(57)【要約】【課題】  大きな比表面積を有し、優れた光触媒活性を有する光触媒機能性材料を提供する。【解決手段】  骨格材料が光触媒活性を有し、比表面積が１ｍ２／ｇ以上である光触媒多孔質体が提供される。光触媒活性を有する骨格材料は、単一材料からなることが好ましく、ガラスセラミックス等のセラミックスからなることがより好ましい。光触媒多孔質体は、ナシコン型構造の結晶、又は、ＴｉＯ２結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶及びこれらの固溶体よりなる群から選ばれる少なくとも１種の結晶を含有することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨格材料が光触媒活性を有し、比表面積が１ｍ２／ｇ以上である光触媒多孔質体。
【請求項２】
前記光触媒活性を有する骨格材料が、ガラスセラミックスからなる請求項１に記載の光触媒多孔質体。
【請求項３】
ナシコン型構造の結晶を含有する請求項１又は２に記載の光触媒多孔質体。
【請求項４】
ＴｉＯ２結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶及びこれらの固溶体よりなる群から選ばれる少なくとも１種の結晶を含有する請求項１から３のいずれか１項に記載の光触媒多孔質体。
【請求項５】
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル％で、ＴｉＯ２、ＷＯ３及びＺｎＯよりなる群か選ばれる少なくとも１種以上を、合計で２０〜９９％含有する請求項４に記載の光触媒多孔質体。
【請求項６】
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル％で、
Ｐ２Ｏ５成分      ０〜５０％、
Ｂ２Ｏ３成分      ０〜５０％、
ＳｉＯ２成分      ０〜５０％、
ＧｅＯ２成分      ０〜５０％、
Ｌｉ２Ｏ成分    ０〜３５％、
Ｎａ２Ｏ成分    ０〜３５％、
Ｋ２Ｏ成分      ０〜３５％、
Ｒｂ２Ｏ成分    ０〜１０％、
Ｃｓ２Ｏ成分    ０〜１０％、
ＭｇＯ成分    ０〜４０％、
ＣａＯ成分    ０〜４０％、
ＳｒＯ成分    ０〜４０％、
ＢａＯ成分    ０〜４０％、
Ａｌ２Ｏ３成分    ０〜３０％、
Ｇａ２Ｏ３成分    ０〜３０％、
Ｉｎ２Ｏ３成分    ０〜１０％、
ＺｒＯ２成分    ０〜２０％、
ＳｎＯ成分    ０〜１０％、
Ｎｂ２Ｏ５成分    ０〜３０％、
Ｔａ２Ｏ５成分    ０〜３０％、
ＭｏＯ3成分    ０〜３０％、
Ｂｉ２Ｏ３成分    ０〜２０％、
ＴｅＯ２成分    ０〜２０％、
Ｌｎ２Ｏ３成分（式中、ＬｎはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕからなる群より選択される１種以上とする）    合計で０〜３０％、
ＭｘＯｙ成分（式中、ＭはＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉからなる群より選択される１種以上とし、ｘ及びｙは、それぞれｘ：ｙ＝２：Ｍの価数、を満たす最小の自然数、Ｍの価数は、Ｖは５、Ｃｒは３、Ｍｎは１、Ｆｅは３、Ｃｏは２、Ｎｉは２とする。）    合計で０〜１０％、
Ａｓ２Ｏ３成分及び／又はＳｂ２Ｏ３成分    合計で０〜５％
のいずれか１つ以上の成分をさらに含有する請求項１から５のいずれか１項に記載の光触媒多孔質体。
【請求項７】
Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｓ、Ｎ、及びＣからなる群より選ばれる少なくとも１種以上の成分を、全質量に対する外割り質量比で２０％以下の量で含有する請求項１から６のいずれか１項に記載の光触媒多孔質体。
【請求項８】
Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ及びＰｔからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属種を、全質量に対する外割り質量比で１０％以下の量で含有する請求項１から７のいずれか１項に記載の光触媒多孔質体。
【請求項９】
紫外領域から可視領域までの波長の光によって光触媒活性が発現される請求項１から８のいずれか１項に記載の光触媒多孔質体。
【請求項１０】
請求項１から９に記載の光触媒多孔質体を含む浄化フィルタ。
【請求項１１】
請求項１から９に記載の光触媒多孔質体を含む浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大きな比表面積を有する光触媒多孔質体に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化チタン、酸化タングステン等の金属酸化物は、光触媒活性を有することが知られている。これら光触媒活性を有する化合物（以下、単に「光触媒」と記すことがある）は、バンドギャップエネルギー以上のエネルギーの光が照射されると、電子や正孔を生成するため、光触媒を含む成形体の表面近傍において、酸化還元反応が強く促進され、有機物などの分解が生じる。
【０００３】
光触媒を基材に担持させる手法として、多くの従来技術では、基材の表面に光触媒を含む膜を成膜することによって、光触媒を担持させるという考え方を採用している。例えば、特許文献１では、酸化チタンなどの前駆体を含む反応ガスを透明な多孔質ガラス膜に通過させ、酸化ガス又は硫化水素と反応させて光触媒を多孔質ガラス膜の細孔表面に担持する光触媒担持方法が提案されている。しかし、このような手法に共通の課題として、基材と光触媒を含む膜との密着性および膜自体の耐久性を確保することが難しい点が挙げられる。つまり、これらの手法で製造された光触媒機能性製品は、光触媒を含む膜が基材から剥離したり、膜が劣化して光触媒機能が損なわれたりするおそれがある。
【０００４】
一方、光触媒を基材中に含ませる技術として、例えば特許文献２では、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｂ２Ｏ３、ＺｒＯ２、及びＴｉＯ２の各成分を所定量含有する光触媒用ガラスが開示されている。特許文献２で開示される光触媒用ガラスは、ガラス中に酸化チタンを含有させている点で他の従来技術とは考え方を異にしている。しかし、特許文献２の技術では、光触媒である酸化チタンは結晶構造を有しておらず、アモルファスの形でガラス中に存在するため、その光触媒活性が弱く、不充分であった。このような欠点を改善すべく、特許文献３では、ＴｉＯ２又はこの固溶体から選ばれる少なくとも１種を含む結晶性組成物と、ＳｉＯ２成分、Ｂ２Ｏ３成分、又はＰ２Ｏ５成分から選ばれる少なくとも１種以上を含むガラス性組成物とからなり、該ガラス性組成物をマトリックス成分とするガラスセラミックスが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２３９１６８号公報
【特許文献２】特開平９−３１５８３７号公報
【特許文献３】特開２００９−２６３１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光触媒活性を有する素材（光触媒素材）において、その光触媒活性を十分に引き出すためには、光触媒素材の比表面積を大きくして分解対象となる有機物との接触機会を十分に確保することが有効である。しかし、光触媒素材がガラスセラミックスである場合に、その比表面積を大きくすべく多孔質体を形成すると、機械的強度が低下し、例えばフィルタ材料などの用途に使用する場合に耐久性が低下してしまうという課題があった。また、光触媒素材がガラスセラミックスである場合には、光触媒素材を多孔質体に加工し、その比表面積を増大させようとしても限界があり、光触媒性能を十分に生かすことが出来ていなかった。
【０００７】
本発明の目的は、大きな比表面積を有し、優れた光触媒活性を有する光触媒機能性材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光触媒多孔質体は、骨格材料が光触媒活性を有し、比表面積が１ｍ２／ｇ以上である。
【０００９】
本発明の光触媒多孔質体は、前記光触媒活性を有する骨格材料が、ガラスセラミックスからなるものであってもよい。
【００１０】
本発明の光触媒多孔質体は、ナシコン型構造の結晶を含有するものであってもよい。
【００１１】
本発明の光触媒多孔質体は、ＴｉＯ２結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶及びこれらの固溶体よりなる群から選ばれる少なくとも１種の結晶を含有するものであってもよい。この場合、酸化物換算組成の全物質量に対して、モル％で、ＴｉＯ２、ＷＯ３及びＺｎＯよりなる群か選ばれる少なくとも１種以上を、合計で２０〜９９％含有するものであってもよい。
【００１２】
本発明の光触媒多孔質体は、酸化物換算組成の全物質量に対して、モル％で、
Ｐ２Ｏ５成分      ０〜５０％、
Ｂ２Ｏ３成分      ０〜５０％、
ＳｉＯ２成分      ０〜５０％、
ＧｅＯ２成分      ０〜５０％、
Ｌｉ２Ｏ成分    ０〜３５％、
Ｎａ２Ｏ成分    ０〜３５％、
Ｋ２Ｏ成分      ０〜３５％、
Ｒｂ２Ｏ成分    ０〜１０％、
Ｃｓ２Ｏ成分    ０〜１０％、
ＭｇＯ成分    ０〜４０％、
ＣａＯ成分    ０〜４０％、
ＳｒＯ成分    ０〜４０％、
ＢａＯ成分    ０〜４０％、
Ａｌ２Ｏ３成分    ０〜３０％、
Ｇａ２Ｏ３成分    ０〜３０％、
Ｉｎ２Ｏ３成分    ０〜１０％、
ＺｒＯ２成分    ０〜２０％、
ＳｎＯ成分    ０〜１０％、
Ｎｂ２Ｏ５成分    ０〜３０％、
Ｔａ２Ｏ５成分    ０〜３０％、
ＭｏＯ3成分    ０〜３０％、
Ｂｉ２Ｏ３成分    ０〜２０％、
ＴｅＯ２成分    ０〜２０％、
Ｌｎ２Ｏ３成分（式中、ＬｎはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕからなる群より選択される１種以上とする）    合計で０〜３０％、
ＭｘＯｙ成分（式中、ＭはＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉからなる群より選択される１種以上とし、ｘ及びｙは、それぞれｘ：ｙ＝２：Ｍの価数、を満たす最小の自然数、Ｍの価数は、Ｖは５、Ｃｒは３、Ｍｎは１、Ｆｅは３、Ｃｏは２、Ｎｉは２とする。）    合計で０〜１０％、
Ａｓ２Ｏ３成分及び／又はＳｂ２Ｏ３成分    合計で０〜５％
のいずれか１つ以上の成分をさらに含有するものであってもよい。
【００１３】
本発明の光触媒多孔質体は、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｓ、Ｎ、及びＣからなる群より選ばれる少なくとも１種以上の成分を、全質量に対する外割り質量比で２０％以下の量で含有するものであってもよい。
【００１４】
