آشنایی بیشتر با تیتانیوم دی اکسید (تیتان)

تیتانیوم دی اکسید (TiO2) یا همان تیتان به عنوان یک ماده بی اثر و ایمن در نظر گرفته می شود و برای چندین دهه در بسیاری از کاربردها استفاده می شود. با این حال، با توسعه فناوری نانو، نانوذرات TiO2، با خواص جدید و مفید متعدد، به طور فزاینده ای ساخته و مورد استفاده قرار می گیرند. تیتان، یک کانی سفید، مات و طبیعی است که در تعدادی اشکال کریستالی وجود دارد که مهمترین آنها روتیل و آناتاز هستند. این اشکال اکسیدی طبیعی را می توان استخراج کرد و به عنوان منبعی برای تیتانیوم تجاری استفاده کرد. دی اکسید تیتانیوم بی بو و جاذب است. مهمترین عملکرد آن به صورت پودر به عنوان یک رنگدانه پرکاربرد برای ایجاد سفیدی و شفافیت است. دی اکسید تیتانیوم به عنوان یک عامل سفید کننده و مات کننده در لعاب های چینی استفاده شده است که به آنها درخشندگی، سختی و مقاومت اسیدی می بخشد. در دوران مدرن از آن در لوازم آرایشی مانند محصولات مراقبت از پوست و لوسیون های ضد آفتاب استفاده می شود، با این ادعا که دی اکسید تیتانیوم به دلیل خاصیت جذب اشعه ماوراء بنفش از پوست در برابر اشعه ماوراء بنفش محافظت می کند.

جزئیات بیشتر

تیتانیوم دی اکسید که برای اولین بار در سال 1916 به تولید انبوه رسید، به دلیل درخشندگی و ضریب شکست بسیار بالا، پرمصرف ترین رنگدانه سفید است که در آن تنها با چند ماده دیگر پیشی گرفته است. اندازه کریستال دی اکسید تیتانیوم به طور ایده آل در حدود 220 نانومتر (اندازه گیری شده توسط میکروسکوپ الکترونی) برای بهینه سازی حداکثر بازتاب نور مرئی است. با این حال، رشد غیر طبیعی دانه اغلب در دی اکسید تیتانیوم، به ویژه در فاز روتیل آن مشاهده می شود. وقوع رشد غیر طبیعی دانه باعث انحراف تعداد کمی از کریستال ها از اندازه متوسط ​​کریستال می شود و رفتار فیزیکی TiO2 را اصلاح می کند. خواص نوری رنگدانه تمام شده به خلوص بسیار حساس است. به اندازه چند قسمت در میلیون (ppm) از فلزات خاص (Cr، V، Cu، Fe، Nb) می‌تواند شبکه بلوری را چنان مختل کند که اثر آن در کنترل کیفیت قابل تشخیص باشد. تقریباً 4.6 میلیون تن TiO2 رنگدانه‌ای سالانه در سراسر جهان استفاده می‌شود، و انتظار می‌رود که این تعداد با ادامه افزایش استفاده افزایش یابد.

TiO2 همچنین یک مات کننده موثر به شکل پودر است که در آن به عنوان رنگدانه برای ایجاد سفیدی و کدورت محصولاتی مانند رنگ ها، پوشش ها، پلاستیک ها، کاغذها، جوهرها، غذاها، مکمل ها، داروها (یعنی قرص ها و قرص ها) و بسیاری از موارد استفاده می شود. خمیر دندان؛ در سال 2019 در دو سوم خمیردندان های موجود در بازار فرانسه وجود داشت. در غذا، معمولاً در محصولاتی مانند بستنی، شکلات، انواع آب نبات، خامه‌ها، دسرها، گل ختمی، آدامس، شیرینی‌ها، اسپری‌ها، سس‌ها، کیک‌ها و بسیاری از غذاهای دیگر یافت می‌شود. در رنگ، اغلب به طور غیرمستقیم به عنوان “سفید درخشان”، “سفید کامل”، “سفیدترین سفید” یا سایر اصطلاحات مشابه شناخته می شود. کدورت با اندازه بهینه ذرات دی اکسید تیتانیوم بهبود می یابد.

نگاه جزئی به موارد استفاده تیتانیوم دی اکسید (تیتان)

تیتانیوم دی اکسید (تیتان) به دلیل خواص منحصر به فردش به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد و در علم نانو و فناوری نانو به خوبی شناخته شده است. دی اکسید تیتانیوم یکی از اولین موادی بود که در محصولات نانوتکنولوژی استفاده شد. با این حال، سمیت بالقوه نانوذرات دی اکسید تیتانیوم موضوعی بحث برانگیز است. بسیاری از شرکت های آرایشی و بهداشتی از نانوذرات دی اکسید تیتانیوم استفاده می کنند. به دلیل سفیدی روشن، در محصولاتی مانند رنگ، پوشش، کاغذ، جوهر، خمیر دندان، پودر صورت و رنگ خوراکی استفاده می شود. اگرچه این یکی از مواد شیمیایی تولید شده است، مزایای واقعی و بالقوه دی اکسید تیتانیوم بدون بحث نیست اما استنشاق گرد و غبار ممکن است باعث مشکلات تنفسی شود.

ساختار

در هر سه دی اکسید اصلی خود، تیتانیوم هندسه هشت وجهی را نشان می دهد و به شش آنیون اکسید متصل است. اکسیدها به نوبه خود به سه مرکز Ti پیوند دارند. ساختار کلی بلوری روتیل از نظر تقارن چهارضلعی است در حالی که آناتاز و بروکیت متعامد هستند. زیرساخت‌های اکسیژن همگی اعوجاج جزئی بسته‌بندی نزدیک هستند. در روتیل، آنیون‌های اکسید در بسته‌بندی نزدیک شش ضلعی اعوجاج قرار گرفته‌اند، در حالی که در آناتاز به بسته‌بندی نزدیک مکعبی و برای بروکیت به «بسته‌بندی شش ضلعی دوگانه» نزدیک هستند. ساختار روتیل برای سایر دی اکسیدهای فلزی و دی فلوریدها، به عنوان مثال، گسترده است. RuO2 و ZnF2.

کارخانه های تولید مواد شیمیایی که از فرآیند سولفات استفاده می کنند، به کنسانتره ایلمنیت (45 تا 60 درصد TiO2) یا مواد اولیه پیش تصفیه شده به عنوان منبع مناسب تیتانیوم نیاز دارند. در فرآیند سولفات، ایلمنیت با اسید سولفوریک برای استخراج پنتا هیدرات سولفات آهن (II) تصفیه می شود. روتیل مصنوعی حاصل مطابق با مشخصات کاربر نهایی، یعنی درجه رنگدانه یا موارد دیگر، پردازش می‌شود. در روش دیگری برای تولید روتیل مصنوعی از ایلمنیت، فرآیند بچر ابتدا ایلمنیت را به عنوان وسیله ای برای جداسازی جزء آهن اکسید می کند.