様式３R1517

パーライト（真珠岩発泡体）-TiO2 複合体中の Al の局所構造解析
Local structure analysis of Al in perlite / TiO2 composites by XAFS
笠井 誠 a, 東郷 政一 b, 中平 敦 b
Makoto Kasaia, Masakazu Togob, Atsushi Nakahirab
三井金属鉱業株式会社, b 大阪府立大学大学院工学研究科
Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd., bGraduate School of Engineering, Osaka Prefecture Universityaa

パーライトやゼオライトに TiCl4 溶液を添加し、熱処理することで得られたパーライト / ゼオラ
イト / TiO2 複合体中の Ti の配位構造は 6 配位構造から 4 配位構造に変化した。この TiO2 の Ti の配位構造変化がパーライトやゼオライト中の Al2O3 の Al サイトの置換によるものか XAFS 測定によりAl の局所構造解析を行った。その結果、Al の局所構造に変化が見られ、Ti 原子の配位数変化は Al2O3の Al サイトの置換による可能性が示唆された。
After adding TiCl4 solution to the perlite / zeolite, Perlite / Zeolite / TiO 2 composites were synthesized byheat-treating (500℃×3hours). The coordination number of the Ti atoms in perlite / zeolite/ TiO 2composites changed from 6 coordinate structure into 4 coordinate structure. To investigated the relationshipbetween the Ti coordinated structure and Al structure in composites, XANES measurements wereperformed. As the result, it is revealed that the local structure around Al atoms change before and aftercomposites synthesis.
Keywords: Perlite, TiO2, Al K-XANES
所構造解析を行った。
背景と研究目的： パーライトは真珠岩を主原料とし、それらを粉砕、加熱処理することで生産される発泡性ケイ酸アルミニウムの粉体である。パーライトの結晶構造は非晶質であり、軽量で耐熱性・耐火性・耐薬品性・断熱性に優れるといった物理特性を持ち、建築資材や断熱材として多く用いられている。一方で、使用後のパーライトは産業廃棄物として埋め立て処理されているのが現状である。
これまでの研究で天然資源であるパーライトの効果的な再利用法の検討を行うべく、パーライトからゼオライトの合成やパーライトおよびパーライトから合成したゼオライトと酸化チタン（TiO2）の複合化を検討し、安価な機能性資材としての再利用を検討してきた。
既報の研究で SiO2 と TiO2 の複合化に際し、Ti イオンが SiO4 四面体に類似の 4 配位構造をとることで高い光触媒能を示すという報告があり[1]、パーライトと TiO2 複合体においてTi の 4 配位構造が得られたサンプルについてSi の局所構造解析を行ったが Si の局所構造の変化は見られなかった。そこで、Ti イオンがパーライト中の Al2O3 のサイトに置換している可能性を考え、XAFS 測定により Al の局

実験： 各種TiO2複合化試料は下記の手順で合成した。
1） パーライト、パーライトから合成したゼオライト、ゼオライト試薬に塩化チタンⅣ溶液をTiO2生成量が1wt%となるように混合。
2） 大気下で500℃、3時間熱処理を行いTiO2複合体を作製。
XAFS測定は、立命館大学SRセンター
BL-10にて、AlのK吸収端XANES測定を行った。分光結晶はKTP(011)を用い、測定モードは蛍光法（PFY）と電子収量(CEY)で測定した。
また、TiのK吸収端XANES測定はあいちシ
ンクロトロン光センターBL5S1で測定した。
結果、および、考察： Fig. 1 に Ti K 吸収端XANES 測定の結果を示す。参照サンプルである TiO2（ルチル）、TiO2（アナターゼ）で4970eV 付近に存在する 3 本の小さな pre-edge
ピークは 6 配位構造をとる TiO2 結晶由来のものであり、Ti 1s 軌道から 3 種類の分子軌道への電子遷移に由来するものである。一方、4配位構造になると、この 3 本の pre-edge ピー
クが 1 本の大きな pre-edge ピークになること

様式３

文 献
[1] Masaya Matsuoka and Masakazu Anpo,“Localstructures,excitedstates,andphotocatalytic reactivities of highly dispersed
catalysts constructed within zeolites”, Journal of
PhotochemistryandPhotobiology
C:PhotochemistryReviews,Vol.3,No.2,pp.225-252(2003).
[2] Francois Fargen, Gordon E. Brown Jr., andJohn J. Rehr, Geochimica et CosoChimica Acta,
vol.60, No.16, pp.3023-3038(1996)
論文・学会等発表（予定）[1]M. Kasai, M. Togo, A. Nakahira,
The Ceramic Society of Japan The 29 thFall Meeting

Ti -K

TiO2 rutile

TiO2 anatase
ゼオライトLTA＋TiCl4
パーライト－
ゼオライト＋TiCl4
パーライト＋TiCl4

Fig. 1.

Observed Ti K-edge XANES spectra

Al -K

Normalized Absorbance (a.u.)が知られている[2]。今回合成したパーライト-TiO2 複合体、パーライトから合成したゼオラ
イト LTA-TiO2 複合体、ゼオライト LTA 試薬-TiO2 複合体では pre-edge ピークが TiO2（ルチル）、TiO（アナターゼ）の形状とは異なり、24970eV 付近の 1 本のピークとなっていることから複合体中に合成された TiO2 は 4 配位の構造を得る可能性が示唆された。
Fig. 2 に Al K 吸収端 XANES 測定の結果を示す。パーライトとパーライト-TiO2 複合体では、1570eV 付近のショルダー形状に差が見られた。また、パーライトから合成したゼオラ
イト LTA とその TiO2 複合体、ゼオライト LTA
試薬とその TiO2 複合体についても、1570eV付近のスペクトル形状に大きな差が見られており、Al の局所構造に変化が生じたものと考えられる。
パーライト中の Al2O3 は秩序構造を有していないため、Ti イオンの置換が起こりにくいが、ゼオライトとなり、Si-O-Al の秩序構造を有することで Ti イオンの置換が起こりやすくなるため、Al の局所構造の変化がゼオライトで顕著に現れたものと考えられる。

ゼオライトLTA＋TiCl4
パーライト－
ゼオライト＋TiCl4

パーライト＋TiCl4

ゼオライトLTA
パーライトゼオライト

パーライト

1550

1570
1590
Photon Energy [eV]Fig. 2.

Observed Al K-edge XANES Spectra

1610