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JP2009022826A - Method for producing visible light responsive photocatalyst, and photocatalyst carrying structure - Google Patents

Method for producing visible light responsive photocatalyst, and photocatalyst carrying structure Download PDF

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JP2009022826A
JP2009022826A JP2007185728A JP2007185728A JP2009022826A JP 2009022826 A JP2009022826 A JP 2009022826A JP 2007185728 A JP2007185728 A JP 2007185728A JP 2007185728 A JP2007185728 A JP 2007185728A JP 2009022826 A JP2009022826 A JP 2009022826A
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Japan
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photocatalyst
visible light
titanium oxide
light responsive
sample
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Application number
JP2007185728A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Fukugaito
暁 福垣内
Akio Henmi
彰男 逸見
Kosaku Nagashima
孝作 永島
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Lintec Corp
Ehime University NUC
Ehime Prefecture
Original Assignee
Lintec Corp
Ehime University NUC
Ehime Prefecture
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Abstract

【課題】
製紙スラッジなどに含まれる結晶性の酸化チタンや、顔料用などとして広く利用されている光触媒活性の低い酸化チタンをそのまま使用して、可視光応答型光触媒を簡便且つ効率よく製造する方法、及び、基体上に、前記可視光応答型光触媒の層を有する光触媒担持構造体を提供する。
【解決手段】
チタン酸塩を含有する物質を窒素含有化合物および遷移金属含有化合物の中から選ばれる少なくとも一種と接触させる工程(I)、および、得られた接触物を、酸化的雰囲気下で300〜700℃に加熱するか、または、酸処理する工程(II)を含むことを特徴とする可視光応答型光触媒の製造方法、並びに、基体と、該基体表面に、前記製造方法により得られた可視光応答型光触媒を含有する光触媒層を有する光触媒担持構造体。
【選択図】 なし。
【Task】
A method of easily and efficiently producing a visible light responsive photocatalyst using crystalline titanium oxide contained in papermaking sludge and the like and titanium oxide having low photocatalytic activity widely used for pigments, and the like, and Provided is a photocatalyst-supporting structure having a visible light responsive photocatalyst layer on a substrate.
[Solution]
The step (I) of bringing a substance containing a titanate into contact with at least one selected from a nitrogen-containing compound and a transition metal-containing compound, and the obtained contact product at 300 to 700 ° C. in an oxidative atmosphere A method for producing a visible light responsive photocatalyst comprising the step (II) of heating or acid treatment, and a visible light responsive type obtained by the production method on a substrate and the surface of the substrate. A photocatalyst carrying structure having a photocatalyst layer containing a photocatalyst.
[Selection figure] None.

Description

本発明は、可視光線を照射することによって光触媒活性を発揮する光触媒の製造方法、及び、基体上に、直接又はその他の層を介して、前記光触媒の層を有する光触媒担持構造体に関する。   The present invention relates to a method for producing a photocatalyst exhibiting photocatalytic activity by irradiating visible light, and a photocatalyst-supporting structure having the photocatalyst layer on a substrate directly or via another layer.

光触媒に光を照射すると還元作用を持つ電子と酸化作用を持つ正孔が生成し、光触媒に接触した有機物等を酸化還元作用により分解することができる。そしてこのような光触媒を使用した、大気中のNOxの分解や、居住空間や作業空間での悪臭物質やカビなどの分解除去、水中の有機溶剤や農薬、界面活性剤などの分解除去などが検討されている。   When the photocatalyst is irradiated with light, electrons having a reducing action and holes having an oxidizing action are generated, and organic substances etc. in contact with the photocatalyst can be decomposed by the redox action. Using such a photocatalyst, decomposition of NOx in the atmosphere, decomposition and removal of malodorous substances and molds in living spaces and work spaces, decomposition and removal of organic solvents, agricultural chemicals, surfactants, etc. in water are examined. Has been.

従来、光触媒に活性を発現させるには紫外線を照射することが必要であると考えられていたが、近年、可視光線を照射することによって触媒活性を示す酸化チタン(以下、「可視光応答型光触媒」ということがある。)が発見され、この可視光応答型光触媒の製造方法がいくつか提案されている。   Conventionally, it was thought that it was necessary to irradiate ultraviolet rays in order to develop the activity of the photocatalyst. However, in recent years, titanium oxide exhibiting catalytic activity by irradiating visible light (hereinafter referred to as “visible light responsive photocatalyst”). Have been discovered, and several methods for producing the visible light responsive photocatalyst have been proposed.

例えば、特許文献1には、非晶質である水酸化チタンをアンモニア水に接触させた後、300〜600℃で焼成することにより可視光応答型光触媒を製造する方法が記載されている。   For example, Patent Document 1 describes a method for producing a visible light responsive photocatalyst by bringing amorphous titanium hydroxide into contact with ammonia water and then baking at 300 to 600 ° C.

特許文献2には、非晶質である酸化チタン前駆体をアンモニア含有ガス雰囲気下、300〜600℃で焼成することにより、可視光応答型光触媒を製造する方法が記載されている。   Patent Document 2 describes a method for producing a visible light responsive photocatalyst by baking an amorphous titanium oxide precursor at 300 to 600 ° C. in an ammonia-containing gas atmosphere.

特許文献3には、主に紫外線波長領域で高い光触媒活性を示すアナタース型酸化チタンと、主に可視光領域において高い光触媒活性を示すアナタース形酸化チタンが複合化した酸化チタン光触媒が記載されている。そこでは、このような光触媒の製造方法として、アンモニウム塩を含む非晶質オルソチタン酸中に、アナタースの結晶性を示すメタチタン酸を取り込み、オルソチタン酸から窒素ドープアナタース型酸化チタンが生成する条件下で焼成する方法が記載されている。   Patent Document 3 describes a titanium oxide photocatalyst in which anatase-type titanium oxide mainly exhibiting high photocatalytic activity in the ultraviolet wavelength region and anatase-type titanium oxide mainly exhibiting high photocatalytic activity in the visible light region are combined. . Therein, as a method for producing such a photocatalyst, a condition in which metatitanic acid showing anatase crystallinity is incorporated into amorphous orthotitanic acid containing an ammonium salt, and nitrogen-doped anatase-type titanium oxide is generated from orthotitanic acid. A method of firing below is described.

特許文献4には、沈降成分量が全固形分量の10質量%未満であり、遷移金属化合物含有酸化チタンを含むゾル(光触媒粒子)が記載されている。この文献に記載の光触媒粒子は、波長400nm以上の光源下における光触媒能活性が高く、且つ、波長400nm以下の光源下における光触媒能についても良好であることも記載されている。   Patent Document 4 describes a sol (photocatalyst particles) containing a transition metal compound-containing titanium oxide having a sedimentation component amount of less than 10% by mass of the total solid content. It is also described that the photocatalytic particles described in this document have a high photocatalytic activity under a light source having a wavelength of 400 nm or more and a good photocatalytic activity under a light source having a wavelength of 400 nm or less.

以上のように、可視光応答型光触媒の製造方法として各種提案がなされているが、いずれの方法も可視光応答型光触媒をその前駆体から新たに合成するものであるためコストが高く、可視光応答型光触媒を低コストで簡便且つ効率よく製造できるものではなかった。   As described above, various proposals have been made as a method for producing a visible light responsive photocatalyst. However, since each method is a method for newly synthesizing a visible light responsive photocatalyst from its precursor, the cost is high. A responsive photocatalyst could not be easily and efficiently produced at low cost.

一方、酸化チタンは、顔料として塗料や紙製品に添加されて用いられている。紙製品の製造工程において発生する廃棄物である製紙スラッジにも酸化チタンが含まれており、この酸化チタンを光触媒として利用することが検討されている。しかし、顔料として使われる酸化チタンは光触媒活性が低いものであり、また、可視光を照射しても光触媒活性を示すものではなかった。   On the other hand, titanium oxide is used as a pigment added to paints and paper products. Titanium oxide is also contained in papermaking sludge, which is waste generated in the manufacturing process of paper products, and the use of this titanium oxide as a photocatalyst has been studied. However, titanium oxide used as a pigment has low photocatalytic activity, and does not exhibit photocatalytic activity even when irradiated with visible light.

特開2001−278626号公報JP 2001-278626 A 特開2001−354422号公報JP 2001-354422 A 特開2005−55746号公報JP-A-2005-55746 特開2005−97096号公報JP-A-2005-97096

本発明は、上述した従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、製紙スラッジなどに含まれる安価な酸化チタンをそのまま使用して、可視光応答型光触媒を簡便且つ効率よく製造する方法、及び、基体上に、前記可視光応答型光触媒の層を有する光触媒担持構造体を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional technology, and uses a cheap titanium oxide contained in paper sludge or the like as it is, and a method for easily and efficiently producing a visible light responsive photocatalyst, and Another object of the present invention is to provide a photocatalyst-supporting structure having a visible light responsive photocatalyst layer on a substrate.

上記課題を解決すべく、本発明者らは、製紙スラッジなどに含まれる酸化チタンを水酸化ナトリウム水溶液で加熱処理することで、陽イオン交換能を有するチタン酸塩を得た。そして、このチタン酸塩をアンモニウム塩や遷移金属塩の水溶液で処理した後、焼成するか、又は酸で処理することにより、可視光応答型酸化チタンを効率よく製造することが出来ることを見出し、本発明を完成するに至った。   In order to solve the above problems, the present inventors obtained a titanate having a cation exchange ability by heat-treating titanium oxide contained in paper sludge and the like with a sodium hydroxide aqueous solution. And after processing this titanate with the aqueous solution of ammonium salt or a transition metal salt, it discovers that a visible light responsive type titanium oxide can be efficiently manufactured by baking or processing with an acid, The present invention has been completed.

かくして本発明の第1によれば、下記(1)〜(5)の可視光応答型光触媒の製造方法が提供される。
(1)チタン酸塩を含有する物質を窒素含有化合物および遷移金属含有化合物の中から選ばれる少なくとも一種と接触させる工程(I)、および、得られた接触物を、酸化的雰囲気下で300〜700℃に加熱するか、または、酸処理する工程(II)を含むことを特徴とする可視光応答型光触媒の製造方法。
(2)チタン酸塩が、酸化チタンをアルカリ処理することにより得られたものである(1)に記載の可視光応答型光触媒の製造方法。
(3)前記酸化チタンとして、アナターゼ型またはルチル型の酸化チタンを用いる(2)に記載の可視光応答型光触媒の製造方法。
Thus, according to the first aspect of the present invention, the following methods (1) to (5) for producing a visible light responsive photocatalyst are provided.
(1) A step (I) of bringing a substance containing a titanate into contact with at least one selected from a nitrogen-containing compound and a transition metal-containing compound, and the obtained contact product in an oxidative atmosphere, 300 to A method for producing a visible light responsive photocatalyst, comprising a step (II) of heating to 700 ° C. or acid treatment.
(2) The method for producing a visible light responsive photocatalyst according to (1), wherein the titanate is obtained by alkali-treating titanium oxide.
(3) The method for producing a visible light responsive photocatalyst according to (2), wherein anatase type or rutile type titanium oxide is used as the titanium oxide.

(4)前記アルカリ処理が、酸化チタン、珪素化合物、およびアルミニウム化合物を含む混合物をアルカリ処理するものである(2)または(3)に記載の可視光応答型光触媒の製造方法。
(5)前記アルカリ処理が、酸化チタンを含有する、製紙スラッジまたは製紙スラッジ焼却灰を、アルカリ処理するものである(2)〜(4)のいずれかに記載の可視光応答型光触媒の製造方法。
(4) The method for producing a visible light responsive photocatalyst according to (2) or (3), wherein the alkali treatment comprises subjecting a mixture containing titanium oxide, a silicon compound, and an aluminum compound to an alkali treatment.
(5) The method for producing a visible light responsive photocatalyst according to any one of (2) to (4), wherein the alkali treatment is an alkali treatment on papermaking sludge or papermaking sludge incinerated ash containing titanium oxide. .

