(57)【要約】【課題】光触媒活性の高い量子触媒を提供することが可能となる。【解決手段】酸化チタンの粉末を溶媒に加えて酸化チタンスラリを作製し、酸化チタンスラリに酸又は塩基による処理により二酸化炭素を接合し得る化合物を含んでなる溶液を加えて混合スラリを作製し、必要に応じて当該スラリに酸又は塩基の少なくとも一方を添加して、酸化チタンの表面に二酸化炭素を接合させることにより、光触媒活性の高い量子触媒を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化チタンと二酸化炭素とが接合したことを特徴とする、
量子触媒。
【請求項２】
酸化チタンスラリを作製する酸化チタンスラリ作製ステップと、
前記酸化チタンスラリに酸又は塩基による処理により二酸化炭素を接合し得る化合物を含んでなる溶液を加えて攪拌して混合スラリを作製する攪拌ステップと、
前記混合スラリに酸を加えて攪拌するイオン交換ステップと、
を含む方法で製造されたことを特徴とする、
量子触媒。
【請求項３】
前記酸又は塩基による処理により二酸化炭素を接合し得る化合物を含んでなる溶液は、アルカリ金属の炭酸塩水溶液であることを特徴とする、
請求項２に記載の量子触媒。
【請求項４】
前記アルカリ金属の炭酸塩水溶液は、炭酸水素ナトリウム水溶液であることを特徴とする、
請求項３に記載の量子触媒。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の量子触媒であって、
分散剤及び増粘剤の少なくとも一方を含むことを特徴とする、
量子触媒。
【請求項６】
前記分散剤及び増粘剤は、カルボン酸系共重合体、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリカルボン酸、カルボン酸系共重合体ナトリウム、シクロアミロース、ポリビニルピロドリン及びセルロールナノファイバーからなる群より選ばれるものであることを特徴とする、
請求項５に記載の量子触媒。
【請求項７】
前記酸化チタンに対する前記二酸化炭素のモル比が、１：１ｘ１０−8以上１：１ｘ１０−５以下であることを特徴とする、
請求項１に記載の量子触媒。
【請求項８】
前記酸化チタンに対する前記二酸化炭素のモル比が、１：１ｘ１０−３１以上１：１ｘ１０−１以下であることを特徴とする、
請求項５又は６に記載の量子触媒。
【請求項９】
酸化チタンと二酸化炭素を含む量子触媒の製造方法であって、
酸化チタンスラリを作製する酸化チタンスラリ作製ステップと、
前記酸化チタンスラリにアルカリ金属の炭酸塩水溶液を加えて攪拌して混合スラリを作製する攪拌ステップと、
前記混合スラリに酸を加えて攪拌するイオン交換ステップと、
を含むことを特徴とする、
量子触媒の製造方法。
【請求項１０】
前記酸化チタンスラリ作製ステップは、酸化チタンに分散剤及び増粘剤の少なくとも一方を添加して酸化チタンスラリを作製することを特徴とする、
請求項９に記載の量子触媒の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子触媒及び量子触媒の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光触媒活性を発現し得る第１物質と、第１物質とは異なる１〜３族元素及び／又は５〜７族元素の酸化物である第２物質とが、互いに接合されてなり、第１物質単独の場合に比べ、１０倍以上に光触媒活性が高められている量子触媒が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−３９５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この量子触媒では、１〜３族元素及び／又は５〜７族元素が必要となるため、これらの元素を用いることなく、高い光触媒活性を発現し得る量子触媒が求められていた。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、１〜３族元素及び／又は５〜７族元素を用いることなく高い光触媒活性を発現し得る量子触媒を提供することを主目的とする。また、このような量子触媒を製造する量子触媒の製造方法を提供することも、目的とする。
【０００６】
本発明者らは、上述した主目的を達成するために、酸化チタンスラリを作製し、酸化チタンスラリにアルカリ金属の炭酸塩水溶液を加えて攪拌して混合スラリを作製し、混合スラリに酸を加えて攪拌することで、酸化チタンと二酸化炭素とを接合し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の量子触媒は、
酸化チタンと二酸化炭素とが接合することを特徴とする、
ものである。
【０００８】
すなわち、本発明の量子触媒は、
酸化チタンスラリを作製する酸化チタンスラリ作製ステップと、
前記酸化チタンスラリに酸又は塩基による処理により二酸化炭素を接合し得る化合物を含んでなる溶液を加えて攪拌して混合スラリを作製する攪拌ステップと、
