から、及び水洗浄時の銀の漏出を抑制する観点から、好ましくは、1.0時間超4.0時間未満である。より好ましくは、1.0時間超3.5時間以下、1.5時間以上4時間未満、又は1.5時間以上3.5時間以下であり、さらに好ましくは、1.5時間以上3.5時間以下である。 The reaction time of the solvothermal reaction in the step (2) is preferably more than 1.0 hour and 4.0 hours from the viewpoint of obtaining a photocatalyst having good activity and suppressing the leakage of silver during washing with water. Is less than. More preferably, it is more than 1.0 hour and 3.5 hours or less, 1.5 hours or more and less than 4 hours, or 1.5 hours or more and 3.5 hours or less, and still more preferably 1.5 hours or more and 3.5 hours or less. Less than an hour.
好ましくは、工程(2)の後に溶媒を除去し、光触媒を乾燥する工程をさらに含む。 Preferably, the method further includes a step of removing the solvent after the step (2) and drying the photocatalyst.
<<光触媒粒子を含む材料、及び当該材料を含む製品>>
本発明の一態様は、本発明の光触媒粒子を含む材料に関する。材料としては特に限定されないが、例えば、金属、タイル、ホーロー、セメント、コンクリート、ガラス、プラスチック、繊維、木材、紙、革、セラミックなどの種々の材質で形成されたものが挙げられる。また、その形状としては、板状、波板状、ハニカム状、球状、曲面状など種々の形状のものを用いることができる。一実施形態において、材料表面に本発明の光触媒粒子は固定化される。固定化方法は特に限定されず、当業者に周知の方法を適用できる。例えば、光触媒とバインダとを含む塗液を基材表面に塗布あるいは吹きつけた後、乾燥、必要に応じて加熱する方法などで行うことができる。バインダとしては、例えば無機系樹脂及び有機系樹脂を用いることができ、光触媒反応により分解され難いバインダ、例えばセメント、コンクリート、石膏、珪酸化合物、シリカ、ケイ素化合物、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などのバインダが好ましい。別の実施形態において、本発明の光触媒粒子を基材に練りこんで使用されてもよい。練りこむことによって、本発明の光触媒粒子が基材に安定に保持され、かつ本発明の光触媒粒子の効果がより長期間持続し得る。<<< Materials containing photocatalyst particles and products containing the materials >>
One embodiment of the present invention relates to a material including the photocatalyst particles of the present invention. The material is not particularly limited, and examples thereof include materials formed of various materials such as metal, tile, enamel, cement, concrete, glass, plastic, fiber, wood, paper, leather, and ceramic. As the shape, various shapes such as a plate, a corrugated plate, a honeycomb, a sphere, and a curved surface can be used. In one embodiment, the photocatalyst particles of the present invention are immobilized on a material surface. The immobilization method is not particularly limited, and a method known to those skilled in the art can be applied. For example, the method can be carried out by applying or spraying a coating liquid containing a photocatalyst and a binder on the surface of the base material, followed by drying and, if necessary, heating. As the binder, for example, an inorganic resin and an organic resin can be used, and a binder that is not easily decomposed by a photocatalytic reaction, such as a binder such as cement, concrete, gypsum, a silicate compound, silica, a silicon compound, a silicone resin, or a fluororesin is used. preferable. In another embodiment, the photocatalyst particles of the present invention may be kneaded into a substrate and used. By kneading, the photocatalyst particles of the present invention can be stably held on the substrate, and the effect of the photocatalyst particles of the present invention can be maintained for a longer period.
光触媒粒子を含む材料の一実施形態は、本発明の光触媒粒子と担体とを含み、ここで前記光触媒粒子が担体に担持されている、複合材料である。担体は、例えば光触媒粒子をその実用に応じたサイズとするために使用することができる。また担体を使用することによって、例えば光の吸収効率を上げ、光触媒粒子の活性を向上させることが可能である。特に担体としてゼオライトを用いた場合には、複合材料の吸着性が増大して、反応活性を向上させることができる。このような複合材料で使用される担体は特に限定されないが、例えば、SiO2、Al2O3、MgO、ZrO2、TiO2、Fe2O3、B2O3、CaO、ZnO、BaO、ThO2及びこれらの混合物、例えばシリカ−アルミナ、ゼオライト、フェライトなどが挙げられる。また、ガラス、セラミック、プラスチックなども担体として使用することができる。
前記複合材料において、前記担体に対する本発明の光触媒粒子の担持量は特に限定されず、その下限は、例えば1重量%、2重量%、3重量%、4重量%、5重量%、10重量%、15重量%、20重量%、25重量%、30重量%、35重量%、40重量%、45重量%、50重量%、55重量%、60重量%、65重量%、70重量%、75重量%、80重量%、85重量%、90重量%又は95重量%であり、その上限は、99重量%、95重量%、90重量%、85重量%、80重量%、75重量%、70重量%、65重量%、60重量%、55重量%、50重量%、45重量%、40重量%、35重量%、30重量%、25重量%、20重量%、15重量%又は10重量%である。好ましくは、前記担体に対する本発明の光触媒粒子の担持量は、1〜99重量%、2〜50重量%、2〜25重量%、3〜10重量%である。
前記複合材料の製造方法は任意の周知の方法に従って行うことができる。One embodiment of a material comprising photocatalyst particles is a composite material comprising the photocatalyst particles of the present invention and a carrier, wherein the photocatalyst particles are supported on a carrier. The carrier can be used, for example, to make the photocatalyst particles have a size suitable for their practical use. By using a carrier, for example, it is possible to increase the light absorption efficiency and to improve the activity of the photocatalyst particles. In particular, when zeolite is used as the carrier, the adsorptivity of the composite material is increased, and the reaction activity can be improved. Although the carrier used in such a composite material is not particularly limited, for example, SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 , TiO 2 , Fe 2 O 3 , B 2 O 3 , CaO, ZnO, BaO, ThO 2 and mixtures thereof, such as silica - alumina, zeolite, ferrite or the like can be mentioned. Further, glass, ceramic, plastic, and the like can also be used as the carrier.
In the composite material, the amount of the photocatalyst particles of the present invention carried on the carrier is not particularly limited, and the lower limit is, for example, 1% by weight, 2% by weight, 3% by weight, 4% by weight, 5% by weight, 10% by weight. , 15 wt%, 20 wt%, 25 wt%, 30 wt%, 35 wt%, 40 wt%, 45 wt%, 50 wt%, 55 wt%, 60 wt%, 65 wt%, 70 wt%, 75 wt% Wt%, 80 wt%, 85 wt%, 90 wt% or 95 wt%, with the upper limit being 99 wt%, 95 wt%, 90 wt%, 85 wt%, 80 wt%, 75 wt%, 70 wt%. Wt%, 65 wt%, 60 wt%, 55 wt%, 50 wt%, 45 wt%, 40 wt%, 35 wt%, 30 wt%, 25 wt%, 20 wt%, 15 wt% or 10 wt% It is. Preferably, the loading of the photocatalyst particles of the present invention on the carrier is 1 to 99% by weight, 2 to 50% by weight, 2 to 25% by weight, and 3 to 10% by weight.
