دی اکسید تیتانیوم، آناتاز

دی اکسید تیتانیوم، آناتاز

خرید به صورت گرمی
خرید ظرف پلمپ شده
استعلام

دی اکسید تیتانیوم، آناتاز

دسته
اکسیدها
کد محصول
۲۶
برند
Aldrich
نام های دیگر
Titanium(IV) oxide و Titania و Dioxotitanium
نام انگلیسی
Titanium dioxide, anatase >۹۹%
فرمول شیمیایی
TiO۲
Grade
Particle size ~ ۳۲۵ mesh و Titanium(IV) oxide, anatase >۹۹%
جرم مولکولی (g/mol)
۷۹/۸۷
ظاهر
پودر
# CAS
۱۳۱۷-۷۰-۰
Catalogue Number
T۸۱۴۱ SIGMA: Aldrich Number
لینک به شرکت سازنده
http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/t۸۱۴۱?lang=en
دی‌اکسید تیتانیوم که با نام‌های دی‌اکسید تیتانیوم و تیتانیا نیز نامیده می‌شود، فرم طبیعی اکسید تیتانیوم با فرمول شیمیایی TiO2 است. هنگامی که به عنوان رنگ‌دانه استفاده می‌شود، به نام‌های تیتانیوم سفید، رنگدانه سفید۶ یا CI 77891 خوانده می‌شود. عموماً منبع آن از ایلمنایت، روتایل و آناتاز تأمین می‌شود. دی‌اکسید تیتانیوم کاربردهای وسیعی از جمله رنگ کرم‌های ضدآفتاب و رنگ‌های خوراکی دارد. هنگامی که به عنوان رنگ غذا استفاده می‌شود، عدد E آن ۱۷۱ است. تولید جهانی این ماده در سال ۲۰۱۴ بالغ بر 9 میلیون تن بود.

پدیدآمدگی:

دی‌اکسید تیتانیوم در طبیعت به صورت مواد معدنی شناخته شده روتایل، آناتاز و بروکیت پدید می‌آید. علاوه بر آن به دو فرم فشار بالا (فرم مونوکلینیک baddeleyite مانند و فرم اورتورومبیک شبیه دی‌اکسید سرب) پدید می‌آید که هر دو به تازگی پیدا شده است. یکی از این‌هاAkaogiite بوده که یک ماده معدنی بسیار نادر است و عمدتاً در سنگ معدن ایلمنایت یافت می‌شود. این گسترده‌ترین سنگ معدن دی‌اکسید تیتانیوم در سراسر جهان است. روتایل از نظر فراوانی سنگ معدن بعدی است که حدود ۹۸ درصد آن را دی‌اکسید تیتانیوم تشکیل می‌‌دهد. فازهای شبه‌پایدار آناتاز و بروکیت بر اثر حرارت‌دهی تا دماهای بالا در محدوده‌ ۶۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتی گراد به صورت برگشت‌ناپذیر به فاز روتایل تعادلی تبدیل می‌شوند.
دی‌اکسید تیتانیوم علاوه بر روتایل، آناتاز و بروکیت دارای هشت حالت بلوری است: سه فاز شبه‌پایدار که می‌توان به طور مصنوعی تولید شود (مونوکلینیک، تتراگونال و اورتورومبیک) و پنج فرم فشار بالا (ساختارهایی شبیه به دی‌اکسید سرب، OI اورتورومبیک، baddeleyite مانند، Cotunnite مانند و فازهای مکعبی).
اکسیدها از نظر تجاری سنگ‌های معدنی مهم تیتانیوم هستند. این فلز همچنین می‌تواند از سایر مواد معدنی مانند ایلمنایت یا سنگ معدن لیوکاکسن و یا یکی از خالص‌ترین نوع آن، شن و ماسه روتایل ساحل، استخراج شود. یاقوت کبود و یاقوت سرخ درخشندگی خود را از ناخالصی‌های روتایل موجود در آنها می‌گیرند.