本発明の光触媒多孔質体は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ及びＰｔからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属種を、全質量に対する外割り質量比で１０％以下の量で含有するものであってもよい。
【００１５】
本発明の光触媒多孔質体は、紫外領域から可視領域までの波長の光によって光触媒活性が発現されるものであってもよい。
【００１６】
本発明の浄化フィルタは、上記いずれかの光触媒多孔質体を含むものである。
【００１７】
本発明の浄化装置は、上記いずれかの光触媒多孔質体を含むものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光触媒多孔質体は、１ｍ２／ｇ以上の大きな比表面積を有するため、素材の持つ光触媒活性を十分に発揮させることができる。従って、本発明の光触媒多孔質体は、多孔質構造の細孔内部に処理対象となるガスや液体などの流体を通過させることによって、該流体中に含まれる有機物と光触媒との接触機会を増加させ、有機物を効率良く分解することができる。また、本発明の光触媒多孔質体は、膜やコーティング層などを有さず、骨格材料自体が光触媒活性を呈するので、光触媒層の剥離・離脱による触媒活性の劣化がなく、交換やメンテナンスの手間が省ける。従って、本発明の光触媒多孔質体は、優れた光触媒活性と優れた耐久性の両方を有しており、例えばガス又は液体をろ過するフィルタ材や、該フィルタ材を備えた浄化装置等として好ましく利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】試験例１の光触媒多孔質体についての比表面積の測定結果を示す図面である。
【図２】試験例２の光触媒多孔質体についての比表面積の測定結果を示す図面である。
【図３】試験例３の光触媒多孔質体についての比表面積の測定結果を示す図面である。
【図４】実施例１で得られた光触媒多孔質体の走査型電子顕微鏡の画像を示す図面である。
【図５】実施例４で得られた光触媒多孔質体の走査型電子顕微鏡の画像を示す図面である。
【図６】実施例１、４で得られた光触媒多孔質体のＸ線回折の結果を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［骨格材料］
本発明の一実施の形態に係る光触媒多孔質体は、骨格材料が光触媒活性を有し、比表面積が１ｍ２／ｇ以上である。ここで、多孔質体とは、外部空間と連続する空隙を有する３次元網目状構造であることを意味する。また、骨格材料とは、光触媒多孔質体の骨格構造を形成する主材料を意味する。従って、例えば表面を被覆しているに過ぎない材料は、骨格材料には含まれない。また、主材料とは、骨格構造の少なくとも８０質量％以上、好ましくは９０質量％以上、より好ましくは１００％を占める材料である。従って、本実施の形態の光触媒多孔質体において、骨格材料は、単一材料からなることが最も好ましい。このように骨格材料自体が光触媒活性を有することによって、本実施の形態の光触媒多孔質体では、優れた光触媒活性と優れた耐久性を両立させている。
【００２１】
本実施の形態に係る光触媒多孔質体の比表面積は１ｍ２／ｇ以上であり、５ｍ２／ｇ以上であることが好ましく、１０ｍ２／ｇ以上であることがより好ましい。光触媒多孔質体の比表面積が１ｍ２／ｇ以上であることにより、ガスや液体などの流体中の有機物との接触機会が増加し、骨格材料が有する光触媒活性を十分に発揮させることができる。
【００２２】
骨格材料としては、ガラスセラミックスを含むことが好ましく、骨格構造の少なくとも８０質量％以上、好ましくは９０質量％以上がガラスセラミックスであることがより好ましく、１００質量％がガラスセラミックスであることが最も好ましい。
【００２３】
［結晶相］
本実施の形態の光触媒多孔質体は、例えば、ナシコン型結晶、ＴｉＯ２結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶及びこれらの固溶体から選択される１種以上の結晶を含むことが好ましい。また、骨格材料がこれらの結晶を含むガラスセラミックスであることがより好ましい。
【００２４】
＜ナシコン型結晶＞
ナシコン型結晶は、一般式ＡｍＥ２（ＸＯ４）３で表すことができる。この一般式ＡｍＥ２（ＸＯ４）３で表される化合物は、安定的にナシコン型構造をとるため、高い光触媒活性が得られる。ここで、元素Ａは、例えばＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択される１種又は２種以上であることが好ましい。元素Ａのイオンが結晶内の３次元トンネルを形成するサイトに存在することで、これらのイオンが結晶内部で容易に移動し、光の照射により生じた電子とホールとの再結合の確率が低減され、ナシコン型結晶の光触媒活性が向上する。元素Ａは、原料として例えばＬｉ２ＣＯ３、ＬｉＮＯ３、ＬｉＦ、Ｎａ２Ｏ、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＮＯ３、ＮａＦ、Ｎａ２Ｓ、Ｎａ２ＳｉＦ６、Ｋ２ＣＯ３、ＫＮＯ３、ＫＦ、ＫＨＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６、ＣｕＯ，Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＣｌ、Ａｇ２Ｏ、ＡｇＣｌ、ＭｇＣＯ３、ＭｇＦ２、ＣａＣＯ３、ＣａＦ２、Ｓｒ（ＮＯ３）２、ＳｒＦ２、ＢａＣＯ３、Ｂａ（ＮＯ３）２、ＢａＦ２等を用いてガラスセラミックス中に導入することができる。
【００２５】
また、元素Ｅは、例えばＺｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ及びＴａからなる群から選択される１種又は２種以上であることが好ましい。これらは、安定なナシコン型の結晶構造を形成するために必要な成分であり、且つ、伝導帯の形成に関与して２．５〜４ｅＶの範囲内のバンドギャップを形成する成分である。そのため、上記のいずれかの元素を含有することで、紫外光だけでなく、可視光応答性の光触媒活性を得ることが可能である。また、光触媒活性を向上させる観点から、元素ＥとしてＴｉ、Ｚｒ、Ｆｅ等を含むことがより好ましく、Ｔｉを含むことが最も好ましい。元素Ｅは、原料として例えばＺｎＯ、ＺｎＦ２、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ（ＯＨ）３、ＡｌＦ３、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＳｎＯ３、ＺｒＯ２、ＺｒＦ４、ＧｅＯ２、Ｈｆ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５等を用いてガラスセラミックス中に導入することができる。
【００２６】
また、元素Ｘは、例えばＳｉ、Ｐ、Ｓ、Ｍｏ及びＷから選ばれる１種又は２種以上を含むことが好ましい。これらの元素は、安定なナシコン型結晶構造を形成するために必要な成分であり、且つ、ナシコン型結晶のバンドギャップの大きさを調整する作用を有する。元素Ｘとしては、ナシコン型結晶の形成を容易にする観点から、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｗ等を含むことがより好ましく、Ｐを含むことが最も好ましい。元素Ｘは、原料として、例えばＳｉＯ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ２ＳｉＦ６、Ａｌ（ＰＯ３）３、Ｃａ（ＰＯ３）２、Ｂａ（ＰＯ３）２、Ｎａ（ＰＯ３）、ＢＰＯ４、Ｈ３ＰＯ４、ＮａＳ、Ｆｅ２Ｓ３、ＣａＳ２、ＷＯ３、ＭｏＯ３等を用いてガラスセラミックス中に導入することができる。
【００２７】
一般式ＡｍＥ２（ＸＯ４）３におけるｍは、Ｅ又はＸの種類に応じて選択されるが、０以上３以下の範囲内の数である。ｍがこの範囲にあることで、ナシコン型結晶構造が保たれ、熱的及び化学的な安定性が高くなる。また、環境の変化による光触媒活性の劣化が少なくなり、加熱による光触媒活性の低下も起こり難くなる。一方、ｍが３を超えると、ナシコン型構造が維持できず、光触媒活性が低下する。
【００２８】
ナシコン型結晶の具体例としては、ＲｎＴｉ２（ＰＯ４）３、Ｒ０．５Ｔｉ2（ＰＯ４）3、ＲｎＺｒ２（ＰＯ４）３、Ｒ０．５Ｚｒ２（ＰＯ４）３、ＲｎＧｅ２（ＰＯ４）３、Ｒ０．５Ｇｅ２（ＰＯ４）３、Ｒｎ４ＡｌＺｎ（ＰＯ４）３、Ｒｎ３ＴｉＺｎ（ＰＯ４）３、Ｒｎ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ａｌ０．３Ｚｒ２（ＰＯ４）３、Ｒｎ３Ｆｅ（ＰＯ４）３、ＲｎＮｂＡｌ（ＰＯ４）３、Ｌａ１／３Ｚｒ２（ＰＯ４）３、Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３、Ｆｅ２（ＳＯ４）３、Ｒｎ４Ｓｎ２（ＳｉＯ４）３、Ｒｎ４Ｚｒ２（ＳｉＯ４）３、Ｃｕ４Ｚｒ２（ＳｉＯ４）３、Ａｇ４Ｚｒ２（ＳｉＯ４）３、Ｒ２Ｚｒ２（ＳｉＯ４）３、ＮｂＴｉ（ＰＯ４）３、ＲｎＺｒ２（Ｓｉ２／３Ｐ１／３Ｏ４）３、ＲＴｉＣｒ（ＰＯ４）３、ＲＴｉＦｅ（ＰＯ４）３、ＲＴｉＩｎ（ＰＯ４）３、ＺｎＴｉＦｅ（ＰＯ４）３（式中、ＲｎはＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群から選択される１種以上であり、ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択される１種以上である）を挙げることができる。さらに、ナシコン型結晶の中でも、ＮａＴｉ２（ＰＯ４）３、ＬｉＴｉ２（ＰＯ４）３、ＫＴｉ２（ＰＯ４）３等のアルカリ金属チタンリン酸複合塩、Ｃａ０．５Ｔｉ２（ＰＯ４）３、Ｍｇ０．５Ｔｉ２（ＰＯ４）３、Ｓｒ０．５Ｔｉ２（ＰＯ４）３、Ｂａ０．５Ｔｉ２（ＰＯ４）３等のアルカリ土類金属チタンリン酸複合塩の結晶を有することがより好ましい。これらのナシコン型結晶を含有することにより、光触媒活性が向上すると共に、機械的な強度や化学耐久性が大幅に向上する。
【００２９】
ナシコン型の結晶構造は、ＥＯ６八面体とＸＯ４四面体とが頂点を共有するように連結することで、三次元の網目構造を形成している。この三次元の網目構造中には、Ａイオンが存在しうる二つのサイトがあり、これらの二つのサイトは連続する三次元のトンネルを形成しているため、Ａイオンが結晶内を容易に動くことができる。このような構造により、光の照射により生じた電子とホールとの再結合の確率が低減され、優れた光触媒活性を安定的に奏することが可能になるものと考えられる。また、ナシコン型結晶は、相転移がなく熱的に安定であり、焼成等の加熱条件によって光触媒活性が失われ難いという利点も有している。
【００３０】
＜ＴｉＯ２結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶＞
ＴｉＯ２結晶は、波長４００ｎｍ以下の紫外線領域で強い光触媒活性を示し、特にアナターゼ（Ａｎａｔａｓｅ）型またはルチル（Ｒｕｔｉｌｅ）型のＴｉＯ２結晶を含むことが好ましい。ＷＯ３結晶は、波長４８０ｎｍまでの可視光を吸収して光触媒活性を奏するため、光触媒多孔質体に可視光応答性の光触媒活性を付与する。ＺｎＯ結晶は、バンドギャップが約３〜４ｅＶであり、ＴｉＯ２結晶と同様に光触媒多孔質体に光触媒活性をもたらす。
