(57)【要約】【課題】従来の強酸等の薬品を用いる代わりに、環境にやさしい原材料を用い、同じ原料系で、ルチル（正方晶系）、アナターゼ（正方晶系）の結晶系の酸化チタンの合成を行う。【解決手段】三塩化チタン水溶液に花の抽出液を滴下し、攪拌することにより合成する酸化チタンナノ粒子の合成方法であり、三塩化チタン水溶液に添加する花の抽出液の量や乾燥温度を変化させてアナターゼとルチルの割合を変える酸化チタンナノ粒子の合成方法である。抽出液としては黄炎木の花の抽出液が好適である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三塩化チタン水溶液に花の抽出液を滴下し、攪拌することにより合成する酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【請求項２】
三塩化チタン水溶液に添加する花の抽出液の量を変化させて、合成されるアナターゼとルチルの割合を変える請求項１に記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【請求項３】
三塩化チタン水溶液への花の抽出液の滴下を４０℃〜２００℃で行う、請求項１または２に記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【請求項４】
１ｍＬ〜５０ｍＬの三塩化チタンを水で１００ｍＬに希釈した水溶液に５ｍＬ〜１６０ｍＬの花の抽出液を滴下する、請求項１〜３のいずれかに記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【請求項５】
前記抽出液が黄炎木の花の抽出液である、請求項１〜４のいずれかに記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【請求項６】
前記合成された酸化チタンナノ粒子を６０℃〜９０℃で乾燥させる、請求項１〜５のいずれかに記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【請求項７】
前記合成された酸化チタンナノ粒子を３００℃〜８００℃で焼成させる、請求項１〜６のいずれかに記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【請求項８】
前記合成されたアナターゼ型酸化チタンナノ粒子を、６００℃〜１０００℃で焼成してルチル型酸化チタンナノ粒子を得る、請求項１〜７のいずれかに記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【請求項９】
前記花から取り出す抽出液の抽出を４０℃〜９５℃で行なう、請求項１〜８のいずれかに記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【請求項１０】
前記花から取り出した抽出液をフィルタでろ過する、請求項９に記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顔料、光触媒、太陽電池、誘電体材料、あるいは光学材料等の幅広い分野で使用される酸化チタンの合成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸化チタン（ＴｉＯ２）は３つの結晶構造、すわわち、ルチル（正方晶系）、アナターゼ（正方晶系）およびブルッカイト（斜方晶系）を有する。ルチルは顔料等に、アナターゼは光触媒材料に、ブルッカイトはより性能が高い光触媒材料として、それぞれ利用され、また今後の展開が注目されている。上記３つのタイプの酸化チタンはその結晶構造の違いから、用途に応じて製造され、用いられる。例えば、空気中で安定であり、取扱いが簡便な三塩化チタン（ＴｉＣｌ３）水溶液を出発原料として、ブルッカイトを製造する方法が開示されている（特許文献１参照）。しかし、特許文献１に示されるように、ブルッカイト単相しか得られず、その他の相を得るには別の出発原料および別の反応系を用いる必要があった。すなわち、所望する相に応じて出発原料および反応プロセスを変更することは、製造プロセスを複雑にして、コスト高になるという問題が生じる。
【０００３】
そこで、同様の出発原料から、ルチル、アナターゼおよびブルッカイトの相制御を行う製造方法として、三塩化チタンと酸化剤とｐＨ調製剤とを混合し、三塩化チタンの濃度、酸化剤の種類、および混合溶液のｐＨ値との組み合わせを変える技術が特許文献２に開示されている。しかし、酸化剤は過硫酸アンモニウム、過塩素酸、硝酸、および過酸化水素という強酸から選択しており、これら薬品の処理が必要であり、環境に良くない。またコスト高でもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５‐３３６０１５
