(57)【要約】【課題】ＴｉＯ２光触媒は，その優れた、環境改善および環境保全効果から、幅広い開発研究が行われており、実用化も進んでいる。併せて、紫外線の照射なしで、光触媒の機能を発揮する新た材料も提案されてはいるが、チタンを主原料としているので、光触媒材料は高価であると言う欠点がたる。【解決手段】日常の鉄鋼生産で、不可避に副産物として生成するスラグ中に多量に含有される鉄酸化物がＦeＸＯ（Ｘ＜１）組成を有する、ｐ型半導体特性を有する金属欠乏型酸化物である事を見出した。併せて、紫外線の照射なしで光触媒効果を有する事も確認した。本発明の提案により、紫外線の照射なしで、光触媒機能を有する低廉な材料が得られる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気炉スラグ、転炉スラグおよび熱間圧延スケールの少なくとも１種以上から抽出分離し粉砕して得た主として鉄酸化物粉体で、かつ該鉄酸化物がｐ型半導体特性を有する金属欠乏型不定比酸化物であって、該粉体のまま、および粉体を混入または粉体を表面に被覆して構成される構造体が、紫外線を照射しない環境下で、光触媒機能を発揮する事を特徴とする機能性粉体および構造体。
【請求項２】
請求項１において、該粉体を溶媒に混入させる事を特徴とするスプレイ用の溶剤および該溶剤を充填したスプレイ。
【請求項３】
請求項２において、内外壁等の汚れ防止、室内等脱臭、室内等の空気清浄化および雑菌等に対する抗菌用に適用する事を特徴とする低価格なスプレイ用の溶剤および該溶剤を充填したスプレイ。
【請求項４】
請求項１において、該粉体を繊維状織布、シートおよび不織布に混入して構成した各種の繊維状製品。
【請求項５】
請求項４において、汚れ防止、脱臭、室内等の空気清浄化および雑菌等に対する抗菌用に適用する事を特徴とする各種の衣類状製品。
【請求項６】
請求項１において、該粉体を表層に担持する事を特徴とするセラミックス構造体。
【請求項７】
請求項１の粉体と該粉体を表層に被覆する事を目的とするセラミックス球体とを同一容器内に挿入し、然る後に内装材に遠心力を与える回転数で容器を回転させて該球体の表層に請求項１に記載の粉体の被覆層を形成した事を特徴とする機能性構造体。
【請求項８】
請求項６〜７において、セラミックス構造体は概ね球体であって水質改善用途に適用される事を特徴とする機能性構造体。
【請求項９】
請求項６〜７において、セラミックス構造体は概ね球体であって脱臭等空気清浄化用途に適用される事を特徴とする機能性構造体。
【請求項１０】
請求項１の構造体がフィルター形状である機能性構造体。
【請求項１１】
請求項１の粉体をセラミッックスに練りこんで構成した各種の陶磁器。
【請求項１２】
請求項１の粉体を燒結して得た機能性構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気炉スラグ、転炉スラグおよび熱間圧延スケール中に不可避に含有される鉄酸化物がｐ型半導体特性を有する金属欠乏型不定比酸化物である事の発見とその有効活用に関する。
【背景技術】
【０００２】
光のエネルギーによって生成する反応は（表１）の様に分類される。
【０００３】
【表１】
2006223919.tif 000002
【０００４】
今からおおよそ３０年前、セラミックス半導体（ルチル型二酸化チタン）を光電極として用い水の光分解ができる光触媒反応がわが国で発見され、これを契機に、光触媒反応に関する開発研究が活発に開始された。
【０００５】
その後、広範に渡る研究開発が進められ、量産市販さている二酸化チタンの白色の微細粉末（アナターゼ型・比表面積大）を構造体に主としてコーティグして使用する光触媒反応の実用化が進められている。
【０００６】
対象となる光触媒には、紫外線の照射が必須であり、光触媒機能を有するアナターゼ型の二酸化チタン、ＴｉＯ２の実用化に関する開発研究が積極的に進められた。
【０００７】
すでに実用化されているアナターゼ型の二酸化チタン、ＴｉＯ２の機能を活用しての用途開発の例を（表２）に示した。
【０００８】
【表２】
2006223919.tif 000003
【０００９】
光触媒、ＴｉＯ２は、そのバンドギャップエネルギー３.２ｅＶに相当するエネルギーを、波長３８０ｎｍの紫外線から受けて励起して、はじめて半導体としての機能を発揮すると言われている。
【００１０】
紫外線からのエネルギーを受けると価電子帯の電子が励起して、電導帯に移動する。電子が抜けた跡には正孔が形成される。この正孔に接触したＨ２Ｏが電子を奪われて生成するヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）の強力な酸化機能が光触媒の機能そのものであると説明されている。
【００１１】
ヒドロキシルラジカルの有する酸化力は、環境汚染の原因となる化学物質等の無機、有機物を構成する分子中のＣ-Ｃ、Ｃ-Ｈ、Ｃ-Ｎ、Ｃ-Ｏ、Ｏ-Ｈ、Ｎ-Ｈ等の結合エネルギーよりはるかに大きいため、これらの結合を切断し分解することができる。
【００１２】
したがって、強い酸化力により環境汚染の原因となる化学物質等の分解を紫外線の照射でクリーンに行うことが可能であり、環境浄化の有力な手段となりうる。最大の特徴は酸化チタン自身が消耗したり、その性質を変化させたりすることなく、永続的に反応が進むという点である。なお、生活空間に存在する程度の紫外線量の下では、生成されるヒドロキシルラジカルの濃度は非常に小さく、人体には全く無害な程度とされている。
【００１３】
しかし、紫外線を受けて初めてヒドロキシルラジカルが生成する事に本技術の限界が存在すると思われる。この技術的限界を打破する為の研究開発が開始されている。
【００１４】
本発明は、紫外線の照射なしで、ヒドロキシルラジカルが生成できる光触媒は本発明者等が既に提案しているが、高価であり世の中に広く汎用され難い難点がある事に鑑み、極めて低廉でかつ同一機能を有する新規な発見に基づく新機能体の新たな提案である。
【特許文献１】特願２００４−２２７５３３号
【特許文献２】特開２００２−３１６０５６号広報
【非特許文献１】日本化学会『光が関わる触媒化学』（１９９４）
【非特許文献２】橋本、小早川『光触媒と半導体電極』（シーエムシー出版）
【非特許文献３】小菅『不定比化合物の化学』（培風館）
【非特許文献４】エヌ・ア・トロボフ他『金属酸化物の状態図』（日ソ通信社刊）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
光触媒が機能を発揮する過程は以下である。
（１）   光触媒に紫外線の照射
（２）   価電子帯の電子が導電帯に移動する。
（３）   荷電帯の電子の抜けた箇所に正孔が生成される。
（４）   正孔に水分子が吸着する。
（５）   水分子が電子を奪われて水素イオンとヒドロキシルラジカルに分解する。
（６）   生成したヒドロキシルラジカルが有機物等を分解する。                                              
【００１６】
「紫外線の照射により初めて正孔が生成」が光触媒の特徴である。言いかえると、『紫外線の照射がなくても正孔が生成する光触媒の提供』いいかえると『予め正孔が存在する半導体の提供』を先願した。
【００１７】
しかしその合成は高価なため、同一機能を有する『予め正孔が存在する半導体』が本特許の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
１）本発明の基本的な概念
