| 粒子径 |
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| 【技術分類】 |
| １−Ａ 酸化チタンの物性と光活性 |
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| 【技術の名称】 |
| １−Ａ−５−ａ 粒子径 |
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| 【技術内容】 |
固体の光触媒粒子で粒子径は多様な影響を持ち、触媒製造の観点でも、粒子径、その分布や微細構造を制御するための種々の検討が進んでいる。こうした目的で、湿式のゾルゲル法が良く研究されているが、ここではその改良で、幅広い一次および二次粒子の粒子径で狭い粒子径分布を有する光触媒用酸化チタン（Anatase TiO2）の製造を行った例を紹介する。
改良ゾルゲル法による触媒の製造：Titanium isopropoxideをN2置換フード中でIsopropanol-H2O混合液に高撹拌下に滴下添加する。この添加速度を特製のガラス装置で制御するのが特徴である。添加終了後、室温で1h熟成、次いで加熱と水熱処理を加えてAnataseへの結晶化を行う。この段階で条件を選択し、一次粒子の大きさは4- 30nmの範囲で調節できるが、凝集した二次粒子の大きさは100nmに固定する。
| 触媒 | 熱処理 | 一次粒子径 | 比表面積 |
| P6 | 100℃ 25mL H2O | 6 | nm | 175 | m2/g |
| P11 | 450℃ 3h 加熱 | 11 | | 85 | |
| P16 | 500℃ 4h 加熱 | 16 | | 35 | |
| P20 | 500℃ 12h 加熱 | 20 | | 12 | |
触媒活性の評価：気相で、Tolueneの光酸化分解について検討した。触媒はパイレックス製二重管型光反応器の内管（16mm od, 15cm）外表面に塗布、気相流通下に反応を追跡する。外部のBlack Lightで紫外線照射し、常圧、343Kで反応を行う。Toluene濃度 0.06mmol/dm3、水分 0または0.025mol/mol、生成物はCO2、Benzaldehydeである。 |
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| 【図】 |
| 図１ ナノサイズTiO2触媒による気相Toluene酸化活性 |
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| 出典：「Gas‐phase photo‐oxidation of toluene using nanometer‐size TiO2 catalysts．」、「Appl Catal B Environ VOL. 29 NO. 4」、（2001年）、MAIRA A J、SORIA J、CORONADO J M、BELVER C、AUGUGLIARO V、YEUNG K L、LEE C Y著、Elsevier Science BV発行、332頁 Fig.４ TiO2 particle size versus the toluene photooxidation conversion (a) and the toluene reaction rate per unit of catalyst surface area (b) by using a oxygen flow rate of 100 sccm and a initial toluene concentration of 0.06mmol/cm3. The experiments were carried out using a water fraction of 2.5 x 10-2 (■) and without any water (□). Reprinted with permission from Elsevier Science |
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| 図２ ナノサイズTiO2触媒による気相Toluene酸化の選択性 |
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| 出典：「Gas‐phase photo‐oxidation of toluene using nanometer‐size TiO2 catalysts．」、「Appl Catal B Environ VOL. 29 NO. 4」、（2001年）、MAIRA A J、SORIA J、CORONADO J M、BELVER C、AUGUGLIARO V、YEUNG K L、LEE C Y著、Elsevier Science BV発行、333頁 Fig.５ Selectivity of toluene photooxidation to benzaldehyde vs. TiO2 particle size in the presence of water fraction of 2.5 x 10-2 (■) and in the absence of water (□). The oxygen flow rate and toluene initial concentration were 100sccm and 0.06mmol/cm3, respectively for all the experiments. Reprinted with permission from Elsevier Science |
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| 図２の説明：気相Tolueneの光酸化で、粒子径が小さい場合は完全酸化が進行し、環境浄化触媒として優れた特性を示すが、粒子径が大きい場合、Benzaldehydeの選択率が高くなる。 |
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| 【応用分野】 |
| 高性能環境浄化触媒の開発 |
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| 【出典／参考資料】 |
| 「Appl Catal B Environ VOL. 29 NO. 4」、（2001年）、MAIRA A J、SORIA J、CORONADO J M、BELVER C、AUGUGLIARO V、YEUNG K L、LEE C Y著、Elsevier Science BV発行、327頁〜336頁 |
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| 【技術分類】 |
| １−Ａ 酸化チタンの物性と光活性 |
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| 【技術の名称】 |
| １−Ａ−５−ａ 粒子径 |
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| 【技術内容】 |
酸化チタン（TiO2）の光触媒特性を評価する上で粒子径は重要な因子であるが、光透過性に関係するのは一次粒子の問題であって、二次粒子の粒子径は光散乱（Scattering coefficient）、消光係数（Specific Extinction coefficient）など、マクロな光学特性に関するものである。これらの特性は厳密な測定法の開発とともに、触媒一次粒子の結晶化度、結晶形状、凝集性状、各種の表面処理と密接に関係しており、波長依存性を含めて制御法についてもなお解決すべき課題が残されている。
以下には市販光触媒用TiO2の275-405nmの波長域における光散乱測定と粒子径の関係を検討した報告を紹介する。
検討した触媒：Aldrich (Cat.23、203-3、lot 10908DZ、150-200nm、9.6m2/g)、Merck (Cat. 808、lot 8563437、100-200nm、10m2/g)、Fischer (Cat. T315-500、lot 923936, 100-300nm、8.8m2/g)、Fluka (Cat.89490、lot 298211 990、100-400nm、9.2m2/g)、Degussa P25 (Kontrollnummer RV 2130、30-90nm、48m2/g)、Hombikat UV 100 (lot IF9308/53、80-100nm、352m2/g) |
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| 【図】 |
| 図１ 市販TiO2光触媒の散乱係数の比較 |
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| 出典：「Absorption and Scattering Coefficients of Titanium Dioxide Particulate Suspensions in Water．」、「J Phys Chem VOL. 100 NO. 51」、（1996年）、CABRERA M I、ALFANO O M、CASSANO A E著、American Chemical Society発行、20049頁 Fig.６ Specific scattering coefficient of different titanium dioxide samples as a function of wavelength. Keys: (●)Degussa; (□)Aldrich; (○)Merck; (■)Hombikat; (△)Fischer; and (▲)Fluka. Reprinted with permission from American Chemical Society |
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| 図１の説明：一次、二次粒子径とも大きいFisher（400nm）、Fluka（370nm）の試料は散乱係数が小さく、一次粒子径の小さいDegussaのP25試料は二次粒子径が700nmと大きいにも係わらず大きな散乱係数を示した。しかしDegussa品に次いで一次粒子径の小さいHombicatの試料は二次粒子径が900nmと大きく、散乱係数は小さい値を示している。 |
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| 【応用分野】 |
| 光触媒の性能評価 |
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| 【出典／参考資料】 |
| 「J Phys Chem VOL. 100 NO. 51」、（1996年）、CABRERA M I、ALFANO O M、CASSANO A E著、American Chemical Society発行、20043頁〜20050頁 |