【特許文献２】特開２００７‐２３０８０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、従来の強酸等の薬品を用いる代わりに、環境にやさしい原材料を用いい、同じ原料系で、前記複数種類の結晶系の酸化チタンの合成を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、強酸等に代わり、花の抽出液を用いることを発案した。そしてより具体的には、黄炎木の花の抽出液を用いることを検討し、上記課題を解決しうることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下の方法が提供される。
【０００７】
［１］三塩化チタン水溶液に花の抽出液を滴下し、攪拌することにより合成する酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【０００８】
［２］三塩化チタン水溶液に添加する花の抽出液の量を変化させて、合成されるアナターゼとルチルの割合を変える前記［１］に記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【０００９】
［３］三塩化チタン水溶液への花の抽出液の滴下を４０℃〜２００℃で行う、前記［１］または［２］に記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【００１０】
［４］１ｍＬ〜５０ｍＬの三塩化チタンを水で１００ｍＬに希釈した水溶液に５ｍＬ〜１６０ｍＬの花の抽出液を滴下する、前記［１］〜［３］のいずれかに記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【００１１】
［５］前記抽出液が黄炎木の花の抽出液である、前記［１］〜[４]のいずれかに記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【００１２】
［６］前記合成された酸化チタンナノ粒子を６０℃〜９０℃で乾燥させる、前記［１］〜［５］のいずれかに記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【００１３】
［７］前記合成された酸化チタンナノ粒子を３００℃〜８００℃で焼成させる、前記[１]〜[６]のいずれかに記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【００１４】
［８］前記合成されたアナターゼ型酸化チタンナノ粒子を、６００℃〜１０００℃で焼成してルチル型酸化チタンナノ粒子を得る、前記［１］〜［７］のいずれかに記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【００１５】
［９］前記花から取り出す抽出液の抽出を４０℃〜９５℃で行なう、前記［１］〜［８］のいずれかに記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【００１６】
［１０］前記花から取り出した抽出液をフィルタでろ過する前記［９］に記載の酸化チタンナノ粒子の合成方法。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】三塩化チタン水溶液に添加する黄炎木の花の抽出液の量を変化させた時の酸化チタンナノ粒子のＸ線回折パターンを示す図である。
【図２】三塩化チタン水溶液に添加する黄炎木の花の抽出液の量を変化させた時の酸化チタンナノ粒子のラマン散乱を示す図である。
【図３】焼成する温度を変化させた時の酸化チタンナノ粒子のＸ線回折パターンを示す図である。
【図４】焼成温度を６００℃、抽出液滴下温度５０℃で、花の抽出液５ｍＬを加えた時の酸化チタンナノ粒子の透過電子顕微鏡写真を示す図である。
【図５】焼成温度を６００℃、抽出液滴下温度５０℃で、花の抽出液４０ｍＬを加えた時の酸化チタンナノ粒子の透過電子顕微鏡写真を示す図である。
【図６】焼成温度を６００℃、抽出液滴下温度７０℃で、花の抽出液４０ｍＬを加えた時の酸化チタンナノ粒子の透過電子顕微鏡写真を示す図である。
【図７】焼成温度を６００℃、抽出液滴下温度９０℃で、花の抽出液４０ｍＬを加えた時の酸化チタンナノ粒子の透過電子顕微鏡写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１９】
