(57)【要約】【課題】  可視光領域で照射した際の、被分解物質の高い分解活性作用を示す光触媒体とその製造方法及び触媒装置を提供する。【解決手段】  平均粒径１〜１００ｎｍの酸化チタンに、平均粒径１〜５０ｎｍの二酸化マンガンを０．０１〜１．０質量％混合してなる。可視光領域で照射した際の、所望の被分解物質の分解活性効果を得ることができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径１〜１００ｎｍの酸化チタンに、平均粒径１〜５０ｎｍの二酸化マンガンを０．０１〜１．０質量％混合してなることを特徴とする光触媒体。
【請求項２】
請求項１記載の光触媒体を多孔性の支持基体に付着させてなることを特徴とする光触媒装置。
【請求項３】
炭酸マンガンを強酸の希薄溶液に溶解させる溶液化工程と、
前記溶液化工程で得られたゾルに酸化チタンを分散させてスラリーとするスラリー化工程と、
前記スラリー化工程で得られたスラリーを乾燥させて粉体とする粉体化工程と
を有することを特徴とする光触媒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線領域だけでなく可視光領域でも高い分解活性作用を有する光触媒体、この光触媒体を用いた光触媒装置及び光触媒体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光触媒体として酸化チタンが知られているが、酸化チタンに分解活性を付与できる光は、太陽光や室内の照明光にその一部として含まれる３８０ｎｍ以下の近紫外線であって可視光（４００〜７５０ｎｍ）を利用することができず、このため光利用効率が低いという難点があった。
【０００３】
このような問題の解決手段として、酸化チタン結晶の酸素サイトの一部を窒素原子で置換することによって、可視光を吸収して光触媒体に付着もしくは接触した有機物を分解するようにした発明が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、この方法では、光触媒体の形成工程において、還元雰囲気中で熱処理を行う必要がある。このため、光触媒の一次粒子が成長して光触媒の比表面積が低減し有機物との接触面積が小さくなって有機物に対する分解活性作用が低下してしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような課題を解決すべくなされたもので、可視光領域でも高い分解活性作用を呈する光触媒体、この光触媒体を用いた光触媒装置及び光触媒体の製造方法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】
【０００６】
請求項１記載の光触媒体は、平均粒径１〜１００nmの酸化チタンに、平均粒径１〜５０nmの二酸化マンガンを０．０１〜１．０質量％混合してなることを特徴とする。
請求項２記載の光触媒装置は、請求項１記載の光触媒体を多孔性の支持基体に付着させてなることを特徴とする。
また、請求項３記載の光触媒体の製造方法は、炭酸マンガンを強酸の希薄溶液に溶解させる溶液化工程と、前記溶液化工程で得られたゾルに酸化チタンを分散させてスラリーとするスラリー化工程と、前記スラリー化工程で得られたスラリーを乾燥させて粉体とする粉体化工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
酸化チタンには、結晶構造の違いからアナターゼ型、ブルッカイト型、およびルチル型が存在する。アナタ−ゼ型およびブルッカイト型の酸化チタンは、バンドギャップエネルギーが約３．２０ｅＶであり、これを波長に換算すると３８８ｎｍになる。
しかし、本発明者らは実験により、このアナターゼ型およびブルッカイト型の酸化チタンに二酸化マンガンを添加するとバンドギャップエネルギーが低下して可視光領域でも分解活性を示すようになることを確認した。
【０００８】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、酸化チタンに微量の二酸化マンガンを混合したことを特徴とする。
本発明の光触媒体は、波長４００ｎｍ以上の可視光および波長３８０ｎｍ以下の紫外光のいずれの領域においても活性化されて光触媒活性を発揮する。
