JP2001259436A - Ｆｅ２Ｏ３光触媒成分、光触媒および空気中窒素酸化物の除去方法 - Google Patents
Ｆｅ２Ｏ３光触媒成分、光触媒および空気中窒素酸化物の除去方法Info
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Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】可視光照射、常温下での空気中ＮＯx の硝酸化
除去に有用な脱硝用光触媒成分、脱硝用光触媒および空
気中窒素酸化物の除去方法の提供。 【解決手段】ＢＥＴ法で測定される比表面積が２０ｍ2
／ｇ以上で、実質的にα結晶Ｆｅ2 Ｏ3 からなる脱硝用
光触媒成分。この光触媒成分を含む、空気中のガス状窒
素酸化物を硝酸化するための脱硝用光触媒。５３９ｎｍ
以下の波長の光成分を含む光の下で、上記光触媒成分と
ガス状窒素酸化物を含む空気とを接触させ、ガス状窒素
酸化物を硝酸化する、空気中窒素酸化物の除去方法。
除去に有用な脱硝用光触媒成分、脱硝用光触媒および空
気中窒素酸化物の除去方法の提供。 【解決手段】ＢＥＴ法で測定される比表面積が２０ｍ2
／ｇ以上で、実質的にα結晶Ｆｅ2 Ｏ3 からなる脱硝用
光触媒成分。この光触媒成分を含む、空気中のガス状窒
素酸化物を硝酸化するための脱硝用光触媒。５３９ｎｍ
以下の波長の光成分を含む光の下で、上記光触媒成分と
ガス状窒素酸化物を含む空気とを接触させ、ガス状窒素
酸化物を硝酸化する、空気中窒素酸化物の除去方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気中ＮＯx の硝
酸化除去に有用な脱硝用光触媒成分、これを含む脱硝用
光触媒、および該光触媒を用いた可視光照射、常温下で
の空気中窒素酸化物の除去方法に関する。
酸化除去に有用な脱硝用光触媒成分、これを含む脱硝用
光触媒、および該光触媒を用いた可視光照射、常温下で
の空気中窒素酸化物の除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一酸化窒素ＮＯ、二酸化窒素ＮＯ2 など
のガス状窒素酸化物（ＮＯx ）は大気中に放出される
と、人体に呼吸器疾患を誘因したり、光化学スモッグ、
酸性雨などの原因となる。そのため自動車、発電所など
の発生源から大気中に放出される窒素酸化物量は規制さ
れ、二酸化窒素については環境基準が定められてはいる
が、その目標は必ずしも達成されているとはいえない。
とくに自動車道路沿道などでは依然として基準濃度を越
える窒素酸化物が観測されており、その早急な解決が切
望されている。
のガス状窒素酸化物（ＮＯx ）は大気中に放出される
と、人体に呼吸器疾患を誘因したり、光化学スモッグ、
酸性雨などの原因となる。そのため自動車、発電所など
の発生源から大気中に放出される窒素酸化物量は規制さ
れ、二酸化窒素については環境基準が定められてはいる
が、その目標は必ずしも達成されているとはいえない。
とくに自動車道路沿道などでは依然として基準濃度を越
える窒素酸化物が観測されており、その早急な解決が切
望されている。
【０００３】大気中の窒素酸化物はＮＯを主成分として
おり、大気中の酸素により酸化され硝酸として大気中か
ら自然除去されるが、大気中窒素酸化物ＮＯx 濃度がｐ
ｐｍオーダーになるとその除去には数日間も要する。こ
のため大気中からＮＯx を早急に除去するために触媒の
利用が盛んに検討されている。
おり、大気中の酸素により酸化され硝酸として大気中か
ら自然除去されるが、大気中窒素酸化物ＮＯx 濃度がｐ
ｐｍオーダーになるとその除去には数日間も要する。こ
のため大気中からＮＯx を早急に除去するために触媒の
利用が盛んに検討されている。
【０００４】従来、自動車、発電所などの特定燃焼発生
源からの排出ガスについては、ＮＨ 3 による無触媒還元
法、ＨＣ，Ｃ，ＣＯなどの還元物質を利用する炉内脱硝
法などの脱硝法により高濃度の窒素酸化物量を低減する
方法が知られている。このような燃焼源に用いるための
ＰｄやＰｔなどの酸化あるいは還元触媒も提案されてい
る。しかしながらこれらの脱硝法は、還元物質を共存さ
せる必要があるなどの使用上の制約もあり、また脱硝触
媒は比較的高温で性能を発揮するように開発されてお
り、大気中に設置して使用するにはエネルギーコストな
どがかかるなどして現実的に困難である。
源からの排出ガスについては、ＮＨ 3 による無触媒還元
法、ＨＣ，Ｃ，ＣＯなどの還元物質を利用する炉内脱硝
法などの脱硝法により高濃度の窒素酸化物量を低減する
方法が知られている。このような燃焼源に用いるための
ＰｄやＰｔなどの酸化あるいは還元触媒も提案されてい
