光反応促進用チタン酸化物触媒の製造方法

【目的】光反応促進用チタン酸化物触媒の製造方法に関する。
【構成】チタンのアルコキシド化合物を加水分解することよりなる光反応促進用チタン酸化物触媒の製造方法。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光反応促進用チタン酸化物触媒の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のチタン酸化物の製造方法としては、下記の硫酸法と塩素法がある。
【０００３】（１）硫酸法チタン鉱石（Ｆｅ₂Ｏ₃・ＴｉＯ₂）を濃硫酸に作用させてＦｅ₂ＳＯ₄を溶解し、チタンは硫酸チタニル（固相）としてろ別し、この硫酸チタニルの加水分解や中和沈澱法にて製造され、一般には顔料（チタンホワイト）やＮＯｘ分解触媒用担体として利用されている。
【０００４】（２）塩素法他の方法としてチタン鉱石に塩素を作用させ塩化チタン（ＴｉＣｌ₄：液状）として回収し、塩化チタンを加水分解することによってもＴｉＯ₂は製造されている。
【０００５】従来のＴｉＯ₂は下記のような光化学反応系に利用されている。
【０００６】
（１）２Ｈ₂Ｏ＋ｈμ → ２Ｈ₂＋Ｏ₂・・・・・（１）
ＴｉＯ₂の存在下で紫外線を照射することによって光エネルギー（ｈμ）をＨ₂Ｏに与えると、Ｈ₂ＯをＴｉＯ₂の触媒作用により励起されて分解反応を起こし、Ｈ₂とＯ₂に分解する。
【０００７】
（２）２ＮＯ＋ｈμ → Ｎ₂＋Ｏ₂・・・・・（２）
ＴｉＯ₂の存在下で光エネルギー（ｈμ）を窒素酸化物（ＮＯ）に与えると、ＮＯはＴｉＯ₂の触媒作用により励起されて反応し、Ｎ₂とＯ₂に分解される。
【０００８】またＴｉＯ₂は、例えば五酸化バナジウム（Ｖ₂Ｏ₅）からなる触媒の存在下で、下記の反応により、ＮＯをＮＨ₃と反応させＮ₂とＨ₂Ｏに転化する触媒としても用いられている。
（３）４ＮＯ＋４ＮＨ₃→ ４Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ・・・・・（３）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来のＴｉＯ₂の製造方法には下記のような問題点がある。
【００１０】（１）従来法で得られたＴｉＯ₂は粘結性が全くない粉体で、使用目的に応じた形状、例えば触媒では粒状とかハニカム状又はバグフィルターとしては布状等に形成する場合は粘結材が必要であり、純ＴｉＯ₂への成形が不可能。
【００１１】（２）純ＴｉＯ₂の成形品が得られないので、触媒として利用するときは性能の発揮が不充分。
【００１２】（３）塩素法の場合は加水分解反応（ＴｉＣｌ₄＋２Ｈ₂Ｏ→ＴｉＯ₂＋４ＨＣｌ）時に生成するＴｉＯ₂は細心の制御をしないと触媒活性のあるアナターゼ結晶が得られず顔料としてのルチル結晶のＴｉＯ₂となる。
【００１３】上述したように、いずれのＴｉＯ₂の製造方法にしても、得られるＴｉＯ₂はアナターゼかルチル結晶であって、高活性な無定形（無定形ならば全て活性であるとは言えないが）のＴｉＯ₂は得られず、前記（３）式の反応以外には実用化に到っていない。
【００１４】しかも、（３）式の反応もＮＨ₃が必要でコスト高になること、反応を促進するためには２００℃以上の温度が必要であるため、常温のＮＯｘ分解には応用されていない。
【００１５】本発明は上記技術水準に鑑み、任意の形状に成形可能で、しかも光反応用触媒として高活性はチタン酸化物を製造する方法を提供しようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明はチタンのアルコキシド化合物を加水分解することを特徴とする光反応促進用チタン酸化物の製造方法である。
【００１７】
【作用】本発明のチタンのアルコキシドを加水分解して得られるチタン酸化物は、従来法で得られる酸化チタンと異なり、それ自体で用途目的に応じた成形が可能なものであるため、粘結剤なしで任意の形状（繊維状、ペレット状など）に成形することができ、又紫外線照射の下に高活性な触媒作用を奏する効果を有する。
【００１８】