【００３１】
［ガラスセラミックスの成分と物性］
本実施の形態の光触媒多孔質体は、ガラス状態を経由せず、直接に粉体原料から作製することができるが、ここでは、ガラス状態を経由したガラスセラミックスである場合を例に挙げ、その成分及び物性について説明する。ここで、ガラスセラミックスは、ガラスを熱処理することによりガラス相中に結晶相を析出させて得られる材料であり、結晶化ガラスとも呼ばれる。ガラスセラミックスは、ガラス相及び結晶相から成る材料のみならず、ガラス相が全て結晶相に変化した材料、すなわち、材料中の結晶量（結晶化度）が１００質量％のものも含んでよい。ガラスセラミックスは、結晶化工程の制御により結晶の粒子径、析出結晶の種類、結晶化度をコントロールできる。なお、本明細書中において、ガラスセラミックスを構成する各成分の含有量は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成の全物質量に対するモル％で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」とは、ガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩、金属弗化物等が溶融時に全て分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該生成酸化物の総物質量を１００モル％として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。
【００３２】
ＴｉＯ２成分は、ガラスを結晶化することにより、ＴｉイオンがＴｉＯ２結晶又はその固溶体、及び／またはナシコン（ＮＡＳＩＣＯＮ）タイプ結晶としてガラスから析出し、ガラスセラミックスに光触媒活性を付与することができる。ＴｉＯ２の結晶型としては、アナターゼ（Ａｎａｔａｓｅ）型、ルチル（Ｒｕｔｉｌｅ）型及びブルッカイト（Ｂｒｏｏｋｉｔｅ）型が知られているが、アナターゼ型およびルチル型が好ましく、特に高い光触媒活性をもつアナターゼ型のＴｉＯ２結晶を含有することが有利である。また、ＴｉＯ２成分は、Ｐ２Ｏ５成分と組み合わせて含有させることによって、より低い熱処理温度でＴｉＯ２結晶を析出させることが可能になり、光触媒活性の高いアナターゼ型ＴｉＯ２結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減することができる。しかし、ＴｉＯ２成分の含有量が２０％未満であるとＴｉＯ２、ナシコン型結晶及びこれらの固溶体結晶を析出させることが困難になり、十分な光触媒活性が得られず、９９％を超えるとガラス化が非常に難しくなる。従って、ＴｉＯ２、ナシコン型結晶及びこれらの固溶体結晶を析出させようとする場合は、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＴｉＯ２成分の含有量の下限は、好ましくは２０％、より好ましくは３０％、最も好ましくは４０％とし、上限は、好ましくは９９％、より好ましくは９５％、最も好ましくは９０％とする。しかし、後述のＷＯ３結晶またはＺｎＯ結晶を析出させようとする場合は、ＴｉＯ２成分を含ませなくてもよいが、ガラスの安定性と化学耐久性の向上や光触媒効果の向上やこれらの結晶の生成の促進などといった観点から、添加することが望ましい。その場合の添加量の上限は、好ましくは４０％、より好ましくは３０％、最も好ましくは２０％とする。なお、ＴｉＯ２成分は、原料として例えばＴｉＯ２等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００３３】
ＷＯ３成分は、ガラスの溶融性と安定性を高める成分であり、熱処理によりガラスから結晶相として析出する場合は可視光に応答する光触媒活性を付与することができる。しかし、ＷＯ３成分の含有量が２０％未満であるとＷＯ３結晶を析出させることが困難になり、十分な光触媒活性が得られず、９９％を超えるとガラス化が非常に難しくなる。従って、ＷＯ３結晶を析出させようとする場合は、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＷＯ３成分の含有量の下限は、好ましくは２０％、より好ましくは２５％、最も好ましくは３０％とし、上限は、好ましくは９９％、より好ましくは９５％、最も好ましくは９０％とする。しかし、前述のＴｉＯ２結晶やナシコン型結晶や後述のＺｎＯ結晶などを析出させようとする場合、ＷＯ３成分を含まなくてもよいが、ガラス安定の向上や光触媒効果の向上と言った観点から、添加しても良い。その場合の添加量の上限は、好ましくは３０％、より好ましくは２５％、最も好ましくは２０％とする。なお、ＷＯ３成分は、原料として例えばＷＯ３等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００３４】
ＺｎＯ成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させるとともに、熱処理によりガラスから結晶相として析出する場合は可視光に応答する光触媒活性を付与することができる。しかし、ＺｎＯ成分の含有量が２０％未満であるとＺｎＯ結晶を析出させることが困難になり、十分な光触媒活性が得られず、９９％を超えるとガラス化が非常に難しくなる。従って、ＺｎＯ結晶を析出させようとする場合は、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＺｎＯ成分の含有量の下限は、好ましくは２０％、より好ましくは３０％、最も好ましくは４０％とし、上限は、好ましくは９９％、より好ましくは９０％、最も好ましくは８０％とする。しかし、前述のＴｉＯ２結晶やナシコン型結晶やＷＯ３結晶などを析出させようとする場合、ＺｎＯ成分を含まなくてもよいが、ガラス安定の向上や光触媒効果の向上と言った観点から、添加しても良い。その場合の添加量の上限は、好ましくは３０％、より好ましくは２５％、最も好ましくは２０％とする。なお、ＺｎＯ成分は、原料として例えばＺｎＯ、ＺｎＦ２等を用いてガラス又はガラスセラミックスに導入することができる。
【００３５】
また、十分な光触媒活性を得るために、ＴｉＯ２、ＷＯ３及びＺｎＯ成分の内、少なくとも１種、又は２種以上を含有することが好ましく、その合計量は、好ましくは２０％以上、より好ましくは２５％以上、最も好ましくは３０％以上とし、好ましくは９９％以下、より好ましくは９５％以下、最も好ましくは９０％以下とすることができる。
【００３６】
Ｐ２Ｏ５成分は、ガラスの網目構造を構成し、ガラスの安定性を高めるともに、Ｐ５＋イオンがナシコン型結晶構造を形成する成分で、光触媒活性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。Ｐ２Ｏ５成分が網目構造の主成分であるリン酸塩系ガラスにすることにより、より多くのＴｉＯ２やＷＯ３やＺｎＯなどの成分をガラスに取り込ませることができる。また、Ｐ２Ｏ５成分を配合することによって、より低い熱処理温度でＴｉＯ２結晶、ナシコン型結晶、ＷＯ３、ＺｎＯ結晶等を析出させることが可能であるとともに、光触媒活性の高いアナターゼ型ＴｉＯ２結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、Ｐ２Ｏ５の含有量が５０％を超えると上述の光触媒結晶相が析出し難くなる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＰ２Ｏ５成分の含有量は、好ましくは５０％、より好ましくは４５％、最も好ましくは４０％を上限とする。また、Ｐ２Ｏ５を含有させる場合は、その効果を十分発揮できる量として好ましくは１％以上、より好ましくは５％以上、最も好ましくは１０％以上含有することが好ましい。Ｐ２Ｏ５成分は、原料として例えばＡｌ（ＰＯ３）３、Ｃａ（ＰＯ３）２、Ｂａ（ＰＯ３）２、Ｎａ（ＰＯ３）、ＢＰＯ４、Ｈ３ＰＯ４等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００３７】
Ｂ２Ｏ３成分は、ガラスの網目構造を構成し、ガラスの安定性を高める成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、その含有量が５０％を超えると、ガラスの化学耐久性が低下し、加熱して結晶を析出する際に所望の光触媒結晶が析出し難い傾向が強くなる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＢ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは５０％、より好ましくは４０％、最も好ましくは３０％を上限とする。Ｂ２Ｏ３成分は、原料として例えばＨ３ＢＯ３、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７・１０Ｈ２Ｏ、ＢＰＯ４等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００３８】
ＳｉＯ２成分は、ガラスの網目構造を構成し、ガラスの安定性と化学的耐久性を高める成分であるとともに、Ｓｉ４＋イオンがナシコン型結晶に固溶し、光触媒活性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、ＳｉＯ２成分の含有量が５０％を超えると、ガラスの溶融性が悪くなり、所望の光触媒結晶相が析出し難くなる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＳｉＯ２成分の含有量は、好ましくは１％、より好ましくは３％、最も好ましくは５％を下限とし、好ましくは５０％、より好ましくは４０％を上限とする。ＳｉＯ２成分は、原料として例えばＳｉＯ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ２ＳｉＦ６等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００３９】
ＧｅＯ２成分は、上記のＳｉＯ２と相似な働きを有する成分であり、任意に添加できる成分である。特に、ＧｅＯ２成分の含有量を５０％以下にすることで、高価なＧｅＯ２成分の使用が抑えられるため、ガラス又はガラスセラミックスの材料コストを低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＧｅＯ２成分の含有量は、好ましくは５０％、より好ましくは４０％、最も好ましくは３０％を上限とする。ＧｅＯ２成分は、原料として例えばＧｅＯ２等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００４０】