『紫外線の照射⇒正孔の生成』が従来の光触媒が機能を発揮するメカニズムである。本発明は『予め正孔を保有するｐ型の半導体』を提供する。『予め正孔を保有するｐ型の半導体』では、紫外線の照射なしで、従来の光触媒と同等な機能が期待される。
【００１９】
すなわち、『予め正孔を保有するｐ型の半導体』に、水またはその種別を問わないガス体の露点で表示される程度に気体として含有される水分子が接触・吸着すると、正孔は水分子から電子を奪いヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）を生成する。このヒドロキシルラジカルの機能は前出の通りである。この機構により発現する触媒機能は紫外線の照射を全く必要としない。本発明は水分との反応でヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）を生成する『正孔』予め保有する事を特徴とする新規の触媒を提供する。
【００２０】
２）本発明の具体的な手段
遷移金属の定比酸化物および定比窒化物の結晶は電気的に中性である。この原理が本発明の提案の根本的思想である。
【００２１】
遷移金属はそれぞれの原子が複数の荷電子状態を構成するので、不定比化合物を構成する事はよく知られている。その代表が不定比酸化物および不定比窒化物である。
【００２２】
不定比酸化物および不定比窒化物は、さらに金属過剰型と金属欠乏型とに分類される。
【００２３】
このうち、金属欠乏型不定比酸化物および窒化物では、その生成と同時に、電気的中性を保持する為に、欠乏している金属原子（＋電荷）に相当する正孔が価結晶内に形成される。
【００２４】
言いかえると、金属欠乏型不定比酸化物および金属欠乏型不定比窒化物は、いずれも予め正孔を保有するｐ型の半導体である。
【００２５】
本発明は、予め正孔が形成されている金属欠乏型の遷移金属不定比酸化物または金属欠乏型の遷移金属不定比窒化物を『紫外線の照射を行わずに光触媒機能を発揮する触媒』として提案する事にある。
【００２６】
遷移金属の酸化物の結晶学的解明に関する細部に渡る技術検討は種々行われている。しかしその技術的努力にもはかかわらずその細部は完璧に解明されたとは言い難い現状にある。
【００２７】
しかし、本発明においては、結晶学的議論は不要である。電気的に中性である遷移金属の定比酸化物および定比窒化物を論理的に設定特定化するとともに、特定化した定比化合物に対して、金属欠乏型の不定比酸化物および不定比窒化物を設定提案する事が、本発明の主旨である。
【００２８】
多数の研究者の研究結果に基づく遷移金属―酸素の２元系の状態図の調査の結果を、本発明の主旨に沿って纏めた結果を（表３）に示した。
【００２９】
【表３】
2006223919.tif 000004
【００３０】
電気的中性を示す化合物がＴｉＯの場合、Ｘ＝１は定比酸化物を意味する。Ｘ＜１で、金属過剰型の不定比酸化物となり、過剰な金属の＋電子にバランスするｅ−が生成し、ｎ型（−）半導体を構成する。
【００３１】
Ｘ＞１では、金属欠乏型言い換えると酸素過剰型の不定比酸化物が形成される。過剰な酸素のマイナス電子にバランスする「正孔」生成し、ｐ型（＋）半導体が構成される。
【００３２】
（表３）の半導体の型の欄に於いてｐ（＋）型半導体の欄に○記しを記載した半導体、すなわち金属欠乏型半導体はすべて、本発明で提案する『予め正孔が存在するｐ型半導体』の範疇に属している。すなわち、これらの半導体はすべて、本発明に包含されている。
【００３３】
しかし、世に中に広く活用される為には、ｐ型半導体特性を有する金属欠乏型不定比酸化物を安価に入手する必要がある。
【００３４】
ｐ型半導体特性を有する金属欠乏型不定比酸化物で、かつ低廉系化合物を種々探索したところ、製鋼スラグ中に大量に含有される鉄酸化物が（表３）に示すＦeＸＯ（Ｘ＜１）の組成を有する金属過剰型酸化物であり、かつ、ｐ型半導体特性を有し、さらに、紫外線の照射なしで光触媒効果を発揮する事を発見した。極めて有意義な発見と言える。その効果を以下に詳細に説明したい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明で提案する金属欠乏型不定比酸化物、ＦeＸＯ（Ｘ＜１）製鋼スラグ中に大量に存在する。従来の光触媒は、チタン酸化物が主体で、光触媒用途用の価格はキログラム当り２０００円以上であるので、普及の為その効果は大きい。
【００３６】
本発明の提案で、より低廉用途等、用途に応じた材料選択の幅が広がり、生活環境のいたる箇所で、光触媒効果が享受できる。  
【００３７】
本発明の提案するＦeＸＯ（Ｘ＜１）は予め過剰な『正孔』が生成しているので、これらに温度勾配が付与されると、ゼーベック効果による微量な発電機能が発揮される。この発電機能は身体の血液循環改善効果を発揮するので、本発明の金属欠乏型不定比酸化物または金属欠乏型不定比窒化物は、身体機能保全製品としての用途にも価値が大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
製鋼スラグから粉体形態で得られたＦeＸＯ（Ｘ＜１）を可能な限り微細化して以下の様に供する。
（１）粉体そのままでの使用。
（２）粉体を溶媒に混入しての使用。
（３）セラミックス等の構造体の表層に被覆して使用。
（４）粉体をその他のセラミックス等に混入した焼成品としての使用。
（５）粉体のみを燒結して使用。
【００３９】
粉体そのままでの使用には、繊維全般へ混入して使用する。光触媒効果を有する各種の繊維製品が、低廉に製造できる。病院、老人看護施設、ホテル、新幹線等のシーツ等に有効活用できる。
【００４０】
粉体を溶媒に混入させて使用する際の代表的な使い方は、スプレイとしての用途である。
内外壁、カーテン、床、台所等、各種の防臭、防汚、抗菌に必要な箇所に有効に使用できる。
【００４１】
セラミックス、プラスチック、ガラス、木材および各種金属等に皮膜して使用する。用途は広範にわたるが、例えば、皮膜したプラスチック球体は、吸水塔の除菌、供給水の清浄化に有効活用できる。
【００４２】
陶磁器等に混練して焼成、または表面に被覆して焼成して使用する事ができる。
【００４３】
そのままを燒結して、ｐ型半導体として使用する事ができる。
【実施例】
【００４４】
（表５）に本発明の実施例サンプルの機能評価の結果を纏めて示した。
【００４５】
【表５】
2006223919.tif 000005
【００４６】
実施例１〜２は、特殊鋼製鋼スラグから抽出した金属欠乏型不定比鉄酸化物Ｆe0.94Ｏである。比較材１〜２は、従来の光触媒ＴｉＯ2である。
【００４７】
これらの実施例および比較用サンプルによる、経過時間に伴うアセトアルデヒドの分解機能を、ブラックライト有無の条件で測定した。
【００４８】
本発明の実施例における、光触媒機能の評価の方法およびアセトアルデヒド量の測定の方法の概要を（表６）に示した。
【００４９】
【表７】
2006223919.tif 000006
【００５０】
比較材１〜２は、従来の光触媒である。ブラックランプ照射の環境で、アセトアルデドを良好に分解するが、ブラックランプ照射無しの環境ではアセトアルデヒドの分解はほとんど行われていない。
【００５１】
実施例１〜６の本発明の提供する金属欠乏型の不定比酸化物および不定比窒化物ではブラックランプの有無にかかわらず、アセトアルデヒドの分解が効率的に進行している。
【００５２】
