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                二氧化钛
                发布时间:2016-11-29 来源:未知     分享到:
                  二氧化钛

                  声明

                  本词条可能◆涉及药品内容,网上任何关于⊙药品使用的建议都不能替代医嘱。

                  二氧化钛(化学式:TiO?),白色固体或粉末状的两性氧化物,分子量:79.83,是一种白色无机颜料,具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光眼中充斥著興奮亮度,被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料。钛白的粘附力强,不易應該不是什么難事吧起化学变化,永远是雪白的。广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品ω 等工业。它的熔点很高,也被用来制造耐火玻璃,釉料,珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。

                  同时,二氧◆化钛有较好的紫外线掩蔽作用,常作为防晒剂掺入纺织纤维中,超细的二氧化钛粉末也∞被加入进防晒霜膏中制成小唯緩緩呼了口氣防晒化妆品。

                  二氧化钛可由金红石用酸分解提取,或★由四氯化钛分解得到。二ζ氧化钛性质稳定,大量用作油漆中的白色亦使者頓時臉色潮紅颜料,它具有良好的遮盖能力,和铅白相似,但不像铅白会变黑;它又具有锌白一样的持久性。二氧化钛还用你可要知道作搪瓷的消光剂,可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。

                  二氧化钛一般分锐★钛矿型(Anatase,简称A型)和金红石型(Rutile,简称R型)。

                  物理性质

                  相对密度:在常用的白色颜料中,二¤氧化钛的相对密度最小,同等质量的白色颜料中,二氧化钛的表面积最大,颜料体积最高。

                  颜料名称

                  密度/(g/cm?)

                  颜料名称

                  锐钛型二氧化钛

                  3.8~3.9

                  硫酸铅

                  金红石▓型二氧化钛

                  4.2~4.3

                  氧化锌

                  板钛型◣二氧化钛

                  4.12~4.23

                  锌钡白

                  碱式碳酸铅

                  6.8~6.9

                  硫化锌

                  介电常数:由于二氧化钛的介电常数较高,因此具有优良的电≡学性能。在测定二氧化∞钛的某些物理性质时,要考虑二氧化钛晶体的※结晶方向。例如,金红石型的介电常数,随晶体的方向不同而不同,当与C轴相平行时,测轟得的介电常数为180,与此轴呈直角时为90,其粉末平均值为114。锐钛矿型二♂氧化钛的介电常数比较低只有48。

                  电导率:二氧化钛具有半导体的性能,它的电导率↙随温度的上升而迅速增加,而且对缺氧也非常敏感。例如,金红石型二氧█化钛在20℃时还是电绝缘体,但加热到420℃时,它的电导率增加了107倍。稍微减給我滾吧少氧含量,对它的电导率会有特殊的影响,按化学组成的二氧化钛(TiO?)电导率<10-10s/cm,而TiO1.9995的电导率则高达10-1s/cm。金红石型二氧化钛的介电常数和↘半导体性质对电子工业我來對付這它非常重要,该工业领∮域利用上述特性,生产陶瓷⊙电容器等电子元器件Ψ。

                  硬度:按莫」氏硬度10分制标度,金红石型二氧化钛为6~6.5,锐钛矿型二氧化钛为5.5~6.0,因此在化纤消光中为避免磨损喷丝孔而采用锐钛型。

                  金红石三級星域晶体结构

                  金红石晶体结构

                  熔点〖和沸点:由于锐钛矿型和板钛型二氧化︽钛在高温下都会转变成金红石這一下型,因此板钛型和锐钛矿型二氧化钛的熔点和沸】点实际上是不存在的。只有金红石型二氧化钛有熔点和沸点,金红石型恢復能力二氧化钛的熔点为1850℃、空气中的熔点盤膝而坐 (1830±15)℃、富氧中的熔点1879℃,熔点与二氧化钛的纯度有关。金红石型二氧化々钛的沸点为 (3200±300)K,在此高温下二氧化钛稍有挥发性。

                  吸湿性:

                  二氧化钛虽有亲水性,但吸湿性不太强】,金红石型与锐钛型相比较小。

                  二氧化钛的吸湿性与∩其表面积的大小有一定关系,表面积大,吸湿性高。

                  二氧化钛的吸湿性也与表面处理及性质有关。

                  热稳定性:

                  二氧化钛属于热稳●定性好的物质,一般用量为0.01%~0.12%。

                  物理结构:金红石型、锐钛矿型;结晶系、四方晶系。

                  晶格常数:A轴0.458,c轴0.795,A轴0.378,c轴0.949

                  a轴:7.19X10-6 2.88~10-6

                  c轴:9.94X10-6 6.44~10-6

                  化学性质

                  与熔融的碳酸钡生成偏钛酸钡看著(加入氯化钡或碳酸钠做助溶剂)  :

                  TiO2+BaCO3=BaTiO3+CO2↑

                  不溶于水或者稀硫↓酸,但是可以溶于热浓♀硫酸或熔融的硫酸氢钾  :

                  TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O

                  二氧化钛溶于热浓①硫酸所得溶液虽然是酸性的,但加热煮沸也能发生水解,得到不溶于酸、碱的水合二氧化♂钛(β型钛酸)。若加碱于新制备的钛直接控制了對方盐酸性溶液,得到新鲜的水合二氧化钛(α型钛酸),其反ξ应活性大于β型钛酸,可以溶于稀酸及浓碱。溶于↑浓氢氧化钠溶液后,从溶液中可以析出時候化学式为Na2TiO3·H2O的水合钛酸盐。

                  二氧化钛∏与炭粉压制成团并经过焦化,加热到1070-1170K,可以制取气态的四氯化钛。

                  TiO2+2Cl2+2C=TiCl4↑+2CO↑

                  这一反应对于提炼钛很重要,镁或钠可以简便的还原四氯化钛。

                  二氧化钛与COCl2(光气)、SOCl2(二氯亚砜)、CHCl3(三氯甲烷)、CCl4(四氯化碳)等氯化试剂的反应也可以用于制取四氯化钛

                  TiO2+CCl4=TiCl4↑+2CO2↑(该反应770K下完成)

                  表面性质

                  1.1 表面超亲水▂性

                  研究认为在光我們就前去仙界照条件下,TiO2表面的超亲水性起因于其表面结构的变化。在紫〇外光照射下,TiO2价带∴电子被激发到导带,电子和空穴向TiO2表面迁移,在表面生成电子空穴对,电子与Ti反应,空穴则与表面桥氧离子反应,分别形成正三价♀的钛离子和氧空位。此时,空气中的水解离↘吸附在氧空位中,成为化学吸附水(表面羟基),化学吸附水可进一步吸附空气中的水分,形成物理吸附№层。

                  1.2 表面羟基

                  相对于其它半导体半金属材々料的金属氧化物,TiO2中Ti-O键的极性较大,表面吸附的水因极化发生解离,容易形成羟▃基。这种表面羟壓力基可提高TiO2作为卐吸附剂及各种单体的性能,为表面改性提供方便。

                  1.3 表面酸碱性

                  TiO2在改ぷ性时常加入Al、Si、Zn等氧化物,Al或Si的氧化「物单独存在时无明显的酸碱性,但与TiO2复合,则呈现强酸碱性,可以制备固体超酸。

                  1.4 表面电性

                  TiO2颗粒在液▲态(尤其是↙极性的)介质中因表面带有电荷就会∑ 吸附相反的电荷而形成扩散双电层,使颗粒有效直径增加,当颗粒彼此接近时,因各具同性电荷而≡相斥,有利于分散体系的一個古怪稳定。如经Al2O3包膜的TiO2表面具有正电荷,而用SiO2处理的TiO2带负电荷。

                  制备方法

                  气→相氧化法

                  用干⌒燥的氧气在923K-1023K进〖行气相氧化:

                  TiCl4+O2=TiO2+2Cl2[3]

                  硫酸法

                  首先用磨细的钛铁矿和硫眼中充滿了堅定酸(浓度≥80%,温度343K-353K)在不断通入空气并且搅拌的条件下反应,制得可溶性硫酸盐:

                  FeTiO3+H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2O

                  由于这一反应一股恐怖是放热的,反应剧烈时温度可达473K。

                  制取二氧化钛时,关键点一步是使钛液水解

                  TiOSO4+2H2O=TiO2·H2O↓+H2SO4

                  钛液的浓》度、酸度‘温度都会影响水解反应ω 的进行,浓度越小,酸度越小,温度越高,反应越容易发生。为@了升高温度,反应常常在加压的情况下进行,这样也可以使沉淀颗粒比】较紧密,让产品有更好的物理性能。[3]

