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高機能な酸化チタン光触媒
〜環境浄化・材料開発から規格化・標準化まで〜
[コードNo.05NTS116]

■体裁/ B5判・532頁
■発行/ 2004年 8月 31日
(株)エヌ・ティー・エス
■定価/ 35,640円(税込価格)

 酸化チタン光触媒の作用機構の初歩原理から、高効率化技術、応用展開の具体例、実用化が期待される可視光応答型光触媒の最新動向までを網羅。さらに、光触媒の規格化・標準化への動きを平易に解説し、実用化展開の貴重な指針となる。

発刊にあたって
 持続可能な環境に優しいクリーンなエネルギーの安定した供給と、環境に負荷を与えない環境調和型の化学技術の確立とその応用は、21世紀においての最も重要でチャレンジングな課題である。地球上で利用できる環境に優しいクリーンなエネルギー源の中で、地球に降り注ぐ太陽光エネルギーの大きさには圧倒される。このクリーンで無尽蔵の太陽光エネルギーのごく一部分でも利用することのできる革新的な太陽光化学プロセス(ソーラケミストリー)が実現できれば、環境汚染問題のみでなくエネルギー問題の解決に大きく寄与することは疑いない。このような大きな期待の一翼を担っているのが酸化チタン光触媒である。
 このような背景の中、「高機能光触媒創製と応用技術研究会」では、酸化チタン光触媒の優れた光触媒機能に注目し、その光機能のさらなる効率化と環境調和型触媒として環境浄化への応用展開を目指し、意見交換と勉強会、講演会や見学会を開催し多くの知識と技術の蓄積を行ってきた。今回、これまでの膨大な情報を本にまとめ出版することで、光触媒の研究や実用開発研究に携わっておられる多くの方々に何らかのお役に立てればとの会員の強い要望を受け、本書を刊行することになった。
 かかる観点から、本書では、酸化チタン光触媒の作用機構の初歩原理から、高機能な酸化チタン光触媒の創製技術、酸化チタン光触媒の種々の応用展開への具体例、大規模な実用化が期待できる可視光を吸収し機能する可視光応答型第二世代の新規な酸化チタン光触媒の開発研究における最新動向、さらには日本が先導して進めている光触媒の規格化・標準化への動きまでを平易に解説している。本書が、今後の酸化チタン光触媒の地球規模での大規模な実用化展開に貴重な指針と重要な役割を果たすものと期待したい。
「高機能光触媒創製と応用技術研究会」 会長 安保正一 <大阪府立大学大学院工学研究科 教授>

監修者
安保 正一 
大阪府立大学大学院工学研究科物質系専攻教授
執筆者(執筆順)
安保 正一
 胡 芸
北野 政明
松村 道雄
豆塚 廣章
 文 相
大山 俊之
日高 久夫
横野 照尚
 張 金龍
佐藤 次雄
 殷 ジュ
井上 悟
小松 晃雄
大下 健二
古南 博
西島 裕明
岡田 佳巳
斉藤 政志
白石 文秀
高濱 孝一
井筒 裕之
山本 伸
藤井 隆
石田 則之
野坂 俊紀
松岡 憲弘
高林 外広
重里 有三
小川 倉一
工藤 武志
工藤友宇子
類家 東
長谷川 章 
伊藤 剛久
竹内 聡
石川 敏弘
竹内 雅人
酒谷 能彰
奥迫 顕仙
吉田 祐子
 沖 泰行
安東 博幸
小池 宏信
松岡 雅也
多賀 康訓
森川 健志
 坂 志朗
高見 勝重
河野 仁
堀越 智
野口 寛
小牧 博信
和田 雄二
佐藤 尚志
西岡 求
田谷 正仁
垰田 博史

中野 勝之
竹内 浩士
大阪府立大学大学院工学研究科物質系専攻教授
大阪府立大学大学院工学研究科物質系専攻博士後期過程
大阪府立大学大学院工学研究科博士後期過程2年
大阪大学太陽エネルギー化学研究センター教授
鋼管計測(株)営業企画本部
東海旅客鉄道(株)総合技術本部技術開発部機能材料チーム
明星大学地球環境科学センター特別研究員
明星大学地球環境科学センター教授
九州工業大学工学部教授
中国華東理工大学ファインケミカル研究所副所長・教授
東北大学多元物質科学研究所教授
東北大学多元物質科学研究所講師
(独)物質・材料研究機構物質研究所機能性ガラスグループディレクター
大阪市立大学大学院理学研究科特任教授
大研化学工業(株)福井工場
近畿大学理工学部応用化学科助教授
千代田化工建設(株)研究開発センター触媒グループリーダー・部長代理
千代田化工建設(株)研究開発センター触媒2グループリーダー・課長
千代田化工建設(株)研究開発センター触媒2グループ課長代理
九州工業大学情報工学部生命情報工学科助教授
松下電工(株)R&D企画室部長
多木化学(株)研究開発本部・研究所無機材料グループ研究員
多木化学(株)研究開発本部・研究所無機材料グループグループ長
大日本塗料(株)技術本部技術開発第一部チームリーダー
大日本塗料(株)技術本部技術開発第一部
大阪府立産業技術総合研究所化学環境部化学材料系系統括総括研究員
シャープ(株)電化システム事業本部電化商品開発センター係長
富山県工業技術センター中央研究所材料技術課主任研究員
青山学院大学大学院理工学研究科機能物質創成コース教授
三容真空工業(株)取締役技術アドバイザー
アンデス電気(株)開発本部機能材料開発部
アンデス電気(株)開発本部機能材料開発部
アンデス電気(株)開発本部部長
八戸工業高等専門学校物質工学科助教授
(有)イールド代表取締役
新東Vセラックス(株)環境浄化材料技術部主任担当員
宇部興産(株)宇部研究所機能材料部門長
大阪府立大学大学院工学研究科助手
住友化学工業(株)基礎化学品研究所主任研究員
住友化学工業(株)基礎化学品研究所主任研究員
住友化学工業(株)基礎化学品研究所研究員
住友化学工業(株)基礎化学品研究所主任研究員
住友化学工業(株)基礎化学品研究所主任研究員
住友化学工業(株)基礎化学品研究所主席研究員
大阪府立大学大学院工学研究科講師
(株)豊田中央研究所第1特別研究室長・シニアフェロー
(株)豊田中央研究所第1特別研究室主任研究員
京都大学大学院エネルギー科学研究科エネルギー社会・環境科学専攻教授
大阪府環境情報センター情報システム課課長
兵庫県立大学環境人間学部教授
明星大学地球環境科学センター特別研究員
(株)明電舎総合研究所
(株)関西総合環境センター
大阪大学大学院工学研究科助教授
大阪大学大学院基礎工学研究科化学系専攻化学工学分野
大阪大学大学院基礎工学研究科物質創成専攻化学工学領域助手
大阪大学大学院基礎工学研究科物質創成専攻化学工学領域教授
(独)産業技術総合研究所サステナブルマテリアル研究部門
環境セラミックス研究グループ長
福岡大学工学部化学システム工学科教授
(独)産業技術総合研究所環境管理技術研究部門総括研究員

構成と内容
第1章 基礎〜基礎から実用化までの研究経緯〜
第1 高機能な酸化チタン光触媒の創製と応用展開〜基礎からの研究経緯と応用展開〜 1 はじめに 2 酸化チタン光触媒研究の実用化までの歩み 3 光触媒上での初期過程 4 環境浄化への応用展開の最近の動向 5 おわりに 第2節 二酸化チタンの光電気化学と光触媒 1 はじめに 2 半導体電極の電気化学 3 二酸化チタン光触媒粒子中のバンドの曲がりの影響と粒子サイズ効果 4 光触媒反応における結晶面の役割 5 おわりに 第3節 水分解 1 はじめに 2 チタン/ホウ素複合酸化物による水の光触媒分解 3 酸化チタン薄膜による水の光触媒分解 4 まとめ 第4節 水質環境浄化 1 はじめに 2 光触媒反応の基礎原理 3 光酸化反応の経時変化 4 光分解速度に影響をあたえる因子 5 有機化合物のラジカル酸化による分解生成物 6 触媒分散系と固定化触媒系の反応 7 太陽光照射による光分解 8 太陽光照射方式による実験例 9 おわりに
第2章 高効率光触媒の調製法
第1節 ルチル・アナターゼ複合二酸化チタン光触媒 1 はじめに 2 P−25(デグサ)粉末の構造 3 物理的に混合したルチル・アナターゼ複合光触媒の活性 4 複合光触媒の高活性の原因 −酸素の還元過程− 5 まとめ 第2節 Ti−含有ゼオライト・メソ多孔質シリカ系光触媒 1 はじめに 2 酸化チタン光触媒/多孔質体複合化の目的 3 細孔内に固定化した酸化チタンの特徴 4 Tiを含有するゼオライトとメソ多孔質シリカの調製 5 Ti含有多孔質体の光触媒能とその応用 6 可視光応答型ゼオライト光触媒の開発 第3節 層間光触媒 1 はじめに 2 高活性酸化チタン光触媒の設計指針 3 層間光触媒に期待される機能 4 層間光触媒の合成 5 層間光触媒の光触媒作用 6 おわりに 第4節 新型担体による高効率化 1 はじめに 2 作製方法 3 触媒効果 4 おわりに 第5節 ナノスケール金属超微粒子担持ルチル型酸化チタン光触媒 1 はじめに 2 光触媒材料としてのルチル型酸化チタン 3 ルチル型酸化チタン光触媒の高活性化 4 ルチル型酸化チタン光触媒のナノ金属担持法 5 金属ナノ粒子担持ルチル型酸化チタン光触媒の活性評価 6 光触媒蛍光灯への応用 7 おわりに 第6節 ソルボサーマル法による高活性酸化チタン光触媒材料の合成 1 はじめに 2 ソルボサーマル法とは 3 高活性光触媒の設計 4 ソルボサーマル法による酸化チタンナノ結晶の合成 5 ソルボサーマル法TiO2の光触媒性能の評価 6 ソルボサーマル法による可視光応答性酸化チタンの合成 7 ソルボサーマル法による酸化チタン−吸着剤複合材料の合成 8 ソルボサーマル法によるブルッカイト型酸化チタンの合成 9 おわりに 第7節 PC法を用いたチタニアの調製 1 はじめに 2 PC法によるチタニアの調製 3 PC法チタニアの物理的性状 4 PC法チタニアの光触媒活性 5 おわりに
第3章 実用化光触媒の開発
第1節 光触媒反応プロセスの特性およびその実用化への提案 1 はじめに 2 光触媒を用いた反応プロセスの実用化を困難にする原因 3 実用化のための対策 4 光触媒反応プロセスの開発例 5 おわりに 第2節 コーティング光触媒 1 光触媒コーティング材の開発 1.1 はじめに 1.2 無機コーティング材の特徴 1.3 光触媒無機コーティング材 1.4 光触媒コーティング材の効果 1.5 光触媒コーティング材の評価技術 1.6 光触媒コーティング材の今後の展開 1.7 まとめ 2 酸化チタンと光触媒コーティング 2.1 はじめに 2.2 酸化チタン 2.3 光触媒コーティング 2.4 おわりに 3 光触媒酸化チタンを使ったコーティング材料の応用技術 3.1 光触媒酸化チタンの応用分野と実用化 3.2 材料の機能と設計 3.3 コーティング材料の設計と考え方 3.4 光触媒性能評価の標準化 3.5 