Оксид титана применение: Область применения диоксида титана в промышленности

Оксид титана (двуокись титана) — Словарь терминов | ПластЭксперт

Оксид титана (двуокись титана)

Понятие и общие сведения

Титан является металлом четвертой группы, который при соединении с кислородом может образовывать до 15 различных оксидов. Однако, наиболее характерен для него диоксид или оксид титана (IV), или двуокись титана.

В зависимости от вида кристаллической решетки титановый диоксид образует следующие минералы:

— Рутил, обладающий тетрагональной кристаллической решеткой.

— Анатаз, имеющий тетрагональную решетку.

— Брукит, характеризующийся ромбической решеткой.

Кроме того, известны две другие модификации титаноксида высокого давления: ромбическая и гексагональная. В лаборатории под давлением 60 000 бар синтезировали еще одну модификацию двуокиси титана с наиболее высокой твердостью из известных.

Свойства

Оксиды титана различных степеней окисления сильно отличаются друг от друга по своим физико-химическим характеристикам.

Рассмотрим свойства наиболее распространенных оксидов.

  1. Монооксид (оксид титана II) формулой TiO представляет собой кристаллы, обладающие цветом в гамме от золотисто-желтого до коричнево-фиолетового цвета. Это вещество не растворимо в воде, но растворимо в разбавленных соляной и серной кислотах. В случае нагревания в воздушной среде монооксид окисляется до двуокиси титана TiO2. Это свойство используется в катализаторах, где находит применение окись титана (II).

  1. Сесквиоксид (оксид титана III), химически описываемый как Ti2O3, выглядит как кристаллы темно-фиолетового или черного цвета. Не является устойчивым соединением, при сильном нагреве до испарения диссоциирует на два других оксида TiO и TiO2. В среде воздуха подвергается окислению лишь при очень высокой температуре. Не реагирует с водой и неорганическими кислотами. Растворяется при нагреве в концентрированной серной кислоте с выходом сульфата титана (III) фиолетового цвета.

  1. Двуокись титана (оксид титана IV) формулой TiO2 – это, как ни странно, в кристаллической форме представляют собой неокрашенные кристаллы, желтеющие при нагревании, однако вновь теряющие цвет при последующем охлаждении. Диоксид титана не растворим в воде, набухает в неорганических кислотах и разбавленных растворах щелочей. С трудом растворим в концентрированных серной кислоте и щелочных растворах. При нагревании в азотной кислоте образуется карбид титана (III) TiN. Титаноксид (IV) восстанавливают до оксидов титана (III и II) нагревая первый в среде водорода, углерода, щелочных или щелочноземельных металлов – натрия, магния, кальция и т.д. При нагревании в среде газообразного хлора и восстановителей, например углерода получается хлорид титана (IV).

Получение

Титаноксид (IV) производят различными способами, например путем прокаливания кислородсодержащих солей и оснований, гидролизом или сжиганием титансодержащих соединений и другими способами.

Чаще всего двуокись титана получают прокаливанием гидроокиси, полученной после гидролиза сульфатных растворов или сжиганием хлорида титана (IV) при температурах от 1200 градусов С. Высокочистый диоксид титана получается при помощи гидролиза титанорганических веществ с последующим прокаливанием.

Из полученной таким образом двуокиси титана можно произвести оксиды с более низкими степенями окисления при помощи частичного восстановления водородом или элементарным титаном при температурах порядка 1500 градусов С по схеме:

3TiO2+Ti = 2Ti2O3

Оксиды с большим количеством атомов титана и наличествующими связями типа Ti-Ti, например Ti6O, Ti3O, Ti2O образуются в ходе растворения кислорода в непосредственно в титане. В случае повышения температуры более 300 градусов С такие соединения окисляются далее вплоть до двуокиси титана.

Применение титаноксида

Титан образует множество оксидов, однако подавляющее большинство применений имеет только оксид титана (IV) или двуокись. Среди других подобных соединений она является важным керамическим материалом и важнейшим пигментом.


Рис.1. Гранулированный суперконцентрат пигмента TiO2.