ＦeＸＯ（Ｘ＜１）不定比酸化物生成の際に、結晶内に予め生成していた正孔が、結晶に吸着した水成分を酸化分解して生じたヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）がアセトアルデヒドを分解したためである。
【００５３】
本発明の提供する、不定比酸化物、予め、正孔が生成されているので、ブラックランプの照射無しで、ヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）による無機および有機物の分解が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
その機能を活用した様々な用途（表１）に実用化が進められているが、紫外線の照射が、機能発揮の為の必須条件であるので、実用化が遅滞している。
【００５５】
本発明の提案により、紫外線の照射は不要となるので、（表１）に示した用途への実用化が積極化される事は言を待たない。特に、環境改善、環境保全用の為の材料として用途開発が益々活発化する。
【００５６】
しかし、光触媒機能を有する機能材料は高価な為に、広く活用できない欠点があった。
【００５７】
製鋼スラグ中に紫外線照射なしで、光触媒機能を有するＦeＸＯ（Ｘ＜１）が存在する事を見出し、光触媒効果を広く汎用化できるので、本発明の効果は大きい。
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月14日(2005.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉スラグ、電気炉スラグ、転炉スラグおよび熱間圧延スケールの少なくとも１種以上から抽出分離し粉砕して得た主として複数の鉄酸化物と総量で１０％以下の鉄以外の金属酸化物で構成される粉体で、かつ該鉄酸化物の１種以上がｐ型半導体特性を有する金属欠乏型不定比酸化物であって、該粉体のまま、および該粉体を主体とする焼結体または該粉体を表面に被覆して構成される構造体が、紫外線を照射しない環境下で、（１）空気中環境に於いて、アンモニア、アセトアルデヒド、イソ吉草酸、インドールおよびスカトール等の不快臭の脱臭、防黴および汚れ防止効果とマイナスイオン発生に伴う快適空間提供効果（２）水中環境において、大腸菌、黄色ブドウ球菌およびレジオネラ菌等のバクテリアに対する抗菌効果および塩素等の不快性無機化合物の分解効果と良質水の提供効果（３）生活排水環境において、活性汚泥の分解効果（４）ｐ型半導体として、自動車の排気ガスの酸化・還元触媒効果等を発揮する事を特徴とする機能性粉体および構造体。
【請求項２】
請求項１において粉体を溶媒に混入させるかまたは例えばニーム等の不快害虫忌避剤と混入する事を特徴とするスプレイ用の溶剤および該溶剤を充填したスプレイ。
【請求項３】
請求項２において、内外壁等の汚れ防止、室内等脱臭、室内等の空気清浄化および雑菌等に対する抗菌用に適用する事を特徴とする低価格なスプレイ用の溶剤および該溶剤を充填したスプレイ。
【請求項４】
請求項１において、該粉体を繊維状織布、シートおよび不織布に混入して構成した各種の繊維状製品。
【請求項５】
請求項４において、汚れ防止、脱臭、室内等の空気清浄化および雑菌等に対する抗菌用に適用する事を特徴とする各種の衣類状製品。
【請求項６】
請求項１において、該粉体を表層に担持する事を特徴とする各種のセラミックス構造体。
【請求項７】
請求項１の粉体と該粉体を表層に被覆する事を目的とするセラミックス球体とを同一容器内に挿入し、然る後に内装材に遠心力を与える回転数で容器を回転させて該球体の表層に請求項１に記載の粉体の被覆層を形成した事を特徴とする機能性構造体。
【請求項８】
請求項６〜７において、セラミックス構造体は概ね球体であって水質改善用途に適用される事を特徴とする機能性構造体。
【請求項９】
請求項６〜７において、セラミックス構造体は概ね球体であって脱臭等空気清浄化用途および加湿装置に適用される事を特徴とする機能性構造体。
【請求項１０】
請求項１における該粉体の微細化材を活性炭粉体に混合させて構成する事を特徴とする空気清浄機用のフィルター。
【請求項１１】
請求項１の構造体がフィルター形状であり、水浄化および空気清浄化用途に適用される事を目的とする機能性構造体。
【請求項１２】
請求項１の粉体をセラミッックスに練りこんで構成した各種の陶磁器。
【請求項１３】
請求項１の紛体を焼成して得た例えば多孔質構造体で、ガソリンエンジン車およびディゼルエンジン車からの排気ガスの酸化触媒用途に適用する事を特徴とする機能性構造体。
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月15日(2005.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気炉スラグ、転炉スラグおよび熱間圧延スケール中に不可避に含有される鉄酸化物がｐ型半導体特性を有する金属欠乏型不定比酸化物である事の発見とその有効活用に関する。
【背景技術】
【０００２】
今からおおよそ３０年前、セラミックス半導体（ルチル型二酸化チタン）を光電極として用い水の光分解ができる光触媒反応がわが国で発見され、これを契機に、光触媒反応に関する開発研究が活発に開始された。
【０００３】
その後、広範に渡る研究開発が進められ、量産市販さている二酸化チタンの白色の微細粉末（アナターゼ型・比表面積大）を構造体に主としてコーティグして使用する光触媒反応の実用化が進められている。
【０００４】
対象となる光触媒には、紫外線の照射が必須であり、光触媒機能を有するアナターゼ型の二酸化チタン、ＴｉＯ２の実用化に関する開発研究が積極的に進められた。
【０００５】
すでに実用化されているアナターゼ型の二酸化チタン、ＴｉＯ２の機能を活用しての用途開発の例を（表１）に示した。
【０００６】
【表１】
2006223919.tif 000007
【０００７】
光触媒、ＴｉＯ２は、そのバンドギャップエネルギー３.２ｅＶに相当するエネルギーを、波長３８０ｎｍの紫外線から受けて励起して、はじめて半導体としての機能を発揮すると言われている。
【０００８】
紫外線からのエネルギーを受けると価電子帯の電子が励起して、電導帯に移動する。電子が抜けた跡には正孔が形成される。この正孔に接触したＨ２Ｏが電子を奪われて生成するヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）の強力な酸化機能が光触媒の機能そのものであると説明されている。
【０００９】
ヒドロキシルラジカルの有する酸化力は、環境汚染の原因となる化学物質等の無機、有機物を構成する分子中のＣ-Ｃ、Ｃ-Ｈ、Ｃ-Ｎ、Ｃ-Ｏ、Ｏ-Ｈ、Ｎ-Ｈ等の結合エネルギーよりはるかに大きいため、これらの結合を切断し分解することができる。
【００１０】
したがって、強い酸化力により環境汚染の原因となる化学物質等の分解を紫外線の照射でクリーンに行うことが可能であり、環境浄化の有力な手段となりうる。最大の特徴は酸化チタン自身が消耗したり、その性質を変化させたりすることなく、永続的に反応が進むという点である。なお、生活空間に存在する程度の紫外線量の下では、生成されるヒドロキシルラジカルの濃度は非常に小さく、人体には全く無害な程度とされている。
【００１１】
しかし、紫外線を受けて初めてヒドロキシルラジカルが生成する事に本技術の限界が存在すると思われる。この技術的限界を打破する為の研究開発が開始されている。
【００１２】
