(57)【要約】【課題】従来の光触媒は、自身が有する光触媒作用のため、保持基材から光触媒が脱落したり、汚染物質が光触媒表面に存在しないと効果が十分発揮できないという問題を持っていた。    【解決手段】新規光触媒として光触媒効果が著しく大きな八チタン酸カリウムを提供する。八チタン酸カリウムは、現在多く用いられている酸化チタン触媒より、大きな光触媒効果を有する。また、合成時に存在する表面のカリウムイオンを酸などで洗浄除去することにより、さらに大きな光触媒効果の八チタン酸カリウムを得ることができる。この光触媒は繊維形状を有することができるため、保持基材との固定が容易であり、実効表面積が粒子に比べ大きいため有効に光触媒効果を発揮できる特徴を有する。また、繊維形状の特性を利用し、紙状などに加工が可能である。このため工業上、広い分野での利用が可能である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
八チタン酸カリウム構造を有し、ＴｉＯ２／Ｋ２Ｏのモル比が６〜１０からなることを特
徴とするチタン酸カリウム光触媒。
【請求項２】
八チタン酸カリウム構造を有し、ＴｉＯ２／Ｋ２Ｏのモル比が６〜１０でかつアスペクト
比が１０以上である繊維形状を特徴とするチタン酸カリウム光触媒。
【請求項３】
請求項１、請求項２の八チタン酸カリウム構造を有するチタン酸カリウム光触媒の表面
に存在するカリウムイオンを溶媒中で洗浄除去することで光触媒活性を高めたチタン酸カ
リウム光触媒およびその製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は八チタン酸カリウムからなる光触媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光触媒として屈折率が高いこと、バンドギャップが比較的大きいこと、安定であ
ることより、酸化チタンが注目されてきた。
一方、チタン酸カリウムは、その優れた耐摩耗性や耐熱性により、構造複合材料などと
して、多く用いられており、光触媒としての使用は少ない。これは酸化チタンに比べ、光
触媒活性が小さいためである。このため、チタン酸カリウムは光触媒としてではなく、酸
化チタン触媒作製過程における前駆体として用いられることが多い。
【０００３】
例えば特許第３３５６４３７号（特許文献１）では四チタン酸カリウム繊維を酸処理し、
カリウムイオンを溶出することにより、まず二酸化チタン水和物繊維を作製し、次にこの
二酸化チタン水和物繊維を２００℃で乾燥後、５５０℃で焼成することにより、四チタン
酸カリウム繊維と同じ単斜晶系の二酸化チタン光触媒を得ている。
また、特許第３２４９７７６号（特許文献２）では四チタン酸カリウムを酸処理により
水和物を得、その後アミンと反応させ、層間を拡張させた後、多核水酸化アルミニウムイ
オンを反応させ、焼成することにより、光触媒である層状酸化チタンの酸化アルミニウム
架橋体を得ている。
チタン酸カリウムの光触媒としては特許第３４８２４６１（特許文献３）において六チ
タン酸カリウムについて述べているが、八チタン酸カリウムについての報告はない。
【特許文献１】特許第３３５６４３７号
【特許文献２】特許第３２４９７７６号
【特許文献３】特許第３４８２４６１号
【特許文献４】特許第３００２１８６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在多く用いられている酸化チタン光触媒は、強力な酸化作用のため、光触媒を固定し
ている保持基材から脱落してしまったり、汚染物質が光触媒表面に存在しないと、効果を
発揮しないため、表面積を大きくする必要があるなどの問題があった。
本発明はこれらの課題を解決するため、八チタン酸カリウムの有する繊維形状および繊
維長方向にトンネル構造を持つ結晶構造に注目し、触媒活性が高い新規な光触媒を提供す
ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は光触媒活性が著しく高い八チタン酸カリウムを新規光触媒として提供する。ま
た、保持基材から光触媒が脱落することの防止および保持基材を必要としないための手段
として、繊維状で光触媒活性が著しく高い繊維状八チタン酸カリウムを新規光触媒として
提供する。
さらに八チタン酸カリウムの光触媒活性をより高めるため、粒子および繊維表面の過剰
なカリウムイオンを洗浄除去することを提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の第一は、従来の光触媒より優れた触媒活性を有する八チタン酸カリウムに関す
る。第二は従来の光触媒より優れた触媒活性を有する繊維状八チタン酸カリウムに関する。
第三は粒子状および繊維状八チタン酸カリウムを酸処理などにより、表面のカリウムイオ