前記混合スラリに酸を加えて攪拌するイオン交換ステップと、
を含む方法で製造されることを特徴とする、
ものである。
【０００９】
本発明の量子触媒は、酸化チタンの粉末を溶媒に加えて酸化チタンスラリを作製し、酸化チタンスラリに酸又は塩基による処理により二酸化炭素を接合し得る化合物を含んでなる溶液を加えて混合スラリを作製し、必要に応じて当該スラリに酸又は塩基の少なくとも一方を添加して、酸化チタンの表面に二酸化炭素を接合させる。この操作により、酸化チタンと二酸化炭素とが接合されてなる量子触媒スラリが作製される。なお、ここで「接合」とは、酸化チタンと二酸化炭素とが互いに接合面を実現している状態を意味し、この状態については定かでは無いが、酸化チタンの酸素原子と二酸化炭素の炭素原子が電子を共有しており、チタン原子と炭素原子が酸素原子を互いに挟んだ位置関係にある状態であると、発明者は考えている。こうすることにより、従来の酸化チタンと同じように３．２ｅＶ以上の紫外線等から励起エネルギーを獲得し光触媒活性を発現することができる。
【００１０】
本発明の量子触媒において、酸化チタンスラリに酸又は塩基による処理により二酸化炭素を接合し得る化合物を含んでなる溶液とは、例えば、アルカリ金属炭酸塩水溶液、アルカリ金属炭酸水素塩水溶液、あるいはアルカリ土類金属炭酸水素塩水溶液等を用いてもよい。
【００１１】
本発明の量子触媒において、本発明のアルカリ金属の炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム等のアルカリ金属の炭酸塩や、アルカリ金属の炭酸水素塩としては、例えば、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸水素セシウム等のアルカリ金属の炭酸水素塩や、アルカリ土類金属の炭酸水素塩としては、例えば、炭酸水素カルシウム、炭酸水素ストロンチウム、炭酸水素バリウム等を用いても良い。
【００１２】
本発明の量子触媒において、酸化チタンスラリを作製する際、増粘剤及び分散剤の少なくとも一方を加え、増粘剤及び分散剤の少なくとも一方を含んでいても良い。このとき用いられる増粘剤又は分散剤は、例えば、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸ナトリウム、カルボン酸系共重合体、カルボン酸系共重合体ナトリウム、カルボン酸系共重合体アンモニウム、スルホン酸系共重合体、スルホン酸系共重合体ナトリウム、シクロヘキサアミロース、シクロオクタアミロース、ポリビニルピロドリン及びセルロールナノファイバー等を用いても良い。
【００１３】
この量子触媒を製造する際には、酸化チタンの粉末を溶媒に加えて酸化チタンスラリを作製し、酸化チタンスラリに酸又は塩基による処理により二酸化炭素を接合し得る化合物を含んでなる溶液を加えて混合スラリを作製し、必要に応じて当該スラリに酸及び塩基の少なくとも一方を添加して、酸化チタンの表面に二酸化炭素を接合させる。この操作により、酸化チタンと二酸化炭素とが接合されてなる量子触媒スラリが作製される。
【００１４】
量子触媒の製造方法における二酸化炭素を接合させる際、酸化チタンと二酸化炭素の割合（例えば、モル比や原子数比）を変えることにより、量子触媒の光触媒活性を、酸化チタン単独における光触媒活性より高くすることができることが見いだされた。具体的には、量子触媒における酸化チタンに対する二酸化炭素をだんだん多くしていくと、量子触媒の光触媒活性（光触媒活性を一義的に与える反応速度比）が上昇後下降してピークを示すことが見いだされた。
【００１５】
発明者は、反応速度比が上昇して二酸化炭素が存在しない場合の酸化チタンの反応速度より高くなるのは、酸化チタンの禁止帯に上述の二酸化炭素が不純物として生じるエネルギー準位の効果と推定している。一端上昇し、その後下降するのは、恐らく、酸化チタンと二酸化炭素との接合面積、厚さ、接合していない自由表面の面積等が変化し、これにより不純物である二酸化炭素が寄与する光触媒活性の増強能力が変化するためであろうと、発明者は考えている。
【００１６】
同様に、分散剤や増粘剤とその濃度、スラリ濃度、スラリ攪拌方法及びスラリ温度などの条件で変化するスラリ中の酸化チタンの粒子径、添加する酸及び塩基の少なくとも一方の量、濃度及び添加速度などが、量子触媒の光触媒活性に影響を及ぼし、二酸化炭素が存在しない場合の酸化チタンにおける光触媒活性をより強くできることが見いだされた。なお、「酸及び塩基の少なくとも一方」とは、酸や塩基で酸化チタンや二酸化炭素を析出させる際に、その析出速度を調節する等の目的で、酸や塩基単独では無く、酸と塩基の混合物を使用する場合もあるという意である。
【００１７】
酸及び塩基の少なくとも一方を使用する場合、添加用溶液中の酸及び塩基の少なくとも一方の濃度が、１０穣分の１から１ｍｏｌ％の範囲であることが好ましい。また、スラリ濃度については、固定物質の濃度が１から３５ｗ％の範囲であることが好ましい。スラリの攪拌方法及びスラリの温度についても、光触媒活性に影響を及ぼし得るので、実情に応じて適宜選択することが好ましい。