る。しかしながらこれらの脱硝法は、還元物質を共存さ
せる必要があるなどの使用上の制約もあり、また脱硝触
媒は比較的高温で性能を発揮するように開発されてお
り、大気中に設置して使用するにはエネルギーコストな
どがかかるなどして現実的に困難である。
【０００５】ところで近年、光照射により半導体特性を
示し、窒素酸化物を酸化のための脱硝触媒となりうる光
触媒が着目され、実用化に向けた研究が盛んに検討され
ている。すなわち図１に示すように、半導体のバンドギ
ャップに相当するエネルギーの光が照射されると、荷電
子帯上端の電子が伝導帯下端のエネルギー準位に励起さ
れ、荷電子帯には正孔が生成する。この時、荷電子帯の
正孔は外部から電子を受容して酸化反応を、伝導帯に励
起された電子は外部に移行して還元反応を起こし得る。
示し、窒素酸化物を酸化のための脱硝触媒となりうる光
触媒が着目され、実用化に向けた研究が盛んに検討され
ている。すなわち図１に示すように、半導体のバンドギ
ャップに相当するエネルギーの光が照射されると、荷電
子帯上端の電子が伝導帯下端のエネルギー準位に励起さ
れ、荷電子帯には正孔が生成する。この時、荷電子帯の
正孔は外部から電子を受容して酸化反応を、伝導帯に励
起された電子は外部に移行して還元反応を起こし得る。
【０００６】とくにアナタースＴｉＯ2 は、光照射によ
り励起された時の伝導帯下端のエネルギー準位（電位）
は−０．２Ｖ（vsＮＨＥ）付近である。この励起された
ＴｉＯ2 表面では、空気中の酸素ガス分子の還元反応が
生起し、水酸基ラジカルあるいはスーパーオキサイドイ
オンなどの活性酸素種が生成される。 ｅ cb - + Ｏ2 + Ｈ+ →ＨＯ2 ・…（１） （標準酸化還元電位Ｅ0 ＝−０．１５Ｖ（vsＮＨＥ））
り励起された時の伝導帯下端のエネルギー準位（電位）
は−０．２Ｖ（vsＮＨＥ）付近である。この励起された
ＴｉＯ2 表面では、空気中の酸素ガス分子の還元反応が
生起し、水酸基ラジカルあるいはスーパーオキサイドイ
オンなどの活性酸素種が生成される。 ｅ cb - + Ｏ2 + Ｈ+ →ＨＯ2 ・…（１） （標準酸化還元電位Ｅ0 ＝−０．１５Ｖ（vsＮＨＥ））
【０００７】この活性酸素種は強力な酸化作用を有する
ため、これを利用すれば大気中のＮＯx を短時間で硝酸
まで酸化し、除去することが可能である。またＴｉＯ2
は、荷電子帯に生成する正孔電位が約＋３．０Ｖ（vsＮ
ＨＥ）であり、下記式（２）で示されるＮＯガスの硝酸
イオン化反応も進行する。 ＮＯ3 - ＋４Ｈ+ ＋３ｅ- ＝ＮＯ（ｇ）＋２Ｈ2 Ｏ …（２） （標準酸化還元電位Ｅ0 ＝＋０．９６Ｖ（vsＮＨＥ））
ため、これを利用すれば大気中のＮＯx を短時間で硝酸
まで酸化し、除去することが可能である。またＴｉＯ2
は、荷電子帯に生成する正孔電位が約＋３．０Ｖ（vsＮ
ＨＥ）であり、下記式（２）で示されるＮＯガスの硝酸
イオン化反応も進行する。 ＮＯ3 - ＋４Ｈ+ ＋３ｅ- ＝ＮＯ（ｇ）＋２Ｈ2 Ｏ …（２） （標準酸化還元電位Ｅ0 ＝＋０．９６Ｖ（vsＮＨＥ））
【０００８】ＴｉＯ2 光触媒は、紫外光照射下、常温で
触媒効果を発現でき、かつ複雑な装置を必要としないな
ど経済的にも画期的であり、自動車道路沿道、トンネル
あるいは室内などの窒素酸化物汚染が問題となる空間に
設置するものとして有用であると考えられる。したがっ
てこの実用化方法が多く提案され、たとえば、ＴｉＯ2
と活性炭との混合物を３００ｎｍ以上の入工光あるいは
太腸光を照射して光触媒作用させ、空気中の窒素酸化物
を酸化し、硝酸として固定化する方法（特公平２−６２
２９７号）などが提案されている。
触媒効果を発現でき、かつ複雑な装置を必要としないな
ど経済的にも画期的であり、自動車道路沿道、トンネル
あるいは室内などの窒素酸化物汚染が問題となる空間に
設置するものとして有用であると考えられる。したがっ
てこの実用化方法が多く提案され、たとえば、ＴｉＯ2
と活性炭との混合物を３００ｎｍ以上の入工光あるいは
太腸光を照射して光触媒作用させ、空気中の窒素酸化物
を酸化し、硝酸として固定化する方法（特公平２−６２
２９７号）などが提案されている。
【０００９】しかしながらＴｉＯ2 のバンドギャップが
５．１２７×１０-19 Ｊ（３．２ｅＶ）であり（図１参
照）、反応に利用できる光はこのバンドギャップに相当
する波長の光すなわち３８７ｎｍ以下の高エネルギー紫
外光に限られる。このため可視光領域の光を吸収するこ
とはできず、太陽光のうち利用できる波長領域はごくわ
ずかであり、特に日照量の少ない場所では充分に触媒効
果が発現できないという問題点がある。また上記ＴｉＯ