ンが除去された八チタン酸カリウムがより優れた触媒活性を有することに関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の八チタン酸カリウムはトンネル構造を有し、ＴｉＯ２／Ｋ２Ｏのモル比が６〜１
０であるが７〜８．５であることが好ましい。また繊維状八チタン酸カリウムは繊維軸方
向にトンネル構造を有し、アスペクト比１０以上であるが、ＴｉＯ２／Ｋ２Ｏのモル比が
７〜８．５、繊維長５〜２０μｍ、アスペクト比２〜２０であることが好ましい。
【０００８】
八チタン酸カリウムは合成により粒子および繊維表面に余分なカリウムイオンが存在す
る。このカリウムイオンのため、本来有している光触媒能が低下する。すなわち、余分な
カリウムイオンを除去する必要がある。この方法としては酸を用い洗浄除去させるが、酸
の種類は問わない。酸濃度はチタン酸カリウム結晶構造中のカリウムイオンではなく、粉
体および繊維表面のカリウムイオンを洗浄除去させるため、低濃度の方が制御し易い。
【０００９】
以下に実施例を示し、本発明の内容をより詳細に説明するが、これら実施例はあくまで
も例示であり、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。
【実施例１】
【００１０】
実施例１で使用した繊維状八チタン酸カリウム（以下、Ｋ８Ｔと表記）は以下の方法で
合成した。無水炭酸カリウムと二酸化チタンをモル比１対３で混合した後、混合物に２５
ｗｔ％の水を加え、ペーストになるまで混合した。このペーストを６０℃で４８時間乾燥
させた後、１０００℃で焼成した。この焼成物は発泡体であり、イオン交換水中に漬ける
ことで分散し、四チタン酸カリウム水和物を得ることができる。次にこの四チタン酸カリ
ウム水和物を六規定の塩酸に漬けカリウムイオンを溶出させた後、イオン交換水で洗浄、
乾燥の後、９００℃で焼成し、繊維状八チタン酸カリウムを得た。得られた繊維状八チタ
ン酸カリウムの走査型電子顕微鏡写真を図１に、粉末Ｘ線回折パターンを図２に示す。
実施例１で使用した繊維状六チタン酸カリウム（以下、Ｋ６Ｔと表記）はＪＦＥミネラ
ル（株）製を用いた。Ｋ８Ｔの平均繊維長は２０μｍ、アスペクト比２０である。比較し
た酸化チタン光触媒（商品名「ＳＴ−０１」石原産業製）は平均粒径７ｎｍである。
この３種類の試料をアクリル製バイアルびんに０．１ｇ秤量し、メチレンブルー溶液２
０ｍＬ（濃度０．２ミリモル／Ｌ）を加え、暗室中で振とう機により２時間振とう処理し、
色素を十分吸着させた。処理した試料を０．１ミリモル／Ｌのメチレンブルー溶液に入れ
替え、これに紫外線ランプ（１５Ｗ、波長３５２ｎｍ）を用い紫外線を照射し、メチレン
ブルー溶液の濃度変化を図３に示す。
図３より繊維状六チタン酸カリウムはほとんど光触媒効果が認められない。これに対し
繊維状八チタン酸カリウムは大きな光触媒効果が認められ、市販品で光触媒効果が優れて
いるとされている酸化チタン（ＳＴ−０１）を超える光触媒効果が認められた。
【実施例２】
【００１１】
試料として実施例１と同様の方法で得たＫ８Ｔ（平均繊維長は２０μｍ、アスペクト比
２０）とこのＫ８Ｔをメノウ乳鉢で粉砕して得た短繊維八チタン酸カリウム（平均繊維長
１μｍ、アスペクト比１．４。以下、Ｋ８Ｔ−Ｓと表記）を重量比７対３の割合で混合し
試料（以下、７／３−Ｋ８Ｔと表記）とした。このこれとＫ８Ｔ、Ｋ６Ｔ、ＳＴ−０１、
Ｋ８Ｔ−Ｓの５種類を試料とした。図４に７／３−Ｋ８Ｔの走査型電子顕微鏡写真を示す。
これら５種類の試料を実施例１と同様にアクリル製バイアルびんに０．１ｇ秤量し、メ
チレンブル−溶液２０ｍｌ（濃度０．２ミリモル／Ｌ）を加え、暗室中で振とう機により
２時間ごと振とう処理し、色素を十分吸着させた。吸着後、暗室に放置しメチレンブルー
溶液の濃度変化を測定した。図５に濃度変化、表１に平衡吸着率を示す。
平衡吸着率は下記数式１により求めた。
【００１２】
【数１】
2010029799.tif 000003
【００１３】
【表１】
2010029799.tif 000004
図５および表１よりＫ６Ｔ、ＳＴ−０１には吸着能がほとんどないのに対し、Ｋ８Ｔは
大きな吸着能を有した。Ｋ８Ｔの吸着容量は０．７ミリモル／Ｌ・ｇ、Ｋ８Ｔ−Ｓは１．
４ミリモル／Ｌ・ｇであった。
この結果より紫外線照射前に十分色素を吸着し、吸着平衡に達しているにもかかわらず、
図３の結果のように繊維状八チタン酸カリウムは紫外線照射により、さらに色素を吸着さ
せることができる。すなわち繊維状八チタン酸カリウムには、光により色素を吸着すると
いう、他の触媒にない能力が存在する。この能力は八チタン酸カリウムが本来有する分解
能と相まって、触媒効果の高い光触媒体を提供している。以下、この吸着を光色素吸着と
呼ぶ。
【実施例３】