                  制取二氧化钛时钛含量↑的测定

                  测定时首先往钛液中加铝片,把Ti(IV)还原为Ti3+,Ti3+的还原能力比Sn2+强,它可王恒和董海濤澀聲道以还原Fe3+。因此测定时用KSCN做指示剂,用标准Fe3+溶液滴定Ti3+的含量。滴定时,Fe3+离子稍微一过量,就∮生成血红色[FeSCN]2+,此ω 时到达滴定终点。[4]

                  防晒机理

                  按照波长的不同,紫外线分为短波区190~280nm、中波区280~320nm、长波区320~400nm。短波区紫外线能量最高,但在经过离臭氧层时被阻挡,因此,对人体伤害的一般是中波区和长波区紫外线。

                  二氧化钛的强抗紫外线能力是由于其具有高折光性和高♂光活性。其抗紫外线能力及其机理与其粒径有关:当粒径较大时,对紫外线的阻隔是以反射、散射为主,且々对中波区和长波区紫外线均有效。防晒机理是简单的遮盖,属一般的物理防晒,防晒能力较第二個名為紫瓊妖王弱;随着粒径的减小,光线能透过Ψ 二氧化钛的粒子面,对长波区╳紫外线的反射、散射性不明底細之后显,而对中波区紫外线的吸收性明显增强。其防晒机□理是吸收紫外线,主要吸收中波区◥紫外线。由此可见,二氧化钛对不同波长紫【外线的防晒机理不一样,对长波区紫外线的阻隔以散射为主,对中波区紫外线的阻隔以吸收为主。

                  纳米级二氧化钛由→于粒径小,活性大,既能反射、散射紫外玄仙线,又能吸收紫外线,从而对紫外线有更强的阻隔能力。

                  二氧化钛对紫外线的吸收机理可能是[2,4]:纳米二氧化钛的电子结构是由价▆电子带那九色光霧和空轨道形成的传导带构成的,当其受紫外线照ㄨ射时,比其禁带宽度(约为3.2eV)能量大的◤光线被吸收,使价带的电子激发至导带,结果使价电子带缺少电子而发生空穴,形成容易移动且活性▲极强的电子2空穴对。这样的电】子2空穴对一方面可以在发生各种氧化还原反应时相互之间又重新结合,以热量或产∏生荧光的形式释放能量,另一方面可离解成在晶格中自由№迁移到晶格表面或其它反应场所的▓自由空穴和自由电子,并立即被表面基团捕获。通常情况下二氧化钛会表面水活化产生表面羟基捕获自由空穴,形成羟∑基自由基,而游离的自由电子很快会与吸收态氧气结合产生超氧自由基,因而还会将周围的细↓菌与病毒杀死。可见,紫外线№照射、表面水活化程度及吸氧率是二氧化钛光活性的3个基本条▲件。正是由于纳米二氧化钛吸收紫外线后会产生自由基,从而会加速皮肤的老化,对皮肤造成危害。因此,在使用纳米二氧化钛作为防晒剂的时候,要从减弱或消除←3个基本条件入手,以烈火焚山减弱或根本消除其光活性,从而降低其危害性。[5]

                  应用领域

                  工业应用

                  二氧化钛是一种重要的「白色颜料和瓷器釉料。用于油漆、油墨、塑料、橡胶、造纸、化纤、水彩颜→料等行业。

                  二氧化钛是世界上最白的东西,1克二氧化钛可以把450多平方厘米的面积涂

                  得雪白。它比常用的白颜事情可以看出料一—锌钡白还要白5倍,因此是调制白油漆〓的最好颜料。世界上用作颜料的二氧化钛,一年多≡到几十万吨。二氧化【钛可以加在纸里,使纸变白并且不透明,效果比其他物质大10倍,因此,钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。

                  为了使塑運氣不好料的颜色变浅,使人造丝光泽柔和,有时也要添加二氧化钛。

                  在橡胶工业上,二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。

                  半导体二氧化钛的光化学性能已澹臺灝明朝澹臺洪烈神秘一笑使其可用于许多领域,如空气、水和流体★的净化。以碳或其ζ他杂原子掺杂的光催化剂也身上九色光芒再次閃爍而起可用于具有散射光源的密封空间或区域。用于建筑、人行石板、混凝土墙或屋顶瓦上的涂料中时,它们可以明显增加对空气中污染物如氮氧◤化物、芳烃和醛类的分解。

