光触媒

当社を選ぶ理由

豊富な経験
有機化学物質の研究、製造、マーケティングにおける数十年の経験により、当社は化学研究、開発、製造の世界的なサプライヤーになりました。

プロフェッショナルチーム
Genie Chemical には、200 名を超える高度な技術を備えた研究開発チームがいます。

ワンストップサービス-
品質検査、生産管理、アフターサービスをワンストップで提供します。{0}{1}

品質管理
ISO 9001認証を取得し、専用のテストセンターを設置して生産プロセスのすべての段階で厳格な品質管理基準を実施しています。品質検査官は各製品の製造プロセスを注意深く監視し、最終化学製品の品質を保証します。

光触媒とは

光触媒は、光照射下で化学反応を促進する物質、特に二酸化チタンや酸化亜鉛などの半導体です。十分なエネルギーの光子が光触媒表面に衝突すると、電子-のペアが生成されます。これにより、有機汚染物質を分解し、水系病原体を消毒する酸化還元反応が開始されます。多用途かつ効率的な光触媒は、太陽光または人工光を利用してこれらの反応を促進し、再生可能で環境に優しいソリューションを提供します。-

光触媒のメリット

消臭効果

光触媒には二酸化チタンという成分が含まれています。この二酸化チタンに紫外線や蛍光灯が当たると活性酸素が発生します。接触した臭気の原因物質を吸収し、水と二酸化炭素に分解します。-タバコ臭、カビ臭、靴臭など、部屋中のあらゆる臭いを除去できるのが特徴です。

有害物質の分解・除去：ホルムアルデヒド除去、臭気除去

光触媒には「ホルムアルデヒド」を分解・除去する機能もあります。これらの有害物質は建材や家具から揮発し、室内でのアレルギー疾患の原因となります。また、化学物質や有害物質を除去する方法とは異なり、高活性可視光応答型光触媒はナノ二酸化チタンアパタイトと呼ばれる物質を主成分としており、食品添加物としても使用されており、副作用がなく安全です。

抗菌効果

光触媒には消臭効果があります。ノロウイルス、インフルエンザ、大腸菌、サルモネラ菌、真菌などを分解除去する効果があります。特にカビは増殖するにつれて胞子を散布するため、壁紙や天井に光触媒をコーティングすることは胞子対策に非常に効果的です。

抗-防藻および抗-効果

銀イオンを含む光触媒には抗菌作用があるため、わずかな光でも抗菌効果を発揮します。また、光触媒酸化チタンは、従来の抗菌剤では分解できなかった細菌が死滅して生成する有害物質を分解する効果があります。例えば、O-157や大腸菌、カビなどの細菌から守り、抗真菌効果があるため不快な臭いも防ぎます。

防汚効果

光触媒は壁紙に接触したアンモニアなどの化学物質を分解・除去する働きがあります。そのため、タバコなどによる黄ばみを抑える効果があります。

光触媒の種類

均一光触媒作用

均一な光触媒作用には、反応物質と光触媒が同じ相に存在することが含まれます。つまり、両方ともガスの形で存在する可能性があります。使用される均一系光触媒の非常に一般的な例の 1 つは、オゾンと光フェントンシステム (Fe+ および Fe+/H2O2) です。{3}ここでの反応種は、さまざまな用途や目的に使用される傾向にあるヒドロキシルラジカル（・OH）です。オゾンによるヒドロキシルラジカル（・OH）の生成メカニズムは、以下の 2 つの経路をたどることができます。

不均一系光触媒

定義から、「不均一触媒作用」には、異なる相にある触媒と反応物が含まれることは明らかです。不均一光触媒は、比較的多種多様な反応を伴う主題です。穏やかな酸化反応または完全な酸化反応、脱水素プロセス、水素移動反応、18O2-16O2 および重水素-アルカン同位体交換反応、金属堆積、水の無毒化、ガス状汚染物質除去プロセスなど。一般によく使用される不均一系光触媒には、独特の特性を持つ遷移金属酸化物や半導体が含まれます。

