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二氧化鈦,俗稱鈦粉、鈦白,多用於光觸媒、化妝品,能靠紫外線消毒及殺菌。二氧化鈦可由金紅石用酸分解提取,或由四氯化鈦分解得到。二氧化鈦性質穩定,有良好的遮蓋能力,大量用作油漆中的白色顏料。二氧化鈦還用作搪瓷的消光劑,可以產生一種很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。2012年5月底,英國科學家提出一個大膽設想:通過向平流層噴洒足夠的二氧化鈦來反射太陽光,從而達到為地球降溫的目的。

1 二氧化鈦 -簡介

二氧化鈦二氧化鈦
二氧化鈦(化學式:TiO2),白色固體或粉末狀的兩性氧化物,是最好的白色顏料,俗稱鈦白。鈦白的粘附力強,不易起化學變化,永遠是雪白的。特別可貴的是鈦白無毒。它的熔點很高,被用來製造耐火玻璃,釉料,琺琅、陶土、耐高溫的實驗器皿等。

二氧化鈦可由金紅石用酸分解提取,或由四氯化鈦分解得到。二氧化鈦性質穩定,大量用作油漆中的白色顏料,它具有良好的遮蓋能力,和鉛白相似,但不像鉛白會變黑;它又具有鋅白一樣的持久性。二氧化鈦還用作搪瓷的消光劑,可以產生一種很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。

2 二氧化鈦 -結構

二氧化鈦結構模型二氧化鈦結構模型

物理結構:金紅石型、銳鈦型;結晶系、四方晶系。

晶格常數:A軸0.458,c軸0.795 A軸0.378,c軸0.949

a軸:7.19X10-6 2.88~10-6

c軸:9.94X10-6 6.44~10-6

3 二氧化鈦 -物理性質

(圖)二氧化鈦二氧化鈦

折射率:2.76~2.55
莫氏硬度:6-7、5.5-6
電容率:114~31
線膨脹係數:25℃/℃
熱導率:1.809~10.3
吸油度:16~48、18~30
顆粒大小:0.2~0.3、0.3

溶解性:不溶於稀鹼、稀酸,溶於熱濃硫酸、鹽酸、硝酸。
相對密度:在常用的白色顏料中,二氧化鈦的相對密度最小,同等質量的白色顏料中,二氧化鈦的表面積最大,顏料體積最高。

顏料名稱相對密度/(g/cm3)顏料名稱相對密度/(g/cm3)
銳鈦型二氧化鈦 3.8~3.9硫酸鉛6.4~6.6
金紅石型二氧化鈦 4.2~4.3氧化鋅5.5~5.7
板鈦型二氧化鈦 4.12~4.23 鋅鋇白 4.2~4.3
鹼式碳酸鉛 6.8~6.9 硫化鋅 4.0
介電常數:由於二氧化鈦的介電常數較高,因此具有優良的電學性能。在測定二氧化鈦的某些物理性質時,要考慮二氧化鈦晶體的結晶方向。例如,金紅石型的介電常數,隨晶體的方向不同而不同,當與C軸相平行時,測得的介電常數為180,與此軸呈直角時為90,其粉末平均值為114。銳鈦型二氧化鈦的介電常數比較低只有48。
 
電導率:二氧化鈦具有半導體的性能,它的電導率隨溫度的上升而迅速增加,而且對缺氧也非常敏感。例如,金紅石型二氧化鈦在20℃時還是電絕緣體,但加熱到420℃時,它的電導率增加了107倍。稍微減少氧含量,對它的電導率會有特殊的影響,按化學組成的二氧化鈦(TiO2)電導率<10-10s/cm,而TiO1.9995的電導率只有10-1s/cm。金紅石型二氧化鈦的介電常數和半導體性質對電子工業非常重要,該工業領域利用上述特性,生產陶瓷電容器等電子元器件。

(圖)二氧化鈦二氧化鈦
硬度:按莫氏硬度10分制標度,金紅石型二氧化鈦為6~6.5,銳鈦型二氧化鈦為5.5~6.0,因此在化纖消光中為避免磨損噴絲孔而採用銳鈦型。

熔點和沸點:由於銳鈦型和板鈦型二氧化鈦在高溫下都會轉變成金紅石型,因此板鈦型和銳鈦型二氧化鈦的熔點和沸點實際上是不存在的。只有金紅石型二氧化鈦有熔點和沸點,金紅石型二氧化鈦的熔點為1850℃、空氣中的熔點 (1830土15)℃、富氧中的熔點1879℃,熔點與二氧化鈦的純度有關。金紅石型二氧化鈦的沸點為 (3200±300)K,在此高溫下二氧化鈦稍有揮發性。

吸濕性
二氧化鈦雖有親水性,但吸濕性不太強,金紅石型較銳鈦型為小。
二氧化鈦的吸濕性與其表面積的大小有一定關係,表面積大,吸濕性高。
二氧化鈦的吸濕性也與表面處理及性質有關。

熱穩定性
二氧化鈦屬於熱穩定性好的物質,一般用量為0.01%~0.12%。

4 二氧化鈦 -化學性質

與酸的反應:TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O
與鹼的反應:TiO2+2NaOH=Na2TiO3+H2O

5 二氧化鈦 -級別性能

分級
(圖)二氧化鈦二氧化鈦
Ⅰ類:二氧化鈦干磨和未處理,Ⅰ類二氧化鈦具有低表面積和低吸油值。
Ⅱ類:為Ⅰ類二氧化鈦經過處理,並進行濕法研磨,去除大顆粒,並用4%量的硅-鋁包覆,它具有最低表面積和最低吸油值。
Ⅲ類:為典型的超細包覆級,並有有機包覆。
Ⅳ類:大包覆量,又可分為Ⅳa和Ⅳb,其包覆量在5~10%之間。Ⅳb主要應用添加量高的二氧化鈦中,因其不透明性優於Ⅳa。

