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JP7206056B2 - photocatalyst - Google Patents
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本発明は、光触媒に関する。 The present invention relates to photocatalysts.

チタニア(酸化チタン)は光触媒材料として利用されている。一般的にはチタニアの粉体を溶媒に分散して使用されている。 Titania (titanium oxide) is used as a photocatalyst material. Generally, titania powder is dispersed in a solvent and used.

J. Phys. Chem. B 2003, 107, 14336-14341J. Phys. Chem. B 2003, 107, 14336-14341

光触媒用のチタニアに関しては、結晶性が高いものが多く、結晶性が高いほどチタニアの屈折率が高いがゆえに、白色度が非常に強く透明性に劣るものが多かった。 As for titania for photocatalysts, many of them have high crystallinity, and the higher the crystallinity, the higher the refractive index of titania.

一方、粒径が小さいほど水やアルコール中では凝集してしまい、均一に塗布しにくいうえに、結局透明性が出ない。また、仮に塗布しても、平均粒子径が小さいほど乾燥による収縮が大きいためクラックや剥がれが起こりやすい。また、樹脂に塗布した場合は樹脂を劣化させてしまう。 On the other hand, the smaller the particle size, the more likely it is to agglomerate in water or alcohol, which makes it difficult to apply uniformly and ultimately does not provide transparency. In addition, even if applied, the smaller the average particle size, the greater the shrinkage due to drying, so that cracks and peeling are more likely to occur. Moreover, when it is applied to resin, it deteriorates the resin.

一方、有機系の分散剤を用いた場合は、チタニア表面の活性が損なわれるという問題点がある。また硝酸や塩酸等の無機強酸を用いて分散した場合は、分散性は向上するが酸の揮発により周辺の装置を腐食してしまうという問題がある。 On the other hand, when an organic dispersant is used, there is a problem that the activity of the titania surface is impaired. Further, when dispersed using a strong inorganic acid such as nitric acid or hydrochloric acid, the dispersibility is improved, but there is a problem that the volatilization of the acid corrodes the peripheral devices.

また、チタンアルコキシド等のチタン源と硝酸や塩酸等の無機強酸を用いて水熱合成反応を行う方法(非特許文献1等)もあるが、工業的には排水の問題や反応器の腐食の問題が起こる恐れがあるため、硝酸や塩酸を用いることができない場合が多い。 There is also a method of performing a hydrothermal synthesis reaction using a titanium source such as titanium alkoxide and an inorganic strong acid such as nitric acid or hydrochloric acid (Non-Patent Document 1, etc.), but industrially there is a problem of drainage and corrosion of the reactor. Nitric acid and hydrochloric acid often cannot be used because they can cause problems.

そこで、本発明は、大きいチタニア粒子でも小さいチタニア粒子でも達成できなかった塗布性、光触媒性及び透明性を備えたチタニア微粒子を得ることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to obtain titania fine particles having coatability, photocatalytic properties, and transparency that could not be achieved with either large titania particles or small titania particles.

上記目的を鑑み、鋭意検討した結果、本発明者らは、表面にアシル基が結合しており、且つ、示差熱熱重量同時測定装置によって昇温させた場合の200℃以上における重量減少が5重量%以上であるチタニアナノ粒子が、上記課題を全て解決できることを見出した。そして、さらに研究を重ね、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下の構成を包含する。
項1.チタニアナノ粒子を含有する光触媒であって、前記チタニアナノ粒子は、表面にアシル基が結合しており、且つ、示差熱熱重量同時測定装置によって600℃まで昇温させた場合の200℃以上における重量減少が5重量%以上である、光触媒。
項2.前記アシル基が、-OCOR(式中、Rは水素原子、炭素数1~3のアルキル基、又は炭素数1~2のヒドロキシアルキル基を示す)で表される基でチタン原子と結合している、項1に記載の光触媒。
項3.前記アシル基が、炭素数1~4のモルカルボン酸及び炭素数2~3のヒドロキシカルボン酸よりなる群から選ばれる少なくとも1種の有機酸由来のアシル基である、項1に記載の光触媒。
項4.前記有機酸が酢酸である、項3に記載の光触媒。
項5.前記チタニアナノ粒子の平均粒子径が1~5nmである、項1~4のいずれか1項に記載の光触媒。
項6.前記チタニアナノ粒子の比表面積が150~500m2/gである、項1~5のいずれか1項に記載の光触媒。
項7.前記チタニアナノ粒子がアナターゼ型以外の結晶形を含まない、項1~6のいずれか1項に記載の光触媒。
項8.項1~7のいずれか1項に記載の光触媒の製造方法であって、
(A)チタンを含む物質、有機酸及び水を混合して分散液を得る工程、及び
(B)前記工程(A)で得られた分散液を80℃より高い温度で1時間以上加熱する工程
を備え、且つ、
前記工程(A)において、前記チタンを含む物質と前記有機酸との混合比率は、前記チタンを含む物質中のチタン1モルに対して前記有機酸中のアシル基が1.5モル以上である、製造方法。
項9.前記工程(B)における加熱条件が82℃以上で1.5時間以上である、項8に記載の製造方法。
項10.前記チタンを含む物質がチタンアルコキシド、水酸化チタン又はハロゲン化チタンである、項8又は9に記載の製造方法。
項11.工程(A)において作製される分散液中のN、Cl及びS元素の濃度がいずれも0.01mol/L以下である、項8~10のいずれか1項に記載の製造方法。
項12.工程(A)において作製される分散液中の無機酸の濃度が0.01mol/L以下である、項8~11のいずれか1項に記載の製造方法。
項13.工程(B)において作製される分散液のpHが2以上6未満である、項8~12のいずれか1項に記載の製造方法。
項14.水50質量%以上と、項1~7のいずれか1項に記載の光触媒とを含有する、光触媒分散液。
項15.前記有機酸とは別途有機分散剤を含有しない、項14に記載の光触媒分散液。
In view of the above purpose, as a result of intensive studies, the present inventors have found that the acyl group is bonded to the surface and the weight loss at 200 ° C. or higher when the temperature is raised by a simultaneous differential thermal thermogravimetric measurement device is 5. It has been found that titania nanoparticles with a weight % or more can solve all of the above problems. After further research, the present invention was completed. That is, the present invention includes the following configurations.
Section 1. A photocatalyst containing titania nanoparticles, wherein the titania nanoparticles have an acyl group bonded to the surface, and the weight loss at 200 ° C. or higher when the temperature is raised to 600 ° C. by a simultaneous differential thermogravimetric measurement device is 5% by weight or more, a photocatalyst.
Section 2. The acyl group is bonded to the titanium atom with a group represented by -OCOR (wherein R represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or a hydroxyalkyl group having 1 to 2 carbon atoms) Item 1. The photocatalyst according to item 1.
Item 3. Item 2. The photocatalyst according to item 1, wherein the acyl group is an acyl group derived from at least one organic acid selected from the group consisting of molar carboxylic acids having 1 to 4 carbon atoms and hydroxycarboxylic acids having 2 to 3 carbon atoms.
Section 4. Item 4. The photocatalyst according to Item 3, wherein the organic acid is acetic acid.
Item 5. Item 5. The photocatalyst according to any one of Items 1 to 4, wherein the titania nanoparticles have an average particle size of 1 to 5 nm.
Item 6. Item 6. The photocatalyst according to any one of Items 1 to 5, wherein the titania nanoparticles have a specific surface area of 150 to 500 m 2 /g.
Item 7. Item 7. The photocatalyst according to any one of Items 1 to 6, wherein the titania nanoparticles do not contain crystal forms other than anatase.
Item 8. A method for producing a photocatalyst according to any one of Items 1 to 7,
(A) a step of mixing a substance containing titanium, an organic acid and water to obtain a dispersion; and (B) a step of heating the dispersion obtained in step (A) at a temperature higher than 80°C for 1 hour or more. and
In the step (A), the mixing ratio of the titanium-containing substance and the organic acid is 1.5 mol or more of acyl groups in the organic acid per 1 mol of titanium in the titanium-containing substance. Method.
Item 9. Item 9. The production method according to Item 8, wherein the heating conditions in the step (B) are 82° C. or higher for 1.5 hours or longer.
Item 10. Item 10. The production method according to Item 8 or 9, wherein the substance containing titanium is titanium alkoxide, titanium hydroxide or titanium halide.
Item 11. Item 11. The production method according to any one of Items 8 to 10, wherein the concentrations of N, Cl and S elements in the dispersion prepared in step (A) are all 0.01 mol/L or less.
Item 12. Item 12. The production method according to any one of items 8 to 11, wherein the concentration of the inorganic acid in the dispersion prepared in step (A) is 0.01 mol/L or less.
Item 13. Item 13. The production method according to any one of Items 8 to 12, wherein the pH of the dispersion prepared in step (B) is 2 or more and less than 6.
Item 14. Item 8. A photocatalyst dispersion containing 50% by mass or more of water and the photocatalyst according to any one of Items 1 to 7.
Item 15. Item 15. The photocatalyst dispersion according to Item 14, which does not contain an organic dispersant separately from the organic acid.