光触媒の応用

水処理

廃水処理プロセスでは、さまざまな二元半導体および三元半導体が光触媒として利用されています。二酸化チタン (TiO2) および酸化亜鉛 (ZnO) 光触媒は廃水の浄化によく利用されています。酸化亜鉛光触媒は、製薬、印刷機や染色、紙・パルプ産業などの廃水処理に主に使用されている優れた酸化物質です。(TNT) としても知られる二酸化チタン (TiO2) ナノチューブは、光触媒による水の汚染除去に非常に適した光触媒です。ベンジュワルら。 (2015) の研究では、酸化グラフェン - TiO2/Fe3O4 ベースの三元ナノ複合材料が廃水処理に応用できる可能性があることを示しています。

微量金属の除去

水銀 (Hg)、クロム (Cr)、鉛 (Pb) などの微量元素の一部や他の金属は、人間の健康に非常に危険です。水質と人間の健康を維持する目的で不均一系光触媒作用を利用することにより、百万分率（ppm）のような低レベルの濃度であっても、このような金属の毒性を除去することができます。

水の分解

水の分解反応のために、硫化物、酸化物、セレン化物などのさまざまな種が光触媒として生成されています。二酸化チタン (TiO₂) ナノ粒子、CaFe2O4/TiO₂ などのいくつかの半導体 (結合)、ヘテロ接合 WO3/BiVO4、さらに CdS/Zno などのコアまたはシェルナノファイバーなどは、水からの水素生成に非常に有用な方法を提供します。

自己洗浄機能-

二酸化チタン (TiO₂) 光触媒は、有用な光機能物質として多くの認識を得ています。その理由は、ガラスやタイルの表面の洗浄には化学洗剤が必要であり、高エネルギーで消耗し、また高価であるためです。二酸化チタンをベースとした自浄作用のある表面により、無機分子だけでなく有機分子も容易に吸収され、分解されたままになります。-その後のTiO₂膜の親水性の高さにより水洗いが容易になります。 TiO2 の前述の結果は、この条件で機能します。材料の表面に吸収される有機汚染物質の割合が、単位時間当たりの入射太陽光子の割合よりも小さい場合。建物の壁の塗装や塗料、建設工程などは、自然降雨や強い日差しなどの悪天候にさらされることが多く、

光触媒の性能を高める要因

複合材料/カップリング

さまざまな用途で可視光において光触媒を効率的にするためのもう 1 つの実行可能な技術は、半導体または複合材料の結合です。バンドギャップが大きい半導体とバンドギャップが小さい半導体は互いに結合するため、より負の伝導帯 (CB) レベルを持ちます。したがって、結果は次のようになります。伝導帯（CB）の電子は、バンドギャップの小さな半導体からバンドギャップの大きな半導体に注入できます。この技術と色素増感法は似ていますが、唯一の違いは、電子がある半導体から別の半導体に移動することです。 SnO2、CdS、CdS/Pt-TiO2、NiS/ZnxCd1-xS/還元酸化グラフェンの結合による水素の生成が検討されています。

メタライゼーション

半導体の光触媒活性を向上させるために、Pt、Au、Ag、Ni、Cu、Rh、Pdなどのさまざまな貴金属が使用されています。このプロセスにより、電子と正孔の再結合/再結合の可能性が減少し、その結果、効果的な電荷分離とより高い光触媒反応速度がもたらされます。貴金属のこれらの特性により、電子移動が促進され、より高い光触媒活性が得られます。

色素増感

色素増感は、エネルギー変換のために可視光を利用するための光触媒の表面開発および改質のための縁起の良い技術です。染料は酸化還元特性と可視光感受性を備えており、太陽電池や光触媒システムに役立ちます。{1}色素が可視光にさらされると、半導体の伝導帯 (CB) に電子が注入されるため、触媒反応を開始できます。吸収された光を太陽電池または水素の生成により高い効率で電気エネルギーに直接変換するには、迅速かつ高速の電子注入とゆっくりとした逆反応が主要な条件です。

ドーピング

ドーピングの適用は、純粋な物質に不純物を追加することとして知られています。ドーピングは次の 2 つのサブカテゴリに分類されます。 (1) カチオンドーピングと (2) アニオンドーピング。カチオンドーピングには、Al、Cu、V、Cr、Fe、Ni、Co、Mn などの金属などのカチオンを半導体にドーピングします。一方、アニオンドーピングには、N、S、F、C などの非金属などのアニオンを使用します。光触媒の結晶格子は、それぞれの異なることから新しくユニークな影響を受けます。ドーパント。非金属イオンだけでなく金属イオンもドーピングすると、価電子帯 (VB) と伝導帯 (CB) の間に新しいエネルギー準位 (または不純物状態) を構築してバンドギャップを減少させることにより、光触媒表面の光応答性が向上し、可視領域に到達します。光によって励起された電子は、不純物状態から伝導帯 (CB) にシフトします。

光触媒の失活を防ぐには？

中毒

光触媒の失活の主な原因は中毒です。これは、光触媒の可逆的または不可逆的な化学的不活性化を指し、触媒活性、安定性、選択性の喪失につながり、工業的な触媒プロセスにおいて深刻な問題と経済的損失を引き起こします。図 1 は、酸素を添加した場合と添加しない場合のニッケル光触媒の H2S による硫黄被毒を示しています。

焼結

焼結も光触媒の失活の一般的な原因です。これは、触媒表面積と支持面積の減少を伴う熱変性です。さらに悪いことに、触媒相が非触媒相に移行し、意図した化学反応が妨げられてしまいます。-

コーキング

コーキングは光触媒の失活の約 20% を占めており、通常は目詰まりに関連しています。すなわち、光触媒の細孔内に炭素質などが堆積し、細孔径が小さくなり、反応分子が細孔内に拡散できなくなります。通常、これらの炭素質堆積物は水蒸気や水素によるガス化により除去され、それぞれCH4、CO、COxが得られます。したがって、コーキングの不活性化は可逆的なプロセスです。図 2.は、未修飾および金属修飾 HZSM-5 光触媒上でのコークスの堆積の概略図です。

光触媒の仕組み

(1) このプロセスは、光の吸収とそれに続く電荷キャリアの生成から始まります。光触媒の表面にメタルハライドペロブスカイト（MHP）のバンドギャップエネルギー以上のエネルギーを持つ光が照射されると、即座に電子遷移が起こり、電子-正孔（e-h）ペアが生成されます。光は通常、200 ～ 400 nm の範囲の紫外 (UV) 光と、400 ～ 800 nm の範囲をカバーする可視光の 2 つの波長範囲に分類されることに注意してください。特に、半導体のバンドギャップエネルギー (Eg) が約 3.1 電子ボルト (eV) より低い場合、その材料は可視光を効果的に吸収できます。可視光子は太陽光の大部分を占め、その組成の約 50% に寄与しているため、この能力は非常に重要です。

(2) 次の重要な段階には、これらの電荷キャリアの分離と移動が含まれます。光は価電子帯 (VB) から伝導帯 (CB) への電子の遷移を引き起こすため、VB 内に正孔が残ります。この電子-正孔 (e-h) の分離は、光触媒作用において極めて重要なステップです。ただし、これらの光生成された電子と正孔の再結合は固有の避けられないプロセスであることを認識することが重要です。残念ながら、この再結合は電荷キャリアの効率的な利用を妨げ、最終的には光触媒の触媒活性を低下させる可能性があります。

(3) 次のステップには、対応する反応物の表面酸化還元反応が含まれます。これには、還元可能な電子と酸化電位を持つ正孔が、メタルハライドペロブスカイト (MHP) 光触媒の表面の指定された反応サイトに急速に移動することが伴います。熱力学的に言えば、酸化還元反応を成功させるには、半導体のエネルギーバンド構造と酸化還元反応電位を正確に一致させる必要があります。この調整では、伝導帯 (CB) のエネルギーレベルが還元電位よりも負であることが必要ですが、価電子帯 (VB) のエネルギーレベルは酸化電位よりも正である必要があります。

光触媒のメンテナンス方法

01/

適切な光触媒を選択する
不活性化を防ぐには、特定の用途に適した光触媒を選択することが重要です。光触媒の安定性と失活に対する耐性は、光触媒によって異なります。したがって、特定のプロセス条件に適した光触媒を選択することが重要です。光触媒の設計も重要です。表面積、細孔径、ペレットサイズを変更することで、光触媒中毒を防ぐことができます。

02/

光触媒を清潔に保つ
光触媒が失活する主な理由の 1 つは、その表面に汚染物質が蓄積することです。これらの不純物は、原料または周囲の環境に由来する可能性があります。これを防ぐには、システムを定期的にパージするか、原料を濾過することが不可欠です。

03/

高温を避ける
光触媒は高温に敏感であり、光触媒が失活する可能性があります。光触媒を安全動作範囲を超える温度にさらさないことが重要です。システムの温度を監視し、それに応じてプロセスを調整することをお勧めします。

04/

光触媒の活性を監視
光触媒の活動を監視することは、その性能の変化を検出するのに役立ちます。これは、定期的に反応速度を測定するか、定期的に光触媒テストを実施することで実現できます。光触媒の活性を監視することで、問題を早期に特定し、不活性化を防ぐための是正措置を講じることができます。

私たちの工場

Gnee Chemical Company は、高品質の化学物質の製造とマーケティングにおける数十年の経験を持ち、有機化学物質、生化学物質、医薬中間体などを供給しています。Gnee Chemical は研究開発に熟練した人材を擁しています。{0} 200 名を超える当社のチームは、ワンストップサービスとして品質テスト、生産管理、アフターサービスを担当しています。{4}当社は、世界中のお客様に研究開発および生産ソリューションを提供しています。「品質第一」の原則を遵守し、ISO 9001 認証を取得しています。また、生産プロセスのすべての段階で厳格な品質管理基準を実施するため、専用のテストセンターを設置しました。品質検査官は各製品の製造プロセスを注意深く監視し、最終化学製品の品質を保証します。

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よくある質問

Q: 光触媒システムの限界は何ですか?

A: ただし、半導体光触媒の多くはバンドギャップが広いため、太陽スペクトルの可視光を吸収できません。これらの光触媒の格子にドーパントなどの異種元素を組み込むと、バンドギャップが減少し、可視光の吸収が強化されることが示されています。

Q: 光触媒の技術的な課題は何ですか?

A: 電荷キャリアの再結合、界面電荷移動阻害、分解効率、電荷分離などのいくつかの要因により、可視スペクトルにさらされると光触媒プロセスの有効性が低下します [138] 。強調されている顕著な課題の 1 つは、水素貯蔵量が少ないことです [83]。

Q: 光触媒は再利用できますか?

A: 光触媒 MoS2 フィルムは簡単に回収して再利用できます。フィルムは、5 サイクルの分解研究後でも、高い構造的および化学的安定性を示します。

Q: 良い光触媒とは何ですか?

A: 優れた光触媒は、(i) 広いスペクトル範囲の光からの放射線を吸収する能力、(ii) 酸化還元反応電位に関する半導体のエネルギーバンドの適切な位置、(iii) 電荷キャリアの高い移動度および長い拡散経路、(iv) 熱力学によって特徴付けられる必要があります。

Q: 光触媒に影響を与える要因は何ですか?

A: 染料の吸着の程度は、初期の染料濃度、染料の性質、光触媒の表面積、溶液の pH によって異なります。 pH は光触媒の表面電荷を決定します。溶液の pH が等電点 (電荷ゼロ点) にある場合、染料の吸着は最小になります。

Q: 光触媒はなぜ重要なのですか?

A: 光触媒は、酸化と還元活動に使用するために太陽エネルギーを簡単に変えることができる優れた材料です。光触媒は、空気や水からの汚染物質の除去、水の分解による H2 の生成、臭気制御、がん細胞の不活化、細菌の不活化など、さまざまな分野で使用されています。

Q: なぜ導体を光触媒として使用しないのですか?

A: 導体の場合、価電子帯と伝導帯が重なっています。光触媒反応には酸化と還元が同時に行われることが必要条件ですが、伝導時には自由電子のみが利用可能です。導体を形成する際、両方の反応を同時に行うのではなく、酸化反応のみを一度に行います。

Q: 光触媒として最も一般的なのは帽子ですか?

A: 酸化チタン(IV)
酸化亜鉛の有望な特性にもかかわらず、酸化チタン(IV)は依然として最も一般的に使用される光触媒です。これは、TiO2 の化学的安定性が高いことに大きく関係しています。酸化チタン(IV)は、ZnO (3.2 eV) と同様のエネルギーギャップと同様のエネルギーバンドパターンを持っています。

Q: 最も活性の高い光触媒は何ですか?

