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TWI849069B - 氧化鈦微粒子、其分散液及該分散液之製造方法 - Google Patents

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TWI849069B
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古舘学
井上友博
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日商信越化學工業股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種藉由與光觸媒混合而可提高該光觸媒之光觸媒活性之氧化鈦微粒子。 本發明提供氧化鈦微粒子及於水性分散介質中分散有該氧化鈦微粒子之氧化鈦微粒子分散液，前述氧化鈦微粒子係至少固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子，其中鐵成分及矽成分個別之含量，以與鈦之莫耳比(Ti/Fe或Ti/Si)計為1~1,000。

Description

氧化鈦微粒子、其分散液及該分散液之製造方法
本發明有關固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子、其分散液及分散液之製造方法。
光觸媒多使用於基材表面之清淨化、脫臭、抗菌等用途。所謂光觸媒反應係指藉由光觸媒吸收光而產生之激發電子及電洞所引起之反應。利用光觸媒之有機物的分解認為主要以如下[1]、[2]之機制所引起。 [1]生成之激發電子及電洞與吸附於光觸媒表面之氧或水進行氧化還原反應，藉由該氧化還原反應所產生之活性種分解有機物。 [2]生成之電洞直接使吸附於光觸媒表面之有機物氧化並分解。
已針對如上述之光觸媒作用的應用不僅使用於可利用紫外線之戶外，亦可利用於以如螢光燈等之可見光區域的光(波長400~800nm)佔有大部分的光源所照射之室內空間進行檢討。例如作為可見光回應型光觸媒，已開發氧化鎢光觸媒體(日本特開2009-148700號公報：專利文獻1)。
作為提高利用氧化鈦之光觸媒的可見光活性之方法，已知有於氧化鈦微粒子或摻雜金屬之氧化鈦微粒子表面擔持鐵或銅之方法(例如日本特開2012-210632號公報：專利文獻2，日本特開2010-104913號公報：專利文獻3；日本特開2011-240247號公報：專利文獻4，日本特開平7-303835號公報：專利文獻5)、分別準備固溶(摻雜)有錫與提高可見光活性之過渡金屬之氧化鈦微粒子及固溶有銅之氧化鈦微粒子後混合使用之方法(國際公開第2014/045861號：專利文獻6)、分別準備固溶有錫與提高可見光回應性之過渡金屬之氧化鈦微粒子及固溶有鐵族元素之氧化鈦微粒子後混合使用之方法(國際公開第2016/152487號：專利文獻7)等。
使用後者(專利文獻7)之使用分別準備固溶有錫與提高可見光活性之過渡金屬之氧化鈦微粒子及固溶有鐵族元素之氧化鈦微粒子後混合所得之可見光回應型光觸媒氧化鈦微粒子分散液而製膜之光觸媒膜時，雖係即使僅於可見光區域之光的條件下迄今難分解之基質為低濃度之情況下亦可獲得高的分解活性者，但於實際環境下為了實際感受充分效果而要求更提高可見光活性。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2009-148700號公報 [專利文獻2]日本特開2012-210632號公報 [專利文獻3]日本特開2010-104913號公報 [專利文獻4]日本特開2011-240247號公報 [專利文獻5]日本特開平7-303835號公報 [專利文獻6]國際公開第2014/045861號 [專利文獻7]國際公開第2016/152487號
[發明欲解決之課題]
因此，本發明之目的在於提供藉由與光觸媒混合而可獲得比光觸媒單獨時更高之光觸媒活性之氧化鈦微粒子、其分散液及該分散液之製造方法。 [用以解決課題之手段]
本發明人等為了提高光觸媒活性，而對光觸媒與各種材料之組合詳加檢討之結果，發現藉由混合光觸媒與固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦，可獲得比光觸媒單獨時更高之光觸媒活性，因而完成本發明。
因此，本發明係提供下述所示之固溶有鐵及矽之氧化鈦、其分散液及分散液之製造方法。 [1] 一種氧化鈦微粒子，其係至少固溶有鐵成分及矽成分。 [2] 如[1]記載之氧化鈦微粒子，其中鐵成分及矽成分之個別含量，以與鈦之莫耳比(Ti/Fe或Ti/Si)計為1~1,000。 [3] 如[1]或[2]之氧化鈦微粒子，其係進而固溶有選自鉬、鎢及釩之至少1種過渡金屬成分。 [4] 一種氧化鈦微粒子分散液，其係於水性分散介質中分散有如[1]至[3]中任一項之固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子者。 [5] 一種固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子分散液之製造方法，其係具有下述步驟(1)及(2)， (1)自原料鈦化合物、鐵化合物、矽化合物、鹼性物質、過氧化氫及水性分散介質，製造含有鐵成分及矽成分之過氧鈦酸溶液之步驟， (2)將上述(1)步驟所製造之含有鐵成分及矽成分之過氧鈦酸溶液在壓力控制下於80~250℃加熱，獲得固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子分散液之步驟。 [發明效果]
依據本發明可提供藉由混合於光觸媒而可提高光觸媒活性之固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子、其分散液及分散液之製造方法。
以下針對本發明詳細說明。
本發明之氧化鈦微粒子係至少固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子，係藉由與光觸媒混合而可提高光觸媒活性之氧化鈦微粒子，尤其期望使用作為分散液。 本發明之固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子分散液係於水性分散介質中，分散固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子者。
此處，本說明書中，所謂固溶體係位於某一結晶相之晶格點的原子取代為其他原子或其他原子進入於晶格間隙之相，亦即具有被視為其他物質溶入某結晶相之混合相者，係指作為結晶相為均一相。位於晶格點之溶劑原子取代為溶質原子者稱為置換型固溶體，溶質原子進入晶格間隙者稱為侵入型固溶體，於本說明書中係指任一者。
本發明之氧化鈦微粒子中，特徵係氧化鈦微粒子與鐵原子及矽原子形成固溶體。作為固溶體，可為取代型亦可為侵入型。氧化鈦之取代型固溶體係氧化鈦結晶之鈦位置被取代為各種金屬原子而形成者，氧化鈦之侵入型固溶體係各種金屬原子進入氧化鈦結晶之晶格間隙而形成者。氧化鈦中固溶各種金屬原子時，藉由X射線繞射等測定結晶相之際，僅觀測到氧化鈦之結晶相波峰，未觀測到源自所添加各種金屬原子之化合物的波峰。
