(57)【要約】【課題】太陽光によって、水分を含んだ大気から可燃性ガスを生じさせることが可能な複合型光触媒を提供する。【解決手段】化学式ＴｉＯ２−Ｘ（Ｘは、０＜Ｘ≦１の条件を満たす実数である。）で示されるチタン系光触媒と、マグネシア系焼結体とを、それぞれが接触した状態で含有し、好ましくは、マグネシア系焼結体が、スピネルを主成分とするもの、又は、ＭｇＯ及びスピネルを主成分とするものであり、更に好ましくはマグネシア系焼結体の表面にチタン系光触媒が担持された複合型光触媒。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学式ＴｉＯ２−Ｘ（Ｘは、０＜Ｘ≦１の条件を満たす実数である。）で示されるチタン系光触媒と、マグネシア系焼結体とを、それぞれが接触した状態で含有する複合型光触媒。
【請求項２】
前記マグネシア系焼結体が、ＭｇＡｌ２Ｏ４を主成分とするもの、又は、ＭｇＯ及びＭｇＡｌ２Ｏ４を主成分とするものである請求項１に記載の複合型光触媒。
【請求項３】
前記マグネシア系焼結体の表面に前記チタン系光触媒が担持された請求項１又は２に記載の複合型光触媒。
【請求項４】
前記チタン系光触媒が粒子状である請求項１〜３のいずれかに記載の複合型光触媒。
【請求項５】
粒子状の前記マグネシア系焼結体の表面に、前記粒子状のチタン系光触媒が担持された請求項４に記載の複合型光触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合型光触媒に関し、さらに詳しくは、太陽光によって、水分を含んだ大気から可燃性ガスを生じさせることが可能な複合型光触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光触媒としてアナターゼ型の結晶構造を有する二酸化チタンが用いられていた。アナターゼ型の二酸化チタンに紫外線を照射すると、その表面で酸化還元反応が生じ、その反応により物質を分解することができる。
【０００３】
このように、アナターゼ型の二酸化チタンは優れた光触媒であるが、上記のように紫外線の照射が必要であった。紫外線を発生させるためには、専用の装置を必要とするため、可視光領域の光によって効率的に触媒作用を発現する光触媒が求められていた。このような光触媒として、複合酸化物半導体からなる可視光応答性光触媒や、窒素とフッ素をコードープした酸化チタンと活性炭粒子との複合粒子よりなる複合光触媒が提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０３２２３号公報
【特許文献２】特開２００７−２２２７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、太陽光によって、水分を含んだ大気から可燃性ガスを生じさせることが可能な複合型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】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明は、以下の複合型光触媒を提供する。
【０００７】
［１］  化学式ＴｉＯ２−Ｘ（Ｘは、０＜Ｘ≦１の条件を満たす実数である。）で示されるチタン系光触媒と、マグネシア系焼結体とを、それぞれが接触した状態で含有する複合型光触媒。
【０００８】
［２］  前記マグネシア系焼結体が、ＭｇＡｌ２Ｏ４（スピネル）を主成分とするもの、又は、ＭｇＯ（マグネシア）及びＭｇＡｌ２Ｏ４（スピネル）を主成分とするものである［１］に記載の複合型光触媒。
【０００９】
［３］  前記マグネシア系焼結体の表面に前記チタン系光触媒が担持された［１］又は［２］に記載の複合型光触媒。
【００１０】
［４］  前記チタン系光触媒が粒子状である［１］〜［３］のいずれかに記載の複合型光触媒。
【００１１】
