JPH0397623A - 金超微粒子固定化酸化チタンの製造法 - Google Patents

金超微粒子固定化酸化チタンの製造法

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JPH0397623A
JPH0397623A JP1232947A JP23294789A JPH0397623A JP H0397623 A JPH0397623 A JP H0397623A JP 1232947 A JP1232947 A JP 1232947A JP 23294789 A JP23294789 A JP 23294789A JP H0397623 A JPH0397623 A JP H0397623A
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正毅 春田
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哲彦 小林
Minoru Tsubota
年 坪田
Yoshiko Nakahara
佳子 中原
Hajime Shimakawa
島川 一
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は金超微粒子固定化酸化チタンの製造法に関し、
詳しくは金超微粒子が酸化チタン上に非常に高分散に担
持されており、低温酸化触媒,低温還元触媒.ガスセン
サー,B料などに有効に利用することのできる金超微粒
子固定化酸化チタンを製造する方法に関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来、
金は化学的活性に乏しい金属の代表と考えられてきたが
、これを粒径10nm以下の超微粒子状にして、鉄,コ
バルト,ニッケル等の金属酸化物上に分散・担持すると
、極めて優れた触媒となることが、本発明者らによって
報告されている(Chemistry Letters
,pp405−408(1987).表面化学8 .4
07−414(1987).Chemistry Ex
press 3,159−162(1988) ,J,
Catalysisユi5.301−309(1989
))。
このような金超微粒子固定化金属酸化物の調製法として
、■共沈法(特開昭60−238148号公報)■均一
析出沈澱法(特開昭62−155937号公報),■滴
下中和沈澱法(特開昭63−252908号公報),■
還元剤添加法(特開昭63−252908号公報),■
pH制御中和沈澱法(特開昭63−252908号公報
)等の方法が本発明者らによって開発されている。
しかしながら、これらの方法にはそれぞれ一長一短があ
り、超微粒子状にして担持しうる金の重量や担体の種類
に制約があり、例えば化粧料やガスセンサーなどに用い
ることは事実上不可能であった。
このような従来の問題点を解消するものとして本発明者
らは先に、金超微粒子固定化酸化物を調製するに際して
、金化合物と水溶性金属塩を熔解した水溶液を、アルカ
リ性水溶液で中和して共沈物を得る際、または共沈物の
生或後に、カルボン酸またはその塩を添加,P成し、次
いで加熱することにより、金超微粒子の凝集を抑制し、
極めて微細な金超微粒子を均一に強固に担持できること
を見出し、この知見に基づいて出願を行なっている(特
願平i−’t3,6o.3 号)。
この発明においては、水溶性金属塩として硫酸チタン,
三塩化チタンなどを用い、金化合物とともに共沈させて
金超微粒子固定化酸化物(酸化チタン)を調製している
このようにして得られた金超微粒子固定化酸化物は、酸
化触媒,還元触媒,ガスセンサー,顔料などとして優れ
た特性を有するものの、一酸化炭素酸化触媒活性はO′