Суть применения двуокиси титана в современной индустрии базируется на способности мелкодисперсного порошка оксида с размером частиц от 20 до 50 нанометров демонстрировать очень высокую отражательную способность. Это свойство позволяет применять диоксид титана в качестве белого пигмента при изготовлении красок, известных как «титановые белила». Кроме того, пигмент повсеместно применяется при производстве эмалей, окраске бумаги, пластмасс и эластомеров, синтетических волокон, керамической продукции, стекла и многого другого. Титановые краски имеют ряд преимуществ перед аналогами и прежде всего ранее широко применяющимися свинцовыми белилами:

— химическая инертность,

— отсутствие токсичности (кроме порошкообразной формы – см. ниже),

— имеют более высокие эксплуатационные характеристики, надежность и долговечность.

В промышленности производства и переработки пластмасс и эластомеров диоксид титана является одним из самых важных пигментов. Он применяется в основном в двух формах:

  1. Порошкообразной форме для приготовления смесей, применяемых при экструзии изделий из ПВХ (оконные и дверные профили, подоконники, водостоки, сайдинг, отделочные панели и т.д.). Также применяется для приготовления пластизолей и при других нераспространенных применениях.

  2. В виде гранулированных суперконцентратов пигментов на основе различных полимеров, чаще всего полиэтилена, сэвилена, полипропилена, полистирола. Такая форма, с наполнением оксидом титана до 80% суперконцентрата, широко используется при литье под давлением, выдувном формовании, экструзии гранулированных пластмасс.

Также двуокись титана используется при приготовлении жидких красителей для пластмасс, опудривании гранул непосредственно пигментами и т. д.


Рис.2. Типичное изделие из ПВХ окрашенное в массе

Возможный вред здоровью

В действующих стандартах указано, что пыль диоксида титана обладает раздражающим действием. Она в определенных концентрациях может стать причиной бронхитов, пневмосклероза и прочих болезней легких человека. Предельно-допустимая концентрация титаноксида в воздухе рабочей зоны составляет 10 мг/куб.м, в атмосферном воздухе 0,5 мг/куб.м, в воде 0,1 мг/литр.

Вредность и теоретическая опасность диоксида титана привела к пристальному вниманию к этому соединению со стороны законодателей ряда стран, прежде всего государств Евросоюза. В 2019 году в новостных лентах стали появляться сообщения об ограничении использования титаноксида и его возможном запрете в будущем. В частности, Европейское Химическое Агентство в 2017 году подтвердило опасность порошкообразного титаноксида. В сентябре 2019 года эксперты Competent Authorities for REACH and CLP предложили Европейской Комиссии внести двуокись титана в перечень потенциально опасных веществ.

Пока речь идет только о пигменте в порошкообразной форме, однако и это наносит большой ущерб полимерной отрасли, т.к. порошок TiO2 практически незаменим при экструзии в частности ПВХ-профилей.


Вреден ли диоксид титана?

Диоксид титана (TiO2 ), пищевая добавка Е171 —  представляет собой природный оксид хим. элемента титана с низкой токсичностью и незначительным биологическим эффектом. Классификация как биоинертного материала дала возможность широко использовать частицы диоксида титана нормального размера (> 100 нм)   в пищевых продуктах и в качестве ингредиента в широком спектре фармацевтических продуктов и в косметике  (солнцезащитные средства и зубные пасты.) Следовательно, воздействие на человека может происходить при проглатывании и проникновении через кожу или при вдыхании, как в процессе производства, так и при использовании. Несмотря на широкое использование TiO

2  биологические эффекты и механизмы клеточного ответа до сих пор полностью не выяснены, и поэтому требуется глубокое понимание токсикологического профиля этого соединения. Основной механизм, подчеркивающий токсичность, которая может быть вызвана наночастицами TiO2   по-видимому, связан с продукцией активных форм кислорода (АФК), что приводит к окислительному стрессу, воспалению, генотоксичности, метаболическим изменениям и потенциально канцерогенезу. Степень и тип повреждения клеток сильно зависят от химических и физических характеристик TiO2, включая размер, кристаллическую структуру и фотоактивацию.  

На данный момент доказанный вред диоксида титана происходит при  вдыхании его пыли. При вдыхании диоксида титана возможно раздражение дыхательных путей и кашель. Поэтому при работе с тонкодисперсным диоксидом титана необходимо применять респиратор.

Некоторые ученые предполагают, что наночастицы  вещества способны воздействовать на организм на клеточном уровне, разрушая природное строение, однако точных подтверждений данному факту, кроме испытаний на грызунах, не имеется.

