(57)【要約】【課題】酸化チタン光触媒における基材の酸化チタン表面に、鉄化合物を所定乾燥条件下で担持させることにより、蛍光灯の照射により優れた光触媒活性を示し、かつ、二酸化炭素の生成量の多い酸化チタン光触媒の製造方法を提供する。【解決手段】酸化チタンを基材とする酸化チタン光触媒の製造方法において、前記酸化チタンと鉄化合物を溶剤に混合し、鉄濃度が１×１０−４〜７×１０−３ｍｏｌ／Ｌの混合液を調製する工程と、前記混合液から酸化チタン及び鉄化合物を含有する混合物を分離する工程と、前記分離した混合物を乾燥させて、酸化チタン表面に鉄化合物を担持させる工程と、を含むことを特徴とする酸化チタン光触媒の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化チタンを基材とする酸化チタン光触媒の製造方法において、
前記酸化チタンと鉄化合物を溶剤に混合し、鉄濃度が１×１０−４〜７×１０−３ｍｏｌ／Ｌの混合液を調製する工程と、
前記混合液から酸化チタン及び鉄化合物を含有する混合物を分離する工程と、
前記分離した混合物を乾燥させて、酸化チタン表面に鉄化合物を担持させる工程と、
を含むことを特徴とする酸化チタン光触媒の製造方法。
【請求項２】
前記乾燥させる温度が５０〜２００℃であることを特徴とする請求項１記載の酸化チタン光触媒の製造方法。
【請求項３】
前記鉄化合物が、前記溶剤に可溶性を有する無機鉄塩であることを特徴とする請求項１又は２記載の酸化チタン光触媒の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化チタン光触媒の製造方法、に関する。具体的には、実用光源である蛍光灯を照射することによって優れた光触媒活性を示す酸化チタン光触媒の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光触媒は半導体であり、光照射により、強い還元作用を持つ電子と強い酸化作用を持つ正孔が生成し、半導体に接触した分子種を酸化還元作用により分解する。このような作用を光触媒作用と呼び、この光触媒作用を利用することによって、大気中や居住空間の有害化学物質、あるいは、水中の環境汚染物質などの分解除去を行うことが可能である。光触媒作用を示す物質として酸化チタンが注目され、近年、酸化チタンからなる光触媒が流通している。
【０００３】
光触媒作用として、例えば、光触媒に接触した分子種であるアセトアルデヒドは、（化１）の反応式で示されるように、二酸化炭素と水に分解される。ここで、アセトアルデヒド１分子に対して、二酸化炭素の生成が２分子未満の場合、二酸化炭素以外の反応中間体である酢酸などが生成している。
【０００４】
【化１】
2008238101.tif 000002
【０００５】
光触媒の高活性化を図るための手法として、例えば、高温条件下において、酸化チタン表面に焼成した鉄酸化物を担持することで、優れた光触媒活性を示す可視光応答型酸化チタン粉末を得る方法が開示されている（特許文献１及び２）。  
【０００６】
しかし、上記方法では、有機物分解活性は大きく向上するが、二酸化炭素の生成量が少ない、すなわち、反応中間体の生成が多くなる傾向にある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１３５９７４号公報
【特許文献２】特開２００３−１９０８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、上記実情に鑑み、酸化チタン光触媒における基材の酸化チタン表面に、鉄化合物を所定乾燥条件下で担持させることにより、蛍光灯の照射により優れた光触媒活性を示し、かつ、二酸化炭素の生成量の多い酸化チタン光触媒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】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意検討した結果、下記酸化チタン光触媒の製造方法を用いることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、酸化チタンを基材とする酸化チタン光触媒の製造方法において、前記酸化チタンと鉄化合物を溶剤に混合し、鉄濃度が１×１０−４〜７×１０−３ｍｏｌ／Ｌの混合液を調製する工程と、前記混合液から酸化チタン及び鉄化合物を含有する混合物を分離する工程と、前記分離した混合物を乾燥させて、酸化チタン表面に鉄化合物を担持させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記混合物を乾燥させる温度は、５０〜２００℃であることが好ましい。
