Titan-Dioxyd, auch bekannt als Titan (IV) Oxyd oder titania, sind das natürlich vorkommende Oxyd des Titans, chemischer Formel. Wenn verwendet, als ein Pigment wird es Titan weiß, Pigment Weiße 6 oder CI 77891 genannt. Allgemein kommt es in zwei verschiedenen Formen, rutile und anatase. Es hat eine breite Reihe von Anwendungen von Farbe bis sunscreen zum Nahrungsmittelfärben. Wenn verwendet, als ein Nahrungsmittelfärben hat es E Nummer E171.

Ereignis

Titan-Dioxyd kommt in der Natur als wohl bekannte Minerale rutile, anatase und brookite, und zusätzlich vor, weil sich zwei Hochdruck, eine monokline baddeleyite ähnliche Form und ein orthorhombic α-PbO-like Form, beide gefunden kürzlich am Krater Ries in Bayern formt. Der grösste Teil der Standardform ist rutile, der auch die Gleichgewicht-Phase bei allen Temperaturen ist. Der metastable anatase und die brookite Phasen beider Bekehrter zu rutile nach der Heizung. Rutile anatase und brookite enthalten alle sechs koordiniertes Titan.

Titan-Dioxyd hat acht Modifizierungen - zusätzlich zu rutile, anatase und brookite dort sind drei Metastable-Formen erzeugt synthetisch (monoklin, tetragonal und orthorombic), und fünf Formen des Hochdrucks (α-PbO-like, baddeleyite ähnlich, cotunnite ähnlich, orthorhombic OI, und Kubikphasen):

forderte, war die Cotunnite-Typ-Phase von L. Dubrovinsky und Mitverfassern das härteste bekannte Oxyd mit der Härte von Vickers von 38 GPa und dem Hauptteil-Modul von 431 GPa (d. h. in der Nähe vom Wert des Diamanten von 446 GPa) am atmosphärischen Druck. Jedoch sind spätere Studien zu verschiedenen Beschlüssen mit viel niedrigeren Werten für beide die Härte gekommen (7-20 GPa, der sie weicher macht als allgemeine Oxyde wie Korund AlO und rutile TiO), und Hauptteil-Modul (~300 GPa).

Die natürlich vorkommenden Oxyde können abgebaut werden und Aufschlag als eine Quelle für das kommerzielle Titan. Der Blechkanister, auch von anderen Mineralen wie ilmenite oder leucoxene Erze oder eine der reinsten Formen, rutile Strandsand abgebaut werden. Sternsaphire und Rubine bekommen ihren asterism von der rutile Unreinheitsgegenwart in ihnen.

Titan-Dioxyd (B) wird als ein Mineral in Magmatic-Felsen und Hydrothermaladern, sowie verwitternden Rändern auf perovskite gefunden. TiO bildet auch Blättchen in anderen Mineralen.

Geisterhafte Linien von Titan-Oxyd sind in der Klasse M Sterne prominent, die kühl genug sind, um Molekülen dieser Chemikalie zu erlauben, sich zu formen.

Produktion

Grobes Titan-Dioxyd wird über das Umwandeln zum Titan tetrachloride im Chlorid-Prozess gereinigt. In diesem Prozess wird das grobe Erz (mindestens 70 % TiO enthaltend), mit Kohlenstoff reduziert, der mit dem Chlor oxidiert ist, um Titan tetrachloride zu geben; d. h., carbothermal Chloren. Dieses Titan tetrachloride ist destilliert, und in einer reinen Sauerstoff-Flamme oder Plasma an 1500-2000 K wiederoxidiert, um reines Titan-Dioxyd zu geben, während es auch Chlor regeneriert. Aluminiumchlorid wird häufig zum Prozess als ein rutile Pro-Motor hinzugefügt; das Produkt ist größtenteils anatase in seiner Abwesenheit.

