Titaanioksidi (IV). | |
---|---|
Kenraali | |
Systemaattinen nimi |
Titaanidioksidi |
Chem. kaava | TiO2_ _ |
Fyysiset ominaisuudet | |
Osavaltio | kiinteä |
Moolimassa | 79,866 g/ mol |
Tiheys |
(R) 4,235 g/cm³ (A) 4,05 g/cm³ (B) 4,1 g/cm³ |
Lämpöominaisuudet | |
Lämpötila | |
• sulaminen | 1843 °C |
• kiehuva | 2972 °C |
• hajoaminen | 2900 °C |
Höyryn paine | 0 ± 1 mmHg [yksi] |
Luokitus | |
Reg. CAS-numero | 13463-67-7 |
PubChem | 26042 |
Reg. EINECS-numero | 236-675-5 |
Hymyilee | O=[Ti]=O |
InChI | InChI = 1S/2O.TiGWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N |
Codex Alimentarius | E171 |
RTECS | XR2775000 |
CHEBI | 32234 |
ChemSpider | 24256 |
Turvallisuus | |
NFPA 704 | 0 yksi 0 |
Tiedot perustuvat standardiolosuhteisiin (25 °C, 100 kPa), ellei toisin mainita. | |
Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa |
Titaani (IV ) oksidi ( titaanidioksidi , titaanidioksidi , titaanivalkoinen , elintarvikeväri E171 ) TiO 2 - neliarvoisen titaanin amfoteerinen oksidi . Se on titaaniteollisuuden päätuote (vain noin 5 % titaanimalmista käytetään puhtaan titaanin valmistukseen) [2] .
Titaanioksidia on useiden muunnelmien muodossa. Luonnossa on kiteitä, joissa on tetragonaalinen järjestelmä ( anataasi , rutiili ) ja rombinen järjestelmä ( brokiitti ). Kaksi muuta korkeapainemuunnelmaa saatiin keinotekoisesti - rombinen IV ja kuusikulmainen V.
Muutos/parametri | Rutiili | Anataz | Brookite | Rombinen IV | Kuusikulmainen V | |
---|---|---|---|---|---|---|
Alkuhilan parametrit, nm | a | 0,45929 | 0,3785 | 0,51447 | 0,4531 | 0,922 |
b | — | — | 0,9184 | 0,5498 | — | |
c | 0,29591 | 0,9486 | 0,5145 | 0,4900 | 0,5685 | |
Kaavan yksiköiden lukumäärä solussa | 2 | neljä | kahdeksan | |||
avaruusryhmä | P4/mnm | I4/amd | Pbca | Pbcn |
Kuumennettaessa sekä anataasi että brookiitti muuttuvat palautumattomasti rutiiliksi (siirtymälämpötilat ovat 400–1000 °C ja vastaavasti noin 750 °C). Näiden modifikaatioiden rakenteet perustuvat TiO 6 -oktaedriin , eli jokaista Ti 4+ - ionia ympäröi kuusi O 2 - ionia ja jokaista O 2 - ionia ympäröi kolme Ti 4+ - ionia .
Oktaedrit on järjestetty siten, että jokainen happi -ioni kuuluu kolmeen oktaedriin. Anataasissa on 4 yhteistä reunaa oktaedria kohti, rutiilissa - 2.
Puhtaassa muodossaan sitä esiintyy luonnossa mineraalien muodossa rutiili , anataasi ja brookiitti (rakenteessa kahdella ensimmäisellä on tetragonaalinen järjestelmä ja viimeisellä rombinen järjestelmä), joista suurin osa on rutiilia.
Maailman kolmanneksi suurin rutiiliesiintymä sijaitsee Tambovin alueen Rasskazovskin alueella . Suuret esiintymät sijaitsevat myös Chilessä (Cerro Bianco), Kanadan Quebecin maakunnassa , Sierra Leonessa .
Puhdas titaanidioksidi - värittömiä kiteitä (muuttuvat keltaisiksi kuumennettaessa). Teknisiin tarkoituksiin sitä käytetään murskatussa tilassa, joka edustaa valkoista jauhetta. Ei liukene veteen ja laimeaan mineraalihappoon (lukuun ottamatta fluorivetyhappoa ).