今後の光触媒技術の展開 第3節 薄膜光触媒 1 マグネトロンスパッタ法による高活性/可視光光触媒薄膜の作製 1.1 はじめに 1.2 DCマグネトロンスパッタ法による高活性酸化チタン光触媒薄膜の作製 1.3 RFマグネトロンスパッタ法による高活性酸化チタン光触媒薄膜の作製 1.4 元素ドーピングによる可視光光触媒薄膜の作製 1.5 酸化タングステンによる可視光活性光触媒薄膜の作製 1.6 まとめ 2 高分子および金属材料への光触媒膜の大面積低温成膜 2.1 はじめに 2.2 「低温成膜」、「大面積」、「高付着力」 2.3 ウェットプロセスとドライプロセス 2.4 反応性スパッタリング法による酸化チタン膜の低温生成とその特性 2.5 低反射光触媒膜 2.6 おわりに 3 スパッタ法で作製したTiO2薄膜の構造と光触媒特性  3.1 スパッタ法による高活性の酸化チタン光触媒の成膜  3.2 スパッタ成膜したエピタキシャルTiO2の構造と光触媒特性 4 光触媒TiO2薄膜の低温プロセス・高速成膜技術の検討  4.1 はじめに  4.2 低温プロセス薄膜作製法とその特徴  4.3 低温プロセスによる光触媒TiO2薄膜作製例  4.4 TiO2薄膜の低温プロセス高速成膜化の検討  4.5 課題と対応 第4節 高活性角柱状酸化チタン光触媒の開発と応用展開 1 開発背景 2 角柱状酸化チタン光触媒の物性および光触媒活性 3 角柱状酸化チタン光触媒の応用 4 おわりに 第5節 金属チタン表面処理による光触媒材料の開発    〜酸化チタン光触媒材料「Titanystar®」〜 1 はじめに 2 チタン金属の特性 3 酸化チタン光触媒材料「Titanystar®」 4 結果および考察 5 まとめ 第6節 光触媒シリカゲルの開発とその応用 1 光触媒シリカゲルの開発コンセプトおよび特長 2 光触媒シリカゲルのキャラクタリゼーション 3 光触媒シリカゲルの光触媒性能 4 光触媒シリカゲル・パウダーの特長および性能 5 おわりに 第7節 高強度で高効率な酸化チタン光触媒繊維の開発とその用途展開 1 はじめに 2 酸化チタンによる光触媒酸化活性と効果的な活性発現について 3 基本となる機能性セラミックスのin−situ合成プロセス 4 ダイオキシンも分解できる高強度酸化チタン繊維 5 酸化チタン繊維の浴槽水浄化効果 6 酸化チタン繊維のプール水浄化効果 7 酸化チタン繊維内蔵浄水装置使用によるランニングコスト 8 酸化チタン繊維の失活について 9 おわりに
第4章 可視光応型光触媒の創製
第1節 可視光応答型の酸化チタン光触媒 1 イオン工学技術を利用した可視光応答型酸化チタン薄膜光触媒の開発 1.1 太陽光を有効利用する化学プロセス開発の意義 1.2 ドライプロセスとしてのイオン工学的成膜法 1.3 透明な酸化チタン薄膜光触媒の作製 1.4 紫外−可視光で機能する酸化チタン薄膜光触媒の開発 1.5 おわりに 2 可視光応答型酸化チタン光触媒 2.1 はじめに 2.2 光触媒のメカニズム 2.3 可視光応答型酸化チタン光触媒の歴史 2.4 住友化学工業鰍フ取り組み 2.5 粉末状可視光応答型酸化チタン光触媒(TPS) 2.6 可視光応答型酸化チタン光触媒ゾル(TSS) 2.7 おわりに 3 半導体酸化チタン光触媒の可視光化 3.1 可視光・太陽光を有効利用する意義 3.2 イオン工学技術の応用による酸化チタン光触媒の可視光化 3.3 おわりに 第2節 窒素ドープ可視光動作型光触媒 1 はじめに 2 光触媒を取り巻く光環境 3 Ti−O−N系光触媒の概要 4 Ti−O−N光触媒の特性 5 高性能光触媒への試み 6 おわりに 第3節 硫黄カチオンをドープした可視光応答型二酸化チタン光触媒 1 はじめに 2 硫黄カチオンをドープした可視光応答型二酸化チタン光触媒の調製法 3 可視光応答型二酸化チタンの触媒活性 4 まとめ 5 今後の展開