【実施例】先ず比較のために、ＴｉＯ₂（アナターゼ結晶）として和光純薬工業（株）コードＮｏ．２０７−１１１２１、ルチル結晶として関東化学（株）コードＮｏ．４０１６７を検討した。これらは粉体のため、触媒として使用するには目的に適応する形状、例えば粒状、ハニカム状等への成形が必要となる。そのため、円筒形表面への貼付による薄膜化が好ましいが、これらのＴｉＯ₂粉体は極めて安定であるため単独組成では成形し難く粘結剤の使用を余儀なくされ、粘結剤のＡｌ₂Ｏ₃として５％含有のアルミナゾルを適用した。
【００１９】準備したＴｉＯ₂各々（アナターゼ結晶及びルチル結晶）にアルミナゾルをＴｉＯ₂：Ａｌ₂Ｏ₃が重量にて１００：１の比となるように混合し、さらにＴｉＯ₂に対して水を２０％添加してスラリー状とし、図２に示すように内径５５mm（肉厚３mm）のガラス管内部に２００mmの長さに塗布した。１０５℃乾燥後、空気雰囲気の電気炉内にて５００℃×５時間焼成した。この時成形したＴｉＯ₂は０．３mmの厚さであった。
【００２０】図３に示すように、このガラス管の内部に６Ｗの水銀灯を挿入し、ガラス管の両端を閉栓して反応器とした。
【００２１】この反応器の一端から、空気中にＮＯを１００ppm に混合した反応ガス１リットル／min を送入し、水銀灯電源より給電して水銀灯を点灯した。
【００２２】反応器の反対側から出てくるガス組成を分析すると、ＮＯ₂と未反応のＮＯが検出され、これをアナターゼ型ＴｉＯ₂については図１の■に、またルチル型については図１の■に示した。なお、空気の代わりにＨｅ−Ｏ₂（Ｈｅ／Ｏ₂＝７９／２１）の反応ガスでのテストでＮＯとＮＯ₂の差分は生成するＮ₂の量に等しいから、ＮＯは下記（４），（５）式に示す通り一部ＮＯ₂を経由してＴｉＯ₂上でＮ₂とＯ₂分解する反応機構である。
２ＮＯ＋Ｏ₂→ ２ＮＯ₂・・・・・（４）
２ＮＯ₂→ Ｎ₂＋２Ｏ₂・・・・・（５）
【００２３】次に、本発明の実施例をあげ、本発明の効果を立証する。テトライソプロポオキシチタネート（以下、ＴＩＴと略称する）１mol を等モルのエタノールに溶解させ、塩酸０．５mol を含有する３mol の水を加えて加水分解した。４０℃に加温し３２時間攪拌すると高粘性物となる。この高粘性物質を上記比較例と同様に内径５５mmのガラス管内壁に塗布して１０５℃に一定量を保つまで乾燥させた。その後、５００℃にて空気雰囲気の電気炉内で５時間焼成した。この時ガラス管内壁に付着しているＴｉＯ₂は０．１５mmの厚さで比較例と異なり強固であった。このＴｉＯ₂はＸ線回折を示さない非晶質であった。ＴｉＯ₂以外の物質は気散するため、純粋なＴｉＯ₂が得られ、かつガラス内壁に強固に塗布ができた。また、この製造方法で得られたＴｉＯ₂は球状や繊維状ＴｉＯ₂に容易に成形することも可能であった。
【００２４】次に比較例と同一の条件で、水銀灯によりＮＯの分解を行い、図１の■に示す結果を得た。比較例のルチル型やアナターゼ型のＴｉＯ₂はＮＯの約８０％は反応するも、そのほとんどはＮＯ₂でとどまっている。これに対し、本発明の無定型のＴｉＯ₂は数％はＮＯ₂として残留するも、供給したＮＯはほとんど反応しかつＮ₂とＯ₂に分解することがわかる。
【００２５】以上の実施例ではチタンのアルコキシド化合物としてＴＩＴを代表例としてあげたが、他のアルコキシド化合物も使用することができ、また製造されたＴｉＯ₂はＮＯｘの光分解触媒としてのみではなくＨ₂ＯのＨ₂，Ｏ₂への光分解触媒、Ｏ₃のＯ₂への光分解触媒、ＮＯｘのＮＨ₃の存在下における光分解触媒としても有効に使用することができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、使用目的に応じた形状に成形しやすく、かつ光反応促進効果の優れたＴｉＯ₂を製造することができる。特に繊維状ＴｉＯ₂を製造できるので、これを織布とすればダスト捕集作用を有する光触媒とすることも可能で、その工業的効果は顕著なものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法で得られた光反応促進用チタン酸化物触媒の効果を示す図表。
【図２】光反応を行うための装置の製作法の説明図。
【図３】光反応を行うための装置の使用態様の説明図。

【特許請求の範囲】
【請求項１】チタンのアルコキシド化合物を加水分解することを特徴とする光反応促進用チタン酸化物の製造方法

【図１】