تولید:

روش تولید دی‌اکسید تیتانیوم بستگی به ماده اولیه خام دارد. رایج‌ترین روش برای تولید آن استفاده از ایلمنایت معدنی است. ایلمنایت با اسید سولفوریک مخلوط می‌شود. این واکنش برای حذف گروه اکسید آهن در ایلمنایت انجام می‌شود. محصول جانبی سولفات آهن (II) تنها برای تولید شدن نمک تیتانیوم در محلول گوارشی، متبلور و فیلتر می‌شود. این محصول روتایل مصنوعی خوانده می‌شود. فرآیندهای مشابه بیشتری برای رسیدن به محصول دی‌اکسید تیتانیوم روی روتایل انجام می‌شود. روتایل مصنوعی و تفاله‌های تیتانیوم مخصوصاً برای تولید دی‌اکسید تیتانیوم ساخته می‌شوند. استفاده از سنگ ایلمنایت معمولاً تنها برای تولید دی‌اکسید تیتانیوم رنگدانه است. روش دیگر برای تولید روتایل مصنوعی از ایلمنایت با بهره‌گیری از فرآیند بچر (Becher) است.
روتایل دومین شن و ماسه معدنی فراوان است. روتایل موجود در سنگ اولیه را نمی‌توان استخراج کرد، از این رو ته‌نشین حاوی شن و ماسه روتایل می‌تواند استخراج شود و این به معنی کاهش دسترسی به سنگ معدن غلظت بالا است. دی‌اکسید تیتانیوم خام (به شکل روتایل یا روتایل مصنوعی) از طریق تبدیل به تتراکلرید تیتانیوم در فرآیند کلرید، خالص‌سازی می‌شود. در این فرایند، سنگ خام (حاوی حداقل ۷۰ درصد TiO2) با کربن احیا و با کلر اکسید می‌شود تا تتراکلرید تیتانیوم به وجود بیاید (یعنی کلردار کردن کربوحرارتی). این تتراکلرید تیتانیوم تقطیر و مجدداً در شعله اکسیژن خالص یا پلاسما در دمای ۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰ کلوین اکسید می‌شود تا دی‌اکسید تیتانیوم خالص تولید شود. کلرید آلومینیوم اغلب به عنوان یک بهبوددهنده‌ی روتایل به فرآیند اضافه می‌شود؛ محصول در غیاب آن عمدتاً آناتاز است. مواد خام ارجح برای فرآیند کلرید، روتایل طبیعی است چون محتوای دی‌اکسید تیتانیوم در آن بالا است.
یک روش برای تولید دی‌اکسید تیتانیوم با استفاده از فناوری نانو، سنتز محلول گرمایی (solvothermal) است.

نانو لوله:

آناتاز می‌تواند توسط سنتز هیدروترمال به نانو لوله‌ی معدنی آناتاز ورقه‌ورقه و نانوروبانِ تیتانیت تبدیل شود که کاربرد زیادی در زمینه پایه‌ی کاتالیست، فوتوکاتالیست‌ها و تقویت حرارتی و مکانیکی پلیمرها دارد.
در سنتز، آناتاز با هیدروکسید سدیم 10 مولار مخلوط می‌شود و برای مدت ۷۲ ساعت با درجه حرارت ۱۳۰ درجه سانتی‌گراد گرمادهی می‌شود. محصول واکنش با اسید هیدروکلریک رقیق شسته و در ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۱۵ ساعت دیگر گرم می‌شود. نانولوله‌ها دارای قطر خارجی۱۰ تا ۲۰ نانومتر و قطر داخلی۵ تا ۸ نانومتر و طول ۱ میکرون هستند. با درجه حرارت بالاتر واکنش (۱۷۰ درجه سانتی‌گراد) و حجم واکنش کمتر، نانوسیم‌‌های مربوطه به دست می‌آید.
یک فرآیند دیگر برای سنتز نانولوله‌های TiO2 از طریق آنادایزینگ در یک محلول الکترولیتی انجام می‌شود. هنگامی که در یک محلول HF نیم درصد وزنی به مدت ۲۰ دقیقه آنودایز می‌شود، می‌توان آرایه‌های نانو لوله‌‌های اکسید تیتانیوم خوب آرایش یافته با قطر متوسط ۶۰ نانومتر و طول ۲۵۰ نانومتر تولید کرد. بر اساس پراش پرتو X، نانولوله‌ی رشد کرده از طریق آنادایزینگ بی‌شکل (آمورف) می‌باشند. چون HF ماده شیمیایی مضر و بسیار خورنده است، در حال حاضر NH4F به عنوان عامل قلم‌زنی به جای HF استفاده می‌شود. در یک فرایند سنتز معمولی، یک فرم‌آمید بر اساس الکترولیت غیر آبی تولید می‌شود که حاوی NH4F با غلظت 2/0 مولار و ۵ درصد حجمی از آب DI است. فرآیند آنادایزینگ تحت شرایط ۲۵ ولت در ۲۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۲۰ ساعت در یک سلول الکتروشیمیایی دو الکترودی متشکل از یک صفحه تیتانیوم بسیار خالص و کاملاً تمیز به عنوان آند، یک صفحه مسی یا سیم پلاتینی به عنوان کاتد و الکترولیت مذکور انجام می‌شود. نمونه آماده شده در هوا و در ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد برای حصول فاز آناتاز حرارت‌دهی می‌شود.
نانوالیاف توخالی TiO2 نیز با پوشش‌دهی نانوالیاف‌های کربن به وسیله بوت‌اکسید تیتانیوم (IV) می‌تواند آماده شود. سپس این محصول برای حذف هسته کربن و تشکیل نانوکریستال TiO2 در ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد به مدت چندین ساعت در هوا گرم می‌شود. هنگامی که نانوالیاف‌های کربنی کایرال به عنوان قالب استفاده می‌شود، الیاف‌های TiO2، کایرال هستند. چنین فعالیت نوری برای مولکول‌ها و نانوساختارهای آلی معمول است ولی برای مولکول‌ها و نانوساختارهای غیر آلی چنین نیست. برای کاربردهای نوری مولکول‌ها و نانوساختارهای غیر آلی به دلیل پایداری مکانیکی و حرارتی آنها ارجح‌ترند.