【００１８】
酸化チタンと二酸化炭素のモル比としては、例えば、酸化チタン：アルカリ金属の炭酸塩＝１：１ｘ１０−３１以上１ｘ１０−１以下であってもよいし、１：１ｘ１０−２１以上１ｘ１０−２以下であってもよいし、１：１ｘ１０−２４以上１：１ｘ１０−３以下であってもよいし、１：１ｘ１０−８以上１：１ｘ１０−５以下であってもよい。
【００１９】
更に、増粘剤又は分散剤の少なくとも一方を含む場合には、酸化チタンと二酸化炭素のモル比としては、例えば、酸化チタン：アルカリ金属の炭酸塩＝１：１ｘ１０−３１以上１：０．１以下が好ましく、１：１ｘ１０−２７以上１：１ｘ１０−３以下が好ましく、１：１ｘ１０−２２以上１：１ｘ１０−７以下が好ましい。
【００２０】
本発明の量子触媒の製造方法は、
酸化チタンと二酸化炭素を含む量子触媒の製造方法であって、
酸化チタンスラリを作製する酸化チタンスラリ作製ステップと、
前記酸化チタンスラリにアルカリ金属の炭酸塩水溶液を加えて攪拌して混合スラリを作製する攪拌ステップと、
前記混合スラリに酸を加えて攪拌するイオン交換ステップと、
を含むことを特徴とする、
ものである。
【００２１】
本発明の量子触媒の製造方法は、酸化チタンの粉末を溶媒に加えて酸化チタンスラリを作製し、酸化チタンスラリに酸又は塩基による処理により二酸化炭素を接合し得る化合物を含んでなる溶液を加えて混合スラリを作製し、必要に応じて当該スラリに酸又は塩基の少なくとも一方を添加して、酸化チタンの表面に二酸化炭素を接合させる。この操作により、酸化チタンと二酸化炭素とが接合されてなる量子触媒スラリが作製される。こうすることにより、従来の酸化チタンと同じように３．２ｅＶ以上の紫外線等から励起エネルギーを獲得し光触媒活性を発現する量子触媒を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、分散剤の種類と酸化チタンと二酸化炭素のモル比と反応速度比の関係を示すグラフである。
【図２】図２は、分散剤の濃度と反応速度比の関係を示すグラフである。
【図３】図３は、分散剤の濃度と反応速度比の関係を示すグラフである。
【図４】図４は、混合スラリの濃度と反応速度比の関係を示すグラフである。
【図５】図５は、混合スラリの温度と反応速度比の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明の実施の形態の一例である量子触媒について詳細に説明する。この量子触媒は、酸化チタンに二酸化炭素を接合させたものであり、更に光触媒活性を高めるために増粘剤又は分散剤の少なくとも一方を添加したものであるため、これらの製造方法を詳細に説明することにより、本発明の量子触媒の一例を示すと共に、本発明の量子触媒の製造方法の一例を明らかにする。
【００２４】
この量子触媒は、超臨界場環境下で作製した酸化チタンスラリに酸又は塩基による処理により二酸化炭素を接合し得る化合物を含んでなる溶液を加えて攪拌して混合スラリを作製した後、酸を加えて攪拌して酸化チタンの表面に二酸化炭素を接合して製造した。こうすることにより、従来の酸化チタンと同じように３．２ｅＶ以上の紫外線等から励起エネルギーを獲得し光触媒活性を発現することが可能であるが、加えて、１．２９ｅＶから３．４ｅＶ（波長８３０ｎｍから３６０ｎｍ）の可視光、さらに１．２９ｅＶ以下の赤外光など熱エネルギーから励起エネルギーを獲得して光触媒活性を実現することができる。
【００２５】
（酸化チタンスラリ作製ステップ）
一次粒子径７ｎｍ程度の酸化チタン粒子に分散剤及び増粘剤を適宜添加し、酸化チタンスラリを作製した。具体的には、１９ＫＨｚ以上の超音波を溶質１ｇあたり０．０１Ｗから１００Ｗの照射量で照射して超臨界場を発生させ、０．０２５ｍｍから２ｍｍ径のジルコニアビーズと共に酸化チタンスラリ中の酸化チタン濃度が０．１ｗ％から３５ｗ％となる濃度で酸化チタンスラリの温度が１０℃から９５℃に保った状態で超臨界場中において攪拌した。
【００２６】
（混合スラリ作製ステップ）
酸化チタンスラリ作製工程で作製した酸化チタンスラリにアルカリ金属の炭酸塩水溶液、アルカリ金属の炭酸水素塩水溶液、アルカリ土類金属の炭酸水素塩水溶液のうちの少なくとも一つを加えて超臨界場中において攪拌し、混合スラリを作製した。具体的には、１９ＫＨｚ以上の超音波を溶液１Ｌあたり１０Ｗから１０ＫＷの照射量で照射して超臨界場を発生させ、０．０２５ｍｍから２ｍｍ径のジルコニアビーズと共に酸化チタンスラリ中の酸化チタン濃度が０．１ｗ％から３５ｗ％となる濃度で、かつ、溶質の酸化チタンに対する炭酸水素ナトリウムのモル比が１ｘ１０−３１から１ｘ１０-１となる濃度で、酸化チタンスラリの温度が１０℃から９５℃に保った状態で超臨界場において攪拌した。なお、チタン金属の酸化物である酸化チタンの水スラリは弱酸性を呈するため、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ金属の炭酸水素塩、アルカリ土類金属の炭酸水素塩等の水溶液の弱アルカリ性を呈する希釈溶液を滴下する際には、ゆっくり滴下することが好ましい。混合スラリ作製にあたり、酸化チタンスラリを２０℃から９０℃に保ち、攪拌しながら炭酸水素ナトリウム溶液をゆっくり滴下することが、より好ましい。混合スラリ作製にあたり、酸化チタンスラリを２０℃から９０℃に保ち、超臨界場で攪拌しながら炭酸水素ナトリウム水溶液をゆっくり滴下することが、さらにより好ましい。