2 表面に生成する活性酸素種の酸化作用は強力であり、
窒素酸化物の酸化だけでなくほとんどすべての有機物質
を分解する能力を有する。このため共存樹脂を分解する
という問題があり、たとえば塗料形態で使用した場合に
はＴｉＯ2 塗料の塗膜で起きるチョーキング現象のよう
に樹脂皮膜の表面を劣化させるなど、フッ素樹脂などの
ごく一部を除き使用することができず、ＴｉＯ2光触媒
実用化への障害の一つになっている。
５．１２７×１０-19 Ｊ（３．２ｅＶ）であり（図１参
照）、反応に利用できる光はこのバンドギャップに相当
する波長の光すなわち３８７ｎｍ以下の高エネルギー紫
外光に限られる。このため可視光領域の光を吸収するこ
とはできず、太陽光のうち利用できる波長領域はごくわ
ずかであり、特に日照量の少ない場所では充分に触媒効
果が発現できないという問題点がある。また上記ＴｉＯ
2 表面に生成する活性酸素種の酸化作用は強力であり、
窒素酸化物の酸化だけでなくほとんどすべての有機物質
を分解する能力を有する。このため共存樹脂を分解する
という問題があり、たとえば塗料形態で使用した場合に
はＴｉＯ2 塗料の塗膜で起きるチョーキング現象のよう
に樹脂皮膜の表面を劣化させるなど、フッ素樹脂などの
ごく一部を除き使用することができず、ＴｉＯ2光触媒
実用化への障害の一つになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記ＴｉＯ2 以外に、
理論上光触媒となりうるものとしてＦｅ2 Ｏ3 も知られ
ている。Ｆｅ2 Ｏ3 の荷電子帯に生成する正孔の電位は
約２．６Ｖ（vsＮＨＥ）であり、上記式（２）で示され
るＮＯガスの硝酸イオン化反応（Ｅ0 ＝＋０．９６Ｖ
（vsＮＨＥ））は充分に進行する。
理論上光触媒となりうるものとしてＦｅ2 Ｏ3 も知られ
ている。Ｆｅ2 Ｏ3 の荷電子帯に生成する正孔の電位は
約２．６Ｖ（vsＮＨＥ）であり、上記式（２）で示され
るＮＯガスの硝酸イオン化反応（Ｅ0 ＝＋０．９６Ｖ
（vsＮＨＥ））は充分に進行する。
【００１１】このＦｅ2 Ｏ3 のバンドギャップは３．６
８５×１０-19 Ｊ（２．３ｅＶ）であり、波長５３９ｎ
ｍ以下の光で伝導帯に励起される、すなわち可視光吸収
が可能である。またＦｅ2 Ｏ3 の伝導帯下端のエネルギ
ー準位は、＋０．３Ｖ（vsＮＨＥ）付近であり、ＴｉＯ
2 （−０．２Ｖ）に比べて還元力が弱く、上記式 (１）
で示されるような活性酸素種を生成する還元反応は起き
ない。したがってＦｅ2 Ｏ3 は、常温での可視光照射に
よりガス状窒素酸化物を酸化（硝酸化）することが可能
であり、しかも共存する有機物の分解は起きないので、
樹脂などをバインダーとして塗料形態で使用することも
可能である。
８５×１０-19 Ｊ（２．３ｅＶ）であり、波長５３９ｎ
ｍ以下の光で伝導帯に励起される、すなわち可視光吸収
が可能である。またＦｅ2 Ｏ3 の伝導帯下端のエネルギ
ー準位は、＋０．３Ｖ（vsＮＨＥ）付近であり、ＴｉＯ
2 （−０．２Ｖ）に比べて還元力が弱く、上記式 (１）
で示されるような活性酸素種を生成する還元反応は起き
ない。したがってＦｅ2 Ｏ3 は、常温での可視光照射に
よりガス状窒素酸化物を酸化（硝酸化）することが可能
であり、しかも共存する有機物の分解は起きないので、
樹脂などをバインダーとして塗料形態で使用することも
可能である。
【００１２】上記のようにＦｅ2 Ｏ3 は、理論的には窒
素酸化物の酸化のための光触媒となりうることは可能で
あるが、実際にＦｅ2 Ｏ3 表面でＮＯガスが硝酸イオン
にまで酸化される反応が起こるかどうかは他の要因にも
左右される。中でも、一旦吸収光のエネルギーにより励
起した電子と正孔とが、再結合ではなく外部の物質と何
らかの反応を起こす確率（量子収率）がどの程度起きる
かという点が極めて重要であるが、一般に光触媒の表面
に励起された電子や正孔が再結合する前に反応を起こす
確率は低い。とくにＦｅ2 Ｏ3 の量子収率はきわめて低
く、理論上その電位から起こり得ると期待される反応が
現実には起こらないケースが多い。空気中の窒素酸化物
の酸化にＦｅ2 Ｏ3 が適用された報告例は少なく、これ
までのところ、実用上十分な反応速度でＦｅ2 Ｏ3 表面
での光触媒反応によって空気中の窒素酸化物を酸化除去
できた例は無かった。
素酸化物の酸化のための光触媒となりうることは可能で
あるが、実際にＦｅ2 Ｏ3 表面でＮＯガスが硝酸イオン
にまで酸化される反応が起こるかどうかは他の要因にも
左右される。中でも、一旦吸収光のエネルギーにより励
起した電子と正孔とが、再結合ではなく外部の物質と何
らかの反応を起こす確率（量子収率）がどの程度起きる
