特開 2022-54373 抗菌性・抗ウイルス性の光触媒を製造する方法及び抗菌性・抗ウイルス性の光触媒

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022054373

(43)【公開日】2022-04-06

(54)【発明の名称】抗菌性・抗ウイルス性の光触媒を製造する方法及び抗菌性・抗ウイルス性の光触媒

(51)【国際特許分類】

   B01J 35/02 20060101AFI20220330BHJP

   B01J 37/08 20060101ALI20220330BHJP

   B01J 29/72 20060101ALI20220330BHJP

   B01J 29/50 20060101ALI20220330BHJP

【ＦＩ】

B01J35/02 J

B01J37/08

B01J29/72 A

B01J29/50 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2020172846

(22)【出願日】2020-09-25

(71)【出願人】

【識別番号】520399268

【氏名又は名称】フォトジェン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097319

【弁理士】

【氏名又は名称】狩野 彰

(72)【発明者】

【氏名】神保 裕世

【テーマコード（参考）】

4G169

【Ｆターム（参考）】

4G169AA03

4G169AA08

4G169BA04A

4G169BA04B

4G169BA06A

4G169BA06B

4G169BA48A

4G169BC32A

4G169BC32B

4G169BC66A

4G169BC66B

4G169FA01

4G169FA03

4G169FB07

4G169FB30

4G169FC02

4G169FC07

4G169HA02

4G169HB02

4G169HC02

4G169HD10

4G169HE07

(57)【要約】

【課題】可視光照射環境においても抗菌・抗ウイルス効果に優れた光触媒を提供する。
【解決手段】本発明はＴｉＯ２粉末と０．１～５ｗｔ％のＡｌ、Ｌｉ、Ｍｇ若しくはＣａ、その水素化物又はそれらの混合物の粉末と０．１～５ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇ、その酸化物又はそれらの混合物の粉末とを均一に混合して得た第１の混合粉末をるつぼ内に収納し、前記るつぼを真空加熱炉中に配置し、真空排気した後に、真空中で３５０～５５０℃の温度で熱処理して成る抗菌性・抗ウイルス性の光触媒である。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＴｉＯ２粉末と０．１～５ｗｔ％のＡｌ、Ｌｉ、Ｍｇ若しくはＣａ、その水素化物又はそれらの混合物の粉末と０．１～５ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇ、その酸化物又はそれらの混合物の粉末とを均一に混合して得た第１の混合粉末をるつぼ内に収納し、前記るつぼを真空加熱炉中に配置し、真空排気した後に、真空中で３５０～５５０℃の温度で熱処理して抗菌性・抗ウイルス性の光触媒を製造する方法。

【請求項2】

ＴｉＯ２に対して０．１～５ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇ、その酸化物又はそれらの混合物を塩酸又は硝酸で溶解して溶解液を得、前記溶解液とＴｉＯ２粉末の水懸濁液とを混合した後に乾燥して得た混合乾燥粉末と０．１～５ｗｔ％のＡｌ、Ｌｉ、Ｍｇ若しくはＣａ、その水素化物又はそれらの混合物の粉末とを均一に混合して第２の混合粉末を得、前記第２の混合粉末をるつぼ内に収納し、前記るつぼを真空加熱炉中に配置し、真空排気した後に、真空中で３５０～５５０℃の温度で熱処理して抗菌性・抗ウイルス性の光触媒を製造する方法。

【請求項3】

ＴｉＯ２に対して０．１～５ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇ、その酸化物又はそれらの混合物を塩酸又は硝酸で溶解して溶解液を得、前記溶解液とＴｉＯ２粉末の水懸濁液とを混合した後に乾燥して得た混合乾燥粉末と０．１～５ｗｔ％のＡｌ、Ｌｉ、Ｍｇ若しくはＣａ、その水素化物又はそれらの混合物の粉末と０．５～２ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇの粉末と混合して第３の混合粉末を得、前記第３の混合粉末をるつぼ内に収納し、前記るつぼを真空加熱炉中に配置し、真空排気した後に、真空中で３５０～５５０℃の温度で熱処理して抗菌性・抗ウイルス性の光触媒を製造する方法。