［５］  粒子状の前記マグネシア系焼結体の表面に、前記粒子状のチタン系光触媒が担持された［４］に記載の複合型光触媒。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の複合型光触媒は、化学式ＴｉＯ２−Ｘ（０＜Ｘ≦１）で示されるチタン系光触媒と、マグネシア系焼結体とを、それぞれが接触した状態で含有するため、太陽光によって、水分を含んだ大気から可燃性ガスを生じさせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の複合型光触媒の一の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の複合型光触媒の他の実施形態を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の複合型光触媒の更に他の実施形態を拡大して模式的に示す拡大平面図である。
【図４】スラリー状チタン系光触媒のＸ線回折測定の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００１５】
（１）複合型光触媒：
本発明の複合型光触媒の一の実施形態は、図１に示すように、化学式ＴｉＯ２−Ｘ（Ｘは、０＜Ｘ≦１の条件を満たす実数である。）で示されるチタン系光触媒１と、マグネシア系焼結体２とを、それぞれが接触した状態で含有するものである。図１に示される複合型光触媒１００は、マグネシア系焼結体２の表面にチタン系光触媒１が担持されている。ここで、複合型光触媒とは、光触媒であるチタン系光触媒１と助触媒であるマグネシア系焼結体２とが複合されて光触媒として機能する光触媒のことを意味する。また、チタン系光触媒１とマグネシア系焼結体２とが複合されるとは、チタン系光触媒１とマグネシア系焼結体２とが、隣接（接触）した状態で配置されること又は接触した状態で混合されることを意味し、単に接触している状態も、接着された状態も含むものである。また、マグネシア系焼結体とは、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、又は「マグネシア（ＭｇＯ）及びスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）の両方」、を含有するセラミック焼結体のことである。図１は、本発明の複合型光触媒の一の実施形態（複合型光触媒１００）を模式的に示す断面図である。
【００１６】
本実施形態の複合型光触媒１００において、チタン系光触媒１は、化学式「ＴｉＯ２−Ｘ」で示されるものであり、「Ｘ」は「０＜Ｘ≦１」の条件を満たす実数である。チタン系光触媒１の具体例としては、ＴｉＯ、Ｔｉ３Ｏ５等を挙げることができ、これらの中の複数種類が混合されていてもよい。
【００１７】
図１に示される複合型光触媒１００は、複数の粒子状のチタン系光触媒１が分散媒中に分散したスラリー（スラリー状チタン系光触媒）１ａが、板状のマグネシア系焼結体２の表面に塗布されて形成されたものである。スラリー状チタン系光触媒１ａが、板状のマグネシア系焼結体２の表面に塗布されると、チタン系光触媒とマグネシア系焼結体２とが接触した状態となる。スラリー状チタン系光触媒１ａのスラリー濃度は、２０〜８０質量％であることが好ましい。２０質量％より低いとスラリー塗布の段階で固着し難くなることがある。８０質量％より高いと、スラリー状チタン系光触媒１ａの流動性が低下し、マグネシア系焼結体２の表面に塗布し難くなることがある。また、マグネシア系焼結体２の表面に塗布されたスラリー状チタン系光触媒１ａの厚さは、１〜５００μｍであることが好ましい。
【００１８】
スラリー状チタン系光触媒１ａにおいて、複数の粒子状のチタン系光触媒の平均粒子径は、１０〜５０００ｎｍであることが好ましい。このようなチタン系光触媒は、「粉末状（粉体）」であるということができる。これにより、助触媒になるマグネシア系焼結体表面の凹凸部分に物理的に固着し易くなる等の利点がある。粒子状のチタン系光触媒の平均粒子径が１０ｎｍより小さいと、嵩が大きくなり（嵩密度が小さくなり）、僅かな風で飛散するなど、取り扱いが難しくなることがある。また、粒子状のチタン系光触媒の平均粒子径が５０００ｎｍより大きいと、助触媒に用いるマグネシア系焼結体の表面凹凸を十分に大きくすることになり、この部分が欠陥となり構造体としての強度低下を招く等のおそれがある。