Ein anderer weit verwendeter Prozess verwertet ilmenite als die Titan-Dioxyd-Quelle, die in Schwefelsäure verdaut wird. Das Nebenprodukt-Eisen (II) wird Sulfat kristallisiert und gefiltert - von, nur das Titan-Salz in der Verzehren-Lösung nachzugeben, die weiter bearbeitet wird, um reines Titan-Dioxyd zu geben. Eine andere Methode, um ilmenite zu befördern, wird den Becher-Prozess genannt. Eine Methode für die Produktion des Titan-Dioxyds mit der Relevanz zur Nanotechnologie ist solvothermal Synthese des Titan-Dioxyds.

Nanotubes

Anatase kann durch die Hydrothermalsynthese zu in Schichten abgeblättertem anatase anorganischem nanotubes und titanate nanoribbons umgewandelt werden, die von potenziellem Interesse als katalytische Unterstützungen und Photokatalysatoren sind. In der Synthese wird anatase mit 10-M-Natriumshydroxyd gemischt und an 130 °C seit 72 Stunden geheizt. Das Reaktionsprodukt wird mit verdünnter Salzsäure gewaschen und an 400 °C seit weiteren 15 Stunden geheizt. Der Ertrag von nanotubes ist quantitativ, und die Tuben haben ein Außendiameter von 10 bis 20 nm und ein inneres Diameter von 5 bis 8 nm und haben eine Länge von 1 μm. Eine höhere Reaktionstemperatur (170 °C) und weniger Reaktionsvolumen gibt den entsprechenden nanowires.

Ein anderer Prozess für das Synthetisieren ist durch Anodization in einer elektrolytischen Lösung. Wenn eloxiert, in einem 0.5 Gewicht-Prozent HF Lösung seit 20 Minuten kann gut ausgerichtetes Titan-Oxyd nanotube Reihe ein durchschnittliches Tube-Diameter von 60 nm und Länge von 250 nm fabriziert werden. Gestützt auf der Röntgenstrahl-Beugung, nanotubes angebaut durch anodization sind amorph.

Anwendungen

Pigment

Titan-Dioxyd ist das am weitesten verwendete weiße Pigment wegen seiner Helligkeit und sehr hohen Brechungsindexes, an dem es nur durch einige andere Materialien übertroffen wird. Etwa 4 Millionen Tonnen von PigmenttiO werden jährlich weltweit verbraucht. Wenn abgelegt, als ein dünner Film machen sein Brechungsindex und Farbe es einen ausgezeichneten reflektierenden optischen Überzug für dielektrische Spiegel und einige Edelsteine wie "mystischer Feuertopas". TiO ist auch ein wirksamer opacifier in der Puder-Form, wo es als ein Pigment verwendet wird, um Weiße und Undurchsichtigkeit zu Produkten wie Farben, Überzüge, Plastik, Papiere, Tinten, Nahrungsmittel, Arzneimittel (d. h. Pillen und Blöcke) sowie die meisten Zahnpasten zur Verfügung zu stellen. In Farbe wird darauf häufig unvorbereitet als "das vollkommene Weiß", "das am meisten weiße Weiß" oder die anderen ähnlichen Begriffe verwiesen. Undurchsichtigkeit wird dadurch verbessert, der Titan-Dioxyd-Partikeln optimal nach Größen zu ordnen.

In keramischen Polituren handelt Titan-Dioxyd als ein opacifier und Samen-Kristallbildung.

Titan-Dioxyd wird häufig verwendet, um entrahmte Milch weiß zu machen; wie man gezeigt hat, hat das statistisch die Schmackhaftigkeit von entrahmter Milch vergrößert.

Titan-Dioxyd wird verwendet, um die weißen Linien von einigen Tennisplätzen zu kennzeichnen.

Das Äußere des Saturns V Rakete wurde mit dem Titan-Dioxyd gemalt; das hat später Astronomen erlaubt zu beschließen, dass J002E3 die S-IVB Bühne von Apollo 12 und nicht ein Asteroid war.