性能
金紅石型在高能(較短波長)吸收輻射能較銳鈦型大,換句話說,對於金紅石型鈦白粉,在具有很強殺傷力的UV-波長段內(350-400nm),它對紫外線的反射率要遠遠低於銳鈦型鈦白粉,在這種情況下,它對周圍的成膜物、樹脂等身上所要分擔的紫外光線就要少得多,那麼這些有機物的使用壽命就長,這就是說,為什麼通常所說的金紅石型鈦白粉的耐候性要比銳鈦型好之原因所在。
性能類型Ⅰ類型Ⅱ類型Ⅲ類型Ⅳ類型a b
TiO2%(最小)9793929182
密度/(g/cm3)4.204.054.054.003.70
表面積/(m2/g)6.6-7.712.0-12.811.0-18.017.728.8
吸油值/(g/100g二氧化鈦)151915-192430
含水/(g/100g二氧化鈦)4030303555
包覆%(鋁/硅)3.53.64.913.0
分散性中等中等

6 二氧化鈦 -用途


工業應用
二氧化鈦是一種重要的白色顏料和瓷器釉料。用於油漆、油墨、塑料、橡膠、造紙、化纖、水彩顏料等行業。白色無機顏料。是白色顏料中著色力最強的一種,具有優良的遮蓋力和著色牢度,適用於不透明的白色製品。

二氧化鈦是世界上最白的東西, l克二氧化鈦可以把450多平方厘米的面積塗得雪白。它比常用的白顏料一—鋅鋇白還要白5倍,因此是調製白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦,一年多到幾十萬噸。二氧化鈦可以加在紙里,使紙變白並且不透明,效果比其他物質大10倍,因此,鈔票紙和美術品用紙就要加二氧化鈦。

為了使塑料的顏色變淺,使人造絲光澤柔和,有時也要添加二氧化鈦。在橡膠工業上,二氧化鈦還被用作為白色橡膠的填料。

半導體二氧化鈦的光化學性能已使其可用於許多領域,如空氣、水和流體的凈化。以碳或其他雜原子摻雜的光催化劑也可用於具有散射光源的密封空間或區域。用於建築、人行石板、混凝土牆或屋頂瓦上的塗料中時,它們可以明顯增加對空氣中污染物如氮氧化物、芳烴和醛類的分解。此外還廣泛應用於生產防晒霜,無毒性,對人體無害。

 

食品應用

美國食品藥品管理局規定二氧化鈦可以作為所有的食品白色素,最大的使用量為1g/kg Sec. 73.575二氧化鈦。色素添加劑二氧化鈦可以安全用於一般著色食品中,服從下列規定:

(1) 二氧化鈦的數量不超過食物重量的1%。

(2) 按照法令的401條所公布的特殊標準,不得使用的著色食品,除非有類似的標準允許添加色素。

(3)對於著色食品,食用的色素添加劑二氧化鈦可以含有適當的稀釋劑,作為安全的色素添加劑,如下:二氧化硅,作為分散助劑,含量不超過2%。

7 二氧化鈦 -環境保護

凈化空氣
二氧化鈦,作為光塗料顏料的催化劑,不僅是一種環境安全的清潔劑,而且可以起到節省能量還有保護環境資源的作用。

早期日本和英國的科學家將二氧化鈦塗覆在城市馬路的鋪路石表面,用以清洗路面空氣。二氧化鈦可以與瀝青混合,減少空氣中的污染物。當汽車經過時,含二氧化鈦的混凝土或瀝青可以凈化空氣,消除車輛排放物中25%到45%的氮氧化物。將二氧化鈦塗覆在混凝土面上,其清洗空氣的效果同樣顯著。

設計師和她的牛仔褲設計師和她的牛仔褲
2012年10月,英國科學家和服裝設計師合作,在牛仔褲的布料上覆蓋了一層二氧化鈦粒子,可以與空氣中的污染物氧化氮中和,並形成對環境無害的水溶性硝酸鹽。在洗滌牛仔褲時,這些硝酸鹽便可被洗掉,既能凈化空氣又不妨礙人們穿著。

 

給地球降溫
圖為電子顯微鏡下的二氧化鈦。圖為電子顯微鏡下的二氧化鈦。
2012年5月。英國科學家提出了一個大膽設想,他們認為可通過向平流層噴洒足夠的二氧化鈦來反射太陽光,從而達到為地球降溫的目的,這麼做能夠有效抵消因全球變暖而導致的各種不利氣候因素。

由於二氧化鈦能夠有效反射太陽光的直射,並且其性質穩定,具有良好的遮蓋能力,如若噴洒在平流層能夠長期發揮作用。英國科學家提出,可利用高空氣球將這一化學物質帶入到平流層,然後進行釋放,一旦二氧化鈦均勻分佈在地球平流層之後,能夠有效反射太陽光,從而為地球降溫。

英國諮詢公司戴維森科技的總裁、化學工程學家彼得·戴維森是這個項目的負責人,他介紹稱,只需要往地球平流層運送300萬噸的二氧化鈦,就能夠在地球平流層形成一層厚度為1毫米的保護層,而它能夠起到的作用卻是巨大的-足夠抵消兩倍當前大氣中二氧化碳含量所導致的溫室效應。

8 二氧化鈦 -安全信息

RTECS號:XR2275000
危險品標誌:Xn
風險術語:20-36/37/38
安全術語:S2;S25;S26;S36;S36/S37
危險品運輸編號:UN 1307 3/PG 3
危險類別:20-36/37/38
包裝等級:3
毒理學數據:13463-67-7(Hazardous Substances Data)
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