【００１９】
スラリー状チタン系光触媒１ａにおいて、粒子状のチタン系光触媒が分散する分散媒は、弱アルカリ性（ｐＨ８〜１０）であることが好ましい。また、スラリー状チタン系光触媒１ａには、ＳｉＯ２粉末が含有されていてもよい。また、スラリー状チタン系光触媒１ａには、微量のＡｌ、Ｃａ、Ｎａ、Ｂ、及びＣが含有されていてもよい。
【００２０】
また、本発明の複合型光触媒は、マグネシア系焼結体２の表面で、スラリー状チタン系光触媒が乾燥したものであってもよい。この場合、複合型光触媒は、マグネシア系焼結体の表面に粉末状（粒子状）のチタン系光触媒がコーティング（塗膜）された構造になる。
【００２１】
図２に示されるように、複合型光触媒１０１は、複数のチタン系光触媒１が、マグネシア系焼結体２の表面に配設（担持）された構造であってもよい。それぞれのチタン系光触媒１の大きさは、０．１〜１０ｍｍ３（程度）であることが好ましい。また、それぞれのチタン系光触媒間の距離は、０．０１〜５ｍｍ（程度）であることが好ましい。図２は、本発明の複合型光触媒の他の実施形態を模式的に示す平面図である。また、チタン系光触媒の「マグネシア系焼結体に貼り付いている面」の形状は、特に限定されず、三角形、四角形等の多角形、円形、楕円形、その他不定形等のいずれの形状であってもよい。また、チタン系光触媒をマグネシア系焼結体に貼り付ける方法は、特に限定されないが、例えば、マグネシア系焼結体にチタン系光触媒をスプレー塗布し乾燥させる方法を挙げることができる。また、マグネシア系焼結体にスリットを設けたり或いはハニカム構造にして、その空間（スリットの空間、或いはハニカム構造のセル）に、チタン系光触媒を含有するスラリーを充填する方法を挙げることができる。更には、上記方法により、マグネシア系焼結体にチタン系光触媒を付着させた後に、全体を加熱して焼き付ける方法も、好ましい方法である。ここで、ハニカム構造とは、一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁を備えた構造であり、上記「セル」が、チタン系光触媒を含有するスラリーを充填する「空間」になる。
【００２２】
本発明の複合型光触媒の一実施形態（複合型光触媒１００）において、マグネシア系焼結体２は、ＭｇＡｌ２Ｏ４（スピネル）を主成分とするもの、又は、ＭｇＯ及びＭｇＡｌ２Ｏ４（スピネル）を主成分とするものであることが好ましい。マグネシア系焼結体２は、ＭｇＡｌ２Ｏ４からなるもの（１質量％未満の微量不純物を含んでもよい）であるか、又は、ＭｇＯ及びＭｇＡｌ２Ｏ４からなるもの（１質量％未満の微量不純物を含んでもよい）であることが更に好ましい。ここで、「主成分」とは、全体の９０質量％以上含有される成分のことをいう。また、「ＭｇＯ及びＭｇＡｌ２Ｏ４を主成分とする」とは、「ＭｇＯ及びＭｇＡｌ２Ｏ４の合計質量」が、全体の９０質量％以上であることを意味する。この場合、ＭｇＡｌ２Ｏ４とＭｇＯとの質量比率としては、ＭｇＡｌ２Ｏ４とＭｇＯとの合計に対する、ＭｇＡｌ２Ｏ４の比率が、１質量％以上であることが好ましい。
【００２３】
図１に示すように、本発明の複合型光触媒の一実施形態（複合型光触媒１００）において、マグネシア系焼結体２は、板状のマグネシア系焼結体である。板状のマグネシア系焼結体２の大きさは、特に限定されず、使用方法に合わせて適宜決定することができる。また、チタン系光触媒が担持される面積が、マグネシア系焼結体表面の１０〜９０％であり、マグネシア系焼結体表面の１０〜９０％が光に直接当たる形態をとるのが好ましい。
【００２４】