かという点が極めて重要であるが、一般に光触媒の表面
に励起された電子や正孔が再結合する前に反応を起こす
確率は低い。とくにＦｅ2 Ｏ3 の量子収率はきわめて低
く、理論上その電位から起こり得ると期待される反応が
現実には起こらないケースが多い。空気中の窒素酸化物
の酸化にＦｅ2 Ｏ3 が適用された報告例は少なく、これ
までのところ、実用上十分な反応速度でＦｅ2 Ｏ3 表面
での光触媒反応によって空気中の窒素酸化物を酸化除去
できた例は無かった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記のよう
に理論的には窒素酸化物の酸化触媒となりうるが、実用
化はされてなかった光触媒成分Ｆｅ2 Ｏ3 に着目し、こ
れを光触媒として実用化すべく検討したところ、Ｆｅ2
Ｏ3 をアモルファス化することなくα結晶性を保持し、
かつ該結晶粒を微細化することにより、再結合の場とな
る欠陥を極力低減することができ、量子効率を向上させ
ることができることを見出した。そしてこのα結晶粒の
微細化としてＦｅ2 Ｏ3 の比表面積を目安とすることが
でき、図２に示すようにＦｅ2 Ｏ3 の比表面積が２０ｍ
2 ／ｇという特定値以上になると光触媒活性が飛躍的に
向上し、光触媒として有用な効果が得られることを見出
して本発明を完成した。
に理論的には窒素酸化物の酸化触媒となりうるが、実用
化はされてなかった光触媒成分Ｆｅ2 Ｏ3 に着目し、こ
れを光触媒として実用化すべく検討したところ、Ｆｅ2
Ｏ3 をアモルファス化することなくα結晶性を保持し、
かつ該結晶粒を微細化することにより、再結合の場とな
る欠陥を極力低減することができ、量子効率を向上させ
ることができることを見出した。そしてこのα結晶粒の
微細化としてＦｅ2 Ｏ3 の比表面積を目安とすることが
でき、図２に示すようにＦｅ2 Ｏ3 の比表面積が２０ｍ
2 ／ｇという特定値以上になると光触媒活性が飛躍的に
向上し、光触媒として有用な効果が得られることを見出
して本発明を完成した。
【００１４】すなわち本発明では、ＢＥＴ法で測定され
る比表面積が２０ｍ2 ／ｇ以上で、実質的にα結晶Ｆｅ
2 Ｏ3 からなる脱硝用光触媒成分が提供される。またこ
の光触媒成分を含む、空気中からガス状窒素酸化物を硝
酸化するための脱硝用光触媒が提供される。
る比表面積が２０ｍ2 ／ｇ以上で、実質的にα結晶Ｆｅ
2 Ｏ3 からなる脱硝用光触媒成分が提供される。またこ
の光触媒成分を含む、空気中からガス状窒素酸化物を硝
酸化するための脱硝用光触媒が提供される。
【００１５】また本発明に係る空気中窒素酸化物の除去
方法は、５３９ｎｍ以下の波長の光成分を含む光の下
で、上記光触媒成分とガス状窒素酸化物を含む空気とを
接触させ、ガス状窒素酸化物を硝酸化することを特徴と
している。上記接触は、常温下で行うことができる。
方法は、５３９ｎｍ以下の波長の光成分を含む光の下
で、上記光触媒成分とガス状窒素酸化物を含む空気とを
接触させ、ガス状窒素酸化物を硝酸化することを特徴と
している。上記接触は、常温下で行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の光触媒成分は、ＢＥＴ法
で測定される比表面積（以下、ＢＥＴ比表面積とも称
す）が２０ｍ2 ／ｇ以上、好ましくは５０ｍ2 ／ｇ以
上、より好ましくは５０〜２００ｍ2 ／ｇのＦｅ2 Ｏ3
粉末からなる。なお、ＢＥＴ法では液体窒素を用いて測
定した。上記比表面積を持つＦｅ2 Ｏ3 は、実質的にα
結晶の微細粒子である。またアモルファス態は実質的に
含まない。
で測定される比表面積（以下、ＢＥＴ比表面積とも称
す）が２０ｍ2 ／ｇ以上、好ましくは５０ｍ2 ／ｇ以
上、より好ましくは５０〜２００ｍ2 ／ｇのＦｅ2 Ｏ3
粉末からなる。なお、ＢＥＴ法では液体窒素を用いて測
定した。上記比表面積を持つＦｅ2 Ｏ3 は、実質的にα
結晶の微細粒子である。またアモルファス態は実質的に
含まない。
【００１７】このようなＦｅ2 Ｏ3 は、波長５３９ｎｍ
以下の光照射により荷電子帯に正孔を生成することがで
きる。その正孔電位は約２．６Ｖ（vsＮＨＥ）であり、
たとえば式（２）で示される反応を左辺側に進行させ、
空気中のガス状窒素酸化物を酸化（硝酸化）し、脱硝効
果を発揮することができる。 ＮＯ3 - ＋４Ｈ+ ＋３ｅ- ＝ＮＯ（ｇ）＋２Ｈ2 Ｏ …（２）
以下の光照射により荷電子帯に正孔を生成することがで
きる。その正孔電位は約２．６Ｖ（vsＮＨＥ）であり、
たとえば式（２）で示される反応を左辺側に進行させ、
空気中のガス状窒素酸化物を酸化（硝酸化）し、脱硝効
果を発揮することができる。 ＮＯ3 - ＋４Ｈ+ ＋３ｅ- ＝ＮＯ（ｇ）＋２Ｈ2 Ｏ …（２）
【００１８】Ｆｅ2 Ｏ3 に触媒作用させる光源は、５３
９ｎｍまでの波長成分を含む光であればよく、太陽光で
もよく、人工の可視光および／または紫外光、いずれで
あってもよい。またＦｅ2 Ｏ3 は、常温で光触媒効果を
発揮することができる。
９ｎｍまでの波長成分を含む光であればよく、太陽光で
もよく、人工の可視光および／または紫外光、いずれで
あってもよい。またＦｅ2 Ｏ3 は、常温で光触媒効果を
発揮することができる。
【００１９】上記のようなＦｅ2 Ｏ3 は、たとえば２価
鉄イオンを含む溶液にアルカリを加えゲーサイトの沈殿
を生成し、その後、加熱脱水することによりヘマタイト
とする方法などで製造することができる。
鉄イオンを含む溶液にアルカリを加えゲーサイトの沈殿
を生成し、その後、加熱脱水することによりヘマタイト
とする方法などで製造することができる。
【００２０】また上記反応（２）により酸化された空気
中のガス状窒素酸化物は、硝酸イオンとしてＦｅ2 Ｏ3
表面に固定化される。上記のようなＦｅ2 Ｏ3 は、通常
粉末状であり脱硝用触媒成分としてそのままで使用する
ことも可能であるが、他の触媒助剤とともに光触媒を形
成することもできる。
中のガス状窒素酸化物は、硝酸イオンとしてＦｅ2 Ｏ3
表面に固定化される。上記のようなＦｅ2 Ｏ3 は、通常
粉末状であり脱硝用触媒成分としてそのままで使用する
ことも可能であるが、他の触媒助剤とともに光触媒を形
成することもできる。
【００２１】またたとえば樹脂バインダーなどとともに
塗料形態で使用すると実用上有用である。この際、光照
射により励起されたＦｅ2 Ｏ3 の伝導帯下端のケミカル
ポテンシャルでは炭化水素化合物を分解しないため、Ｔ
ｉＯ2 光触媒の場合に対して有機樹脂バインダーが制限
されないという利点がある。
塗料形態で使用すると実用上有用である。この際、光照
射により励起されたＦｅ2 Ｏ3 の伝導帯下端のケミカル
ポテンシャルでは炭化水素化合物を分解しないため、Ｔ
ｉＯ2 光触媒の場合に対して有機樹脂バインダーが制限
されないという利点がある。
【００２２】Ｆｅ2 Ｏ3 光触媒成分を用いて、空気中の
ガス状窒素酸化物を硝酸化し除去するには、５３９ｎｍ
以下の波長の光成分を含む光の下で、光触媒成分とガス
状窒素酸化物（ＮＯX ）を含む空気とを接触させればよ
く、その方法は特に限定されない。
ガス状窒素酸化物を硝酸化し除去するには、５３９ｎｍ
以下の波長の光成分を含む光の下で、光触媒成分とガス
状窒素酸化物（ＮＯX ）を含む空気とを接触させればよ
く、その方法は特に限定されない。
【００２３】
【実施例】次に本発明を実施例により具体的に説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 （実施例１） ＜光触媒の調製＞容積１５リットルの反応容器中に、８
ＮのＮａＯＨ溶液２リットルおよび硫酸第１鉄０．５ｍ
ｏｌを含む鉄塩溶液８リットルを加えて混合し、４０℃
で空気を２リットル／ｍｉｎの速度で通気してα−Ｆｅ
ＯＯＨ粒子を生成した。生成した粒子は、水洗・ろ過・
解砕した後、さらに空気中で３００℃×１分間加熱し、
Ｆｅ2 Ｏ3 粉末を得た。ＮａＯＨとＦｅＣｌ3 の混合比
ＰＨなどを変えることで比表面積を変化させ、ＢＥＴ比
表面積２０、３０、５０、６５ｍ2 ／ｇのＦｅ2 Ｏ3 粉
末を得た。これらのサンプルをＸ線回折で調べた結果、
いずれもα結晶であった。
が、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 （実施例１） ＜光触媒の調製＞容積１５リットルの反応容器中に、８
ＮのＮａＯＨ溶液２リットルおよび硫酸第１鉄０．５ｍ
ｏｌを含む鉄塩溶液８リットルを加えて混合し、４０℃
で空気を２リットル／ｍｉｎの速度で通気してα−Ｆｅ
ＯＯＨ粒子を生成した。生成した粒子は、水洗・ろ過・
解砕した後、さらに空気中で３００℃×１分間加熱し、
Ｆｅ2 Ｏ3 粉末を得た。ＮａＯＨとＦｅＣｌ3 の混合比
ＰＨなどを変えることで比表面積を変化させ、ＢＥＴ比
表面積２０、３０、５０、６５ｍ2 ／ｇのＦｅ2 Ｏ3 粉
末を得た。これらのサンプルをＸ線回折で調べた結果、
いずれもα結晶であった。
【００２４】＜試験装置＞図３に、窒素酸化物（以後Ｎ
Ｏｘ）除去試験に用いた装置を模式的に示す。市販のス
テンレス製グローブボックスの外部に、光源となる蛍光
管を固定し、グローブボックスのガラス窓を通して内部
の試料台に固定した試験片に光を照射した。グローブボ
ックス内は５ｐｐｍ−ＮＯ雰囲気とし、外部に設置した
ポンプを通じて循環させた。図３の装置を暗所に設置し