【請求項4】

ＴｉＯ２粉末と０．１～５ｗｔ％のＡｌ、Ｌｉ、Ｍｇ若しくはＣａ、その水素化物又はそれらの混合物の粉末と０．１～５ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇ、その酸化物又はそれらの混合物の粉末とを均一に混合して得た第１の混合粉末をるつぼ内に収納し、前記るつぼを真空加熱炉中に配置し、真空排気した後に、真空中で３５０～５５０℃の温度で熱処理して成る抗菌性・抗ウイルス性の光触媒。

【請求項5】

ＴｉＯ２に対して０．１～５ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇ、その酸化物又はそれらの混合物を塩酸又は硝酸で溶解して溶解液を得、前記溶解液とＴｉＯ２粉末の水懸濁液とを混合した後に乾燥して得た混合乾燥粉末と０．１～５ｗｔ％のＡｌ、Ｌｉ、Ｍｇ若しくはＣａ、その水素化物又はそれらの混合物の粉末とを均一に混合して第２の混合粉末を得、前記第２の混合粉末をるつぼ内に収納し、前記るつぼを真空加熱炉中に配置し、真空排気した後に、真空中で３５０～５５０℃の温度で熱処理して成る抗菌性・抗ウイルス性の光触媒。

【請求項6】

ＴｉＯ２に対して０．１～５ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇ、その酸化物又はそれらの混合物を塩酸又は硝酸で溶解して溶解液を得、前記溶解液とＴｉＯ２粉末の水懸濁液とを混合した後に乾燥して得た混合乾燥粉末と０．１～５ｗｔ％のＡｌ、Ｌｉ、Ｍｇ若しくはＣａ、その水素化物又はそれらの混合物の粉末と０．５～２ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇの粉末と混合して第３の混合粉末を得、前記第３の混合粉末をるつぼ内に収納し、前記るつぼを真空加熱炉中に配置し、真空排気した後に、真空中で３５０～５５０℃の温度で熱処理して成る抗菌性・抗ウイルス性の光触媒。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は抗菌性・抗ウイルス性の光触媒の製造方法に関する。また、本発明は抗菌性・抗ウイルス性の光触媒に関する。

【背景技術】

【0002】

新型コロナ・ウイルス感染防止を目的として、光触媒による抗菌・抗ウイルスについての研究開発が活発に行われている。光触媒の抗菌・抗ウイルス効果は永続的である点で魅力がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

紫外光照射によって従来の光触媒の抗菌・抗ウイルス効果は発揮されるものの可視光照射によっては従来の光触媒の抗菌・抗ウイルス効果は十分でなかった。

【0004】

そこで、本発明の目的は、可視光照射環境においても抗菌・抗ウイルス効果に優れた新らたな光触媒を開発し提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的は、請求項１に記載の抗菌性・抗ウイルス性の光触媒の製造方法、すなわち、ＴｉＯ２粉末と０．１～５ｗｔ％のＡｌ、Ｌｉ、Ｍｇ若しくはＣａ、その水素化物又はそれらの混合物の粉末と０．１～５ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇ、その酸化物又はそれらの混合物の粉末とを均一に混合して得た第１の混合粉末をるつぼ内に収納し、前記るつぼを真空加熱炉中に配置し、真空排気した後に、真空中で３５０～５５０℃の温度で熱処理して抗菌性・抗ウイルス性の光触媒を製造する方法によって、達成される。

【0006】

上記目的は、請求項２に記載の抗菌性・抗ウイルス性の光触媒の製造方法、すなわち、ＴｉＯ２に対して０．１～５ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇ、その酸化物又はそれらの混合物を塩酸又は硝酸で溶解して溶解液を得、前記溶解液とＴｉＯ２粉末の水懸濁液とを混合した後に乾燥して得た混合乾燥粉末と０．１～５ｗｔ％のＡｌ、Ｌｉ、Ｍｇ若しくはＣａ、その水素化物又はそれらの混合物の粉末とを均一に混合して第２の混合粉末を得、前記第２の混合粉末をるつぼ内に収納し、前記るつぼを真空加熱炉中に配置し、真空排気した後に、真空中で３５０～５５０℃の温度で熱処理して抗菌性・抗ウイルス性の光触媒を製造する方法によっても、達成される。