Sunscreen und Absorber von UV

Im kosmetischen und den Hautpflege-Produkten wird Titan-Dioxyd als ein Pigment, sunscreen und ein Bindemittel verwendet. Es wird auch als ein Tätowierungspigment und in adstringierenden Bleistiften verwendet. Titan-Dioxyd wird in unterschiedlichen Partikel-Größen, Öl und Wasser dispersible, und mit unterschiedlichen Überzügen für die kosmetische Industrie erzeugt. Dieses Pigment wird umfassend in Plastik und anderen Anwendungen für seine UV widerstandsfähigen Eigenschaften verwendet, wo es als ein UV Absorber handelt, effizient zerstörende UV leichte Energie in die Hitze umgestaltend.

Titan-Dioxyd wird in fast jedem sunscreen mit einem physischen blocker wegen seines hohen Brechungsindexes, seiner starken UV leichten fesselnden Fähigkeiten und seines Widerstands gegen discolouration unter dem ultravioletten Licht gefunden. Dieser Vorteil erhöht seine Stabilität und Fähigkeit, die Haut vor dem ultravioletten Licht zu schützen. Sunscreens hat für Säuglings entwickelt, oder Leute mit der empfindlichen Haut basieren häufig auf dem Titan-Dioxyd und/oder Zinkoxyd, als diese, wie man glaubt, verursacht Mineral UV blockers weniger Hautreizung als anderer UV fesselnde Chemikalien. Die in sunscreens verwendeten Titan-Dioxyd-Partikeln müssen mit der Kieselerde oder Tonerde angestrichen werden, weil Titan-Dioxyd Radikale in der photokatalytischen Reaktion schafft. Diese Radikalen sind karzinogen, und konnten die Haut beschädigen.

Photokatalysator

Titan-Dioxyd, besonders in der Anatase-Form, ist ein Photokatalysator unter dem ultravioletten (UV) Licht. Kürzlich ist es gefunden worden, dass Titan-Dioxyd, wenn mit Spitzen, mit Stickstoff-Ionen oder mit Metalloxyd wie Wolfram-Trioxid lackiert hat, ist auch ein Photokatalysator entweder unter dem sichtbaren oder unter UV Licht. Das starke oxidative Potenzial der positiven Löcher oxidiert Wasser, um hydroxyl Radikale zu schaffen. Es kann auch Sauerstoff oder organische Materialien direkt oxidieren. Titan-Dioxyd wird so zu Farben hinzugefügt, zementiert Fenster, Ziegel oder andere Produkte für sein Sterilisieren, das Deodorieren und Antibeschmutzen von Eigenschaften und wird als ein Hydrolyse-Katalysator verwendet. Es wird auch in Färbemittel-sensibilisierten Sonnenzellen verwendet, die ein Typ der chemischen Sonnenzelle (auch bekannt als einer Zelle von Graetzel) sind.

Die photokatalytischen Eigenschaften des Titan-Dioxyds wurden von Akira Fujishima 1967 entdeckt und 1972 veröffentlicht. Der Prozess auf der Oberfläche des Titan-Dioxyds wurde die Honda-Fujishima Wirkung genannt. Titan-Dioxyd hat Potenzial für den Gebrauch in der Energieproduktion: Als ein Photokatalysator kann es Hydrolyse ausführen; d. h., Brechungswasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Waren der gesammelte Wasserstoff, er konnte als ein Brennstoff verwendet werden. Die Leistungsfähigkeit dieses Prozesses kann durch das Doping vom Oxyd mit Kohlenstoff außerordentlich verbessert werden. Weitere Leistungsfähigkeit und Beständigkeit sind durch das Einführen der Unordnung in die Gitter-Struktur der Oberflächenschicht des Titan-Dioxyds nanocrystals, das Erlauben der Infrarotabsorption erhalten worden.