て、光源以外の外部からの光は試料に届かないように制
御した。
Ｏｘ）除去試験に用いた装置を模式的に示す。市販のス
テンレス製グローブボックスの外部に、光源となる蛍光
管を固定し、グローブボックスのガラス窓を通して内部
の試料台に固定した試験片に光を照射した。グローブボ
ックス内は５ｐｐｍ−ＮＯ雰囲気とし、外部に設置した
ポンプを通じて循環させた。図３の装置を暗所に設置し
て、光源以外の外部からの光は試料に届かないように制
御した。
【００２５】＜光 源＞試験に用いた２光源の分光特性
を図４に示す。 可視光光源として、波長５４０ｎｍ付近にピークを
もつ蛍光灯（ナショナル製ＦＬ１０Ｇ）を用いた。 紫外光光源として、波長３５０ｎｍ付近にピークを
持つ蛍光灯（ナショナル製ＦＬ１０ＢＬ−Ｂ）を用い
た。
を図４に示す。 可視光光源として、波長５４０ｎｍ付近にピークを
もつ蛍光灯（ナショナル製ＦＬ１０Ｇ）を用いた。 紫外光光源として、波長３５０ｎｍ付近にピークを
持つ蛍光灯（ナショナル製ＦＬ１０ＢＬ−Ｂ）を用い
た。
【００２６】＜試 験＞ （１）試験片の作成 実施例、比較例で得られたＦｅ2 Ｏ3 粉末を、ＳＵＳ４
３０板の１００ｍｍ×５０ｍｍ×０．５ｍｍ切出片の片
面上に、５ｇ／ｍ2 の担持量で貼付けた両面テープ上に
まぶして固定し、試験片を作成した。
３０板の１００ｍｍ×５０ｍｍ×０．５ｍｍ切出片の片
面上に、５ｇ／ｍ2 の担持量で貼付けた両面テープ上に
まぶして固定し、試験片を作成した。
【００２７】（２）上記で得られた試験片を、図３に示
す試験装置内に固定し、５ｐｐｍのＮＯガスを循環させ
ながら、室温で１２時間光照射した。 （３）次に装置から取出した上記試験片を、２０ｍＬの
脱イオン水中に浸漬し、３時間静置した後、試験片の表
面に固定化された硝酸イオンを脱イオン水中に抽出し
た。 （４）硝酸イオン選択性電極（ＯＲＩＯＮ社製９７０
７）を用いて抽出液中の硝酸イオン（ＮＯ3 - ）濃度を
分析した。 上記手順により、同一塗布量のときの単位面積あたりに
固定化された硝酸イオン濃度（ＮＯ3 - 固定化量）を測
定し、各比表面積の光触媒成分に対する窒素酸化物の酸
化能力（脱硝能力）を調べた。
す試験装置内に固定し、５ｐｐｍのＮＯガスを循環させ
ながら、室温で１２時間光照射した。 （３）次に装置から取出した上記試験片を、２０ｍＬの
脱イオン水中に浸漬し、３時間静置した後、試験片の表
面に固定化された硝酸イオンを脱イオン水中に抽出し
た。 （４）硝酸イオン選択性電極（ＯＲＩＯＮ社製９７０
７）を用いて抽出液中の硝酸イオン（ＮＯ3 - ）濃度を
分析した。 上記手順により、同一塗布量のときの単位面積あたりに
固定化された硝酸イオン濃度（ＮＯ3 - 固定化量）を測
定し、各比表面積の光触媒成分に対する窒素酸化物の酸
化能力（脱硝能力）を調べた。
【００２８】＜試験結果＞図２に、Ｆｅ2 Ｏ3 の比表面
積（横軸）と、硝酸イオン固定化濃度（縦軸）との関係
を示す。
積（横軸）と、硝酸イオン固定化濃度（縦軸）との関係
を示す。
【００２９】（比較例１）ＮａＯＨとＦｅＣｌ3 の混合
比を変えた以外は、実施例１と同様の湿式調製法により
得られたＢＥＴ比表面積５、１０、１５ｍ2 ／ｇのＦｅ
2 Ｏ3 粉末を試験に供した。Ｘ線回折の結果、いずれも
α結晶であった。実施例１と同様の試験を行い、結果を
図２に示す。
比を変えた以外は、実施例１と同様の湿式調製法により
得られたＢＥＴ比表面積５、１０、１５ｍ2 ／ｇのＦｅ
2 Ｏ3 粉末を試験に供した。Ｘ線回折の結果、いずれも
α結晶であった。実施例１と同様の試験を行い、結果を
図２に示す。
【００３０】（比較例２）塩化第１鉄水溶液を６５０℃
で噴霧焙焼して得られたＢＥＴ比表面積５ｍ2 ／ｇのＦ
ｅ2 Ｏ3 粉末（市販品；川崎製鉄製フェライト用原料）
を用いた。Ｘ線回折の結果、α結晶であった。実施例１
と同様の試験を行い、結果を図２に示す。図２の硝酸イ
オン固定化濃度から明らかなように、比表面積２０ｍ2
／ｇ未満のＦｅ2 Ｏ3 では明確な触媒効果が得られない
のに対し、触媒効果は比表面積２０ｍ2 ／ｇで不連続的
に変化し、２０ｍ2 ／ｇを境に飛躍的に向上している。
本発明の２０ｍ2 ／ｇ以上の比表面積を有する実施例Ｆ
ｅ2 Ｏ3 光触媒成分は、空気中のＮＯｘを酸化して硝酸
イオンとして表面に保持するような光触媒効果（脱硝触
媒）を十分に示すことが分かる。
で噴霧焙焼して得られたＢＥＴ比表面積５ｍ2 ／ｇのＦ
ｅ2 Ｏ3 粉末（市販品；川崎製鉄製フェライト用原料）
を用いた。Ｘ線回折の結果、α結晶であった。実施例１
と同様の試験を行い、結果を図２に示す。図２の硝酸イ
オン固定化濃度から明らかなように、比表面積２０ｍ2
／ｇ未満のＦｅ2 Ｏ3 では明確な触媒効果が得られない
のに対し、触媒効果は比表面積２０ｍ2 ／ｇで不連続的
に変化し、２０ｍ2 ／ｇを境に飛躍的に向上している。
本発明の２０ｍ2 ／ｇ以上の比表面積を有する実施例Ｆ
ｅ2 Ｏ3 光触媒成分は、空気中のＮＯｘを酸化して硝酸
イオンとして表面に保持するような光触媒効果（脱硝触
媒）を十分に示すことが分かる。
【００３１】（実施例２）実施例１のＢＥＴ比表面積５
０ｍ2 ／ｇのＦｅ2 Ｏ3 粉末について、単位面積あたり
の担持量を変化させた以外は、実施例１と同様にして光
触媒効果を調べた。試験結果を図５に示す。光照射無し
でも少量の硝酸イオンを検出することができたが、光照
射によって硝酸イオン固定化量が急激に増加し、この光
源は可視光であっても紫外光であってもほぼ同等であっ
た。
０ｍ2 ／ｇのＦｅ2 Ｏ3 粉末について、単位面積あたり
の担持量を変化させた以外は、実施例１と同様にして光
触媒効果を調べた。試験結果を図５に示す。光照射無し
でも少量の硝酸イオンを検出することができたが、光照
射によって硝酸イオン固定化量が急激に増加し、この光
源は可視光であっても紫外光であってもほぼ同等であっ
た。
【００３２】
【発明の効果】上記のように本発明では、可視光照射
下、常温で光触媒効果のあるＦｅ2 Ｏ3を触媒成分とし
て実用上使用可能にすることができた。この触媒成分に
よれば、大気中の窒素酸化物を除去したい空間に置くだ
けで、空気中の窒素酸化物を硝酸化し、脱硝することが
できる。また該触媒成分は、共存する有機物は本質的に
分解しないので、樹脂バインダーなどを制限なく用いて
塗料形態とすることができ、その利用範囲も広い。
下、常温で光触媒効果のあるＦｅ2 Ｏ3を触媒成分とし
て実用上使用可能にすることができた。この触媒成分に
よれば、大気中の窒素酸化物を除去したい空間に置くだ
けで、空気中の窒素酸化物を硝酸化し、脱硝することが
できる。また該触媒成分は、共存する有機物は本質的に
分解しないので、樹脂バインダーなどを制限なく用いて
塗料形態とすることができ、その利用範囲も広い。
【図１】 半導体のエネルギー特性を説明する図であ
る。
る。
【図２】 Ｆｅ2 Ｏ3 のＢＥＴ比表面積に対する硝酸イ
オン固定化量を示す図である。
オン固定化量を示す図である。
【図３】 空気中のＮＯx 除去試験に用いた装置を示す
図である。
図である。
【図４】 空気中のＮＯx 除去試験に用いた光源の分光
特性を示す図である。
特性を示す図である。
【図５】 本発明のＦｅ2 Ｏ3 光触媒成分の単位面積あ
たりの担持量に対する触媒効果を示す図である。
たりの担持量に対する触媒効果を示す図である。
フロントページの続き (72)発明者 田原 知之 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 4D048 AA06 BA36X BA36Y BA41X BA41Y BB17 EA01 4G002 AA03 AB02 AE05 4G069 AA02 AA12 AA15 BA48A BB04A BB04B BC66A BC66B CA13 EC01X EC01Y EC22X EC22Y
Claims (4)
- 【請求項１】ＢＥＴ法で測定される比表面積が２０ｍ2
／ｇ以上で、実質的にα結晶Ｆｅ2Ｏ3 からなる脱硝用
光触媒成分。 - 【請求項２】請求項１の光触媒成分を含む、空気中のガ
ス状窒素酸化物を硝酸化するための脱硝用光触媒。 - 【請求項３】５３９ｎｍ以下の波長の光成分を含む光の
下で、請求項１に記載の光触媒成分とガス状窒素酸化物
を含む空気とを接触させ、ガス状窒素酸化物を硝酸化す
る、空気中窒素酸化物の除去方法。 - 【請求項４】前記接触を常温下で行う請求項３に記載の
空気中窒素酸化物の除去方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000075552A JP2001259436A (ja) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | Ｆｅ２Ｏ３光触媒成分、光触媒および空気中窒素酸化物の除去方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000075552A JP2001259436A (ja) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | Ｆｅ２Ｏ３光触媒成分、光触媒および空気中窒素酸化物の除去方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001259436A