Также стоит отметить, что при неправильном использовании диоксида титана, в некоторых условиях он может оказать негативное воздействие – усилить действие ультрафиолетовых лучей. Дорогие косметические средства, как правило, соблюдают все технологии и правила производства. Но малоизвестные и сомнительные косметические марки могут «сыграть злую шутку». Поэтому не стоит экономить на косметике, поскольку можно влететь в копеечку с лечением. Существуют неподтвержденные данные, что при передозировке добавки Е171 существует вероятность возникновения заболеваний почек и печени.

Следует отметить, что множество частиц титана, добавляемого в продукты питания и косметику, не являются наночастицами (которыми считаются частицы размером менее 100 нанометров в диаметре). Однако некоторые все же являются.

Согласно исследованиям, опубликованным в «Науке и технологии для окружающей среды», до 36% диоксида титана, обнаруженного почти в 90 продуктах питания, являются наночастицами.

Пока неясно, какими рисками для здоровья чревато попадание в организм наночастиц диоксида титана, но исследования показывают, что повод для беспокойства имеется.

Еще раз повторим – все поводы для беспокойства несут в себе именно наночастицы диоксида титана.

Рекомендации по минимизированию воздействия диоксида титана на организм: стараться не использовать пищу с добавкой Е171 в составе (стоит обратить внимание на состав жевательной резинки, детских конфет), не вдыхать пары лакокрасочных материалов, тщательно смывать декоративную косметику, не глотать и хорошо выполаскивать зубную пасту с содержанием Е171.

 

  • Наночастицы диоксида титана: риск для здоровья человека?

Автор (ы): Федора Гранде , Паола Туччи .

      Название журнала: Мини-обзоры по медицинской химии

     Том 16, выпуск 9, 2016

  • «Биология и медицина свободных радикалов»
  • «Наука и техника для окружающей среды»
  • Vital Choice January 6, 2016
  • Environ Sci Technol. 2012 Feb 21; 46(4): 2242–2250.
  • org March 12, 2015
  • Cancer Res. 2009 Nov 15; 69(22): 10.1158/0008-5472.CAN-09-2496.
  • 2015 Nov 28;7(44):18477-88.
  • Particle and Fiber Toxicology April 15, 2013

Advances in Research and Applications – Nova Science Publishers

$82.00

Aparna B. Gunjal, PhD (Editor)


Series : Nanotechnology Science and Technology
BISAC : SCI050000
DOI : https: //doi.org/10.52305/SUWN8331

В этой книге под названием Диоксид титана: достижения в области исследований и применения рассматриваются важные аспекты применения диоксида титана и последние разработки в области исследований диоксида титана. В этой книге 5 глав, написанных разными авторами.

Глава 1 касается применения диоксида титана в космосе и его фотокаталитической активности в вакуумной среде. В главе 2 упоминаются различные применения диоксида титана в биомедицинской области, например, при костной имплантации, иммобилизации носителей лекарств и в терапии рака, а также в восстановлении окружающей среды, например, при разложении опасных загрязнителей и очистке сточных вод. Глава 3 посвящена наноструктурам легированного диоксида титана для фотокатализа, управляемого видимым светом. Описано применение видимого света на активных фотокатализаторах диоксида титана для разложения различных токсичных загрязнителей. В главе 4 подробно рассматриваются различные методы биосинтеза наночастиц диоксида титана и их антибактериальная активность. Глава 5 описывает приготовление нематериалов из диоксида титана, их применение в криминалистике и визуализацию отпечатков пальцев.

Книга «Диоксид титана: достижения в области исследований и применения» будет очень полезна студентам, профессорам и исследователям различных колледжей, университетов и научно-исследовательских институтов. Это расширит знания о синтезе, применении и различных аспектах диоксида титана.