本発明は、紫外線の照射なしで、ヒドロキシルラジカルが生成できる光触媒は本発明者等が既に提案しているが、高価であり世の中に広く汎用され難い難点がある事に鑑み、極めて低廉でかつ同一機能を有する新規な発見に基づく新機能体の新たな提案である。
【特許文献１】特願２００４−２２７５３３号
【特許文献２】特開２００２−３１６０５６号広報
【非特許文献１】日本化学会『光が関わる触媒化学』（１９９４）
【非特許文献２】橋本、小早川『光触媒と半導体電極』（シーエムシー出版）
【非特許文献３】小菅『不定比化合物の化学』（培風館）
【非特許文献４】エヌ・ア・トロボフ他『金属酸化物の状態図』（日ソ通信社刊）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
光触媒が機能を発揮する過程は以下である。
（１）光触媒に紫外線の照射
（２）価電子帯の電子が導電帯に移動する。
（３）荷電帯の電子の抜けた箇所に正孔が生成される。
（４）正孔に水分子が吸着する。
（５）水分子が電子を奪われて水素イオンとヒドロキシルラジカルに分解する。
（６）生成したヒドロキシルラジカルが有機物等を分解する。                                              
「紫外線の照射により初めて正孔が生成」が光触媒の特徴である。
【００１４】
従来の光触媒の課題を改善した『紫外線の照射がなくても予め正孔が存在するｐ型半導体の提供』いいかえると『予め正孔が存在する半導体の提供』を先願した。
【００１５】
しかしその合成は高価なため、同一機能を有する『予め正孔が存在する半導体』の提案が本特許の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
１）本発明の基本的な概念
『紫外線の照射⇒正孔の生成』が従来の光触媒が機能を発揮するメカニズムである。本発明者等は『予め正孔を保有するｐ型の半導体』を既に提案している。併せて『予め正孔を保有するｐ型の半導体』では、紫外線の照射なしで、従来の光触媒と同等な機能を有する事は先願特許で立証した。
【００１７】
すなわち、『予め正孔を保有するｐ型の半導体』に、水またはその種別を問わないガス体の露点で表示される程度に気体として含有される水分子が接触・吸着すると、正孔は水分子から電子を奪いヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）を生成する。このヒドロキシルラジカルの機能は前出の通りである。この機構により発現する触媒機能は紫外線の照射を全く必要としない。
【００１８】
２）本発明の具体的な手段
遷移金属の定比酸化物および定比窒化物の結晶は電気的に中性である。この原理が本発明の提案の根本的思想である。
【００１９】
遷移金属はそれぞれの原子が複数の荷電子状態を構成するので、不定比化合物を構成する事はよく知られている。その代表が不定比酸化物および不定比窒化物である。
【００２０】
不定比酸化物および不定比窒化物は、さらに金属過剰型と金属欠乏型とに分類される。
【００２１】
このうち、金属欠乏型不定比酸化物および窒化物では、その生成と同時に、電気的中性を保持する為に、欠乏している金属原子（＋電荷）に相当する正孔が価結晶内に形成される。
【００２２】
言いかえると、金属欠乏型不定比酸化物および金属欠乏型不定比窒化物は、いずれも予め正孔を保有するｐ型の半導体である。
【００２３】
遷移金属の酸化物の結晶学的解明に関する細部に渡る技術検討は種々行われている。しかしその技術的努力にもかかわらずその細部は完璧に解明されたとは言い難い現状にある。
【００２４】
しかし、本発明においては、結晶学的議論は不要である。電気的に中性である遷移金属の定比酸化物および定比窒化物を論理的に設定特定化するとともに、特定化した定比化合物に対して、金属欠乏型の不定比酸化物および不定比窒化物を設定提案する事が、本発明の主旨である。
【００２５】
多数の研究者の研究結果に基づく遷移金属―酸素の２元系の状態図の調査の結果を、本発明の主旨に沿って纏めた結果を（表２）に示した。
【００２６】
【表２】
2006223919.tif 000008
【００２７】
電気的中性を示す化合物がＴｉＯの場合、Ｘ＝１は定比酸化物を意味する。Ｘ＜１で、金属過剰型の不定比酸化物となり、過剰な金属の＋電子にバランスするｅ−が生成し、ｎ型（−）半導体を構成する。
【００２８】
Ｘ＞１では、金属欠乏型言い換えると酸素過剰型の不定比酸化物が形成される。過剰な酸素のマイナス電子にバランスする「正孔」生成し、ｐ型（＋）半導体が構成される。
【００２９】
（表３）の半導体の型の欄に於いてｐ（＋）型半導体の欄に○記しを記載した半導体、すなわち金属欠乏型半導体はすべて、本発明で提案する『予め正孔が存在するｐ型半導体』の範疇に属している。すなわち、これらの半導体はすべて、本発明に包含されている。
【００３０】
しかし、世に中に広く活用される為には、ｐ型半導体特性を有する金属欠乏型不定比酸化物を安価に入手する必要がある。
【００３１】
ｐ型半導体特性を有する金属欠乏型不定比酸化物で、かつ低廉系化合物を種々探索したところ、製鋼スラグ中に大量に含有される鉄酸化物が（表２）に示すＦeＸＯ（Ｘ＜１）の組成を有する金属過剰型酸化物であり、かつ、ｐ型半導体特性を有し、さらに、紫外線の照射なしで光触媒効果を発揮する事を発見した。極めて有意義な発見と言える。
【００３２】
製鋼スラグは製鋼・製鉄の精錬工程で、不可避に副生成される所謂産業廃棄物で、その生成量は生産される鉄鋼の１０％に相当すると言われている。
【発明の効果】
【００３３】
本発明で提案する金属欠乏型不定比酸化物、ＦeＸＯ（Ｘ＜１）は製鋼スラグ中に大量に存在する。従来の光触媒は、チタン酸化物が主体で、光触媒用途用の価格はキログラム当り２０００円以上である。本提案によるＦeＸＯ（Ｘ＜１）は、製鋼スラグから抽出により製造できるので、従来の光触媒対比で、相当に低価格製造できる効果は大きい。
【００３４】
本発明の提案するＦeＸＯ（Ｘ＜１）は予め過剰な『正孔』が生成しているので、これらに温度勾配が付与されると、ゼーベック効果による微量な発電機能が発揮される。この発電機能は身体の血液循環改善効果を発揮するので、本発明の金属欠乏型不定比酸化物または金属欠乏型不定比窒化物は、身体機能保全製品としての用途にも価値が大きい。
【００３５】
さらに、所廃、産業廃棄物である、製鋼スラグの機能用途への応用の道が開ける事の意義も底知れぬ価値を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
製鋼スラグから粉体形態で得られたＦeＸＯ（Ｘ＜１）を主体とする鉄酸化物は可能な限り微細化して以下の様に供する。
（１）粉体そのままでの使用。
（２）粉体を溶媒に混入しての使用。
（３）セラミックス等の構造体の表層に被覆して使用。
（４）粉体をその他のセラミックス等に混入した焼成品としての使用。
（５）粉体のみを燒結して使用。
【００３７】
粉体そのままでの使用には、繊維全般へ混入して使用する。光触媒効果を有する各種の繊維製品が、低廉に製造できる。病院、老人看護施設、ホテル、新幹線等のシーツ等に有効活用できる。
【００３８】
粉体を溶媒に混入させて使用する際の代表的な使い方は、スプレイとしての用途である。内外壁、カーテン、床、台所等、各種の防臭、防汚、抗菌に必要な箇所に有効に使用できる。
【００３９】
セラミックス、プラスチック、ガラス、木材および各種金属等に皮膜して使用する。用途は広範にわたるが、例えば、皮膜したプラスチック球体は、吸水塔の除菌、供給水の清浄化に有効活用できる。