【0007】

上記目的は、請求項３に記載の抗菌性・抗ウイルス性の光触媒の製造方法、すなわち、ＴｉＯ２に対して０．１～５ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇ、その酸化物又はそれらの混合物を塩酸又は硝酸で溶解して溶解液を得、前記溶解液とＴｉＯ２粉末の水懸濁液とを混合した後に乾燥して得た混合乾燥粉末と０．１～５ｗｔ％のＡｌ、Ｌｉ、Ｍｇ若しくはＣａ、その水素化物又はそれらの混合物の粉末と０．５～２ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇの粉末と混合して第３の混合粉末を得、前記第３の混合粉末をるつぼ内に収納し、前記るつぼを真空加熱炉中に配置し、真空排気した後に、真空中で３５０～５５０℃の温度で熱処理して抗菌性・抗ウイルス性の光触媒を製造する方法によっても、達成される。

【0008】

また、上記目的は、請求項４に記載の抗菌性・抗ウイルス性の光触媒、すなわち、ＴｉＯ２粉末と０．１～５ｗｔ％のＡｌ、Ｌｉ、Ｍｇ若しくはＣａ、その水素化物又はそれらの混合物の粉末と０．１～５ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇ、その酸化物又はそれらの混合物の粉末とを均一に混合して得た第１の混合粉末をるつぼ内に収納し、前記るつぼを真空加熱炉中に配置し、真空排気した後に、真空中で３５０～５５０℃の温度で熱処理して成る抗菌性・抗ウイルス性の光触媒によっても、達成される。

【0009】

上記目的は、請求項５に記載の抗菌性・抗ウイルス性の光触媒、すなわち、ＴｉＯ２に対して０．１～５ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇ、その酸化物又はそれらの混合物を塩酸又は硝酸で溶解して溶解液を得、前記溶解液とＴｉＯ２粉末の水懸濁液とを混合した後に乾燥して得た混合乾燥粉末と０．１～５ｗｔ％のＡｌ、Ｌｉ、Ｍｇ若しくはＣａ、その水素化物又はそれらの混合物の粉末とを均一に混合して第２の混合粉末を得、前記第２の混合粉末をるつぼ内に収納し、前記るつぼを真空加熱炉中に配置し、真空排気した後に、真空中で３５０～５５０℃の温度で熱処理して成る抗菌性・抗ウイルス性の光触媒によっても、達成される。

【0010】

上記目的は、請求項６に記載の抗菌性・抗ウイルス性の光触媒、すなわち、ＴｉＯ２に対して０．１～５ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇ、その酸化物又はそれらの混合物を塩酸又は硝酸で溶解して溶解液を得、前記溶解液とＴｉＯ２粉末の水懸濁液とを混合した後に乾燥して得た混合乾燥粉末と０．１～５ｗｔ％のＡｌ、Ｌｉ、Ｍｇ若しくはＣａ、その水素化物又はそれらの混合物の粉末と０．５～２ｗｔ％のＣｕ若しくはＡｇの粉末と混合して第３の混合粉末を得、前記第３の混合粉末をるつぼ内に収納し、前記るつぼを真空加熱炉中に配置し、真空排気した後に、真空中で３５０～５５０℃の温度で熱処理して成る抗菌性・抗ウイルス性の光触媒によっても、達成される。