於金屬氧化物結晶中固溶異種金屬之方法並未特別限定，但可舉例為氣相法(CVD法、PVD法等)、液相法(水熱法、溶膠・凝膠法等)、固相法(高溫燒成法等)等。
作為氧化鈦微粒子之結晶相，通常已知有金紅石型、銳鈦礦型、板鈦礦型之3種，但前述氧化鈦微粒子較佳主要利用金紅石型或銳鈦礦型。又此處所謂「主要」係指氧化鈦微粒子全體中，該結晶相之氧化鈦微粒子含有50質量%以上，較佳為70質量%以上，更佳為90質量%以上，亦可為100質量%。
且，分散液之分散介質通常使用水性溶劑，較佳使用水，但亦可使用與水以任意比例混合之親水性有機溶劑與水之混合溶劑。作為水較佳使用例如過濾水，去離子水、蒸餾水、純水等之純化水。又，作為親水性有機溶劑較佳為例如甲醇、乙醇、異丙醇等醇類；乙二醇等二醇類；乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、丙二醇正丙醚等二醇醚類。使用混合溶劑之情況下，混合溶劑中之親水性有機溶劑之混合比例較佳多於0質量%且50質量%以下，更佳為20質量%以下，又更佳為10質量%以下。
本發明之氧化鈦微粒子之特徵係固溶有鐵成分及矽成分。
固溶於氧化鈦微粒子之鐵成分，只要係自鐵化合物衍生者即可，舉例為例如鐵的金屬單體(Fe)、氧化物(Fe2 O3 、Fe3 O4 )、氫氧化物、含氧氫氧化物(FeO(OH))、氯化物(FeCl2 、FeCl3 )、硝酸鹽(Fe(NO)3 )、硫酸鹽(FeSO4 、Fe2 (SO4 )3 )、鹵(Br、I等)化物、錯化合物等，可使用該等之1種或可組合2種以上使用。其中較佳使用氧化物(Fe2 O3 、Fe3 O4 )、含氧氫氧化物(FeO(OH))、氯化物(FeCl2 、FeCl3 )、硝酸鹽(Fe(NO)3 )、硫酸鹽(FeSO4 、Fe2 (SO4 )3 )。
氧化鈦微粒子中之鐵成分含量，以與鈦之莫耳比(Ti/Fe)計為1~1,000，較佳為2~200，更佳為5~100。其理由係莫耳比未達1或超過1,000之情況，有提高光觸媒活性之效果不充分之情況。
固溶於氧化鈦微粒子之矽成分，只要係自矽化合物衍生者即可，舉例為例如矽的金屬單體(Si)、氧化物(SiO、SiO2 )、烷氧化物(Si(OCH3 )4 、Si(OC2 H5 )4 、Si(OCH(CH3 )2 )4 )、矽酸鹽(鈉鹽、鉀鹽)等，可使用該等之1種或可組合2種以上使用。其中較佳使用矽酸鹽(矽酸鈉)。
氧化鈦微粒子中之矽成分含量，以與鈦之莫耳比(Ti/Si)計為1~1,000，較佳為2~200，更佳為3~100。其理由係莫耳比未達1或超過1,000之情況，有提高光觸媒活性之效果不充分之情況。
為了提高可見光回應性，本發明之氧化鈦微粒子亦可固溶有鐵以外之過渡金屬成分，該情況下，過渡金屬成分之含量可對應於過渡金屬成分種類適當選定，但以與鈦之莫耳比(Ti/過渡金屬)較佳為1~10,000。作為鐵以外之過渡金屬成分，較佳為提高可見光回應性之過渡金屬成分，具體可例示釩、鉻、錳、鈮、鉬、銠、鎢、鈰等，其中較佳選自鉬、鎢及釩。
固溶於氧化鈦微粒子之過渡金屬成分選擇鉬之情況，鉬成分只要自與後述第1氧化鈦微粒子同樣之鉬化合物衍生者即可。
氧化鈦微粒子中之鉬成分含量，以與鈦之莫耳比(Ti/Mo)計為1~10,000，較佳為5~5,000，更佳為20~ 1,000。其理由係莫耳比未達1之情況，氧化鈦含有比例降低，有無法充分發揮光觸媒效果之情況，超過10,000之情況，有可見光回應性不充分之情況。
固溶於氧化鈦微粒子之過渡金屬成分選擇鎢之情況，鎢成分只要自與後述第1氧化鈦微粒子同樣之鎢化合物衍生者即可。
氧化鈦微粒子中之鎢成分含量，以與鈦之莫耳比(Ti/W)計為1~10,000，較佳為5~5,000，更佳為20~ 1,000。其理由係莫耳比未達1之情況，氧化鈦含有比例降低，有無法充分發揮光觸媒效果之情況，超過10,000之情況，有可見光回應性不充分之情況。
固溶於氧化鈦微粒子之過渡金屬成分選擇釩之情況，釩成分只要自與後述第1氧化鈦微粒子同樣之釩化合物衍生者即可。
氧化鈦微粒子中之釩成分含量，以與鈦之莫耳比(Ti/V)計為1~10,000，較佳為10~10,000，更佳為100~10,000。其理由係莫耳比未達1之情況，氧化鈦含有比例降低，有無法充分發揮光觸媒效果之情況，超過10,000之情況，有可見光回應性不充分之情況。
作為固溶於氧化鈦微粒子之過渡金屬成分亦可自鉬、鎢及釩中選擇複數種。此時各成分量可由上述範圍選擇。但，各成分量之合計與鈦之莫耳比[Ti/(Mo+W+V)為1以上且小於10,000。
氧化鈦微粒子可使用1種，亦可組合2種以上使用。組合2種以上具有不同可見光回應性者之情況，有獲得可見光活性提高之效果之情況。
氧化鈦微粒子分散液中之氧化鈦微粒子藉由使用雷射光之動態光散射法測定之體積基準的50%累積分佈徑(以下有時記載為D50 )較佳為5~30nm，更佳為5~20 nm。係因D50 未達5nm時，有光觸媒活性不充分之情況，超過30nm時，有分散液變不透明之故。
又，體積基準的90%累積分佈徑(以下有時記載為D90 )較佳為5~100nm，更佳為5~80nm。係因D90 未達5nm時，有光觸媒活性不充分之情況，超過100nm時，有分散液變不透明之故。 作為測定上述氧化鈦微粒子之D50 及D90 之裝置，可使用例如ELSZ-2000ZS(大塚電子(股)製)、Nanotrac UPA-EX150(日機裝(股)製)、LA-910(堀場製作所(股)製)等。
氧化鈦微粒子分散液中之氧化鈦微粒子之濃度，就容易製作所需厚度之光觸媒薄膜之方面，較佳為0.01~20質量%，特佳為0.5~10質量%。 此處，氧化鈦微粒子分散液之濃度之測定方法，係取樣氧化鈦微粒子分散液之一部分，基於於105℃加熱3小時使溶劑揮發後之不揮發分(氧化鈦微粒子)之質量與取樣之氧化鈦微粒子分散液之質量，依據下式算出。 氧化鈦微粒子分散液之濃度(%)=[不揮發分質量(g)/氧化鈦微粒子分散液質量(g)]×100
＜固溶有鐵及矽之氧化鈦微粒子分散液之製造方法＞ 作為本發明之固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子分散液之製造方法，具體可舉例為具有下述步驟(1)及(2)之製造方法。 ・步驟(1)： 步驟(1)係藉由使原料鈦化合物、鐵化合物、矽化合物、鹼性物質及過氧化氫於水性分散介質中反應，製造含有鐵成分及矽成分之過氧鈦酸溶液。
作為反應方法，可為下述i)~iii)之方法的任一者。 i)對於水性分散介質中之原料鈦化合物及鹼性物質，添加鐵化合物及矽化合物並溶解後，作成含有鐵及矽之氫氧化鈦，去除含有之金屬離子以外之雜質離子，添加過氧化氫而作成含有鐵成分及矽成分之過氧鈦酸之方法 ii)於水性分散介質中之原料鈦化合物中添加鹼性物質作成氫氧化鈦，去除含有之金屬離子以外之雜質離子，添加鐵化合物及矽化合物，其次添加過氧化氫而作成含有鐵成分及矽成分之過氧鈦酸之方法 iii)於水性分散介質中之原料鈦化合物中添加鹼性物質作成氫氧化鈦，去除含有之金屬離子以外之雜質離子，添加過氧化氫作成過氧鈦酸後，添加鐵化合物及矽化合物，作成含有鐵成分及矽成分之過氧鈦酸之方法 又，i)之方法前段中，亦可將「於水性分散介質中之原料鈦化合物及鹼性物質」分為如「分散原料鈦化合物之水性分散介質」與「分散鹼性物質之水性分散介質」之2液水性分散介質，依據鐵化合物及矽化合物之各化合物對於該2液之溶解性，將各化合物溶解於該2液之任一者或兩者後，將兩者混合。