Titan-Dioxyd kann auch Elektrizität erzeugen, wenn sich in nanoparticle formen. Forschung weist darauf hin, dass, indem sie diese nanoparticles verwenden, um die Pixel eines Schirms zu bilden, sie Elektrizität wenn durchsichtig und unter dem Einfluss des Lichtes erzeugen. Wenn unterworfen, der Elektrizität andererseits werden die nanoparticles schwarz, die grundlegenden Eigenschaften eines FLÜSSIGKRISTALLANZEIGE-Schirms bildend. Gemäß dem Schöpfer Zoran Radivojevic hat Nokia bereits funktionelle 200 durch 200 Pixel monochromatischer Schirm gebaut, der energisch unabhängig ist.

1995 haben Fujishima und seine Gruppe entdeckt, dass das superhydrophilicity Phänomen für das Titan-Dioxyd zum Sonne-Licht ausgestelltes Glas angestrichen hat. Das ist auf die Entwicklung hinausgelaufen, Glas und anti-fogging Überzüge selbstzureinigen.

TiO, der in Außenbaumaterialien, wie das Pflastern von Steinen in Noxer-Blöcken oder Farben vereinigt ist, kann Konzentrationen von Bordschadstoffen wie flüchtige organische Zusammensetzungen und Stickstoff-Oxyde wesentlich reduzieren.

Ein photokatalytischer Zement, der Titan-Dioxyd als ein primärer Bestandteil verwendet, der von Italcementi Group erzeugt ist, wurde in die 50 ersten Erfindungen der Zeit von 2008 eingeschlossen.

TiO bietet großes Potenzial als eine Industrietechnologie für detoxification oder Wiedervermittlung des Abwassers wegen mehrerer Faktoren an.

1. Der Prozess kommt unter umgebenden Bedingungen sehr langsam vor; direkte UV leichte Aussetzung vergrößert die Rate der Reaktion.
2. Die Bildung von photocyclized Zwischenprodukten, verschieden von direkten photolysis Techniken, wird vermieden.
3. Die Oxydation der Substrate zu CO ist abgeschlossen.
4. Der Photokatalysator ist billig und hat einen hohen Umsatz.
5. TiO kann auf passenden Reaktorsubstraten unterstützt werden.

Elektronisches Datenspeichermedium

2010, Forscher an der Universität Tokios, hat Japan ein 25 terabyte Titan oxydbasierte Scheibe geschaffen.

Andere Anwendungen

• Das Titan-Dioxyd in der Lösung oder Suspendierung kann verwendet werden, um Protein zu zerspalten, das die Aminosäure-Pro-Linie an der Seite enthält, wo Pro-Linie da ist. Dieser Durchbruch im rentablen Protein-Aufspalten hat an der Arizoner Staatlichen Universität 2006 stattgefunden.
• Titan-Dioxyd wird auch als ein Material im memristor, ein neues elektronisches Stromkreis-Element verwendet. Es kann für die Sonnenenergiekonvertierung verwendet werden, die auf dem Färbemittel, Polymer gestützt ist, oder Quant-Punkt hat nanocrystalline TiO Sonnenzellen mit konjugierten Polymern als feste Elektrolyte sensibilisiert.
• Synthetische Monokristalle und Filme von TiO werden als ein Halbleiter, und auch in Bragg-Stapel-Stil-Dielektrikum-Spiegeln wegen des hohen Brechungsindexes von TiO (2.5 - 2.9) verwendet.
• TiO kann (x=1.85-1.94) als ein thermoelektrisches Umwandlungsmaterial verwendet werden. Diese reduzierte Form wird durch die Heizung von TiO in H an obengenannten 1173 K. erhalten

Gesundheit und Sicherheit

Titan-Dioxyd ist mit starken abnehmenden Reagenzien und starken Säuren unvereinbar. Gewaltsame oder weißglühende Reaktionen kommen mit geschmolzenen Metallen vor, die sehr electropositive, z.B Aluminium, Kalzium, Magnesium, Kalium, Natrium, Zink und Lithium sind.