本発明によれば、大きいチタニア粒子でも小さいチタニア粒子でも達成できなかった塗布性、光触媒性及び透明性を備えたチタニア微粒子を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain fine titania particles having coatability, photocatalytic properties, and transparency that could not be achieved with either large titania particles or small titania particles.

本明細書において、「含有」は、「含む(comprise)」、「実質的にのみからなる(consist essentially of)」、及び「のみからなる(consist of)」のいずれも包含する概念である。本明細書において、数値範囲をA~Bで表記する場合、A以上B以下を示す。 As used herein, "contain" is a concept that includes both "comprise," "consist essentially of," and "consist of." In this specification, when a numerical range is represented by A to B, it means A or more and B or less.

本明細書において、「酸化チタン」又は「チタニア」とは、二酸化チタン(TiO2)のみを指すものではなく、三酸化二チタン(Ti2O3);一酸化チタン(TiO);Ti4O7、Ti5O9等に代表される二酸化チタンから酸素欠損した組成のもの等も含む。また、末端OH基に代表されるように一部酸化チタンの合成に起因するTi-O-Ti以外の基を含んでいてもよい。さらに、末端OH基に有機酸等が結合したものも含まれる。 As used herein, "titanium oxide" or "titania" refers not only to titanium dioxide ( TiO2 ) , but also to titanium trioxide ( Ti2O3); titanium monoxide ( TiO); 7 , Ti 5 O 9 , etc., which are oxygen-deficient compositions of titanium dioxide. In addition, as typified by terminal OH groups, it may contain groups other than Ti--O--Ti partially derived from the synthesis of titanium oxide. Furthermore, those in which an organic acid or the like is bonded to the terminal OH group are also included.

1.光触媒
本発明の光触媒は、表面にアシル基が結合しており、且つ、示差熱熱重量同時測定装置によって600℃まで昇温させた場合の200℃以上における重量減少が5重量%以上であるチタニアナノ粒子を含有する。
1. Photocatalyst The photocatalyst of the present invention has an acyl group bonded to the surface, and a titania nanotitanium having a weight loss of 5% by weight or more at 200°C or higher when heated to 600°C by a simultaneous differential thermogravimetric measurement device. Contains particles.

通常、水、無機酸、遊離した有機酸等は200℃以下でほとんど揮発する。一方、本発明のチタニアナノ粒子は、表面にアシル基が結合していることから、200~600℃の範囲で徐々に脱離する。例えばアセチル基の場合は、約260℃をピークとして200~600℃の範囲で徐々に脱離する。このように、本発明のチタニアナノ粒子は、表面にアシル基が結合していることから、乾燥又は焼成時にチタニアナノ粒子同士の凝集を抑制できるためクラック、剥がれ等が起こりにくく塗布性及び透明性に特に優れるとともに、クラック、剥がれ等を抑制することができる結果光触媒性にも優れる。なお、通常は、アシル基を有していると光触媒性は低下するのが技術常識であるが、本発明では上記のとおりクラック、剥がれ等の抑制効果が特に優れているためアシル基を有しているにもかかわらず光触媒性も向上させることができる。 Generally, most of water, inorganic acids, free organic acids, etc. volatilize below 200°C. On the other hand, the titania nanoparticles of the present invention, which have acyl groups bonded to their surfaces, gradually desorb in the range of 200 to 600°C. For example, in the case of an acetyl group, it peaks at about 260°C and gradually desorbs in the range of 200 to 600°C. Thus, since the titania nanoparticles of the present invention have acyl groups bonded to their surfaces, the aggregation of the titania nanoparticles during drying or baking can be suppressed, so that cracks, peeling, etc. are difficult to occur, and the coating properties and transparency are particularly improved. In addition to being excellent, cracks, peeling, etc. can be suppressed, resulting in excellent photocatalytic properties. It is common general knowledge that the photocatalytic properties of photocatalysts deteriorate when acyl groups are present. In spite of this, the photocatalytic properties can also be improved.

また、上記チタニアナノ粒子は、表面にアシル基が大量に結合していることが好ましい。表面にアシル基が存在している場合は、上記のとおり200~600℃の範囲で徐々に離脱することから、示差熱熱重量同時測定装置(TG-DTA)によって昇温させた場合に200℃以上での重量原料が大きい。このため、示差熱熱重量同時測定装置(TG-DTA)によって600℃まで昇温させた場合の200℃以上における重量減少が5重量%以上、好ましくは7~20重量%である。この際、示差熱熱重量同時測定装置(TG-DTA)の詳細な条件は、雰囲気:空気、昇温速度:3℃/分である。 In addition, the titania nanoparticles preferably have a large amount of acyl groups bonded to their surfaces. If acyl groups are present on the surface, as mentioned above, they will gradually detach in the range of 200 to 600°C. The weight of the raw material in the above is large. Therefore, the weight loss at 200° C. or higher when heated to 600° C. by a simultaneous differential thermogravimetric analyzer (TG-DTA) is 5% by weight or more, preferably 7 to 20% by weight. At this time, the detailed conditions of the simultaneous differential thermogravimetric analyzer (TG-DTA) are atmosphere: air, heating rate: 3° C./min.

上記チタニアナノ粒子は、上記のとおり表面にアシル基が結合しているものであるが、このアシル基は、-OCOR(式中、Rは水素原子、炭素数1~3のアルキル基、又は炭素数1~2のヒドロキシアルキル基を示す)で表される基でチタン原子と結合していることが好ましい。言い換えれば、このアシル基は、炭素数1~4のモルカルボン酸、炭素数2~3のヒドロキシカルボン酸等の有機酸由来のアシル基であることが好ましい。 As described above, the titania nanoparticles have an acyl group bonded to the surface. The acyl group is -OCOR (wherein R is a hydrogen atom, an alkyl group having 1-2 hydroxyalkyl groups) is preferably bonded to the titanium atom. In other words, this acyl group is preferably an acyl group derived from an organic acid such as a C1-4 molar carboxylic acid or a C2-3 hydroxycarboxylic acid.