如此獲得含有鐵成分及矽成分之過氧鈦酸後，藉由供給於後述之步驟(2)之水熱反應，可獲得於氧化鈦固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子。
此處，作為原料鈦化合物舉例為例如鈦之氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽等無機酸鹽、甲酸、檸檬酸、草酸、乳酸、乙醇酸等之有機酸鹽、將鹼添加於該等水溶液中藉水解而析出之氫氧化鈦等，該等可使用1種或組合2種以上使用。其中，較佳使用鈦之氯化物(TiCl3 、TiCl4 )。
作為鐵化合物、矽化合物及水性分散介質分別為前述者，以前述調配之方式使用。又，由原料鈦化合物與水性分散介質形成之原料鈦化合物水溶液之濃度較佳為60質量%以下，特佳為30質量%以下。濃度之下限係經適當選定，但通常較佳為1質量%以上。
鹼性物質係用以使原料鈦化合物順利成為氫氧化鈦者，舉例為例如氫氧化鈉、氫氧化鉀等鹼金屬或鹼土類金屬之氫氧化物、氨、烷醇胺、烷胺等胺化合物，其中特佳使用氨，以使原料鈦化合物水溶液之pH成為7以上，尤其成為pH7~10之量添加、使用。又，鹼性物質亦可與上述水性分散介質一起作成適當濃度之水溶液使用。
過氧化氫係用於使上述原料鈦化合物或氫氧化鈦轉化成過氧鈦，亦即包含Ti-O-O-Ti鍵之氧化鈦化合物者，通常以過氧化氫水溶液之形態使用。過氧化氫之添加量較佳成為鈦、鐵及矽之合計物質量之1.5~20倍莫耳。且，添加過氧化氫使原料鈦化合物或氫氧化鈦成為過氧鈦酸之反應中，反應溫度較佳設為5~80℃，反應時間較佳設為30分鐘~24小時。
如此所得之含有鐵成分及矽成分之過氧鈦酸溶液亦可含鹼性物質或酸性物質以調整pH等。本文中，作為鹼性物質舉例為例如氨、氫氧化鈉、氫氧化鈣、烷胺等，作為酸性物質舉例為例如硫酸、硝酸、鹽酸、碳酸、磷酸、過氧化氫等無機酸及甲酸、檸檬酸、草酸、乳酸、乙醇酸等有機酸。該情況下，所得含有鐵成分及矽成分之過氧鈦酸溶液之pH為1~9，尤其是4~7時，就操作之安全性方面係較佳。
・步驟(2)： 步驟(2)係將上述步驟(1)所得之含有鐵成分及矽成分之過氧鈦酸溶液在壓力控制下供於80~250℃，較佳100~250℃之溫度下之水熱反應中0.01~24小時。反應溫度就反應效率與反應控制性之觀點而言以80~250℃較適當，其結果，含有鐵成分及矽成分之過氧鈦酸轉化為固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子。又，此處所謂壓力控制下，於反應溫度超過分散介質之沸點的情況下，以可維持反應溫度之方式進行適當加壓，維持反應溫度，設為分散介質之沸點以下之溫度時包含以大氣壓進行控制之情況。此處所用之壓力通常為0.12~4.5MPa左右，較佳為0.15~4.5MPa左右，更佳為0.20~4.5MPa左右。反應時間較佳為1分鐘~24小時。藉由該步驟(2)，獲得固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子分散液。
此處所得之氧化鈦微粒子之粒徑較佳為如上所述之範圍者，但藉由調整反應條件，可控制粒徑，例如藉由縮短反應時間或升溫時間，可減小粒徑。
＜固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子之使用＞ 本發明之固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子藉由與光觸媒混合可提高光觸媒活性。 本發明中，所謂光觸媒係指藉由照射具有特定帶隙以上之能量的光而顯示光觸媒作用之物質總稱。作為此等物質可使用1種或組合2種以上之氧化鈦、氧化鎢、氧化鋅、氧化錫、氧化鐵、氧化鉍、釩酸鉍、鈦酸鍶等之習知金屬氧化物半導體之微粒子而使用。其中，期望使用於包含400nm以下之紫外光的光線照射下，具有特別高的光觸媒作用，化學上安定、奈米粒子之合成或其奈米粒子對溶劑之分散比較容易之氧化鈦微粒子。又，本說明書中，為了將本發明之固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子與作為提高光觸媒活性之對象的氧化鈦微粒子予以區別，有將作為提高光觸媒活性之對象的氧化鈦微粒子稱為「第1氧化鈦微粒子」，將本發明之固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子稱為「第2氧化鈦微粒子」之情況。
作為氧化鈦微粒子之結晶相，通常已知有金紅石型、銳鈦礦型、板鈦礦型之3種，但與前述氧化鈦微粒子同樣，第1氧化鈦微粒子其結晶相亦較佳主要利用銳鈦礦型或金紅石型之氧化鈦微粒子。又此處所謂「主要」係指氧化鈦微粒子結晶全體中，通常含有50質量%以上，較佳為70質量%以上，更佳為90質量%以上，亦可為100質量%。
作為第1氧化鈦微粒子，為了提高其光觸媒活性，亦可利用於氧化鈦微粒子中擔持鉑、金、鈀、鐵、銅、鎳等之金屬化合物者，或固溶(摻雜)錫、氮、硫、碳等之元素者。 作為第1氧化鈦微粒子，特佳為固溶有錫成分及鐵以外之過渡金屬成分之氧化鈦微粒子。鐵以外之過渡金屬成分更佳為提高可見光回應性之過渡金屬成分。此等鐵以外之過渡金屬係自週期表第3族~第11族中選擇之成分，作為提高可見光回應性之過渡金屬成分可選自釩、鉻、錳、鈮、鉬、銠、鎢、鈰等，但其中較佳選擇鉬、鎢、釩。
固溶於第1氧化鈦微粒子之錫成分係用以提高光觸媒薄膜之可見光回應性者，只要係自錫化合物衍生者即可，舉例為例如錫的金屬單體(Sn)、氧化物(SnO、SnO2 )、氫氧化物、氯化物(SnCl2 、SnCl4 )、硝酸鹽(Sn(NO3 )2 )、硫酸鹽(SnSO4 )、鹵(Br、I等)化物、含氧酸鹽(Na2 SnO3 、K2 SnO3 )、錯化合物等，可使用該等之1種或可組合2種以上使用。其中較佳使用氧化物(SnO、SnO2 )、氯化物(SnCl2 、SnCl4 )、硫酸鹽(SnSO4 )、含氧酸鹽(Na2 SnO3 、K2 SnO3 )。
第1氧化鈦微粒子中之錫成分含量，以與鈦之莫耳比(Ti/Sn)計為1~1,000，較佳為5~500，更佳為5~100。其理由係莫耳比未達1之情況，氧化鈦含有比例降低，有無法充分發揮光觸媒效果之情況，超過1,000之情況，有可見光回應性不充分之情況。
固溶於第1氧化鈦微粒子之過渡金屬成分只要係自該過渡金屬化合物衍生者即可，可舉例為金屬、氧化物、氫氧化物、氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽、鹵化物、含氧酸鹽、各種錯合物等，係使用該等之1種或使用2種以上。
固溶於第1氧化鈦微粒子中之過渡金屬成分的含量，可根據過渡金屬成分種類適當選定，但以與鈦之莫耳比(Ti/過渡金屬)計較佳為1~10,000。