【発明の効果】

【0011】

（１）本発明の抗菌性・抗ウイルス性の光触媒によれば、可視光照射環境においても抗菌・抗ウイルス特性が優れていることを本発明者は見出した。

【0012】

（２）Ｃｕ及び／又はＡｇを光触媒に担持することによって、可視光も紫外光もない環境である「暗所」においても抗菌・抗ウイルス効果が得られることを本発明者は見出した。

【0013】

（３）従来の光触媒については、光照射を開始してから抗菌・抗ウイルス効果が現れるまでに時間を要し、抗菌・抗ウイルス特性は経過時間に対して２段階の抗菌・抗ウイルス速度を示している。すなわち、光照射開始から所定時間経過するまでは抗菌・抗ウイルス速度がゼロに近く、その後は抗菌・抗ウイルス速度が高まる。
他方、本発明の光触媒はＣｕ及び／又はＡｇを光触媒に担持することによって、抗菌・抗ウイルス速度が初期から高く、ほぼ同程度の抗菌・抗ウイルス速度が得られることを本発明者は見出した。

【0014】

（４）Ｃｕ及び／又はＡｇをＴｉＯ２の表面に担持することによって、電荷分離による高活性化、光触媒効率向上及び励起電子の蓄積補償を可能にしている。

【0015】

（５）還元金属を用いて結晶構造を保持したまま光触媒に酸素欠陥を導入することによって、ＴｉＯ２のバンドギャップ（禁制帯幅）の中間に酸素欠陥準位が形成されるため、可視光照射による酸化・還元反応が生じやすくなり、また、可視光の吸収が増加するとともにＴｉＯ２結晶の表面積が増加する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】 真空加熱装置の概略図である。

【図2】 加熱パターンを示すグラフである。

【図3】 抗菌・抗ウイルス性能評価方法のフローチャートである。

【図4】 実施例の可視光光触媒について大腸菌の抗菌・抗ウイルス性能評価を示す写真である。

【図5】 実施例の可視光光触媒について大腸菌の抗菌・抗ウイルス性能評価を示すグラフである。

【図6】 実施例の可視光光触媒についてバクテリオファージの抗菌・抗ウイルス性能評価を示すグラフである。

【図7】 実施例の可視光光触媒についてインフルエンザ・ウイルスの抗菌・抗ウイルス性能評価を示すグラフである。

【図8】 比較例の紫外光光触媒について大腸菌の抗菌・抗ウイルス性能評価を示す写真である。

【図9】 比較例の紫外光光触媒について大腸菌の抗菌・抗ウイルス性能評価を示すグラフである。

【図10】 比較例の紫外光光触媒についてバクテリオファージの抗菌・抗ウイルス性能評価を示すグラフである。

【図11】 比較例の紫外光光触媒についてインフルエンザ・ウイルスの抗菌・抗ウイルス性能評価を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施例について添付図面を参照して説明する。

【0018】

（Ａ）硝酸銅溶液によってＴｉＯ２粉末に酸化銅を担持した後に、還元金属ＭｇによってＴｉＯ２へ酸素欠陥を導入した抗菌性・抗ウイルス性の光触媒粉末についての実施例

【実施例0019】

試料粉末の作製
ＴｉＯ２原料粉末は石原産業（株）製のアナターゼ型であり、純度は８５％以上であり、１次粒径は７ｎｍである。

【0020】

Ｍｇ原料粉末は、関東金属製であり、純度は９９．５％以上であり、平均粒子径Ｄ５０は１００μｍである。

【0021】

まず、２５～３０％硝酸溶液に担持金属であるＣｕを０．６ｇ溶解した硝酸銅溶液を作製し、ＴｉＯ２原料粉末８０．０ｇを水で懸濁させた水懸濁液と前記硝酸銅溶液とを混合して撹拌する。次に、この混合溶液を１７０℃以上の温度で乾燥して得た混合乾燥粉末とＭｇ原料粉末０．４ｇを容器内に秤量して、振とうしたところ、混合乾燥粉末とＭｇ原料粉末が均一に混合された第２の混合粉末が得られた。

【0022】

図１は試料粉末作製に使用した製造装置の概略図である。黒鉛るつぼ１は内径φ７０ｍｍ×高さ１２５ｍｍであり、上面の中央にガス抜き穴１１が設けられている。第２の混合粉末２を黒鉛るつぼ１内に収納した後に、高周波加熱装置４を備えた真空加熱炉３内に水平に配置した。