また、図３に示される複合型光触媒１０２のように、マグネシア系焼結体２が粒子状であることも好ましい態様である。マグネシア系焼結体２が粒子状である場合、複数の粒子状のマグネシア系焼結体２（粉末化させたマグネシア系焼結体）の表面に、粒子状のチタン系光触媒が担持されていることが好ましい。図３は、本発明の複合型光触媒の更に他の実施形態を拡大して模式的に示す拡大平面図である。図３においては、粉末状の複合型光触媒１０２の中の１つの粒子（１つのマグネシア系焼結体粒子と、当該マグネシア系焼結体粒子の表面に担持された複数の粒子状のチタン系光触媒とを備えた、１つの複合粒子）が拡大されて示されている。
【００２５】
本実施形態の複合型光触媒１０２において、マグネシア系焼結体２の粒子の平均粒子径は、１０〜５０００μｍが好ましい。
【００２６】
また、本実施形態の複合型光触媒１０２は、粉末状の複合型光触媒１０２が、板状等の所望の形状に成形されたものであってもよい。
【００２７】
（２）複合型光触媒の製造方法：
図１に示される本発明の複合型光触媒１００の製造方法は、以下の通りである。
【００２８】
マグネシア系焼結体２の製造方法は、特に限定されず、公知の方法で製造することができる。例えば、高純度マグネシア粉に０．５質量％程度の高純度アルミナ粉を添加して焼結する方法や、高純度マグネシア粉と高純度アルミナをスピネル構造になる比率で混合した粉末を焼結する方法などが好ましい。
【００２９】
粉末状のチタン系光触媒の製造方法は、特に限定されず、公知の方法で製造することができる。
【００３０】
スラリー状チタン系光触媒は、所定量の粉末状のチタン系光触媒を分散媒に分散させることにより得られる。
【００３１】
得られたスラリー状チタン系光触媒をマグネシア系焼結体の表面に塗布して、複合型光触媒を得る。また、スラリー状チタン系光触媒をマグネシア系焼結体の表面で乾燥させて複合型光触媒としてもよい。更にはこれらを、高温で焼き付けてもよい。
【００３２】
また、図２に示される本発明の複合型光触媒１０１の製造方法は、以下の通りである。
【００３３】
マグネシア系焼結体２の製造方法は、特に限定されず、公知の方法で製造することができる。
【００３４】
板状（膜状）のチタン系光触媒の製造方法は、特に限定されず、公知の方法で製造することができる。
【００３５】
複数の板状（膜状）のチタン系光触媒を板状のマグネシア系焼結体に貼り付けて、複合型光触媒を得る。複数の板状（膜状）のチタン系光触媒を板状のマグネシア系焼結体に貼り付ける方法（担持する方法）としては、焼付けなどの方法を挙げることができる。
【００３６】
また、図３に示される本発明の複合型光触媒１０２の製造方法は、以下の通りである。
【００３７】
粒子状（粉末状）のマグネシア系焼結体２の製造方法は、特に限定されず、公知の方法で製造することができる。例えば、焼結体を粉砕機で粉砕するなどの方法が挙げられる。
【００３８】
粒子状（粉末状）のチタン系光触媒の製造方法は、特に限定されず、公知の方法で製造することができる。
【００３９】
粒子状のマグネシア系焼結体の表面（粉末状のマグネシア系焼結体の各粒子の表面）に粒子状のチタン系光触媒を担持して、複合型光触媒を得る。粒子状のマグネシア系焼結体の表面（粉末状のマグネシア系焼結体の各粒子の表面）に粒子状のチタン系光触媒を担持する方法は、特に限定されないが、例えば、被担体（粒子状のマグネシア系焼結体）の僅かな凹凸を利用して、粒子状のチタン系光触媒を物理吸着させる等の方法を挙げることができる。
【００４０】
（３）複合型光触媒の使用方法：
本発明の複合型光触媒を、水蒸気を含有する空気中に配置して、当該空気の温度を５〜７０℃とし、太陽光を照射すると、可燃性ガスが生じる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００４２】
（実施例１）