第5章 光触媒による環境浄化
第1節 汚染大気 1 TiO2複合木質炭化物による有害物質分解のトポ化学 1.1 環境浄化型TiO2複合木質炭化物 1.2 TiO2複合木質炭化物の調製 1.3 TiO2複合木質炭化物の光触媒活性のトポ化学 1.4 TiO2結晶におけるホルムアルデヒド分解の光触媒反応機構 1.5 大気および水質汚染物質への応用 2 光触媒による沿道環境対策について 2.1 概要 2.2 はじめに 2.3 大気汚染物質浄化能力とその持続性 2.4 光触媒で生成する硝酸イオンの二次汚染問題 2.5 光触媒による沿道の環境改善効果 2.6 光触媒で新たに生成される大気汚染物質 2.7 おわりに 第2節 汚染水 1 マイクロ波/紫外線照射下での光触媒による迅速水質処理技術 1.1 はじめに 1.2 二酸化チタンの光分解過程 1.3 マイクロ波 1.4 実験装置概要 1.5 モデル水質汚染物質を用いたマイクロ波の照射効果 1.6 特殊な光触媒反応の解明 1.7 マイクロ波プラズマ紫外線ランプを用いた有機汚染物質の分解 1.8 PD/MW法およびPD法による有機汚染物質の分解比較 2 オゾンと光触媒併用による環境用水の浄化処理 2.1 はじめに 2.2 難分解性物質の分解への光触媒の適用 2.3 光触媒/オゾン法による河川水の浄化特性 2.4 回分処理から連続処理へ 2.5 従来法との比較 2.6 処理施設規模の試算 2.7 おわりに 第3節 含ハロゲン有機化合物の分解処理 1 含ハロゲン有機化合物による汚染 2 いろいろな処理法 3 化学反応から見た含ハロゲン化合物の処理法 4 光触媒を用いた処理−酸化的手法 5 光触媒を用いた処理−還元的手法 6 金属硫化物ナノ結晶を光触媒とする還元的脱ハロゲン化反応 7 マイクロ波を用いた還元触媒的脱ハロゲン化反応 8 将来的展望 第4節 二酸化チタン光触媒反応の殺菌・抗菌システムへの適用 1 はじめに 2 光触媒による微生物不活性化速度論 3 二酸化チタンとファージ粒子の吸着特性を考慮した不活性化モデル 4 第三成分存在下における二酸化チタン光触媒によるファージ不活性化 5 まとめおよび今後の展望 第5節 環境浄化における実用化・製品化 1 はじめに 2 光触媒の技術開発の進展と市場の拡大 3 光触媒の応用分野と製品化の進展 4 おわりに
第6章 光触媒の国際標準化
第1節 実際的内容 1 はじめに 2 光触媒性能評価試験法の標準化 3 光触媒性能評価試験法の国際標準化 4 光触媒標準化委員会各分科会の進捗状況 5 国際標準化のスケジュール 6 おわりに 第2節 問題点と今後の展開 1 はじめに 2 何を標準化するのか 3 光触媒の性能 4 可視光応答型光触媒 5 複合効果による大量処理、高機能化 6 おわりに 第3節 空気浄化性能試験方法の国際標準化 1 はじめに 2 光触媒による空気浄化 3 標準化の経緯と戦略 4 空気浄化の特性と標準化の考え方 5 国家規格の整備 6 国際標準化 7 今後の展望

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