Добавить в список желаний

ISBN: нет данных Категории: 2021, Книги, Инженерия и технологии, Нанотехнологии и МЭМС, Нанотехнология Наука и технологии, Nova, Наука и технологии, Технологии и инженерия

  • Оглавление
  • Дополнительная информация

Оглавление

Предисловие

О редакторе

Глава 1. Применение диоксида титана в космосе
(Наоки Симосако и Хироси Сакама – Департамент инженерных и прикладных наук, Софийский университет, 7-1 Киой-тё, Тиёда -ku, Токио, Япония)

Глава 2. Революция диоксида титана в биомедицине и применение в восстановлении окружающей среды
(Смита Кумари и Дхармендра Кумар – Отдел экологической биотехнологии, CSIR – Индийский институт токсикологических исследований, Лакхнау, Уттар-Прадеш, Индия, и др.)

Глава 3. Наноструктуры легированного диоксида титана для фотокатализа, управляемого видимым светом
(Сима Махешвари , Кулдип Каур, Ашок Кумар Малик и Симрат Каур – кафедра химии, колледж Мата Гуджри, Фатехгарх Сахиб, Пенджаб, Индия, и др. )

Глава 4. Биосинтезированные наночастицы диоксида титана и их антибактериальная эффективность
(Иммануэль Дж. Суреш, Исвария В. Лакшими и Шантиприя Аджмера – кафедра микробиологии, Американский колледж, Мадурай, Тамил Наду, Индия, и др.)

Глава 5. Судебно-медицинское применение наноматериалов диоксида титана
(Гурвиндер Сингх Бамбра и Девидас С. Бхагат — Департамент судебной медицины, Школа прикладных наук Амити, Университет Амити, Харьяна, Индия, и др.)

Индекс

ORCID редактора iD

Апарна Б. Гунджал — https:// orcid.org/0000-0002-6334-7250

Titanium Dioxide (TiO2) and Its Applications

Select country/regionUnited States of AmericaUnited KingdomAfghanistanÅland IslandsAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBonaire, Sint Eustatius and SabaBosnia and HerzegovinaBotswanaBrazilBritish Indian Ocean TerritoryBritish Virgin IslandsBruneiBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCanadaCanary IslandsCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Keeling) IslandsColombiaComorosCongoCook IslandsCosta RicaCroatiaCubaCuraçaoCyprusCzech RepublicDemocratic Republic КонгоДанияДжибутиДоминикаДоминиканская РеспубликаЭквадорЕгипетСальвадорЭкваториальная ГвинеяЭритреяЭстонияЭфиопияФолклендские (Мальвинские) островаФарерские островаФедеративные Штаты МикронезииФиджиФинляндияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарГрецияGr eenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuernseyGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIranIraqIrelandIsle of ManIsraelItalyJamaicaJapanJerseyJordanKazakhstanKenyaKiribatiKuwaitKyrgyzstanLaoLatviaLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLuxembourgMacaoMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNepalNetherlandsNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNiueNorfolk IslandNorth KoreaNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua New GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarRéunionRomaniaRwandaSaint BarthélemySaint HelenaSaint Kitts and NevisSaint LuciaSaint Martin (French part)Saint Pierre and MiquelonSaint Vincent and the GrenadinesSamoaSan MarinoSao Tome and PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSint Maarten (Dutch part)SlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaS outh Georgia and the South Sandwich IslandsSouth KoreaSouth SudanSpainSri LankaSudanSurinameSvalbard and Jan MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyriaTaiwanTajikistanTanzaniaThailandTimor LesteTogoTokelauTongaTrinidad and TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks and Caicos IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUruguayUS Virgin IslandsUzbekistanVanuatuVatican CityVenezuelaVietnamWallis and FutunaWestern SaharaYemenZambiaZimbabwe

Варианты покупки

Компания (мягкая обложка, электронная книга) 50% скин. $198,75

Налог с продаж рассчитывается при оформлении заказа

Бесплатная доставка по всему миру

Без минимального заказа

Описание

Научный интерес к материалам на основе TiO2 экспоненциально вырос за последние несколько десятилетий. Диоксид титана (TiO2) и его применение знакомит с основными физико-химическими свойствами TiO2, которые лежат в основе его применения в различных областях. В то время как основные принципы свойств TiO2 были предметом различных предыдущих публикаций, эта книга в основном посвящена приложениям TiO2. В книгу включены статьи, написанные экспертами из самых разных областей, посвященные использованию диоксида титана в энергетике, потребительских товарах, материалах, устройствах и каталитических приложениях. Выявлены различные области применения: фотокатализ, катализ, оптика, электроника, хранение и производство энергии, керамика, пигменты, косметика, датчики и теплопередача. Диоксид титана (TiO2) и его применение подходит для широкого круга читателей, изучающих дисциплины материаловедения, химии и инженерии как в научных кругах, так и в промышленности.