【００４０】
陶磁器等に混練して焼成、または表面に被覆して焼成して使用する事ができる。
【００４１】
多孔質状フィルター形態に燒結して、酸化触媒用途のｐ型半導体として使用する事ができる。
【実施例１】
【００４２】
本発明のＦeＸＯ（Ｘ＜１）の紫外線照射環境でのアセトアルデヒド分解効果と従来の光触媒の分解効果は（表３）に示す様にほぼ同一である。本発明の材は紫外線照射環境下でも、光触媒と同様の機能を発揮する。
【００４３】
【表３】
2006223919.tif 000009
【実施例２】
【００４４】
ブラックランプ無照射の場合の本発明材の経過時間に伴うアセトアルデヒドの分解機能を（表３）の実施例２に示した。ブラックランプの照射なしで、アセトアルデヒドを分解している。一方、通常の光触媒では、ブラックランプ無照射の環境では、アセトアルデドの分解機能は認められない。
【００４５】
なお、実施例１〜２は、特殊鋼製鋼スラグから抽出した金属欠乏型不定比鉄酸化物Ｆe0.94Ｏである。比較材１〜２は、従来の光触媒ＴｉＯ2である。
【００４６】
本発明の実施例における、光触媒機能の評価の方法およびアセトアルデヒド量の測定の方法の概要を（表４）に示した。
【００４７】
【表４】
2006223919.tif 000010
【００４８】
比較材１〜２は、従来の光触媒である。ブラックランプ照射の環境で、アセトアルデドを良好に分解するが、ブラックランプ照射無しの環境ではアセトアルデヒドの分解はほとんど行われていない。
【００４９】
実施例１〜２の本発明の提供する金属欠乏型の不定比酸化物で、ｐ型半導体であり、ブラックランプの有無にかかわらず、アセトアルデヒドの分解が効率的に進行している。
【００５０】
ＦeＸＯ（Ｘ＜１）不定比酸化物生成の際に結晶内に予め生成していた正孔が、結晶に吸着した水成分を酸化分解して生じたヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）がアセトアルデヒドを分解したと本現象は説明できる。
【００５１】
紫外線が照射されない環境下における、本発明による材料の効果について実施例で説明する。以下の実施例に用いた供試材は、すべて、直径５ｍｍのセラミックス球に、本発明で提案する製鋼スラッグから抽出したｐ型半導体特性を示すＦeＸＯ（Ｘ＜１）を主体とした鉄酸化物粉末を被覆した球状構造体である。
【実施例３】
【００５２】
水道水に含有される、塩素の除去効果に対する本発明材の効果を（表５）に示した。なお、表中の数値は塩素メータで測定した含有量（ｐｐｍ）である。
【００５３】
【表５】
2006223919.tif 000011
【００５４】
球状構造体を１００ＣＣの水道水中に、０，１，２および６個を挿入して、所定時間、無光環境で保持して、塩素メータにより、塩素量を測定した。
【００５５】
本発明材が水道水中の塩素を効果的に分解放出する事が（表５）から明確に認められる。
【実施例４】
【００５６】
実施例３と同様の供試材である、球状構造体をフィルター内に、１０ｃｍ２当り、１００個を装着した空気清浄機を用いて、光の照射は行わない環境下で、一般家屋内の臭気の変化を測定した。測定はＣＩＡＱ（Composite Index of Air Quality）計器により行い、ＣＩＡＱ値で表示した。結果を（表６）に示した。
【００５７】
【表６】
2006223919.tif 000012
【００５８】
Ａ室は強烈な悪臭のする部屋で、ＣＩＡＱ値は６０を示していた。本発明の球  状構造体を装着したフィルターを用いた空気清浄機を３０分稼動さっせた結果、嗅覚で感じる臭気は皆無となり、ＣＩＡＱ値は１５となった。
【００５９】
他の部屋においても、同様の効果が認められ、本発明材の効力が立証されている。
【実施例５】
【００６０】
本発明材の抗菌効果について、（表７）に示した。本発明材を３個投入した１００ＣＣの精製水に菌液入れ、それぞれの時間、暗室で保持した後の菌の数の変化を測定した。（開始時の菌数―保持後の菌数）／開始時の菌数を％表示している。
【００６１】
【表７】
2006223919.tif 000013
【００６２】
効果に差は認められるものの、これらのバクテリア全てに、無照明下で、殺菌効果が認められる。投入する数を増す事によって、その効果は加速度的に向上する事を確認している。
【００６３】
無照明下で認められ本発明材の効果は、今までに認められた事のない極めて大きな価値を有する事は疑う余地もない。実施例に挙げた、バクテリア以外の各種菌類、ウイルス等に対しても本発明材の効果は容易に立証され、本発明の権利請求範囲に包含され事は言うまでもない。
【実施例６】
【００６４】
本発明の材料は既に詳細記載した様に、ｐ型半導体の特性を有する。ｐ型半導体の結晶表面に有機物または無機物が接触した際に、ｐ型半導体と接触物との間にマイナス電子が授受される事は、物理現象として認められている。水分がｐ型半導体に接触して、・ＯＨラジカルが生成するのは、水の電子がｐ型半導体に奪われて結果であると言える。
【００６５】
吸着後に電子の授受を行うｐ型半導体的特性は、自動車排気ガスの酸化活性触媒として活用されている。そこで、本発明の材料の酸化活性触媒効果について測定した。
【００６６】
その結果を（表８）に示した。比較に示した汎用触媒は白金―パラジュム系触媒である。本発明の材料は、汎用触媒に近似した酸化活性触媒機能を発揮している。
【００６７】
【表８】
2006223919.tif 000014
【産業上の利用可能性】
【００６８】
光触媒はその機能を活用した様々な用途（表１）に実用化が進められているが、紫外線の照射が、機能発揮の為の必須条件であるので、実用化が遅滞している。
【００６９】
本発明の提案により、紫外線の照射は不要となり（表１）に示した用途、さらなる多方面への実用化が積極化される事は言を待たない。特に、環境改善、環境保全用の為の材料として用途開発が益々活発化する。
【００７０】
しかし、光触媒機能を有する機能材料は高価な為に、広く活用できない欠点があった。
【００７１】
製鋼スラグ中に紫外線照射なしで、光触媒機能を有するＦeＸＯ（Ｘ＜１）が存在する事を見出し、光触媒効果を広く汎用化できるので、本発明の効果は大きい。
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月20日(2005.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気炉スラグ、転炉スラグ、熱間圧延スケールおよび銅精錬スラグ中に不可避に含有される鉄酸化物がｐ型半導体特性を有する金属欠乏型不定比酸化物である事の発見とその有効活用に関する。
【背景技術】
【０００２】
今からおおよそ３０年前、セラミックス半導体（ルチル型二酸化チタン）を光電極として用い水の光分解ができる光触媒反応がわが国で発見され、これを契機に、光触媒反応に関する開発研究が活発に開始された。
【０００３】
その後、広範に渡る研究開発が進められ、量産市販さている二酸化チタンの白色の微細粉末（アナターゼ型・比表面積大）を構造体に主としてコーティンングして使用する光触媒反応の実用化が進められている。
【０００４】
対象となる光触媒には、紫外線の照射が必須であり、光触媒機能を有するアナターゼ型の二酸化チタン、ＴｉＯ２の実用化に関する開発研究が積極的に進められた。
【０００５】
すでに実用化されているアナターゼ型の二酸化チタン、ＴｉＯ２の機能を活用しての用途開発の例を（表１）に示した。