Muiden muunnelmien sulamis-, kiehumis- ja hajoamislämpötiloja ei ole ilmoitettu, koska ne menevät rutiilimuotoon kuumennettaessa (katso yllä ).
Muokkaus | Lämpötilaväli, K | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
298-500 | 298-600 | 298-700 | 298-800 | 298-900 | 298-1000 | |
rutiili | 60,71 | 62,39 | 63,76 | 64,92 | 65,95 | 66,89 |
anataasi | 63.21 | 65.18 | 66,59 | 67,64 | 68,47 | 69.12 |
Muokkaus | ΔH° f, 298 , kJ/mol [7] | S° 298 , J/mol/K [8] | ΔG° f, 298 , kJ/mol [9] | C° p, 298 , J/mol/K [10] | ΔH neliö , kJ/mol [11] |
---|---|---|---|---|---|
rutiili | -944,75 (-943,9 [4] ) | 50,33 | -889,49 (-888,6 [4] ) | 55,04 (55,02 [4] ) | 67 |
anataasi | -933,03 (938,6 [4] ) | 49,92 | -877,65 (-888,3 [4] ) | 55,21 (55,48 [4] ) | 58 |
Ionien tiheämmän pakkauksen ansiosta rutiilikiteessä niiden keskinäinen vetovoima lisääntyy, fotokemiallinen aktiivisuus vähenee, kovuus (hankaavuus), taitekerroin kasvaa (2,55 anataasi ja 2,7 rutiili), dielektrisyysvakio .
Titaanidioksidi on amfoteeristä , eli sillä on sekä emäksisiä että happamia ominaisuuksia (vaikka se reagoi pääasiassa väkevien happojen kanssa).
Se liukenee hitaasti väkevään rikkihappoon muodostaen vastaavia neliarvoisia titaanisuoloja:
Kun sulatetaan oksideihin, muodostuu hydroksideja, karbonaatteja, titanaatteja - titaanihapon suoloja (amfoteerinen titaanihydroksidi TiO (OH) 2 )
Vetyperoksidilla saadaan ortotitaanihappoa : _
Ammoniakilla kuumennettaessa se tuottaa titaaninitridiä :
Kuumennettaessa se pelkistyy hiilen ja aktiivisten metallien ( Mg , Ca , Na ) vaikutuksesta alentaakseen oksideja.
Kuumennettaessa kloorilla pelkistysaineiden (hiilen) läsnä ollessa, muodostuu titaanitetrakloridia .
Kuumentaminen 2200 °C:seen johtaa ensin hapen poistumiseen, jolloin muodostuu sinistä Ti 3 O 5 (eli TiO 2 Ti 2 O 3 ) ja sitten tumman purppuraista Ti 2 O 3 .
Hydratoitu dioksidi TiO 2 n H 2 O [titaani(IV)hydroksidi, titaanioksohydraatti, titaanioksohydroksidi] voi valmistusolosuhteista riippuen sisältää vaihtelevia määriä Ti-sidottuja OH-ryhmiä, rakennevettä, happamia jäämiä ja adsorboituja kationeja. Juuri saostettu kylmässä saatu TiO 2 n H 2 O liukenee helposti laimeisiin mineraali- ja vahvoihin orgaanisiin happoihin, mutta lähes liukenematon alkaliliuoksiin. Peptisoituu helposti ja muodostuu stabiileja kolloidisia liuoksia .
Ilmassa kuivattuna se muodostaa tilavan valkoisen jauheen, jonka tiheys on 2,6 g / cm³, ja se lähestyy koostumukseltaan kaavaa TiO 2 2H 2 O (ortotaanihappo). Kuumennettaessa ja kuivattaessa pitkään tyhjiössä se dehydratoituu vähitellen ja lähestyy koostumukseltaan kaavaa TiO 2 H 2 O (metatitaanihappo). Tämän koostumuksen saostumia saadaan saostettaessa kuumista liuoksista, metallisen titaanin vuorovaikutuksessa HNO 3 :n kanssa jne. Niiden tiheys on ~ 3,2 g/cm³ tai suurempi. Ne eivät käytännössä liukene laimeisiin happoihin, ne eivät pysty peptisoitumaan.