固溶於第1氧化鈦微粒子之過渡金屬成分選擇鉬之情況，鉬成分只要係自鉬化合物衍生者即可，舉例為例如鉬的金屬單體(Mo)、氧化物(MoO2 、MoO3 )、氫氧化物、氯化物(MoCl3 、MoCl5 )、硝酸鹽、硫酸鹽、鹵(Br、I等)化物、鉬酸鹽及含氧酸鹽(H2 MoO4 、Na2 MoO4 、K2 MoO4 )、錯化合物等，可使用該等之1種或可組合2種以上使用。其中較佳使用氧化物(MoO2 、MoO3 )、氯化物(MoCl3 、MoCl5 )、含氧酸鹽(H2 MoO4 、Na2 MoO4 、K2 MoO4 )。
第1氧化鈦微粒子中之鉬成分含量，以與鈦之莫耳比(Ti/Mo)計為1~10,000，較佳為5~5,000，更佳為20~1,000。其理由係莫耳比未達1之情況，氧化鈦含有比例降低，有無法充分發揮光觸媒效果之情況，超過10,000之情況，有可見光回應性不充分之情況。
固溶於第1氧化鈦微粒子之過渡金屬成分選擇鎢之情況，鎢成分只要係自鎢化合物衍生者即可，舉例為例如鎢的金屬單體(W)、氧化物(WO3 )、氫氧化物、氯化物(WCl4 、WCl6 )、硝酸鹽、硫酸鹽、鹵(Br、I等)化物、鎢酸鹽及含氧酸鹽(H2 WO4 、Na2 WO4 、K2 WO4 )、錯化合物等，可使用該等之1種或可組合2種以上使用。其中較佳使用氧化物(WO3 )、氯化物(WCl4 、WCl6 )、含氧酸鹽(Na2 WO4 、K2 WO4 )。
第1氧化鈦微粒子中之鎢成分含量，以與鈦之莫耳比(Ti/W)計為1~10,000，較佳為5~5,000，更佳為20~2,000。其理由係莫耳比未達1之情況，氧化鈦含有比例降低，有無法充分發揮光觸媒效果之情況，超過10,000之情況，有可見光回應性不充分之情況。
固溶於第1氧化鈦微粒子之過渡金屬成分選擇釩之情況，釩成分只要係自釩化合物衍生者即可，舉例為例如釩的金屬單體(V)、氧化物(VO、V2 O3 、VO2 、V2 O5 )、氫氧化物、氯化物(VCl5 )、含氧氯化物(VOCl3 )、硝酸鹽、硫酸鹽、含氧硫酸鹽(VOSO4 )、鹵(Br、I)化物、含氧酸鹽(Na3 VO4 、K3 VO4 、KVO3 )、錯化合物等，可使用該等之1種或可組合2種以上使用。其中較佳使用氧化物(V2 O3 、V2 O5 )、氯化物(VCl5 )、含氧氯化物(VOCl3 )、含氧硫酸鹽(VOSO4 )、含氧酸鹽(Na3 VO4 、K3 VO4 、KVO3 )。
第1氧化鈦微粒子中之釩成分含量，以與鈦之莫耳比(Ti/V)計為1~10,000，較佳為10~10,000，更佳為100~10,000。其理由係莫耳比未達1之情況，氧化鈦含有比例降低，有無法充分發揮光觸媒效果之情況，超過10,000之情況，有可見光回應性不充分之情況。
作為固溶於第1氧化鈦微粒子之過渡金屬成分亦可自鉬、鎢及釩中選擇複數種。此時各成分量可由上述範圍選擇。但，各成分量之合計與鈦之莫耳比[Ti/(Mo+W+V)為1以上且小於10,000。
第1氧化鈦微粒子可使用1種，亦可組合2種以上使用。組合2種以上具有不同可見光回應性者之情況，有獲得可見光活性提高之效果之情況。
作為光觸媒微粒子分散液之水性分散介質，通常使用水性溶劑，較佳使用水，但亦可使用與水以任意比例混合之親水性有機溶劑之混合溶劑。作為水較佳使用例如去離子水、蒸餾水、純水等。又，作為親水性有機溶劑較佳為例如甲醇、乙醇、異丙醇等醇類；乙二醇等二醇類；乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、丙二醇正丙醚等二醇醚類。使用混合溶劑之情況下，混合溶劑中之親水性有機溶劑之混合比例較佳多於0質量%且50質量%以下，更佳為20質量%以下，又更佳為10質量%以下。
第1氧化鈦微粒子分散液中之氧化鈦微粒子之分散粒徑藉由使用雷射光之動態光散射法測定之體積基準的50%累積分佈徑(以下有時記載為D50 )較佳為5~30nm，更佳為5~20nm。係因平均粒徑未達5nm時，有光觸媒活性不充分之情況，超過30nm時，有分散液變不透明之故。
又，體積基準的90%累積分佈徑(以下有時記載為D90 )較佳為5~100nm，更佳為5~80nm。係因D90 未達5nm時，有光觸媒活性不充分之情況，超過100nm時，有分散液變不透明之故。 又，作為測定上述第1氧化鈦微粒子之D50 及D90 之裝置係如上述。
第1氧化鈦微粒子分散液中之氧化鈦微粒子之濃度，就容易製作後述所需厚度之光觸媒薄膜之方面，較佳為0.01~30質量%，特佳為0.5~20質量%。
此處，第1氧化鈦微粒子分散液之濃度之測定方法，係取樣氧化鈦微粒子分散液之一部分，基於於105℃加熱3小時使溶劑揮發後之不揮發分(氧化鈦微粒子)之質量與取樣之氧化鈦微粒子分散液之質量，依據下式算出。 氧化鈦微粒子分散液之濃度(%)=[不揮發分質量(g)/氧化鈦微粒子分散液質量(g)]×100
第1氧化鈦微粒子分散液可藉習知方法製造，藉由將其與固溶有鐵及矽之氧化鈦微粒子分散液之2種氧化鈦微粒子分散液混合，可獲得氧化鈦微粒子混合物之分散液。
關於混合方法，若為可將2種分散液均一混合之方法，則未特別限定，例如可藉由使用一般可取得之攪拌機之攪拌而混合。
該等混合比，個別之質量比[第1氧化鈦微粒子/第2氧化鈦微粒子]較佳為99~0.1，更佳為99~1，又更佳為99~3。其理由係上述質量比若超過99或未達0.1之情況，則提高第1氧化鈦微粒子之光觸媒活性效果不充分。
此處，氧化鈦微粒子混合物之分散液中第1氧化鈦微粒子及第2氧化鈦微粒子之混合物之分散粒徑藉由使用雷射光之動態光散射法測定之體積基準的50%累積分佈徑(以下有時記載為D50 )為5~100nm，較佳為5~30nm，更佳為5~20nm。係因D50 未達5nm時，有光觸媒活性不充分之情況，超過100nm時，有分散液變不透明之故。
又，體積基準的90%累積分佈徑(以下有時記載為D90 )較佳為5~100nm，更佳為5~80nm。係因D90 未達5nm時，有光觸媒活性不充分之情況，超過100nm時，有分散液變不透明之故。 又，作為測定第1氧化鈦微粒子及第2氧化鈦微粒子之混合物之D50 及D90 之裝置係如上述。
進而，氧化鈦微粒子混合分散液中，基於使該分散液容易塗佈於後述各種構件表面且容易接著之目的，亦可添加黏合劑。作為黏合劑之例，舉例為例如包含含有矽、鋁、鈦、鋯等之金屬化合物系黏合劑或氟系樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂等之有機樹脂系黏合劑等。
至於黏合劑與氧化鈦微粒子混合物之質量比[氧化鈦微粒子混合物/黏合劑]，較佳以99~0.01添加使用，更佳以9~0.1，又更佳以2.5~0.4之範圍添加使用。其理由係上述質量比超過99之情況下，光觸媒及氧化鈦微粒子對於各種構件表面之接著不充分，未達0.01之情況，有光觸媒活性不充分之情況。
其中，為了獲得光觸媒作用及透明性高的優異光觸媒薄膜，矽化合物系黏合劑特佳以質量比(氧化鈦微粒子混合物/矽化合物系黏合劑)99~0.01，更佳9~0.1，又更好以2.5~0.4之範圍添加使用。此處，所謂矽化合物系黏合劑係固體狀或液體狀之矽化合物含於水性分散介質中之矽化合物之膠體分散液、溶液或乳液，具體舉例為膠體氧化矽(較佳粒徑1~150nm)；矽酸鹽等之矽酸鹽類溶液；矽烷、矽氧烷水解物乳液；矽氧樹脂乳液；矽氧-丙烯酸樹脂共聚物、矽氧-胺基甲酸酯樹脂共聚物等之矽氧樹脂與其他樹脂之共聚物的乳液等。
