(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融した硝酸塩中でチタンを処理する光触媒の製造方法。
【請求項２】
前記チタンは、球状である請求項１記載の光触媒の製造方法。
【請求項３】
前記硝酸塩は、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸リチウムおよび硝酸カルシウムの少なくともいずれかを有する請求項１記載の光触媒の製造方法。
【請求項４】
前記溶融した硝酸塩の温度は２００℃以上６００℃以下の範囲にある請求項１記載の光触媒の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化チタン光触媒は、光により汚染物質を分解、除去することができる機能性材料であり、近年研究開発が盛んに行われてきている。
【０００３】
一般的に光触媒は、紫外線が当たることにより有機物を分解することが知られているが、紫外線は太陽光に含まれているものの人体に影響を与えるそれもあり、室内灯等にはあまり含まれていない。このため、光触媒は室内での使用に課題がある。
【０００４】
光触媒を室内で効率よく使用するためには、光触媒が有機物を分解する波長範囲を可視領域に近づけることが必要であり、例えば下記特許文献１、非特許文献１にそれぞれ記載がある。例えば下記特許文献１には、ＣｒやＶをドープした光触媒が、下記非特許文献２には、ＮやＳをドープした光触媒が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−６３２８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｒ．Ａｓａｈｉ，Ｔ．Ｍｏｒｉｋａｗａ，Ｔ．Ｏｈｗａｋｉ，Ｋ．Ａｏｋｉ，ａｎｄ  Ｙ．Ｔａｇａ、Ｓｉｅｎｃｅ、２９３、２６９（２００１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１、非特許文献１に開示された光触媒では、プロセスが複雑であり、更にその可視光領域における性能が十分ではないといった課題がある。
【０００８】
そこで本発明は、上記課題を鑑み、より簡便で高性能な光触媒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】
【０００９】
上記課題を解決する第一の手段に係る光触媒は、溶融した硝酸塩中でチタンを処理して製造される。
【００１０】
また上記課題を解決する第二の手段に係る光触媒の製造方法は、溶融した硝酸塩中でチタンを処理する。
【発明の効果】
【００１１】
以上本発明により、より簡便で高性能な可視光応答型光触媒を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る光触媒の製造方法の概略を示す図である。
【図２】実施例に係るボール及びＭ１０−Ｔｉの外観写真図である。
【図３】実施例に係るボール及びＭ１０−Ｔｉの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真図である。
【図４】実施例に係るボールのＸ線回折パターンを示す図である。
【図５】実施例に係るボールを用いたＭＢ水溶液の濃度変化である。
【図６】比較例に係るボールを用いたＭＢ水溶液の濃度変化である。
【図７】実施例に係るボールの分解速度係数を示す図である。
【図８】実施例に係るボールを用いたＭＢ水溶液の濃度変化（可視光）である。
【図９】実施例に係るボールを用いたＭＢ水溶液の濃度変化（紫外光）である。
【図１０】比較例に係るボールを用いたＭＢ水溶液の濃度変化（可視光）である。
【図１１】比較例に係るボールを用いたＭＢ水溶液の濃度変化（紫外光）である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の例示にのみ狭く限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る光触媒の製造方法（以下「本方法」という。）の概略を示すイメージ図である。本方法は、溶融した硝酸塩中でチタンを処理する。
【００１５】
本実施形態において、硝酸塩は、限定されるわけではないが、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸リチウムおよび硝酸カルシウムの少なくともいずれかを含むことが好ましい。
【００１６】
硝酸塩の溶融は、溶融できる限りにおいて限定されるわけではないが、例えば坩堝等の容器に粉末状の硝酸塩を配置し、電気炉等で加熱することが好ましい。
【００１７】
硝酸塩を溶融させる温度は、硝酸塩が安定的に溶融できている限りにおいて限定されるわけではないが、例えば２００℃以上８００℃以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは２００℃以上６００℃以下の範囲である。２００℃以上とすることで十分溶融することが可能となり、８００℃以下とすることで硝酸塩の分解を防ぐことができる。
【００１８】
また本実施形態において、チタンは、溶融した硝酸塩中に投入し、十分に表面処理できる程度の大きさであれば限定されないが、例えば球状であることが好ましく、この球の径ができる限り均一に揃っていることがより好ましい。この球の大きさは、用いる用途に応じて特段限定されるわけではないが、例えば０．１ｍｍ以上１ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５ｍｍ以下である。
【００１９】
チタンは、表面に存在していることが好ましい一方で、使用するチタンの量を軽減する観点から、例えばアルミナ等のボールを用い、このボールの表面に微小なチタン膜を形成させることは好ましい一例である。
【００２０】
なお上記ボールの表面にチタン膜を形成する工程としては、限定されるわけではないが、いわゆるメカニカルコーティング法（ＭＣＴ）で行なうことができる。メカニカルコーティング法とは、アルミナ等のボールとチタン粉末とをポットに入れてボールミルにより高速で回転させることで上記ボールを得る方法である。回転数、回転時間、温度は適宜調整可能である。