CでもIOOXであったが、金超微粒子の高分散化の指
標となる水素酸化触媒活性(転化率502になる温度)
は45〜76゜Cとまだ高いものであった。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは上記従来の問題点を解決するためにさらに
研究を進めた結果、上記の如き共沈法ではなく、予め調
製した特定の性状を有する酸化チタンおよび/または水
和酸化チタンの超微粒子またはこれらをセラミソク威型
体(ビーズ,ハニカム等)にウオッシュコートしたもの
に、直接、金を超微粒子状にして高分散に担持させる方
法を見出し、この知見に基づいて本発明を完或するに至
った。
すなわち本発明は、結晶系が非晶質またはアナターゼ型
で、かつ平均粒子径が500人以下である酸化チタンお
よび/または水和酸化チタンを、カルボン酸またはその
塩の存在下に、金化合物の中性水溶液に添加することに
より、酸化チタンおよび/または水和酸化チタン上に金
沈澱物を担持し、続いてこの担持物を加熱することを特
徴とする金超微粒子固定化酸化チタンの製造法を提供す
るものである。
本発明では、担体として酸化チタンまたは永和酸化チタ
ンあるいはこれらの混合物を用いる。
ここで酸化チタンまたは水和酸化チタンとしては、結晶
系が非晶質またはアナターゼ型のものが用いられる。こ
れ以外の結晶系のものが混在すると、触媒活性が低下す
るため好ましくない。
さらに、酸化チタンまたは永和酸化チタンとしては、平
均粒子径が500入以下、好ましくは50〜400入の
ものが用いられる。平均粒子径が500人を超えたもの
であると、担体としての比表面積が低くなり、その結果
、触媒活性が低下するため好ましくない。
本発明においては、担体として上記の如き酸化チタンま
たは永和酸化チタンあるいはこれらの混合物を、ビーズ
,ハニカム等のセラミック威型体にウオッシュコートし
たものを用いてもよい。担体である酸化チタン超微粒子
をこのような威型体にコーティングすると、酸化チタン
超微粒子表面の露出部分が多くなるため、排ガス浄化用
触媒として効率のよい状態で使用することができる。
また、酸化チタンまたは永和酸化チタンとしては、比表
面積が50m2/g以上、好ましくは100n′f/g
以上のものが用いられる。比表面積が50m2/g未満
のものであると、金を高分散に担持できるサイトが減少
し、その結果、触媒活性が低下するため好ましくない。
このような超微粒子状酸化チタンまたは永和酸化チタン
は、例えば特開昭61−201604号公報に記載され
た方法により得ることができる。
本発明では、まず金化合物を溶解させた水溶液を攪拌下
、pH5〜9、好ましくは6〜8に調整して、金化合物
の中性水溶液を調製する。第1図に示した如く、PHが
この範囲内で、一酸化炭素酸化触媒活性および水素酸化
触媒活性が高くなる。
これは、金粒子がこのpH範囲内でのみ微細な粒子で沈
澱するからであると考えられる。
ここで金化合物として具体的には、例えば塩化金酸(I
IAuCln) ,塩化金酸ナトリウム(NaAuCl
4)シアン化金(^uCN),シアン化金カリウム(K
[Au(CN)zl),三塩化ジエチルアミン金酸((
Cdls) 2NIl・AUC1,]等の水溶性金塩が
挙げられる。
また、上記水溶液の中和のために用いるアルカリ性水溶
液としては、通常、炭酸ナトリウム,水酸化ナトリウム
,炭酸カリウム9アンモニア等を含有する水溶液を用い
ることができる。
さらに、金化合物水溶液は、金化合物の濃度をI XI
O−”mol/I 〜I XIO−’mol/1程度と
することが好適である。また、金化合物水溶液の温度は
、20〜90″Cとすることが好ましい。
次に、このようにして得られた金化合物の中性水溶液に
、前記酸化チタンおよび/または水和酸化チタンを、カ