上記Rにおいてアルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基等が挙げられ、ヒドロキシアルキル基としては、ヒドロキシメチル基、1-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシエチル基等が挙げられる。つまり、モノカルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸等が挙げられ、ヒドロキシカルボン酸としては、グリコール酸、乳酸等が挙げられる。 Examples of the alkyl group for R include a methyl group, an ethyl group, and an n-propyl group, and examples of a hydroxyalkyl group include a hydroxymethyl group, a 1-hydroxyethyl group, and a 2-hydroxyethyl group. That is, examples of monocarboxylic acids include formic acid, acetic acid, propionic acid, and butyric acid, and examples of hydroxycarboxylic acids include glycolic acid, lactic acid, and the like.

なお、揮発性、有害性及び分解性の観点から、Rとしては水素原子又はメチル基、ヒドロキシメチル基、1-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシエチル基等が好ましく、水溶性及び臭気の観点からメチル基が好ましい。つまり、揮発性、有害性及び分解性の観点から、モノカルボン酸としてはギ酸、酢酸等が好ましく、ヒドロキシカルボン酸としてはグリコール酸、乳酸等が好ましい。また、水溶性及び臭気の観点から酢酸が特に好ましい。これらの有機酸は単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。 From the viewpoint of volatility, toxicity and decomposability, R is preferably a hydrogen atom or a methyl group, hydroxymethyl group, 1-hydroxyethyl group, 2-hydroxyethyl group, etc. From the viewpoint of water solubility and odor, methyl groups are preferred. That is, from the viewpoint of volatility, toxicity and decomposability, preferred monocarboxylic acids are formic acid and acetic acid, and preferred hydroxycarboxylic acids are glycolic acid and lactic acid. Acetic acid is particularly preferred from the viewpoint of water solubility and odor. These organic acids can be used alone or in combination of two or more.

上記チタニアナノ粒子の平均粒子径は、1~5nmが好ましく、2~4nmがより好ましい。チタニアナノ粒子の平均粒子径をこの範囲とすることにより、光触媒性が高く、且つ透明性の高い膜が形成できる。また、通常平均粒子径が小さい場合、加熱時の収縮が大きいため、クラックや基板からの剥離が起こりやすいが、本発明のチタニアナノ粒子は平均粒子径が小さいにも関わらず塗布性に優れる材料である。本発明のチタニアナノ粒子の平均粒子径は、電子顕微鏡(TEM)観察により測定する。 The average particle size of the titania nanoparticles is preferably 1 to 5 nm, more preferably 2 to 4 nm. By setting the average particle size of the titania nanoparticles within this range, a film having high photocatalytic properties and high transparency can be formed. In general, when the average particle size is small, the shrinkage during heating is large, so cracks and peeling from the substrate are likely to occur, but the titania nanoparticles of the present invention are materials with excellent coatability despite the small average particle size. be. The average particle size of the titania nanoparticles of the present invention is measured by electron microscope (TEM) observation.

上記チタニアナノ粒子の比表面積は、150~500m2/gが好ましく、200~400m2/gがより好ましい。チタニアナノ粒子の比表面積をこの範囲とすることにより、光触媒性が高くできる。上記チタニアナノ粒子の比表面積はBET法により測定する。 The specific surface area of the titania nanoparticles is preferably 150-500 m 2 /g, more preferably 200-400 m 2 / g. By setting the specific surface area of the titania nanoparticles within this range, the photocatalytic properties can be enhanced. The specific surface area of the titania nanoparticles is measured by the BET method.

また、上記チタニアナノ粒子は、N、Cl及びS元素の濃度をいずれも0~5000ppm、特に0~1000ppmとすることができる。チタニアナノ粒子のN、Cl及びS元素の濃度をこの範囲とすることにより、基材の腐食などを抑えることができる。なお、この条件は、TiCl4、TiOSO4等の酸性チタニア前駆体由来の不純物が存在しないか、又はごく少量であることを意味している。上記チタニアナノ粒子のN、Cl及びS元素の濃度はWDX(蛍光X線)により測定する。 In addition, the titania nanoparticles can have concentrations of N, Cl and S elements of 0 to 5000 ppm, particularly 0 to 1000 ppm. By setting the concentrations of the N, Cl and S elements in the titania nanoparticles within this range, corrosion of the substrate can be suppressed. This condition means that impurities derived from acidic titania precursors such as TiCl 4 and TiOSO 4 do not exist or are very small. The concentrations of N, Cl and S elements in the titania nanoparticles are measured by WDX (X-ray fluorescence).

さらに、上記チタニアナノ粒子の結晶形は、アナターゼ型が好ましい。アナターゼ型を採用することにより、光触媒性を特に向上させることができる。また、同様の理由から、アナターゼ型以外の結晶形は存在せず、アナターゼ型100%であることが好ましい。 Furthermore, the crystal form of the titania nanoparticles is preferably the anatase type. By adopting an anatase type, the photocatalytic properties can be particularly improved. Further, for the same reason, it is preferred that there are no crystal forms other than the anatase form, and that the anatase form is 100%.

このようなチタニアナノ粒子は、平均粒子径及び比表面積を調整することができ、また、分散性に優れるため透明性及び塗布性に優れるものである。また、上記チタニアナノ粒子は、光触媒性にも優れている。このため、上記チタニアナノ粒子は、光触媒として有用である。 Such titania nanoparticles can be adjusted in average particle diameter and specific surface area, and are excellent in transparency and coatability due to their excellent dispersibility. The titania nanoparticles are also excellent in photocatalytic properties. Therefore, the titania nanoparticles are useful as photocatalysts.

2.光触媒の製造方法
本発明の光触媒は、
(A)チタンを含む物質、有機酸及び水を混合して分散液を得る工程、及び
(B)前記工程(A)で得られた分散液を80℃より高い温度で1時間以上加熱する工程
を備え、且つ、
前記工程(A)において、前記チタンを含む物質と前記有機酸との混合比率は、前記チタンを含む物質中のチタン1モルに対して前記有機酸中のアシル基が1.5モル以上である方法により得られる。
2. Method for producing a photocatalyst The photocatalyst of the present invention is
(A) a step of mixing a substance containing titanium, an organic acid and water to obtain a dispersion; and (B) a step of heating the dispersion obtained in step (A) at a temperature higher than 80°C for 1 hour or more. and
In the step (A), the mixing ratio of the titanium-containing substance and the organic acid is 1.5 mol or more of the acyl group in the organic acid per 1 mol of titanium in the titanium-containing substance. can get.

(2-1)工程(A)
工程(A)では、特定量のチタンを含む物質、特定量の有機酸及び水を混合して分散液を得る。
(2-1) Step (A)
In step (A), a specific amount of a substance containing titanium, a specific amount of organic acid and water are mixed to obtain a dispersion.

使用するチタンを含む物質としては、加熱により酸化チタンとなる物質であれば特に制限はない。つまり、チタンを含む物質としては、酸化チタン及び/又は酸化チタン前駆体が好ましく、具体的には、酸化チタン;水酸化チタン;チタンアルコキシド;三塩化チタン、四塩化チタン等のハロゲン化チタン(特に塩基で中和したもの);金属チタン等が挙げられる。これらのチタンを含む物質は単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。これらのなかでも、得られるチタニアの分散性、塗布性及び光触媒性の観点から、チタンアルコキシド、水酸化チタン又はハロゲン化チタン(特に塩基で中和したもの)が好ましく、特に純度、分散性、塗布性及び光触媒性の観点からチタンアルコキシドがより好ましい。 The substance containing titanium to be used is not particularly limited as long as it is a substance that becomes titanium oxide when heated. That is, the substance containing titanium is preferably titanium oxide and/or a titanium oxide precursor, and specific examples include titanium oxide; titanium hydroxide; titanium alkoxide; titanium halides such as titanium trichloride and titanium tetrachloride (particularly neutralized with a base); metal titanium and the like. These titanium-containing substances can be used alone, or two or more of them can be used in combination. Among these, titanium alkoxide, titanium hydroxide or titanium halide (especially those neutralized with a base) are preferable from the viewpoint of the dispersibility, coatability and photocatalytic properties of the resulting titania, and in particular purity, dispersibility and coatability. Titanium alkoxide is more preferable from the viewpoint of properties and photocatalytic properties.

チタンアルコキシドとしては、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラn-ブトキシド、チタンテトラn-プロポキシド、チタンテトラエトキシド等が挙げられ、コスト、副生成物の水溶性、塗布性及び光触媒性の観点から、チタンテトライソプロポキシドが好ましい。 Titanium alkoxides include titanium tetraisopropoxide, titanium tetra-n-butoxide, titanium tetra-n-propoxide, titanium tetraethoxide and the like, and from the viewpoints of cost, water solubility of by-products, coating properties and photocatalytic properties, , and titanium tetraisopropoxide are preferred.

なお、チタンアルコキシドと有機酸との組合せによっては、得られるチタニアを触媒として水に溶けにくいエステル化合物が遊離することがあるが、チタニア自身には問題はない(例えば、チタンテトラn-ブトキシドと酢酸の組合せにおいて、混合し加熱した段階で酢酸ブチルが生じ遊離する)が、均一な分散液を得る観点からは、水溶性に優れる有機酸アルコキシドが得られる有機酸とチタンアルコキシドとの組合せを採用することが好ましい。 Depending on the combination of titanium alkoxide and organic acid, the resulting titania may be used as a catalyst to liberate an ester compound that is not soluble in water. However, from the viewpoint of obtaining a uniform dispersion liquid, a combination of an organic acid and a titanium alkoxide that yields an organic acid alkoxide with excellent water solubility is adopted. is preferred.

ハロゲン化チタン(四塩化チタン、三塩化チタン等)については、不純物(ハロゲン)、量産時の反応器の腐食、結晶性制御、塗布性及び光触媒性の観点から、塩基で中和し、沈殿物の洗浄を行ってから用いることが好ましい。その場合、得られるチタニアの分散性の観点から、乾燥を行わずに用いることが好ましい。 Titanium halides (titanium tetrachloride, titanium trichloride, etc.) should be neutralized with a base and precipitated from the viewpoint of impurities (halogen), corrosion of reactors during mass production, crystallinity control, coatability and photocatalytic properties. It is preferable to use it after washing. In that case, from the viewpoint of the dispersibility of the resulting titania, it is preferable to use it without drying.

なお、酸化チタン、金属チタン等の固体を用いる場合は、平均粒子径は100nm以下が好ましく、50nm以下がより好ましい。下限値は特に設定されないが、通常1nm程度である。なお、粒径が大きい場合は遊星ボールミル、ペイントシェーカー等を用いて乾式又は湿式で粉砕して用いることもできる。酸化チタン、金属チタン等の固体の平均粒子径は、電子顕微鏡(SEM又はTEM)観察等により測定する。 When a solid such as titanium oxide or metallic titanium is used, the average particle size is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less. Although the lower limit is not particularly set, it is usually about 1 nm. In addition, when the particle size is large, it can be pulverized in a dry or wet manner using a planetary ball mill, a paint shaker, or the like. The average particle size of solids such as titanium oxide and metallic titanium is measured by electron microscope (SEM or TEM) observation or the like.

分散液中のチタンを含む物質の濃度は、生産性、反応液の粘度、塗布性及び光触媒性の観点から、0.01~5mol/Lが好ましく、0.05~3mol/Lがより好ましい。 The concentration of the titanium-containing substance in the dispersion is preferably 0.01 to 5 mol/L, more preferably 0.05 to 3 mol/L, from the viewpoints of productivity, reaction liquid viscosity, coatability and photocatalytic properties.

反応に使用する酸は、有機酸であり、揮発性のある酸が好ましいことから化学式CnH2n+1COOH(n= 0~3)で示されるモノカルボン酸、炭素数2~3のヒドロキシカルボン酸等が挙げられる。 The acid used in the reaction is an organic acid, preferably a volatile acid . Carboxylic acid etc. are mentioned.

揮発性、有害性及び分解性の観点から、モノカルボン酸としてはn= 0のギ酸及びn= 1の酢酸が好ましく、ヒドロキシカルボン酸としてはグリコール酸、乳酸等が好ましく、水溶性及び臭気の観点から酢酸が特に好ましい。これらの有機酸は単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。 From the viewpoint of volatility, toxicity and decomposability, preferred monocarboxylic acids are formic acid with n = 0 and acetic acid with n = 1, and preferred hydroxycarboxylic acids are glycolic acid, lactic acid, etc., and from the viewpoint of water solubility and odor. acetic acid is particularly preferred. These organic acids can be used alone or in combination of two or more.

有機酸の使用量は、分散性、塗布性、光触媒性及びコストの観点から、チタンを含む物質中のチタン1モルに対して、COOH基を1.5モル以上、好ましくは2モル含むように調整することが好ましい。有機酸を多く用いるほど経時安定性、塗布性等が向上する。なお、上限値は特に制限されないが、チタンを含む物質中のチタン1モルに対して通常10モルである。 From the viewpoint of dispersibility, coating properties, photocatalytic properties, and cost, the amount of organic acid used is adjusted so that 1.5 mol or more, preferably 2 mol, of COOH groups are contained per 1 mol of titanium in the substance containing titanium. is preferred. The more the organic acid is used, the more the stability over time and the applicability are improved. Although the upper limit is not particularly limited, it is usually 10 mol per 1 mol of titanium in the substance containing titanium.

分散液中の有機酸の濃度は、分散性、塗布性、光触媒性及びコストの観点から、0.02~10mol/Lが好ましく、0.1~7mol/Lがより好ましい。 The concentration of the organic acid in the dispersion is preferably 0.02 to 10 mol/L, more preferably 0.1 to 7 mol/L, from the viewpoints of dispersibility, coatability, photocatalytic properties and cost.

反応溶媒としては、水等の水性溶媒を主成分(具体的には、例えば50質量%以上)として用いることが好ましいが、反応時にアルコール又はエステルを含んでいてもよい。 As the reaction solvent, it is preferable to use an aqueous solvent such as water as a main component (specifically, for example, 50% by mass or more), but alcohol or ester may be included during the reaction.

例えばチタンテトライソプロポキシドを原料として用いた場合、有機酸との反応によりイソプロパノールが生じる。また、加熱により有機酸のイソプロピルエステルが生じることもある。つまり、工程(A)により得られる分散液中には、アルコール又はエステルを投入してもよいし、系中で発生していてもよい。このアルコール又はエステルについては、100℃以下の開放系における加熱により除去してもよいし、減圧により除去してもよいし,反応液中に残留していてもよい。 For example, when titanium tetraisopropoxide is used as a raw material, isopropanol is produced by reaction with an organic acid. Heating may also produce isopropyl esters of organic acids. In other words, the alcohol or ester may be introduced into the dispersion liquid obtained in step (A), or may be generated in the system. This alcohol or ester may be removed by heating in an open system at 100° C. or less, may be removed by reduced pressure, or may remain in the reaction solution.

なお、分散液中にアルコールが含まれる場合には、得られるチタニアナノ粒子の平均粒子径が小さくなる傾向にあり、平均粒子径を制御するために、意図的にアルコールを添加してもよい。 When alcohol is contained in the dispersion liquid, the average particle size of the obtained titania nanoparticles tends to be small, and alcohol may be intentionally added in order to control the average particle size.

本発明においては、通常チタニアナノ粒子の水熱合成反応に用いることが多い硝酸、塩酸、硫酸等の無機酸(特に無機強酸)は、得られるチタニアナノ粒子の結晶形がアナターゼ型の他にブルッカイト型も混在するだけでなく、得られる分散液の貯蔵安定性にも劣り、装置の腐食、不純物、排水等の観点からも原則用いない。ただし、原料の分散性、均一性等を高め取扱いを容易にする場合には、効果を損なわない範囲で、例えば、0.01mol/L以下の範囲で補助的に使用することもできる。この場合、分散液中のN、Cl及びS元素の濃度がいずれも0.01mol/L以下となる。 In the present invention, inorganic acids (especially strong inorganic acids) such as nitric acid, hydrochloric acid, and sulfuric acid, which are often used in the hydrothermal synthesis reaction of titania nanoparticles, are used to obtain titania nanoparticles in the crystal form of anatase and brookite. Not only is it mixed, but the storage stability of the obtained dispersion is inferior, and it is not used in principle from the viewpoint of corrosion of equipment, impurities, waste water, and the like. However, in the case of improving the dispersibility, uniformity, etc. of the raw material and facilitating handling, it can be used supplementarily within a range that does not impair the effect, for example, in the range of 0.01 mol/L or less. In this case, the concentrations of N, Cl and S elements in the dispersion are all 0.01 mol/L or less.

このような工程(A)で得られる分散液のpHは、装置の腐食や取扱いの安全性、及び分散性の観点から、2以上6未満が好ましく、2.1~5がより好ましい。 The pH of the dispersion obtained in the step (A) is preferably 2 or more and less than 6, more preferably 2.1 to 5, from the viewpoints of equipment corrosion, handling safety, and dispersibility.

工程(A)において、分散液の作製方法は特に制限はなく、チタンを含む物質、有機酸及び水(溶媒)を同時に混合してもよいし、逐次混合してもよい。特に、凝集して大きな塊を形成しにくく攪拌を継続できる観点から、有機酸及び水(溶媒)を混合した後に、攪拌しながらチタンを含む物質を投入することが好ましい。 In step (A), the method for preparing the dispersion is not particularly limited, and the substance containing titanium, the organic acid and water (solvent) may be mixed simultaneously or sequentially. In particular, it is preferable to mix the organic acid and water (solvent) and then add the substance containing titanium while stirring, from the viewpoint of preventing the formation of large lumps due to agglomeration and allowing the stirring to be continued.

(2-2)工程(B)
工程(B)においては、工程(A)で得られた分散液を80℃より高い温度で1時間以上加熱する。
(2-2) Process (B)
In step (B), the dispersion obtained in step (A) is heated at a temperature higher than 80°C for 1 hour or more.

工程(B)は、常圧下に行ってもよいし、密閉容器内で加圧下に行ってもよい。チタニアナノ粒子の平均粒子径を小さくする観点から、常圧下に行うことが好ましく、具体的には0.09~0.11MPaが好ましい。なお、加圧下に行う場合は、光触媒性が高く、且つ透明性の高い膜が形成できる観点からは、0.2MPa以下(0.11~0.2MPa)において短時間(例えば5~30分程度)の反応を行うことが好ましい。 Step (B) may be carried out under normal pressure, or may be carried out under pressure in a closed vessel. From the viewpoint of reducing the average particle size of titania nanoparticles, it is preferable to carry out under normal pressure, specifically 0.09 to 0.11 MPa. In addition, when performing under pressure, from the viewpoint of forming a film with high photocatalytic properties and high transparency, the reaction is performed for a short time (for example, about 5 to 30 minutes) at 0.2 MPa or less (0.11 to 0.2 MPa). preferably.

加熱の際には、チタンを含む物質と有機酸と水を十分に反応する観点から、撹拌することが好ましい。攪拌の方法は特に制限はなく、常法に従うことができる。また、攪拌時間は、チタンを含む物質と有機酸と水を十分に反応する観点から、1時間以上が好ましく、1.5時間以上がより好ましい。攪拌時間の上限値は特に制限されないが、通常240時間である。 During heating, stirring is preferred from the viewpoint of sufficiently reacting the substance containing titanium, the organic acid, and water. The stirring method is not particularly limited, and a conventional method can be used. The stirring time is preferably 1 hour or longer, more preferably 1.5 hours or longer, from the viewpoint of sufficiently reacting the substance containing titanium, the organic acid and water. Although the upper limit of the stirring time is not particularly limited, it is usually 240 hours.

加熱温度は、80℃より高い温度、好ましくは82℃以上である。加熱温度が80℃以下では、クラックが発生しやすく、塗布性に劣りすぐに脱落することから塗膜を形成することが困難となる。なお、加熱温度の上限値は特に制限はないが、常圧で反応する場合は通常120℃である。 The heating temperature is higher than 80°C, preferably 82°C or higher. If the heating temperature is 80° C. or lower, cracks are likely to occur, and the coatability is poor and the coating is easily peeled off, making it difficult to form a coating film. Although the upper limit of the heating temperature is not particularly limited, it is usually 120°C when the reaction is carried out under normal pressure.

このような工程(B)で得られる分散液のpHは、装置の腐食や取扱いの安全性、及び分散性の観点から、2以上6未満が好ましく、2.1~5がより好ましい。 The pH of the dispersion obtained in the step (B) is preferably 2 or more and less than 6, more preferably 2.1 to 5, from the viewpoints of equipment corrosion, handling safety, and dispersibility.

この後、常法により、チタニアナノ粒子を沈殿及び遠心分離すること等により、本発明の光触媒を回収することができる。つまり、大量のアシル基が表面に結合したチタニアナノ粒子を含有する光触媒を得ることができる。 Thereafter, the photocatalyst of the present invention can be recovered by precipitating and centrifuging the titania nanoparticles by a conventional method. That is, it is possible to obtain a photocatalyst containing titania nanoparticles with a large amount of acyl groups attached to the surface.

3.光触媒分散液
本発明の光触媒分散液は、上記工程(A)~(B)を経た反応液を用い、超音波分散等の分散工程を加えることにより、さらに均一な分散液を作製できる。この時、従来のチタニア分散液においては分散剤を使用しなければ均一な分散液を得ることができなかったことから、本発明においても、分散剤を加えてもよいが、分散剤を加えなくても通常のチタニアナノ粒子より遥かに分散性のよい分散液が得られる。分散性がよい結果、コーティングの耐クラック性にも優れる。また、分散剤を加えなくてもよい結果、緻密なチタニアのコーティングが可能になる。
3. Photocatalyst Dispersion The photocatalyst dispersion of the present invention can be made more uniform by using the reaction solution that has undergone the above steps (A) and (B) and adding a dispersion step such as ultrasonic dispersion. At this time, in the conventional titania dispersion, a uniform dispersion could not be obtained without the use of a dispersant. Even with this, a dispersion with much better dispersibility than ordinary titania nanoparticles can be obtained. Good dispersibility results in excellent crack resistance of the coating. In addition, as a result of not having to add a dispersant, a dense coating of titania becomes possible.

この際、本発明の光触媒分散液においては、本発明の光触媒分散液の総量を100質量%として、溶媒である水の含有量をコーティングの容易さ、及びコーティングの膜性の観点から、50質量%以上、特に60質量%以上とすることが好ましい。 At this time, in the photocatalyst dispersion of the present invention, the total amount of the photocatalyst dispersion of the present invention is 100% by mass, and the content of water as a solvent is 50% by mass from the viewpoint of ease of coating and film properties of coating. % or more, particularly preferably 60 mass % or more.

また、本発明の光触媒を反応液から取り出し、溶媒を変更することも可能である。反応液から遠心分離やろ過膜等により水分を除去し、有機溶媒に置換してもよい。その際は本発明の光触媒を乾燥させないことが、分散性、透明性等の観点から好ましい。 It is also possible to remove the photocatalyst of the present invention from the reaction solution and change the solvent. Moisture may be removed from the reaction solution by centrifugation, a filtration membrane, or the like, and replaced with an organic solvent. In that case, it is preferable not to dry the photocatalyst of the present invention from the viewpoint of dispersibility, transparency, and the like.

分散液に使用する有機溶媒としては、アルコール等が挙げられる。このアルコールとしては、メタノール、エタノール、イソプロパノール等の炭素数1~6の脂肪族アルコールの他、α-テルピネオール等の非脂肪族アルコール;ブチルカルビトール(ジエチレングリコールモノブチルエーテル)、ヘキシレングリコール(2-メチル-2,4-ペンタンジオール)、エチレングリコール-2-エチルヘキシルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコール系溶媒;1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール等のジオール等が挙げられる。 An alcohol etc. are mentioned as an organic solvent used for a dispersion liquid. Alcohols include aliphatic alcohols having 1 to 6 carbon atoms such as methanol, ethanol and isopropanol, non-aliphatic alcohols such as α-terpineol; butyl carbitol (diethylene glycol monobutyl ether), hexylene glycol (2-methyl -2,4-pentanediol), ethylene glycol-2-ethylhexyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, and other glycol-based solvents; diols such as hexanediol;

また、OH基を有さなくても、チタニア及び他の溶媒(水、アルコール等)との親和性があればよく、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジアセテート、トリエチレングリコールジアセテート、テトラエチレングリコールジアセテート等が挙げられる。なかでも、沸点等の観点から、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、テトラエチレングリコールジメチルエーテル等が好ましい。 In addition, even if it does not have an OH group, it is sufficient if it has affinity with titania and other solvents (water, alcohol, etc.). triethylene glycol butyl methyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol diacetate, triethylene glycol diacetate, tetraethylene glycol diacetate and the like. Among them, diethylene glycol monobutyl ether acetate, tetraethylene glycol dimethyl ether, and the like are preferable from the viewpoint of boiling point and the like.

本発明の光触媒分散液は、用途に応じて粘度を調整し、例えば、スピンコート、ディップコート、スプレー等に用いる場合は低粘度、刷毛塗り、スキージ法等に用いる場合はそれより粘度を高く調整し、スクリーン印刷に用いる場合は、さらに粘度を高く調製し、流動性を抑制することが好ましい。このようにして得られる本発明の塗膜は、上記のとおり緻密なコーティングである。 The viscosity of the photocatalyst dispersion of the present invention is adjusted according to the application. For example, when used for spin coating, dip coating, spraying, etc., the viscosity is low. However, when used for screen printing, it is preferable to further increase the viscosity and suppress the fluidity. The coating film of the present invention thus obtained is a dense coating as described above.

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらのみに限定されるものではない。 The present invention will be specifically described based on Examples, but the present invention is not limited to these.

[実施例1]
チタンテトライソプロポキシド142.1g(0.5mol)に酢酸120g(2mol)を加え60分撹拌し、水を538g加えた。この分散液は、チタンテトライソプロポキシドの濃度は0.625mol/L、酢酸の濃度は2.5mol/L、pHは2.2であった。半透明の沈殿が大量に発生したが、60分間撹拌した後に加熱を行ったところ70℃で沈殿がすべて溶解した。なお、この分散液において、無機酸の濃度、N、Cl及びS元素の濃度はいずれも0mol/Lである。
[Example 1]
120 g (2 mol) of acetic acid was added to 142.1 g (0.5 mol) of titanium tetraisopropoxide, stirred for 60 minutes, and 538 g of water was added. This dispersion had a titanium tetraisopropoxide concentration of 0.625 mol/L, an acetic acid concentration of 2.5 mol/L, and a pH of 2.2. A large amount of translucent precipitate was generated, but when the mixture was stirred for 60 minutes and then heated, the precipitate was completely dissolved at 70°C. In this dispersion liquid, the concentration of the inorganic acid and the concentrations of the N, Cl and S elements are all 0 mol/L.

その後、常圧(0.1MPa)で85℃で3時間撹拌したところ、有機分散剤を使うことなく半透明の均一なチタニア分散液が得られた。この分散液に超音波分散を加えたところ、粘度が低減され、透明性が増した。この分散液は水の含有量が67質量%でありpHは2.3であった。この分散液をスピンコートによりガラスに塗布し、乾燥したところ、透明な塗膜が得られた。 After that, when the mixture was stirred at 85°C under normal pressure (0.1 MPa) for 3 hours, a translucent uniform titania dispersion was obtained without using an organic dispersant. Adding ultrasonic dispersion to this dispersion reduced the viscosity and increased the transparency. This dispersion had a water content of 67 mass % and a pH of 2.3. When this dispersion was applied to glass by spin coating and dried, a transparent coating film was obtained.

この分散液を乾燥し、チタニアナノ粒子を得た。このチタニアナノ粒子について、BET比表面積を測定したところ250m2/gであった。また、TEM観察を行ったところ、平均粒子径は約3nmであった。また得られたチタニアナノ粒子について、X線回折で結晶性を解析したところ、アナターゼ型100%であった(他の結晶形は存在しなかった)。 This dispersion was dried to obtain titania nanoparticles. The BET specific surface area of the titania nanoparticles was measured to be 250 m 2 /g. Further, TEM observation revealed that the average particle size was about 3 nm. Further, when the crystallinity of the obtained titania nanoparticles was analyzed by X-ray diffraction, it was found to be 100% anatase type (no other crystal forms were present).

この分散液を、水分計を用いて200℃で保持し重量減少がなくなるまで乾燥したチタニアナノ粒子のTG-DTAを、空気雰囲気下3℃/minの昇温条件で600℃まで昇温させて測定したところ、200℃以上での重量減少は10%であった。この200℃以上での重量減少は、有機酸である酢酸が脱離することによる重量減少に相当する。遊離した酢酸は200℃以下でほとんど揮発することから、200℃以上における重量減少が10%あることが、本発明のチタニアナノ粒子表面にアシル基である大量のアセチル基が-OCOCH3の形でチタン原子と結合していることを示唆している。 This dispersion was held at 200°C using a moisture meter, and the TG-DTA of the titania nanoparticles was dried until the weight loss disappeared. As a result, the weight loss at 200°C or higher was 10%. This weight loss at 200° C. or higher corresponds to weight loss due to elimination of acetic acid, which is an organic acid. Since most of the liberated acetic acid evaporates below 200°C, the fact that the weight loss above 200°C is 10% indicates that a large amount of acetyl groups, which are acyl groups, are present on the surface of the titania nanoparticles of the present invention in the form of —OCOCH 3 . suggesting that they are bonded to atoms.