کاربردها:

مهم‌ترین حوزه‌های کاربرد دی‌اکسید تیتانیوم در رنگ، لاک الکل (لعاب)، کاغذ و پلاستیک است که حدود ۸۰ درصد از مصرف دی‌اکسید تیتانیوم جهان می‌باشد. دیگر کاربردهای رنگدانه مانند چاپ پارچه، الیاف، لاستیک، محصولات آرایشی و بهداشتی و مواد غذایی ۸ درصد می‌باشند. بقیه موارد در کاربردهای دیگر استفاده می‌شود، به عنوان مثال تولید تیتانیوم خالص، شیشه و سرامیک‌های شیشه‌ای، سرامیک‌های الکتریکی، کاتالیست‌ها، هادی برق و واسطه‌های شیمیایی و همچنین در بسیاری از آب نبات‌های قرمز رنگ وجود دارد.

رنگدانه: دی‌اکسید تیتانیوم به دلیل روشنایی زیاد و ضریب شکست بالای آن به طور گسترده به عنوان رنگدانه سفید استفاده می‌شود. حدود 6/4 میلیون تن از TiO2 رنگدانه‌ای سالانه در سراسر جهان به صورت دستی استفاده می‌شود و این مقدار به دلیل استفاده بیشتر رو به افزایش است. زمانی که به عنوان یک فیلم نازک رسوب می‌کند، ضریب شکست و رنگ آن، آن را برای آینه‌های دی الکتریک و برخی از سنگ‌های قیمتی مانند زبرجد هندی (توپاز) بسیار عالی می‌کند. همچنین TiO2 یک کدر کننده مؤثر به صورت پودر است که به عنوان رنگ‌دانه برای ایجاد سفیدی و تنظیم شفافیت در محصولاتی چون رنگ نقاشی، لایه پوششی، پلاستیک، کاغذ، مرکب، خوراک، پزشکی (مثلاً در قرص‌ها) و خمیردندان استفاده می‌شود. در رنگ نقاشی، اغلب به صورت "کامل سفید"، "سفیدترین سفید"، و یا دیگر عبارات مشابه به آن اشاره می‌شود. کدری و تار بودن با اندازه بهینه ذرات دی‌اکسید تیتانیوم بهبود یافته است. برخی از رنگدانه‌های تیتانیومی که در رنگ درخشنده، پلاستیک، لوازم آرایشی و بهداشتی رنگین‌تابی (مروارید‌گون) استفاده می‌شوند، ساخته دست انسان هستند که اجزای آن شامل دو یا چند لایه از اکسیدهای مختلف مانند اکسید تیتانیوم (IV)، اکسید آهن و اکسید آلومینیوم می‌باشند. علاوه بر این اثرات، تغییر رنگ محدود در فرمولاسیون خاص امکان پذیر است بسته به اینکه محصول نهایی چگونه و در چه زاویه‌ای درخشندگی داشته باشد و بسته به ضخامت لایه اکسید در ذرات رنگدانه؛ یک یا چند رنگ با انعکاس پدیدار می‌شود در حالی دیگر رنگ‌های انعکاسی به علت تداخل لایه‌های دی‌اکسید تیتانیوم شفاف می‌باشند. در برخی از محصولات، لایه دی‌اکسید تیتانیوم همراه با اکسید آهن در دمای حدود ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد رشد می‌کند با آهکی‌کردنِ نمک‌های تیتانیوم (سولفات‌ها، کلرات‌ها) یا دیگر روش‌های رسوب صنعتی از قبیل انباشت به روش تبخیر شیمیایی بر روی بسترهایی مانند پلاکت میکا و یا حتی پلاکت‌های کریستالی دی‌اکسید سیلیسیم که قطرشان بیش از ۵۰ میکرون نیست. اثر رنگین کمانی در ذرات اکسید تیتانیوم (که فقط تا حدی طبیعی هستند) بر خلاف اثر کدری که همراه با رنگ‌دانه اکسید تیتانیوم زمینی به دست آمده، توسط استخراج از معادن به دست آمده است، که در این صورت تنها قطر خاصی از ذرات در نظر گرفته می‌شود و اثر آن تنها به خاطر پراکندگی است.
در لعاب‌ها دی‌اکسید تیتانیوم نقش یک کدر کننده را ایفا می‌کند. دی‌اکسید تیتانیوم به صورت آماری نشان می‌دهد که سفیدی شیر خشک را افزایش می‌دهد که باعث افزایش پذیرش حسی شیر خشک است. دی‌اکسید تیتانیوم برای علامت گذاری خطوط سفید در برخی از زمین‌های تنیس استفاده می‌شود. اگزوز خروجی ساترن ۵ با دی‌اکسید تیتانیوم رنگ آمیزی شد.

کرم‌های ضد آفتاب و رنگ‌دانه‌های ضد اشعه ماوراء بنفش در صنعت: در محصولات لوازم آرایشی و مراقبت از پوست، دی‌اکسید تیتانیوم به عنوان یک رنگدانه، کرم ضد آفتاب و قوام دهنده (غلیظ کننده) استفاده می‌شود. همچنین در رنگ‌دانه خالکوبی و مدادهای بندآورنده خون نیز مصرف دارد. دی‌اکسید تیتانیوم در ذراتی با اندازه‌های مختلف و قابل پخش در روغن و آب و در درجه‌های خاصی برای صنعت لوازم آرایشی تولید می‌شود.
دی‌اکسید تیتانیوم در اکثر کرم‌های ضدآفتاب به علت شاخص شکست و انعکاس بالا، قابلیت جذب نور اشعه ماوراء بنفش (UV) و مقاومت آن در برابر تغییر رنگ تحت نور فرابنفش، یافت می‌شود. این مزیت باعث افزایش ثبات و توانایی محافظت از پوست در برابر نور ماوراء بنفش آن است. نانو ذرات دی‌اکسید تیتانیوم (اندازه ذرات ۳۰ تا ۴۰ نانومتر) در ابتدا در مایع لوسیون ضد آفتاب استفاده می‌شد زیرا نور مرئی را کمتر از رنگدانه دی‌اکسید تیتانیوم پراکنده می‌کند، در حالی که همچنان در برابر اشعه فرابنفش محفاظت دارد. کرم‌های ضد آفتابی که برای نوزادان و یا افراد با پوست حساس طراحی می‌شوند، اغلب بر پایه دی‌اکسید تیتانیوم و یا اکسید روی است. به دلیل اینکه به نظر می‌آید این ضد اشعه فرابنفش‌های معدنی حساسیت و سوزش کمتری نسبت به جاذب‌های اشعه فرابنفش شیمیایی ایجاد می‌کنند.
این رنگدانه به طور گسترده در پلاستیک‌ها و کاربردهای دیگر استفاده می‌شود؛ نه تنها به عنوان رنگدانه سفید یا کدرکننده بلکه برای ویژگی‌های ضد UV آن که بر خلاف جاذب‌های اصلیUV، به صورت پودر نور را متفرق می‌کند و اثرات مخرب UV را کاهش می‌دهد. پلیمرهای خاصی که برای پوشش و تقویت و اشباع بتن استفاده می‌شوند، بعضاً با رنگ‌دانه سفید تیتانیوم برای محافظت در برابر اشعه فرابنفش در کارخانه‌های مواد ساختمانی پر می‌شوند، اما تنها اکسیداتیوِ نوریِ پلیمر را به تأخیر می‌اندازد؛ به آن "گچ" گفته می‌شود به دلیل اینکه به صورت تیکه تیکه و خمیری روی سطح مالیده می‌شود. این حالت گچ به دلیل این است که مقاومت به ضربه پایین دارد و ممکن است پس از سال‌ها قرار داشتن در برابر نور مستقیم آفتاب چنانچه تثبیت‌کننده‌های اشعه فرابنفش نداشته باشد، فرو بریزد.