ルボン酸またはその塩の存在下に添加する。
より具体的には、このようにして得られた金化合物の中
性水溶液に、前記酸化チタンおよび/ま?は永和酸化チ
タンを攪拌下投入した後、または投入する前に、カルボ
ン酸またはその塩を添加する。
この場合、添加直後のpHが5〜i、好ましくは6〜8
になるように、カルボン酸またはその塩の種類と使用量
を調節する。pHがこの範囲内であると、一酸化炭素酸
化触媒活性および水素酸化触媒活性が高くなる。これは
、金粒子がこのpH範囲内でのみ微細な粒子で沈澱する
からであると考えられる.カルボン酸の水素イオンでp
 Hをこの範囲内に調節する。
ここでカルボン酸またはその塩としては、グリコール酸
(HOOC−CH20H),シュウ酸(HOOC − 
COOH) ,乳酸[C11,・CI1(Of{)・C
OOI{] ,マロン酸(HOOC−CH’z・COO
}I) ,マレイン酸{}i00c − CI=C}I
 − COOI+) ,コハク酸(HOOC − CI
1■・CH2・+1,001+),リンゴ酸[HOOC
 − CI(OH)・CHz  ・COOI+),酒石
酸[HOOC − CI(011)・Coo}I] ,
クエン酸(HOOC・CJIZ・C(OH”) (CO
OH)・Cl2COO旧およびそれらのカリウム.ナト
リウム,マグネシウム.ストロンチウム,バリウム,マ
ンガン,コバルト,ニッケル等の塩を挙げることができ
る.カルボン酸またはその塩の添加量は、使用する化合
物の種類,添加方法等に応じて変わり得るが、通常、担
持すべき金のモル数に対して1倍モル以上とすればよく
、解離しにくい化合物の場合には30倍モル程度まで添
加することもできる。
また、解離しやすいカルボン酸塩、例えばクエン酸3ナ
トリウムを使う場合には、水溶液のpHがNa”イオン
の追加で大きく変動しない範囲に抑えるようにする。
なお、酸化チタンおよび/または水和酸化チタンを金化
合物の中性水溶液に投入した後に、カルボン酸またはそ
の塩を添加する場合は、酸化チタンおよび/または水和
酸化チタンを金化合物の中性水溶液に投入した後、1時
間程度以内、好ましくは30分程度以内に、カルボン酸
またはその塩を添加することが好ましい。
カルボン酸またはその塩の具体的な添加方法および添加
量については、水溶液のpH、カルボン酸またはその塩
の解離平衡等を考慮して決定すればよく、水溶液中にお
いて、解離して生じるカルボン酸イオンが0.OO01
mol/1 〜0.01mol/l の範囲となるよう
にすることが好ましい。カルボン酸イオン量が0.01
mol/] を超えると、カルボン酸イオン量が酸化チ
タンおよび/または水和酸化チタンの表面にほぼ全面的
に吸着され、液相内に残存する金錯イオンの吸着を阻害
してしまう。また、液相中で金錯イオンを還元してコロ
イド状金粒子を生戒してしまうので、酸化チタンおよび
/または水和酸化チタン上に有効に担持される金の量が
減少するという問題を生じる。一方、カルボン酸イオン
の濃度が0.0001mol/1未満であると、酸化チ
タンおよび/または水和酸化チタンに吸着されるカルボ
ン酸イオンの量が少なく、金水酸化物の凝集を防ぐ効果
を充分に発揮することができない。
カルボン酸塩として、例えばクエン酸ナトリウ一時的に
0.01mol/lを超えるので、徐々に添加すること
が好ましい。
但し、クエン酸マグネシウムの場合は、解離しにくいの
で、一度に全量添加してもその一部しかクエン酸イオン
として解離しないので、極めて取扱いが容易である。例
えば、pH=9.6ではクエン酸イオンとクエン酸マグ
ネシウムとの比は、l:17であり、添加したクエン酸
マグネシウムのl/18だけが、クエン酸イオンに解離
する。このクエン酸イオンが、沈澱物上に吸着され、液
相から消失すると、その分だけ解離が起こり、クエン酸