【0023】

そして、第２の混合粉末２が飛散しないように注意しながら、配管５を通じて真空ポンプ６を用いて真空加熱炉３内を８Ｐａまで真空排気した。

【0024】

８Ｐａまで真空排気した直後に、図２に示す熱処理パターンのように、室温（Ｔｒ）～５００℃（Ｔｍａｘ）まで１時間（０～ｔ１）かけて昇温し、５００℃（Ｔｍａｘ）で３時間（ｔ１～ｔ２）保持し、その後、加熱電源をＯＦＦにして、自然冷却した。昇温、保持、冷却の間も真空ポンプ６を用いて真空排気を続けた。

【0025】

十分に冷却した後、真空ポンプ６を停止し、大気圧に戻し、黒鉛るつぼ１を取り出し、試料粉末を得た。

【0026】

得られた試料粉末を目視観察したところ、多少黄緑系に色づいた一様の微粉末であった。

【0027】

得られた試料粉末の可視光特性は非常に高いが、紫外光特性は中位であった。

【実施例0028】

試料粉末の作製
ＴｉＯ２原料粉末は石原産業（株）製のアナターゼ型であり、純度は８５％以上であり、１次粒径は７ｎｍである。

【0029】

Ｍｇ原料粉末は、関東金属製であり、純度は９９．５％以上であり、平均粒子径Ｄ５０は１００μｍである。
Ｃｕ原料粉末は、高純度化学製であり、純度は９９．５％以上であり、平均粒子径Ｄ５０は５μｍである。

【0030】

まず、２５～３０％硝酸溶液に担持金属であるＣｕを０．６ｇ溶解した硝酸銅溶液を作製し、ＴｉＯ２原料粉末８０．０ｇを水で懸濁させた水懸濁液と前記硝酸銅溶液とを混合して撹拌する。次に、この混合溶液を１７０℃以上の温度で乾燥して得た混合乾燥粉末とＭｇ原料粉末０．４ｇとＣｕ原料粉末０．８ｇとを容器内に秤量して、振とうしたところ、混合乾燥粉末とＭｇ原料粉末とＣｕ原料粉末とが均一に混合された第３の混合粉末が得られた。

【0031】

図１は試料粉末作製に使用した製造装置の概略図である。黒鉛るつぼ１は内径φ７０ｍｍ×高さ１２５ｍｍであり、上面の中央にガス抜き穴１１が設けられている。第３の混合粉末２を黒鉛るつぼ１内に収納した後に、高周波加熱装置４を備えた真空加熱炉３内に水平に配置した。

【0032】

そして、第３の混合粉末２が飛散しないように注意しながら、配管５を通じて真空ポンプ６を用いて真空加熱炉３内を８Ｐａまで真空排気した。

【0033】

８Ｐａまで真空排気した直後に、図２に示す熱処理パターンのように、室温（Ｔｒ）～５００℃（Ｔｍａｘ）まで１時間（０～ｔ１）かけて昇温し、５００℃（Ｔｍａｘ）で３時間（ｔ１～ｔ２）保持し、その後、加熱電源をＯＦＦにして、自然冷却した。昇温、保持、冷却の間も真空ポンプ６を用いて真空排気を続けた。

【0034】

十分に冷却した後、真空ポンプ６を停止し、大気圧に戻し、黒鉛るつぼ１を取り出し、実施例１－２の試料粉末を得た。

【0035】

得られた実施例１－２の試料粉末を目視観察したところ、多少黒点の見られる黄緑系に色づいた一様の微粉末であった。

【0036】

得られた試料粉末の可視光特性は非常に高く、紫外光特性も高かった。

【0037】

（Ｂ）硝酸銀溶液によってＴｉＯ２粉末に銀を担持した後に、還元金属ＭｇによってＴｉＯ２へ酸素欠陥を導入した抗菌性・抗ウイルス性の光触媒粉末についての実施例