本発明の第2によれば、下記(6)の光触媒担持構造体が提供される。
(6)基体と、該基体表面に、前記(1)〜(5)のいずれかに記載の製造方法により得られた可視光応答型光触媒を含有する光触媒層を有する光触媒担持構造体。
According to the second aspect of the present invention, the following photocatalyst-supporting structure (6) is provided.
(6) A photocatalyst-supporting structure having a base and a photocatalyst layer containing a visible light responsive photocatalyst obtained by the production method according to any one of (1) to (5) on the surface of the base.

本発明の製造方法によれば、製紙スラッジなどに含まれる酸化チタンをそのまま使用して、可視光応答型光触媒を、簡便且つ効率よく、低廉な製造コストで製造することができる。   According to the production method of the present invention, a visible light responsive photocatalyst can be produced simply and efficiently at a low production cost by using titanium oxide contained in papermaking sludge or the like as it is.

本発明の製造方法は、いわゆるドープ法と称される可視光応答型光触媒の製造方法の1種であって、製紙スラッジなどに含まれる酸化チタンをそのまま使用可能な方法である。したがって、本発明の製造方法は、塩化チタンなどから水酸化チタン(非晶質)を経て可視光型(紫外光型)酸化チタンを製造する方法のように、原料の加水分解時の塩素発生などによる危険もなく、簡単な方法で合成が可能であるため、通常の化学プラントで対応可能である。   The production method of the present invention is a kind of a method for producing a visible light responsive photocatalyst referred to as a so-called dope method, and is a method in which titanium oxide contained in papermaking sludge can be used as it is. Therefore, the production method of the present invention, such as a method of producing visible light type (ultraviolet light type) titanium oxide from titanium chloride through titanium hydroxide (amorphous), generates chlorine during hydrolysis of the raw material, etc. It is possible to synthesize by a simple method without the danger of, so it can be handled by a normal chemical plant.

また、従来のカチオンドープ法としては、イオン注入法という方法が主流であったが、この方法によって可視光応答型光触媒を製造することは、高コストであり、しかも量産が困難である。一方、本発明によれば、低廉されたコストで可視光応答型光触媒を量産することが可能である。   Further, as a conventional cation doping method, a method called an ion implantation method has been mainstream. However, it is expensive to manufacture a visible light responsive photocatalyst by this method, and mass production is difficult. On the other hand, according to the present invention, the visible light responsive photocatalyst can be mass-produced at a low cost.

本発明の製造方法によれば、酸化チタンにおけるTi−OのO(酸素)の一部を、Nなどのアニオンと置き換えてアニオンドープタイプの可視光型や、Ti−OのTiの一部をCuやFeなどのカチオンで置き換えてカチオンドープタイプの可視光型、Ti−OのTiの一部をCuなどのカチオンに、OをNなどのアニオンに置き換えてCo−dope(双ドープ)の可視光型を簡便な方法により製造することができる。   According to the production method of the present invention, a part of O (oxygen) of Ti—O in titanium oxide is replaced with an anion such as N, and an anion-doped type visible light type or a part of Ti of Ti—O Replacing cations such as Cu and Fe with a cation-doped visible light type, replacing some Ti-O Ti with a cation such as Cu, and replacing O with an anion such as N and making visible Co-dope (bi-doped) The optical mold can be manufactured by a simple method.

本発明の光触媒担持構造体は、基体上に、直接又はその他の層を介して、本発明の可視光応答型光触媒の層を形成してなるものであるため、可視光線が照射されると優れた光触媒活性を発揮するとともに、低廉な製造コストで製造できるものである。   The photocatalyst-supporting structure of the present invention is formed by forming the layer of the visible light responsive photocatalyst of the present invention on the substrate directly or via another layer, and is therefore excellent when irradiated with visible light. In addition to exhibiting photocatalytic activity, it can be produced at a low production cost.

以下、本発明を、1)可視光応答型光触媒の製造方法、及び、2)光触媒担持構造体に項分けして詳細に説明する。
本発明において、「可視光応答型光触媒」とは、波長450nm〜780nmの可視光線が照射されると、光触媒活性を発揮する性質を有する酸化チタン化合物をいう。
また、本発明における「可視光応答型光触媒」には、波長450nm〜780nmの可視光線のみならず、波長450nm未満の紫外線が照射された場合にも光触媒活性を発揮する性質を併せ持つ酸化チタン化合物も含む。
Hereinafter, the present invention will be described in detail by dividing it into 1) a method for producing a visible light responsive photocatalyst and 2) a photocatalyst carrying structure.
In the present invention, the “visible light responsive photocatalyst” refers to a titanium oxide compound having a property of exhibiting photocatalytic activity when irradiated with visible light having a wavelength of 450 nm to 780 nm.
In addition, the “visible light responsive photocatalyst” in the present invention includes not only visible light having a wavelength of 450 nm to 780 nm but also a titanium oxide compound having a property of exhibiting photocatalytic activity when irradiated with ultraviolet light having a wavelength of less than 450 nm. Including.

1)可視光応答型光触媒の製造方法
本発明の可視光応答型光触媒の製造方法は、チタン酸塩を含有する物質を窒素含有化合物および遷移金属含有化合物の中から選ばれる少なくとも一種と接触させる工程(I)、及び、得られた接触物を酸化的雰囲気下で300〜700℃に加熱するか、又は酸処理する工程(II)を含むことを特徴とする。
1) Method for Producing Visible Light Responsive Photocatalyst The method for producing a visible light responsive photocatalyst of the present invention is a step of bringing a substance containing titanate into contact with at least one selected from a nitrogen-containing compound and a transition metal-containing compound. The method includes (I) and a step (II) in which the obtained contact product is heated to 300 to 700 ° C. in an oxidizing atmosphere or is acid-treated.

(1)チタン酸塩
本発明に用いるチタン酸塩の具体例としては、三チタン酸、四チタン酸、五チタン酸、六チタン酸、七チタン酸、八チタン酸等のプロトンを含む多価チタン酸;チタン酸カリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸セシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸アルミニウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム等の多価チタン酸塩;などが挙げられる。
(1) Titanate Specific examples of the titanate used in the present invention include polyvalent titanium containing protons such as trititanic acid, tetratitanic acid, pentatitanic acid, hexatitanic acid, heptanic acid, octatitanic acid, etc. Acid; polyvalent titanates such as potassium titanate, calcium titanate, cesium titanate, sodium titanate, magnesium titanate, aluminum titanate, strontium titanate and barium titanate;

チタン酸塩としては、酸化チタンをアルカリ処理することにより得られたものが好ましい。
酸化チタンとしては、結晶性を有する酸化チタンが好ましく、その結晶型に特に限定されない。例えば、アナターゼ型の酸化チタン、ルチル型の酸化チタン、ブルッカイト型の酸化チタン、これら2種以上の酸化チタンからなる混合物、などが挙げられる。
As the titanate, those obtained by alkali treatment of titanium oxide are preferable.
As titanium oxide, titanium oxide having crystallinity is preferable, and the crystal form is not particularly limited. For example, anatase-type titanium oxide, rutile-type titanium oxide, brookite-type titanium oxide, a mixture of two or more kinds of titanium oxides, and the like can be given.

また、本発明に用いる酸化チタンとしては、紫外線に対して光触媒活性の低い結晶性酸化チタン、紫外線に対して光触媒活性の高い結晶性酸化チタンのいずれであってもよい。   Further, the titanium oxide used in the present invention may be either crystalline titanium oxide having low photocatalytic activity with respect to ultraviolet rays or crystalline titanium oxide having high photocatalytic activity with respect to ultraviolet rays.

前者の紫外線に対して光触媒活性の低い結晶性酸化チタンとしては、これまで活用されず廃棄されてきた、製紙スラッジなどに含まれる光触媒活性の低い安価な結晶性酸化チタンが挙げられる。   As the former crystalline titanium oxide having low photocatalytic activity with respect to ultraviolet rays, inexpensive crystalline titanium oxide having low photocatalytic activity contained in paper sludge and the like that has been discarded without being used so far can be mentioned.

本発明では、酸化チタンのアルカリ処理において、酸化チタン、珪素化合物、及びアルミニウム化合物を含む混合物のアルカリ処理を行うと、可視光応答型光触媒とゼオライトの複合体を得ることができる。   In the present invention, when alkali treatment of titanium oxide is performed on a mixture containing titanium oxide, a silicon compound, and an aluminum compound, a composite of visible light responsive photocatalyst and zeolite can be obtained.

珪素化合物としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸ガラスなどが挙げられ、アルミニウム化合物としては、アルミナ(Al)、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、塩化アルミニウムなどが挙げられる。
珪素化合物とアルミニウム化合物の添加量は、特に限定されないが、通常、酸化チタン100質量部に対して、珪素化合物が10〜1000質量部、及びアルミニウム化合物が10〜1000質量部である。
Examples of the silicon compound include sodium silicate and silicate glass, and examples of the aluminum compound include alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitrate, aluminum sulfate, aluminum hydroxide, and aluminum chloride.
Although the addition amount of a silicon compound and an aluminum compound is not specifically limited, Usually, a silicon compound is 10-1000 mass parts and an aluminum compound is 10-1000 mass parts with respect to 100 mass parts of titanium oxide.

酸化チタンのアルカリ処理においては、酸化チタンを含有する製紙スラッジまたは製紙スラッジ焼却灰をアルカリ処理するものであることが好ましい。従来廃棄されてきた製紙スラッジまたは製紙スラッジ焼却灰を用いることにより、可視光応答型光触媒を安価に製造することができる。   In the alkali treatment of titanium oxide, it is preferable that the papermaking sludge or the papermaking sludge incinerated ash containing titanium oxide is subjected to an alkali treatment. By using paper sludge or paper sludge incinerated ash that has been conventionally discarded, a visible light responsive photocatalyst can be produced at low cost.

また、リン化合物、ジルコニウム化合物、カルシウム化合物、マグネシウム化合物、アルカリ土類金属およびセルロース系高分子からなる群から選ばれる少なくとも一種をさらに含む混合物をアルカリ処理するものであってもよい。   Further, a mixture further containing at least one selected from the group consisting of a phosphorus compound, a zirconium compound, a calcium compound, a magnesium compound, an alkaline earth metal, and a cellulose polymer may be subjected to an alkali treatment.

後者の紫外線に対して光触媒活性の高い結晶性酸化チタンを使用する場合には、後述するように、紫外線に対して光触媒活性の高い結晶性酸化チタンの一部を、本発明の方法により可視光応答型光触媒に変換し、紫外線に対して光触媒活性の高い結晶性酸化チタンの残りをそのまま残すことにより、紫外光・可視光応答型光触媒を製造することができる。   When crystalline titanium oxide having high photocatalytic activity with respect to ultraviolet rays is used, as described later, a part of crystalline titanium oxide having high photocatalytic activity with respect to ultraviolet rays is converted into visible light by the method of the present invention. An ultraviolet light / visible light responsive photocatalyst can be produced by converting to a responsive photocatalyst and leaving the rest of the crystalline titanium oxide having a high photocatalytic activity for ultraviolet light.

ここで、「紫外光・可視光応答型光触媒」とは、紫外線が照射されることにより光触媒活性を発揮するのと同時に、可視光線が照射されることによっても光触媒活性を発揮する性質を有する酸化チタン化合物をいう。   Here, “ultraviolet light / visible light responsive photocatalyst” means an oxidation that exhibits photocatalytic activity when irradiated with ultraviolet rays and also exhibits photocatalytic activity when irradiated with visible light. Refers to a titanium compound.

酸化チタンをアルカリ処理するのに用いるアルカリとしては、無機塩基、有機塩基のいずれであってもよいが、効率よく目的とする可視光応答型光触媒を得る上では、無機塩基の使用が好ましい。   The alkali used for the alkali treatment of titanium oxide may be either an inorganic base or an organic base. However, in order to obtain a desired visible light responsive photocatalyst efficiently, the use of an inorganic base is preferable.

無機塩基としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物;水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウムなどのアルカリ土類金属水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩;炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウムなどのアルカリ土類金属炭酸塩;などが挙げられる。これらの中でも、アルカリ金属水酸化物がより好ましく、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが特に好ましい。   Examples of inorganic bases include alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide; alkaline earth metal hydroxides such as magnesium hydroxide, calcium hydroxide and barium hydroxide; sodium carbonate and potassium carbonate And alkali metal carbonates such as magnesium carbonate, calcium carbonate, and barium carbonate. Among these, alkali metal hydroxides are more preferable, and sodium hydroxide and potassium hydroxide are particularly preferable.

アルカリの使用量は、酸化チタン1質量部に対して、通常、0.1〜100質量部、好ましくは1〜50質量部である。   The usage-amount of an alkali is 0.1-100 mass parts normally with respect to 1 mass part of titanium oxide, Preferably it is 1-50 mass parts.

酸化チタンをアルカリ処理する方法としては、酸化チタンとアルカリとが反応して、アルカリ処理物が得られる方法であれば特に限定されない。例えば、アルカリ水溶液に酸化チタンの所定量を添加し、全容を加熱して反応させる方法が挙げられる。   The method of alkali-treating titanium oxide is not particularly limited as long as titanium oxide and alkali react with each other to obtain an alkali-treated product. For example, there is a method in which a predetermined amount of titanium oxide is added to an alkaline aqueous solution and the whole volume is heated and reacted.

用いるアルカリ水溶液の濃度は、通常、1〜20mol/リットル、好ましくは5〜15mol/リットルである。
反応温度は、通常20℃〜200℃、反応時間は、通常、1分から100時間である。
The concentration of the aqueous alkali solution used is usually 1 to 20 mol / liter, preferably 5 to 15 mol / liter.
The reaction temperature is usually 20 ° C. to 200 ° C., and the reaction time is usually 1 minute to 100 hours.

酸化チタンをアルカリ処理した後は、アルカリ水溶液を遠心分離して固形分を回収し、蒸留水で洗浄し、再度遠心分離する操作を数回繰り返した後、回収した固形分を、30〜120℃で、10分から24時間乾燥することにより、アルカリ処理物を単離することができる。   After the titanium oxide is alkali-treated, the aqueous alkali solution is centrifuged to recover the solid content, washed with distilled water, and centrifuged again several times. The recovered solid content is then adjusted to 30 to 120 ° C. Then, the alkali-treated product can be isolated by drying for 10 minutes to 24 hours.

以上のようにしてチタン酸塩を得ることができる。チタン酸塩は使用するアルカリによって異なり、例えば、水酸化ナトリウムを用いると、チタン酸ナトリウムが得られる。得られるチタン酸塩はイオン交換能(陽イオン交換能)を有する。   A titanate can be obtained as described above. The titanate varies depending on the alkali used. For example, when sodium hydroxide is used, sodium titanate is obtained. The obtained titanate has ion exchange capacity (cation exchange capacity).

(2)工程(I)
工程(I)は、チタン酸塩を含有する物質を窒素含有化合物および遷移金属含有化合物の中から選ばれる少なくとも一種と接触させる工程である。
(2) Step (I)
Step (I) is a step of bringing a substance containing titanate into contact with at least one selected from a nitrogen-containing compound and a transition metal-containing compound.

用いる窒素含有化合物としては、前記アルカリ処理物と接触させることにより、酸化チタンの酸素原子の一部が窒素原子に置換した化合物を得ることができる物質であれば、特に限定されない。例えば、アンモニア水;塩化アンモニウム(NHCl)、硝酸アンモニウム(NHNO)、酢酸アンモニウム、硫酸アンモニウムなどのアンモニウム塩;などが挙げられる。 The nitrogen-containing compound to be used is not particularly limited as long as it is a substance capable of obtaining a compound in which a part of oxygen atoms of titanium oxide is substituted with nitrogen atoms by contacting with the alkali-treated product. For example, ammonia water; ammonium salts such as ammonium chloride (NH 4 Cl), ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ), ammonium acetate, and ammonium sulfate;

用いる遷移金属含有化合物としては、前記アルカリ処理物と接触させることにより、酸化チタンのチタン原子の一部が遷移金属原子に置換した化合物を得ることができる物質であれば、特に限定されず、例えば、遷移金属塩が挙げられる。   The transition metal-containing compound to be used is not particularly limited as long as it is a substance capable of obtaining a compound in which a part of the titanium atom of titanium oxide is substituted with a transition metal atom by contacting with the alkali-treated product. And transition metal salts.

前記遷移金属塩の遷移金属としては、周期律表(長周期型)の、第4周期第3族〜第12族の金属、第5周期第3族〜第12族の金属、および第6周期第3族〜第12族の金属が挙げられ、第4周期第3族〜第12族の金属が好ましい。
より具体的には、スカンジウム、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛が挙げられる。
As the transition metal of the transition metal salt, metals in Group 4 to Group 12, Group 5 to Group 12, and Period 6 of the Periodic Table (Long Period Type), and 6th Period Examples include metals of Group 3 to Group 12, and metals of Group 4 to Group 12 of the fourth period are preferable.
More specifically, scandium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, and zinc may be mentioned.

前記遷移金属塩としては、遷移金属の無機塩、有機塩が挙げられる。
遷移金属の無機塩としては、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物などのハロゲン化物;硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩などの無機酸の塩;などが挙げられる。より具体的には、塩化第二鉄(III)(FeCl)、硝酸第二鉄(Fe(NO)、硫酸銅(CuSO)、硝酸銅(Cu(NO)、硝酸クロム(Cr(NO)等が挙げられる。
遷移金属の有機塩としては、酢酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩等の有機酸の塩;アセチルアセトナート、アセトアセテートなどのキレート化合物;などが挙げられる。
Examples of the transition metal salt include inorganic salts and organic salts of transition metals.
Examples of inorganic salts of transition metals include halides such as fluorides, chlorides, bromides, and iodides; salts of inorganic acids such as nitrates, sulfates, and phosphates. More specifically, ferric chloride (III) (FeCl 3 ), ferric nitrate (Fe (NO 3 ) 3 ), copper sulfate (CuSO 4 ), copper nitrate (Cu (NO 3 ) 2 ), nitric acid And chromium (Cr (NO 3 ) 3 ).
Examples of organic salts of transition metals include salts of organic acids such as acetates, oxalates, and citrates; chelate compounds such as acetylacetonate and acetoacetate.

これらの窒素含有化合物及び遷移金属含有化合物は一種単独で、あるいは二種以上を組み合わせて、用いることができる。   These nitrogen-containing compounds and transition metal-containing compounds can be used alone or in combination of two or more.

例えば、(a)アルカリ処理物を窒素含有化合物と接触させることによりTi−OのO(酸素)の一部がNなどのアニオンと置き換えられたアニオンドープタイプの可視光型や、(b)アルカリ処理物を遷移金属含有化合物と接触させることにより、Ti−OのTiの一部がCuやFeなどの遷移金属カチオンで置き換えられたカチオンドープタイプの可視光型、(c)アルカリ処理物を窒素含有化合物で処理し、さらに遷移金属含有化合物で処理することにより、Ti−OのTiの一部がCuなどの遷移金属カチオンに、Oの一部がNなどのアニオンに置き換えられたCo−dope(双ドープ)の可視光型を製造することができる。   For example, (a) an anion-doped visible light type in which a part of O (oxygen) of Ti—O is replaced with an anion such as N by contacting an alkali-treated product with a nitrogen-containing compound, or (b) an alkali A cation-doped visible light type in which a part of Ti in Ti—O is replaced with a transition metal cation such as Cu or Fe by bringing the treated product into contact with a transition metal-containing compound. Co-dope in which a part of Ti in Ti—O is replaced with a transition metal cation such as Cu and a part of O is replaced with an anion such as N by treatment with a containing compound and further with a transition metal containing compound. A (double doped) visible light type can be produced.

窒素含有化合物又は遷移金属含有化合物の使用量は、アルカリ処理物1質量部に対して、窒素含有化合物又は遷移金属含有化合物0.0005〜100質量部、好ましくは0.001〜10質量部である。   The amount of the nitrogen-containing compound or transition metal-containing compound used is 0.0005 to 100 parts by mass, preferably 0.001 to 10 parts by mass with respect to 1 part by mass of the alkali-treated product. .

窒素含有化合物又は遷移金属含有化合物は水溶液として用いるのが好ましい。用いる水溶液中における窒素含有化合物の濃度は、0.01〜10mol/リットル、好ましくは0.05〜5mol/リットル、より好ましくは0.5〜3mol/リットルである。
また、遷移金属含有化合物の濃度は0.0001〜10mol/リットル、好ましくは0.0005〜5mol/リットル、より好ましくは0.003〜1mol/リットルである。
The nitrogen-containing compound or transition metal-containing compound is preferably used as an aqueous solution. The concentration of the nitrogen-containing compound in the aqueous solution to be used is 0.01 to 10 mol / liter, preferably 0.05 to 5 mol / liter, more preferably 0.5 to 3 mol / liter.
The concentration of the transition metal-containing compound is 0.0001 to 10 mol / liter, preferably 0.0005 to 5 mol / liter, and more preferably 0.003 to 1 mol / liter.

前記アルカリ処理物を窒素含有化合物および遷移金属含有化合物の中から選ばれる少なくとも一種(以下、「窒素含有化合物等」ということがある。)と接触させる方法としては、窒素含有化合物等の水溶液にアルカリ処理物を所定量添加して、全容を攪拌・振とうする方法が挙げられる。   As a method of bringing the alkali-treated product into contact with at least one selected from a nitrogen-containing compound and a transition metal-containing compound (hereinafter sometimes referred to as “nitrogen-containing compound”), an aqueous solution of a nitrogen-containing compound or the like is alkalinized. There is a method in which a predetermined amount of the processed product is added and the whole volume is stirred and shaken.

全容を攪拌・振とうするときの温度は、通常10〜50℃である。全容を攪拌・振とうする時間は、数分から数時間である。   The temperature when stirring and shaking the entire volume is usually 10 to 50 ° C. The time for stirring and shaking the whole volume is from several minutes to several hours.

前記アルカリ処理物を窒素含有化合物等と接触させた後は、全容を遠心分離して固形分を回収し、蒸留水で洗浄し、再度遠心分離する操作を数回繰り返した後、回収した固形分を30〜200℃で乾燥することにより、接触物を単離することができる。   After contacting the alkali-treated product with a nitrogen-containing compound or the like, the whole volume is centrifuged to collect a solid content, washed with distilled water, and centrifuged again several times. Can be isolated by drying at 30-200 degreeC.

(3)工程(II)
工程(II)は、工程(I)で得られた接触物を、酸化的雰囲気下で300〜700℃に加熱するか、または酸処理する工程である。
(3) Process (II)
Step (II) is a step in which the contact product obtained in step (I) is heated to 300 to 700 ° C. in an oxidizing atmosphere or subjected to an acid treatment.

工程(I)で得られた接触物を、酸化的雰囲気下で300〜700℃に加熱する方法としては、空気中で300〜700℃に加熱する方法や、酸素ガス及び不活性ガスからなる混合ガス中で300〜700℃に加熱する方法などが挙げられる。
加熱時間は、通常数分から数十時間、好ましくは30分から10時間である。
As a method of heating the contact product obtained in the step (I) to 300 to 700 ° C. in an oxidative atmosphere, a method of heating to 300 to 700 ° C. in air, or a mixture of oxygen gas and inert gas. The method of heating to 300-700 degreeC in gas is mentioned.
The heating time is usually several minutes to several tens of hours, preferably 30 minutes to 10 hours.

工程(I)で得られた接触物を酸で処理する方法としては、工程(I)で得られた接触物を水に懸濁させ、そこへ、所定量の酸を添加し、全容を所定温度で攪拌する方法が挙げられる。また、工程(I)で得られた反応液から接触物を単離することなく、所定量の酸を添加し、全容を所定温度で攪拌することもできる。   As a method of treating the contact product obtained in step (I) with an acid, the contact product obtained in step (I) is suspended in water, a predetermined amount of acid is added thereto, and the entire volume is determined in advance. The method of stirring at temperature is mentioned. Moreover, a predetermined amount of acid can be added and the whole volume can be stirred at predetermined temperature, without isolating a contact thing from the reaction liquid obtained at process (I).