【００２７】
（イオン交換ステップ）
混合スラリ作製工程で作製した混合スラリに塩酸を滴下しながら攪拌し、二酸化炭素を酸化チタン微粒子の表面に接合させ、酸化チタンと二酸化炭素が接合した量子触媒スラリを作製した。なお、混合スラリ作製工程において、アルカリ金属塩のアルカリ成分が混合スラリ作製工程の酸成分より多くない場合には、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属の炭酸水素塩、アルカリ土類金属の炭酸水素塩等の水溶液を加えて攪拌する際、酸化チタンスラリの酸成分によりイオン交換され、二酸化炭素が酸化チタン粒子の表面に接合するため、塩酸を滴下するイオン交換工程を実行しなくとも良い。
【００２８】
（光触媒活性評価）
量子触媒又は酸化チタン（具体的には石原産業製、アナターゼ型酸化チタンＳＴ−０１）をそれぞれ同一質量だけ５Ｌのテドラ−バッグに入れ、８０から１２５重量ｐｐｍ濃度に調整した標準ガス（窒素キャリアガス、アセトアルデヒド標準ガス）を３Ｌ注入し、照射強度１．０ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射し、５分から２０分経過後の残留濃度をガス検知管で測定し、残留濃度と初発濃度との比を残留濃度比（その残留濃度比の対数を反応速度）として求め、量子触媒の反応速度と酸化チタンの反応速度の比（量子触媒の反応速度／酸化チタンの反応速度）を反応速度比とした。ここに、紫外光照射時間を変化させても、反応速度比の値は変化せず一定値を呈するので、残留濃度が計測しやすい値及び設定しやすい照射時間に設定しても良い。
【００２９】
同一重量を用いて同一環境で残留濃度を測定する場合、測定対象の量子触媒に含まれる酸化チタンの量は、酸化チタン以外の物質の重量分だけ少なくなる。また、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属の炭酸水素塩、アルカリ土類金属炭酸水素塩は光触媒活性をほとんど発現しないことが知られている。このような条件で、量子触媒の光触媒活性が酸化チタンの光触媒活性を上回ること、すなわち、量子触媒の反応速度比が１を上回ることは、これまで知られていなかったことである。これは、前述のごとく、二酸化炭素の炭素原子が酸化チタンの不純物として酸化チタンのバンドギャップにドナー準位とアクセプタ準位を生じ、酸化チタンのバンドギャップ値３.２ｅＶより十分低いエネルギーレベルの光量子エネルギーを吸収して、ドナー準位に生じる自由電子を酸化チタンの導電帯へ注入、同時に、アクセプタ準位に酸化チタンの価電子帯から電子を吸収（アクセプタ準位からホールを価電子帯へ注入）するようになり、酸化チタンの表面から自由電子とホールが放出されるようになる結果、酸化チタン単体の光触媒活性を上回る光触媒活性を実現したものと考えられる。
【実施例】
【００３０】
（実施例１）
一次粒子径７ｎｍ程度の酸化チタン粒子を水に懸濁し酸化チタンスラリを作製した。具体的には、１９ＫＨｚ以上の超音波を溶質１ｇあたり０．０１Ｗから１００Ｗの照射量で照射して、０．０２５ｍｍから２ｍｍ径のジルコニアビーズと共に酸化チタンスラリ中の酸化チタン濃度が０．１ｗ％から３５ｗ％となる濃度で酸化チタンスラリの温度が１０℃から９５℃に保った状態で攪拌した。
【００３１】
次に、酸化チタンスラリに炭酸水素ナトリウム水溶液を加えて攪拌し、混合スラリを作製した。具体的には、１９ＫＨｚ以上の超音波を溶液１Lあたり１０Ｗから１０ＫＷの照射量で照射して、０．０２５ｍｍから２ｍｍ径のジルコニアビーズと共に酸化チタンスラリ中の酸化チタン濃度が０．１ｗ％から３５ｗ％となる濃度で、かつ、溶質の酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比が１ｘ１０−１０から１ｘ１０−５となる濃度で、酸化チタンスラリの温度が１０℃から９５℃に保った状態で攪拌した。
【００３２】
混合スラリに塩酸を中和状態になるまで滴下しながら攪拌し、二酸化炭素を酸化チタン微粒子の表面に析出させ、酸化チタンと二酸化炭素が接合した量子触媒スラリを作製した。
【００３３】