イオンが補給される。このように、解離平衡とpHを考
慮して、クエン酸イオンの濃度が常に0.0001mo
l/1 〜0.01mol/lの範囲となるように制御
すればよい。
本発明の方法では、上記した操作終了後、得られた溶液
を30分程度以上攪拌して熟或することが好ましい.P
威終了時の溶液のpHは6〜9程度とすることがより好
ましい。
本発明では、金化合物の水溶液およびカルボン酸または
その塩の添加操作は、20〜90゜C程度の液温で行な
うことが好ましい。
金化合物の使用量は、酸化チタンおよび/または水和酸
化チタン上に担持させる金超微粒子の量によって決定さ
れる。担持蛍の上限は、使用する酸化チタンおよび/ま
たは水和酸化チタンの種類やその形状.比表面積等によ
って異なるが、通常は全金属中の金の原子%で0.5〜
IO!(1〜40重量%)程度まで担持させることがで
きる。
このようにして、酸化チタンおよび/または水和酸化チ
タン上に金沈澱物を担持する。
続いて、上記した方法で得られた金化合′!?A担持酸
化チタンおよび/または水和酸化チタンを、充分に水洗
後、加熱することによって、生或した金の水酸化物が分
解されて金となり、酸化チタンおよび/または水和酸化
チタン上に金が均一に超微粒子として析出し、強度に固
定される。なお、この際の加熱温度は100〜800 
’C程度が好ましく、加熱時間は1〜24時間程度とす
ればよい。
以上の如き本発明の方法によって得られる金超微粒子固
定化酸化チタンおよび/または水和酸化チタンでは、金
超微粒子の粒子径が小さく、かつ?径分布が狭くなり、
金超微粒子が酸化チタンおよび/または水和酸化チタン
上に均一に担持されたものとなる。
第1図は、カルボン酸またはその塩により調整した金化
合物の水溶液の熟或時のpHに対して、得られた金超微
粒子固定化酸化チタンおよび/または水和酸化チタンの
酸化触媒活性に及ぼす影響を示したグラフである。図中
、縦軸のTI/2 [H21 ,TI/■[C01はそ
れぞれ水素または一酸化炭素の転化率が50χとなる温
度を示す。なお、T+zz[CO]のpH6〜9の範囲
ではO″Cで転化率が100χとなっており、極めて活
性が高いことが判る。水素の転化温度もpH6〜8の範
囲で最低となり、この範囲で最も活性が高いことが判る
また、第2図はクエン酸マグネシウムの添加量と、触媒
活性との関係を示したグラフである。図中、水溶液のp
Hが8.5の場合はクエン酸マグネシウムの添加量がH
AuCl4のモル数の6倍以上では触媒活性が高い水準
で飽和し、pHが7の場合は3倍以上では触媒活性が高
い水準で飽和していることを示している。
第2図からは、カルボン酸またはその塩の添加量が、担
持すべき金のモル数に対し、約5倍モル以上であると、
水素酸化触媒活性が高水準で一定になることが判る。
さらに、第3図は担体中の金含有量が金超微粒子固定化
酸化チタンおよび/または水和酸化チタンの酸化触媒活
性に及ぼす影響を示したグラフである。担体中の金含有
量が1atm!以上であれば、一酸化炭素酸化触媒活性
,水素触媒活性ともに高水準で飽和することが判る。な
お、図中において水素(H2)の触媒活性を示すグラフ
の肩に付された数字は、クエン酸マグネシウムの金に対
する添加モル数を示したものである。
本発明の方法で得られる金を高分散に担持した酸化チタ
ンおよび/または水和酸化チタンは、低温酸化触媒,低
温還元触媒,ガスセンサー,顔料等の各種用途に使用す
ることができる。
例えば、本発明の金超微粒子固定化酸化チタンおよび/
または水和酸化チタンは、300 ’C以下の比較的低
温で水素.一酸化炭素,メタノール.プロパン等の燃料
を広い濃度範囲で燃焼できるので微粒子状のまま、ある
いはこれらをビーズ,ハニカム等のセラミック威型体に