Ｌｉ２Ｏ成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させ、ナシコン型結晶を構成する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、Ｌｉ２Ｏ成分の含有量が３５％を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ＴｉＯ２結晶、ナシコン型結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶等の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＬｉ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは３５％、より好ましくは３０％、最も好ましくは２５％を上限とする。しかし、Ｌｉ＋イオンを含有するナシコン型結晶を析出させようとする場合は、Ｌｉ２Ｏ成分は必須となり、その含有量は好ましくは０．５％以上、より好ましくは１％以上、最も好ましくは２％以上の範囲とする。なお、Ｌｉ２Ｏ成分は、原料として例えばＬｉ２ＣＯ３、ＬｉＮＯ３、ＬｉＦ等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００４１】
Ｎａ２Ｏ成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させ、ナシコン型結晶を構成する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、Ｎａ２Ｏ成分の含有量が３５％を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ＴｉＯ２結晶、ナシコン型結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶等の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＮａ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは３５％、より好ましくは３０％、最も好ましくは２５％を上限とする。しかし、Ｎａ＋イオンを含有するナシコン型結晶を析出させようとする場合は、Ｎａ２Ｏ成分は必須となり、その含有量は好ましくは０．５％以上、より好ましくは１％以上、最も好ましくは２％以上の範囲とする。なお、Ｎａ２Ｏ成分は、原料として例えばＮａ２Ｏ、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＮＯ３、ＮａＦ、Ｎａ２Ｓ、Ｎａ２ＳｉＦ６等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００４２】
Ｋ２Ｏ成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させ、ナシコン型結晶を構成する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、Ｋ２Ｏ成分の含有量が３５％を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ＴｉＯ２結晶、ナシコン型結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶等の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＫ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは３５％、より好ましくは３０％、最も好ましくは２５％を上限とする。しかし、Ｋ＋イオンを含有するナシコン型結晶を析出させようとする場合は、Ｋ２Ｏ成分は必須となり、その含有量は好ましくは０．５％以上、より好ましくは１％以上、最も好ましくは２％以上の範囲とする。なお、Ｋ２Ｏ成分は、原料として例えばＫ２ＣＯ３、ＫＮＯ３、ＫＦ、ＫＨＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００４３】
ガラス又はガラスセラミックスは、Ｒｎ２Ｏ（式中、ＲｎはＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種以上）成分から選ばれる少なくとも１種以上の成分を３５％以下含有することが好ましい。特に、Ｒｎ２Ｏ成分の合計量を３５％以下にすることで、ガラスの安定性が向上し、所望の結晶相が析出し易くなるため、ガラスセラミックスの触媒活性を確保することができる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対する、Ｒｎ２Ｏ成分の合計量は、好ましくは３５％、より好ましくは３０％、最も好ましくは２５％を上限とする。また、Ｒｎ＋イオンを含有するナシコン型結晶相を析出させようとする場合は、良好な光触媒活性を得るため、Ｒｎ２Ｏ成分の合計量は、好ましくは０．５％、より好ましくは１％、最も好ましくは２％を下限とする。
【００４４】
Ｒｂ２Ｏ成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させ、熱処理後のガラスセラミックスにひび割れを生じ難くさせる成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げてＴｉＯ２結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶等を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。また、熱処理温度を抑えることで、ＴｉＯ２成分を含有する場合に光触媒活性の高いアナターゼ型ＴｉＯ２結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、Ｒｂ２Ｏ成分の含有量が１０％を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ＴｉＯ２結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶等の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＲｂ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは１０％、より好ましくは８％、最も好ましくは５％を上限とする。Ｒｂ２Ｏ成分は、原料として例えばＲｂ２ＣＯ３、ＲｂＮＯ３等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００４５】
Ｃｓ２Ｏ成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させ、熱処理後のガラスセラミックスにひび割れを生じ難くさせる成分であり、任意に添加できる成分である。また、ガラス転移温度を下げてＴｉＯ２結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶等を生成させやすくするとともに、熱処理温度をより低く抑える成分である。また、熱処理温度を抑えることで、ＴｉＯ２成分を含有する場合に光触媒活性の高いアナターゼ型ＴｉＯ２結晶から光触媒活性の低いルチル型への相転位を低減する効果も期待できる。しかし、Ｃｓ２Ｏ成分の含有量が１０％を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ＴｉＯ２結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶等の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＣｓ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは１０％、より好ましくは８％、最も好ましくは５％を上限とする。Ｃｓ２Ｏ成分は、原料として例えばＣｓ２ＣＯ３、ＣｓＮＯ３等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００４６】
ＭｇＯ成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させるとともに、ナシコン型結晶を構成する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、ＭｇＯ成分の含有量が４０％を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ＴｉＯ２結晶、ナシコン型結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶等の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＭｇＯ成分の含有量は、好ましくは４０％、より好ましくは３５％、最も好ましくは３０％を上限とする。しかし、Ｍｇ２＋イオンを含有するナシコン型結晶を析出させようとする場合は、その含有量は好ましくは１％以上、より好ましくは２％以上、最も好ましくは３％以上とする。なお、ＭｇＯ成分は、原料として例えばＭｇＣＯ３、ＭｇＦ２等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００４７】
ＣａＯ成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させるとともに、ナシコン型結晶を構成する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、ＣａＯ成分の含有量が４０％を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ＴｉＯ２結晶、ナシコン型結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶等の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＣａＯ成分の含有量は、好ましくは４０％、より好ましくは３５％、最も好ましくは３０％を上限とする。しかし、Ｃａ２＋イオンを含有するナシコン型結晶を析出させようとする場合は、その含有量は好ましくは１％以上、より好ましくは２％以上、最も好ましくは３％以上とする。なお、ＣａＯ成分は、原料として例えばＣａＣＯ３、ＣａＦ２等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００４８】
