光触媒

光触媒とは

有害物質を無害化するもの

空気中から近づいてくる「細菌・雑菌・カビ菌・ウイルス・シックハウスの原因となる化学物質・悪臭・ヤニ汚れ・・・」の有害物質を光の力で分解、無害化してしまうやつ

光触媒_原理

・酸化チタン(二酸化チタン。チタニア。)(TiO2)が紫外線(UV)を受けることで電子が飛び出し、それが空気中の酸素(O2)とくっつくと、スーパーオキシドアニオン(超酸化物)(O2-)ができる。これが強い酸化力をもつので有害物質をやっつける。

・そして電子が飛び出して隙間(正孔)が空いた酸化チタンに空気中の水蒸気の電子が入り酸化チタンは元通りになる。一方、電子を奪われた水蒸気は、これまた強い酸化力を持つヒドロキシラジカル(OH)と水素イオンに分かれる。 

概略図 

                 光触媒_概略図

チタン、酸素、水素とは

チタン、酸素、水素の構造

チタン、酸素、水素はそれぞれ下図のような構造

チタン、酸素、水素の構造
原子核

陽子と中性子のかたまりを原子核と呼ぶ。原子核の中身は大抵省略されて、何個の陽子と中性子が入っているのかわからないことが多く、同じものと勘違いされやすいと思うので注意。

原子核の中身の個数

もし、他の元素の陽子+中性子 の数が知りたい場合、「同位体 〇〇」と調べると検索ヒットする。調べた結果、例えば水素の場合、陽子+中性子 の数が1個あるいは2個、あるいは3個と出てくるときがある。そのときは存在比という項目をみて、どれが一番自然に存在しやすいかをみればよい。ちなみに水素は1個が存在しやすい(水素のみ中性子がない)。

電子の個数

電子が原子核のまわりをまわっているが、チタンは4つの軌道、酸素は2つの軌道、水素は1つの軌道となっている。しかもそれぞれ電子が入っている個数が違う。これってどうやったらわかるの?って疑問に思うかもしれないがご安心を。

参考ページに周期表という項目で、調べたい元素をクリックするとその元素のページに飛ぶ。そこの右側に記載されている電子配置に記されている。
ややこしい表記だが、もしわからなければ上に記載のチタン、酸素、水素の図と見比べてみて。   

反応過程

過程を丁寧に書いていく。
下図は分子式、電子式、構造式、模式図を並べて書いている。

酸化チタンの反応

電子が酸素とチタンのどちらから出るかについては、電子を飛ばすのに必要なエネルギー(イオン化エネルギー)がチタンの方が小さい(酸素原子の場合:1313.9kJ/mol。チタン原子の場合:658.8kJ/mol。)ことから判断した。
参考:Wikipedia  

mol→個 単位換算

私にとってmolはイメージしづらい単位なので個に変換してみる

1313.9 [kJ/mol]
↓ 
1313.9/(6.022×10^23) [kJ/個]

218.18×10^-23 [kJ/個]

218.18×10^-20 [J/個]

今回の場合は酸素原子は2個あるので、436.36×10^-20 [J]

チタンも同様に単位換算してみる

658.8 [kJ/mol]
↓ 
658.8/(6.022×10^23) [kJ/個]

109.39×10^-23 [kJ/個]

109.39×10^-20 [J/個]
今回の場合はチタン原子は1個あるので、109.39×10^-20 [J] 

436.36×10^-20 [J] > 109.39×10^-20 [J]   より、チタンの方が動かしやすい  

私にとってジュールもイメージしづらいので別のものに置き換える

ジュール[J]とは仕事のこと。1ジュールは102g(リンゴくらいの重さ)を1m持ち上げるのに相当する。

109.39×10^-20 [J]は大体1円玉(1g)を1×0.00000000000000001mm 持ち上げる仕事に相当する。漠然とだがとても小さい値ということがわかった。

酸素の反応  

水蒸気の反応

酸化チタンに戻る反応

材料の酸化チタンは以下で入手できる

そもそも触媒とは

ある物質を別のものに変えるもの

水素(H2)と酸素(O2 )から水(H2O)ができる反応を例に考えてみる

H2 + 1/2 O2 → H2O

ただ水素と酸素を混ぜても(加熱しても)水はできない。しかし銅(Cu)を入れて加熱する(高くて200℃)と水ができる。反応後、銅をみても何も変化がない。

Cu + 1/2 O2 → CuO
CuO + H2 → H2O + Cu

銅といっても、種類がある。なかなか銅のどの種類なのかまで記載している販売店は親切で珍しい。C1100(タフピッチ銅)とは、純銅の中の1つ。

純銅:銅が99.9%以上含まれる銅

・無酸素銅(C1020)銅99.96%+不純物0.04%。電気が通りやすいので用途はイヤホン
・タフピッチ銅(C1100) 銅99.9%+不純物0.1%。600℃以上加熱すると亀裂が生じるが、市販品をそんな高温にすることもないだろうから特に問題ないと思う。
・りん脱酸銅(C1201) 銅99.9%+リン(P)0.004~0.015%未満+0.085%<不純物≦0.096%
・りん脱酸銅(C1220) 銅99.9%+リン(P)0.015~0.040% +不純物0.060%~0.085%
タフピッチ銅の亀裂が生じる問題の対策品が、りん脱酸銅

参考:
光触媒コーティング技術/PALCCOAT(パルクコート)
触媒学会
JIS H 3100 2012 銅及び銅合金の板並びに条

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です