ウオッシュコートしたものに、直接、金を超微粒子状で
高分散に担持させて、触媒燃焼方式の各種暖房器や厨房
用加熱器用の酸化触媒体として用いることができる。ま
た、石油ストーブ,石油ファンヒーター,ガスファンヒ
ーター用排ガス浄化触媒体として、空調機器用空気浄化
フィルターとして利用することができる。その他、塗料
工業等における溶剤酸化処理用触媒体や工場排ガス用触
媒体などとして用いることができる. ここで酸化触媒として用いる場合には、金を0.5〜1
0原子%程度含む金超微粒子固定化酸化チタンおよび/
または水和酸化チタンが好ましい。特に一酸化炭素をO
″C以下の温度で酸化する場合には金水酸化物を担持し
た前駆体を200〜500″C程度の温度で加熱したも
のが好ましい。
また、本発明の金超微粒子固定化酸化チタンおよび/ま
たは永和酸化チタンは、No,Not等の窒素酸化物を
水素,一酸化炭素等で還元するための触媒としても有用
である。
さらに、本発明の金超微粒子固定化酸化チタンおよび/
または水和酸化チタンは、室温前後の比較的低い温度に
おいても極めて高い酸化触媒活性を有するので、水素、
一酸化炭素,メタノール,炭化水素等の可燃性ガスに対
するセンサー素子としても利用することができる。可燃
性ガスセンサー素子として利用するには、例えば、コイ
ル状の白金線等を金超微粒子固定化酸化チタンおよび/
または水和酸化チタンの焼結体で被覆するか、あるいは
板状のサーミスタ上に厚膜状の金超微粒子固定化酸化チ
タンおよび/または水和酸化チタン層を形威させるなど
すればよい。これらのセンサー素子が、可燃性ガスを含
む空気に触れると、センサー素子表面で、可燃性ガスが
燃焼し、燃焼熱が発生する。このため、粒状物で被覆し
た白金線では、白金線の温度が上昇して、電気抵抗が高
くなるので、可燃性ガスを検知することができる。
また、サーξスタ上に厚膜を形成する場合には、燃焼後
の温度上昇を直接サーミスタで検出することができる。
また、本発明の金超微粒子固定化酸化チタンおよび/ま
たは水和酸化チタンは、金超微粒子の粒子径.形状等に
より特有の赤紫,青紫.紺色等を呈するので、化粧料,
絵の具.釉薬などの顔料としても使用することができる
〔実施例〕
次に本発明を実施例により詳しく説明する。
製造例(超微粒子状酸化チタンの製造)原料のチタンテ
トライソプ口ポキサイド(Ti (OicJt) 41
を189g/hrで、キャリアーガスとしての窒素ガス
I.05Nm2/hrとともに、130゜Cに加熱した
ベーバライザーに導入し、原料を完全に気化せしめた。
一方、1200g/hrの水を窒素ガス2.26Nrr
r/hrとともに、450゜Cに加熱したベーバライザ
ーに導入し、加熱水蒸気を調製した。この加熱水蒸気を
、気化させた原料と同時に、内径30mtnの反応器に
導入し、260℃で加水分解反応を行なわせ、超微粒子
状の酸化チタンを得た. この超微粒子を電子顕微鏡により観察したところ、一次
粒子径(平均粒子径)200人であった。
また、この超微粒子はX線回折パターンによって、非晶
質であることがII!認された。さらに、窒素ガスを用
いたBET法により比表面積を調べたところ、130ボ
/gであった。
実施例1 塩化金酸(HAuC1a − 4HzO)0.273g
(0.00066モル)を、120 ’Cの水で溶解し
た水溶液に、炭酸ナトリウム(Na2CO,,)水溶液
を滴下して、pHを6.9とした。続いて、上記製造例
で得られた超微粒子状の酸化チタンを真空乾燥した酸化
チタン超微粒子1、Ogを加え、5分後、クエン酸マグ
ネシウム(Mgz(CJsOt)z)飽和水溶液(6.
0g/ I!.)を100d(クエン酸イオン0.00
066x6モル)添加し、1時間撹拌を続けながら、熟
成した。熟威終了時の水溶液のpHは7,8であった.
