JPH11179212A

JPH11179212A - 光触媒複合粉末

Info

Publication number: JPH11179212A
Application number: JP9366334A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Harakawa; 義夫原川; Taizo Kawamura; 退三河村
Original assignee: Teikoku Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Teikoku Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 1999-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】容易に効率よく回収することができ、排水処
理への応用を可能とする光触媒複合粉末を提供する。【解決手段】フェライト、結晶金属、又はアモルファ
ス合金などのような磁気特性に優れた軟磁性粉末表面
に、ゲルゾル法やスパッタリング法などの方法により、
アナターゼ型のチタニア又は酸化亜鉛といった光触媒を
固定化する。このようにして得られた光触媒複合粉末で
あれば、水中からの光触媒の回収を容易にする他、光触
媒の再使用において扱いやすいものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟磁性粉末に固定
化した光触媒に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、チタニアや酸化亜鉛などの金
属酸化物が光触媒として、種々の物理化学現象を起すこ
とが知られていおり、最近の基礎研究の進展とともに、
多方面での応用研究も盛んである。

【０００３】その１つとして、排水処理への応用があ
る。この方面での、これまでの研究の大部分は、チタニ
アや酸化亜鉛の粉末状の光触媒を排水中に懸濁させて行
われている。実用を目的とした場合には、装置を連続運
転して触媒の回収と再使用を自動的に行うことが望まし
い。

【０００４】しかし、市販のアナターゼ型のチタニア
は、通常直径が１μｍ以下で回収が容易でないといった
問題があった。このため、触媒を固定化する工夫が行わ
れている。固定化には、ガラス面に微粒子二酸化チタン
を吸着させる（R.W.Mathews, Wat.Res.,20，569 （198
6））、高分子層中に埋め込む（久永輝明等，水処理技
術，29，483 （1988））、ガラスファイバーやガラス繊
維およびセラミックスペーパーの繊維上に沈殿を生成さ
せるなどの方法が行われている。

【０００５】しかし、固定化すると表面積が小さくなる
ので、一般に粉末状に比べて触媒効率が低下するといっ
た問題があった。このように、排水処理への応用の実用
化における現在での問題点は触媒の回収である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、
容易に効率よく回収することができ、排水処理への応用
を可能とする光触媒複合粉末を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、アナターゼ型のチタニア又は酸化亜鉛
が、軟磁性粉末表面にコーティングされていることを特
徴とする光触媒複合粉末を提供するものである。

【０００８】本発明によれば、光触媒であるアナターゼ
型のチタニア又は酸化亜鉛を、軟磁性粉末にコーティン
グして固定化を行っているため、排水中に懸濁させて
も、硬磁石、電磁石などの磁石により容易に効率よく回
収ができる。また、コーティングの基材が軟磁性材料か
らなるため、光触媒複合粉末を回収後、基材に残留磁気
がほとんど残らないので、光触媒複合粉末を再使用する
際に扱いやすい。

【０００９】本発明において、前記軟磁性粉末が、フェ
ライト、結晶金属、又はアモルファス合金から選ばれた
少なくとも１種であることが好ましい。これらの材料は
軟磁性に優れているため、光触媒をコーティングする基
材として使用することにより、光触媒複合粉末を回収
後、光触媒複合粉末を再使用する際の扱いがより容易に
なる。

【００１０】また、前記軟磁性粉末の磁気特性が、飽和
磁気３０００ガウス以上で、保磁力１０エルステッド以
下であることが好ましい。軟磁性粉末の磁気特性が、こ
れらの範囲であれば、光触媒複合粉末を回収後、軟磁性
粉末に残留磁気が残らないので、粉末どうしが互いに吸
着して玉になることもないため、光触媒複合粉末の再使
用がより容易になる。

【００１１】更に、前記軟磁性粉末が、扁平状であるこ
とが好ましい。軟磁性粉末が、扁平状をしていることに
より、光照射面積が大きいため触媒効率が向上する。

【００１２】更にまた、前記磁性粉末表面にコーティン
グされた、前記アナターゼ型のチタニア又は前記酸化亜
鉛の膜の厚さが０．０１〜２μｍであることが好まし
い。膜の厚さがこの範囲であれば、アナターゼ型のチタ
ニア又は酸化亜鉛が光触媒として、効果的に作用する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について具体的態様
を挙げて更に詳細に説明する。本発明において、アナタ
ーゼ型のチタニア又は酸化亜鉛などをコーティングする
基材としては、軟磁性材料であれば特に限定されること
はないが、好ましくはフェライト、結晶金属、又はアモ
ルファス合金から選ばれた少なくとも１種が使用され
る。