ＳｒＯ成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させるとともに、ナシコン型結晶を構成する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、ＳｒＯ成分の含有量が４０％を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ＴｉＯ２結晶、ナシコン型結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶等の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＳｒＯ成分の含有量は、好ましくは４０％、より好ましくは３５％、最も好ましくは３０％を上限とする。しかし、Ｓｒ２＋イオンを含有するナシコン型結晶を析出させようとする場合は、ＳｒＯ成分は必須となり、その含有量は好ましくは１％以上、より好ましくは２％以上、最も好ましくは３％以上とする。なお、ＳｒＯ成分は、原料として例えばＳｒ（ＮＯ３）２、ＳｒＦ２等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００４９】
ＢａＯ成分は、ガラスの溶融性と安定性を向上させるとともに、ナシコン型結晶を構成する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、ＢａＯ成分の含有量が４０％を超えると、かえってガラスの安定性が悪くなり、ＴｉＯ２結晶、ナシコン型結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶等の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＢａＯ成分の含有量は、好ましくは４０％、より好ましくは３５％、最も好ましくは３０％を上限とする。しかし、Ｂａ２＋イオンを含有するナシコン型結晶を析出させようとする場合は、ＢａＯ成分は必須となり、その含有量は好ましくは１％以上、より好ましくは２％以上、最も好ましくは３％以上とする。なお、ＢａＯ成分は、原料として例えばＢａＣＯ３、Ｂａ（ＮＯ３）２、ＢａＦ２等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００５０】
ガラス又はガラスセラミックスは、ＲＯ（式中、ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される１種以上）成分から選ばれる少なくとも１種以上の成分を４０％以下含有することが好ましい。特に、ＲＯ成分の合計量を４０％以下にすることで、ガラスの安定性が向上し、ＴｉＯ２結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶等の結晶相とナシコン型の結晶相が析出し易くなるため、ガラスセラミックスの触媒活性を確保することができる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対する、ＲＯ成分の合計量は、好ましくは４０％、より好ましくは３５％、最も好ましくは３０％を上限とする。また、Ｒ２＋イオンを含有するナシコン型結晶相を析出させようとする場合は、良好な光触媒活性を得るため、ＲＯ成分の合計量は、好ましくは１％、より好ましくは２％、最も好ましくは３％を下限とする。
【００５１】
また、ガラス又はガラスセラミックスは、Ｒｎ２Ｏ（式中、ＲｎはＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種以上）成分及びＲＯ（式中、ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される１種以上）成分から選ばれる少なくとも１種以上の成分を４０％以下含有することが好ましい。特に、Ｒｎ２Ｏ成分及びＲＯ成分の合計量を４０％以下にすることで、ガラスの安定性が向上し、ＴｉＯ２結晶、ナシコン型結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶等が析出しやくなり、光触媒活性に優れるガラスセラミックスがより容易に得られる。一方で、Ｒｎ２Ｏ成分及びＲＯ成分の合計量が４０％より多いと、ガラスの安定性が悪くなり、ＴｉＯ２結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶等の結晶相やナシコン型の結晶相の析出も困難となる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対する合計量（Ｒｎ２Ｏ＋ＲＯ）は、好ましくは０．５％、より好ましくは１％を下限とし、好ましくは４０％、より好ましくは３５％、最も好ましくは３０％を上限とする。
【００５２】
ここで、ガラス又はガラスセラミックスは、Ｒｎ２Ｏ（式中、ＲｎはＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選択される１種以上）成分及びＲＯ（式中、ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される１種以上）成分から選ばれる成分のうち２種類以上を含有することにより、ガラスの安定性が大幅に向上し、熱処理後のガラスセラミックスの機械強度がより高くなり、ＴｉＯ２結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶等の結晶相やナシコン型の結晶相がガラスからより析出し易くなる。従って、ガラス又はガラスセラミックスは、Ｒｎ２Ｏ成分及びＲＯ成分から選ばれる成分のうち２種類以上を含有することが好ましい。
【００５３】
Ａｌ２Ｏ３成分は、ガラスの安定性及びガラスセラミックスの化学的耐久性を高め、且つＡｌ３＋イオンがＴｉＯ２結晶、ナシコン型結晶相に固溶して光触媒活性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、その含有量が３０％を超えると、溶解温度が著しく上昇し、ガラス化し難くなる。従って、Ａｌ２Ｏ３成分を添加する場合、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＡｌ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは０．１％、より好ましくは０．５％、最も好ましくは１％を下限とし、好ましくは３０％、より好ましくは２０％、最も好ましくは１５％を上限とする。Ａｌ２Ｏ３成分は、原料として例えばＡｌ２Ｏ３、Ａｌ（ＯＨ）３、ＡｌＦ３等を用いてガラス又はガラスセラミックスに導入することができる。
【００５４】
Ｇａ２Ｏ３成分は、ガラスの安定性を高め、且つＧａ３＋イオンがＴｉＯ２結晶、ナシコン型結晶相に固溶して光触媒活性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、その含有量が３０％を超えると、溶解温度が著しく上昇し、ガラス化し難くなる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＧａ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは３０％、より好ましくは１５％、最も好ましくは１０％を上限とする。Ｇａ２Ｏ３成分は、原料として例えばＧａ２Ｏ３、ＧａＦ３等を用いてガラス又はガラスセラミックスに導入することができる。
【００５５】
Ｉｎ２Ｏ３成分は、上記のＡｌ２Ｏ３及びＧａ２Ｏ３と相似な効果がある成分であり、任意に添加できる成分である。Ｉｎ２Ｏ３成分は高価なため、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するその含有量の上限は１０％以下にすることが好ましく、８％以下にすることがより好ましく、５％以下にすることが最も好ましい。Ｉｎ２Ｏ３成分は、原料として例えばＩｎ２Ｏ３、ＩｎＦ３等を用いてガラス又はガラスセラミックスに導入することができる。
【００５６】
ＺｒＯ２成分は、ガラスセラミックスの化学的耐久性を高め、ＴｉＯ２結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶の析出を促進するとともに、ナシコン型結晶の構成成分でもあり、光触媒効果を高める効果があるので、任意に添加できる成分である。しかし、ＺｒＯ２成分の含有量が２０％を超えると、ガラス化し難くなる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＺｒＯ２成分の含有量は、好ましくは２０％、より好ましくは１２％、最も好ましくは８％を上限とする。また、ＺｒＯ成分を添加する場合は、好ましくは０．５％、より好ましくは１％、最も好ましくは２％を下限とする。なお、ＺｒＯ２成分は、原料として例えばＺｒＯ２、ＺｒＦ４等を用いてガラス又はガラスセラミックスに導入することができる。
【００５７】
ＳｎＯ成分は、ＴｉＯ２結晶、ＷＯ３結晶、ＺｎＯ結晶の析出を促進するとともに、ナシコン型結晶の構成成分でもあり、光触媒効果を高める効果があり、また、光触媒活性を高める作用のある後述のＡｇやＡｕやＰｔイオンと一緒に添加する場合は還元剤の役割を果たし、間接的に光触媒の活性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、ＳｎＯ成分の含有量が１０％を超えると、ガラスの安定性が悪くなり、光触媒活性も低下し易くなる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＳｎＯ成分の含有量は、好ましくは１０％、より好ましくは８％、最も好ましくは５％を上限とする。また、これらの成分を添加する場合は、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０２％、最も好ましくは０．０３％を下限とする。ＳｎＯ成分は、原料として例えばＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＳｎＯ３等を用いてガラス又はガラスセラミックスに導入することができる。
【００５８】
Ｎｂ２Ｏ５成分は、ガラスの溶融性と安定性を高める成分であり、また、ナシコン型結晶に固溶し、光触媒活性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。Ｎｂ２Ｏ５成分の含有量が３０％を超えると、ガラスの安定性が著しく悪くなり、ガラス化が非常に難しくなるため、その上限は、３０％、好ましくは２０％、より好ましくは１５％、最も好ましくは１０％とする。Ｎｂ２Ｏ５成分は、原料として例えばＮｂ２Ｏ５等を用いてガラス又はガラスセラミックスに導入することができる。
【００５９】
Ｔａ２Ｏ５成分は、ガラスの安定性を高める成分であり、また、ナシコン型結晶に固溶し、光触媒活性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、Ｔａ２Ｏ５成分の含有量が３０％を超えると、ガラスの安定性が著しく悪くなり、ガラス化が非常に難しくなるため、その上限は、３０％、好ましくは２０％、より好ましくは１５％、最も好ましくは１０％とする。Ｔａ２Ｏ５成分は、原料として例えばＴａ２Ｏ５等を用いてガラス又はガラスセラミックスに導入することができる。
【００６０】
ＭｏＯ３成分は、ガラスの溶融性と安定性を高める成分であり、また、ナシコン型結晶の構成成分でもあり、且つＷＯ３結晶相に固溶し、光触媒活性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、ＭｏＯ３成分の含有量が３０％を超えると、ガラスの安定性が著しく悪くなる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＭｏＯ３成分の含有量は、好ましくは３０％、より好ましくは２０％、最も好ましくは１０％を上限とする。ＭｏＯ３成分は、原料として例えばＭｏＯ３等を用いてガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。
【００６１】
Ｂｉ２Ｏ３成分は、ガラスの溶融性と安定性を高める成分であり、さらに光触媒結晶に固溶し、光触媒活性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、Ｂｉ２Ｏ３成分の含有量が２０％を超えると、ガラスの安定性が著しく悪くなる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＢｉ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは２０％、より好ましくは１５％、最も好ましくは１０％を上限とする。Ｂｉ２Ｏ３成分は、原料として例えばＢｉ２Ｏ３等を用いてガラス又はガラスセラミックスに導入することができる。
【００６２】
ＴｅＯ２成分は、ガラスの溶融性と安定性を高める成分であり、さらに光触媒結晶に固溶し、光触媒活性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、ＴｅＯ２成分の含有量が２０％を超えると、ガラスの安定性が著しく悪くなる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＴｅＯ２成分の含有量は、好ましくは２０％、より好ましくは１５％、最も好ましくは１０％を上限とする。ＴｅＯ２成分は、原料として例えばＴｅＯ２等を用いてガラス又はガラスセラミックスに導入することができる。
【００６３】
Ｌｎ２Ｏ３成分（式中、ＬｎはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕからなる群より選択される１種以上とする）は、ガラスセラミックスの化学的耐久性を高める成分であり、且つ光触媒の結晶相に固溶し、又はその近傍に存在することで、光触媒活性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、Ｌｎ２Ｏ３成分の含有量の合計が３０％を超えると、ガラスの安定性が著しく悪くなる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対する、Ｌｎ２Ｏ３成分の合計量は、好ましくは３０％、より好ましくは１０％、最も好ましくは５％を上限とする。Ｌｎ２Ｏ３成分は、原料として例えばＬａ２Ｏ３、Ｌａ（ＮＯ３）３・ＸＨ２Ｏ（Ｘは任意の整数）、Ｇｄ２Ｏ３、ＧｄＦ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＣｅＯ２、ＣｅＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３等を用いてガラス又はガラスセラミックスに導入することができる。
【００６４】
ＭｘＯｙ成分（式中、ＭはＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉからなる群より選択される１種以上とし、ｘ及びｙはそれぞれｘ：ｙ＝２：Ｍの価数、を満たす最小の自然数とする。ここで、Ｖの価数は５、Ｃｒの価数は３、Ｍｎの価数は１、Ｆｅの価数は３、Ｃｏの価数は２、Ｎｉの価数は２とする。）は、光触媒の結晶相に固溶するか、又はその近傍に存在することで、光触媒活性の向上に寄与し、且つ一部の波長の可視光を吸収してガラスセラミックスに外観色を付与する成分であり、任意成分である。特に、ＭｘＯｙ成分の合計量を１０％以下にすることで、ガラスセラミックスの安定性を高め、外観色を容易に調節することができる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対する、ＭｘＯｙ成分の合計量は、好ましくは１０％、より好ましくは５％、最も好ましくは３％を上限とする。また、これらの成分を添加する場合は、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．００２％、最も好ましくは０．００５％を下限とする。ＭｘＯｙ成分は例えばＶ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３などを用いてガラス又はガラスセラミックスに導入することができる。
【００６５】
Ａｓ２Ｏ３成分及び／又はＳｂ２Ｏ３成分は、ガラスを清澄させ、脱泡させる成分であり、また、光触媒活性を高める作用のある後述のＡｇやＡｕやＰｔイオンと一緒に添加する場合は、還元剤の役割を果たすので、間接的に光触媒活性の向上に寄与する成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、これらの成分の含有量が合計で５％を超えると、ガラスの安定性が悪くなり、光触媒活性も低下し易くなる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するＡｓ２Ｏ３成分及び／又はＳｂ２Ｏ３成分の含有量の合計は、好ましくは５％、より好ましくは３％、最も好ましくは１％を上限とする。また、これらの成分を添加する場合は、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００２％、最も好ましくは０．００５％を下限とする。Ａｓ２Ｏ３成分及びＳｂ２Ｏ３成分は、原料として例えばＡｓ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ５、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５、Ｎａ２Ｈ２Ｓｂ２Ｏ７・５Ｈ２Ｏ等を用いてガラス又はガラスセラミックスに導入することができる。
【００６６】
なお、ガラスを清澄させ、脱泡させる成分は、上記のＡｓ２Ｏ３成分及びＳｂ２Ｏ３成分に限定されるものではなく、例えばＣｅＯ２成分やＴｅＯ２成分等のような、ガラス製造の分野における公知の清澄剤や脱泡剤、或いはそれらの組み合わせを用いることができる。
【００６７】
本実施の形態で用いるガラス又はガラスセラミックスには、Ｆ成分、Ｃｌ成分、Ｂｒ成分、Ｓ成分、Ｎ成分、及びＣ成分からなる群より選ばれる１種以上の非金属元素成分が含まれていてもよい。これらの成分は、光触媒の結晶相に固溶し、又はその近傍に存在することで、光触媒活性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、これらの成分の含有量が合計で２０％を超えると、ガラスの安定性が著しく悪くなり、光触媒活性も低下し易くなる。従って、良好な特性を確保するために、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全質量に対する非金属元素成分の含有量の外割り質量比の合計は、好ましくは２０％、より好ましくは１０％、最も好ましくは５％を上限とする。これらの非金属元素成分は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物、塩化物、臭化物、硫化物、窒化物、炭化物等の形でガラス又はガラスセラミックス中に導入するのが好ましい。なお、本明細書における非金属元素成分の含有量は、ガラス又はガラスセラミックスを構成するカチオン成分全てが電荷の釣り合うだけの酸素と結合した酸化物でできていると仮定し、それら酸化物でできたガラス又はガラスセラミックス全体の質量を１００％として、別途抜き出して合計した非金属元素成分の質量を質量％で表したもの（酸化物基準の質量に対する外割り質量％）である。非金属元素成分の原料は特に限定されないが、例えば、Ｆ成分の原料としてＺｒＦ４、ＡｌＦ３、ＮａＦ、ＣａＦ２等、Ｃｌ成分の原料としてＮａＣｌ、ＡｇＣｌ等、Ｂｒ成分の原料としてＮａＢｒ等、Ｓ成分の原料としてＮａＳ，Ｆｅ２Ｓ３，ＣａＳ２等、Ｎ成分の原料としてＡｌＮ３、ＳｉＮ４等、Ｃ成分の原料としてＴｉＣ、ＳｉＣ又はＺｒＣ等を用いることで、ガラス又はガラスセラミックス内に導入することができる。なお、これらの原料は、２種以上を組み合わせて添加してもよいし、単独で添加してもよい。
【００６８】
本実施の形態で用いるガラス又はガラスセラミックスには、Ｃｕ成分、Ａｇ成分、Ａｕ成分、Ｐｄ成分、Ｒｕ成分、Ｒｈ成分、Ｒｅ成分およびＰｔ成分から選ばれる少なくとも１種の金属元素成分が含まれていてもよい。これらの金属元素成分は、光触媒結晶相の近傍に存在することで、光触媒活性を向上させる成分であり、任意に添加できる成分である。しかし、これらの金属元素成分の含有量の合計が１０％を超えるとガラスの安定性が著しく悪くなり、光触媒活性がかえって低下し易くなる。従って、酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全質量に対する上記金属元素成分の含有量の合計は、好ましくは１０％、より好ましくは５％、最も好ましくは３％を上限とする。これらの金属元素成分は、原料として例えばＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ、ＡｕＣｌ３、ＰｔＣｌ２、ＰｔＣｌ４、Ｈ２ＰｔＣｌ６、ＲｕＯ２、ＲｈＣｌ３、ＲｅＣｌ３、ＰｄＣｌ２等を用いてガラス又はガラスセラミックスに導入することができる。なお、本明細書における金属元素成分の含有量は、酸化物基準の質量に対する外割り質量％で表したものある。また、これらの成分を添加する場合は、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００２％、最も好ましくは０．００５％を下限とする。
【００６９】
ガラス又はガラスセラミックスには、上記成分以外の成分を、ガラスセラミックスの特性を損なわない範囲で必要に応じ添加することができる。但し、ＰｂＯ等の鉛化合物、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｏｓ、Ｂｅ、Ｓｅ、Ｈｇの各成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあり、ガラス又はガラスセラミックスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされる。従って、環境上の影響を重視する場合には、不可避な混入を除き、これらを実質的に含有しないことが好ましい。これにより、ガラス又はガラスセラミックスに環境を汚染する物質が実質的に含まれなくなり、特別な環境対策上の措置を講じなくとも、本発明の光触媒部材を製造し、加工し、及び廃棄することができる。
【００７０】
ガラス又はガラスセラミックスは、その組成が酸化物換算組成のガラス又はガラスセラミックス全物質量に対するモル％で表されているため直接的に質量％の記載に表せるものではないが、要求される諸特性を満たす組成物中に存在する各成分の質量％表示による組成は、酸化物換算組成で概ね以下の値をとる。
ＴｉＯ２成分０〜９５質量％
ＷＯ３成分０〜９５質量％
ＺｎＯ成分０〜９０質量％
Ｐ２Ｏ５成分０〜５０質量％
Ｂ２Ｏ３成分０〜４０質量％
ＳｉＯ２成分０〜４０質量％
ＧｅＯ２成分０〜４０質量％
Ｌｉ２Ｏ成分０〜３０質量％
Ｎａ２Ｏ成分０〜３０質量％
Ｋ２Ｏ成分０〜３０質量％
Ｒｂ２Ｏ成分０〜１０質量％
Ｃｓ２Ｏ成分０〜１０質量％
ＭｇＯ成分０〜４０質量％
ＣａＯ成分０〜４０質量％
ＳｒＯ成分０〜４０質量％
ＢａＯ成分０〜４０質量％
Ａｌ２Ｏ３成分０〜３０質量％
Ｇａ２Ｏ３成分０〜１０質量％
Ｉｎ２Ｏ３成分０〜１０質量％
ＺｒＯ２成分０〜２０質量％
ＳｎＯ成分０〜１０質量％
Ｎｂ２Ｏ５成分０〜２０質量％
Ｔａ２Ｏ５成分０〜２０質量％
ＭｏＯ３成分０〜２０質量％
Ｂｉ２Ｏ３成分０〜２０質量％
ＴｅＯ２成分０〜２０質量％
Ｌｎ２Ｏ３成分  合計で０〜３０質量％
ＭｘＯｙ成分  合計で０〜５質量％
Ａｓ２Ｏ３成分及びＳｂ２Ｏ３成分  合計で０〜５質量％
【００７１】
また、本実施の形態の光触媒多孔質体で用いるガラスセラミックスの結晶化度は、好ましくは７０％、より好ましくは８０％、最も好ましくは９０％を下限とすることにより、ガラスセラミックスが良好な光触媒活性を有することができる。また、光触媒結晶の大きさは、球近似したときの平均径が１ｎｍ〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。熱処理条件をコントロールすることにより、析出した結晶サイズを制御することが可能であるが、有効な光触媒活性を引き出すため、結晶サイズを１ｎｍ〜１０μｍの範囲内とすることが好ましく、１ｎｍ〜１μｍの範囲内とすることがより好ましく、１ｎｍ〜０．５μｍの範囲内とすることが最も好ましい。結晶粒子径及びその平均値はＸ線回折（ＸＲＤ）の回折ピークの半値幅より、シェラーの式より見積もることができる。回折ピークが弱かったり、重なったりする場合は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて測定した結晶粒子面積から、これを円と仮定してその直径を求めて測定できる。顕微鏡を用いて平均値を算出する際には、無作為に１００個以上の結晶直径を測定することが好ましい。
【００７２】
［気孔率］
本実施の形態の光触媒多孔質体は、気孔率が４０％以上であることが好ましく、より好ましくは４５％、最も好ましくは５０％以上である。気孔率は、光触媒多孔質体において、処理対象となるガスや液体などの流体と光触媒との接触面積を増加させて光触媒活性に影響を与えるとともに、光触媒多孔質体の機械的な強度を維持する上でも重要な特性である。気孔率が４０％未満では、光触媒と有機物との接触面積が少なくなってしまうため、光触媒多孔質体において十分な光触媒活性が得られない場合がある。一方、気孔率が９５％を超えると、光触媒多孔質体の骨格構造が脆弱になり、機械的な強度が低下して十分な耐久性が得られなくなる場合があるため、気孔率の上限は９５％、より好ましくは９０％であることが好ましい。なお、気孔率は、骨格材料の比重から計算することにより求めることができる。
【００７３】
［気孔サイズ］
本実施の形態の光触媒多孔質体は、気孔サイズが１ｎｍ〜１００００μｍの範囲内であることが好ましく、１ｎｍ〜３０００μｍの範囲内であることがより好ましい。気孔サイズは、光触媒多孔質体において、有機物を含む流体が通流するパスの大きさを意味する。処理対象となる流体の種類に応じて気孔サイズを１ｎｍ〜１００００μｍの範囲内から選択することによって、光触媒多孔質体内部における流体の流路抵抗（拡散抵抗）を最適な範囲に調節することができる。これにより、光触媒活性に影響を与える滞留時間（つまり、光触媒との接触時間）を十分に確保することができる。
【００７４】
［応答波長］
本実施の形態の光触媒多孔質体は、紫外領域から可視領域までの波長の光によって触媒活性が発現されることが好ましい。ここで、紫外領域の波長の光は、波長が可視光線より短く軟Ｘ線よりも長い不可視光線の電磁波のことであり、その波長はおよそ１０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲にある。また、可視領域の波長の光は、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の電磁波のことであり、その波長はおよそ４００ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲にある。これら紫外領域から可視領域までのいずれかの波長の光、またはそれらが複合した波長の光が光触媒多孔質体に照射されたときに触媒活性が発現されることにより、親水性が付与されたり、汚れ物質や細菌等の有機物が酸化又は還元反応により分解される。
【００７５】
［光触媒多孔質体の製造方法］
本実施の形態に係る光触媒多孔質体の製造方法は、特に制限はなく、一般に多孔質体を製造するための種々の方法を利用して製造することができる。以下、骨格材料がガラスセラミックスである場合を例に挙げて説明する。なお、以下の方法では、ガラスを原料とするが、ガラス状態を経由せず、光触媒結晶を持つ粉体原料を用いて作製することもできる。
【００７６】
本実施の形態の光触媒多孔質体の製造方法は、原料ガラス粉末のスラリーを調製する工程（スラリー調製工程）、このスラリーを多孔質のテンプレートに含浸させる工程（含浸工程）、及び、スラリーを含浸させたテンプレートを焼成して光触媒多孔質体の前駆体を形成する焼成工程、及び、前駆体をエッチングして比表面積を増大させ、光触媒多孔質体を得るエッチング工程、を有する。
【００７７】
スラリー調製工程：
上記組成のガラスを調製し、使用するテンプレートの細孔径に応じて所定の粒子径になるまで粉砕、分級等を行い、原料ガラス粉末を準備する。原料ガラス粉末の粒子径は、小さすぎると焼成時に粒子同士がくっついてしまい比表面積の増大を妨害し、大きすぎると比表面積が大きくならない。例えば、比表面積をより効果的に増大させるために、好ましくは１ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ、最も好ましくは１０ｎｍを下限とし、好ましくは１００００μｍ、より好ましくは１０００μｍ、最も好ましくは１００μｍを上限とする。次に、原料ガラス粉末を分散媒中に分散させてスラリーを調製する。分散媒としては、例えば水、有機溶媒などを使用することができる。有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール系溶媒が好ましい。
【００７８】
スラリーには、バインダー、消泡剤等を添加することができる。バインダーとしては、例えば、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール等の合成樹脂や、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース等のセルロース誘導体などを用いることができる。消泡剤としては、例えば、シリコーン系消泡剤、界面活性剤等を用いることができる。
【００７９】
含浸工程：
含浸工程では、スラリーをテンプレートに含浸させる。含浸の方法は、特に制限はなく、例えばスラリーにテンプレートを浸漬する方法や、スプレーコーティング等の方法でテンプレートにスラリーを塗布する方法などを挙げることができる。これらの方法において、テンプレートへの原料ガラス粉末の含浸量を多くするために、浸漬又は塗布を複数回繰り返すことができる。含浸工程で用いるテンプレートとしては、多孔質体、例えば、発泡ウレタン樹脂（スポンジ）、不織布、紙などを用いることができる。テンプレートの細孔径は、例えば、比表面積をより効果的に増大させるために、好ましくは１ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ、最も好ましくは１０ｎｍを下限とし、好ましくは１００００μｍ、より好ましくは１０００μｍ、最も好ましくは１００μｍを上限とする。
【００８０】
焼成工程：
焼成工程では、スラリーを含浸させたテンプレートを、ガラスが結晶化する温度以上の温度で焼成する。この焼成によって、ガラスからガラスセラミックスへの転換を行うとともに、テンプレートの細孔を鋳型として３次元網目状のネットワークが形成された前駆体を得ることができる。有機物からなるテンプレートは、焼成によって分解、ガス化して除去される。
【００８１】
焼成における最高温度は、例えば７００〜１１００℃の範囲内が好ましく、８００〜１０５０℃の範囲内がより好ましく、８５０℃〜９５０℃の範囲内が最も好ましい。焼成温度が高くなり過ぎると、目的以外の未知相が析出する傾向が強くなり、光触媒活性が消失し易くなるので、焼成温度の上限は１１００℃が好ましく、１０５０℃がより好ましく、９５０℃が最も好ましい。焼成温度が低すぎると、結晶化が不十分となって所望の光触媒活性が得られないため、焼成温度の下限は７００℃が好ましく、８００℃がより好ましく、８５０℃が最も好ましい。
【００８２】
また、焼成工程では、大きな比表面積を得るとともに、多くの微細な光触媒結晶を析出させるべく、i）昇温スピードを変化させて核形成温度域でゆっくり昇温させる、ii）昇温を多段階で行う、などの昇温方法を採用することが好ましい。例えば、焼成工程において、微細な光触媒結晶を前駆体の表面に析出させるために、最高温度に到達するまでの昇温速度を０．１〜３０℃／分の範囲内とすることが好ましい。
【００８３】
また、別の方法として、焼成工程は、第１の昇温速度で昇温を行う第１の焼成工程、第１の焼成工程とは昇温速度が異なる第２の昇温速度で昇温を行う第２の焼成工程、及び／又は、温度を一定に保つ第３の焼成工程、を含むことができる。ここで、第１の昇温速度、第２の昇温速度及び第３の焼成工程における保持温度は、目的とする光触媒結晶の種類などに応じて適宜設定することができる。
【００８４】
また、焼成時間は、ガラスの組成や焼成温度などに応じて結晶をある程度まで成長させ、かつ十分な量の結晶を析出させ得る条件に設定することが好ましい。焼成時間は、焼成温度によって様々な範囲に設定できるが、例えば１分〜１００時間の範囲内が好ましい。焼結後は、自然冷却することによって、所望の気孔率及び気孔サイズを有する光触媒多孔質体を得ることができる。
【００８５】
以上のような焼成条件で焼成を行うことによって、微細な光触媒結晶を豊富に含有する前駆体が得られる。この前駆体の特徴として、例えば、４．６質量％のフッ化水素酸で３分間のエッチングを行った後、その表面を走査型電子顕微鏡で観察したとき、ガラス相中に、粒子径が３μｍを超える結晶粒が確認されない状態を有していることができる。
【００８６】
また、焼成工程で得られる前駆体は、例えば、４．６質量％のフッ化水素酸で３分間のエッチングを行った後、その表面を走査型電子顕微鏡で観察したとき、視野１００μｍ２あたり、ガラス相中に、最大粒子径３μｍ以下の結晶粒が３個以上確認される状態を有していることが好ましい。尚、走査型電子顕微鏡の観察条件としては、試料傾斜角０°、加速電圧２０ＫＶ、倍率１万倍を採用した。
【００８７】
また、エッチング工程でより多くの光触媒結晶を光触媒多孔質体の表面に露出させるため、焼成工程で得られる前駆体は、結晶化度が９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましい。
【００８８】
エッチング工程：
上記方法で得られた前駆体に対してエッチングを行うことにより、光触媒活性をより高めることができる。すなわち、前駆体をエッチングして得られる光触媒多孔質体は、結晶相の周りのガラス相が取り除かれ、表面に露出する結晶相の比表面積が大きくなるため、光触媒活性がより向上する。
【００８９】
エッチングの方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ドライエッチング、前駆体をエッチング液へ浸漬する浸漬法、エッチング液を前駆体の表面に吹き付ける吹付け法、およびこれらの組み合わせなどの方法が挙げられる。これらの中でも、エッチング効率が高い浸漬法が好ましい。浸漬法に使用されるエッチング液としては、前駆体の表面を腐食できれば特に限定されず、酸性もしくはアルカリ性の溶液を用いることができる。酸性エッチング液としては、例えば、フッ化水素酸、塩酸、硝酸、フッ化水素アンモニウム、硫酸、燐酸等を用いることが好ましい。浸漬法では、これらの酸性エッチング液中に、前駆体を５分〜１０時間の範囲内、好ましくは、１〜６時間の範囲内、より好ましくは３〜６時間の範囲内の時間で浸漬することが、光触媒多孔質体の比表面積増大を図る上で有効である。
【００９０】
エッチング工程は、焼成工程で得られた前駆体の比表面積をＳＰ、エッチング工程で得られた光触媒多孔質体の比表面積をＳとすると、光触媒の性能をより効果的にするために、好ましくはＳ／ＳＰ＞３、より好ましくはＳ／ＳＰ＞５、最も好ましくはＳ／ＳＰ＞１０の関係が成立するような条件で行うことが好ましい。
【００９１】
以上のように得られた光触媒多孔質体に対し、必要に応じて他の材料、例えばゼオライトなどの複合化等を行う付加工程を設けてもよい。
【００９２】
以上の工程を行うことによって得られる本実施の形態の光触媒多孔質体は、１ｍ２／ｇ以上の大きな比表面積を有するため、素材の持つ光触媒活性を十分に発揮させることができる。従って、本実施の形態の光触媒多孔質体は、多孔質構造の細孔内部に処理対象となるガスや液体などの流体を通過させることによって、該流体中に含まれる有機物と光触媒との接触機会を増加させ、有機物を効率良く分解することができる。また、本実施の形態の光触媒多孔質体は、膜やコーティング層などを有さず、多孔質体を形成する骨格材料自体が光触媒活性を呈するので、光触媒層の剥離・離脱による触媒活性の劣化がなく、交換やメンテナンスの手間が省ける。従って、本実施の形態の光触媒多孔質体は、例えばガス又は液体をろ過するためのフィルタ材や、該フィルタ材を備えた浄化装置等として利用できる。また、光触媒機能を利用したフィルタ材や浄化装置は装置内で光源となる部材に隣接した構成である場合が多いが、光触媒多孔質体は、任意の形状に成型加工できるため、装置内の容器などに簡単に収容することが可能であり、利便性にも優れている。
【実施例】
【００９３】
次に、実施例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は以下の実施例によって何ら制約を受けるものではない。なお、実施例における各種の測定は、以下の方法で行った。
【００９４】
［光触媒活性の評価］
下記のように、アセトアルデヒドの分解により、光触媒活性を評価した。側面に２箇所、ガス流出口がある６００ｍｌ容量の石英製のチャンバー（幕張理化学硝子製作所、上面照射セルII−Ｓ型）にサンプルの多孔質ガラスセラミックスを入れ、石英製の蓋をした。蓋とチャンバーの間はシリコングリースにより密着させた。チャンバーへ湿度５０％にした純空気（大陽日酸株式会社、Ｇ２エアー）を１０分間流してチャンバー内の空気を置換した後、ガス流出口をシリコンゴム（島津製作所、島津標準セプタム）で塞いだ。１％のアセトアルデヒドガス（住友精化株式会社、Ｎ２バランス）をガスタイトシリンジに採取し、その濃度が８０ｐｐｍとなるようにシリコンゴムを通してチャンバーに注入した。その後、光が当たらないようにしながら、２時間にわたり、アセトアルデヒドガスを試料に吸着させた。次いで、１．０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線照射を照射し、チャンバー内のガスをガスタイトシリンジで３０分ごとに１ｍｌ採取し、ガスクロマトグラフ（島津製作所、型番：Ｃ−Ｒ６Ａ）でＣＨ３ＣＨＯ及びＣＯ２の濃度を測定した。光触媒活性は、ＣＨ３ＣＨＯの分解により生成したＣＯ２の量に基づいてＣＨ３ＣＨＯの分解率を算出することにより評価した。なお、サンプルのサイズは約５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍとした。
【００９５】
［合成例１］
酸化物換算組成の全物質量に対して、モル％で、４．７％ＳｉＯ２−４．７％Ａｌ２Ｏ３−３２．２％Ｐ２Ｏ５−４６．７％ＴｉＯ２−１１．７％ＭｇＯの組成を有するガラスを作製した。すなわち、各成分の原料に相当する酸化物を、秤量して均一に混合した後、白金または石英坩堝に投入し、ガラス組成の溶融難易度に応じて電気炉で１２００℃〜１６００℃の温度範囲で１〜２４時間溶解し、攪拌均質化して泡切れ等を行った。その後、１５００℃以下に温度を下げて攪拌均質化してから冷却してガラスを作製した。得られたガラスを所定のサイズに粉砕し、以下の多孔質ガラスセラミックスの作製に用いた。
【００９６】
［試験例１］
焼成温度と比表面積の検討：
テンプレートとして格子状の網目（網目サイズ１×１ｍｍ又は３×３ｍｍ）を有するスポンジ（厚み３ｍｍ）を用いて、スラリーを含浸させて、乾燥してから焼成した。スラリーは、合成例１で作製したガラスを粉砕した平均サイズ０．５〜３ｍｍのガラス粉末に対してバインダー（積水化学工業株式会社、エスレックＫ  ＫＷ−１０）を６質量％、蒸留水を３１質量％加えて調合した。このスラリーを上述のスポンジに含浸させ、ドライヤーで余分なスラリーを除去、乾燥後、同様な操作をもう一回行った。このように作製したスラリー含浸シートについて、８５０℃、９００℃又は９５０℃で２時間焼成することにより、前駆体を得た。これらの前駆体に対し、４．６ｗｔ％のＨＦに１分間浸漬してエッチング処理を行って光触媒多孔質体を得た。各条件で得られた光触媒多孔質体について、比表面積の測定結果を図１に示した。
【００９７】
［試験例２］
焼成条件と比表面積の検討：
焼成条件として、標準（９００℃で２時間）、長時間焼成（９００℃で２０時間)、又は、２段階焼成（６７０℃で４時間、その後９００℃で８時間）で、それぞれ焼成を行った以外は試験例１と同様にして、光触媒多孔質体を得た。各条件で得られた光触媒多孔質体について、比表面積の測定結果を図２に示した。なお、図２の横軸の「焼成時間」は、９００℃での保持時間を意味する。
【００９８】
［試験例３］
エッチング時間と比表面積の検討：
エッチング工程の浸漬時間を１分間又は６時間とした以外は、試験例２と同様にして光触媒多孔質体を得た。各条件で得られた光触媒多孔質体について、比表面積の測定結果を図３に示した。
【００９９】
図１より、光触媒多孔質体の比表面積を増加させるためには、焼成温度の上限は９００℃とすることが好ましいことが判明した。また、図２より、１段階焼成では焼成時間が長い方が光触媒多孔質体の比表面積を大きくできることがわかった。また、１段階焼成と２段階焼成との比較では、２段階焼成の方が光触媒多孔質体の比表面積を大きくする上で有効であることがわかった。また、図３より、エッチング時間を長くすることによって、光触媒多孔質体の比表面積を顕著に増大させ得ることが確認された。
【０１００】
上記試験例１〜３の結果を踏まえ、実施例１及び実施例２の光触媒多孔質体を作製した。
【０１０１】
［実施例１］
テンプレートとして網目サイズ１×１ｍｍのスポンジを用い、焼成条件を１段階焼成（９００℃で２０時間）、エッチング時間を６時間とした以外は、試験例１と同様にして光触媒多孔質体を作製した。この光触媒多孔質体は、ＸＲＤの測定によりナシコン型結晶のＭｇ０．５Ｔｉ２（ＰＯ４）３を有していることが確認された。実施例１の光触媒多孔質体の比表面積は１６ｍ２／ｇであった。
【０１０２】
［実施例２］
テンプレートとして網目サイズ３×３ｍｍのスポンジを用い、焼成条件を１段階焼成（９００℃で２０時間）、エッチング時間を６時間とした以外は、試験例１と同様にして光触媒多孔質体を作製した。この光触媒多孔質体は、ＸＲＤの測定によりナシコン型結晶のＭｇ０．５Ｔｉ２（ＰＯ４）３を有していることが確認された。実施例２の光触媒多孔質体の比表面積は６．９ｍ２／ｇであった。
【０１０３】
［実施例３］
テンプレートとして網目サイズ１×１ｍｍのスポンジを用い、焼成条件を２段階焼成（６７０℃で４時間、その後９００℃で８時間）、エッチング時間を６時間とした以外は、試験例１と同様にして光触媒多孔質体を作製した。この光触媒多孔質体は、ＸＲＤの測定によりナシコン型結晶のＭｇ０．５Ｔｉ２（ＰＯ４）３を有していることが確認された。実施例３の光触媒多孔質体の比表面積は１２．７ｍ２／ｇであった。
【０１０４】
［実施例４］
テンプレートとして網目サイズ３×３ｍｍのスポンジを用い、焼成条件を２段階焼成（６７０℃で４時間、その後９００℃で８時間）、エッチング時間を６時間とした以外は、試験例１と同様にして光触媒多孔質体を作製した。この光触媒多孔質体は、ＸＲＤの測定によりナシコン型結晶のＭｇ０．５Ｔｉ２（ＰＯ４）３を有していることが確認された。実施例４の光触媒多孔質体の比表面積は８．０ｍ２／ｇであった。
【０１０５】
実施例１〜４で得られた光触媒多孔質体を用い、アセトアルデヒド分解活性試験を実施した。その結果を表１に示した。
【０１０６】
【表１】
2014083505.tif 000003
【０１０７】
また、実施例１で得られた光触媒多孔質体のＳＥＭ像を図４に、実施例４で得られた光触媒多孔質体のＳＥＭ像を図５に、それぞれ示した。ＳＥＭにより観察された結晶粒子径は、実施例１が０．２〜０．４μｍ、実施例４が０．５〜１．０μｍであった。
【０１０８】
また、実施例１、４で得られた光触媒多孔質体のＸＲＤのチャートを図６に示した。なお、図６には、実施例１、４と同じ原料を９００℃、２時間焼成して得られたガラスセラミックス（標準の焼成条件）のＸＲＤの結果も併記した。
【０１０９】
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。
【図１】
2014083505.tif 000004
【図２】
2014083505.tif 000005
【図３】
2014083505.tif 000006
【図６】
2014083505.tif 000007
【図４】
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【図５】
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