【００２１】
本実施形態において、チタンを溶融した硝酸塩で処理する時間としては、適宜調整可能であり限定されるわけではないが、１時間以上１０時間以内であることが好ましい。
【００２２】
なお、本実施形態より作製したボールは処理後洗浄しておくことが好ましい。洗浄方法としては特に限定されるわけではないが、純水やアセトンによる超音波洗浄を用いることは好ましい。
【００２３】
本実施形態に係る光触媒は、このように硝酸塩を溶融し、この硝酸塩中にチタンを投入することで、推論ではあるが、硝酸塩とチタンが反応し酸化チタンとなり、光触媒として機能するものと考えられる。この工程は非常に簡便であり、しかもその機能は後述の実施例から明らかなように、従来の光触媒性能を超える非常に優れたものとなる。
【００２４】
以上、本実施形態によって、より簡便で高性能な光触媒を提供することができる。
【実施例】
【００２５】
以下、上記実施形態に係る光触媒を実際に作成し、その効果を確認した。以下説明する。
【００２６】
まず、アルミナボール（直径１ｍｍ）及びチタン粉末（純度９９．１％、平均粒径３０μｍ）をアルミナ製のポットに入れてから蓋をし、回転速度４８０ｒｐｍにして遊星型ボールミルでポットを１０時間回転させ、表面にチタン薄膜を形成させたボールを作成した（以下この作成したボールを「Ｍ１０−Ｔｉ」という。）。
【００２７】
次に、アルミナ製の深皿に、適量のＫＮＯ３粉末（純度９９％）を入れ、電気炉にてＫＮＯ３を溶融させた。その後、上記作成したＭ１０−Ｔｉをスチール製の網の上に敷き詰め、溶融したＫＮＯ３の中に入れ、３時間溶融塩処理を行った。なおこの作業はＭ１０−Ｔｉを３つに分け、それぞれ温度を、４００℃、５００℃、６００℃と異なる温度で処理した（以下、４００℃で処理したものを「ＫＮＯ３−６７３」、５００℃で処理したものを「ＫＮＯ３−７７３」、６００℃で処理したものを「ＫＮＯ３−８７３」という。）
【００２８】
また本実施例では、比較例として、上記Ｍ１０−Ｔｉを用い、３つに分け、電気炉にて４００℃、５００℃、６００℃とそれぞれ異なる温度で３時間酸化処理したボールを３種類作製した（以下、４００℃で処理したものを「Ｍ１０−６７３」、５００℃で処理したものを「Ｍ１０−７７３」、６００℃で処理したものを「Ｍ１０−８７３」という）。
【００２９】
まず、上記作製したボール及びＭ１０−Ｔｉの外観写真図を図２に示しておく。処理温度によって反応生成物による色が異なっていることが確認できた。
【００３０】
次に、上記作製したボールに対し走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面組織観察を行なった。この結果を図３に示しておく。この結果、本実施形態に係るボールの表面には柱状の生成物がみられ、生成物は溶融塩処理の温度が上昇する二つ入れて柱状に大きく成長していることが確認できた。また、この柱状の生成物は表面の凸部分よりも凹部分に集中して生成していることが確認できた。なお、比較対象の例では、Ｍ１０−８７３において生成物が表面に生成していることが確認できたが、他の試料に生成物は確認できなかった。
【００３１】
また、本実施例では、作製した上記ボールに対し、Ｘ線回折測定を行い、そのＸ線回折パターンを得た。これを図４に示しておく。
【００３２】
次に、色素を蒸気作製したボールの表面に吸着させ、その濃度の変化を測定した。色素にはメチレンブルー（以下「ＭＢ」という。）水溶液を使用した。この測定は、複数のＭＢ水溶液を用意し、上記作製した複数種のボールを別々のＭＢ水溶液に入れて暗室に置き、ボールへの吸着が飽和するまで静置した。なお、本実施例に係るボールを用いたＭＢ水溶液の濃度変化を図５に、比較例に係るボールを用いたＭＢ水溶液の濃度変化を図６にそれぞれ示す。
【００３３】
この結果、溶融塩で処理した本実施例のボールは、濃度低下の速度は異なるものの大きな吸着機能を有することができた一方で、比較例のボールでは吸着機能は確認できなかった。
【００３４】
静置後、色素分解法を用い、機能評価を行なった。具体的には、上記ボールを含むＭＢ水溶液に、照度５０００ｌｘ、照射時間２４時間、蛍光灯の光（可視光光源）を照射することで行なった。ＭＢ水溶液は可視光照射のみでも分解が起こってしまうため、その影響を除くとともに、得られたＭＢ水溶液の濃度曲線から可視光照射開始１時間から１２時間までの傾きを求め、これを分解速度係数ｋ（ｎｍｏｌ・ｌ−１・ｈ−１）として光触媒機能を評価した。また、比較検討のため、同様の手順で紫外光（紫外線強度ｌｍＷ／ｃｍ２）照射における機能評価をあわせて行なった。この結果を図７に示しておく。なお、本実施例に係るボールを用いたＭＢ水溶液の濃度変化を図８、９に示す。なお図８は可視光照射によるものであり、図９は紫外線照射によるものである。また、比較例に係るボールを用いたＭＢ水溶液の濃度変化を図１０、１１にそれぞれ示す。なお図１０は可視光照射によるものであり、図１１は紫外線照射によるものである。
【００３５】
この結果、可視光照射下において、実施例のボールでは光触媒の機能発現を確認することができたが、比較例のボールでは光触媒の機能発現を確認することはできなかった。また、紫外線照射下において、実施例及び比較例のいずれのボールにおいても光触媒の機能発現を確認することができたが、実施例に係るボールの方が機能が高いことが確認できた。
【００３６】
以上、本実施例により、上記実施形態、本発明の効果を確認することができた。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、光触媒として産業上の利用可能性がある。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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