【００１４】上記フェライトとしては、一般的に知られ
ているＦｅ₂ Ｏ₃ −ＮｉＯ−ＺｎＯ、Ｆｅ₂ Ｏ₃ −Ｍｎ
Ｏ−ＺｎＯなどの複合化合物が使用できる。また、特性
改善のために、上記複合化合物中に少量のＢｉＯ₂ 、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ などを添加してもよい。

【００１５】また、上記結晶金属としては、軟磁性材料
であれば特に限定されることはなく、例えば純鉄（不純
物が０．５％以下）、ケイ素鋼（Ｓｉが０．４〜５％で
残部Ｆｅ）、センダスト（Ｓｉが９．５％、Ａｌが５％
で残部Ｆｅ、又はＳｉが６．２５％、Ａｌが５．４％、
Ｎｉが１％で残部Ｆｅ）、ハイパーマル（Ａｌが１２％
で残部Ｆｅ）、パーマロイ（Ｎｉが７８．５％で残部Ｆ
ｅ、Ｎｉが４５％で残部Ｆｅ、又はＮｉが４７％でＭｏ
が３％で残部Ｆｅ）などが使用できる。ただし、上記カ
ッコ内は合金組成を示し、％は重量％を表す。

【００１６】更に、上記アモルファス合金は、一般式Ａ
ａＭｂＸｃ又はＡａＭｂで示される非晶質組織を有する
合金で、ＡはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選ばれた少なくとも
１種からなり、ＭはＳｉ、Ｂ、Ｐ、Ｃから選ばれた少な
くとも１種からなり、ＸはＣｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂから
選ばれた少なくとも１種からなり、また一部不可避不純
物からなる。更にａ、ｂ、ｃは原子％で、６０≦ａ≦８
０、１５≦ｂ≦３０、０＜ｃ≦５である。

【００１７】本発明において、上記軟磁性粉末材料の磁
気特性は、飽和磁気３０００ガウス以上で、保磁力１０
エルステッド以下であることが好ましい。飽和磁気が３
０００ガウス未満だと、十分な回収が行えず、また保磁
力が１０エルステッドを超えると、回収後も磁気が残る
ので、光触媒複合粉末が玉になり、再使用がしにくくな
るため好ましくない。

【００１８】また、上記軟磁性粉末の形状としては、塊
状でも球状でも、特に限定された形状といったものはな
いが、この粉末にコーティングする光触媒の触媒効率の
点で、扁平状をした粉末であれば、光照射面積が大きい
ため触媒効率がよいので好ましい。なお、扁平状粉末の
大きさとしては、短径２５〜２０００μｍ、長径／短径
の比１〜２が好ましい。

【００１９】ここで、軟磁性粉末の表面にチタニアをコ
ーティングした場合の、重量当りのコーティングされた
表面積を、球状粉末（半径５μｍ）と扁平状粉末（厚さ
２μｍで、球状粉末と同一体積）とで比較した一測定例
を示すと、球状粉末は３１４μｍ² で、扁平状粉末は５
３２μｍ² となり、扁平状粉末の方が、球状粉末に比べ
同一体積における重量当りのコーティング面積、すなわ
ち光照射面積が大きい。この結果からもわかるように、
扁平状の方が触媒効率がよく、軟磁性粉末の形状として
は扁平状をしていることが好ましい。

【００２０】更に、磁性粉末表面にコーティングされ
た、上記アナターゼ型のチタニア又は上記酸化亜鉛の膜
の厚さは、０．０１〜２μｍが好ましく、０．０５〜１
μｍがより好ましい。膜の厚さが０．０１μｍ未満だ
と、粉末の周囲に完全にコーティングされないため、触
媒としての効果が乏しくなり、また、膜の厚さが２μｍ
を超えると、表面にクラックが生じやすくなり、せっか
くの被覆の効果が弱まるため好ましくない。

【００２１】本発明の光触媒複合粉末は、軟磁性粉末の
表面に光触媒をコーティングすることにより製造され
る。そこで、まず軟磁性粉末の製造方法について、上記
した好ましい３つの軟磁性材料であるフェライト、結晶
金属、又はアモルファス合金を例に説明する。

【００２２】フェライトの場合は、例えばＦｅ₂ Ｏ₃ 、
ＺｎＯ、ＭｇＯを所定の配合比で秤量し、湿式混合す
る。その後、９００℃の温度下で３時間仮焼する。この
仮焼体を鋼鉄型ボールミルにより粉砕した後、所定の粒
度として使用するため篩分級してフェライトの粉末を得
ることができる。