فوتوکاتالیست: اکسید تیتانیوم (IV)، به خصوص در فرم آناتاز، یک فوتوکاتالیست تحت نور ماوراء بنفش است. گزارش شده است که اکسید تیتانیوم (IV)، زمانی که با یون‌های نیتروژن یا با اکسید فلزی مانند تری‌اکسید تنگستن تقویت می‌شود، یک فوتوکاتالیست، هم در نور مرئی و هم تحت نور فرابنفش است. پتانسیل اکسایشی (اکسایش-کاهش) قویِ حفره الکترونیِ مثبت آب را برای ایجاد رادیکال هیدروکسیل اکسیده می‌کند. همچنین می‌تواند اکسیژن و مواد آلی را به طور مستقیم اکسیده کند. از این رو، علاوه بر استفاده از آن به عنوان رنگدانه، دی‌اکسید تیتانیوم را می‌توان به رنگ، سیمان، پنجره‌ها، کاشی، و یا سایر محصولات برای استریل کردن، بو و خواص ضد رسوب آن اضافه کرد و به عنوان یک کاتالیست هیدرولیز (فروکافت آبکافت) استفاده می‌شود. همچنین در سلول‌های خورشیدی رنگ‌حساس نیز استفاده می‌شود که نوعی سلول خورشیدی شیمیایی است.
خواص فوتوکاتالیستی دی‌اکسید تیتانیوم توسط آکیرا فوجیشیما در سال ۱۹۶۷ کشف و در سال ۱۹۷۲ منتشر شد. دی‌اکسید تیتانیوم در فیلم‌های نازک و به شکل نانوذره پتانسیل استفاده در تولید انرژی دارد: در نقش یک فوتوکاتالیست می‌تواند آبکافت انجام دهد؛ یعنی شکستن ترکیب آب به هیدروژن و اکسیژن. از هیدروژن جمع‌آوری شده می‌توان به عنوان یک سوخت استفاده کرد. با تقویت کردن اکسید به وسیله کربن می‌توان بازده فرآیند را بهبود بخشید. بازده و ماندگاری بیشتر با ایجاد بی نظمی در ساختار شبکه لایه سطحیِ نانوبلورهای دی‌اکسید تیتانیوم به دست آمده است که اجازه جذب اشعه مادون قرمز را می‌دهد.
TiO2 ی که در مصالح ساختمانی در فضای باز دخیل است، مانند سنگ‌های صاف کننده در بلوک‌های Noxerیا رنگ‌ها، می‌تواند به طور قابل ملاحظه‌ای غلظت آلاینده‌های گازی هوا نظیر اکسید نیتروژن و ترکیبات آلی فرار را کاهش دهد.
سیمان فوتوکاتالیستی که از دی‌اکسید تیتانیوم به عنوان یک جزء اصلی استفاده می‌کند، به عنوان یکی از ۵۰ اختراع برتر سال ۲۰۰۸ در مجله تایم ذکر شد.
تلاش‌های برای معدنی کردن آلاینده‌ها به طور فوتوکاتالیستی در آب فاضلاب (تبدیل کردن به CO2 وH2O ) انجام شده است. TiO2 پتانسیل بسیار زیادی به عنوان یک فن‌آوری صنعتی برای سم‌زدایی و یا اصلاح زیستیِ پساب دارد. علت این امر را می‌وان در موارد زیر خلاصه نمود:
1- فرآیند از اکسیژن طبیعی و نور خورشید استفاده می‌کند و در نتیجه تحت شرایط محیط رخ می‌دهد؛ دارای طول موج گزینشی است و توسط نور UV شتاب‌دار می‌شود.
2- فوتوکاتالیست ارزان، در دسترس، غیر سمی، دارای حالت پایدار شیمیایی و مکانیکی و دارای گردش مالی بالاست.
3- از تشکیل محصولات میانی برگشت‌پذیر، بر خلاف روش نورکافت مستقیم، اجتناب می‌شود.
4- اکسیداسیون ترکیبات به CO2 کامل است.
5- TiO2 می‌تواند به عنوان لایه‌های مناسب نازک بر روی بسترهای مناسب راکتور نشانده شود که می‌تواند به آسانی از آب تصفیه شده جدا شود.
امتیاز شما
نظر شما:

محصولات مشابه