氧化鈦微粒子混合分散液所含之第1氧化鈦微粒子與第2氧化鈦微粒子之質量可基於各微粒子分散液之質量與濃度算出。又各微粒子分散液之濃度之測定方法，係取樣各微粒子分散液之一部分，基於於105℃加熱3小時使溶劑揮發後之不揮發分(各微粒子)之質量與取樣之各微粒子分散液之質量，依據下式算出。 各微粒子分散液之濃度(%)=[不揮發分質量(g)/各微粒子分散液質量(g)]×100
如此調製之氧化鈦微粒子混合分散液中之第1氧化鈦微粒子與第2氧化鈦微粒子之合計濃度係如上述，就容易製造所需厚度之光觸媒薄膜之方面，較佳為0.01~20質量%，特佳為0.5~10質量%。關於濃度調整，於濃度高於期望濃度之情況，可藉由添加水性溶劑予以稀釋而降低濃度，低於期望濃度之情況，可藉使水性溶劑揮發或過濾而提高濃度。又，濃度係如上述算出。
又添加提高上述膜形成性之黏合劑之情況，欲使混合後成為期望濃度，上述之黏合劑溶液(水性黏合劑溶液)較佳對於如上述進行濃度調整之光觸媒混合分散液進行添加。
＜表面具有光觸媒薄膜之構件＞ 氧化鈦微粒子混合分散液可使用於在各種構件表面形成光觸媒膜。此處，各種構件並無特別限制，但作為構件之材料列舉為例如有機材料、無機材料。該等可依據個別目的、用途而具有各種形狀。
作為有機材料，舉例為例如氯乙烯樹脂(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、丙烯酸樹脂、聚縮醛、氟樹脂、矽氧樹脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、丙烯腈-丁二烯橡膠(NBR)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚乙烯丁縮醛(PVB)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、聚醯亞胺樹脂、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚醚醚醯亞胺(PEEI)、聚醚醚酮(PEEK)、三聚氰胺樹脂、酚樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂等合成樹脂材料、天然橡膠等天然材料、或上述合成樹脂材料與天然材料之半合成材料。該等亦可製品化成薄膜、薄片、纖維材料、纖維製品、其他成型品、層合體等所需之形狀、構成。
作為無機材料包含例如非金屬無機材料、金屬無機材料。作為非金屬無機材料舉例為例如玻璃、陶瓷、石材等。該等亦可製品化成磁磚、玻璃、鏡子、牆壁、設計材等各種形狀。作為金屬無機材料舉例為例如鑄鐵、鋼材、鐵、鐵合金、鋁、鋁合金、鎳、鎳合金、鋅鑄材等。該等可施加上述金屬無機材料之鍍敷，亦可塗佈上述有機材料，亦可於上述有機材料或非金屬無機材料之表面施以鍍敷。
氧化鈦微粒子混合分散液可用以於上述各種構件中，特別是於PET等之高分子薄膜上製作透明光觸媒薄膜。
作為於各種構件表面形成光觸媒薄膜之方法，只要是以噴霧塗佈、浸漬塗佈等習知之塗佈方法將氧化鈦微粒子混合分散液塗佈於例如上述構件表面後，藉遠紅外線乾燥、IH乾燥、熱風乾燥等習知之乾燥方法乾燥即可，光觸媒薄膜之厚度亦可進行各種選擇，但通常較佳為10nm~10μm之範圍。 藉此形成上述氧化鈦微粒子混合物之被膜。該情況，於上述分散液中以上述量包含黏合劑之情況下，形成包含氧化鈦微粒子混合物與黏合劑之被膜。
如此形成之光觸媒薄膜為透明，且不僅賦予在紫外線區域之光(波長10~400nm)之良好光觸媒作用，而僅於以往之光觸媒無法獲得充分之光觸媒作用之可見光區域之光(波長400~800nm)亦能獲得優異之光觸媒作用者，形成該光觸媒薄膜之各種構件由於藉由光觸媒作用使吸附於表面之有機物分解，故為可發揮該構件表面之清淨化、除臭、抗菌等效果者。 [實施例]
以下，列示實施例及比較例具體說明本發明，但本發明並不受限於以下實施例。本發明中之各種測定如下述般進行。
(1)分散液中之氧化鈦微粒子之50%及90%累積分布徑(D50 及D90 ) 分散液中之氧化鈦微粒子之D50 及D90 係使用粒度分佈測定裝置(ELSZ-2000ZS(大塚電子(股)製)，藉由利用雷射光之動態光散射法測定之體積基準之50%及90%累積分布徑而算出。
(2)光觸媒薄膜之乙醛氣體分解性能試驗 藉由乙醛氣體之分解反應評價藉由塗佈分散液並乾燥而製作之光觸媒薄膜之活性。評價係以批式氣體分解性能評價法進行。 具體而言，係在容積5L之附石英玻璃窗之不銹鋼製單元內設置在A4尺寸(210mm×297mm)之PET薄膜全面上形成以乾燥質量計含約20mg量之光觸媒微粒子之光觸媒薄膜之評價用樣品後，於該單元中充滿經調濕成濕度50%之初期濃度之乙醛氣體，以設置於該單元上部之光源照射光。藉由薄膜上之光觸媒使乙醛氣體分解時，該單元中之乙醛氣體濃度下降。因此，藉由測定其濃度，可求出乙醛氣體分解量。乙醛氣體濃度係使用光音響多重氣體監測器(商品名“INNOVA1412”，LumaSense公司製)測定，且測定乙醛氣體濃度自初期濃度減低至1ppm所需之時間。試驗係自光照射開始後實施至24小時。
紫外線照射下之光觸媒活性評價中，光源係使用UV螢光燈(商品型號「FL10 BLB」，東芝照明技術(股)製)，以放射照度為0.5mW/cm2 之條件照射紫外線。此時，單元內之乙醛氣體初期濃度設為20ppm。 又，可見光照射下之光觸媒活性評價中，光源係使用LED(商品型號“TH-211×200SW”，CCS(股)，分光分佈：400~800nm)，以照度30,000Lx之條件照射可見光。此時，單元內之乙醛氣體初期濃度設為5ppm。
(3)光觸媒及氧化鈦微粒子之結晶相鑑定 光觸媒及氧化鈦微粒子之結晶相係藉由將所得之氧化鈦微粒子之分散液於105℃乾燥3小時並回收之氧化鈦微粒子粉末之粉末X射線繞射(商品名“桌上型X射線繞射裝置D2 PHASER”，Bruker IXS(股))測定而鑑定。
(4)固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子之調製 [實施例1] ＜固溶有鐵及矽之氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 於36質量%之氯化鈦(IV)水溶液中以Ti/Fe(莫耳比)成為10之方式添加氯化鐵(III)，以純水將其稀釋10倍後，於該水溶液中，緩慢添加以對於前述氯化鈦(IV)水溶液中之Ti成分Ti/Si(莫耳比)成為10之方式添加溶解有矽酸鈉之10質量%之氨水予以中和、水解，藉此獲得含有鐵及矽之氫氧化鈦沉澱物。此時之pH為8。所得沉澱物重複進行添加純水與傾析予以去離子處理。於該去離子處理後之含有鐵及矽之氫氧化鈦沉澱物中，以H2 O2 /(Ti+Fe+Si)(莫耳比)成為12之方式添加35質量%過氧化氫水溶液，隨後於50℃攪拌2小時充分反應，獲得橙色透明之含有鐵及矽之過氧鈦酸溶液(2a)。
將含有鐵及矽之過氧鈦酸溶液(2a)400mL饋入容積500mL之高壓釜中，使之在130℃之條件下水熱處理90分鐘，之後，藉由添加純水進行濃度調整，獲得固溶有鐵及矽之氧化鈦微粒子(2A)之分散液(固形分濃度1質量%)。氧化鈦微粒子(2A)進行粉末X射線繞射測定後，所觀測到之波峰僅為銳鈦礦型氧化鈦者，可知於氧化鈦中固溶有鐵及矽。