Основные характеристики

  • Включает широкий спектр текущих и новых применений диоксида титана в области энергетики, потребительских приложений, материалов и устройств
  • Дает краткий обзор диоксида титана и его свойств, а также методы спроектировать, депонировать и изучить материал
  • Обсуждает соответствующие свойства, методы подготовки и другие соответствующие соображения в каждой главе, посвященной применению

Читательская аудитория

Материаловеды и инженеры. Химики, инженеры-химики

Содержание

  • Раздел 1. Диоксид титана: синтез и характеристика
    1. Введение
    2. Свойства диоксида титана
    3. Структурные и электронные свойства TiO2 из первых принципов расчетов 4
    .Синтез и характеристика диоксида титана и материалов на основе диоксида титана

    Раздел 2. Применение в энергетике
    5. Синтетические, натуральные и биоинспирированные красители в качестве сенсибилизаторов TiO2 в устойчивых солнечных элементах
    6. Материалы на основе TiO2 для фотокаталитического производства водорода
    7. Устройства на основе TiO2 для приложений, связанных с энергетикой
    8. Теплопередача с использованием наножидкостей TiO2

    Раздел 3. TiO2 в нашей жизни
    9. TiO2 как белый пигмент и повышение ценности отходов его производства
    10. Наноматериалы на основе диоксида титана: применение их интеллектуальных свойств в биомедицине
    11. TiO2 в пищевой промышленности и косметике
    12. Диоксид титана: антимикробная обработка поверхностей и оценка токсичности
    13. Функционализация стекла с помощью самоочищающихся покрытий на основе TiO2
    14. TiO2 как источник титана
    15. TiO2 в строительный сектор

    Раздел 4. Устройства TiO2 и их применение
    16. Оксиды TiO2 для хромогенных устройств и диэлектрических зеркал
    17. TiO2 в мемристорах и устройствах резистивной оперативной памяти
    18. Применение TiO2 в сенсорных устройствах
    19. Фотокатализ TiO2 в экологических целях
    20. Тонкая химия с помощью гетерогенного фотокатализа TiO2
    21. Каталитическое применение TiO2

Информация о продукте

  • Количество страниц: 730
  • 3 © Elsevier3 Язык: английский 2020
  • Опубликовано: 27 ноября 2020 г.
  • Выходные данные: Elsevier
  • ISBN в мягкой обложке: 9780128199602
  • ISBN электронной книги: 9780128204344

    • О редакторе0038

    Франческо Паррино

    Франческо Паррино — доцент кафедры химии Университета Тренто, Италия. Он с отличием окончил факультет химического машиностроения Университета Палермо в 2005 г. и получил докторскую степень в области неорганической химии в Университете им. Фридриха-Александра в Эрлангене-Нюрнберге, Германия, в 2009 г. Его исследовательская деятельность связана с приготовлением и характеристикой фотокатализаторов для деградации. загрязняющих веществ и для зеленого синтеза органических молекул. Его научная продукция сочетает механические и фундаментальные аспекты гетерогенного фотокатализа с инженерными проблемами для промышленных применений. Он является автором около 80 совместных статей в сотрудничестве с учеными со всего мира и нескольких сообщений для международных конференций по этим темам.

    Принадлежности и опыт работы

    Доцент кафедры промышленной инженерии Университета Тренто, Тренто, Италия

    Леонардо Пальмизано

    Леонардо Пальмизано — профессор химии в Университете Палермо, Италия. Его исследования сосредоточены в основном на гетерогенном фотокатализе. Он посетил множество лабораторий по всему миру и координировал множество исследовательских проектов. Профессор Пальмизано опубликовал более 300 совместных статей в международных журналах, около 400 статей в материалах национальных и международных конференций, а также множество научных и учебных книг.

    Участники и экспертиза

    Профессор химии, Департамент инженерии, Университет Ди Палермо, Сицилия, Италия

    Рейтинги и обзоры

    Напишите обзор

    Последние обзоры

    (общий рейтинг для всех обзоров) 9999

    99999

    999

    (общий рейтинг для всех обзоров.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *