具有可见光活性的光催化剂及其利用制造技术

本发明专利技术提供了一种ＴｉＯ↓［２］的一部分表面上负载了ＴｉＣ，具有可见光活性的光催化剂。通过在等离子体中，用甲烷和氢的混合气对ＴｉＯ↓［２］进行ＣＶＤ处理获得。使甲醛一类的被分解物与照射了含可见光线光的上述催化剂相接触的物质光分解方法。根据本发明专利技术可提供一种能利用可见光线使甲醛等有机化合物无害化的光催化剂，利用这种光催化剂使甲醛等有机化合物无害化的方法，和焦油等有机物进行光分解去除的方法。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
具有可见光活性的光催化剂及其利用
本专利技术是关于具有可见光活性的光催化剂及使用含用了该催化剂的可见光线光的光分解方法。技术背景使用光催化剂进行脱臭和杀菌的技术进行了大量的研究，并已实用化。例如WO 94/11092号中公开了利用室内照明下的光催化剂处理空气的方法。特开平7-102678号中公开了使用光催化剂防止医院内感染的方法。任何一种情况都是将氧化钛等氧化物半导体作为光催化剂使用，作为激发光，需要400nm以下的紫外线。可是，在形成激发光源的太阳光和人造光中，紫外线以外也含有可见光线。然而，由上述氧化钛等氧化物半导体形成的光催化剂却不能利用可见光，从能量转换效率看，这是极没有效率的。但是，随着化学工业的飞速发展，在生活的环境中到处泛滥着各种各样的化学物质，生活空间中存在着微量的这些化学物质，虽然用眼睛看不到，但会对人体产生不良的影响。例如，甲醛用作杀菌剂和防虫剂，例如在壁纸用的粘接剂和家具或衣料品等中使用。在安全性很高的生活环境中，例如，从壁纸等挥发出的甲醛会对人体、特别是对婴幼儿产生危害性的不良影响。为了去除生活环境中微量存在的甲醛等有机化合物，例如，考虑使用吸附剂等。然而，考虑到寿命和吸附能力时，还不能说使用吸附剂是很理想的。因此，期待提供一种更为有效去除微量存在于生活环境中的甲醛等物质的新技术。又如，烟草产生的焦油，附着在如墙壁、电灯、窗玻璃等上，恶化了它们的外观。这些焦油的去除，过去是采用清洗等办法。然而，所花的工夫是无法计算的。所以期待提供一种很方便的新技术，以去除附着在墙壁、电灯、窗玻璃等上的焦油。本专利技术的第一个目的是提供一种能够利用可见光的新型光催化-->剂。本专利技术的第2个目的是提供一种能够使甲醛等有机化合物变得无害的光催化剂，和利用这种光催化剂使甲醛等有机物变得无害的方法。进而，本专利技术的第3个目的是提供一种利用上述光催化剂使含有焦油等有机物的各种物质进行光分解加以去除的方法。专利技术的概要本专利技术涉及具有可见光活性的光催化剂，其特征是至少在TiO2的一部分表面上负载上TiC。本专利技术的光催化剂还是具有可见光活性的光催化剂，其特征是在等离子体中，用烃和还原剂的混合气进行CVD处理的TiO2形成的。本专利技术还涉及光催化剂单元(unit)，其特征是将上述本专利技术的催化剂负载在基体上。再有，本专利技术还涉及上述本专利技术的可见光激发型光催化剂的制造方法，其特征是将TiO2粉末或固定在基体上的TiO2，用等离子体化的烃和还原剂的混合气进行处理，并使以此为特征的TiO2表面的至少一部分负载上TiC。本专利技术还涉及物质的分解方法，其特征是使被分解物与照射了至少含可见光线的光的本专利技术光催化剂或光催化剂单元的催化剂层相接触。进而本专利技术还涉及甲醛的分解方法，其特征是使甲醛与照射了至少含可见光线光的本专利技术光催化剂或光催化剂单元的催化剂层相接触。本专利技术还涉及一种装置，该装置是含有本专利技术光催化剂单元的装置，其特征在于，上述装置是从水净化装置、空气净化装置、杀菌装置、脱臭装置、照明装置、光电池及水的光分解装置中选出。附图的简单说明图1是在本专利技术中使用的微波等离子体加热装置的简要说明图。图2是本专利技术中使用的高频等离子体加热装置的简要说明图。图3是本专利技术光催化剂中二氧化钛和碳化钛的XPS光谱。图4是二氧化钛、氢还原二氧化钛及本专利技术光催化剂中的拉曼吸收光谱。图5是实施例6中光照射时间和甲醛浓度的关系示意图。-->图6是实施例11中光照射时间和乙醛浓度的关系示意图。图7是实施例13中光照射时间和乙醛浓度的关系示意图。实施本专利技术的方案本专利技术的具有可见光活性的催化剂，是在TiO2表面的至少一部分上负载上TiC，例如，可通过在等离子体中用烃和还原剂的混合气对TiO2进行CVD处理来获得。TiC向TiO2表面的负载量，当考虑所得光催化剂的活性时，在利用X射线光电子分光法获得的键能量光谱中，归属于TiO2的Ti2p3/2束缚能量为458.5eV的峰高和归属于TiC的455eV的峰高比在100∶1～50的范围内，可以说具有可见光活性，从此观点看是合适的。进而，TiC的负载量，458.5eV的峰高和455eV的峰高比最好在100∶1～20范围内。再有，TiC的负载量与可见光活性和紫外光活性具有相关关系，根据物性要求，最好改变TiC的负载量。本专利技术的具有可见光活性的光催化剂，是TiO2的表面的至少一部分负载了TiC的光催化剂。归属于Ti-O伸缩和O-Ti-O变角振动的拉曼吸收在0～1000cm-1，或者基本上不具有，而且，在3000～3500cm-1具有归属于TiC的拉曼吸收。但是，在0～1000cm-1具有归属于Ti-O伸缩和O-Ti-O变角振动的拉曼吸收时，其特征是该强度要比上述CVD处理前的TiO2弱。例如，存在于0～1000cm-1的归属于Ti-O伸缩和O-Ti-O变角振动的拉曼吸收强度，为CVD处理前的TiO2强度的1/5以下。进而，本专利技术的光催化剂，在归属于上述Ti-O伸缩和O-Ti-O变角振动的0～1000cm-1中存在拉曼吸收时，其强度在任何时候都是稳定的，而不具有吸收时，由Ti-O伸缩和O-Ti-O变角振动引起的拉曼吸收，随时间过程而产生，不会达到和处理前的TiO2相同的水平。此处所说的经时稳定，意思是放置在空气中，至少1个月，上述拉曼吸收强度实际上没有变化。本专利技术的光催化剂，非常理想，归属于Ti-O伸缩和O-Ti-O变角振动的存在于0～1000cm-1的拉曼吸收强度是经时稳定的，而且是CVD处理前的TiO2强度的1/5以下，并且是利用X射线光电子分光法得到的Ti2p3/2的束缚能量为458.5eV的峰高和归属于TiC的455eV的峰高比在100∶1～50范围内的物质。本专利技术的光催化剂的另一侧面是，在示差热分析(DTA)中，观-->测在至少超过700℃的温度区域内，TiC向TiO2反应引起的发热。当在空气中加热时，TiC按下述反应式变成TiO2              上述反应的热行为，根据分析对象的试料的粒子直径、表面状态和示差热分析(DTA)的升温速度等而发生变化，但是一般从约300℃开始，500℃左右，明显进行变化，一直进行到1000℃左右的温度区域。对TiC试剂进行示差热分析(DTA)时，在500℃附近出现发热峰，进而在超过700℃的区域内出现发热。特别是在超过700℃的区域内，发热明显增大。另一方面，当对本专利技术的光催化剂进行示差热分析(DTA)时，由于试料中TiC所占的量比较小(大部分是TiO2)分析灵敏度很低时，在500℃时，几乎观察不到发热。然而，在超过700℃的区域内观察到了发热。本专利技术光催化剂的另一侧面，是在热重量分析(TGA)中，观测在超过500℃的温度区域内，TiC向TiO2反应引起重量的增加。当对TiC试剂进行热重量分析(TGA)时，伴随着上述反应，从300℃左右重量就开始增加，从500℃左右明显地观察到重量增加。特别是在超过700℃区域内，由于反应急速进行，所以重量也大幅度增加。另一方面，当对本专利技术的光催化剂进行热重量分析(TGA)时，由于试料中TiC所占量比较小，重量稍有增加，在灵敏度很低时，重量增加几乎观察不到，完全可以忽略。然而，灵敏度很高时，可以观察到重量增加。由这种重量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有可见光活性的光催化剂，其特征是在ＴｉＯ↓［２］表面的至少一部分上负载上ＴｉＣ。

【技术特征摘要】
JP 1997-6-6 149538/97;JP 1996-11-25 313598/96;JP 11.一种具有可见光活性的光催化剂，其特征是在TiO2表面的至少一部分上负载上TiC。2.根据权利要求1中记载的光催化剂，其特征是TiC的负载量为，利用X射线光电分光法得到的Ti2p3/2的束缚能量458.5eV的峰高和归属于TiC的455eV的峰高比在100∶1～50范围内。3.根据权利要求2中记载的光催化剂，其特征是458.5eV的峰高和455eV的峰高比在100∶1～20的范围。4.根据权利要求1～3任一项中记载的光催化剂，其特征是在0～1000cm-1具有，或实际上不具有归属于Ti-O伸缩和O-Ti-O变角振动的拉曼吸收，而且在3000～3500cm-1，具有归属于TiC的拉曼吸收。5.根据权利要求4中记载的光催化剂，其特征是在0～1000cm-1存在归属于Ti-O伸缩和O-Ti-O变角振动的拉曼吸收强度，比TiO2弱。6.根据权利要求4中记载的光催化剂，其特征是在0-1000cm-1存在归属于Ti-O伸缩和O-Ti-O变角振动的拉曼吸收强度在TiO2强度的1/5以下。7.根据权利要求4～6中任一项记载的光催化剂，其特征是在0～1000cm-1存在归属于Ti-O伸缩和O-Ti-O变角振动的拉曼吸收强度是经时稳定的。8.根据权利要求1记载的光催化剂，其特征是在示差热分析(DTA)中，在至少超过700℃温度区域，观察到TiC对TiO2反应引起的发热。9.根据权利要求1或8记载的光催化剂，其特征是在热重量分析(TGA)中，在至少超过500℃温度区域，观察到TiC对TiO2反应引起的重量增加。10.一种具有可见光活性的光催化剂，其特征是由在等离子体中用烃和还原剂的混合气进行CVD处理的TiO2形成。11.根据权利要求10中记载的光催化剂，特征是烃为甲烷，还原剂为氢。12.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杉山和夫，
申请(专利权)人：有限会社环境设备研究所，杉山和夫，
类型：发明
国别省市：JP[日本]