ここで用いる酸としては、塩酸(HCl)、硝酸(HNO)、硫酸(HSO)、リン酸などの無機酸;や、ギ酸、酢酸などの有機酸;が挙げられる。また、用いる酸としては、水で希釈したものの使用が好ましい。酸の濃度は、0.01〜10mol/リットル、好ましくは0.1〜3mol/リットルである。 Examples of the acid used here include inorganic acids such as hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), and phosphoric acid; and organic acids such as formic acid and acetic acid. The acid used is preferably one diluted with water. The acid concentration is 0.01 to 10 mol / liter, preferably 0.1 to 3 mol / liter.

前記接触物を酸で処理するときの温度は、通常10〜200℃であり、処理時間は、数分から50時間、好ましくは数分から12時間程度である。   The temperature when the contact is treated with an acid is usually 10 to 200 ° C., and the treatment time is several minutes to 50 hours, preferably several minutes to 12 hours.

なお、この工程(II)の酸処理は、前記(I)の工程と同時に行ってもよい。すなわち、窒素含有化合物等と酸をアルカリ処理物に接触させてもよい。   In addition, you may perform the acid treatment of this process (II) simultaneously with the process of said (I). That is, the nitrogen-containing compound and the acid may be brought into contact with the alkali-treated product.

前記接触物を酸で処理した後においては、全容を遠心分離して固形分を回収し、蒸留水で洗浄し、再度遠心分離する操作を数回繰り返した後、回収した固形分を30〜120℃で乾燥することにより、目的とする可視光応答型光触媒を得ることができる。
目的物の同定は、元素分析、X線回折測定などによって行うことができる。
After the contact product is treated with an acid, the whole volume is centrifuged to collect a solid content, washed with distilled water, and centrifuged again several times. After that, the collected solid content is reduced to 30 to 120. The desired visible light responsive photocatalyst can be obtained by drying at 0 ° C.
The object can be identified by elemental analysis, X-ray diffraction measurement, or the like.

前述したように、本発明においては、出発原料として紫外線に対して光触媒活性の高い結晶性酸化チタンを使用し、該結晶性酸化チタンの一部をアルカリ処理し、得られたアルカリ処理物を窒素含有化合物および遷移金属含有化合物の中から選ばれる少なくとも一種と接触させ、次いで、得られた接触物を酸化的雰囲気下で300〜700℃に加熱するか、又は酸処理することにより、紫外光・可視光応答型光触媒を製造することができる。   As described above, in the present invention, crystalline titanium oxide having high photocatalytic activity with respect to ultraviolet rays is used as a starting material, a part of the crystalline titanium oxide is alkali-treated, and the resulting alkali-treated product is treated with nitrogen. By contacting with at least one selected from the containing compound and the transition metal-containing compound, and then heating the obtained contact product to 300 to 700 ° C. in an oxidative atmosphere or acid treatment, A visible light responsive photocatalyst can be produced.

紫外線に対して光触媒活性の高い結晶性酸化チタンの一部をアルカリ処理する方法、得られたアルカリ処理物を窒素含有化合物および遷移金属含有化合物の中から選ばれる少なくとも一種と接触させる方法、及び、得られた接触物を酸化的雰囲気下で300〜700℃に加熱するか、又は酸処理する方法は、上述した本発明の可視光応答型光触媒の製造方法の項で述べた方法と同様である。   A method of alkali-treating a part of crystalline titanium oxide having a high photocatalytic activity with respect to ultraviolet rays, a method of contacting the obtained alkali-treated product with at least one selected from a nitrogen-containing compound and a transition metal-containing compound, and The method for heating the obtained contact product to 300 to 700 ° C. in an oxidative atmosphere or performing an acid treatment is the same as the method described in the section for producing the visible light responsive photocatalyst of the present invention described above. .

2)光触媒担持構造体
本発明の光触媒担持構造体は、基体と、該基体表面に、本発明の製造方法により得られた可視光応答型光触媒を含有する光触媒層を有することを特徴とする。
2) Photocatalyst carrying structure The photocatalyst carrying structure of the present invention has a base and a photocatalyst layer containing a visible light responsive photocatalyst obtained by the production method of the present invention on the surface of the base.

本発明に用いる基体としては、本発明の光触媒を担持可能なものであれば特に制限されない。
基体の材質としては、例えば、セラミックス、ガラス、陶器、ほうろう、コンクリート等の無機質材料;合成樹脂、繊維類、紙類、木質材料等の有機質材料;鉄、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属質材料;等が挙げられる。
The substrate used in the present invention is not particularly limited as long as it can support the photocatalyst of the present invention.
Examples of the base material include inorganic materials such as ceramics, glass, ceramics, enamel, and concrete; organic materials such as synthetic resins, fibers, papers, and wood materials; and metallic materials such as iron, aluminum, copper, and stainless steel And the like.

基体の形状としては、フィルム状、シート状、板状、管状、繊維状、網状等どのような形状のものでもよい。
基体の厚みは特に制限されないが、10μm以上のものであれば、表面に接着層及び光触媒層を強固に担持することができるので好ましい。
また、基体としては単層からなるものでも、積層体であってもよい。
The shape of the substrate may be any shape such as a film shape, a sheet shape, a plate shape, a tubular shape, a fiber shape, and a net shape.
The thickness of the substrate is not particularly limited, but is preferably 10 μm or more because the adhesive layer and the photocatalyst layer can be firmly supported on the surface.
The substrate may be a single layer or a laminate.

光触媒層は、基体に直接形成されていてもよいし、その他の層を介して形成されていてもよい。その他の層としては、基体と光触媒層との間に形成できるものであれば特に制限されない。例えば、後述する接着層が挙げられる。   The photocatalyst layer may be formed directly on the substrate or may be formed via another layer. Other layers are not particularly limited as long as they can be formed between the substrate and the photocatalyst layer. For example, the adhesive layer mentioned later is mentioned.

接着層は、基体と光触媒層との接着性を高めるとともに、光触媒により基体材料が劣化又は分解されるのを防止するために形成される。   The adhesive layer is formed to improve the adhesion between the substrate and the photocatalyst layer and to prevent the substrate material from being deteriorated or decomposed by the photocatalyst.

接着層は、直接又は他の層を介して、基体表面に接着層形成用組成物を塗布・乾燥することによって形成することができる。   The adhesive layer can be formed by applying and drying the composition for forming an adhesive layer on the substrate surface directly or via another layer.

接着層形成用組成物は、少なくとも(a)アクリル−シリコン樹脂、エポキシ−シリコン樹脂などのシリコン変性樹脂;(b)コロイダルシリカあるいはポリシロキサンを含有する樹脂(アクリル樹脂、アクリル−シリコン樹脂、エポキシ−シリコン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂等);(c)シリコンアルコキシドの加水分解物あるいは該加水分解物からの生成物;の中から選ばれる1種又は2種以上の樹脂を、必要により適当な溶媒に溶解させて調製することができる。   The composition for forming an adhesive layer includes at least (a) silicon-modified resin such as acrylic-silicon resin and epoxy-silicon resin; (b) resin containing colloidal silica or polysiloxane (acrylic resin, acrylic-silicon resin, epoxy- 1 type or 2 or more types of resins selected from (c) hydrolyzate of silicon alkoxide or product from the hydrolyzate; silicon resin, urethane resin, epoxy resin, polyester resin, alkyd resin, etc.) If necessary, it can be prepared by dissolving in an appropriate solvent.

接着層形成用組成物に用いられる溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;メタノール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール等のアルコール類;酢酸エチル等のエステル類;及びこれらの混合溶媒等が挙げられる。   Examples of the solvent used in the composition for forming an adhesive layer include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene; methanol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, Examples thereof include alcohols such as t-butyl alcohol; esters such as ethyl acetate; and mixed solvents thereof.

また、前記接着層形成用組成物には、光触媒作用による劣化を抑制する目的で、光安定化剤及び/又は紫外線吸収剤等を配合することができる。   Moreover, a light stabilizer and / or an ultraviolet absorber can be blended with the composition for forming an adhesive layer for the purpose of suppressing deterioration due to photocatalytic action.

用いる光安定化剤としてはヒンダードアミン系光安定化剤を、又、紫外線吸収剤としてはトリアゾール系紫外線吸収剤をそれぞれ例示することができる。光安定化剤及び/又は紫外線吸収剤の添加量は、上記樹脂に対して、0.005重量%〜10重量%の範囲が好ましい。   Examples of the light stabilizer to be used include hindered amine light stabilizers, and examples of the ultraviolet absorber include triazole ultraviolet absorbers. The addition amount of the light stabilizer and / or ultraviolet absorber is preferably in the range of 0.005 wt% to 10 wt% with respect to the resin.

接着層を基体表面に形成する方法としては、接着層形成用組成物をスプレーによる吹き付け法、ロールコーティング法、ディップコーティング法等により、基体材料表面にコートして塗膜を形成し、乾燥する方法が挙げられる。
塗膜の乾燥温度は、通常、20〜150℃、好ましくは80〜120℃である。
As a method for forming the adhesive layer on the substrate surface, the adhesive layer forming composition is coated on the substrate material surface by spraying by spray, roll coating method, dip coating method, etc., and then dried. Is mentioned.
The drying temperature of a coating film is 20-150 degreeC normally, Preferably it is 80-120 degreeC.

得られる接着層の厚みには特に制限はないが、通常0.1μm〜10μmである。接着層の厚みが0.1μm以上であれば、光触媒層を強固に接着し、耐久性の高い光触媒担持構造体を形成することができる。   Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of the contact bonding layer obtained, Usually, they are 0.1 micrometer-10 micrometers. When the thickness of the adhesive layer is 0.1 μm or more, the photocatalyst layer can be firmly adhered to form a highly durable photocatalyst carrying structure.

本発明の光触媒担持構造体の光触媒層は、本発明の可視光応答型光触媒を含有する光触媒層形成用組成物から形成されてなる。光触媒層を形成する方法としては、例えば、光触媒層形成用組成物を含む塗工液を基体に塗工する方法が挙げられる。   The photocatalyst layer of the photocatalyst carrying structure of the present invention is formed from the composition for forming a photocatalyst layer containing the visible light responsive photocatalyst of the present invention. Examples of the method for forming the photocatalyst layer include a method in which a coating liquid containing the photocatalyst layer forming composition is applied to the substrate.

前記光触媒層形成用組成物中における可視光応答型光触媒の形態は、粉末状、ゲル状、溶液状等いずれであってもよいが、粉末状またはゲル状が好ましい。なかでも、ゲル状であって平均粒子径が50nm以下、好ましくは20nm以下のものは、光触媒層の透明性が向上し直線透過率が高くなるため、透明性を要求されるガラス基板やプラスチック成形体に塗布する場合に特に好ましい。   The form of the visible light responsive photocatalyst in the composition for forming a photocatalyst layer may be any of powder, gel, and solution, but is preferably powder or gel. Among them, a gel-like one having an average particle diameter of 50 nm or less, preferably 20 nm or less improves the transparency of the photocatalyst layer and increases the linear transmittance. Therefore, a glass substrate or plastic molding that requires transparency is required. Particularly preferred when applied to the body.

可視光応答型光触媒の含有量は、前記光触媒層形成用組成物中の固形分全体に対して、酸化物に換算して、5重量%〜60重量%が好ましい。5重量%未満になると、光触媒活性が著しく低下する一方で、60重量%を越える場合には光触媒活性は高くなるものの、接着層との接着性が乏しくなる。   The content of the visible light responsive photocatalyst is preferably 5% by weight to 60% by weight in terms of oxide with respect to the entire solid content in the composition for forming a photocatalyst layer. When the amount is less than 5% by weight, the photocatalytic activity is remarkably lowered. On the other hand, when it exceeds 60% by weight, the photocatalytic activity is increased, but the adhesiveness with the adhesive layer is poor.

前記光触媒層形成用組成物は、本発明の可視光応答型光触媒のほかに、金属酸化物のゲル又は金属水酸化物のゲルを含有していてもよい。金属酸化物のゲル又は金属水酸化物のゲルは、ケイ素酸化物若しくはケイ素水酸化物のゲル、並びにジルコニウム酸化物若しくはジルコニウム水酸化物のゲル、及び/又はアルミニウム酸化物若しくはアルミニウム水酸化物のゲルであるのが好ましい。   The composition for forming a photocatalyst layer may contain a metal oxide gel or a metal hydroxide gel in addition to the visible light responsive photocatalyst of the present invention. Metal oxide gel or metal hydroxide gel is silicon oxide or silicon hydroxide gel and zirconium oxide or zirconium hydroxide gel and / or aluminum oxide or aluminum hydroxide gel Is preferred.

光触媒層形成用組成物中の金属酸化物のゲルまたは金属水酸化物のゲルの含有量は特に制限されないが、優れた接着性及び耐候性を得る観点から、組成物全体に対して、0〜50重量%であるのが好ましい。   The content of the metal oxide gel or metal hydroxide gel in the composition for forming a photocatalyst layer is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining excellent adhesion and weather resistance, 0 to 0 for the entire composition. It is preferably 50% by weight.

光触媒層は、前記光触媒層形成用組成物を、基体表面又はその他の層上に塗布し、得られた塗膜を乾燥させることにより形成することができる。   The photocatalyst layer can be formed by applying the photocatalyst layer forming composition on the surface of the substrate or other layers and drying the resulting coating film.

光触媒層形成用組成物は、可視光応答型光触媒、及び金属酸化物のゲル又は金属水酸化物のゲルを、適当な溶媒に分散または溶解させることにより、調製することができる。   The composition for forming a photocatalyst layer can be prepared by dispersing or dissolving a visible light responsive photocatalyst and a metal oxide gel or metal hydroxide gel in an appropriate solvent.

光触媒層形成用組成物の調製に用いる溶媒としては、例えば、水;メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブタノール、t−ブタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ジエチルエーテル、メチルセルソルブ、テトラヒドロフラン等のエーテル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素;酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等のエステル類;n−ペンタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン等の飽和炭化水素;等が挙げられる。これらは1種単独で、あるいは2種以上を混合して用いることができる。これらの中でも、水−アルコール系溶媒の使用が特に好ましい。   Examples of the solvent used for the preparation of the composition for forming a photocatalyst layer include water; alcohols such as methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butanol, and t-butanol; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, Ketones such as acetylacetone and cyclohexanone; ethers such as diethyl ether, methyl cellosolve and tetrahydrofuran; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; halogenated hydrocarbons such as dichloromethane and chloroform; ethyl acetate, propyl acetate and acetic acid And esters such as butyl; saturated hydrocarbons such as n-pentane, n-hexane, and cyclohexane; and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, the use of a water-alcohol solvent is particularly preferable.

光触媒層形成用組成物を塗工する方法としては特に制限されず、公知の塗工法採用することができる。例えば、スプレーによる吹き付け法、ロールコーティング法、ディップコーティング法等が挙げられる。   The method for coating the photocatalyst layer forming composition is not particularly limited, and a known coating method can be employed. For example, a spraying method using a spray, a roll coating method, a dip coating method, and the like can be given.

光触媒層形成用組成物を塗工して得られる塗膜を所定温度で乾燥することにより、光触媒層を形成することができる。
塗膜の乾燥温度は、通常、室温から150℃の範囲である。
A photocatalyst layer can be formed by drying the coating film obtained by coating the composition for forming a photocatalyst layer at a predetermined temperature.
The drying temperature of the coating film is usually in the range of room temperature to 150 ° C.

以上のようにして得られる光触媒層の乾燥後の厚みは0.05〜2μm、好ましくは0.5〜1.5μmである。光触媒層の厚みがこの範囲である場合に、光触媒層形成用組成物の塗膜表面にひび割れが生じたり、剥離することがないので好ましい。   The thickness after drying of the photocatalyst layer obtained as described above is 0.05 to 2 μm, preferably 0.5 to 1.5 μm. When the thickness of the photocatalyst layer is within this range, it is preferable because the surface of the coating film of the composition for forming a photocatalyst layer does not crack or peel off.

以上のようにして得られる本発明の光触媒担持構造体は、表面に透明で均一な膜質の光触媒 層を有する。本発明の光触媒担持構造体の光触媒層に可視光線が照射されることにより、悪臭物が表面に吸着するのを防止する機能(着臭防止機能)、ごみや塵が表面に付着するのを防止する機能(汚染防止機能)、アルデヒド類、アンモニア、アミン類等の悪臭物を分解する機能(悪臭物分解機能)等の優れた諸機能を発揮する。   The photocatalyst carrying structure of the present invention obtained as described above has a photocatalyst layer having a transparent and uniform film quality on the surface. By irradiating the photocatalyst layer of the photocatalyst carrying structure of the present invention with visible light, a function to prevent malodorous substances from adsorbing to the surface (odor-preventing function) and preventing dust and dirt from adhering to the surface It exhibits various functions such as a function to prevent (contamination prevention function), a function to decompose malodorous substances such as aldehydes, ammonia, and amines (malodorous substance decomposition function).

本発明の光触媒担持構造体は、例えば、ブラインド、カーテン、カーペット、各種家具類、照明器具等のインテリア部材;ドア、壁紙、窓ガラス、壁材等の建築部材;照明灯、道路灯、トンネル照明灯、高速道路や新幹線の遮音壁等の屋外部材;農ビフィルム、防草シート等の農業用部材;包装資材、船底・魚網防止塗料、水処理用充填剤、ブラックライト等に使用することができる。   The photocatalyst carrying structure of the present invention includes, for example, interior members such as blinds, curtains, carpets, various furniture, and lighting equipment; building members such as doors, wallpaper, window glass, and wall materials; It can be used for outdoor parts such as lights, highway and Shinkansen sound insulation walls; agricultural parts such as agricultural bi-films and weedproof sheets; packaging materials, ship bottom / fishnet prevention paints, water treatment fillers, black lights, etc.

次に、実施例および比較例により本発明をさらに詳細に説明する。但し、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。   Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the examples.

なお、下記の実施例及び比較例により得られたサンプルの、X線回折測定、紫外・可視光吸収スペクトル分析、及びアセトアルデヒドの分解試験は、下記のようにして行った。   In addition, the X-ray-diffraction measurement, the ultraviolet and visible light absorption spectrum analysis, and the acetaldehyde decomposition | disassembly test of the sample obtained by the following Example and comparative example were done as follows.

(1)X線回折測定(XRD分析)
XRD分析は、X線回折試験機(RINT2000、理学電器社製)を使用して行った。
(1) X-ray diffraction measurement (XRD analysis)
XRD analysis was performed using an X-ray diffraction tester (RINT2000, manufactured by Rigaku Corporation).

(2)紫外・可視光吸収スペクトルの測定(UV−VIS吸収スペクトル分析)
UV−VIS吸収スペクトルは、分光光度計(U−3500,日立製作所社製)を使用して行った。
なお、比較のために、顔料用アナターゼ型酸化チタンのUV−VIS吸収スペクトルの測定も行った(図9参照)。
(2) UV / VIS absorption spectrum measurement (UV-VIS absorption spectrum analysis)
The UV-VIS absorption spectrum was performed using a spectrophotometer (U-3500, manufactured by Hitachi, Ltd.).
For comparison, the UV-VIS absorption spectrum of anatase titanium oxide for pigments was also measured (see FIG. 9).

(3)アセトアルデヒド分解試験
アセトアルデヒド分解試験は、下記の2種類の条件で行った。
(a)アセトアルデヒド分解試験(1)
蛍光灯:27W蛍光灯(松下電器産業社製、照度1000ルクス)
UVカットフィルム:商品名:ObicC、キング製作所社製(400nm以下を遮蔽するもの)
反応容器:ガラス製200ml容器
反応物:アセトアルデヒドガス
(3) Acetaldehyde degradation test The acetaldehyde degradation test was performed under the following two conditions.
(A) Acetaldehyde decomposition test (1)
Fluorescent lamp: 27W fluorescent lamp (Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., illuminance 1000 lux)
UV cut film: Trade name: ObicC, manufactured by King Seisakusho (things that shield 400nm or less)
Reaction container: Glass 200 ml container Reactant: Acetaldehyde gas

(実験条件)
図1に示すように、実施例及び比較例で得られたサンプル1〜4の各0.1gを反応容器内に入れ、反応容器内の濃度が1000ppmになるようにアセトアルデヒドガスを注入し、吸着平衡に達した後、UVカットフィルムを通して蛍光灯の光を照射した。照射24時間後の反応容器内のアセトアルデヒド濃度をガスクロマトグラフ(GC390B,ジーエルサイエンス社製)で測定した。
(Experimental conditions)
As shown in FIG. 1, 0.1 g of each of samples 1 to 4 obtained in Examples and Comparative Examples is placed in a reaction vessel, acetaldehyde gas is injected so that the concentration in the reaction vessel is 1000 ppm, and adsorption is performed. After reaching equilibrium, fluorescent light was irradiated through a UV cut film. The concentration of acetaldehyde in the reaction vessel 24 hours after irradiation was measured with a gas chromatograph (GC390B, manufactured by GL Sciences).

(b)アセトアルデヒド分解試験(2)
蛍光灯:4W蛍光灯(東芝社製、照度400ルクス)
UVカットフィルム:商品名:ObicC、キング製作所社製(400nm以下を遮蔽するもの)
反応容器:ガラス製10リットル容器
反応物:アセトアルデヒドガス
(B) Acetaldehyde decomposition test (2)
Fluorescent lamp: 4W fluorescent lamp (Toshiba, illuminance 400 lux)
UV cut film: Trade name: ObicC, manufactured by King Seisakusho (things that shield 400nm or less)
Reaction container: Glass 10 liter container Reactant: Acetaldehyde gas

(実験条件)
図1に示すように、得られたサンプル5、9、10、12、14〜16の各0.5gを反応容器内に入れ、反応容器内の濃度が20ppmになるようにアセトアルデヒドガスを注入し、吸着平衡に達した後、UVカットフィルムを通して蛍光灯の光を照射した。照射24時間後の、アセトアルデヒド濃度をガスクロマトグラフ(GC390B,ジーエルサイエンス社製)で測定した。
(Experimental conditions)
As shown in FIG. 1, 0.5 g of each of the obtained samples 5, 9, 10, 12, 14 to 16 is put in a reaction vessel, and acetaldehyde gas is injected so that the concentration in the reaction vessel is 20 ppm. After reaching the adsorption equilibrium, fluorescent light was irradiated through a UV cut film. The concentration of acetaldehyde 24 hours after irradiation was measured with a gas chromatograph (GC390B, manufactured by GL Sciences).

(合成例1)
顔料用のアナターゼ型酸化チタン(古河機械金属社製、FA55W)10g、水酸化ナトリウム(関東化学社製)40g、蒸留水100gを容積250mlのポリテトラフルオロエチレン(以下、「PTFE」という。)製三角フラスコに加えた(アルカリ濃度10mol/リットル)。三角フラスコに冷却管を取り付け、沸点維持条件下72時間加熱した。反応後、蒸留水で洗浄・遠心分離する作業を3回繰り返し、50℃に設定した乾燥機で24時間乾燥させて、アルカリ処理物である白色粉末(サンプル1)を得た(工程(I))。サンプル1についてXRD分析、アセトアルデヒド分解試験を行った。
サンプル1のXRD分析結果を、顔料用のアナターゼ型酸化チタンの分析結果(図中、「顔料用アナターゼ」と記載する。以下にて同じ。)と共に図2に示す。また、アセトアルデヒド分解試験結果を第1表に示す。図2に示すサンプル1のXRD分析結果から、サンプル1はチタン酸ナトリウムであることが確認された。
(Synthesis Example 1)
Anatase-type titanium oxide for pigment (Furukawa Machine Metal Co., Ltd., FA55W) 10 g, sodium hydroxide (Kanto Chemical Co., Ltd.) 40 g, distilled water 100 g made of polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as “PTFE”) having a volume of 250 ml. It added to the Erlenmeyer flask (alkali concentration 10 mol / liter). A conical tube was attached to the Erlenmeyer flask and heated for 72 hours under the boiling point maintaining condition. After the reaction, the operation of washing and centrifuging with distilled water was repeated three times, followed by drying for 24 hours with a drier set at 50 ° C. to obtain a white powder (sample 1) as an alkali-treated product (step (I)) ). Sample 1 was subjected to XRD analysis and acetaldehyde decomposition test.
The XRD analysis result of Sample 1 is shown in FIG. 2 together with the analysis result of anatase-type titanium oxide for pigment (in the figure, described as “anatase for pigment”, the same applies hereinafter). Table 1 shows the acetaldehyde decomposition test results. From the XRD analysis result of Sample 1 shown in FIG. 2, it was confirmed that Sample 1 was sodium titanate.

(実施例1)
サンプル1 1gと窒素含有化合物としてNHCl水溶液(1mol/リットル)30mlを50ml遠心管に加え、1時間振とう後遠心分離する作業を2回繰り返し、30ml蒸留水で洗浄・遠心分離する作業を2回繰り返した(工程(I))。
上澄み液を捨てて、得られた窒素含有化合物への接触物である白色物質を、空気中、500℃で2時間加熱(焼成)を行い、黄色粉末(サンプル2)を得た(工程(II))。
サンプル2についてXRD分析、UV−VIS吸収スペクトル分析及びアセトアルデヒドの分解試験を行った。
XRD分析結果を図2に、アセトアルデヒド分解試験結果を第1表に、UV−VIS吸収スペクトル分析結果を図9にそれぞれ示す。
Example 1
Add 1 g of sample 1 and 30 ml of NH 4 Cl aqueous solution (1 mol / liter) as a nitrogen-containing compound to a 50 ml centrifuge tube, shake for 1 hour and then centrifuge twice. Wash and centrifuge with 30 ml distilled water. Repeated twice (step (I)).
The supernatant liquid was discarded, and the white substance that was a contact product with the obtained nitrogen-containing compound was heated (fired) in air at 500 ° C. for 2 hours to obtain a yellow powder (sample 2) (step (II )).
Sample 2 was subjected to XRD analysis, UV-VIS absorption spectrum analysis, and acetaldehyde decomposition test.
The XRD analysis results are shown in FIG. 2, the acetaldehyde decomposition test results are shown in Table 1, and the UV-VIS absorption spectrum analysis results are shown in FIG.

図2に示すサンプル2のXRD分析結果から、サンプル2はアナターゼ型酸化チタンの構造を有する化合物であることが確認された。また、図9に示すように、サンプル2は、350nm〜550nm付近に吸収が認められた。   From the XRD analysis result of Sample 2 shown in FIG. 2, it was confirmed that Sample 2 was a compound having a structure of anatase-type titanium oxide. Moreover, as shown in FIG. 9, absorption was recognized by the sample 2 at 350 nm-550 nm vicinity.

(実施例2)
サンプル1 1gと窒素含有化合物であるNHCl水溶液(1mol/リットル)30mlを50ml遠心管に加え、1時間振とう後遠心分離する作業を2回繰り返し、30ml蒸留水で洗浄・遠心分離する作業を行った。さらに、遷移金属含有化合物としてFeCl水溶液(0.001mol/リットル)10mlを加え、10分振とう後、遠心分離を行い、上澄み液を廃棄した後、30ml蒸留水で洗浄し遠心分離を行うことで、黄土色物質を得た(工程(I))。
得られた黄土色物質を500℃で2時間加熱(焼成)を行い、茶色粉末(サンプル3)を得た(工程(II))。サンプル3についてXRD分析、UV−VIS吸収スペクトル分析及びアセトアルデヒドの分解試験を行った。
(Example 2)
Add 1 g of sample 1 and 30 ml of NH 4 Cl aqueous solution (1 mol / liter) as a nitrogen-containing compound to a 50 ml centrifuge tube, shake for 1 hour, and then centrifuge twice. Wash and centrifuge with 30 ml distilled water. Went. Furthermore, 10 ml of FeCl 3 aqueous solution (0.001 mol / liter) is added as a transition metal-containing compound, shaken for 10 minutes, centrifuged, discarded the supernatant, washed with 30 ml distilled water and centrifuged. Thus, an ocherous substance was obtained (step (I)).
The obtained ocherous material was heated (baked) at 500 ° C. for 2 hours to obtain a brown powder (sample 3) (step (II)). Sample 3 was subjected to XRD analysis, UV-VIS absorption spectrum analysis and acetaldehyde decomposition test.

XRD分析結果を図2に、アセトアルデヒド分解試験結果を第1表に、UV−VIS吸収スペクトル分析結果を図9にそれぞれ示す。
図2に示すサンプル3のXRD分析結果から、サンプル3はアナターゼ型酸化チタンの構造を有する化合物であることが確認された。また、図9に示すように、サンプル3は、350nm〜700nm付近に吸収が認められた。
The XRD analysis results are shown in FIG. 2, the acetaldehyde decomposition test results are shown in Table 1, and the UV-VIS absorption spectrum analysis results are shown in FIG.
From the XRD analysis result of Sample 3 shown in FIG. 2, it was confirmed that Sample 3 was a compound having a structure of anatase-type titanium oxide. Moreover, as shown in FIG. 9, absorption was recognized by the sample 3 at 350 nm-700 nm vicinity.

(実施例3)
サンプル1 1gと窒素含有化合物としてNHCl水溶液(1mol/リットル)30mlを50ml遠心管に加え、1時間振とう後遠心分離する作業を2回繰り返し上澄み液を廃棄後、30ml蒸留水で洗浄・遠心分離する作業を行った。
さらに、遷移金属含有化合物としてCuSO水溶液(0.001mol/リットル)10mlを加え、10分振とう後、遠心分離を行い、上澄み液を廃棄した後、30ml蒸留水で洗浄し遠心分離を行うことで、青色物質を得た(工程(I))。得られた青色物質を500℃で2時間加熱(焼成)を行い、黄緑色粉末(サンプル4)を得た(工程(II))。サンプル4についてXRD分析、及びアセトアルデヒドの分解試験を行った。
XRD分析結果を図2に示す。また、アセトアルデヒド分解試験結果を第1表に示す。
図2に示すサンプル4のXRD分析結果から、サンプル4はアナターゼ型酸化チタンの構造を有する化合物であることが確認された。また、図10に示すように、サンプル4は350nm〜650nm付近に吸収が認められた。
(Example 3)
Add 1 g of sample 1 and 30 ml of NH 4 Cl aqueous solution (1 mol / liter) as a nitrogen-containing compound to a 50 ml centrifuge tube, shake for 1 hour and then centrifuge twice. Discard the supernatant and wash with 30 ml distilled water. Work to centrifuge.
Further, add 10 ml of CuSO 4 aqueous solution (0.001 mol / liter) as a transition metal-containing compound, shake for 10 minutes, perform centrifugation, discard the supernatant, wash with 30 ml distilled water, and perform centrifugation. Thus, a blue substance was obtained (step (I)). The obtained blue substance was heated (baked) at 500 ° C. for 2 hours to obtain a yellow-green powder (sample 4) (step (II)). Sample 4 was subjected to XRD analysis and acetaldehyde decomposition test.
The XRD analysis results are shown in FIG. Table 1 shows the acetaldehyde decomposition test results.
From the XRD analysis result of Sample 4 shown in FIG. 2, it was confirmed that Sample 4 was a compound having a structure of anatase-type titanium oxide. Moreover, as shown in FIG. 10, absorption was recognized by the sample 4 at 350 nm-650 nm vicinity.

(実施例4)
容積50mlのPTFE製容器に、サンプル1 1g、窒素含有化合物としてNHNO水溶液(1mol/リットル)20ml、遷移金属含有化合物としてFe(NO水溶液(0.01mol/リットル)10ml、HNO水溶液(1mol/リットル)50mlを加え、PTFE製の蓋をして、100℃で6時間静置した(工程(I)及び工程(II))。反応後は50ml蒸留水で2回洗浄後、50℃に設定した乾燥機で24時間乾燥させて黄色粉末(サンプル5)を得た。サンプル5についてXRD分析、及びアセトアルデヒドの分解試験を行った。
XRD分析結果を図3に示す。また、アセトアルデヒド分解試験結果を第1表に示す。
図3に示すサンプル5のXRD分析結果から、サンプル5はアナターゼ型酸化チタンの構造を有する化合物と、ルチル型酸化チタンの構造を有する化合物の混合物であることが確認された。また、図10に示すように、サンプル5は350nm〜460nm付近に吸収が認められた。
Example 4
In a PTFE container with a volume of 50 ml, 1 g of sample 1, 20 ml of NH 4 NO 3 aqueous solution (1 mol / liter) as a nitrogen-containing compound, 10 ml of Fe (NO 3 ) 3 aqueous solution (0.01 mol / liter) as a transition metal-containing compound, HNO 3 Aqueous solution (1 mol / liter) (50 ml) was added, the lid made of PTFE was covered, and the mixture was allowed to stand at 100 ° C. for 6 hours (step (I) and step (II)). After the reaction, it was washed twice with 50 ml distilled water and then dried for 24 hours with a dryer set at 50 ° C. to obtain a yellow powder (Sample 5). Sample 5 was subjected to XRD analysis and acetaldehyde decomposition test.
The XRD analysis results are shown in FIG. Table 1 shows the acetaldehyde decomposition test results.
From the XRD analysis result of Sample 5 shown in FIG. 3, it was confirmed that Sample 5 is a mixture of a compound having an anatase-type titanium oxide structure and a compound having a rutile-type titanium oxide structure. Moreover, as shown in FIG. 10, absorption was recognized by the sample 5 at 350 nm-460 nm vicinity.

(実施例5)
容積50mlのPTFE製容器に、サンプル1 1g、窒素含有化合物としてNHNO水溶液(1mol/リットル)20ml、遷移金属含有化合物としてCu(NO水溶液(0.01mol/リットル)10ml、HNO水溶液(1mol/リットル)50mlを加え、PTFE製の蓋をして、100℃で6時間静置した(工程(I)及び工程(II))。反応後は50ml蒸留水で2回洗浄後、50℃に設定した乾燥機で24時間乾燥させて黄色粉末(サンプル6)を得た。サンプル6についてXRD分析、UV−VIS吸収スペクトル分析及びアセトアルデヒドの分解試験を行った。
XRD分析結果を図3に、アセトアルデヒド分解試験結果を第1表に、UV−VIS吸収スペクトル分析結果を図9にそれぞれ示す。
(Example 5)
In a PTFE container having a volume of 50 ml, 1 g of sample 1, 20 ml of NH 4 NO 3 aqueous solution (1 mol / liter) as a nitrogen-containing compound, 10 ml of Cu (NO 3 ) 2 aqueous solution (0.01 mol / liter) as a transition metal-containing compound, HNO 3 Aqueous solution (1 mol / liter) (50 ml) was added, the lid made of PTFE was covered, and the mixture was allowed to stand at 100 ° C. for 6 hours (step (I) and step (II)). After the reaction, it was washed twice with 50 ml distilled water and then dried for 24 hours with a dryer set at 50 ° C. to obtain a yellow powder (Sample 6). Sample 6 was subjected to XRD analysis, UV-VIS absorption spectrum analysis, and acetaldehyde decomposition test.
The XRD analysis results are shown in FIG. 3, the acetaldehyde decomposition test results are shown in Table 1, and the UV-VIS absorption spectrum analysis results are shown in FIG.

図3に示すサンプル6のXRD分析結果から、サンプル6はアナターゼ型酸化チタンの構造を有する化合物と、ルチル型酸化チタンの構造を有する化合物の混合物であることが確認された。また、図9に示すように、サンプル6は、350nm〜460nm付近に吸収が認められた。   From the XRD analysis result of Sample 6 shown in FIG. 3, it was confirmed that Sample 6 was a mixture of a compound having an anatase-type titanium oxide structure and a compound having a rutile-type titanium oxide structure. Moreover, as shown in FIG. 9, absorption was recognized by the sample 6 near 350 nm -460 nm.

(比較例1)
サンプル1を500℃で2時間焼成を行い、白色粉末(サンプル7)を得た。サンプル7についてXRD分析及びアセトアルデヒドの分解試験を行った。
XRD分析結果を図4に示す。また、アセトアルデヒド分解試験結果を第1表に示す。
図4に示すサンプル7のXRD分析結果から、サンプル7はチタン酸ナトリウムであることが確認された。
(Comparative Example 1)
Sample 1 was baked at 500 ° C. for 2 hours to obtain a white powder (Sample 7). Sample 7 was subjected to XRD analysis and acetaldehyde decomposition test.
The XRD analysis results are shown in FIG. Table 1 shows the acetaldehyde decomposition test results.
From the XRD analysis result of Sample 7 shown in FIG. 4, it was confirmed that Sample 7 was sodium titanate.

(実施例6)
アナターゼ型酸化チタンを含有する製紙スラッジ焼却灰(Al:70重量%、TiO:10重量%、MgO:20重量%)5g、水酸化ナトリウム(関東化学社製)6g、蒸留水50g、及び水ガラス3号(ケイ酸ナトリウム、三輪化学社製)15gを容積300mlの三角フラスコに加えた。三角フラスコに冷却管を取り付け、沸点維持条件下4時間加熱した。反応後、蒸留水で洗浄・遠心分離する作業を3回繰り返し、50℃に設定した乾燥機で24時間乾燥させて白色粉末(サンプル8)を得た。
サンプル8についてXRD分析を行った。XRD分析結果を図5に示す。
図5からわかるように、フォージャサイトタイプのゼオライトが生成していた。また、製紙スラッジ焼却灰中に含まれていたアナターゼ型酸化チタンもサンプル8に含まれていた。
(Example 6)
Paper sludge incineration ash containing anatase-type titanium oxide (Al 2 O 3 : 70 wt%, TiO 2 : 10 wt%, MgO: 20 wt%) 5 g, sodium hydroxide (Kanto Chemical Co., Ltd.) 6 g, distilled water 50 g , And 15 g of water glass No. 3 (sodium silicate, manufactured by Miwa Chemical Co., Ltd.) were added to a 300 ml Erlenmeyer flask. A conical tube was attached to the Erlenmeyer flask and heated for 4 hours under the boiling point maintaining condition. After the reaction, the operation of washing and centrifuging with distilled water was repeated three times and dried for 24 hours with a dryer set at 50 ° C. to obtain a white powder (Sample 8).
Sample 8 was subjected to XRD analysis. The XRD analysis results are shown in FIG.
As can be seen from FIG. 5, faujasite type zeolite was produced. Sample 8 also contained anatase-type titanium oxide contained in papermaking sludge incineration ash.

サンプル8 1gと、窒素含有化合物としてNHCl水溶液(1mol/リットル)30mlを50ml遠心管に加え、1時間振とう後遠心分離する作業を2回繰り返し、30ml蒸留水で洗浄・遠心分離する作業を2回繰り返した(工程(I))。上澄み液を捨てて、得られた白色物質を500℃で2時間焼成を行い、白色粉末(サンプル9)を得た(工程(II))。サンプル9についてXRD分析、アセトアルデヒドの分解試験及びUV−VIS吸収スペクトル分析を行った。
サンプル9のXRD分析結果を、製紙スラッジ焼却灰のXRD分析結果と共に図5に示す。また、アセトアルデヒド分解試験結果を第1表に、UV−VIS吸収スペクトル分析結果を図11に示す。
図5から、アナターゼ型酸化チタンの中に、フォージャサイトタイプのゼオライトも含まれていることがわかった。
Add 1 g of sample 8 and 30 ml of NH 4 Cl aqueous solution (1 mol / liter) as a nitrogen-containing compound to a 50 ml centrifuge tube, shake for 1 hour, and then centrifuge twice. Wash and centrifuge with 30 ml distilled water. Was repeated twice (step (I)). The supernatant was discarded, and the obtained white substance was baked at 500 ° C. for 2 hours to obtain a white powder (sample 9) (step (II)). Sample 9 was subjected to XRD analysis, acetaldehyde decomposition test and UV-VIS absorption spectrum analysis.
The XRD analysis result of Sample 9 is shown in FIG. 5 together with the XRD analysis result of paper sludge incineration ash. In addition, the acetaldehyde decomposition test results are shown in Table 1, and the UV-VIS absorption spectrum analysis results are shown in FIG.
FIG. 5 shows that an anatase-type titanium oxide contains a faujasite type zeolite.

(実施例7)
容積50mlのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製容器に、サンプル1(1g)、窒素含有化合物としてNHNO水溶液(1mol/リットル)20ml、遷移金属含有化合物としてCr(NO水溶液(0.01mol/リットル)10ml、及び、HSO水溶液(1mol/リットル)50mlを加え、PTFE製の蓋をして、100℃で6時間静置した(工程(I)及び工程(II))。反応後は50ml蒸留水で2回洗浄後、50℃に設定した乾燥機で24時間乾燥させて薄黄色粉末(サンプル10)を得た。サンプル10についてXRD分析、UV−VIS吸収スペクトル分析及びアセトアルデヒドの分解試験を行った。
XRD分析結果を図6に、アセトアルデヒド分解試験結果を第1表に、UV−VIS吸収スペクトル分析結果を図11にそれぞれ示す。
(Example 7)
In a container made of polytetrafluoroethylene (PTFE) having a volume of 50 ml, Sample 1 (1 g), 20 ml of NH 4 NO 3 aqueous solution (1 mol / liter) as a nitrogen-containing compound, and Cr 2 (NO 3 ) 3 aqueous solution as a transition metal-containing compound ( 10 ml of 0.01 mol / liter) and 50 ml of H 2 SO 4 aqueous solution (1 mol / liter) were added, covered with PTFE, and allowed to stand at 100 ° C. for 6 hours (step (I) and step (II)). ). After the reaction, it was washed twice with 50 ml distilled water and then dried for 24 hours with a dryer set at 50 ° C. to obtain a light yellow powder (sample 10). Sample 10 was subjected to XRD analysis, UV-VIS absorption spectrum analysis, and acetaldehyde decomposition test.
The XRD analysis result is shown in FIG. 6, the acetaldehyde decomposition test result is shown in Table 1, and the UV-VIS absorption spectrum analysis result is shown in FIG.

(実施例8)
光触媒用アナターゼ型酸化チタン(商品名「ST−01」、石原産業社製)5g、水酸化ナトリウム(関東化学社製)40g、蒸留水100gを容積250mlのPTFE製三角フラスコに加えた。三角フラスコに冷却管を取り付け、沸点維持条件下10分間加熱した。反応後、蒸留水で洗浄・遠心分離する作業を3回繰り返し、50℃に設定した乾燥機で24時間乾燥させて白色粉末(サンプル11)を得た。サンプル11についてXRD分析及びUV−VIS吸収スペクトル分析を行った。XRD分析結果を、光触媒用アナターゼ型酸化チタンの分析結果(図中、「ST−01」と記載する。)とともに図7に示す。また、UV−VIS吸収スペクトル分析結果を図11にそれぞれ示す。
サンプル11のXRD分析の結果、チタン酸ナトリウムとアナターゼ型酸化チタンが確認され、原料のアナターゼ酸化チタン粒子の一部分がチタン酸ナトリウムに変化していた。
(Example 8)
5 g of anatase-type titanium oxide for photocatalyst (trade name “ST-01”, manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.), 40 g of sodium hydroxide (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and 100 g of distilled water were added to a 250 ml PTFE Erlenmeyer flask. A conical tube was attached to the Erlenmeyer flask and heated for 10 minutes under the boiling point maintaining condition. After the reaction, the operation of washing and centrifuging with distilled water was repeated three times and dried for 24 hours with a dryer set at 50 ° C. to obtain a white powder (Sample 11). Sample 11 was subjected to XRD analysis and UV-VIS absorption spectrum analysis. The XRD analysis result is shown in FIG. 7 together with the analysis result of the anatase type titanium oxide for photocatalyst (denoted as “ST-01” in the figure). The results of UV-VIS absorption spectrum analysis are shown in FIG.
As a result of XRD analysis of Sample 11, sodium titanate and anatase-type titanium oxide were confirmed, and a part of the raw material anatase titanium oxide particles was changed to sodium titanate.

次に、容積50mlのPTFE製容器に、サンプル11 1g、窒素含有化合物として、NHNO水溶液(1mol/リットル)20ml、遷移金属含有化合物としてFe(NO水溶液(0.1mol/リットル)10ml、HSO水溶液(1mol/リットル)50mlを加え、PTFE製の蓋をして、100℃で6時間静置した(工程(I)及び工程(II))。その後、50ml蒸留水で2回洗浄後、50℃に設定した乾燥機で24時間乾燥させて黄色粉末(サンプル12)を得た。サンプル12についてXRD分析、アセトアルデヒドの分解試験及びUV−VIS吸収スペクトル分析を行った。
XRD分析結果を図7に、アセトアルデヒド分解試験結果を第1表に、UV−VIS吸収スペクトル分析結果を図11にそれぞれ示す。
Next, in a PTFE container having a volume of 50 ml, 1 g of sample 11, 20 ml of NH 4 NO 3 aqueous solution (1 mol / liter) as a nitrogen-containing compound, and Fe (NO 3 ) 3 aqueous solution (0.1 mol / liter) as a transition metal-containing compound ) 10 ml, H 2 SO 4 aqueous solution (1 mol / liter) 50 ml was added, the lid made of PTFE was added, and the mixture was allowed to stand at 100 ° C. for 6 hours (step (I) and step (II)). Then, after washing twice with 50 ml distilled water, it was dried with a dryer set at 50 ° C. for 24 hours to obtain a yellow powder (sample 12). Sample 12 was subjected to XRD analysis, acetaldehyde decomposition test and UV-VIS absorption spectrum analysis.
The XRD analysis results are shown in FIG. 7, the acetaldehyde decomposition test results are shown in Table 1, and the UV-VIS absorption spectrum analysis results are shown in FIG.

図7に示すサンプル12のXRD分析結果から、チタン酸ナトリウムを示すピークが消失し、アナターゼのみとなったことと、黄色粉末が得られたことから、チタン酸ナトリウムが可視光応答型アナターゼ型酸化チタンに変化したと考えられる。   From the XRD analysis result of the sample 12 shown in FIG. 7, since the peak indicating sodium titanate disappeared and only anatase was obtained, and a yellow powder was obtained, sodium titanate was oxidized by visible light responsive anatase type oxidation. It is thought that it changed to titanium.

(実施例9)
ルチル型酸化チタン(関東化学社製)10g、水酸化ナトリウム(関東化学社製)40g、蒸留水100gを容積250mlのPTFE製三角フラスコに加えた。三角フラスコに冷却管を取り付け、沸点維持条件下72時間加熱した。反応後、蒸留水で洗浄・遠心分離する作業を3回繰り返し、50℃に設定した乾燥機で24時間乾燥させて白色粉末(サンプル13)を得た。サンプル13のXRD分析結果を、ルチル型酸化チタンの分析結果(図中、「ルチル」と記載する。以下にて同じ。)とともに図8に示す。XRD分析結果より、サンプル13においては、ルチル型酸化チタンの一部がチタン酸ナトリウムに変化していることが確認された。
Example 9
10 g of rutile titanium oxide (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), 40 g of sodium hydroxide (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and 100 g of distilled water were added to a 250 ml PTFE Erlenmeyer flask. A conical tube was attached to the Erlenmeyer flask and heated for 72 hours under the boiling point maintaining condition. After the reaction, the operation of washing and centrifuging with distilled water was repeated three times, and dried for 24 hours with a dryer set at 50 ° C. to obtain a white powder (Sample 13). The XRD analysis result of Sample 13 is shown in FIG. 8 together with the analysis result of rutile-type titanium oxide (denoted as “rutile” in the figure, the same applies hereinafter). From the XRD analysis results, it was confirmed that in sample 13, a part of the rutile titanium oxide was changed to sodium titanate.

サンプル13 1gとNHCl水溶液(1mol/リットル)30mlを50ml遠心管に加え、1時間振とう後遠心分離する作業を2回繰り返し、30ml蒸留水で洗浄・遠心分離する作業を2回繰り返した(工程(I))。上澄み液を捨てて、得られた白色物質を500℃で2時間焼成を行い、黄色粉末(サンプル14)を得た(工程(II))。
サンプル14についてXRD分析、UV−VIS吸収スペクトル分析及びアセトアルデヒドの分解試験を行った。XRD分析結果を図8に、アセトアルデヒド分解試験結果を第1表に、UV−VIS吸収スペクトル分析結果を図12にそれぞれ示す。
The work of adding 1 g of sample 13 and 30 ml of NH 4 Cl aqueous solution (1 mol / liter) to a 50 ml centrifuge tube, shaking for 1 hour and then centrifuging was repeated twice, and washing and centrifuging with 30 ml distilled water was repeated twice. (Step (I)). The supernatant liquid was discarded, and the obtained white substance was baked at 500 ° C. for 2 hours to obtain a yellow powder (sample 14) (step (II)).
Sample 14 was subjected to XRD analysis, UV-VIS absorption spectrum analysis, and acetaldehyde decomposition test. The XRD analysis results are shown in FIG. 8, the acetaldehyde decomposition test results are shown in Table 1, and the UV-VIS absorption spectrum analysis results are shown in FIG.