本発明では、三塩化チタンの水溶液に花の抽出液を滴下し、撹拌して酸化チタンを合成する。抽出する花としては特にマメ科の黄炎木（コウエンボク、学名「Peltophorum pterocarpum」の花が好ましい。前記花から取り出す抽出液の抽出を４０℃〜９５℃で行ない、花から取り出した抽出液を１００μｍ程度のフィルタでろ過することが好ましい。９ｍＬの三塩化チタンに水を加えて１００ｍＬとした溶液に、黄炎木の抽出液を５ｍＬ〜１６０ｍＬ滴下することが好ましく、滴下する際の三塩化チタン水溶液の温度は４０℃〜２００℃が好ましく、５０℃〜９０℃がより好ましい。三塩化チタンに対する花の抽出液の量を増加させることにより、合成される酸化チタンをルチル型酸化チタンからアナターゼ型酸化チタンに変化させる。滴下する時間は滴下量にも依存するが、例えば、毎分１ｍＬ〜５ｍＬの滴下速度で行って、酸化チタンを合成する。
【００２０】
酸化チタンが合成された水溶液から酸化チタンを取り出し、その後６０℃〜９０℃で乾燥させる。乾燥した酸化チタン粒子を３００℃〜８００℃で焼成して粒径が２０ｎｍ〜５０ｎｍの酸化チタン粒子を得る。なお、前述したように、三塩化チタンに対する花の抽出液の量を増やすとルチル型酸化チタンに対するアナターゼ型酸化チタンの相対量が増えるが、所定比率以上になるとアナターゼ型酸化チタンのみとなる。また、アナターゼ型酸化チタンを６００℃〜１０００℃の酸素を含む雰囲気中、例えば大気中で焼成することにより、ルチル型酸化チタン粒子を得ることができる。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２２】
本実験に用いる黄炎木の花の抽出は８０℃の水に花を入れて３０分程度煮沸した。なお、抽出液には雑物が混じっていることが多いので１００μｍのフィルタで濾過して雑物を除去した。一方、三塩化チタン（LOBACHEMIE Fine chemicals製）９ｍＬに水を加えて１００ｍＬに希釈した水溶液を作製した。この水溶液を５０〜９０℃に保持し、５ｍＬ〜４０ｍＬの黄炎木の花の抽出液の滴下を行い、滴下中はマグネチックスターラーで撹拌した。水溶液中から合成した酸化チタン粒子を取り出し、洗浄して、６０℃〜９０℃で乾燥させた。
【００２３】
黄炎木の花の抽出液の滴下量を変えて合成される粉末粒子のＸ線回折評価を行った。なお、合成後の乾燥温度は６０℃である。粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定（型番RINT2100／RIGAKU社製）により行った。図１にその結果を示す。滴下する抽出液の量を５ｍＬから８０ｍＬに多くしたところ、５ｍＬではルチル型酸化チタンのみの回折パターンが得られたが、抽出液の量を増やすとアナターゼ型酸化チタンの量が相対的に増加し、８０ｍＬの滴下ではアナターゼ型酸化チタンのみの回折パターンが得られた。合成されたルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの重量比を表１に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
一方、滴下する抽出液の量を変えたサンプル（抽出液量：５ｍＬ、４０ｍＬ、８０ｍＬ）のラマン分光スペクトルを測定した。ラマン分光装置（型番NRS-1500W／日本分光社製）を使用した。その結果を図２に示す。この結果からも、抽出液の量を増やすとアナターゼ型酸化チタンの量が相対的に増加することが確認された。
【００２６】
次に、アナターゼ型酸化チタンのみの粉末を大気中の６００℃〜１０００℃で熱処理を行ったところ、図３の熱処理温度によるＸ線回折パターン変化でわかるように、６００℃の熱処理ではアナターゼ型酸化チタンであったが、熱処理温度が高くなるとルチル型酸化チタンの比率が高くなり、１０００℃の熱処理ではルチル型酸化チタンのみとなった。
【００２７】
焼成温度を６００℃とし、抽出液滴下温度と抽出液添加量を変化させた時の酸化チタン粒子の透過電子顕微鏡写真をそれぞれ図４〜図７に示す。この結果より、滴下温度が高くなると、粒子径が小さくなり、９０℃では粒子径は１０〜２０ｎｍであるが、５０℃では粒子径が４０〜１００ｎｍあるいはそれ以上となることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の酸化チタン粒子はその粒子径が１０〜２００ｎｍと小さく、顔料、光触媒、太陽電池、誘電体材料、あるいは光学材料等に利用できる。
【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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【図６】
2015081211.tif 000009
【図７】
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