有機溶媒を用いる新規酸化物調製法:環境浄化用大表面積・耐熱性触媒担体への展開

発電所などから排出される窒素酸化物(NOx)に対する除去技術は既に確立されている。優れた除去技術にもかかわらず、現在大気中のNOx濃度はむしろ上昇する傾向にあり、酸性雨などによる生態系への影響が懸念される。現段階で最も効果的な対応法のひとつとして、実用触媒である酸化バナジウム系触媒の性能向上、つまり、担体である酸化チタンの表面積を大きくして、バナジウムのNOx還元サイト数を多くすることが有効であると指摘されている。しかしながら、従来の調製法あるいはその改良では大幅な大表面積化は期待できず、新規な触媒(担体)の調製法の開発が必要となってくる。本研究では有機溶媒を反応メディアとして酸化チタンを初めとする各種金属酸化物のナノ結晶を合成し、その熱的安定性を評価するとともに触媒担体材料としての可能性を検討した。チタンアルコキシドおよびケイ酸エステルをトルエン中、300℃で加熱処理すると両成分は熱分解してシリカ修飾チタニアのナノ結晶が得られた。この生成物はアナタース構造を有しておりその格子定数の評価からケイ素はアナタース構造に固溶していることが明らかになった。ケイ素がチタニア中に高分散しているためルチルへの相転移が抑制され、1000℃焼成後もアナタース相が安定であった。ナノ結晶性と高い相転移温度により、このシリカ修飾チタニアは高い熱安定性を示し、800℃焼成後も160m^2g^<-1>という大きな表面積を維持していた。同様の手法により、高い耐熱性を有する、リンおよびアルミナ修飾が合成できることを見いだした。さらに、有機溶媒中の水熱結晶化法により調製したチタニアに対して、シランカップリング剤による修飾を施すとその耐熱性が劇的に改善されることも見いだした。

発電所などから排出される窒素酸化物(NOx)に対する除去技術は既に確立されている。優れた除去技術にもかかわらず、現在大気中のNOx濃度はむしろ上昇する傾向にあり、酸性雨などによる生態系への影響が懸念される。現段階で最も効果的な対応法のひとつとして、実用触媒である酸化バナジウム系触媒の性能向上、つまり、担体である酸化チタンの表面積を大きくして、バナジウムのNOx還元サイト数を多くすることが有効であると指摘されている。しかしながら、従来の調製法あるいはその改良では大幅な大表面積化は期待できず、新規な触媒(担体)の調製法の開発が必要となってくる。本研究では有機溶媒を反応メディアとして酸化チタンを初めとする各種金属酸化物のナノ結晶を合成し、その熱的安定性を評価するとともに触媒担体材料としての可能性を検討した。チタンアルコキシドおよびケイ酸エステルをトルエン中、300℃で加熱処理すると両成分は熱分解してシリカ修飾チタニアのナノ結晶が得られた。この生成物はアナタース構造を有しておりその格子定数の評価からケイ素はアナタース構造に固溶していることが明らかになった。ケイ素がチタニア中に高分散しているためルチルへの相転移が抑制され、1000℃焼成後もアナタース相が安定であった。ナノ結晶性と高い相転移温度により、このシリカ修飾チタニアは高い熱安定性を示し、800℃焼成後も160m^2g^<-1>という大きな表面積を維持していた。同様の手法により、高い耐熱性を有する、リンおよびアルミナ修飾が合成できることを見いだした。さらに、有機溶媒中の水熱結晶化法により調製したチタニアに対して、シランカップリング剤による修飾を施すとその耐熱性が劇的に改善されることも見いだした。