次に、この分散液を厚さ1mmのガラスに塗布(スピンコート)した基板を120℃で乾燥し、587.6nm(d線:メチレンブルーの吸収ピークに近い波長)の透過率を紫外・可視分光測定装置(島津製作所 UV3400)により測定したところ90.9であった。メチレンブルー1mmol/Lの溶液を基板に滴下し、10分後余分な液を除去した。浸漬後の587.6nmの透過率を紫外・可視分光測定装置により測定したところ74.9%であった。その後、ブラックライトによるピーク波長352nm紫外光の照射を行ったところ、5時間で色が消失し、透過率が色素浸漬前の91.2%に回復した。 Next, the dispersion was applied (spin-coated) onto a 1 mm-thick glass substrate, dried at 120°C, and the transmittance at 587.6 nm (d-line: a wavelength close to the absorption peak of methylene blue) was measured by ultraviolet/visible spectroscopy. It was 90.9 when measured by a device (Shimadzu Corporation UV3400). A 1 mmol/L solution of methylene blue was dropped onto the substrate, and excess liquid was removed after 10 minutes. The transmittance at 587.6 nm after immersion was measured with an ultraviolet/visible spectrophotometer and found to be 74.9%. After that, when UV light with a peak wavelength of 352 nm was irradiated with a black light, the color disappeared in 5 hours, and the transmittance recovered to 91.2% before the dye immersion.

[比較例1]
チタンテトライソプロポキシド142.1g(0.5mol)に酢酸を30g(0.5mol)加え15分撹拌し、水を625g加えた。この分散液は、チタンテトライソプロポキシドの濃度は0.625mol/L、酢酸の濃度は0.625mol/L、pHは2.9であった。半透明の沈殿が大量に発生したが、65%硝酸を4ml加え、60分間撹拌しながら加熱を行ったところ50℃で沈殿がすべて溶解した。なお、この分散液において、無機酸の濃度は0.05mol/L、Nの濃度は0.05mol/L、Cl及びS元素の濃度はいずれも0mol/Lである。
[Comparative Example 1]
30 g (0.5 mol) of acetic acid was added to 142.1 g (0.5 mol) of titanium tetraisopropoxide, stirred for 15 minutes, and 625 g of water was added. This dispersion had a titanium tetraisopropoxide concentration of 0.625 mol/L, an acetic acid concentration of 0.625 mol/L, and a pH of 2.9. A large amount of translucent precipitate was generated, but when 4 ml of 65% nitric acid was added and heated with stirring for 60 minutes, all the precipitate was dissolved at 50°C. In this dispersion, the inorganic acid concentration is 0.05 mol/L, the N concentration is 0.05 mol/L, and the Cl and S element concentrations are both 0 mol/L.

その後、常圧(0.1MPa)で80℃で5時間撹拌した液に水を加え、合計800gに調製した後、超音波をかけたところ、半透明の均一なチタニア分散液が得られた。この分散液は水の含有量が62.5質量%以上でありpHは0.7であった。 After that, water was added to the liquid which was stirred at 80° C. for 5 hours under normal pressure (0.1 MPa) to prepare a total of 800 g, and then ultrasonic waves were applied to obtain a translucent uniform titania dispersion liquid. This dispersion had a water content of 62.5% by mass or more and a pH of 0.7.

この分散液を乾燥し、チタニアナノ粒子を得た。このチタニアナノ粒子について、BET比表面積を測定したところ280m2/gであった。また、TEM観察を行ったところ、平均粒子径は約3nmであった。また得られたチタニアナノ粒子について、X線回折で結晶性を解析したところ、ほとんどアナターゼ型であったが、ブルッカイト型も少量混在していた。この分散液をガラス基板に塗布し、乾燥したところ、実施例1と同等の比表面積と粒径であるにも関わらず、塗膜にクラックが生じ、ガラスから脱落した。 This dispersion was dried to obtain titania nanoparticles. The BET specific surface area of the titania nanoparticles was measured to be 280 m 2 /g. Further, TEM observation revealed that the average particle size was about 3 nm. Further, when the crystallinity of the obtained titania nanoparticles was analyzed by X-ray diffraction, they were mostly anatase type, but a small amount of brookite type was mixed. When this dispersion was applied to a glass substrate and dried, the coating film cracked and fell off from the glass, although the specific surface area and particle size were the same as in Example 1.

[比較例2]
pH0.7の硝酸水溶液650gを撹拌しながら、チタンテトライソプロポキシド142.1g(0.5mol)を加えた。この分散液は、チタンテトライソプロポキシドの濃度は0.625mol/L、pHは1.0であった。なお、この分散液において、無機酸の濃度は0.25mol/L、Cl及びS元素の濃度はいずれも0mol/Lである。
[Comparative Example 2]
142.1 g (0.5 mol) of titanium tetraisopropoxide was added while stirring 650 g of an aqueous nitric acid solution having a pH of 0.7. This dispersion had a titanium tetraisopropoxide concentration of 0.625 mol/L and a pH of 1.0. In this dispersion liquid, the inorganic acid concentration is 0.25 mol/L, and the Cl and S element concentrations are both 0 mol/L.

この分散液を1時間撹拌したのち、常圧(0.1MPa)で80℃に昇温して8時間保持し、半透明のチタニア分散液を合成した。最終重量は800gに調整した。この分散液は水の含有量が80質量%でありpHは1.0であった。 After stirring this dispersion for 1 hour, the temperature was raised to 80° C. under normal pressure (0.1 MPa) and maintained for 8 hours to synthesize a translucent titania dispersion. The final weight was adjusted to 800g. This dispersion had a water content of 80% by mass and a pH of 1.0.

この分散液を乾燥し、チタニアナノ粒子を得た。このチタニアナノ粒子について、BET比表面積を測定したところ220m2/gであった。また、TEM観察を行ったところ、平均粒子径は約3nmであった。また得られたチタニアナノ粒子について、X線回折で結晶性を解析したところ、ほとんどアナターゼ型であったが、ブルッカイト型も少量混在していた。この分散液をガラス基板に塗布し、乾燥したところ、塗膜にクラックが生じ、ガラスから剥離及び脱落した。 This dispersion was dried to obtain titania nanoparticles. The BET specific surface area of the titania nanoparticles was measured to be 220 m 2 /g. Further, TEM observation revealed that the average particle size was about 3 nm. Further, when the crystallinity of the obtained titania nanoparticles was analyzed by X-ray diffraction, they were mostly anatase type, but a small amount of brookite type was mixed. When this dispersion was applied to a glass substrate and dried, the coating film cracked and peeled off from the glass.

また、原料のチタニア分散液を7日後に観察したところ、沈殿が発生し、ゲル化が進行して高粘度化しており貯蔵安定性にも難があった。 In addition, when the raw material titania dispersion was observed after 7 days, precipitation occurred, gelation progressed, and the viscosity increased, and storage stability was also difficult.

[比較例3]
チタニアナノ粒子ST-01(石原産業(株)製、比表面積300m2/g、比表面積から計算した平均粒子径5nm)10gに酢酸30gと水160gを加え、超音波分散を行ったが、均一な溶液が得られなかった。
[Comparative Example 3]
30 g of acetic acid and 160 g of water were added to 10 g of titania nanoparticles ST-01 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd., specific surface area: 300 m 2 /g, average particle size calculated from the specific surface area: 5 nm), and ultrasonic dispersion was performed. No solution was obtained.

この分散液をガラス基板上に塗布したが、チタニア膜が完全に不透明であった。 When this dispersion was applied onto a glass substrate, the titania film was completely opaque.

[比較例4]
チタニアナノ粒子ST-01(石原産業(株)製、比表面積300m2/g、比表面積から計算した平均粒子径5nm)10gに酢酸30gと水160gを加え,80℃で3時間撹拌した後、超音波分散を行ったが、均一な溶液が得られなかった。
[Comparative Example 4]
30 g of acetic acid and 160 g of water were added to 10 g of titania nanoparticles ST-01 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd., specific surface area: 300 m 2 /g, average particle size calculated from the specific surface area: 5 nm). Sonication was performed, but a homogeneous solution was not obtained.