[實施例2] ＜固溶有鐵、矽及鎢之氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 於36質量%之氯化鈦(IV)水溶液中以Ti/Fe(莫耳比)成為5之方式添加氯化鐵(III)，以純水將其稀釋10倍後，於該水溶液中，緩慢添加以對於前述氯化鈦(IV)水溶液中之Ti成分Ti/Si(莫耳比)成為5之方式添加溶解有矽酸鈉之10質量%之氨水予以中和、水解，藉此獲得含有鐵及矽之氫氧化鈦沉澱物。此時之pH為8。所得沉澱物重複進行添加純水與傾析予以去離子處理。於該去離子處理後之含有鐵及矽之氫氧化鈦沉澱物中，以Ti/W(莫耳比)成為200之方式添加鎢(VI)酸鈉後，以H2 O2 /(Ti+Fe+Si+W)(莫耳比)成為15之方式添加35質量%過氧化氫水溶液，隨後於50℃攪拌2小時充分反應，獲得橙色透明之含有鐵、矽及鎢之過氧鈦酸溶液(2b)。
將含有鐵、矽及鎢之過氧鈦酸溶液(2b)400mL饋入容積500mL之高壓釜中，使之在130℃之條件下水熱處理120分鐘，之後，藉由添加純水進行濃度調整，獲得固溶有鐵、矽及鎢之氧化鈦微粒子(2B)之分散液(固形分濃度1質量%)。氧化鈦微粒子(2B)進行粉末X射線繞射測定後，所觀測到之波峰僅為銳鈦礦型氧化鈦者，可知於氧化鈦中固溶有鐵、矽及鎢。
[實施例3] ＜固溶有鐵及矽之氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 除了以Ti/Fe(莫耳比)成為5之方式添加氯化鐵(III)及以Ti/Si(莫耳比)成為20之方式添加矽酸鈉以外，與實施例1同樣，獲得橙色透明之過氧鈦酸溶液(2c)。
將過氧鈦酸溶液(2c)400mL饋入容積500mL之高壓釜中，使之在130℃之條件下水熱處理90分鐘，之後，藉由添加純水進行濃度調整，獲得氧化鈦微粒子(2C)之分散液(固形分濃度1質量%)。氧化鈦微粒子(2C)進行粉末X射線繞射測定後，所觀測到之波峰為銳鈦礦型氧化鈦者。
(5)其他氧化鈦微粒子之調製 [調製例1] ＜固溶有錫及鉬之氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 於36質量%之氯化鈦(IV)水溶液中以Ti/Sn(莫耳比)成為20之方式添加溶解氯化錫(IV)，以純水將其稀釋10倍後，緩慢添加10質量%之氨水予以中和、水解，藉此獲得含有錫之氫氧化鈦沉澱物。此時之pH為8。所得沉澱物重複進行添加純水與傾析予以去離子處理。於該去離子處理後之含有錫之氫氧化鈦沉澱物中，以相對於前述氯化鈦(IV)水溶液中之Ti成分Ti/Mo(莫耳比)成為250之方式，添加鉬(VI)酸鈉。以H2 O2 /(Ti+Sn+Mo)(莫耳比)成為10之方式添加35質量%過氧化氫水溶液，隨後於60℃攪拌2小時充分反應，獲得橙色透明之含有錫及鉬之過氧鈦酸溶液(1a)。
將含有錫及鉬之過氧鈦酸溶液(1a)400mL饋入容積500mL之高壓釜中，使之在150℃之條件下水熱處理90分鐘，之後，藉由添加純水進行濃度調整，獲得固溶有錫及鉬之氧化鈦微粒子(1A)之分散液(固形分濃度1質量%)。氧化鈦微粒子(1A)進行粉末X射線繞射測定後，所觀測到之波峰僅為金紅石型氧化鈦者，可知於氧化鈦中固溶有錫及鉬。
[調製例2] ＜固溶有錫、鉬及鎢之氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 除了於去離子處理後之含有錫之氫氧化鈦沉澱物中，以Ti/Sn(莫耳比)成為10之方式添加氯化錫(IV)，以Ti/Mo(莫耳比)成為100之方式添加鉬(VI)酸鈉及以Ti/W(莫耳比)成為250之方式添加鎢(VI)酸鈉，及水熱處理時間設為120分鐘以外，與調製例1同樣，獲得固溶有錫、鉬及鎢之氧化鈦微粒子(1B)之分散液(固形分濃度1質量%)。氧化鈦微粒子(1B)進行粉末X射線繞射測定後，所觀測到之波峰僅為金紅石型氧化鈦者，可知於氧化鈦中固溶有錫、鉬及鎢。
[調製例3] ＜固溶有錫、鉬及釩之氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 於36質量%之氯化鈦(IV)水溶液中以Ti/Sn(莫耳比)成為33之方式添加溶解氯化錫(IV)，以純水將其稀釋10倍後，於該水溶液中緩慢添加以對於前述氯化鈦(IV)水溶液中之Ti成分Ti/V(莫耳比)成為2,000之方式添加溶解有釩(V)酸鈉之10質量%之氨水予以中和、水解，藉此獲得含有錫及釩之氫氧化鈦沉澱物。此時之pH為8。所得沉澱物重複進行添加純水與傾析予以去離子處理。於該去離子處理後之含有錫及釩之氫氧化鈦沉澱物中，以Ti/Mo(莫耳比)成為500之方式，添加鉬(VI)酸鈉後，以H2 O2 /(Ti+Sn+Mo+V)(莫耳比)成為10之方式添加35質量%過氧化氫水溶液，隨後於50℃攪拌3小時充分反應，獲得橙色透明之含有錫、鉬及釩之過氧鈦酸溶液(1c)。
將含有錫、鉬及釩之過氧鈦酸溶液(1c)400mL饋入容積500mL之高壓釜中，使之在160℃之條件下水熱處理60分鐘，之後，藉由添加純水進行濃度調整，獲得固溶有錫、鉬及釩之氧化鈦微粒子(1C)之分散液(固形分濃度1質量%)。氧化鈦微粒子(1C)進行粉末X射線繞射測定後，所觀測到之波峰為銳鈦礦型氧化鈦與金紅石型氧化鈦者，可知於氧化鈦中固溶有錫、鉬及釩。
[調製例4] ＜固溶有錫及鉬之氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 於36質量%之氯化鈦(IV)水溶液中以Ti/Sn(莫耳比)成為20之方式添加溶解氯化錫(IV)，以純水將其稀釋10倍後，緩慢添加10質量%之氨水予以中和、水解，藉此獲得含有錫之氫氧化鈦沉澱物。此時之pH為8。所得沉澱物重複進行添加純水與傾析予以去離子處理。於該去離子處理後之含有錫之氫氧化鈦沉澱物中，以相對於前述氯化鈦(IV)水溶液中之Ti成分Ti/Mo(莫耳比)成為50之方式，添加鉬(VI)酸鈉。以H2 O2 /(Ti+Sn+Mo)(莫耳比)成為12之方式添加35質量%過氧化氫水溶液，隨後於60℃攪拌2小時充分反應，獲得橙色透明之含有錫及鉬之過氧鈦酸溶液(1d)。
將含有錫及鉬之過氧鈦酸溶液(1d)400mL饋入容積500mL之高壓釜中，使之在150℃之條件下水熱處理90分鐘，之後，藉由添加純水進行濃度調整，獲得固溶有錫及鉬之氧化鈦微粒子(1D)之分散液(固形分濃度1質量%)。氧化鈦微粒子(1D)進行粉末X射線繞射測定後，所觀測到之波峰僅為金紅石型氧化鈦者，可知於氧化鈦中固溶有錫及鉬。
[調製例5] ＜固溶有錫及鎢之氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 除了於去離子處理後之含有錫之氫氧化鈦沉澱物中，以Ti/Sn(莫耳比)成為50之方式添加氯化錫(IV)，以Ti/W(莫耳比)成為33之方式添加鎢(VI)酸鈉以外，與調製例1同樣，獲得固溶有錫及鎢之氧化鈦微粒子(1E)之分散液(固形分濃度1質量%)。氧化鈦微粒子(1E)進行粉末X射線繞射測定後，所觀測到之波峰僅為銳鈦礦型氧化鈦與金紅石型氧化鈦者，可知於氧化鈦中固溶有錫及鎢。