こうして得られた量子触媒スラリを５Ｌのテドラーバッグに入れ、８０から１２５重量ｐｐｍ濃度に調整した標準ガス（窒素キャリアガス、アセトアルデヒド標準ガス）を３Ｌ注入し、照射強度１．０ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射し、５分から２０分経過後の残留濃度をガス検知管で測定し、残留濃度と初発濃度との比を残留濃度比ならびに残留濃度比の対数を反応速度として求め、量子触媒の反応速度と酸化チタンの反応速度の比（量子触媒の反応速度／酸化チタンの反応速度）を反応速度比とし、その結果を図１のグラフ中に実線で示す。図１中、縦軸は酸化チタンの反応速度を基準とした反応速度比を、横軸は酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比の常用対数をそれぞれ示す。
【００３４】
図１の実線に示すように、酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比が１ｘ１０-5以下なる濃度において、酸化チタンと同程度以上の光触媒活性を有していると言える。同一重量を用いて同一環境で残留濃度を測定する場合、測定対象の量子触媒に含まれる酸化チタンの量は、酸化チタン以外の物質の重量分だけ少なくなる。また、炭酸水素ナトリウムは光触媒活性をほとんど発現しないことが知られている。このため、酸化チタンに比べて環境中に容易に入手可能な二酸化炭素を用いて酸化チタンと同程度の光触媒活性が得られたといえる。特に、酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比が１ｘ１０−5以下の場合には、酸化チタンの含有量に対して、特に高い光触媒活性が得られたといえる。
【００３５】
（実施例２）
酸化チタンスラリを作製する際、炭酸水素ナトリウム水溶液に加えて、分散剤としてポリカルボン酸（花王株式会社製，品番：デモールＥＰ，固形分０．１重量％／酸化チタン）を加えたこと以外は、実施例１と同様にして、酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比が１ｘ１０−２７から１ｘ１０−2となるようにそれぞれ量子触媒を調製し、量子触媒の反応速度比を測定した。その結果を図１中の鎖線で示す。図１中の鎖線から明らかなように、二酸化炭素のモル比が１ｘ１０−２４から１ｘ１０−４のいずれの濃度比でも、酸化チタンよりも高い光触媒活性が得られた。このことから、優れた光触媒活性を有するといえる。特に、二酸化炭素のモル比が１ｘ１０−21から１ｘ１０−5の範囲では、酸化チタンと比較して約１．７倍以上と高い光触媒活性が得られた。
【００３６】
（実施例３）
酸化チタンスラリを作製する際、炭酸水素ナトリウム水溶液に加えて、分散剤としてポリカルボン酸（花王株式会社製，品番：デモールＥＰ，固形分０．１重量％／酸化チタン）及びポリアクリル酸アンモニウム（東亞合成株式会社製，品番：Ａ―３０，固形分１．５重量％／酸化チタン）をそれぞれ加えたこと以外は、実施例１と同様にして、酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比が１ｘ１０−３2から１ｘ１０−０となるように量子触媒を調製し、量子触媒の反応速度比を測定した。その結果を図１中の一点鎖線で示す。図１中の一点鎖線から明らかなように、１ｘ１０−３２から１ｘ１０−２のいずれの濃度比でも、酸化チタンよりも高い光触媒活性が得られた。このことから、優れた光触媒活性を有するといえる。特に、二酸化炭素のモル比が１ｘ１０−２８から１ｘ１０−５の範囲では、酸化チタンと比較して約３．５倍以上と高い光触媒活性が得られた。
【００３７】
（実施例４）
酸化チタンスラリを作製する際、炭酸水素ナトリウム水溶液に加えて、分散剤としてカルボン酸系共重合体ナトリウム（東亞合成株式会社製，品番：Ａ―６７１２，固形分０．８重量％／酸化チタン）、ポリアクリル酸ナトリウム（東亞合成株式会社製，品番：Ａ―２０Ｌ，固形分０．３６重量％／酸化チタン）及びシクロヘキサアミロース（ＷＡＣＫＥＲ製，品番：ＣＡＶＡＭＡＸ  Ｗ６Ｆｏｏｄ，固形分４重量％／酸化チタン）をそれぞれ加えたこと以外は、実施例１と同様にして、酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比が１ｘ１０−２４から１ｘ１０−0となるように量子触媒を調製し、量子触媒の反応速度比を測定した。その結果を図１中の二点鎖線で示す。図１中の二点鎖線から明らかなように、１ｘ１０−２２から１ｘ１０−0のいずれの濃度比でも、酸化チタンよりも高い光触媒活性が得られた。このことから、優れた光触媒活性を有すると言える。特に、二酸化炭素のモル比が１ｘ１０−１８から１ｘ１０−２の範囲では、酸化チタンと比較して約５倍以上と高い光触媒活性が得られた。
【００３８】
（実施例５）
酸化チタンスラリを作製する際、酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比を１ｘ１０−8とし、分散剤としてポリカルボン酸ナトリウム（東亞合成株式会社製，品番：Ａ―６３３０）をそれぞれの濃度加えたこと以外、実施例１と同様にして量子触媒を調製し、量子触媒の反応速度比を測定した。その結果を図２の実線で示す。ここで、図２中、縦軸は酸化チタンの反応速度を基準とした反応速度比を、横軸は量子触媒中に含まれる分散剤の濃度（重量％）をそれぞれ示す。図２の実線から明らかなように、分散剤を加えた場合であっても、酸化チタンよりも高い光触媒活性が得られた。このことから、優れた光触媒活性を有するといえる。