The method for producing the composite material can be performed according to any known method.
例えば、本発明の光触媒粒子と担体とを含む材料は、上記の本発明の光触媒粒子の製造方法の工程(1)中、工程(1)と工程(2)の間、工程(3)中、又は工程(3)の後の少なくとも1つの時点で担体を添加滴下することによって行うことができる。好ましくは、工程(1)中、又は工程(1)と工程(2)の間において担体が添加される。担体の添加方法は特に限定されないが、一度に全量を添加する方法、複数回に分けて添加する方法などが挙げられる。使用する試薬の量及び反応条件は、上記の本発明の光触媒粒子の製造方法と同様である。担体の添加量は、上記の担体に対する本発明の光触媒粒子の担持量と同様であり、例えば、生成する本発明の光触媒粒子に対して、1〜99重量%、2〜50重量%、2〜25重量%、又は3〜10重量%である。 For example, the material containing the photocatalyst particles of the present invention and the carrier may be used during the step (1), between the steps (1) and (2), during the step (3), Alternatively, it can be carried out by adding and dropping the carrier at least at one point after the step (3). Preferably, a carrier is added during step (1) or between step (1) and step (2). The method for adding the carrier is not particularly limited, and examples thereof include a method of adding the entire amount at once, and a method of adding the carrier in plural times. The amounts of the reagents used and the reaction conditions are the same as in the above-described method for producing the photocatalyst particles of the present invention. The amount of the carrier to be added is the same as the amount of the photocatalyst particles of the present invention carried on the carrier described above. For example, 1 to 99% by weight, 2 to 50% by weight, 25% by weight, or 3 to 10% by weight.
本発明の一態様は、本発明の光触媒粒子を含む材料を含む、製品に関する。製品としては特に限定されないが、例えば、便器、洗面台、鏡、浴室(壁、天井、床等)、建材(室内壁、天井材、床、外壁)、インテリア用品(カーテン、絨毯、テーブル、椅子、ソファー、棚、ベッド、寝具等)、ガラス、サッシ、手すり、ドア、ノブ、衣服、家電製品、文房具(例えば本のカバー)、算盤、楽器、スポーツ用具(例えば剣道用具)、おもちゃなどが挙げられる。 One aspect of the present invention pertains to an article of manufacture comprising a material comprising the photocatalytic particles of the present invention. The products are not particularly limited, but include, for example, toilets, wash basins, mirrors, bathrooms (walls, ceilings, floors, etc.), building materials (indoor walls, ceiling materials, floors, exterior walls), interior goods (curtains, carpets, tables, chairs) , Sofas, shelves, beds, bedding, etc.), glass, sashes, handrails, doors, knobs, clothes, household appliances, stationery (eg, book covers), abacus, musical instruments, sports equipment (eg, kendo equipment), toys, etc. Can be
本明細書において言及される全ての文献はその全体が引用により本明細書に取り込まれる。 All documents mentioned herein are incorporated herein by reference in their entirety.
以下に説明する本発明の実施例は例示のみを目的とし、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載によってのみ限定される。本発明の趣旨を逸脱しないことを条件として、本発明の変更、例えば、本発明の構成要件の追加、削除及び置換を行うことができる。 The embodiments of the present invention described below are for illustrative purposes only, and do not limit the technical scope of the present invention. The technical scope of the present invention is limited only by the claims. Modifications of the present invention, for example, additions, deletions, and substitutions of constituent elements of the present invention, can be made on condition that they do not depart from the gist of the present invention.
<試薬>
本実施例及び比較例で使用された試薬は、全て和光純薬工業社製である。<Reagent>
The reagents used in the present Examples and Comparative Examples are all manufactured by Wako Pure Chemical Industries.
実施例1
ソルボサーマル反応を使用した光触媒粒子の製造
テトラブチルチタネート(6mL)を、エタノール(46mL)に溶解し、25〜40℃で30分間攪拌して、溶液Aを調製した。また、硝酸銀(0.1418g)及びリン酸銀(0.1165g)を1mol/lの硝酸(11ml)に溶解し、溶液Bを調製した。25〜40℃で溶液Aを攪拌しながら、溶液Aに溶液Bを滴下した。その後、25〜40℃で約19時間攪拌した。その後、当該溶液をソルボサーマル反応容器(製品名:水熱反応器;Shanghai Yikai Instrument Equipment Co., Ltd.製)に移し、オーブン中100、110、120、130、又は140℃にて、1、2、3又は4時間加熱した。ソルボサーマル反応中の反応容器内の圧力は0.31〜0.90MPaであった。熱処理は、容器内の反応液を攪拌せずに行われた。熱処理後、上澄みを除去し、コロイド状の物質を得た。当該コロイド状物質を50mlの遠心管に移し、適量の70%エタノールを加え、8900/分で5分間遠心分離を行った後に上澄みを除去した。この操作を3回繰り返した。その後、60℃で12時間乾燥して固形物を得た。当該固形物を粉砕し、光触媒粒子試料を製造した。製造された試料及びその製造条件を以下に示す。
Production of Photocatalyst Particles Using Solvothermal Reaction Tetrabutyl titanate (6 mL) was dissolved in ethanol (46 mL) and stirred at 25 to 40 ° C. for 30 minutes to prepare solution A. Further, a solution B was prepared by dissolving silver nitrate (0.1418 g) and silver phosphate (0.1165 g) in 1 mol / l nitric acid (11 ml). The solution B was added dropwise to the solution A while stirring the solution A at 25 to 40 ° C. Thereafter, the mixture was stirred at 25 to 40 ° C. for about 19 hours. Thereafter, the solution was transferred to a solvothermal reaction vessel (product name: hydrothermal reactor; manufactured by Shanghai Yikai Instrument Equipment Co., Ltd.), and heated in an oven at 100, 110, 120, 130, or 140 ° C for 1 hour. Heat for 2, 3 or 4 hours. The pressure in the reaction vessel during the solvothermal reaction was 0.31 to 0.90 MPa. The heat treatment was performed without stirring the reaction solution in the container. After the heat treatment, the supernatant was removed to obtain a colloidal substance. The colloidal substance was transferred to a 50 ml centrifuge tube, an appropriate amount of 70% ethanol was added, and the mixture was centrifuged at 8900 / min for 5 minutes, and the supernatant was removed. This operation was repeated three times. Thereafter, the solid was dried at 60 ° C. for 12 hours to obtain a solid. The solid was pulverized to produce a photocatalyst particle sample. The manufactured sample and its manufacturing conditions are shown below.
比較例1
ゾル−ゲル反応による光触媒粒子の製造
特許文献1に記載の方法に準じて光触媒粒子を製造した。テトラブチルチタネート(6mL)を、エタノール(46mL)に溶解し、25〜40℃で30分間攪拌して、溶液Aを調製した。また、硝酸銀(0.1418g)及びリン酸銀(0.1165g)を1mol/lの硝酸(11ml)に溶解し、溶液Bを調製した。25〜40℃で溶液Aを攪拌しながら、溶液Aに溶液Bを滴下した。その後、25〜40℃で約19時間攪拌した。その後、当該溶液をるつぼ(製品名:蒸発皿、アズワン株式会社製)に移し、105℃で18時間乾燥させた。その後、400℃のマッフル炉(製品名:Fine卓上電気炉、東京硝子器機株式会社製)中で、400℃にて2時間焼結して、固形物を得た。当該固形物を研磨して光触媒粒子試料を製造した(「試料12」とする)。Comparative Example 1
Production of Photocatalyst Particles by Sol-Gel Reaction Photocatalyst particles were produced according to the method described in Patent Document 1. Tetrabutyl titanate (6 mL) was dissolved in ethanol (46 mL) and stirred at 25 to 40 ° C. for 30 minutes to prepare solution A. Further, a solution B was prepared by dissolving silver nitrate (0.1418 g) and silver phosphate (0.1165 g) in 1 mol / l nitric acid (11 ml). The solution B was added dropwise to the solution A while stirring the solution A at 25 to 40 ° C. Thereafter, the mixture was stirred at 25 to 40 ° C. for about 19 hours. Thereafter, the solution was transferred to a crucible (product name: evaporating dish, manufactured by As One Corporation) and dried at 105 ° C. for 18 hours. Then, it was sintered at 400 ° C. for 2 hours in a muffle furnace (product name: Fine tabletop electric furnace, manufactured by Tokyo Glass Instruments Co., Ltd.) at 400 ° C. to obtain a solid. The solid was polished to produce a photocatalyst particle sample (referred to as “sample 12”).
実施例2
ローダミンB(RhB)の分解率の評価
2mg/LのローダミンB水溶液(50mL)を含む透明容器(製品名:100mlビーカー、HARIO株式会社製)に、実施例1で製造された光触媒粒子試料(それぞれ0.05g)を添加した。混合液に攪拌しながら、容器外部から疑似太陽光(XC-100, SERIC., Ltd., 照射強度510W/m2)を照射した。30分後に当該混合液から光触媒粉体を遠心分離(10,000rpm)によって速やかに分離し、得られた清澄液の吸光度を分光光度計(UV−1600,島津製作所)によって分析した。ローダミンB溶液の吸光度を、ローダミンBの最大吸収波長に相当する波長554nmで測定した。Example 2
Evaluation of Decomposition Rate of Rhodamine B (RhB) A photocatalyst particle sample (each of which was prepared in Example 1) was placed in a transparent container (product name: 100 ml beaker, manufactured by HARIO Corporation) containing a 2 mg / L aqueous solution of Rhodamine B (50 mL). 0.05 g) was added. Simulated sunlight (XC-100, SERIC., Ltd., irradiation intensity 510 W / m 2 ) was irradiated from outside the container while stirring the mixture. After 30 minutes, the photocatalyst powder was quickly separated from the mixture by centrifugation (10,000 rpm), and the absorbance of the obtained clarified solution was analyzed by a spectrophotometer (UV-1600, Shimadzu Corporation). The absorbance of the Rhodamine B solution was measured at a wavelength of 554 nm corresponding to the maximum absorption wavelength of Rhodamine B.
各試料を用いた場合におけるローダミンBの分解率を図1及び2に示す。光触媒の活性は、ソルボサーマル反応の温度及び時間によって著しく影響を受けることが明らかとなった。 FIGS. 1 and 2 show the decomposition rate of rhodamine B when each sample was used. It was found that the activity of the photocatalyst was significantly affected by the temperature and time of the solvothermal reaction.
図1は、ソルボサーマル反応の温度の違いによる触媒活性の評価結果を示す。反応時間はいずれも3.0時間である。試料7(ソルボサーマル反応温度120℃)を用いた場合のローダミンBの分解率が最も高く、100%であった。試料1(反応温度100℃)、試料2(反応温度110℃)、試料10(反応温度130℃)及び試料11(反応温度140℃)を用いた場合のローダミンBの分解率は、それぞれ53.7%、56.1%、72.8%及び46.4%であった。 FIG. 1 shows the evaluation results of the catalytic activity depending on the temperature of the solvothermal reaction. The reaction time is 3.0 hours in each case. When sample 7 (solvothermal reaction temperature: 120 ° C.) was used, the decomposition rate of rhodamine B was the highest and was 100%. When Sample 1 (reaction temperature 100 ° C.), Sample 2 (reaction temperature 110 ° C.), Sample 10 (reaction temperature 130 ° C.), and Sample 11 (reaction temperature 140 ° C.) were used, the decomposition rate of rhodamine B was 53. 7%, 56.1%, 72.8% and 46.4%.
図2は、ソルボサーマル反応の時間の違いによる触媒活性の評価結果を示す。反応温度はいずれも120℃である。試料7(反応時間3.0時間)を用いた場合のローダミンBの分解率が最も高く、100%であった。試料3(反応時間1.0時間)、試料4(反応時間1.5時間)、試料5(反応時間2.0時間)、試料6(反応時間2.5時間)、試料8(反応時間3.5時間)及び試料9(反応時間4.0時間)を用いた場合のローダミンBの分解率は、それぞれ79.4%、84.2%、94.7%及び95.7%及び96.2%、31.7%であった。 FIG. 2 shows the evaluation results of the catalytic activity depending on the time of the solvothermal reaction. The reaction temperature is 120 ° C. in all cases. When sample 7 (reaction time: 3.0 hours) was used, the decomposition rate of rhodamine B was the highest and was 100%. Sample 3 (reaction time 1.0 hour), Sample 4 (reaction time 1.5 hours), Sample 5 (reaction time 2.0 hours), Sample 6 (reaction time 2.5 hours), Sample 8 (reaction time 3 .5 hours) and Sample 9 (reaction time 4.0 hours), the decomposition rates of rhodamine B were 79.4%, 84.2%, 94.7%, 95.7% and 95.7%, respectively. 2% and 31.7%.
実施例3
水分解反応の評価
容器内の気体を採取するための通気口を備えた蓋を有する透明反応容器(製品名:ねじ口瓶、柴田科学株式会社製)中で、光触媒試料(0.15g)と5%メタノール水溶液(150mL)とを混合した。その後、反応容器外部から疑似太陽光(XC-100, SERIC., Ltd., 照射強度510W/m2)を3時間照射した。30分後に容器内の気体を採取し、熱伝導率検出器(100℃)とポラパックQカラム(83℃)を備えるガスクロマトグラフィー(GC−8A、島津製作所)により、気体中の水素濃度を測定した。結果を図3及び4に示す。Example 3
Evaluation of Water Splitting Reaction In a transparent reaction vessel (product name: screw mouth bottle, manufactured by Shibata Scientific Co., Ltd.) having a lid with a vent for collecting gas in the vessel, a photocatalyst sample (0.15 g) was used. A 5% aqueous methanol solution (150 mL) was mixed. Thereafter, pseudo sunlight (XC-100, SERIC., Ltd., irradiation intensity 510 W / m 2 ) was irradiated from outside the reaction vessel for 3 hours. After 30 minutes, the gas in the container is collected, and the hydrogen concentration in the gas is measured by gas chromatography (GC-8A, Shimadzu Corporation) equipped with a thermal conductivity detector (100 ° C) and a Polapack Q column (83 ° C). did. The results are shown in FIGS.
図3は、ソルボサーマル反応の温度の違いによる触媒活性の評価結果を示す。ソルボサーマル反応の反応時間はいずれも3.0時間である。試料7(ソルボサーマル反応温度120℃)を用いた場合、最も高い水素生成量を示した(132.6μmol/L)。試料1(ソルボサーマル反応温度100℃)、試料11(ソルボサーマル反応温度140℃)を用いた場合の水素生成量はそれぞれ26.7μmol/L、33.3μmol/Lであった。 FIG. 3 shows the evaluation results of the catalytic activity depending on the temperature of the solvothermal reaction. The reaction time of each of the solvothermal reactions is 3.0 hours. When the sample 7 (solvothermal reaction temperature: 120 ° C.) was used, the highest amount of hydrogen was produced (132.6 μmol / L). The amounts of hydrogen generated when Sample 1 (solvothermal reaction temperature: 100 ° C.) and Sample 11 (solvothermal reaction temperature: 140 ° C.) were used were 26.7 μmol / L and 33.3 μmol / L, respectively.
図4は、ソルボサーマル反応の反応時間の違いによる触媒活性の評価結果を示す。ソルボサーマル反応の反応温度はいずれも120℃である。試料7(ソルボサーマル反応時間3.0時間)を用いた場合、最も高い水素生成量を示した(132.6μmol/L)。試料3(ソルボサーマル反応時間1.0時間)、試料5(ソルボサーマル反応時間2.0時間)、試料9(ソルボサーマル反応時間4.0時間)を用いた場合の水素生成量はそれぞれ18.3μmol/L、80.6μmol/L、40.9μmol/Lであった。 FIG. 4 shows the results of evaluating the catalytic activity depending on the reaction time of the solvothermal reaction. The reaction temperature of each of the solvothermal reactions is 120 ° C. When the sample 7 (solvothermal reaction time: 3.0 hours) was used, the highest amount of hydrogen was produced (132.6 μmol / L). The amount of hydrogen generated when using sample 3 (solvothermal reaction time 1.0 hour), sample 5 (solvothermal reaction time 2.0 hours), and sample 9 (solvothermal reaction time 4.0 hours) was 18. They were 3 μmol / L, 80.6 μmol / L, and 40.9 μmol / L.
実施例4
XRDパターンの評価
実施例1で製造された試料の、X線回折(XRD)パターンを評価した。Cu−Kα線(λ = 1.54178 Å)を用いて、X線回折装置(Ultima III Rint-2000 X線回折装置,Rigaku)によって、XRDパターンを測定した。結果を図5及び6に示す。いずれの試料も、アナターゼ型二酸化チタンに特有のピークが観察された。特に試料7(ソルボサーマル反応温度120℃、ソルボサーマル反応時間3.0時間)において、アナターゼ型二酸化チタンに特有のピークが強く確認された。アナターゼ結晶構造は、ルチル型結晶構造よりも高い光触媒活性を有することが知られている。Example 4
Evaluation of XRD pattern The X-ray diffraction (XRD) pattern of the sample manufactured in Example 1 was evaluated. The XRD pattern was measured with an X-ray diffractometer (Ultima III Rint-2000 X-ray diffractometer, Rigaku) using Cu-Kα rays (λ = 1.54178 °). The results are shown in FIGS. In each sample, a peak specific to anatase type titanium dioxide was observed. Particularly, in Sample 7 (solvothermal reaction temperature: 120 ° C., solvothermal reaction time: 3.0 hours), a peak specific to anatase-type titanium dioxide was strongly confirmed. Anatase crystal structures are known to have higher photocatalytic activity than rutile-type crystal structures.
試料9(ソルボサーマル反応温度120℃、反応時間4.0時間)及び試料11(ソルボサーマル反応温度140℃、反応時間3.0時間)のXRDパターンでは、金属銀に相当するピークが観察された(38.1o,44.0o,64.6o及び77.2o)。これは、高温かつ高圧条件をかけたことにより、酸化銀及びリン酸銀が分解したためである。金属銀は、光生成電子及び正孔のためのより多くの再結合部位を提供するため、その結果、活性フリーラジカルの生成を阻害する。In the XRD patterns of Sample 9 (solvothermal reaction temperature 120 ° C., reaction time 4.0 hours) and Sample 11 (solvothermal reaction temperature 140 ° C., reaction time 3.0 hours), peaks corresponding to silver metal were observed. (38.1 ° , 44.0 ° , 64.6 ° and 77.2 ° ). This is because silver oxide and silver phosphate were decomposed by applying high temperature and high pressure conditions. Metallic silver provides more recombination sites for photogenerated electrons and holes, thus inhibiting the generation of active free radicals.
実施例5
UV−visスペクトルの評価
実施例1で製造された光触媒の外観を図7及び8に示す。試料9(ソルボサーマル反応温度120℃、反応時間4.0時間)及び試料11(ソルボサーマル反応温度140℃、反応時間3.0時間)は、ソルボサーマル反応中に生成した金属銀の影響で黒色であった。一方、試料1、3、5、7は白色であった。また、これらの試料のUV−vis拡散反射スペクトルを、UV-vis−NIR分光光度計(UV-3100PC Scan UV-vis-NIR分光光度計、島津製作所)を用いて、200〜800nmの範囲で測定した。結果を図9及び10に示す。Example 5
Evaluation of UV-vis spectrum The appearance of the photocatalyst produced in Example 1 is shown in FIGS. Sample 9 (solvothermal reaction temperature 120 ° C, reaction time 4.0 hours) and Sample 11 (solvothermal reaction temperature 140 ° C, reaction time 3.0 hours) were black due to the metallic silver generated during the solvothermal reaction. Met. On the other hand, Samples 1, 3, 5, and 7 were white. In addition, the UV-vis diffuse reflectance spectrum of these samples was measured in the range of 200 to 800 nm using a UV-vis-NIR spectrophotometer (UV-3100PC Scan UV-vis-NIR spectrophotometer, Shimadzu Corporation). did. The results are shown in FIGS.
試料9及び11では、可視光領域の400〜780nm付近に、金属銀ナノ粒子に起因する強い吸収を有した。また、試料7は試料1、3及び5と比較して高い吸収を示した。これは、光照射によって試料7の方が試料1、3及び5よりも多くのエネルギーを獲得し、より高い活性を示すことを示唆している。試料1、3、5、7、9、11のバンドギャップエネルギーは、それぞれ3.09eV、2.94eV、2.92eV、2.91eV、2.58eV、2.64eVであった。 Samples 9 and 11 had strong absorption due to metallic silver nanoparticles in the visible light region around 400 to 780 nm. Sample 7 showed higher absorption than Samples 1, 3, and 5. This suggests that Sample 7 obtains more energy by light irradiation than Samples 1, 3, and 5, and exhibits higher activity. The band gap energies of Samples 1, 3, 5, 7, 9, and 11 were 3.09 eV, 2.94 eV, 2.92 eV, 2.91 eV, 2.58 eV, and 2.64 eV, respectively.
実施例6
比表面積及び結晶サイズの評価
実施例1で製造された光触媒粒子の比表面積を、比表面積・細孔分布測定装置SA-3100 (BECKMAN COULTER株式会社製)を用いて測定した。また、光触媒粒子の結晶サイズを、Cu−Kα線(λ = 1.54178 Å)を用いて、X線回折装置(Ultima III Rint-2000 X線回折装置,Rigaku)によって測定されたXRDパターンから算出した。結果を以下の表に示す。比表面積が広いほど、光触媒表面上により多くの反応部位を有することになる。また、結晶サイズが小さいほど、良好な結晶構造及びエネルギー変換能を示し、その結果より高い光触媒活性を示すことになる。
Evaluation of Specific Surface Area and Crystal Size The specific surface area of the photocatalyst particles produced in Example 1 was measured using a specific surface area / pore distribution measuring device SA-3100 (manufactured by BECKMAN COULTER CORPORATION). The crystal size of the photocatalyst particles was calculated from an XRD pattern measured by an X-ray diffractometer (Ultima III Rint-2000 X-ray diffractometer, Rigaku) using Cu-Kα rays (λ = 1.54178 °). The results are shown in the table below. The larger the specific surface area, the more reactive sites on the photocatalytic surface. In addition, the smaller the crystal size, the better the crystal structure and the energy conversion ability, and as a result, the higher the photocatalytic activity.
実施例7
光ルミネセンス(PL)スペクトルの評価
実施例1で製造された光触媒粒子の、励起波長325nmでの光ルミネセンス(PL)スペクトルを、蛍光分光光度計(FP8500,JASCO)を用いて測定した。結果を図11及び12に示す。図11における光ルミネセンスの強度は、試料7<試料11<試料1の順番となった。また、図12における光ルミネセンスの強度は、試料7<試料5<試料9<試料3の順番となった。より低い光ルミネセンス強度は、より低い電子−正孔再結合速度、及びより高い光触媒活性を示唆する。Example 7
Evaluation of photoluminescence (PL) spectrum The photoluminescence (PL) spectrum of the photocatalyst particles produced in Example 1 at an excitation wavelength of 325 nm was measured using a fluorescence spectrophotometer (FP8500, JASCO). The results are shown in FIGS. The photoluminescence intensity in FIG. 11 was in the order of Sample 7 <Sample 11 <Sample 1. Further, the photoluminescence intensities in FIG. 12 were in the order of Sample 7 <Sample 5 <Sample 9 <Sample 3. Lower photoluminescence intensities indicate lower electron-hole recombination rates and higher photocatalytic activity.
実施例8
光触媒粒子中の構成成分の分析
高分解能透過型電子顕微鏡像(HRTEM)(JEM−2100F電解放出形透過電子顕微鏡、日本電子株式会社製)を利用して試料7を観察した。結果を図13に示す。試料7において、二酸化チタンの格子表面上に、銀、リン酸銀及び酸化銀が担持されていた。Example 8
Analysis of Constituents in Photocatalyst Particles Sample 7 was observed using a high-resolution transmission electron microscope image (HRTEM) (JEM-2100F field emission transmission electron microscope, manufactured by JEOL Ltd.). FIG. 13 shows the results. In Sample 7, silver, silver phosphate, and silver oxide were supported on the lattice surface of titanium dioxide.
また、X線光電子分光分析装置(X線光電子分光システム(ARXPS)、Thermo Fisher Scientific Inc.製)を用いて、試料7のX線光電子分光(XPS)を測定した。結果を図14に示す。試料7中の銀、酸化銀及びリン酸銀の存在が確認された。 The X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the sample 7 was measured using an X-ray photoelectron spectroscopy analyzer (X-ray photoelectron spectroscopy system (ARXPS), manufactured by Thermo Fisher Scientific Inc.). FIG. 14 shows the results. The presence of silver , silver oxide and silver phosphate in Sample 7 was confirmed.
実施例9
試料7と試料12との比較
(1)ローダミンBの分解率
ゾル−ゲル法で製造された試料12を用いて、実施例2に記載された方法と同様にしてローダミンBの分解率を評価した。結果を図15に示す。ソルボサーマル反応を使用して製造された試料7は、30分でローダミンBを100%分解したのに対し、ゾル−ゲル法で製造された試料12は、ローダミンBを100%分解するのに1時間を要した。Example 9
Comparison between Sample 7 and Sample 12 (1) Decomposition rate of Rhodamine B Using Sample 12 produced by the sol-gel method, the decomposition rate of Rhodamine B was evaluated in the same manner as described in Example 2. . The results are shown in FIG. Sample 7 produced using the solvothermal reaction decomposed rhodamine B by 100% in 30 minutes, whereas Sample 12 produced by the sol-gel method degraded rhodamine B by 100%. It took time.
(2)メチルオレンジの分解率
試料7と試料12を用いて、メチルオレンジの分解率を評価した。具体的には、ローダミンBを2mg/Lのメチルオレンジ50mLに変更した他は、実施例2と同様にして評価した。結果を図16に示す。ソルボサーマル反応を使用して製造された試料7は、30分でメチルオレンジを95.1%分解したのに対し、ゾル−ゲル法で製造された試料12は、30分でメチルオレンジを13.6%分解したのみであった。(2) Decomposition rate of methyl orange Using Samples 7 and 12, the decomposition rate of methyl orange was evaluated. Specifically, evaluation was performed in the same manner as in Example 2 except that rhodamine B was changed to 50 mL of 2 mg / L methyl orange. FIG. 16 shows the results. Sample 7 produced using the solvothermal reaction decomposed methyl orange by 95.1% in 30 minutes, while sample 12 produced by the sol-gel method produced methyl orange in 13. minutes. It was only 6% degraded.
(3)XRDパターン
試料12のXRDパターンを実施例4と同様にして評価した。試料7と試料12との比較結果を図17に示す。アナターゼ型二酸化チタンに特有のピークは、試料7のほうが試料12よりも強くかつ明確に観察された。(3) XRD Pattern The XRD pattern of Sample 12 was evaluated in the same manner as in Example 4. FIG. 17 shows the result of comparison between Sample 7 and Sample 12. The peak peculiar to the anatase type titanium dioxide was stronger and clearly observed in the sample 7 than in the sample 12.
(4)SEM画像
走査型電子顕微鏡(SEM) (Hitachi FE-SEM S-4800 EDX)を利用して、試料7及び12の形態を観察した。結果を図18及び19に示す。(4) SEM image The morphology of samples 7 and 12 was observed using a scanning electron microscope (SEM) (Hitachi FE-SEM S-4800 EDX). The results are shown in FIGS.
(5)比表面積及び結晶サイズ
試料12の比表面積及び結晶サイズを、実施例6と同様にして評価した。試料7と試料12との比較結果を以下に示す。
(6)元素分布
エネルギー分散型X線分析装置(超高分解能SEM(S−4800)、日立協和エンジニアリング株式会社製)を用いてエネルギー分散型X線分析(EDS)を行い、試料7と12の元素分布を測定した。結果を以下に示す。銀含有量とリン含有量とで大きな違いが確認された。
(7)UV−visスペクトル及びバンドギャップエネルギー
試料7と試料12の外観を図20に示す。試料12は金属銀の影響で灰色であった。一方、試料7は白色であった。また、比較例1で製造された試料12を用いて、実施例5と同様にしてUV−visスペクトルを測定した。試料7と試料12との比較結果を図21に示す。試料12は、可視光領域の400〜800nm付近に、銀ナノ粒子に起因する強い吸収を有した。当該UV−visスペクトルの結果にしたがって、試料12のバンドギャップエネルギーは2.29eVと計算された。これは、試料7のバンドギャップエネルギー(2.91eV)と比較して低い値であった。(7) UV-vis spectrum and band gap energy FIG. 20 shows the appearance of Samples 7 and 12. Sample 12 was gray due to the effect of metallic silver. On the other hand, Sample 7 was white. Further, the UV-vis spectrum was measured in the same manner as in Example 5 using the sample 12 manufactured in Comparative Example 1. FIG. 21 shows the result of comparison between Sample 7 and Sample 12. Sample 12 had strong absorption due to silver nanoparticles in the visible light region around 400 to 800 nm. According to the result of the UV-vis spectrum, the band gap energy of Sample 12 was calculated to be 2.29 eV. This was a lower value than the band gap energy of Sample 7 (2.91 eV).
(8)水分解反応
比較例1で製造された試料12を用いて、実施例3に記載された方法と同様にして水分解反応を行った。試料7を用いた場合と試料12を用いた場合とを比較した場合、両者の酸素生成量はほぼ同等であった(試料7:96.0μmol/L;試料12:94.7μmol/L)。しかし、水素生成量は大きく異なった。結果を図22に示す。試料7を用いた場合、水素は132.0μmol/L生成した。一方、試料7を用いた場合は、水素が16.4μmol/L生成したのみであった。(8) Water Splitting Reaction Using Sample 12 produced in Comparative Example 1, a water splitting reaction was performed in the same manner as in the method described in Example 3. When a comparison was made between the case where sample 7 was used and the case where sample 12 was used, the oxygen generation amounts of both were almost the same (sample 7: 96.0 μmol / L; sample 12: 94.7 μmol / L). However, the amount of hydrogen produced varied greatly. The results are shown in FIG. When sample 7 was used, hydrogen was generated at 132.0 μmol / L. On the other hand, when the sample 7 was used, only 16.4 μmol / L of hydrogen was generated.
既知の光触媒を用いて水分解反応を行った場合の水素生成量を以下に示す。試料7の水素生成量は、既知の光触媒と比較しても極めて高い。
図23に、試料7と12のバンドギャップエネルギーの比較結果を示す。光触媒の価電子帯(VB)が1.2eVより高く、伝導帯(CB)が0eVより低い場合にのみ、水の分解が起こる。酸素の生成量が同等であったことは、試料7及び12の価電子帯が近いことを示唆している。しかし、試料12のバンドギャップエネルギーが非常に小さいため、試料12の伝導帯の端部(0.51eV)は、水素発生電位である0eVよりも低い位置にある。試料12において発生した光生成電子は、その不十分なポテンシャルのために、H+を還元してH2を発生させる半反応に参加できない。一方、試料7の伝導帯の端部(−0.11eV)は、水素発生電位である0eVよりも高い位置にある。したがって、試料7において発生した光生成電子は、H+を還元してH2を発生させることが可能である。FIG. 23 shows comparison results of band gap energies of Samples 7 and 12. Decomposition of water occurs only when the valence band (VB) of the photocatalyst is higher than 1.2 eV and the conduction band (CB) is lower than 0 eV. The fact that the amounts of generated oxygen are equal indicates that the valence bands of Samples 7 and 12 are close to each other. However, since the band gap energy of the sample 12 is very small, the end (0.51 eV) of the conduction band of the sample 12 is lower than the hydrogen generation potential of 0 eV. The photogenerated electrons generated in sample 12 cannot participate in the half-reaction to reduce H + to generate H 2 because of its insufficient potential. On the other hand, the end (-0.11 eV) of the conduction band of the sample 7 is at a position higher than the hydrogen generation potential of 0 eV. Therefore, the photogenerated electrons generated in Sample 7 can reduce H + to generate H 2 .
(9)抗菌活性の評価
試料7及び12を用いて光触媒反応を行った場合における、E.coli(グラム陽性菌)の生存率を評価した。透明容器(製品名:25mlガラス瓶、HARIO株式会社製)に、水(20mL)、E.coli(試料7を試験した時の初期濃度:約108cfu/mL;試料12を試験した時の初期濃度:約107cfu/mL)及び光触媒試料(0.5g/L)を加えた。反応混合物を25℃で攪拌しながら、当該容器の外部からLEDランプ(製品名:LEDランプNSSW−064、日亜化学工業株式会社製、465〜470nm、照射強度750W/m2)を照射した。所定の時間間隔で、1mLの反応混合物を回収し、速やかに希釈した。その後、1mLの希釈試料をニュートリエント寒天培地上に均一に広げ、37℃で24時間インキュベートした。プレート上のコロニーをカウントし、各試料中の生存細胞の数を決定した。結果を図24及び25に示す。いずれの場合も、光存在下で優れた抗菌活性を示した。(9) Evaluation of antibacterial activity. coli (Gram-positive bacteria) was evaluated for viability. In a transparent container (product name: 25 ml glass bottle, manufactured by HARIO Corporation), water (20 mL), E.C. coli (initial concentration when testing sample 7: about 10 8 cfu / mL; initial concentration when testing sample 12: about 10 7 cfu / mL) and a photocatalyst sample (0.5 g / L). While stirring the reaction mixture at 25 ° C., an LED lamp (product name: LED lamp NSSW-064, manufactured by Nichia Corporation, 465-470 nm, irradiation intensity 750 W / m 2 ) was irradiated from the outside of the container. At predetermined time intervals, 1 mL of the reaction mixture was collected and rapidly diluted. Thereafter, 1 mL of the diluted sample was spread evenly on a nutrient agar medium and incubated at 37 ° C. for 24 hours. Colonies on the plate were counted and the number of viable cells in each sample was determined. The results are shown in FIGS. In all cases, excellent antibacterial activity was exhibited in the presence of light.
(10)水洗浄試験
容器(製品名:遠心管(50ml)、アズワン株式会社製)に、0.2g/Lとなるように試料12及び蒸留水を添加し、遮光条件下、36℃で24時間振とうした。その後、上清を回収して、漏出した銀の量をICP発光分析装置(製品名:SPS3520UV−DD、日立ハイテクサイエンス株式会社製)により測定した。その後、容器に蒸留水を再度添加し、振とう及び上清の回収を行う上記洗浄サイクルをさらに3回繰り返した。結果を以下に示す。4回洗浄後であっても、1.2mg/Lの銀が漏出した。その量は、WHOが定める水質基準(<0.1mg/L)を超える量であった。また、上記(9)での抗菌活性は、水中で当該触媒から漏出した銀イオンに起因する可能性がある。
容器(製品名:25mlガラス瓶、HARIO株式会社製)に、0.5g/Lとなるように試料7及び蒸留水を添加し、遮光条件下、37℃で振とうして、試料7の水洗浄を行った。洗浄開始10分、20分、30分、40分又は12時間経過後、上清を回収して、漏出した銀の量をICP発光分析装置(製品名:SPS3520UV−DD、日立ハイテクサイエンス株式会社製)により測定した。結果を以下に示す。
実施例10
グラム陰性菌に対する抗菌活性の評価
試料7を用いて光触媒反応を行った場合における、グラム陰性菌のEnterococcus属細菌であるEnterococus・faecalisの生存率を評価した。透明容器(製品名:25mlガラス瓶、HARIO株式会社製)に、水(20mL)、Enterococus・faecalis(初期濃度:約108cfu/mL)及び光触媒試料(0.5g/L)を加えた。反応混合物を25℃で攪拌しながら、当該容器の外部からLEDランプ(製品名:LEDランプNSSW−064、日亜化学工業株式会社製、465〜470nm、照射強度750W/m2)を照射した。所定の時間間隔で、1mLの反応混合物を回収し、速やかに希釈した。その後、1mLの希釈試料をEnterococcosel Agar(日本ベクトン・ティッキンソン株式会社製)上に均一に広げ、35℃で24±2時間インキュベートした。プレート上のコロニーをカウントし、各試料中の生存細胞の数を決定した。結果を図26に示す。いずれの場合も、光存在下で優れた抗菌活性を示した。Example 10
Evaluation of antibacterial activity against Gram-negative bacteria The viability of Enterococcus faecalis, which is a genus Enterococcus genus of Gram-negative bacteria, when a photocatalytic reaction was performed using Sample 7 was evaluated. Water (20 mL), Enterococcus faecalis (initial concentration: about 10 8 cfu / mL), and a photocatalyst sample (0.5 g / L) were added to a transparent container (product name: 25 ml glass bottle, manufactured by HARIO Corporation). While stirring the reaction mixture at 25 ° C., an LED lamp (product name: LED lamp NSSW-064, manufactured by Nichia Corporation, 465-470 nm, irradiation intensity 750 W / m 2 ) was irradiated from the outside of the container. At predetermined time intervals, 1 mL of the reaction mixture was collected and rapidly diluted. Thereafter, 1 mL of the diluted sample was spread evenly on Enterococcosel Agar (manufactured by Becton Tickinson Japan Co., Ltd.) and incubated at 35 ° C. for 24 ± 2 hours. Colonies on the plate were counted and the number of viable cells in each sample was determined. The results are shown in FIG. In all cases, excellent antibacterial activity was exhibited in the presence of light.
実施例11
元素分布測定
実施例9(6)と同様の方法で、実施例1で製造された試料1〜6、8、9、11の元素分布を測定した。結果を以下に示す。
Element distribution measurement The element distributions of samples 1 to 6, 8, 9, and 11 manufactured in Example 1 were measured in the same manner as in Example 9 (6). The results are shown below.
実施例12
バンドギャップエネルギーの測定
実施例9(7)と同様の方法で、実施例1で製造された試料1〜6及び8〜11のバンドギャップエネルギーを計算した。結果を以下に示す。
Measurement of Bandgap Energy The bandgap energies of the samples 1 to 6 and 8 to 11 manufactured in Example 1 were calculated in the same manner as in Example 9 (7). The results are shown below.
実施例13
光触媒粒子とゼオライトとの複合材料の製造
テトラブチルチタネート(6mL)を、エタノール(46mL)に溶解し、25〜40℃で30分間攪拌して、溶液Aを調製した。また、硝酸銀(0.1418g)及びリン酸銀(0.1165g)を1mol/lの硝酸(11ml)に溶解し、溶液Bを調製した。溶液A、溶液B及び合成ゼオライト(A−3、粉末、75μm)を混合し、25〜40℃で約19時間攪拌した。なお合成ゼオライトは、0.0736g(生成する光触媒粒子に対して5重量%)、0.1556g(生成する光触媒粒子に対して10重量%)又は0.4667g(生成する光触媒粒子に対して25重量%)使用された。その後、得られた混合物をソルボサーマル反応容器(製品名:水熱反応器;Shanghai Yikai Instrument Equipment Co., Ltd.製)に移し、オーブン中120℃にて、3時間加熱した。ソルボサーマル反応中の反応容器内の圧力は0.31〜0.90MPaであった。熱処理は、容器内の反応液を攪拌せずに行われた。熱処理後、上澄みを除去し、コロイド状の物質を得た。当該コロイド状物質を50mlの遠心管に移し、適量の70%エタノールを加え、8900/分で5分間遠心分離を行った後に上澄みを除去した。この操作を3回繰り返した。その後、60℃で12時間乾燥して固形物を得た。当該固形物を粉砕し、光触媒粒子に対してゼオライトを5重量%、10重量%、又は25重量%含む複合材料を製造した。Example 13
Production of Composite Material of Photocatalyst Particles and Zeolite Tetrabutyl titanate (6 mL) was dissolved in ethanol (46 mL) and stirred at 25 to 40 ° C. for 30 minutes to prepare solution A. Further, a solution B was prepared by dissolving silver nitrate (0.1418 g) and silver phosphate (0.1165 g) in 1 mol / l nitric acid (11 ml). The solution A, the solution B and the synthetic zeolite (A-3, powder, 75 μm) were mixed and stirred at 25 to 40 ° C. for about 19 hours. The synthetic zeolite was 0.0736 g (5% by weight based on the generated photocatalyst particles), 0.1556 g (10% by weight based on the generated photocatalyst particles), or 0.4667 g (25% based on the generated photocatalyst particles). %) Used. Thereafter, the obtained mixture was transferred to a solvothermal reaction vessel (product name: hydrothermal reactor; manufactured by Shanghai Yikai Instrument Equipment Co., Ltd.) and heated in an oven at 120 ° C for 3 hours. The pressure in the reaction vessel during the solvothermal reaction was 0.31 to 0.90 MPa. The heat treatment was performed without stirring the reaction solution in the container. After the heat treatment, the supernatant was removed to obtain a colloidal substance. The colloidal substance was transferred to a 50 ml centrifuge tube, an appropriate amount of 70% ethanol was added, and the mixture was centrifuged at 8900 / min for 5 minutes, and the supernatant was removed. This operation was repeated three times. Thereafter, the solid was dried at 60 ° C. for 12 hours to obtain a solid. The solid was pulverized to produce a composite material containing 5%, 10%, or 25% by weight of zeolite based on the photocatalyst particles.