[調製例6] ＜固溶有錫之氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 除了未添加鉬(VI)酸鈉以外，與調製例1同樣，獲得固溶有錫之氧化鈦微粒子(1F)之分散液(固形分濃度1質量%)。氧化鈦微粒子(1F)進行粉末X射線繞射測定後，所觀測到之波峰僅為金紅石型氧化鈦者，可知於氧化鈦中固溶有錫。
[調製例7] ＜固溶有鉬之氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 除了未添加氯化錫(IV)以外，與調製例1同樣，獲得固溶有鉬之氧化鈦微粒子(1G)之分散液(固形分濃度1質量%)。氧化鈦微粒子(1G)進行粉末X射線繞射測定後，所觀測到之波峰僅為銳鈦礦型氧化鈦者，可知於氧化鈦中固溶有鉬。
[調製例8] ＜固溶有鎢之氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 除了未添加氯化錫(IV)，且於去離子處理後之氫氧化鈦沉澱物中，以Ti/W(莫耳比)成為100之方式添加鎢(VI)酸鈉以外，與調製例5同樣，獲得固溶有鎢之氧化鈦微粒子(1H)之分散液(固形分濃度1質量%)。氧化鈦微粒子(1H)進行粉末X射線繞射測定後，所觀測到之波峰僅為銳鈦礦型氧化鈦者，可知於氧化鈦中固溶有鎢。
[調製例9] ＜氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 36質量%之氯化鈦(IV)水溶液以純水稀釋10倍後，緩慢添加10質量%之氨水予以中和、水解，藉此獲得氫氧化鈦沉澱物。此時之pH為8.5。所得沉澱物重複進行添加純水與傾析予以去離子處理。於該去離子處理後之氫氧化鈦沉澱物中，以H2 O2 /Ti(莫耳比)成為8之方式添加35質量%過氧化氫水溶液，隨後於60℃攪拌2小時充分反應，獲得橙色透明之過氧鈦酸溶液(1i)。
將過氧鈦酸溶液(1i)400mL饋入容積500mL之高壓釜中，使之在130℃之條件下水熱處理90分鐘，之後，藉由添加純水進行濃度調整，獲得氧化鈦微粒子(1I)之分散液(固形分濃度1質量%)。氧化鈦微粒子(1I)進行粉末X射線繞射測定後，所觀測到之波峰僅為銳鈦礦型氧化鈦者。
[調製例10] ＜於表面吸附(=擔持)鉬成分之錫固溶氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 於調製例6所調製之固溶有錫之氧化鈦微粒子(1F)之分散液(固形分濃度1質量%)中，以對於氧化鈦微粒子中之Ti成分Ti/Mo(莫耳比)成為250之方式添加鉬(VI)酸鈉，獲得氧化鈦微粒子分散液(1J)。
[調製例11] ＜固溶有鐵之氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 除了未添加矽酸鈉以外，與實施例1同樣，獲得固溶有鐵之氧化鈦微粒子(3A)之分散液(固形分濃度1質量%)。氧化鈦微粒子(3A)進行粉末X射線繞射測定後，所觀測到之波峰僅為銳鈦礦型氧化鈦者，可知於氧化鈦中固溶有鐵。
[調製例12] ＜固溶有矽之氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 除了未添加氯化鐵(III)以外，與實施例1同樣，獲得固溶有矽之氧化鈦微粒子(3B)之分散液(固形分濃度1質量%)。氧化鈦微粒子(3B)進行粉末X射線繞射測定後，所觀測到之波峰僅為銳鈦礦型氧化鈦者，可知於氧化鈦中固溶有矽。
[調製例13] ＜於表面吸附(=擔持)矽成分之鐵固溶氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 於調製例11所調製之固溶有鐵之氧化鈦微粒子(3A)之分散液(固形分濃度1質量%)中，以對於氧化鈦微粒子中之Ti成分Ti/Si(莫耳比)成為10之方式添加矽酸鈉，獲得氧化鈦微粒子分散液(3C)。
[調製例14] ＜於表面吸附(=擔持)鐵成分之矽固溶氧化鈦微粒子分散液之調製＞ 於調製例12所調製之固溶有矽之氧化鈦微粒子(3B)之分散液(固形分濃度1質量%)中，以對於氧化鈦微粒子中之Ti成分Ti/Fe(莫耳比)成為10之方式添加氯化鐵，獲得氧化鈦微粒子分散液(3D)。氧化鈦微粒子分散液(3D)中之氧化鈦微粒子凝集且沉澱。
表1中彙總顯示各實施例或調製例所調製之氧化鈦微粒子之原料比、水熱處理條件、分散粒徑(D50 、D90 )。分散粒徑係藉由使用雷射光之動態光散射法(ELSZ-2000ZS (大塚電子(股)製)測定。
(6)氧化鈦微粒子分散液之調製 藉由將實施例調製之固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子分散液與調製例調製之氧化鈦微粒子分散液混合，獲得氧化鈦微粒子分散液。
[參考例1] 氧化鈦微粒子(1A)與氧化鈦微粒子(2A)以質量比(1A):(2A)=80:20之方式混合各分散液，獲得氧化鈦微粒子分散液(E-1)。
[參考例2] 氧化鈦微粒子(1A)與氧化鈦微粒子(2A)以質量比(1A):(2A)=60:40之方式混合各分散液，獲得氧化鈦微粒子分散液(E-2)。
[參考例3] 氧化鈦微粒子(1B)與氧化鈦微粒子(2A)以質量比(1B):(2A)=80:20之方式混合各分散液，獲得氧化鈦微粒子分散液(E-3)。
[參考例4] 氧化鈦微粒子(1C)與氧化鈦微粒子(2A)以質量比(1A):(2A)=80:20之方式混合各分散液，獲得氧化鈦微粒子分散液(E-4)。
[參考例5] 氧化鈦微粒子(1A)與氧化鈦微粒子(2B)以質量比(1A):(2B)=80:20之方式混合各分散液，獲得氧化鈦微粒子分散液(E-5)。
[參考例6] 氧化鈦微粒子(1D)與氧化鈦微粒子(2A)以質量比(1D):(2A)=70:30之方式混合各分散液，獲得氧化鈦微粒子分散液(E-6)。
[參考例7] 氧化鈦微粒子(1E)與氧化鈦微粒子(2A)以質量比(1E):(2A)=60:40之方式混合各分散液，獲得氧化鈦微粒子分散液(E-7)。
[參考例8] 氧化鈦微粒子(1A)與氧化鈦微粒子(2C)以質量比(1A):(2C)=90:10之方式混合各分散液，獲得氧化鈦微粒子分散液(E-8)。
[參考例9] 於氧化鈦微粒子分散液(E-1)中，以TiO2 /SiO2 (質量比)成為1.5之方式添加混合矽化合物系(氧化矽系)之黏合劑(膠體氧化矽，商品名：SNOWTEX20，日產化學工業(股)製)，獲得含有黏合劑之氧化鈦微粒子分散液(E-9)。
[參考例10] 氧化鈦微粒子(1F)與氧化鈦微粒子(2A)以質量比(1F):(2A)=80:20之方式混合各分散液，獲得氧化鈦微粒子分散液(E-10)。
[參考例11] 氧化鈦微粒子(1J)與氧化鈦微粒子(2A)以質量比(1J):(2A)=80:20之方式混合各分散液，獲得氧化鈦微粒子分散液(E-11)。
[比較參考例1] 氧化鈦微粒子(1A)與氧化鈦微粒子(3A)以質量比(1A):(3A)=80:20之方式混合各分散液，獲得氧化鈦微粒子分散液(C-1)。