【００２３】また、結晶金属やアモルファス合金の場合
は、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法などが採用でき
るが、好ましくはガスアトマイズ法である。具体的に
は、上記した結晶金属やアモルファス合金を用意し、所
定量秤量する。それを溶解炉に投入して、１６００℃の
温度下で溶解し、溶解した状態を維持しつつ、溶解炉に
下部に設けた流下ノズルから溶湯を出し、その溶けた金
属の流れにガスを吹き付けて、溶けた金属を細かく粉砕
しサイクロンに回収する。その後、所定の粒度に分級し
て結晶金属の粉末を得ることができる。

【００２４】このようにして得られた軟磁性粉末は、略
球形をしている。しかし、上記したように軟磁性粉末の
好ましい形状としては扁平状である。そこで、扁平状の
軟磁性粉末を製造する方法を次に説明する。

【００２５】上記のようにして製造された軟磁性粉末
を、所定量秤量した後、この所定量の軟磁性粉末、硬
球、ミネラルスピリッツ、及びステアリン酸を所定の割
合で、ボールミルに入れ、粉砕して扁平状の軟磁性粉末
を得ることができる。

【００２６】なお、アモルファス合金においては、特開
平１−２８７２０９に示される方法を採用することがで
きる。すなわち、アモルファス合金の溶湯にガスを、所
定の圧力で噴霧して溶湯の液滴を形成し、この液滴を所
定の回転数で回転する傘型又はホーン型の回転冷却体の
衝突させることによって扁平状のアモルファス合金粉末
を得ることができる。

【００２７】以上のようにして製造した略球状又は扁平
状の軟磁性粉末に、アナターゼ型のチタニア又は酸化亜
鉛をコーティングする方法としては、ゾルゲル法やスパ
ッタリング法などが挙げられる。そこで、これらの方法
によるコーティング方法を以下に具体的に説明する。

【００２８】ゾルゲル法：アナターゼ型のチタニアの
コーティング方法は、例えば軟磁性粉末５ｇをｎ−ブタ
ノール５００ｇに懸濁し撹拌した後、テトラ−ｎ−ブチ
ルチタネート１２．７５ｇを添加して、更に撹拌する。
この混合液に、予め水６．７ｇで希釈しておいたｎ−ブ
タノール水溶液１２６．７ｇを添加した後、濾過により
ｎ−ブタノール水溶液を除去して得られた粉末を乾燥す
る。その後、２５０℃の温度下で、１時間熱処理を行
い、酸化チタンコートした複合磁性粉末が得られる。

【００２９】酸化亜鉛のコーティング方法は、例えば軟
磁性粉末５ｇをｎ−ブタノール５００ｇに懸濁し撹拌し
た後、亜鉛アセチルアセトナート１２．７５ｇを添加し
て、更に撹拌する。以下、上記したアナターゼ型のチタ
ニアの場合の方法と同様にして、酸化亜鉛コートした複
合磁性粉末が得られる。

【００３０】スパッタリング法：蒸着源として、例え
ばＴｉ金属（純度99.9wt％以上）を用い、電子ビーム加
熱により加熱する。次いで、スパッタリング装置におけ
る真空容器内を２×１０^-5Torr以下まで真空引きした
後、酸素ガスを１．５×１０^-4Torrの酸素圧に達するま
で導入する。その後、加熱蒸発しながら、例えばＣｏ₆₅
Ｆｅ₅Sｉ₁₀Ｂ₁₅Ｃｒ₅の組成を有する合金粉末を網状の
ドラムに入れ、蒸発源の上にて粉末を流動させる。所定
時間経過後、加熱蒸発を止めて真空を解除することによ
り、酸化チタンコートした複合磁性粉末が得られる。

【００３１】このように、酸化チタンコート又は酸化亜
鉛コートした光触媒複合粉末を、排水などから採取した
汚水や、金魚などの水槽中に投入し、紫外線による光照
射を行う。この際、触媒効率を上げるために通常、撹拌
をする。所定時間経過後、撹拌を止め、磁石により光触
媒複合粉末を回収する。その結果は、透明感のあるきれ
いな水を得ることができる。

【００３２】一方、本発明の光触媒複合粉末の別の使用
方法として、図２に示すような方法を採用することもで
きる。これは、板状磁石１の表面をプラスチックカバー
２で被覆して、このプラスチックカバー２の表面に、本
発明の光触媒複合粉末３を着磁させたものであり、光触
媒複合粉末回収は、板状磁石１を水中から取り出すだけ
で行うことができため、回収による手間を軽減すること
ができる。

【００３３】

【実施例】

実施例１軟磁性粉末として、Ｆｅ₆₉Ｃｒ₈ Ｐ₁₀Ｃ₁₃ の組成を有
する合金の扁平状粉末（厚さ１〜３μｍ、短径20〜500
μｍ、長径20〜1500μｍ）25ｇを、ゾルゲル法によりテ
トラｎ−ブチルチタネート12.75 ｇでコーティングし
て、酸化チタンコートした光触媒複合粉末を得た。図１
には、この粉末の１００倍の走査型電子顕微鏡写真が示
されている。この粉末を、採取した汚水中に投入し、撹
拌しながら紫外線を照射したところ約１時間後に浄化さ
れ透明になった。