                  此外还广泛应用于生产防晒霜,无毒性,对人体无害。

                  超细二氧化钛具有优异紫外光■屏蔽性和透明性∞。被广泛用在化妆品、木器保护、食品包装塑料、耐久性家用薄膜、人造纤维和天然纤维、透明涂料中。在金属闪光涂料中的特殊光学效他可謂是清楚無比应,使之在高级轿车漆中得到重视和应用。

                  食品应用

                  美国食品药品管理局规定二氧化钛可以作为所有的食品白色素,最大的殺伐氣息使用量为1g/kg Sec. 73.575二氧化钛。色素添加剂二氧化钛可以安全用于一般着色食品中,服从下列规定:

                  (1) 二氧化钛的数量不超过食物重』量的1%。

                  (2) 按照法令的401条所公布的特殊标准,不得▅使用的着色食品,除非有类似的标准允许添加色素。

                  (3)对于着色食品看著,食用的色素添加剂二氧化钛可以含有适当的Ψ 稀释剂,作为安♀全的色素添加剂,如下:二氧化硅,作为⊙分散助剂,含量不超过2%。

                  产品适应:凉果类、果冻、油炸食品、可可制品、巧克力、巧克力制品、硬制糖果、抛光糖果、胶基糖果、膨化食品、糖果巧克力制品包衣、蛋黄酱、沙拉酱、果酱、固体饮料、魔芋凝胶食品提升等。

                  环境保护

                  净化空气

                  二氧化钛,作为光涂料颜料的催化剂,不仅是一种环境安全的清洁剂,而且可以起到节◎省能量还有保护环境资源的作用。

                  早期日⌒本和英国的科学家将二氧化钛涂覆在城市马路的铺路石表面,用以清洗路⊙面空气。二氧化钛可以与沥青混合,减少空气中的污染物。当汽车经过时,含二氧化钛的混凝土或沥青可以净化空气,消除车辆排放物中25%到45%的氮氧化物。将二氧化钛涂覆在話混凝土面上,其清洗空气的效果同样显著。

                  给地∞球降温

                  图为㊣ 电子显微镜下的二氧化钛

                  图为】电子显微镜下的二氧化钛

                  2012年5月,英国【科学家提出了一个大⊙胆设想,他们认为可通过向平流层喷洒足够的二氧化钛来反射太阳光,从而达到为地球降温的目的,这么做能够有效抵消因全球变暖而导致的各种不利气候因素。

                  由于二氧化钛能够有效∏反射太阳光的直射,并且其性㊣质稳定,具有良好的遮盖能力,如若喷洒在平流层能够长○期发挥作用。英国科学家提出,可利用高空气球将这一化学物质带入到平流层,然后进行释放,一旦二氧化钛均匀分布在地竟然高道了這種地步球平流层之后,能够有效反射太阳光,从而为地球降温。

                  英国咨形成了一個五色光環询公司戴维森科技的总裁、化学工程学家彼得·戴维森是这个项目的○负责人,他介绍称,只需要往地球平流█层运送300万吨的二氧〓化钛,就能够在地球平流层形成一层厚度为1毫米的保护层,而它能够起到的作用却是巨大的-足够抵消两倍当前大气中二☆氧化碳含♂量所导致的温室效应。

                  防晒化妆品

                  由于紫外线对人体有很大的危害性,发达国家近些□年来比较重视防晒产品的研究、开发,相继推出了多ζ 种多样的抗紫外纤维、塑料、薄膜、涂料,以及已經堪比冷光防晒膏霜、粉底、口红、摩丝、焗油膏等防晒化妆品。我国近年来也加大了防晒化装品的研究和【生产。

                  但以往防晒剂多總算是為霸王之道为二苯甲酮类、邻氨基苯甲酮类、水杨酸酯类、对氨基苯甲〖酸类、肉桂酸酯类等有机『化合物,因而不稳定◤、寿命短,并且副作用较大,具有一定的毒性和刺激性,如♂果添加过量,会■产生化学性过敏,甚至可能导致皮肤癌。而纳米二氧●化钛为无机成分,具有优异的化学稳定性、热稳定性及非々迁移性和较强的消色力、遮盖力,较低何林的腐蚀性,良好的易分散性,并且无毒、无味、无刺激性,使用安全,还▆兼有杀菌除臭的作用。更为重要∩的是,如前所述,纳米二氧化钛既能吸□收紫外线,又能发射、散射紫外线,因此抗紫外线的能力强,与同样剂量的有机抗紫外剂相比,它在紫外区的吸收峰更高;而直直且纳米二氧化钛对中波区和长波区紫外线均有阻隔作用,不象有机抗紫外剂只是ぷ单一对中波区或长波区▅紫外线有屏蔽作用。特别是由于一個閃身其颗粒较细,制成品透明度高,能透过可见光,加入化妆品使用时皮肤白度自然,克服了有的有机物或颜料是清水竟然沒有趁這個時候攻擊级二氧化钛不透明,使皮肤呈现不自那也同樣是隨手可滅然的苍白色的缺点。正因为如此,纳米二氧化钛很快被广泛重视并逐步取代一些有机抗↑紫外剂,成为当今防晒化妆品中性能优越一种物理屏蔽型抗紫外剂。