[比較參考例2] 氧化鈦微粒子(1A)與氧化鈦微粒子(3B)以質量比(1A):(3B)=80:20之方式混合各分散液，獲得氧化鈦微粒子分散液(C-2)。
[比較參考例3] 僅自氧化鈦微粒子(1A)獲得氧化鈦微粒子分散液(C-3)。
[比較參考例4] 僅自氧化鈦微粒子(2A)獲得氧化鈦微粒子分散液(C-4)。
[比較參考例5] 氧化鈦微粒子(1A)與氧化鈦微粒子(3C)以質量比(1A):(3C)=80:20之方式混合各分散液，獲得氧化鈦微粒子分散液(C-5)。
[比較參考例6] 氧化鈦微粒子(1A)與氧化鈦微粒子(3D)以質量比(1A):(3D)=80:20之方式混合各分散液，獲得氧化鈦微粒子分散液(C-6)。
[比較參考例7] 氧化鈦微粒子(1A)與氧化鈦微粒子(1I)以質量比(1A):(1I)=80:20之方式混合各分散液，獲得氧化鈦微粒子分散液(C-7)。
[比較參考例8] 除了未於氧化鈦微粒子(1A)中添加氧化鈦微粒子(2A)以外，與參考例9同樣獲得氧化鈦微粒子分散液(C-8)。
[比較參考例9] 僅自氧化鈦微粒子(1B)獲得氧化鈦微粒子分散液(C-9)。
[比較參考例10] 僅自氧化鈦微粒子(1C)獲得氧化鈦微粒子分散液(C-10)。
[比較參考例11] 僅自氧化鈦微粒子(1D)獲得氧化鈦微粒子分散液(C-11)。
[比較參考例12] 僅自氧化鈦微粒子(1E)獲得氧化鈦微粒子分散液(C-12)。
[比較參考例13] 僅自氧化鈦微粒子(1F)獲得氧化鈦微粒子分散液(C-13)。
(7)具有光觸媒薄膜之樣品構件之製作 將上述參考例及比較參考例所調製之各氧化鈦微粒子分散液藉由#7之線棒塗佈器塗佈於A4尺寸之PET薄膜上以形成含20mg光觸媒氧化鈦微粒子之光觸媒薄膜(厚度約80nm)，以設定於80℃之烘箱乾燥1小時，獲得乙醛氣體分解性能評價用樣品構件。
[UV照射下之光觸媒性能試驗] 對於具有參考例1、參考例8、參考例9、比較參考例3、比較參考例7及比較參考例8之光觸媒薄膜之樣品構件，進行UV螢光燈照射下之乙醛氣體分解試驗。基於自乙醛氣體初期濃度之20ppm減低至1ppm所需之時間進行評價。
表2中彙總顯示氧化鈦微粒子分散液之混合比、粒徑(D50 、D90 )、乙醛氣體分解試驗結果。分散粒徑係藉由使用雷射光之動態光散射法(ELSZ-2000ZS(大塚電子(股)製)測定。
由參考例1、8及比較參考例3之結果，可知對於氧化鈦微粒子(1A)，藉由混合固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子(2A)或(2C)，相較於氧化鈦微粒子(1A)單獨之光觸媒活性，活性更為提高。且，由比較參考例7之結果，可知該活性提高比混合未固溶鐵及矽之氧化鈦微粒子(1I)之情況更為優異。 同樣地，由參考例9與比較參考例8之結果，可知包含黏合劑之光觸媒薄膜中，對於氧化鈦微粒子(1A)，藉由混合固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子(2A)，相較於氧化鈦微粒子(1A)單獨之光觸媒活性，活性大幅提高。
[可見光照射下之光觸媒性能試驗] 對於具有參考例及比較參考例之光觸媒薄膜之樣品構件，進行以LED照射可見光下之乙醛氣體分解試驗。基於自乙醛氣體初期濃度之5ppm減低至1ppm所需之時間進行評價。 又，24小時以內未減低至1ppm之情況，於表3及表4中之「分解至1ppm所需之時間」之欄中表示為「-」，「24小時後之濃度」欄中表示該濃度。
表3中彙總顯示使用氧化鈦微粒子(1A)作為第1氧化鈦微粒子時之氧化鈦微粒子分散液之混合比、粒徑(D50 、D90 )、乙醛氣體分解試驗結果。分散粒徑係藉由使用雷射光之動態光散射法(ELSZ-2000ZS(大塚電子(股)製)測定。
與於固溶有錫及鉬之氧化鈦微粒子(1A)中混合僅固溶有鐵之氧化鈦微粒子之情況(比較參考例1)，與混合僅固溶有矽之氧化鈦微粒子之情況(比較參考例2)或混合未固溶有金屬成分之氧化鈦微粒子之情況(比較參考例7)相比，混合固溶有鐵及矽之氧化鈦微粒子之情況(參考例1)於可見光照射下之乙醛氣體分解良好。 又，由參考例9與比較參考例8之結果，可知包含黏合劑之光觸媒薄膜中，藉由對於氧化鈦微粒子(1A)，混合固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子(2A)，與氧化鈦微粒子(1A)單獨之光觸媒活性相比，於可見光照射下之活性大幅上升。
如由比較參考例3之結果所了解，固溶有錫及鉬之氧化鈦微粒子單獨於可見光照射下之光觸媒活性並不充分。
如由比較參考例5之結果所了解，僅於氧化鈦微粒子表面擔持矽成分，與固溶有矽成分之氧化鈦微粒子相比，於可見光照射下之光觸媒活性提高效果並不充分。
進而，如由比較參考例6之結果所了解，於氧化鈦微粒子未固溶鐵成分之情況，鐵成分引起於分散液中之氧化鈦微粒子之凝集・沉澱，有所得光觸媒膜變不透明之可能性。
由以上，確認包含本發明之固溶有鐵成分及矽成分之兩成分的氧化鈦微粒子之氧化鈦微粒子混合物中，光觸媒性能優異。
再者，使用各種氧化鈦微粒子之情況的氧化鈦微粒子分散液之混合比、粒徑(D50 、D90 )、乙醛氣體分解試驗結果彙總示於表4。分散粒徑係藉由使用雷射光之動態光散射法(ELSZ-2000ZS(大塚電子(股)製)測定。
由表4，自固溶有錫成分及提高可見光回應性之過渡金屬成分(鉬成分、鎢成分或釩成分)之氧化鈦微粒子與固溶有鐵成分及矽成分之第2氧化鈦微粒子之氧化鈦微粒子混合物之分散液製造之光觸媒薄膜，即使光觸媒為少量，僅以可見光發光之LED照射下，乙醛氣體之分解亦良好。 [產業上之可利用性]
本發明之固溶有鐵及矽之氧化鈦微粒子分散液僅藉混合於以往之光觸媒而可提高其光觸媒效果，於基材表面之清淨化、脫臭、抗菌等之用途中有用。

Claims (4)

  1. 一種氧化鈦微粒子，其係至少固溶有鐵成分及矽成分，上述鐵成分的含量，以與鈦之莫耳比(Ti/Fe)計為5~100；上述矽成分的含量，以與鈦之莫耳比(Ti/Si)計為1~1,000。
  2. 如請求項1之氧化鈦微粒子，其係進而固溶有選自鉬、鎢及釩之至少1種過渡金屬成分。
  3. 一種氧化鈦微粒子分散液，其係於水性分散介質中分散有固溶有鐵成分及矽成分之如請求項1或2之氧化鈦微粒子者。
  4. 一種固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子分散液之製造方法，其係具有下述步驟(1)及(2)，(1)自原料鈦化合物、鐵化合物、矽化合物、鹼性物質、過氧化氫及水性分散介質，製造含有鐵成分及矽成分之過氧鈦酸溶液之步驟，上述鐵成分的含量，以與鈦之莫耳比(Ti/Fe)計為5~100；上述矽成分的含量，以與鈦之莫耳比(Ti/Si)計為1~1,000，(2)將上述(1)步驟所製造之含有鐵成分及矽成分之過氧鈦酸溶液在壓力控制下於80~250℃加熱，獲得固溶有鐵成分及矽成分之氧化鈦微粒子分散液之步驟。
TW109106859A 2019-03-04 2020-03-03 氧化鈦微粒子、其分散液及該分散液之製造方法 TWI849069B (zh)

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