A: 二酸化チタン (TiO2) は最も著名な光触媒 [1,2,3] であり、酸化物や硫化物と比較して、その優れた光触媒活性、化学的および生物学的安定性、水、酸および塩基環境に対する不溶性、耐腐食性、非毒性、低価格、および入手しやすさにより広く使用されています。

Q：光触媒に求められるものは何ですか？

A: 光触媒の要件には、バンドギャップが 3 eV 以上の少なくとも 1 つの半導体材料-A、バンドギャップが 3 eV 以下の少なくとも 1 つの半導体材料-B、および少なくとも 1 つの添加剤-C が含まれます。光触媒繊維の含有量が増えると、生地がより多くのアンモニアを吸収できるようになり、消臭性能が向上し、消臭効果も向上します。光触媒繊維の含有率が80％、100％の場合、優れた消臭効果を発揮します。

Q: 光触媒の問題点は何ですか?

A: 材料関連の課題には、高い量子効率で可視光を吸収できる光触媒、選択的で還元および/または酸化反応を促進できる助触媒、少数キャリアのへの移動を促進する保護層の合成と設計が含まれます。{0}}

Q：光触媒の基礎とは何ですか？

A: 光触媒では、化学反応を促進するために放射線が使用されます。放射線は、紫外領域と可視領域の 2 つの領域に大別され、これらは触媒に基づいて顕著に選択されます。太陽スペクトルのわずか 4% が UV 領域に含まれます。

Q：光触媒と光触媒の違いは何ですか？

A: 光触媒には光と半導体を利用して起こる反応が含まれます。光を吸収し、化学反応の触媒として作用する基質を光触媒といいます。

Q：光触媒の劣化とは何ですか？

A: 光触媒分解は高度な酸化プロセスであり、高濃度、複雑、低生分解性の汚染物質を分解するために使用できます [204]。光触媒による分解では、光エネルギーを使用して汚染物質の分解を促進します。

Q: なぜ光触媒に紫外線が使われるのですか?

A: UV-光による直接励起は、励起状態の分子にアクセスし、型破りな反応性を促進するためのユニークな方法を長い間提供してきました。光触媒の出現により、光増感剤の作用により、より低エネルギーの放射線を使用してこれらの励起状態に到達できるようになりました。-

Q: 光触媒にはどのような金属が使用されていますか?

A: 今回、我々は、廃棄回路基板、自動車用三元触媒、鉱石から、銀 (Ag)、金 (Au)、パラジウム (Pd)、白金 (Pt)、ロジウム (Rh)、ルテニウム (Ru)、イリジウム (Ir) の 7 つの貴金属を選択的に回収できる光触媒プロセスを報告します。

Q: 光触媒用のナノマテリアルとは何ですか?

A: プラチナ、銀、金などの金属ナノ粒子、またはそれらの組み合わせは、いくつかの金属ベースの酸化物と比較して優れた材料です。{0}これらの材料は、優れた電子特性と光触媒特性を備えています。

Q: 光触媒の限界は何ですか?

A: 制限の 1 つは、現在利用可能な半導体材料の光応答範囲が狭く、電荷分離能力が不十分であることです。もう 1 つの制限は、光触媒を既存の技術とコスト競争力のある工業プロセスにスケールアップするという課題です。{1}

Q: 光触媒作用に影響を与えるパラメータは何ですか?

A: 廃水中の染料の光触媒分解では、以下の操作パラメーターがプロセスに影響します。分解される溶液の pH と前駆体溶液 (触媒の調製中の触媒溶液) の pH。酸化剤、焼成温度、ドーパント含有量、触媒...

Q: 光触媒によってオゾンが生成されますか?

A: はい、UV 波長によって異なります。 160 ～ 240 ナノメートルの範囲の UV 光は、酸素からオゾンを生成するのに最適です。酸素分子は光分解として知られるプロセスを通じてオゾンを生成することに留意してください。このプロセスでは通常、酸素分子が破壊され、価数の酸素原子が生成されます。

中国の大手光触媒メーカーおよびサプライヤーの 1 つとして、当社の工場から安価な光触媒を卸売りして販売することを心から歓迎します。すべての化学製品は高品質で競争力のある価格です。

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