【００３９】
（実施例６）
酸化チタンスラリを作製する際、酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比を１ｘ１０−8とし、分散剤としてカルボン酸系共重合体ナトリウム（東亞合成株式会社製，品番：Ａ―６７１２）をそれぞれの濃度加えたこと以外、実施例１と同様にして量子触媒を調製し、量子触媒の反応速度比を測定した。その結果を図２中に鎖線で示す。図２の鎖線から明らかなように、分散剤を加えた場合であっても、酸化チタンよりも高い光触媒活性が得られた。このことから、優れた光触媒活性を有するといえる。
【００４０】
（実施例７）
酸化チタンスラリを作製する際、酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比を１ｘ１０−8とし、分散剤としてカルボン酸系共重合体ナトリウム（東亞合成株式会社製，品番：Ａ―６７１２）、ポリアクリル酸ナトリウム（東亞合成株式会社製，品番：Ａ―２０Ｌ）をそれぞれの濃度加えたこと以外、実施例１と同様にして量子触媒を調製し、量子触媒の反応速度比を測定した。その結果を図２中に一点鎖線で示す。図２の一点鎖線から明らかなように、分散剤を加えた場合であっても、酸化チタンよりも高い光触媒活性が得られた。このことから、優れた光触媒活性を有するといえる。
【００４１】
（実施例８）
酸化チタンスラリを作製する際、酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比を１ｘ１０−8とし、分散剤としてシクロヘキサアミロース（ＷＡＣＫＥＲ製，品番：ＣＡＶＡＭＡＸ  Ｗ６Ｆｏｏｄ）をそれぞれの濃度加えたこと以外、実施例１と同様にして量子触媒を調製し、量子触媒の反応速度比を測定した。その結果を図３の実線で示す。ここで、図３中、縦軸は酸化チタンの反応速度を基準とした反応速度比を、横軸は分散剤の濃度（重量％）をそれぞれ示す。図３の実線から明らかなように、分散剤を加えた場合であっても、酸化チタンよりも高い光触媒活性が得られた。このことから、優れた光触媒活性を有するといえる。
【００４２】
（実施例９）
酸化チタンスラリを作製する際、酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比を１ｘ１０−8とし、分散剤としてシクロヘキサアミロース（ＷＡＣＫＥＲ製，品番：ＣＡＶＡＭＡＸ  Ｗ６Ｆｏｏｄ、固形分４重量％／酸化チタン）、セルロールナノファイバー(第一工業製薬株式会社製，品番：レオクリスタＩ-２ＳＰ、固形分０．３６ｗ％／酸化チタン)、ポリビニルピロドリン（第一工業製薬株式会社製，品番：ビッツコール，Ｋ-９０、固形分１．３重量％／酸化チタン）をそれぞれの濃度加えたこと以外、実施例１と同様にして量子触媒を調製し、量子触媒の反応速度比を測定した。その結果を図３に鎖線で示す。ここで、図３中、縦軸は酸化チタンの反応速度を基準とした反応速度比を、横軸は分散剤の濃度（重量％）を示す。図３の鎖線から明らかなように、分散剤を加えた場合であっても、酸化チタンよりも高い光触媒活性が得られた。このことから、優れた光触媒活性を有するといえる。
【００４３】
（実施例１０）
酸化チタンスラリを作製する際、酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比を１ｘ１０−8とし、分散剤としてシクロヘキサアミロース（ＷＡＣＫＥＲ製，品番：ＣＡＶＡＭＡＸ  Ｗ６Ｆｏｏｄ、固形分４重量％／酸化チタン）、ポリビニルピロドリン（第一工業製薬株式会社製，品番：ビッツコール，Ｋ-９０、固形分１．３重量％／酸化チタン）、セルロールナノファイバー(第一工業製薬株式会社製，品番：レオクリスタＩ-２ＳＰ、固形分０．０２〜０．９２ｗ％／酸化チタン)をそれぞれの濃度加えたこと以外、実施例１と同様にして量子触媒を調製し、量子触媒の反応速度比を測定した。その結果を図３に一点鎖線で示す。ここで、図３中、縦軸は酸化チタンの反応速度を基準とした反応速度比を、横軸は分散剤の濃度（重量％）を示す。図３の一点鎖線から明らかなように、分散剤を加えた場合であっても、酸化チタンよりも高い光触媒活性が得られた。このことから、優れた光触媒活性を有するといえる。特に、分散剤５．９〜６．２重量％／酸化チタン濃度の場合に、優れた光触媒活性を有するといえる。
【００４４】
（実施例１１）