高純度ＭｇＯ粉末にアルミナアルコキシドを添加、混合、成形し、１７００℃で焼成して、板状のマグネシア系焼結体を作製した。得られたマグネシア系焼結体は、５０ｍｍ×３５ｍｍ×１０ｍｍ（厚さ）の板状であり、９９質量％のマグネシアと１質量％のスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）とを含有する焼結体であった。
【００４３】
スラリー状チタン系光触媒として、ＴｉＯ粉末及びＳｉＯ２粉末を主成分とする「ＥＮコート」（ＡＮＨ  Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｉｅｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ社の商品名）を用いた。ＥＮコートは、主としてＴｉＯとＳｉＯ２とが水に分散したスラリ−であった。スラリー状チタン系光触媒中のＳｉ濃度は２７質量％であり、Ｔｉ濃度は３質量％であった。また、スラリー状チタン系光触媒は、Ｔｉ及びＳｉＯ２以外に、微量のＡｌ、Ｃａ、Ｎａ、Ｂ、及びＣを含むものであった。
【００４４】
上記スラリー状チタン系光触媒を乾燥させたものの、Ｘ線回折測定を行った。結果を図４に示す。図４より、ＳｉＯ２（クオーツ）とＴｉＯ（一酸化チタン）の結晶に由来するピークが観測されていることがわかる。図４は、スラリー状チタン系光触媒のＸ線回折測定の結果を示すグラフである。
【００４５】
板状のマグネシア系焼結体の表面に、スラリー状チタン系光触媒を、円形に広がるように塗布して、複合型光触媒を得た。円形（円板状）のスラリー状チタン系光触媒の厚さは３ｍｍであり、外径は２５ｍｍであった。
【００４６】
得られた複合型光触媒について、以下の方法で、「可燃性ガス発生試験」を行った。その結果、可燃性ガスが検出された。
【００４７】
（可燃性ガス発生試験）
２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×１００ｍｍのアクリル製密閉容器内に、試料（複合型光触媒等）を入れ、更に水の入った容器を入れる。そして、温度を約４０℃に維持した状態で、太陽光を試料に照射する。３０分後に、可燃性ガス検知器（新コスモス電機株式会社製  ＧＡＳ  ＬＥＡＫ  ＤＥＴＥＣＴＯＲ  型式ＸＰ−７０３Ｄ）を用いて、アクリル製密閉容器内の可燃性ガスの有無を調べる。
【００４８】
（比較例１）
マグネシア系焼結体の代わりに高純度Ａｌ２Ｏ３焼結体を用いた以外は、実施例１と同様にして、ＥＮコートと高純度Ａｌ２Ｏ３との複合体を作製した。実施例１の場合と同様にして、上記方法で、「可燃性ガス発生試験」を行った。その結果、可燃性ガスは検出されなかった。
【００４９】
（比較例２）
マグネシア系焼結体の代わりに「高純度ＭｇＯの微粉末を、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍの板状に成形したもの」を用いた以外は、実施例１と同様にして、ＥＮコートと高純度ＭｇＯとの複合体を作製した。実施例１の場合と同様にして、上記方法で、「可燃性ガス発生試験」を行った。その結果、可燃性ガスは検出されなかった。
【００５０】
上記可燃性ガス発生試験より、実施例１の複合型光触媒によって可燃性ガスが発生し、比較例１，２の複合体によっては、可燃性ガスは発生しないことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の複合型光触媒は、太陽光によって、水分を含んだ大気から可燃性ガスを生じさせる光触媒として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１：チタン系光触媒、１ａ：スラリー状チタン系光触媒、２：マグネシア系焼結体、１００，１０１，１０２：複合型光触媒。
【図１】
2012011362.tif 000002
【図２】
2012011362.tif 000003
【図３】
2012011362.tif 000004
【図４】
2012011362.tif 000005