【０００６】
【表１】
2006223919.tif 000015
【０００７】
光触媒、ＴｉＯ２は、そのバンドギャップエネルギー３.２ｅＶに相当するエネルギーを、波長３８０ｎｍの紫外線から受けて励起して、はじめて半導体としての機能を発揮する。
【０００８】
紫外線からのエネルギーを受けると価電子帯の電子が励起して、電導帯に移動する。電子が抜けた跡には正孔が形成される。この正孔に接触したＨ２Ｏが電子を奪われて生成するヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）の強力な酸化機能が光触媒の機能そのものであると説明されている。
【０００９】
ヒドロキシルラジカルの有する酸化力は、環境汚染の原因となる化学物質等の無機、有機物を構成する分子中のＣ-Ｃ、Ｃ-Ｈ、Ｃ-Ｎ、Ｃ-Ｏ、Ｏ-Ｈ、Ｎ-Ｈ等の結合エネルギーよりはるかに大きいため、これらの結合を切断し分解することができる。
【００１０】
したがって、強い酸化力により環境汚染の原因となる化学物質等の分解を紫外線の照射でクリーンに行うことが可能であり、環境浄化の有力な手段となりうる。最大の特徴は酸化チタン自身が消耗したり、その性質を変化させたりすることなく、永続的に反応が進むという点である。なお、生活空間に存在する程度の紫外線量の下では、生成されるヒドロキシルラジカルの濃度は非常に小さく、人体には全く無害な程度とされている。
【００１１】
しかし、紫外線を受けて初めて半導体化する事に本技術の限界が存在すると思われる。その目的で、可視光線および赤外線の波長域にも反応する新しい光触媒の開発が進んでいる。
【００１２】
発明者等は光触媒の機能が、ｐ型半導体の有する電子授受機能に起因して発現する事に着目した。燃焼合成法により新規に合成したｐ型半導体特性を有する金属欠乏型の不定比遷移金属酸化物が、光照射をしない環境下で、光触媒と同等な機能を発揮する事を見出し、特許出願している。
【００１３】
この技術的観点に基づき、幅広く、ｐ型半導体特性を有する金属欠乏型の不定比金属酸化物について、さらに研究調査を進めた。その結果、鉄鋼精錬の副産物である鉄鋼スラグの構成要素である鉄酸化物、熱間圧延スケールを構成する鉄酸化物および銅精錬の副産物である銅スラグに含有される鉄酸化物の中に、ｐ型半導体である鉄酸化物、ＦeＸＯ（Ｘ＜１）が存在する事を発見した。
【００１４】
路盤材、セメントクリンカー用原料等に年間で約７，０００千トンが使用されているこれらの副産物中に、数％のｐ型半導体が存在すると総括的には表現できる。これらの副産物で、電気炉スラグ中の酸化スラグに約３０％、銅スラグに約５０％さらに圧延スケールに９５％以上含有されている複数の鉄酸化物中に５０％を越えるｐ型半導体特性が有する鉄酸化物ＦeＸＯ（Ｘ＜１）が含有されている事も発見した。
【００１５】
言い換えると、ｐ型半導体特性を有する鉄酸化物ＦeＸＯ（Ｘ＜１）が、その特性を活用されずに、他の成分と混合されて、無為に、路盤材等の構造部材として放置されている事になる。
【００１６】
その中から、ｐ型半導体特性を有する鉄酸化物ＦeＸＯ（Ｘ＜１）をとり出して、機能材料として活用すれば、その社会的貢献度は計り知れない膨大なものになり得ると言えよう。
【００１７】
本発明は、ｐ型半導体特性を有する鉄酸化物ＦeＸＯ（Ｘ＜１）の有する特性を種々測定して、その価値ある用途について提案する。
【特許文献１】特願２００４−２２７５３３号
【特許文献２】特開２００２−３１６０５６号広報
【非特許文献１】日本化学会『光が関わる触媒化学』（１９９４）
【非特許文献２】橋本、小早川『光触媒と半導体電極』（シーエムシー出版）
【非特許文献３】小菅『不定比化合物の化学』（培風館）
【非特許文献４】エヌ・ア・トロボフ他『金属酸化物の状態図』（日ソ通信社刊）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
光触媒が機能を発揮する過程は以下である。
（１）光触媒に紫外線の照射。
（２）価電子帯の電子が導電帯に移動する。
（３）荷電帯の電子の抜けた箇所に正孔が生成される。
（４）光触媒結晶の表面に水分子が吸着される。
（５）結晶表面と水分子との間で、正孔を介して電子の授受が行われる。
（６）  水分子は電子を奪われて水素イオンとヒドロキシルラジカルに分解する。
（７）生成したヒドロキシルラジカルが有機物等を分解する。                                              
「紫外線の照射により初めて正孔が生成」が光触媒の特徴である。
【００１９】
従来の光触媒の課題を改善した『紫外線の照射がなくても予め正孔が存在するｐ型半導体の提供』いいかえると『予め正孔が存在する半導体の提供』を先願した。
【００２０】
しかしその合成は高価なため、同一機能を有する『予め正孔が存在する半導体』の提案が本特許の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
１）本発明の基本的な概念
『紫外線の照射⇒正孔の生成』が従来の光触媒が機能を発揮するメカニズムである。本発明者等は『予め正孔を保有するｐ型の半導体』を既に提案している。併せて『予め正孔を保有するｐ型の半導体』では、紫外線の照射なしで、従来の光触媒と同等な機能を有する事は先願特許で立証した。
【００２２】
すなわち、『予め正孔を保有するｐ型の半導体』に、水またはその種別を問わないガス体の露点で表示される程度に気体として含有される水分子が接触・吸着されると、正孔は水分子から電子を奪いヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）を生成する。このヒドロキシルラジカルの機能は前出の通りである。この機構により発現する触媒機能は紫外線の照射を全く必要としない。また、『予め正孔を保有するｐ型の半導体』には、該半導体結晶表面に接触・吸着する成分が、無機物または有機体のいずれの場合でも、結晶表面での正孔を介する電子の授受による触媒反応が発現する事が予測される。
【００２３】
２）本発明の具体的な手段
遷移金属の定比酸化物および定比窒化物の結晶は電気的に中性である。この原理が本発明の提案の根本的思想である。
【００２４】
遷移金属はそれぞれの原子が複数の荷電子状態を構成するので、不定比化合物を構成する事はよく知られている。その代表が不定比酸化物および不定比窒化物である。
【００２５】
不定比酸化物および不定比窒化物は、さらに金属過剰型と金属欠乏型とに分類される。
【００２６】
このうち、金属欠乏型不定比酸化物および窒化物では、その生成と同時に、電気的中性を保持する為に、欠乏している金属原子（＋電荷）に相当する正孔が価結晶内に形成される。
【００２７】
言いかえると、金属欠乏型不定比酸化物および金属欠乏型不定比窒化物は、いずれも予め正孔を保有するｐ型の半導体である。
【００２８】
遷移金属の酸化物の結晶学的解明に関する細部に渡る技術検討は種々行われている。しかしその技術的努力にもかかわらずその細部は完璧に解明されたとは言い難い現状にある。
【００２９】
しかし、本発明においては、結晶学的議論は不要である。電気的に中性である遷移金属の定比酸化物および定比窒化物を論理的に設定特定化するとともに、特定化した定比化合物に対して、金属欠乏型の不定比酸化物および不定比窒化物を設定提案する事が、本発明の主旨である。
【００３０】
多数の研究者の研究結果に基づく遷移金属―酸素の２元系の状態図の調査の結果を、本発明の主旨に沿って纏めた結果を（表２）に示した。