                  随着人们生活水平的提№高和国际竞争的加剧,安全、高效防晒型化妆』品的研究、开发力度将逐▅步加大。目前,发达国家的防晒型化妆品市场已显现出强大的生命力。1999-2000年,美国的年销售额已分别达7.37、7.65亿美元,英国达2.45、2.70亿美元,而且近年来分别以20%、10%以上的速度增长,其中纳米二氧化钛的用量也逐年大幅度增长。日本抗紫外化妆品中纳米二氧化钛的年需求量在√1000t以上,纺织、塑料、橡胶制品中的用量更大↓。

                  从防晒化妆品的发展趋势来看,一是无机防晒剂代替※有机防晒剂,二是仿生防晒。后者成字典里本较大,目前难以推广,前者价格适中,且防晒性能优◇越,因而被普遍看好。尤其是纳米二卐氧化钛,由于具有较为优越的性能和应用前景,因而发展↑势头和市场潜力较好。[5]

                  分级

                  Ⅰ类:二氧化钛干磨和未处理▽,Ⅰ类二氧化ω 钛具有低表面积和低吸油值。

                  Ⅱ类:为Ⅰ类二氧化钛经过处理眼神之中竟然出現了一絲恍惚,并进行湿法研磨,去除大颗粒,并用4%量的硅-铝包覆,它具有最△低表面积和最低吸油值。

                  Ⅲ类:为典型ξ 的超细包覆级,并有有机包覆得掠取大量。

                  Ⅳ类:大包覆量,又可分为Ⅳa和Ⅳb,其包覆量在5~10%之间。Ⅳb主要应用添加量高ξ的二氧化钛中,因其不透明︾性优于Ⅳa。

                  性能

                  金红石型◥在高能(较短波长)吸收辐射能较锐钛型大,换句话说,对于金红石型钛白粉,在具有很强杀伤力〗的UV-波长段内(350-400nm),它对紫外线的反射率要远远低于锐钛型钛白粉,在这种情况下,它对周□ 围的成膜物、树脂等身◆上所要分担的紫外光线就要少得多,那么这些有机物的使用寿命就长,这就是说,为什么通常所说的金△红石型钛白粉的耐候性要比锐钛矿型好之原因所在。

                  风险术语

                  R20/21/22 Harmful by inhalation, in contact with skin and if swallowed.

                  吸入、皮肤接触及ζ 吞食有害。

                  R36/37/38 Irritating to eyes, respiratory system and skin.

                  刺激眼睛、呼吸系消息统和皮肤。

                  安全术语

                  S26 In case of contact with eyes, rinse immediately with plenty of water and seek medical advice.

                  不慎与眼睛接触后,请立即用大量清水冲ζ洗并征求医生意见。

                  S36 Wear suitable protective clothing.

                  穿戴适当的防护★服。

                  参考资料

                  1.

                  武汉大学,吉林大学也不是這么簡單吧编;宋天佑,曹锡章,王杏◢桥修订 .无机化学.北京:高等①教育出版社,1994年4月第三版:937,938

                  2.

                  二氧化钛表面改性研究现状  .中国粉体技术◤网.2014-07-02[引用日期2016-05-31]

                  3.

                  武汉大学,吉林大学编;宋天佑,曹锡章,王杏桥修订 .无机化学.北京:高等教育出版社,1994年4月第三版:936

                  4.

                  武汉大学,吉林大学编;宋天佑,曹锡章,王杏桥修订 .无机化学.北京:高等教育出版社,1994年4月第三版:937

                  5.

                  徐存英,段云彪.纳米二氧化钛在防晒ζ 化妆品中的应用偏[J].云南化工.2004,,31,(3):36-38.

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