(実施例10)
容積50mlのPTFE製容器に、サンプル13 1g、NHNO水溶液(1mol/リットル)20ml、Fe(NO水溶液(0.01mol/リットル)10ml、HNO水溶液(1mol/リットル)50mlを加え、PTFE製の蓋をして、100℃で6時間静置した(工程(I)及び工程(II))。その後、50ml蒸留水で2回洗浄後、50℃に設定した乾燥機で24時間乾燥させて黄色粉末(サンプル15)を得た。サンプル15についてXRD分析、アセトアルデヒドの分解試験及びUV−VIS吸収スペクトル分析を行った。XRD分析結果を図8に、アセトアルデヒド分解試験結果を第1表に、UV−VIS吸収スペクトル分析結果を図12にそれぞれ示す。
(Example 10)
In a PTFE container having a volume of 50 ml, 1 g of sample 13, 20 ml of NH 4 NO 3 aqueous solution (1 mol / liter), 10 ml of Fe (NO 3 ) 3 aqueous solution (0.01 mol / liter), 50 ml of HNO 3 aqueous solution (1 mol / liter) In addition, it was covered with PTFE and allowed to stand at 100 ° C. for 6 hours (step (I) and step (II)). Then, after washing twice with 50 ml distilled water, it was dried with a dryer set at 50 ° C. for 24 hours to obtain a yellow powder (sample 15). Sample 15 was subjected to XRD analysis, acetaldehyde decomposition test and UV-VIS absorption spectrum analysis. The XRD analysis results are shown in FIG. 8, the acetaldehyde decomposition test results are shown in Table 1, and the UV-VIS absorption spectrum analysis results are shown in FIG.

(実施例11)
容積50mlのPTFE製容器に、サンプル13 1g、NHNO水溶液(1mol/リットル)20ml、Cu(NO水溶液(0.01mol/リットル)10ml、HNO水溶液(1mol/リットル)50mlを加え、PTFE製の蓋をして、100℃で6時間静置した(工程(I)及び工程(II))。その後、50ml蒸留水で2回洗浄後、50℃に設定した乾燥機で24時間乾燥させて黄色粉末(サンプル16)を得た。サンプル16についてXRD分析、アセトアルデヒドの分解試験及びUV−VIS吸収スペクトル分析及びを行った。XRD分析結果を図8に、アセトアルデヒド分解試験結果を第1表に、UV−VIS吸収スペクトル分析結果を図12にそれぞれ示す。
(Example 11)
In a PTFE container having a capacity of 50 ml, 1 g of sample 13, 20 ml of NH 4 NO 3 aqueous solution (1 mol / liter), 10 ml of Cu (NO 3 ) 2 aqueous solution (0.01 mol / liter), 50 ml of HNO 3 aqueous solution (1 mol / liter) In addition, it was covered with PTFE and allowed to stand at 100 ° C. for 6 hours (step (I) and step (II)). Then, after washing twice with 50 ml distilled water, it was dried for 24 hours with a drier set at 50 ° C. to obtain a yellow powder (sample 16). Sample 16 was subjected to XRD analysis, acetaldehyde decomposition test and UV-VIS absorption spectrum analysis. The XRD analysis results are shown in FIG. 8, the acetaldehyde decomposition test results are shown in Table 1, and the UV-VIS absorption spectrum analysis results are shown in FIG.

Figure 2009022826
Figure 2009022826

第1表より、24時間経過後においては、実施例1〜11の、サンプル2〜6、9、10、12、及び14〜16の場合には、アセトアルデヒドガス濃度が吸着平衡濃度に比して減少しており、これらのサンプルは、可視光線に対して光触媒活性を有することが確認された。
一方、合成例1のサンプル1(チタン酸ナトリウム)、サンプル1を焼成して得られた比較例1のサンプル7では、可視光線に対する光触媒活性が認められなかった。
From Table 1, after 24 hours, in the case of Samples 2 to 6, 9, 10, 12, and 14 to 16 of Examples 1 to 11, the acetaldehyde gas concentration is compared with the adsorption equilibrium concentration. It was confirmed that these samples had photocatalytic activity for visible light.
On the other hand, Sample 1 (sodium titanate) of Synthesis Example 1 and Sample 7 of Comparative Example 1 obtained by firing Sample 1 showed no photocatalytic activity for visible light.

(実施例12)
自動角型シートマシーン(No.2557、熊谷理機工業社製)にて、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)絶乾2gに、実施例2で得られたサンプル3 0.3gを混抄し、25cm×25cmのシートを3枚作製した。これらのシートの可視光光触媒能を測定するため、以下の要領にてアセトアルデヒドの分解試験を行った。
Example 12
In an automatic square sheet machine (No. 2557, manufactured by Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd.), 2 g of softwood kraft pulp (NBKP) absolutely dried was mixed with 0.3 g of Sample 3 obtained in Example 2, and 25 cm × 25 cm. Three sheets were prepared. In order to measure the visible light photocatalytic ability of these sheets, a decomposition test of acetaldehyde was performed in the following manner.

(アセトアルデヒド分解試験)
蛍光灯:4W蛍光灯(東芝社製)
UVカットフィルム:商品名:ObicC、キング製作所社製(400nm以下を遮蔽するもの)
反応容器:ガラス製 10L容器
反応物:アセトアルデヒドガス
実験条件:25cm×25cm 3枚
(Acetaldehyde degradation test)
Fluorescent lamp: 4W fluorescent lamp (Toshiba)
UV cut film: Trade name: ObicC, manufactured by King Seisakusho (things that shield 400nm or less)
Reaction vessel: Glass 10L vessel Reactant: Acetaldehyde gas Experimental condition: 25cm x 25cm 3 sheets

反応容器内の濃度が20ppmになるようにアセトアルデヒドガスを注入し、吸着平衡に達した後、蛍光灯を照射し、照射24時間後のアセトアルデヒド濃度を測定した。
その結果、照射前のアセトアルデヒドの吸着平衡濃度が10ppmであったのに対し、24時間照射後のアセトアルデヒド濃度は2.6ppmであった。
この結果より、実施例12の光触媒層担持シートは、可視光に対して光触媒活性を有することが確認された。
Acetaldehyde gas was injected so that the concentration in the reaction vessel was 20 ppm, and after reaching adsorption equilibrium, a fluorescent lamp was irradiated, and the acetaldehyde concentration after 24 hours of irradiation was measured.
As a result, the adsorption equilibrium concentration of acetaldehyde before irradiation was 10 ppm, whereas the concentration of acetaldehyde after 24 hours irradiation was 2.6 ppm.
From this result, it was confirmed that the photocatalyst layer carrying sheet of Example 12 has photocatalytic activity with respect to visible light.

アセトアルデヒド分解試験の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of an acetaldehyde decomposition test. サンプル1〜4、及び顔料用アナターゼ型酸化チタンのXRDスペクトル図である(図中、縦軸は強度(cps)を、横軸はX線入射方向からの偏移角2θ(°)を表す。以下にて同じである。)。It is a XRD spectrum figure of samples 1-4 and anatase type titanium oxide for pigments (in the figure, a vertical axis expresses intensity (cps) and a horizontal axis expresses deviation angle 2theta (degree) from an X-ray incidence direction. The same applies to the following). サンプル1、5、6、及び顔料用アナターゼ型酸化チタンのXRDスペクトル図である。It is a XRD spectrum figure of sample 1, 5, 6 and the anatase type titanium oxide for pigments. サンプル1、7、及び顔料用アナターゼ型酸化チタンのXRDスペクトル図である。It is a XRD spectrum figure of sample 1, 7 and the anatase type titanium oxide for pigments. サンプル8、9、及び製紙スラッジ焼却灰のXRDスペクトル図である。It is a XRD spectrum figure of samples 8 and 9 and papermaking sludge incineration ash. サンプル10のXRDスペクトル図である。3 is an XRD spectrum diagram of Sample 10. FIG. サンプル11、12及び光触媒用アナターゼ型酸化チタン(ST−01)のXRDスペクトル図である。It is a XRD spectrum figure of samples 11 and 12 and anatase type titanium oxide (ST-01) for photocatalysts. サンプル13〜16及びルチル型酸化チタンのXRDスペクトル図である。It is a XRD spectrum figure of samples 13-16 and a rutile type titanium oxide. サンプル2、サンプル3、サンプル6、及び顔料用アナターゼ型酸化チタンのUV−VIS吸収スペクトル図である(図中、縦軸は反射率(%)、横軸は波長(nm)を表す。以下にて同じである。)。It is a UV-VIS absorption spectrum figure of sample 2, sample 3, sample 6, and anatase type titanium oxide for pigments (in the figure, the vertical axis represents reflectance (%) and the horizontal axis represents wavelength (nm). The same). サンプル4、5、及び顔料用アナターゼ型酸化チタンのUV−VIS吸収スペクトル図である。It is a UV-VIS absorption spectrum figure of sample 4, 5 and the anatase type titanium oxide for pigments. サンプル9〜12のUV−VIS吸収スペクトル図である。It is a UV-VIS absorption spectrum figure of samples 9-12. サンプル14〜16及びルチル型酸化チタンのUV−VIS吸収スペクトル図である。It is a UV-VIS absorption spectrum figure of samples 14-16 and rutile type titanium oxide.

Claims (6)

チタン酸塩を含有する物質を窒素含有化合物および遷移金属含有化合物の中から選ばれる少なくとも一種と接触させる工程(I)、および、得られた接触物を、酸化的雰囲気下で300〜700℃に加熱するか、または、酸処理する工程(II)を含むことを特徴とする可視光応答型光触媒の製造方法。   The step (I) of bringing a substance containing a titanate into contact with at least one selected from a nitrogen-containing compound and a transition metal-containing compound, and the obtained contact product at 300 to 700 ° C. in an oxidative atmosphere A method for producing a visible light responsive photocatalyst comprising a step (II) of heating or acid treatment. チタン酸塩が、酸化チタンをアルカリ処理することにより得られたものである請求項1に記載の可視光応答型光触媒の製造方法。   The method for producing a visible light responsive photocatalyst according to claim 1, wherein the titanate is obtained by subjecting titanium oxide to an alkali treatment. 前記酸化チタンとして、アナターゼ型またはルチル型の酸化チタンを用いる請求項2に記載の可視光応答型光触媒の製造方法。   The method for producing a visible light responsive photocatalyst according to claim 2, wherein anatase or rutile titanium oxide is used as the titanium oxide. 前記アルカリ処理が、酸化チタン、珪素化合物、およびアルミニウム化合物を含む混合物をアルカリ処理するものである、請求項2または3に記載の可視光応答型光触媒の製造方法。   The method for producing a visible light responsive photocatalyst according to claim 2 or 3, wherein the alkali treatment is an alkali treatment on a mixture containing titanium oxide, a silicon compound, and an aluminum compound. 前記アルカリ処理が、酸化チタンを含有する、製紙スラッジまたは製紙スラッジ焼却灰を、アルカリ処理するものである請求項2〜4のいずれかに記載の可視光応答型光触媒の製造方法。   The method for producing a visible light responsive photocatalyst according to any one of claims 2 to 4, wherein the alkali treatment is an alkali treatment of paper sludge or paper sludge incinerated ash containing titanium oxide. 基体と、該基体表面に、請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法により得られた可視光応答型光触媒を含有する光触媒層を有する光触媒担持構造体。   A photocatalyst-supporting structure having a substrate and a photocatalyst layer containing a visible light responsive photocatalyst obtained by the production method according to claim 1 on the surface of the substrate.
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