【００１２】
本発明の製造方法に用いる鉄化合物は、前記溶剤に可溶性を有する無機鉄塩であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明における酸化チタン光触媒の製造方法を用いることにより、酸化チタン表面に、鉄化合物を担持させることができ、優れた光触媒活性を示し、かつ、二酸化炭素の生成量の多い酸化チタン光触媒を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の酸化チタン光触媒の製造方法は、光触媒の基材である酸化チタンを溶剤に添加・撹拌し、さらに、ここに前記溶剤に可溶性のある鉄化合物を添加・撹拌し、所定濃度の鉄化合物を含有する混合液を調製する。ついで、前記混合液から、酸化チタン及び鉄化合物を含有する混合物（固形分）を分離・洗浄し、この際に生成する残渣を所定温度条件下で、乾燥させることにより、鉄化合物を担持させた酸化チタン光触媒を得ることができる。以下に、本発明の酸化チタン光触媒の製造方法について、具体的に説明する
【００１５】
本発明の製造方法により得られる光触媒は、酸化チタンを基材とするものである。基材である酸化チタンは、ＴｉＯ2なる組成式で表され、結晶構造がルチル型又はアナターゼ型の酸化チタンを用いることが好ましい。結晶構造は、Ｘ線回折スペクトルのピーク位置から同定することができる。また、このときのピーク位置とその半価幅から、結晶子径を求めることができる。例えば、アナターゼ型の酸化チタンを用いる場合、その結晶子径は、通常１０ｎｍ以上である。アナターゼ結晶子径が１０ｎｍ以上である光触媒は、光照射に対して高い活性を示すものとなる。
【００１６】
また、本発明の製造方法により得られる光触媒は、基材である酸化チタンの表面に鉄化合物を有する。鉄化合物としては、特に限定されないが、無機鉄塩を用いることが好ましい態様である。例えば、硝酸鉄（ＩＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩＩ）、塩化鉄（ＩＩ）、塩化鉄（ＩＩＩ）、過塩素酸鉄、臭化鉄、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4またはＦｅＴｉＯ3で示される化合物などの無機鉄塩が挙げられる。この鉄化合物の存在量は多くなるほど、光触媒の活性が向上するので好ましく、例えば、基材である酸化チタンに対しＦｅ換算で、０．０００５重量％以上、さらには０．００５重量％以上であることが好ましい。一方、鉄化合物の量はあまり多くなっても、量に見合った活性向上の効果が得られないので、５重量％以下、さらには３重量％以下、とりわけ１重量％以下であることが好ましい。この鉄化合物は、基材である酸化チタンの表面全体を被覆するように存在してもよいし、酸化チタンの表面の一部を被覆するように存在してもよい。酸化チタンの表面の一部が鉄化合物で被覆されている光触媒には、例えば、鉄化合物が酸化チタンの上に点として不連続に存在するもの、鉄化合物が酸化チタンの上に線状または格子状に連続して存在するものなどがある。      
【００１７】
酸化チタンと鉄化合物を溶剤を用いて混合した混合液の鉄化合物の濃度は、１×１０−４〜７×１０−３ｍｏｌ／Ｌであり、好ましくは、３×１０−４〜６．８×１０−３ｍｏｌ／Ｌであり、より好ましくは５.５×１０−４〜６．５×１０−３ｍｏｌ／Ｌである。鉄化合物の濃度が１×１０−４ｍｏｌ／Ｌ未満であると、低濃度のため、ｐＨの影響を受けやすく、ｐＨが中性付近では、鉄化合物の形態が変化するため、酸化チタン表面に鉄化合物を担持させることが困難となる。従って、硝酸などの酸成分を混合液中に添加して、ｐＨを酸性側に調整して使用することが好ましい態様である。  
【００１８】
また、前記混合液中の酸化チタンの濃度は、０．０１〜３.０ｍｏｌ／Ｌが好ましく、より好ましくは、０．１〜０．９ｍｏｌ／Ｌであり、更に好ましくは０．４〜０．７ｍｏｌ／Ｌである。酸化チタンの濃度が０．０１ｍｏｌ／Ｌ未満であると、回収できる酸化チタンの量が少なくなる。一方、３．０ｍｏｌ／Ｌを超えると、溶液が増粘し、撹拌状態が悪くなる。  
【００１９】
