液液界面光触媒反応系の開発

液-液界面光催化反应体系的开发

基本信息

批准号：
13750753
负责人：
池田茂
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

光触媒反応で有機化合物の変換を行なう場合、有機化合物を溶解させた溶媒に光触媒粉末を懸濁させて光を照射するのが通例であるが、有機化合物の多くは水に溶けないので有機溶媒を使う必要がある。申講者は、相溶性のない水と有機化合物の界面に光触媒が配置できれば、有機溶媒を必要としない反応系が構築できると考えた。本研究では、この二相界面に分布する光触媒微粒子の調製およびこれを使った二相系での光触媒反応であるベンゼンの酸化反応を行った。さまざまな酸化チタン粉末を用いて、懸濁反応系での有機化合物の酸化反応をおこなったところ、メルク製、アナタース型の酸化チタンが比較的部分酸化生成物を多く生成したことから、これをモデル光触媒粉末として選択した。一般に、この酸化チタンのような酸化物粒子は表面水酸基が存在するため、親水的な表面をもっており、これらを水と有機化合物の二相系に加えると水相にだけ分散する。このような粉末をオクタデシルトリクロロシラン(ODS)のような長鎖アルキルをもったシリル化剤と反応させると疎水化し、有機相にのみ分数する粒子が得られた。表面を部分的に疎水化するため、このシリル化反応の前に少量の水を酸化チタン粉末に添加した。こうすると、粒子間に存在する水の毛管力によって、粒子が凝集して大きな二次粒子を形成する。この凝集二次粒子をODSの入った有機溶媒に入れると、粒子自体は親水的なので、凝集を保ったまま懸濁し、ODSは凝集粒子の外側とだけ反応するので、その結果、表面の一部分だけが疎水化された親水性、疎水性両方の表面をもつ異方性の酸化チタンが得られ、この粉末は期待どおり異相界面に集合した。調整した修飾酸化チタンの光触媒活性について、水と酸素をつかったベンゼンの光水酸化反応で評価を行ったところ、界面に集合する異方性の酸化チタンあるいはベンゼン相に分散する疎水性の酸化チタンでは、系内を懸濁させず静置系で反応を行うと、選択的にフェノールを生成することがわかった。

当通过光催化反应转化有机化合物时，通常需要将光催化剂粉末悬浮在溶解有有机化合物的溶剂中并用光照射它。演讲者认为，如果可以将光催化剂放置在不相容的水和有机化合物之间的界面处，则可以构建不需要有机溶剂的反应体系。在本研究中，我们制备了分布在两相界面上的光催化细颗粒，并用它们进行苯氧化反应，这是两相体系中的光催化反应。当使用各种氧化钛粉末在悬浮反应体系中氧化有机化合物时，默克公司的锐钛矿型氧化钛产生了相对大量的部分氧化产物，因此我们选择它作为光催化剂粉末。通常，诸如氧化钛的氧化物颗粒由于表面羟基的存在而具有亲水性表面，并且当将它们添加到水和有机化合物的两相体系中时，它们仅分散在水相中。当这种粉末与具有长烷基链的甲硅烷基化剂例如十八烷基三氯硅烷(ODS)反应时，它变成疏水性的并且获得仅在有机相中分级的颗粒。在进行甲硅烷基化反应之前，将少量水添加到二氧化钛粉末中，以使表面部分疏水化。在这种情况下，由于颗粒之间存在水的毛细管力，颗粒聚集形成大的二次颗粒。当将这些聚集的二次颗粒放入含有ODS的有机溶剂中时，颗粒本身是亲水性的，因此它们在保持聚集的同时悬浮，并且ODS仅与聚集颗粒的外部发生反应，从而仅产生表面的一部分。获得了具有亲水和疏水表面的各向异性氧化钛，并且该粉末如预期聚集在不同相的界面上。通过使用水和氧气的苯的光羟基化反应评价所制备的改性氧化钛的光催化活性，发现各向异性氧化钛聚集在界面处或分散在苯相中的疏水性氧化钛被发现。当反应在静态系统中进行而不悬浮系统时选择性地产生。