【００３４】そこで、触媒作用を終えた酸化チタンコー
トした光触媒複合粉末を、ナイロンの袋に入れた磁石に
吸着させて回収したところ、水中に粉末が残留せずに回
収できた。

【００３５】実施例２フェライト粉末（粒径５〜100 μｍ）１５ｇを、ゾルゲ
ル法によりアナターゼ型のチタニアを０．５μｍの厚さ
にコーティングして、酸化チタンコートした光触媒複合
粉末を得た。この粉末を、採取した汚水中に投入し、撹
拌しながら紫外線を照射したところ約１時間後に浄化さ
れ透明になった。そこで、触媒作用を終えた酸化チタン
コートした光触媒複合粉末を、防水加工した電磁石に吸
着させて回収したところ、全て回収できた。

【００３６】実施例３センダスト粉末（粒径32〜100 μｍ）２５ｇを，ゾルゲ
ル法によりアナターゼ型のチタニア０．５μｍの厚さに
コーティングして、酸化チタンコートした光触媒複合粉
末を得た。この粉末を、採取した汚水中に投入し、撹拌
しながら紫外線を照射したところ約１時間後に浄化され
透明になった。そこで、触媒作用を終えた酸化チタンコ
ートした光触媒複合粉末を、プラスチックで被覆した磁
石に吸着させて回収したところ、全て回収した。

【００３７】実施例４Ｃｏ₆₅Ｆｅ₅ Ｓｉ₁₀Ｂ₁₅Ｃｒ₅ の組成を有する合金の扁
平状粉末（厚さ１〜３μｍ、短径20〜500 μｍ、長径／
短径１〜２）２５ｇを、スパッタリング法により酸化亜
鉛０．５μｍの厚さにコーティングして、酸化亜鉛コー
トした光触媒複合粉末を得た。この粉末を、採取した汚
水中に投入し、撹拌しながら紫外線を照射したところ約
１時間後に浄化され透明になった。そこで、触媒作用を
終えた酸化亜鉛コートした光触媒複合粉末を、電磁石に
より回収した。

【００３８】比較例１チタニア粉末を、採取した汚水中に添加し、撹拌しなが
ら紫外線を照射したところ約１時間後に浄化され透明に
なった。そこで、触媒作用を終えたチタニア粉末を、目
の細かい網ですくって回収したところ、かなりのチタニ
ア粉末残留物があった。

【００３９】比較例２シリカに担持したチタニア粉末を採取した汚水中に投入
し、撹拌しながら紫外線を照射したところ約１時間後に
浄化され透明になった。そこで、触媒作用を終えたチタ
ニア粉末を、目の細かい網ですくって行ったところ、効
率よく回収できなかった。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光触媒を軟磁性粉末にコーティングして固定化したた
め、水中に懸濁させても、硬磁石や電磁石などの磁石に
より、容易に効率よく回収ができる。また、コーティン
グの基材が軟磁性材料からなるため、回収した後に残留
磁気が残らないので、再使用の際に扱いやすい。

【００４１】このため、光触媒の回収と再使用を再現性
よく、自動化して行うことが期待できる。そして、大規
模な排水処理から家庭用の金魚の水槽浄化まで、光触媒
の応用範囲を拡げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による酸化チタンコートした
光触媒複合粉末の１００倍の走査型電子顕微鏡写真であ
る。

【図２】本発明の光触媒複合粉末の、他の使用方法を示
す断面図。

【符号の説明】１板状磁石２プラスチックカバー３光触媒複合粉末

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アナターゼ型のチタニア又は酸化亜鉛
が、軟磁性粉末表面にコーティングされていることを特
徴とする光触媒複合粉末。
【請求項２】前記軟磁性粉末が、フェライト、結晶金
属、又はアモルファス合金から選ばれた少なくとも１種
からなる請求項１記載の光触媒複合粉末。
【請求項３】前記軟磁性粉末の磁気特性が、飽和磁気
３０００ガウス以上で、保磁力１０エルステッド以下で
ある請求項１又は２記載の光触媒複合粉末。
【請求項４】前記軟磁性粉末が、扁平状である請求項
１〜３のいずれか１つに記載の光触媒複合粉末。
【請求項５】前記磁性粉末表面にコーティングされ
た、前記アナターゼ型のチタニア又は前記酸化亜鉛の膜
の厚さが０．０１〜２μｍである請求項１〜５のいずれ
か１つに記載の光触媒複合粉末。