true JP2001259436A (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=18593429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000075552A Pending JP2001259436A (ja) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | Ｆｅ２Ｏ３光触媒成分、光触媒および空気中窒素酸化物の除去方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001259436A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007075678A (ja) * | 2005-09-12 | 2007-03-29 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 酸化ジルコニウム系光機能性酸化物 |
| WO2007100039A1 (ja) | 2006-03-01 | 2007-09-07 | Nissan Motor Co., Ltd. | 光触媒活性化システム及び光触媒の活性化方法 |
| EP2020504A2 (en) | 2007-08-02 | 2009-02-04 | Nissan Motor Co., Ltd. | Photocatalytic ignition system |
| JP2009233590A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 有害物質処理方法とその装置 |
| CN102091620A (zh) * | 2011-01-18 | 2011-06-15 | 上海交通大学 | 多孔分级结构半导体光催化材料的制备方法 |
| JP2014152062A (ja) * | 2013-02-07 | 2014-08-25 | Tokyo Metropolitan Univ | 光触媒ガラス |
| JP2015167871A (ja) * | 2014-03-04 | 2015-09-28 | 公立大学法人首都大学東京 | 光触媒ガラス、及びその製造方法 |
| JP2016209811A (ja) * | 2015-05-08 | 2016-12-15 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 光触媒複合体材料およびその製造方法 |
-
2000
- 2000-03-17 JP JP2000075552A patent/JP2001259436A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007075678A (ja) * | 2005-09-12 | 2007-03-29 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 酸化ジルコニウム系光機能性酸化物 |
| JP4565239B2 (ja) * | 2005-09-12 | 2010-10-20 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 酸化ジルコニウム系光機能性酸化物 |
| WO2007100039A1 (ja) | 2006-03-01 | 2007-09-07 | Nissan Motor Co., Ltd. | 光触媒活性化システム及び光触媒の活性化方法 |
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| CN102091620A (zh) * | 2011-01-18 | 2011-06-15 | 上海交通大学 | 多孔分级结构半导体光催化材料的制备方法 |
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| JP2015167871A (ja) * | 2014-03-04 | 2015-09-28 | 公立大学法人首都大学東京 | 光触媒ガラス、及びその製造方法 |
| JP2016209811A (ja) * | 2015-05-08 | 2016-12-15 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 光触媒複合体材料およびその製造方法 |
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