得られたスラリーを濾過し、充分に水洗後、真空乾燥し
、さらに空気中において400゜Cで5時間焼威するこ
とにより、Au担持Tilt (原子比: Au/Ti
=1/19)触媒を得た。
この触媒を70〜120メッシュにふるい分けしたもの
を、0.20g用い、一酸化炭素または水素を1容積%
含む空気混合ガスを6 7 ml /分で流通させて、
一酸化炭素または水素に対する酸化触媒活性を調べた。
その結果を、酸化反応率が502になる温度(T+zz
[CO],T+/z[lhl)で第1表に示した。
実施例2 実施例lにおいて、酸化チタン超微粒子として製造例で
得られた超微粒子状の酸化チタンを120゜Cで1時間
乾燥したものを使用したこと以外は、実施例1と同様の
操作を行なった。結果を第1表に示す。
実施例3 実施例1において、酸化チタン超微粒子として製造例で
得られた超微粒子状の酸化チタンを550゜Cで1時間
焼成したものを使用したこと以外は、実施例lと同様の
操作を行なった。この酸化チタン超微粒子の結晶系はア
ナターゼ型であった.結果を第1表に示す。
比較例l 実施例1において、酸化チタン超微粒子として製造例で
得られた超微粒子状の酸化チタンを1200゜Cでl時
間焼威したものを使用したこと以外は、実施例lと同様
の操作を行なった.この酸化チタン超微粒子の結晶系は
ルチル型であった。結果を第1表に示す。
比較例2 実施例1において、酸化チタン超微粒子として西独デグ
サ社製の酸化チタン超微粒子(P−25,糸1晶系:ア
ナターゼ+ルチル型)を使用したこと以外は、実施例1
と同様の操作を行なった。結果を第1表に示す。
比較例3 実施例1において、酸化チタン超微粒子として大工試製
高純度酸化チタン超微粒子(結晶系:アナターゼ+ルチ
ル型)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を
行なった。結果を第1表に示す。
比較例4 実施例lにおいて、酸化チタン超微粒子として製造例で
得られた超微粒子状の酸化チタンを1200゛CでlO
時間焼成したものを使用したこと以外は、実施例1と同
様の操作を行なった。この酸化チタン超微粒子の結晶系
はルチル型であり、焼結が進み、その粒子径は800人
となっていた。結果を第1表に示す。
X l表 〔発明の効果〕 本発明の製造法によれば、金超微粒子が酸化チタンおよ
び/または水和酸化チタン上に非常に高分散に担持され
る。
この金超微粒子固定化酸化チタンおよび/または水和酸
化チタンは、低い温度で水素,一酸化炭素,メタノール
,プロパン等の燃料を広い濃度範囲で燃焼できるので、
触媒燃焼方式の各種暖房器や厨房用加熱器用の酸化触媒
として有用であり、排ガス浄化触媒,ガスセンサー素子
に用いられる他に、還元触媒としても用いることができ
る。
特に、50rd/g以上の比表面積を有する固定化酸化
チタンおよび/または水和酸化チタンを用いた場合、触
媒活性に優れたものとなる。
さらに、この金超微粒子固定化酸化チタンおよび/また
は水和酸化チタンは、特有の色調を有するので、化粧料
,絵具,釉薬などの顔料としても有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、カルボン酸またはその塩により調整した金化
合物の水溶液の熟戒時のpHに対して、得られた金超微
粒子固定化酸化チタンおよび/または水和酸化チタンの
酸化触媒活性に及ぼす影響を示したグラフである。 また、第2図はクエン酸マグネシウムの添加量と、触媒
活性との関係を示したグラフである。 さらに、第3図は担体中の金含有量が金超微粒子固定化
酸化チタンおよび/または水和酸化チタンの酸化触媒活
性に及ぼす影響を示したグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)結晶系が非晶質またはアナターゼ型で、かつ平均
    粒子径が500Å以下である酸化チタンおよび/または
    水和酸化チタンを、カルボン酸またはその塩の存在下に
    、金化合物の中性水溶液に添加することにより、酸化チ
    タンおよび/または水和酸化チタン上に金沈澱物を担持
    し、続いてこの担持物を加熱することを特徴とする金超
    微粒子固定化酸化チタンの製造法。
  2. (2)酸化チタンおよび/または水和酸化チタンが、5
    0m^2/g以上の比表面積を有するものである請求項
    (1)記載の金超微粒子固定化酸化チタンの製造法。
JP1232947A 1989-09-11 1989-09-11 金超微粒子固定化酸化チタンの製造法 Expired - Lifetime JPH0629137B2 (ja)

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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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