【００１４】
紫外線照射によるＫ８Ｔの吸着容量を求めた。アクリル製バイアルびんに実施例１と同
様の方法で得たＫ８Ｔ（平均繊維長は２０μｍ、アスペクト比２０）を０．１ｇ秤量し、
メチレンブルー溶液２０ｍＬ（濃度０．１ミリモル／Ｌ）を加え、暗室内で実例１と同じ
条件で紫外線を照射させながら振とう機により２，３，４時間振とう処理した。その後、
紫外線照射を止め、振とうのみを続け、メチレンブルーの脱着を調べた。処理後のメチレ
ンブルー濃度変化を図６に示す。
図６よりＫ８Ｔは４時間照射でほとんど脱着がみとめられなくなり、光色素吸着の飽和
状態となる。このときの光色素吸着量は０．６ミリモル／Ｌ・ｇである。すなわち、この
結果と実施例２により、Ｋ８Ｔの吸着量の和１．３ミリモル／Ｌ・ｇが吸着量となる。こ
の大きな吸着量が酸化チタンＳＴ−０１を超える光触媒効果を示す。
【実施例４】
【００１５】
合成時にＫ８Ｔ表面に吸着したカリウムイオンを純水および酸で溶出除去し、Ｋ８Ｔの
メチレンブルー分解能を求めた。溶出除去方法は実施例１に示した方法で得たＫ８Ｔ（平
均繊維長は２０μｍ、アスペクト比２０）１０ｇをビーカーにて１Ｌの純水および０．０
１、０．１、１．０ｍｏｌ／Ｌの薄い硫酸溶液中で攪拌しながら２０分間処理した。この
Ｋ８Ｔを純水洗浄後、８０℃で乾燥し分解能を求める試料とした。
アクリル製バイアルびんに処理したＫ８Ｔを０．１ｇ秤量し、メチレンブルー溶液２０
ｍＬ（濃度０．１ミリモル／Ｌ）に加え、実施例１と同様、暗室内で紫外線ランプ（１５
Ｗ、波長３５２ｎｍ）を用い、紫外線を１２時間照射・振とうし、メチレンブルー溶液濃
度を測定し、色素分解量を求めた。
表２に希硫酸洗浄処理したＫ８Ｔのメチレンブルー分解量を示す。合成時に繊維表面の
カリウムイオンを洗浄溶出することにより、未洗浄のＫ８Ｔに比べ２０％程度、分解量が
増加した。
【００１６】
【表２】
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【００１７】
以上の実施例１から実施例４より、繊維状八チタン酸カリウムは繊維状六チタン酸カリ
ウムや酸化チタンより著しく高い光触媒活性を有することことを特徴とする新規の光触媒
であることがわかる。
【実施例５】
【００１８】
Ｋ８Ｔの繊維形状を利用して３種類の紙状の物を作製し、光触媒効果を調べた。使用し
たＫ８Ｔは実施例１と同様の方法によって得た。Ｋ８Ｔの平均繊維長は３０μｍ、アスペ
クト比５０である。試料１は純水５００ｍｌ中にＫ８Ｔを１０ｇ分散させ、濾紙上に吸引
濾過し抄紙した。乾燥後、濾紙と分離し、直径約９０mmの紙状の試料とした。試料２は
純水５００ｍｌ中にＫ８Ｔを１０ｇ分散させ、さらに、繊維径６μｍ、繊維長３ｍｍのＥ
ガラスを１ｇ加え、分散させた。これを濾紙上に吸引濾過し抄紙した。乾燥後、濾紙と分
離し直径約９０ｍｍの紙状の試料とした。試料３は純水５００ｍｌ中にＫ８Ｔを１０ｇ分
散させ、さらに濾紙のパルプ繊維をほぐして１ｇを加え分散させ、濾紙上に吸引濾過し抄
紙した。乾燥後、濾紙と分離し直径約９０ｍｍの紙状の試料とした。
これら３種類の紙状試料それぞれに０．１ミリモル／Ｌメチレンブルー溶液０．５ｍｌ
を滴下し、分散しみ込ませた後、紫外線ランプ（１５Ｗ、波長３５２ｎｍ）を用い紫外線
を上方約１０ｃｍから１５分間照射した。いずれの紙もメチレンブルーが脱色し、光触媒
効果があることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
八チタン酸カリウムは光触媒効果が酸化チタンと比べ大きいことより、現
在酸化チタンが用いられている各種産業分野への展開が可能である。特に八チタン酸カリ
ウムは繊維形状を有することより、フィルターなどとして環境関連分野への展開が考えら
れる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】繊維状八チタン酸カリウム（Ｋ８Ｔ）の走査型電子顕微鏡写真
【図２】繊維状八チタン酸カリウム（Ｋ８Ｔ）の粉末Ｘ線回折パターン図
【図３】実施例１における繊維状チタン酸カリウムのメチレンブルー分解過程を示      すメチレンブルー濃度変化
【図４】実施例２における混合した繊維状八チタン酸カリウム（７／３−Ｋ８Ｔ）      の走査型電子顕微鏡写真
【図５】実施例２における各繊維状チタン酸カリウムのメチレンブルー吸着能を示      すメチレンブルー濃度変化
【図６】実施例３における繊維状八チタン酸カリウムのメチレンブルー脱着を示す      メチレンブルー濃度変化
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図４】
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