酸化チタンスラリを作製する際、酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比を１ｘ１０−8とし、分散剤としてシクロヘキサアミロース（（ＷＡＣＫＥＲ製，品番：ＣＡＶＡＭＡＸ  Ｗ６Ｆｏｏｄ、固形分３．０〜６．０重量％／酸化チタン）、カルボン酸系共重合体ナトリウム（東亞合成株式会社製，品番：Ａ―６７１２、固形分０．６〜１．２重量％／酸化チタン）、ポリアクリル酸ナトリウム（東亞合成株式会社製，品番：Ａ―２０Ｌ、固形分０．２７〜０．５４重量％／酸化チタン）を、それぞれの濃度加えたこと以外、実施例１と同様にして量子触媒を調製し、量子触媒の反応速度比を測定した。その結果を図３に二点鎖線に示す。ここで、図３中、縦軸は酸化チタンの反応速度を基準とした反応速度比を、横軸は分散剤の濃度（重量％）を示す。図３の二点鎖線から明らかなように、分散剤を加えた場合であっても、酸化チタンよりも高い光触媒活性が得られた。このことから、優れた光触媒活性を有すると言える。
【００４５】
（実施例１２）
酸化チタンスラリを作製する際、酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比を１ｘ１０−8とし、分散剤としてシクロヘキサアミロース（ＷＡＣＫＥＲ製，品番：ＣＡＶＡＭＡＸ  Ｗ６Ｆｏｏｄ、固形分４〜６重量％／酸化チタン）、カルボン酸系共重合体ナトリウム（東亞合成株式会社製，品番：Ａ―６７１２、固形分０．８〜１．２重量％／酸化チタン）と、ポリアクリル酸ナトリウム（東亞合成株式会社製，品番：Ａ―２０Ｌ、固形分０．３６〜０．５４重量％／酸化チタン）を、それぞれの濃度加えたこと以外、実施例１と同様にして量子触媒を調製し、量子触媒の反応速度比を測定した。その結果を図３中に破線で示す。図３の破線から明らかなように、分散剤を加えた場合であっても、酸化チタンよりも高い光触媒活性が得られた。このことから、優れた光触媒活性を有するといえる。
【００４６】
（実施例１３）
酸化チタンスラリを作製する際、酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比を１ｘ１０−8とし、分散剤としてシクロヘキサアミロース（ＷＡＣＫＥＲ製，品番：ＣＡＶＡＭＡＸ  Ｗ６Ｆｏｏｄ、固形分３重量％／酸化チタン）、シクロオクタアミロース（ＷＡＣＫＥＲ製，品番：ＣＡＶＡＭＡＸ  Ｗ８Ｆｏｏｄ、固形分１重量％／酸化チタン）、ポリビニルピロドリン（第一工業製薬株式会社製，品番：ビッツコール、Ｋ-３０Ｌ、固形分０．４重量％／酸化チタン）、ポリビニルピロドリン（第一工業製薬株式会社製，品番：ビッツコール、Ｋ-６０Ｌ、固形分０．４重量％／酸化チタン）、ポリビニルピロドリン（第一工業製薬株式会社製，品番：ビッツコール、Ｋ-９０Ｌ、固形分０．８重量％／酸化チタン）、セルロールナノファイバー(第一工業製薬株式会社製，品番：レオクリスタＩ-２ＳＰ、固形分０．９２重量％／酸化チタン)を、それぞれの濃度加えたこと以外、実施例１と同様にして量子触媒を調製し、量子触媒の反応速度比を測定した。その結果を図４に示す。ここで、図４中、縦軸は酸化チタンの反応速度を基準とした反応速度比を、横軸は混合スラリ中の酸化チタンの濃度（重量％）を示す。図４から明らかなように、分散剤を加えた場合であっても、酸化チタンよりも高い光触媒活性が得られた。このことから、優れた光触媒活性を有するといえる。
【００４７】
（実施例１４）
酸化チタンスラリを作製する際、酸化チタンに対する二酸化炭素のモル比を１ｘ１０−8とし、分散剤としてシクロヘキサアミロース（ＷＡＣＫＥＲ製，品番：ＣＡＶＡＭＡＸ  Ｗ６Ｆｏｏｄ、固形分３重量％／酸化チタン）、シクロオクタアミロース（ＷＡＣＫＥＲ製，品番：ＣＡＶＡＭＡＸ  Ｗ８Ｆｏｏｄ、固形分１重量％／酸化チタン）、ポリビニルピロドリン（第一工業製薬株式会社製，品番：ビッツコール、Ｋ-３０Ｌ、固形分０．４重量％／酸化チタン）、ポリビニルピロドリン（第一工業製薬株式会社製，品番：ビッツコール、Ｋ-６０Ｌ、固形分０．４重量％／酸化チタン）、ポリビニルピロドリン（第一工業製薬株式会社製，品番：ビッツコール、Ｋ-９０Ｌ、固形分０．８重量％／酸化チタン）、セルロールナノファイバー(第一工業製薬株式会社製，品番：レオクリスタＩ-２ＳＰ、固形分０．９２重量％／酸化チタン)を、それぞれの濃度加えたこと以外、実施例１と同様にして量子触媒を調製し、量子触媒の反応速度比を測定した。その結果を図５に示す。ここで、図５中、縦軸は酸化チタンの反応速度を基準とした反応速度比を、横軸は混合スラリの温度（℃）を示す。図５から明らかなように、分散剤を加えた場合であっても、酸化チタンよりも高い光触媒活性が得られた。このことから、優れた光触媒活性を有するといえる。
【００４８】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることは言うまでもない。
【００４９】