この分散液をガラス基板上に塗布したが、チタニア膜が完全に不透明であった。 When this dispersion was applied onto a glass substrate, the titania film was completely opaque.

[比較例5]
チタニアナノ粒子=25(日本アエロジル(株)製、比表面積50m2/g、比表面積から計算した平均粒子径5nm)10gに酢酸30gと水160gを加え、超音波分散を行ったところ、均一な溶液が得られなかった。
[Comparative Example 5]
30 g of acetic acid and 160 g of water were added to 10 g of titania nanoparticles = 25 (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., specific surface area: 50 m 2 /g, average particle size calculated from the specific surface area: 5 nm), and ultrasonic dispersion was performed. was not obtained.

次に、この分散液を厚さ1mmのガラスに塗布(スピンコート)した基板を120℃で乾燥し、587.6nm(d線:メチレンブルーの吸収ピークに近い波長)の透過率を紫外・可視分光測定装置(島津製作所 UV3400)により測定したところ91.3%であった。この分散液を厚さ1mmのガラスにスピンコートしたところ、白濁しているが目視では均一で半透明の塗膜が得られた。次に、この塗膜を120℃で乾燥し、メチレンブルー1mmol/Lの溶液を基板に滴下し、10分後余分な液を除去した。浸漬後の可視光の透過率を紫外・可視分光測定装置により測定したところ82.7%であり、実施例1と比較して色素の吸着量が少なかった。その後、ブラックライトによるピーク波長352nmの紫外光の照射を行ったところ、5時間後の587.6nmの透過率は87.0%、20時間後の587.6nmの透過率は91.1%と、色が消失するのに20時間を要したことから光触媒性に劣ることが理解できる。 Next, the dispersion was applied (spin-coated) onto a 1 mm-thick glass substrate, dried at 120°C, and the transmittance at 587.6 nm (d-line: a wavelength close to the absorption peak of methylene blue) was measured by ultraviolet/visible spectroscopy. It was 91.3% when measured by a device (Shimadzu Corporation UV3400). When this dispersion liquid was spin-coated on glass with a thickness of 1 mm, a uniform and translucent coating film was obtained although it was cloudy. Next, this coating film was dried at 120° C., a solution of 1 mmol/L of methylene blue was dropped onto the substrate, and excess liquid was removed after 10 minutes. The transmittance of visible light after immersion was measured by an ultraviolet/visible spectrophotometer and found to be 82.7%. After that, when UV light with a peak wavelength of 352 nm was irradiated with a black light, the transmittance of 587.6 nm after 5 hours was 87.0%, and the transmittance of 587.6 nm after 20 hours was 91.1%, indicating that the color disappeared. It can be understood that the photocatalytic properties are inferior because it took 20 hours to complete.

Claims (12)

チタニアナノ粒子を含有する光触媒であって、前記チタニアナノ粒子は、表面に、-OCOR(式中、Rは水素原子、炭素数1~3のアルキル基、又は炭素数1~2のヒドロキシアルキル基を示す)で表される基でチタン原子と結合しているアシル基が結合しており、前記アシル基が結合しているチタニアナノ粒子の平均粒子径が1~5nmであり、且つ、示差熱熱重量同時測定装置によって600℃まで昇温させた場合の200℃以上における重量減少が5重量%以上である、光触媒。 A photocatalyst containing titania nanoparticles, wherein the titania nanoparticles have -OCOR (wherein R is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or a hydroxyalkyl group having 1 to 2 carbon atoms ) is bonded to the acyl group bonded to the titanium atom, and the titania nanoparticles to which the acyl group is bonded have an average particle size of 1 to 5 nm, and differential thermal thermogravimetric simultaneous A photocatalyst having a weight loss of 5% by weight or more at 200°C or higher when heated to 600°C by a measuring device. 前記アシル基が、炭素数1~4のモノカルボン酸及び炭素数2~3のヒドロキシカルボン酸よりなる群から選ばれる少なくとも1種の有機酸由来のアシル基である、請求項1に記載の光触媒。 2. The photocatalyst according to claim 1, wherein the acyl group is an acyl group derived from at least one organic acid selected from the group consisting of monocarboxylic acids having 1 to 4 carbon atoms and hydroxycarboxylic acids having 2 to 3 carbon atoms. . 前記有機酸が酢酸である、請求項2に記載の光触媒。 3. The photocatalyst according to claim 2, wherein said organic acid is acetic acid. 前記チタニアナノ粒子の比表面積が150~500m2/gである、請求項1~3のいずれか1項に記載の光触媒。 The photocatalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein the titania nanoparticles have a specific surface area of 150 to 500 m 2 /g. 前記チタニアナノ粒子は、100%がアナターゼ型酸化チタンである、請求項1~4のいずれか1項に記載の光触媒。 The photocatalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein 100% of the titania nanoparticles are anatase titanium oxide. 請求項1~5のいずれか1項に記載の光触媒の製造方法であって、
(A)チタンアルコキシド、水酸化チタン又はハロゲン化チタンと、有機酸と、水とを混合して分散液を得る工程、及び
(B)前記工程(A)で得られた分散液を82℃以上で1時間以上加熱する(ただし、0.11~0.2MPaの場合は5~30分加熱する)工程を備え、且つ、
前記工程(A)において、前記チタンを含む物質と前記有機酸との混合比率は、前記チタンを含む物質中のチタン1モルに対して前記有機酸中のアシル基が1.5モル以上である、製造方法。
A method for producing a photocatalyst according to any one of claims 1 to 5,
(A) a step of mixing a titanium alkoxide, titanium hydroxide or titanium halide, an organic acid and water to obtain a dispersion; heating for 1 hour or more (however, in the case of 0.11 to 0.2 MPa, heating for 5 to 30 minutes) , and
In the step (A), the mixing ratio of the titanium-containing substance and the organic acid is 1.5 mol or more of acyl groups in the organic acid per 1 mol of titanium in the titanium-containing substance. Method.
前記工程(B)における加熱条件が、0.09~0.11MPaで1.5時間以上である、請求項6に記載の製造方法。 7. The production method according to claim 6, wherein the heating conditions in step (B) are 0.09 to 0.11 MPa for 1.5 hours or longer. 工程(A)において作製される分散液中のN、Cl及びS元素の濃度がいずれも0.01mol/L以下である、請求項6又は7に記載の製造方法。 8. The production method according to claim 6 or 7, wherein the concentrations of N, Cl and S elements in the dispersion prepared in step (A) are all 0.01 mol/L or less. 工程(A)において作製される分散液中の無機酸の濃度が0.01mol/L以下である、請求項6~8のいずれか1項に記載の製造方法。 9. The production method according to any one of claims 6 to 8, wherein the concentration of inorganic acid in the dispersion prepared in step (A) is 0.01 mol/L or less. 工程(B)において作製される分散液のpHが2以上6未満である、請求項6~9のいずれか1項に記載の製造方法。 10. The production method according to any one of claims 6 to 9, wherein the dispersion prepared in step (B) has a pH of 2 or more and less than 6. 水50質量%以上と、請求項1~5のいずれか1項に記載の光触媒とを含有する、光触媒分散液。 A photocatalyst dispersion containing 50% by mass or more of water and the photocatalyst according to any one of claims 1 to 5. 有機酸とは別途有機分散剤を含有しない、請求項11に記載の光触媒分散液。 12. The photocatalyst dispersion according to claim 11, which does not contain an organic dispersant separately from the organic acid.
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