実施例14
気相中でのアセトアルデヒドの分解評価
図27に示す装置を用いて、実施例13で製造された光触媒粒子とゼオライトとの複合材料(光触媒粒子に対して10重量%のゼオライトを担持)を用いて試験した。光源として可視光ランプを使用した。
光触媒の分散液(0.4g/超純水1mL)をガラス板(50mm x 100ml)上に展開させ、60℃で乾燥した。得られたガラス板を装置に配置し、アセトアルデヒド(初期濃度1.5ppm)を1.0L/minの流量で、相対湿度50%にて装置内に注入した。反応条件は暗条件で60分、光照射条件(可視光放射照度40W/m2)で180分とした。生成したCO2濃度をガスクロマトグラフィーによって測定した。結果を図28及び29に示す。図28は試料7を使用した場合の結果であり、図29は実施例13で製造された光触媒粒子とゼオライトとの複合材料(触媒粒子に対して10重量%のゼオライトを担持)を用いた場合の結果である。アセトアルデヒドが分解されて生成したCO2の量は、複合材料を用いた場合の方が多かった。Example 14
Evaluation of Decomposition of Acetaldehyde in Gas Phase Using the apparatus shown in FIG. 27, using the composite material of photocatalyst particles and zeolite produced in Example 13 (supporting 10% by weight of zeolite with respect to the photocatalyst particles). Tested. A visible light lamp was used as a light source.
A photocatalyst dispersion liquid (0.4 g / ultrapure water 1 mL) was spread on a glass plate (50 mm × 100 ml) and dried at 60 ° C. The obtained glass plate was placed in an apparatus, and acetaldehyde (initial concentration: 1.5 ppm) was injected into the apparatus at a flow rate of 1.0 L / min at a relative humidity of 50%. The reaction conditions were dark for 60 minutes and light irradiation conditions (visible light irradiance 40 W / m 2 ) for 180 minutes. The produced CO 2 concentration was measured by gas chromatography. The results are shown in FIGS. FIG. 28 shows the results when Sample 7 was used, and FIG. 29 shows the results when the composite material of photocatalyst particles and zeolite produced in Example 13 (supporting 10% by weight of zeolite with respect to the catalyst particles) was used. Is the result of The amount of CO 2 generated by the decomposition of acetaldehyde was larger when the composite material was used.
本発明の光触媒粒子は、可視光によって優れた酸化還元作用を示す。当該光触媒粒子は、水分解による水素生産に好適に利用することができる。また、当該光触媒粒子を適用することで、材料及び製品に殺菌効果を付与することができる。 The photocatalyst particles of the present invention exhibit an excellent redox action by visible light. The photocatalyst particles can be suitably used for hydrogen production by water splitting. Further, by applying the photocatalyst particles, a sterilizing effect can be imparted to materials and products.
Claims (15)
比表面積が150〜400m2/gである、
光触媒粒子。 Photocatalytic particles comprising titanium dioxide , silver, silver oxide and silver phosphate,
A specific surface area of 150 to 400 m 2 / g,
Photocatalytic particles.
光触媒粒子中の全元素に対する酸素の比率が60mol%〜80mol%であり、
光触媒粒子中の全元素に対する銀の比率が0.2mol%〜0.9mol%であり、
光触媒粒子中の全元素に対するリンの比率が0.2mol%〜0.6mol%であり、
チタン、酸素、銀及びリンの合計量が100mol%である、請求項1に記載の光触媒粒子。 The ratio of titanium to all elements in the photocatalyst particles is 20 mol% to 30 mol%,
The ratio of oxygen to all elements in the photocatalyst particles is 60 mol% to 80 mol%,
The ratio of silver to all elements in the photocatalyst particles is 0.2 mol% to 0.9 mol%,
The ratio of phosphorus to all elements in the photocatalyst particles is 0.2 mol% to 0.6 mol%,
The photocatalyst particles according to claim 1, wherein the total amount of titanium, oxygen, silver, and phosphorus is 100 mol%.
光触媒粒子中の全元素に対するチタンの比率が20mol%〜30mol%であり、
光触媒粒子中の全元素に対する酸素の比率が60mol%〜80mol%であり、
光触媒粒子中の全元素に対する銀の比率が0.2mol%〜0.9mol%であり、
光触媒粒子中の全元素に対するリンの比率が0.2mol%〜0.6mol%であり、 チタン、酸素、銀及びリンの合計量が100mol%である、
光触媒粒子。 Photocatalytic particles comprising titanium dioxide , silver, silver oxide and silver phosphate,
The ratio of titanium to all elements in the photocatalyst particles is 20 mol% to 30 mol%,
The ratio of oxygen to all elements in the photocatalyst particles is 60 mol% to 80 mol%,
The ratio of silver to all elements in the photocatalyst particles is 0.2 mol% to 0.9 mol%,
The ratio of phosphorus to all elements in the photocatalyst particles is 0.2 mol% to 0.6 mol%, and the total amount of titanium, oxygen, silver and phosphorus is 100 mol%.
Photocatalytic particles.
結晶サイズが2.0〜4.0nmである、
光触媒粒子。 Photocatalytic particles comprising titanium dioxide , silver, silver oxide and silver phosphate,
The crystal size is 2.0 to 4.0 nm;
Photocatalytic particles.
(1)Ti(OR)4(ここで、R=CnH2n+1であり、n=2〜8である)で表されるアルキルチタネート、硝酸銀、リン酸銀及び硝酸を溶媒中で混合してゾル−ゲル溶液を調製する工程;及び
(2)前記工程(1)で調製したゾル−ゲル溶液に対してソルボサーマル反応を行う工程。 The method for producing photocatalyst particles according to any one of claims 1 to 8, comprising the following steps:
(1) An alkyl titanate represented by Ti (OR) 4 (where R = C n H 2n + 1 and n = 2 to 8), silver nitrate, silver phosphate and nitric acid are mixed in a solvent And (2) performing a solvothermal reaction on the sol-gel solution prepared in the step (1).
ここで、前記光触媒粒子は担体に担持されている、請求項13に記載の材料。 Further comprising a carrier,
The material according to claim 13, wherein the photocatalyst particles are supported on a carrier.
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