例えば、上述した実施の形態において、酸化チタンスラリ作製ステップ及び混合スラリ作製ステップに変えて、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ金属の炭酸水素塩、又はアルカリ土類金属の炭酸水素塩の粉末を水などの溶媒でスラリを作製し、当該スラリに酸又は塩基による処理により酸化チタンに二酸化炭素を接合し得る化合物を含んでなる溶液を加えて混合スラリを作製してもよい。また、分散剤としてポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸ナトリウム、カルボン酸系共重合体、カルボン酸系共重合体ナトリウム、カルボン酸系共重合体アンモニウム、スルホン酸系共重合体、スルホン酸系共重合体ナトリウム、シクロヘキサアミロース、シクロオクタアミロース、ポリビニルピロドリン、セルロールナノファイバーを用いても混合スラリを製作してもよい。こうして作製した混合スラリをイオン交換ステップにおいて酸化チタンの表面に二酸化炭素を接合させてもよい。このとき、量子触媒における酸化チタンと二酸化炭素の割合（例えば、モル比又は原子数比）、酸又は塩基の少なくとも一方の濃度又は添加速度、スラリの濃度又は攪拌方法、温度並びに分散剤の種類と量からなる群から選ばれた少なくとも一つの条件を選択することにより、量子触媒の光触媒活性を二酸化炭素が存在しない場合の酸化チタンにおける光触媒活性を高くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
上述した実施の形態で示すように、量子触媒として利用することができる。
【００５１】
本発明の量子触媒は、酸化チタン単独で光触媒活性を発現する光照射を受ける環境においても、加えるに酸化チタン単独では光触媒活性を発現できない環境においても光触媒活性を発現することを示した。量子触媒は、紫外線のみならず、量子線、赤外線、可視光線などの低エネルギーレベルの量子線の照射時においても光触媒活性を発現する。
【００５２】
本発明に係る量子触媒からどのような光触媒作用を発揮させるかについては特に制限はないが、使用された酸化チタンの場合と同様の光触媒活性が適切である場合が多い。一般的には、有害物質や臭い発生物質の分解作用、有機塩素系化合物、環境ホルモン等の水処理・土壌汚染処理、空気清浄器、冷蔵庫などの電気製品、塗装、タイル、ガラス、テントなどの防汚、防藻処理、窓ガラス、照明器具、カーテン、絨毯、壁紙・クロス、天井材などの住宅内装材、残留農薬分解処理、養豚・養鶏場などの防臭、水耕栽培水の浄化などの農業、トンネル照明・遮音壁の防汚などの道路整備、大気中のＮＯｘ、ＶＯＣ分解除去など都市環境保全作用の飛躍的改善効果を好ましく挙げることができる。酸化チタンと二酸化炭素からなる安心安全な物質である量子触媒は、人畜に無害な特性を活かして、人体内部のがん細胞やガン病巣を分解除去する新しい治療を可能とする。
【００５３】
本発明に係る量子触媒に照射する光や量子線などのエネルギーについても特に制限は無い。使用された酸化チタンが光触媒活性を発現する場合と同様の紫外線等を使用することが適切である場合が多いが、それより長波長側でもよいことは上述の通りである。授受されるエネルギーが二酸化炭素分子の禁止帯に生じる準位に寄与して酸化チタンを励起するに足るならば、赤外光、可視光、あるいは紫外光の照射に限定する必要は必ずしも無い。電子が動けない絶対零度のような環境を除けば、室温程度で十分な熱エネルギーの照射を受けているので、夜間や遮光環境においても、不純物の二酸化炭素は励起し、酸化チタンの伝導帯へ自由電子を、酸化チタンの荷電子帯へホールを供給する。不純物から供給される自由電子とホールが十分な量に達すれば、光触媒作用が発現するのは、前述の通りである。エネルギーにより電子が励起される確率は、ドナー準位と伝導体電位あるいはアクセプタ準位と荷電子帯電位との電位差で定まる励起エネルギーが小さいほど、指数関数的に大きくなり、本発明が開示する量子触媒が室温程度の温度で効果的に光触媒作用を発揮するようになり、夜間においても発電可能な新しい太陽電池すら実現できることになる。更に、可視光や紫外光の照射を必ずしも必要としない量子触媒の特徴は、人体内部の略遮光環境における光触媒活性を利用した安全な新しいガン治療法を提供できる。さらに、強力な光触媒効果は、細菌、黴などを炭酸ガス、水、酸化窒素に完全分解し、無害化する。薬剤のように特定細菌のみを選択的に死滅無害化する作用とは異なり、カビや細菌の種類を区分せず細菌、カビなどの小さな分子量の物質を分解除去することが光触媒効果の大きな特長である。この特徴は、光触媒効果が強大なるほど顕著になり、光触媒に比較し飛躍的に強力な光触媒効果を発現する量子触媒の抗菌、防黴効果は絶大となる。さらに、細菌やカビなどの種類を問わず分解除去するので、変性菌や耐性菌の発生を完全に防止する。薬剤と異なり、量子触媒の細菌や黴に対する効果は、さらに分子量の小さなウィルスには効果的に機能することが確認できている。また、細菌、黴やウィルスの分解除去効果のみならず、ノロウィルスが薬剤で死滅するとき放散するベロ毒素なども効果的に分解除去できる。さらに、未発見のウィルスや細菌を区別無く死滅させることができる大きな利点を、量子触媒は備えている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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