また、酸化チタン単独に光を照射するとその表面に電子および正孔が出現するが、酸化チタンに二酸化マンガンを混合して光を照射すると二酸化マンガンの表面に電子が出現し、酸化チタンの表面には正孔が出現するようになって、酸化チタン単独の場合よりも電子と正孔とが再結合し難くなる。
【０００９】
したがって、本発明においては、酸化チタン単独の場合よりも電子と正孔をより長い時間存在させることができこれによっても分解活性を高めることができる。
【００１０】
本発明に用いられる酸化チタンの平均粒径は、１〜１００ｎｍ、好ましくは５〜３０ｎｍである。平均粒径が１ｎｍ未満であると製造が困難になり、平均粒径が１００ｎｍを超えると比表面積が小さくなって十分な分解活性が得られなくなる。
【００１１】
本発明に用いられる二酸化マンガンの平均粒径は、１〜５０ｎｍ、好ましくは３〜１０ｎｍである。平均粒径が１ｎｍ未満であると製造が困難になり、平均粒径が５０ｎｍを超えると比表面積が小さくなって十分な分解活性が得られなくなる。
二酸化マンガンの配合量は、光触媒体（酸化チタンと二酸化マンガンの合計量）の０．０１〜１．０質量％である。
【００１２】
本発明の光触媒体は、例えば、次のような方法により製造することができる。
【００１３】
まず、炭酸マンガン（MnCO3・nH2O）を、硫酸、塩酸又は硝酸のような強酸の希酸に１０〜２０質量％となるよう溶解させて二酸化マンガンのコロイド粒子が分散したゾルを得る。強酸としては硝酸が適しており、強酸の希酸のｐＨは０〜１程度である。
このとき媒液中で発生するコロイド粒子を分散させて安定なゾルにするためキレート剤や界面活性剤を加えるようにしてもよい。
【００１４】
このようにして得られた二酸化マンガンのゾルに酸化チタン粒子を分散させて、２．５〜１０質量％のスラリーを調整する。しかる後、このスラリーを、必要に応じて水で洗浄し、耐酸性の乾燥機で１００〜３００℃で加熱乾燥させ粉体として本発明の光触媒体が得られる。
【００１５】
この光触媒体は、可視光を透過するガラス容器内に被処理物とともに入れ、光源を用いて波長４００ｎｍ以上の可視光を照射することにより光触媒活性を付与することができる。照射時間は、光源の光線強度および被処理物の種類や濃度に応じて適宜選択すればよい。光源としては、波長が４００ｎｍ以上の可視光を照射できるものであれば制限されるものではなく、例えば、太陽光線、蛍光灯、ハロゲンランプ、ブラックライト、キセノンランプ、水銀灯、ナトリウムランプまたは冷陰極ランプなどが使用可能である。
【００１６】
また、この光触媒体を適当な分散媒に分散させてスラリーとし、任意の形状の多孔性の支持基体に付着させ乾燥させて光触媒装置とすることができる。光触媒体を調整する溶媒としては、酸化チタン表面に存在する二酸化マンガンを溶解することがなく、かつ塗布後に蒸発して光触媒体に残存しないものが好ましい。溶媒の具体例としては、水またはアルコール等が挙げられる。
【００１７】
光触媒体含有量は、塗布対象である支持基材の種類、塗布する膜厚などに応じて適宜選択すればよく、２．５〜１０質量％程度である。
【００１８】
このスラリー中には、光触媒体の微粒子相互間を結着させて光触媒膜の機械的強度を高めるために、適当な結着剤を適量混合することができる。このような結着剤としては、例えばシリコーン樹脂、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＡｌ２Ｏ３などの一種または複数種を使用することができる。これらの物質は、光触媒体の微粒子相互間を良好に結着するが、紫外光および可視光に対する透過率が高いので、光触媒膜の分解活性を阻害しにくい。
【００１９】
結着剤の量が多すぎると光触媒微粒子が結着剤中に埋設されて光触媒作用を発揮しにくくなり、少なすぎると所要の結着力が得られなくなるので、光触媒体に対して１〜３０質量％、好ましくは７〜１５質量％とする。
【００２０】
結着剤は、溶融し固化して光触媒微粒子および照明製品などの担持体の間を結着する態様のものであってもよいし、超微粒子状態でファンデルワールス力により結着する態様のものであってもよい。
【００２１】
このように結着剤を混合することにより、強い分解活性を維持しながら機械的強度の強い光触媒膜を形成することができる。
【００２２】
光触媒装置の支持基体上に形成される光触媒体の膜厚は０．１〜１０μｍ程度であることが望ましい。光触媒の膜厚が０．１μｍ未満であると十分な分解活性が得られなくなり１０μｍを超えると十分な機械的強度、光透過率、および分解活性が得られなくなる。
【００２３】
次に、多孔性の支持基体にフローコート法、ディッピング法で塗布し、乾燥させて、１〜１０μｍ程度の光触媒膜を形成する。光触媒膜は、既知の各種製膜方法、例えばスプレー法、ディップ法、刷毛塗り法または静電吸着法などによる被着法を用いて、常温、低温加熱または高温加熱焼成により被着させることができる。
【００２４】
多孔性の支持基体の具体例としては、空気清浄機、掃除機等のフィルターが挙げられる。具体的には、セラミックスフィルター、アルミナフィルター、アルミエキスバンドメタル等が挙げられる。このような家庭電化製品のフィルターにコーティングすることで、例えば、新建材から発生するホルムアルデヒドを分解・除去することが可能である。
【００２５】
多孔性の支持基体上に形成される光触媒膜は、波長３６０ｎｍの紫外光透過率２０〜５０％、波長４００ｎｍの可視光透過率が４０〜８０％、波長４５０ｎｍの可視光透過率が８０〜９５％の範囲であることが望ましい。
【００２６】
本発明の光触媒体によれば、紫外光および可視光に対して十分な分解活性を得ることができる。
また、本発明の光触媒体は、有機ガスの分解だけでなく、防汚に対しても効果がある。特に光触媒膜の表面の凹凸が細かいので、汚れ粒子が付着しにくいという作用があり、これが防汚効果に寄与する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の光触媒体によれば、可視光領域で照射した際の、所望の被分解物質の分解活性効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、本発明を、以下の実施例及びその評価結果を用いて、より具体的に説明する。ただし、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００２９】
なお、光触媒体の物性測定は以下の方法で行った。
【実施例１】
【００３０】
まず、硝酸９０ｇに炭酸マンガン１０ｇを溶解させた。次に、キレート剤や界面活性剤を添加して、マンガンゾルを作製した。前記マンガンゾル１００ｇに酸化チタン微粒子(石原産業株式会社製ＳＴ−０１)２０ｇを添加し、常温常圧下で攪拌した。この混合物をさらに攪拌しながら減圧し、水分を蒸発させて乾燥し、３００℃の空気中で１時間焼成した後、空気中で室温まで徐冷して、酸化チタン粒子表面に酸化マンガンを担持した光触媒体を得た。この光触媒体は、含水率が１０質量％であった。
【００３１】
［光触媒の評価］
このようにして得られた光触媒体について、可視光を照射して酢酸の分解活性評価を行った。
【００３２】
まず、１ｍ３の密閉式ガラス製容器内にガラス製シャーレを設置して、光触媒体２００ｇを置いた。この容器内に１００ｐｐｍのホルムアルデヒドを充満して、容器の外から可視光線を照射した。可視光線の照射には、１０Ｗの冷陰極ランプ（ハリソン東芝ライティング株式会社製）を取り付けた光源装置に、波長約４００ｎｍ以下の紫外光をカットするフィルターを装着したものを光源として用いた。
【００３３】
可視光線の照射により酢酸が分解すると二酸化炭素が発生するため、容器内の二酸化炭素濃度をガスクロマトグラフィーで測定して、光触媒体の酢酸に対する触媒活性作用を評価した。光照射を１時間行った後の容器内の二酸化炭素濃度は５０ｐｐｍであった。
【００３４】
なお、本実施例では、可視光を照射して光触媒体の分解活性作用を評価しているが、紫外光をカットせずに可視光及び紫外光を照射すると、より高い光触媒効果を得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の光触媒体は、例えば、空気清浄機、エアコン、掃除機等のフィルターに適用することができる。ユニット内において、この光触媒体をコーティングしたフィルターを可視光線ランプと組み合わせて、空気の流路に配置することで、空気清浄機能を発揮することができる。