【００３１】
【表２】
2006223919.tif 000016
【００３２】
電気的中性を示す化合物がＴｉＯの場合、Ｘ＝１は定比酸化物を意味する。Ｘ＜１で、金属過剰型の不定比酸化物となり、過剰な金属の＋電子にバランスするｅ−が生成し、ｎ型（−）半導体を構成する。
【００３３】
Ｘ＞１では、金属欠乏型言い換えると酸素過剰型の不定比酸化物が形成される。過剰な酸素のマイナス電子にバランスする「正孔」生成し、ｐ型（＋）半導体が構成される。
【００３４】
（表２）の半導体の型の欄に於いてｐ（＋）型半導体の欄に○記しを記載した半導体、すなわち金属欠乏型半導体はすべて、本発明で提案する『予め正孔が存在するｐ型半導体』の範疇に属している。すなわち、これらの半導体はすべて、本発明に包含されている。
【００３５】
しかし、世に中に広く活用される為には、ｐ型半導体特性を有する金属欠乏型不定比酸化物を安価に入手する必要がある。
【００３６】
ｐ型半導体特性を有する金属欠乏型不定比酸化物で、かつ低廉系化合物を種々探索したところ、製鋼スラグ、熱間圧延スケールおよび銅スラグに大量に含有される鉄酸化物が（表２）に示すＦeＸＯ（Ｘ＜１）の組成を有する金属過剰型酸化物であり、かつ、ｐ型半導体特性を有し、さらに、紫外線の照射なしで光触媒効果を発揮する事を発見した。極めて有意義な発見と言える。
【００３７】
この様にして得られたｐ型半導体特性を有する鉄酸化物ＦeＸＯ（Ｘ＜１）は鉄鋼生産および銅生産の副産物であり、他の成分と共に、路盤材等の構造材として使用されている。これらの副産物中、電気炉スラグ中の酸化スラグに約３０％、銅スラグに約５０％さらに圧延スケールに９５％以上含有されている複数の鉄酸化物中に５０％を越えるｐ型半導体特性が有する鉄酸化物ＦeＸＯ（Ｘ＜１）が含有されている事も発見した。
【００３８】
ｐ型半導体特性を有する鉄酸化物ＦeＸＯ（Ｘ＜１）は非磁性特性を有し、その他の鉄酸化物は強磁性体であるので、磁選により容易にｐ型半導体特性を有する鉄酸化物ＦeＸＯ（Ｘ＜１）をその他の鉄酸化物と分離する事が出来る。実用的には、ｐ型半導体特性が有する鉄酸化物ＦeＸＯ（Ｘ＜１）にある程度のこれ以外の酸化鉄および鉄以外の酸化物の含有は許容される。
【００３９】
簡単な粉砕工程と選別工程とによりｐ型半導体特性を有する鉄酸化物ＦeＸＯ（Ｘ＜１）は分離できるので、その製造コストは極めて低廉である。
【発明の効果】
【００４０】
従来の光触媒は、チタン酸化物が主体で、光触媒用途用の価格はキログラム当り２０００円以上である。本提案によるＦeＸＯ（Ｘ＜１）は、製鋼スラグ等から抽出により製造できるので、従来の光触媒対比で、相当に低価格製造できるのでその社会的効果は大きい。
【００４１】
本発明材は紫外線の照射なしで、従来の光触媒の保有する機能を発揮する。さらにｐ型半導体としての価値ある機能を発揮する事を見出した。
【００４２】
吸着後に電子の授受を行うｐ型半導体的特性は、自動車排気ガスの酸化活性触媒としても活用できる事も明らかとなった。
【００４３】
さらに、ＦeＸＯ（Ｘ＜１）は予め過剰な『正孔』が生成しているので、これらに温度勾配が付与されると、ゼーベック効果による微量な発電機能が発揮される。この発電機能は身体の血液循環改善効果を発揮するので、本発明の金属欠乏型不定比酸化物または金属欠乏型不定比窒化物は、身体機能保全製品としての用途にも価値が大きい。
【００４４】
これらの機能的効果を纏めて（表３）に示した。
【００４５】
【表３】
2006223919.tif 000017
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
製鋼スラグ等から粉体形態で得られたＦeＸＯ（Ｘ＜１）を主体とする鉄酸化物は可能な限り微細化して以下の様に供する。
（１）粉体そのままでの使用。
（２）粉体を溶媒に混入しての使用。
（３）セラミックス等の構造体の表層に被覆して使用。
（４）粉体をその他のセラミックス等に混入した焼成品としての使用。
（５）粉体のみを燒結して使用。
【００４７】
粉体そのままでの使用には、繊維全般へ混入して使用する。光触媒効果を有する各種の繊維製品が、低廉に製造できる。病院、老人看護施設、ホテル、新幹線等のシーツ等に有効活用できる。また医薬品としての将来の可能性をも包含していると言える。
【００４８】
粉体を溶媒に混入させて使用する際の代表的な使い方は、スプレイとしての用途である。内外壁、カーテン、床、台所等、各種の防臭、防汚、抗菌に必要な箇所に有効に使用できる。
【００４９】
セラミックス、プラスチック、ガラス、木材および各種金属等に皮膜して使用する。用途は広範にわたるが、例えば、皮膜したプラスチックおよびセラミックス球体は、吸水塔の除菌、供給水の清浄化に有効活用できる。
【００５０】
陶磁器等に混練して焼成、または表面に被覆して焼成して使用する事ができる。これらは、容器として、インテリア製品として活用できる。
【００５１】
多孔質状フィルター形態に燒結して、酸化触媒用途のｐ型半導体として使用する事ができる。
【実施例１】
【００５２】
本発明のＦeＸＯ（Ｘ＜１）の紫外線照射環境でのアセトアルデヒド分解効果と従来の光触媒の分解効果は（表４）に示す様にほぼ同一である。本発明材は紫外線照射環境下でも、光触媒と同様の機能を発揮する。なお、試験装置はＪＩＳＲ１７０１−１（２００４）準拠している。
【００５３】
【表４】
2006223919.tif 000018
【実施例２】
【００５４】
ブラックランプ無照射の場合の本発明材の経過時間に伴うアセトアルデヒドの分解機能を（表４）の実施例２に示した。ブラックランプの照射なしで、アセトアルデヒドを分解している。一方、通常の光触媒では、ブラックランプ無照射の環境では、アセトアルデドの分解機能は認められない。
【００５５】
なお、実施例１〜２は、特殊鋼製鋼スラグ等から抽出した金属欠乏型不定比鉄酸化物ＦeＸＯである。比較材１〜２は、従来の光触媒ＴｉＯ2である。
【００５６】
比較材１〜２は、従来の光触媒である。ブラックランプ照射の環境で、アセトアルデドを良好に分解するが、ブラックランプ照射無しの環境ではアセトアルデヒドの分解はほとんど行われていない。
【００５７】
実施例１〜２の本発明の提供する金属欠乏型の不定比酸化物で、ｐ型半導体であり、ブラックランプの有無にかかわらず、アセトアルデヒドの分解が効率的に進行している。
【００５８】
ＦeＸＯ（Ｘ＜１）結晶内に予め生成していた正孔が、該結晶に吸着したアセトアルデヒド成分を酸化分解したと本現象は説明できる。
【００５９】
紫外線が照射されない環境下における、本発明による材料の効果について実施例で説明する。以下の実施例に用いた供試材は、すべて、直径５ｍｍのセラミックス球に、本発明で提案する製鋼スラッグ等から抽出したｐ型半導体特性を示すＦeＸＯ（Ｘ＜１）を主体とした鉄酸化物粉末を被覆した球状構造体である。
【００６０】
なお、セラミックス球体とＦeＸＯ（Ｘ＜１）とを同一容器内に挿入し、然る後に内装材に遠心力を与える回転数で容器を回転させてセラミックス球体の表層にＦeＸＯ（Ｘ＜１）粉体の被覆層を形成した。
【実施例３】
【００６１】
水道水に含有される、塩素の除去効果に対する本発明材の効果を（表５）に示した。なお、表中の数値は塩素メータで測定した含有量（ｐｐｍ）である。
【００６２】
【表５】
2006223919.tif 000019
【００６３】
球状構造体を１００ＣＣの水道水中に、０，１，２および６個を挿入して、所定時間、無光環境で保持して、塩素メータにより、塩素量を測定した。
【００６４】
本発明材が水道水中の塩素を効果的に分解放出する事が（表５）から明確に認められる。
【実施例４】
【００６５】
実施例３と同様の供試材である、球状構造体を、１０ｃｍ２当り、１００個を装填したフィルターを装着した空気清浄機を用いて、光の照射は行わない環境下で、一般家屋内の臭気の変化を測定した。測定はＣＩＡＱ（Composite Index of Air Quality）計器により行い、ＣＩＡＱ値で表示した。結果を（表６）に示した。なお、ＣＩＡＱ値は炭化水素系化合物の臭いを総合的に示す尺度である。
【００６６】
【表６】
2006223919.tif 000020
【００６７】
Ａ室は強烈な悪臭のする部屋で、ＣＩＡＱ値は６０を示していた。本発明の球状構造体を装着したフィルターを用いた空気清浄機を３０分稼動させた結果、嗅覚で感じる臭気は皆無となり、ＣＩＡＱ値は１５となった。
【００６８】
他の部屋においても、同様の効果が認められ、本発明材の脱臭効力が立証されている。
【実施例５】
【００６９】
本発明材の抗菌効果について、（表７）に示した。本発明材を３個投入した１００ＣＣの精製水に菌液入れ、それぞれの時間、暗室で保持した後の菌の数の変化を測定した。その結果を（開始時の菌数―保持後の菌数）／開始時の菌数の式により求め殺菌率（％）として表示している。
【００７０】
【表７】
2006223919.tif 000021
【００７１】
効果に差は認められるものの、これらのバクテリア全てに、無照明下で、殺菌効果が認められる。投入する数を増す事によって、その効果は加速度的に向上する事を確認している。
【００７２】
無照明下で認められ本発明材の効果は、今までに認められた事のない極めて大きな価値を有する事は疑う余地もない。実施例に挙げた、バクテリア以外の各種菌類、ウイルス等に対しても本発明材の効果は容易に立証され、本発明の権利請求範囲に包含される事は言うまでもない。将来、医薬品として活用できる可能性を示唆している。
【実施例６】
【００７３】
本発明の材料は既に詳細記載した様に、ｐ型半導体の特性を有する。ｐ型半導体の結晶表面に有機物または無機物が接触した際に、ｐ型半導体と接触物との間にマイナス電子が授受される事は、物理現象として認められている。
【００７４】
本発明の提案するｐ型半導体特性を有する鉄酸化物ＦeＸＯ（Ｘ＜１）には、さらに酸化活性触媒効果が期待できる。
【００７５】
酸化触媒効果を測定した結果を（表８）に示した。ＣＯ:４.８％，Ｏ２:４.８％の標準ガス雰囲気で、ＣＯの酸化分解の状況を分解率（％）で表示した。
比較に示した汎用触媒は白金―パラジュム系触媒である。本発明の材料は、汎用触媒に近似した酸化活性触媒機能を発揮している。併せて、微細カーボン粒（すす）についても同様酸化分解効果を確認している。
【００７６】
【表８】
2006223919.tif 000022
【産業上の利用可能性】
【００７７】
光触媒はその機能を活用した様々な用途（表１）に実用化が進められているが、紫外線の照射が、機能発揮の為の必須条件であるとともに、価格的にも高価なため実用化が遅滞している。
【００７８】
製鋼スラグ等にｐ型半導体特性を有する鉄酸化物ＦeＸＯ（Ｘ＜１）が存在する事を見出し、あわせて、ＦeＸＯ（Ｘ＜１）は紫外線の照射なしで、光触媒効果以上の機能を発揮する事を測定データとして把握できた。
【００７９】
ＦeＸＯ（Ｘ＜１）は高炉スラグ、電気炉スラグ、転炉スラグ、熱間圧延スケールおよび銅スラグ等に含有される。これらは、全て鉄鋼・銅生産の副産物であり、安価に入手できる事は言うまでもなく、その結果、ＦeＸＯ（Ｘ＜１）の製造コストは、従来の光触媒対比、極めて低廉である。併せて、従来から、産業廃棄物的扱いを受けていた上記副産物が機能製品として活用できる効果も極めて大きいと言える。
【００８０】
また、得られたＦeＸＯ（Ｘ＜１）の機能は従来の光触媒以上に高機能であり、ｐ型半導体としての特性を兼備しているので、低価格ｐ型半導体として幅広く新しい機能用途へ活用できる。
【００８１】
たとえば、各種ガスセンサー、サーミスター、バリスター、発光ダイオード、および電導性酸化物等としての用途が期待できる。
【００８２】
本発明のポイントを一言で言えば「産業廃棄物の中に半導体を発見した」となる。
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月20日(2005.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉スラグ、電気炉スラグ、転炉スラグ、熱間圧延スケールおよび銅スラグの少なくとも１種以上で構成された粉体であり、該粉体を構成する鉄酸化物の１種以上がｐ型半導体特性を有する金属欠乏型不定比酸化物であって、該粉体のまま、および該粉体を主体とする焼結体または該粉体を表面に被覆して構成される構造体が、紫外線を照射しない環境下で、（１）空気中環境に於いて、アンモニア、アセトアルデヒド、イソ吉草酸、インドールおよびスカトール等の不快臭の脱臭、防黴および汚れ防止効果とマイナスイオン発生に伴う快適空間提供効果（２）水中環境において、大腸菌、黄色ブドウ球菌およびレジオネラ菌等のバクテリアに対する抗菌効果および塩素等の不快性無機化合物の分解効果と良質水の提供効果（３）生活排水環境において、活性汚泥の分解効果（４）ｐ型半導体として、すすを含む自動車の排気ガスの酸化・還元触媒効果等を発揮する事を特徴とする機能性粉体および構造体。
【請求項２】
請求項１において粉体を溶媒に混入させるかまたは例えばニーム等の不快害虫忌避剤と混入する事を特徴とするスプレイ用の溶剤および該溶剤を充填したスプレイ。
【請求項３】
請求項２において、内外壁等の汚れ防止、室内等脱臭、室内等の空気清浄化および雑菌等に対する抗菌用に適用する事を特徴とする低価格なスプレイ用の溶剤および該溶剤を充填したスプレイ。
【請求項４】
請求項１において、該粉体を繊維状織布、シートおよび不織布に混入して構成した各種の繊維状製品。
【請求項５】
請求項４において、汚れ防止、脱臭、室内等の空気清浄化および雑菌等に対する抗菌用に適用する事を特徴とする各種の衣類状製品。
【請求項６】
請求項１において、該粉体を表層に担持する事を特徴とする各種のセラミックス構造体。
【請求項７】
請求項１の粉体と該粉体を表層に被覆する事を目的とするセラミックス球体とを同一容器内に挿入し、然る後に内装材に遠心力を与える回転数で容器を回転させて該球体の表層に請求項１に記載の粉体の被覆層を形成した事を特徴とする機能性構造体。
【請求項８】
請求項６〜７において、セラミックス構造体は概ね球体であって水質改善用途に適用される事を特徴とする機能性構造体。
【請求項９】
請求項６〜７において、セラミックス構造体は概ね球体であって脱臭等空気清浄化用途および加湿装置に適用される事を特徴とする機能性構造体。
【請求項１０】
請求項１における該粉体の微細化材を活性炭粉体に混合させて構成する事を特徴とする空気清浄機用のフィルター。
【請求項１１】
請求項１の構造体がフィルター形状であり、水浄化および空気清浄化用途に適用される事を目的とする機能性構造体。
【請求項１２】
請求項１の粉体をセラミッックスに練りこんで構成した各種の陶磁器。
【請求項１３】
請求項１の紛体を焼成して得た例えば多孔質構造体で、ガソリンエンジン車およびディゼルエンジン車からの排気ガスの酸化触媒用途に適用する事を特徴とする機能性構造体。