Titan-Dioxyd ist für 70 % des Gesamtproduktionsvolumens von Pigmenten weltweit verantwortlich. Es wird weit verwendet, um Weiße und Undurchsichtigkeit zu Produkten wie Farben, Plastik, Papiere, Tinten, Nahrungsmittel und Zahnpasten zur Verfügung zu stellen. Es wird auch im kosmetischen und den Hautpflege-Produkten verwendet, und es ist in fast jedem sunblock da, wo es hilft, die Haut vor dem ultravioletten Licht zu schützen.

Viele sunscreens verwenden nanoparticle Titan-Dioxyd (zusammen mit nanoparticle Zinkoxyd), der wirklich vereinigt mit der Haut wird.

Die Effekten auf die menschliche Gesundheit werden noch nicht gut verstanden.

Titan-Dioxyd-Staub, wenn eingeatmet, ist von der Internationalen Agentur für die Forschung über Krebs (IARC) als IARC Group 2B Menschen vielleicht karzinogenes Karzinogen klassifiziert worden.

Die Ergebnisse des IARC basieren auf der Entdeckung, dass hohe Konzentrationen des Pigment-Ranges (bestäubter) und ultrafeiner Titan-Dioxyd-Staub Atemwege-Krebs in Ratten verursacht haben, die durch die Einatmung und das intratracheal Eintröpfeln ausgestellt sind. Die Reihe von biologischen Ereignissen oder Schritten, die die Ratte-Lungenkrebse erzeugen (z.B Partikel-Absetzung, hat Lungenabfertigung, Zellverletzung, fibrosis verschlechtert, Veränderungen und schließlich Krebs) sind auch in Leuten gesehen worden, die in staubigen Umgebungen arbeiten. Deshalb wurden die Beobachtungen des Krebses in Tieren, durch IARC, als wichtig für Leute betrachtet, die Jobs mit Aussetzungen von Titan-Dioxyd-Staub tun. Zum Beispiel können Titan-Dioxyd-Produktionsarbeiter zu hohen Staub-Konzentrationen während Verpackung, des Mahlens, der Seite-Reinigung und der Wartung ausgestellt werden, wenn es ungenügende Staub-Kontrollmaßnahmen im Platz gibt. Jedoch deuten die menschlichen Studien geführt bis jetzt keine Vereinigung zwischen der Berufsaussetzung vom Titan-Dioxyd und einer vergrößerten Gefahr für Krebs an. Die Sicherheit des Gebrauches der Nano-Partikel hat Titan-Dioxyd nach Größen geordnet, das in den Körper eindringen und innere Organe erreichen kann, ist kritisiert worden. Studien haben auch gefunden, dass Titan-Dioxyd nanoparticles genetischen Schaden in Mäusen verursacht.

Siehe auch

• Anwendungen von TiO, seinen Zweck Verstehend.
• Färbemittel-sensibilisierte Sonnenzelle
• Noxer, ein Baumaterial sich vereinigender TiO.
• Zeitachse von Wasserstofftechnologien
• Oberflächeneigenschaften von Übergang-Metalloxyden

Links

• Internationale Chemische Sicherheitskarte 0338
• NIOSH Taschenhandbuch zu chemischen Gefahren
• "Frische Zweifel über die Karte von Amerika", bbc.co.uk, am 30. Juli 2002
• Titan-Dioxyd Klassifiziert als Vielleicht Karzinogen Menschen, 2007 (wenn eingeatmet, als ein Puder)
• Eine Beschreibung der Photokatalyse von TiO
• Kristallstrukturen der drei Formen von TiO
• "Die Architektur in Italien geht grün", Elisabetta Povoledo, International Herald Tribune, am 22. November 2006
• "Ein Konkreter Schritt Zu Saubererer Luft", Bruno Giussani, BusinessWeek.com, am 8. November 2006
• "Titan-Dioxyd Klassifiziert als Vielleicht Karzinogen Menschen", kanadisches Zentrum für die Berufsgesundheit und Sicherheit, August 2006