本発明の製造方法に用いる溶剤としては、鉄化合物を溶解（イオン化）できるものであれば、特に限定されないが、例えば、水、過酸化水素水のような水性媒体、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールのようなアルコール性媒体、２−ブタノン（メチルエチルケトン）、アセトンのようなケトン性媒体、パラフィン化合物媒体、芳香族化合物媒体などが挙げられる。これらの中でも、水性媒体及びアルコール類を使用することが好ましい態様である。
【００２０】
本発明において、酸化チタン、鉄化合物及び溶剤からなる混合液から、酸化チタン及び鉄化合物を含有する混合物（固形分）を分離する方法としては、特に限定されないが、加圧濾過、減圧濾過、延伸分離、デカンテーションなどを行うことができる。また、得られる混合物（固形分）を洗浄する操作を併せて行うことが好ましい態様である。
【００２１】
酸化チタン及び鉄化合物を含有する混合物（固形分）を分離した後の乾燥温度は、５０〜２００℃が好ましく、より好ましくは５０〜１５０℃であり、更に好ましくは５０〜１１０℃である。また、乾燥時間を短縮するために真空乾燥を行ってもよい。低温で乾燥させることにより、酸化チタン表面に担持される鉄化合物、例えば水酸化鉄、鉄酸化物等が大きく生長することを防ぐことができ、基材である酸化チタン（表面）に対する、鉄の割合（被覆率）を大きくすることができるものと考えられる。また、鉄の割合が高いほど、光触媒として高活性となる。
【００２２】
本発明の製造方法により得られる光触媒は、通常、粉末状であるが、必要に応じて、高分子樹脂、結合剤、成形助剤、帯電防止剤、吸着剤などを添加した後、成形して膜、ハニカム、ペレット、リングまたはシートとすることもできる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、酸化チタン光触媒の物性測定は以下の方法で行った。
【００２４】
＜実施例１＞
〔酸化チタン光触媒の調製〕
純水１００ｍＬに酸化チタン粉末（商品名：ＴＰ−Ｓ２０１、住友化学製）１０ｇを添加・撹拌した。ここに、純水１００ｍＬに溶解した硝酸鉄（ＩＩＩ）９水和物（Ｆｅ(ＮＯ3)3・９Ｈ2Ｏ、和光純薬工業製）０．５０６ｇ（酸化チタンに対してＦｅ換算で、０．７重量％に相当し、酸化チタンとの混合液中の鉄濃度は６．３×１０−３ｍｏｌ／Ｌ）を添加し、２５℃で１時間撹拌した。次いで、酸化チタン及び硝酸鉄（ＩＩＩ）を含む水溶液をヌッチェを用いて吸引濾過（濾紙商品名：ＦＩＬＴＥＲ  ＰＡＰＥＲ、ＡＤＶＡＮＴＥＣ製、５Ｃ、１１０ｍｍ）し、濾液の導電率が０．３ｍＳ／ｃｍ以下になるまで、純水を用いて洗浄を繰り返した。残渣は、乾燥温度１１０℃で２４時間、大気中にて乾燥させた後、乳鉢にて粉砕した。粉砕後、淡黄色を呈した酸化チタン光触媒を得た。
＜実施例２＞
硝酸鉄（ＩＩＩ）９水和物を溶解させるために使用した純水量を１Ｌ（酸化チタンとの混合液中の鉄濃度は６．３×１０−４ｍｏｌ／Ｌ）にした以外は、実施例１と同様の方法で淡黄色を呈した酸化チタン光触媒を得た。
【００２５】
＜比較例１＞
硝酸鉄（ＩＩＩ）９水和物を溶解させるために使用した純水量を１０ｍＬ（酸化チタンとの混合液中の鉄濃度は６.３×１０−２ｍｏｌ／Ｌ）にした以外は、実施例１と同様の方法で淡黄色を呈した酸化チタン光触媒を得た。
【００２６】
〔酸化チタン光触媒の活性評価〕
直径８ｃｍ、高さ１０ｃｍ、容量約０．５リットルの密閉式ガラス製容器内に、直径６ｃｍのガラス製シャーレを設置し、そのシャーレ上に、酸化チタン光触媒０．１ｇを均一に展開した。容器内を酸素２０容量％と窒素８０容量％とからなる混合ガスで満たし、アセトアルデヒドを１３．４μｍｏｌ封入し、容器の外から蛍光灯（７０００ルクス）を照射した。蛍光灯として、３波長Ｄ色蛍光灯（商品名：ＢＢパラレル、三菱製、２７Ｗ）を用いた。蛍光灯の照射によりアセトアルデヒドが分解すると、二酸化炭素が発生するので、アセトアルデヒド濃度及び二酸化炭素の濃度を光音響マルチガスモニタ（型番“１３１２型”、ＩＮＮＯＶＡ製）で経時的に測定し、濃度変化より算出したアセトアルデヒドの分解速度及び二酸化炭素の生成速度により、光触媒のアセトアルデヒドに対する光分解作用を評価した。
【００２７】
【表１】
2008238101.tif 000003
【００２８】
実施例１及び２においては、アセトアルデヒドの分解速度及び二酸化炭素の生成速度が、比較例に対して大きな値を示し、すなわち、反応中間体の生成が少なく、光触媒作用に優れていることが確認できた。