Sakan ikääntyessä TiO 2 n H 2 O muuttuu vähitellen vedettömäksi dioksidiksi, joka säilyttää adsorboituneet kationit ja anionit sitoutuneessa tilassa. Vanhenemista kiihdytetään keittämällä suspensio vedellä. Vanhenemisen aikana muodostuvan TiO 2 :n rakenteen määräävät laskeumaolosuhteet. Ammoniakkisaostus kloorivetyhappoliuoksista pH:ssa < 2 tuottaa näytteitä, joilla on rutiilirakenne, pH:ssa 2–5 anataasirakenteella ja alkalisesta väliaineesta, röntgenamorfinen. Rutiilirakenteisia tuotteita ei muodosteta sulfaattiliuoksista.
Lisäksi se pystyy ultraviolettisäteiden vaikutuksesta hajottamaan vettä ja orgaanisia yhdisteitä.
YK-rekisterinumero - UN2546
HengitettynäTLV (suurin sallittu pitoisuus): TWA:na (aikapainotettu keskimääräinen pitoisuus, USA) - 10 mg/m³ A4 (ACGIH 2001).
MPC työalueen ilmassa - 10 mg / m³ (1998)
IARC (IARC) luokittelee titaanioksidin ryhmään 2B (mahdollisesti syöpää aiheuttava), jos nanopartikkeleita hengitetään [12] .
Ravintolisänä E171E171 (Titanium Oxide) elintarviketurvallisuusluokitukset EFSA :lta (Euroopan elintarviketurvallisuusviranomainen): hyväksytty elintarvikekäyttöön vuoteen 2022 asti direktiivillä 94/36/ETY (erillisissä muodoissa) [13] , ADI ei vahvistettu, MoS 2250 mg/kg [14 ] .
2010-luvun lopulla ilmestyi useita INRA-julkaisuja titaanioksidin tutkimuksesta hiirillä tai pienellä määrällä potilaita. EFSA-virasto lähetti useita kysymyksiä artikkelien tekijöille [15] eikä löytänyt syytä arvioida riskejä uudelleen näiden julkaisujen perusteella, vuoden 2016 lausunto on edelleen voimassa [16] [17] .
Yhdysvalloissa FDA :n mukaan elintarvikelisäaineen E171 (Titanium Oxide) käyttö on sallittu elintarvikkeissa (enintään 1 painoprosentti), kosmetiikassa, lääkkeiden koostumuksessa [18 ] , mikä on vahvistettu CFR:n osastolla 21 (elintarvikkeet ja lääkkeet). ) Luku I Alaluku A Osa 73 (SERTIFIOINTISTA VAPAUTETTUJEN VÄRILISÄAINEIDEN LUETTELO) - § 73.575 Titaanidioksidi. [19]
Kielletty Ranskassa vuodesta 2020 [20] . Vuonna 2021 Euroopan elintarviketurvallisuusviranomainen päätti, että nanohiukkasia koskevien uusien tietojen vuoksi titaanidioksidia "ei voida enää pitää turvallisena elintarvikelisäaineena", sen genotoksisuutta , joka voi johtaa syöpää aiheuttaviin vaikutuksiin, ei voida jättää huomiotta ja "turvallinen tämän ravintolisän päivittäistä saantia ei voida määrittää." Euroopan terveyskomissaari on ilmoittanut suunnitelmistaan kieltää sen käyttö Euroopan unionissa [21]
Rospotrebnadzorin mukaan elintarvikelisäaine E171 on hyväksytty käytettäväksi Venäjällä [22]
Maailman titaanidioksidin tuotanto oli vuoden 2004 lopussa noin 5 miljoonaa tonnia [23] .
Tärkeimmät titaanidioksidin tuottajat ja viejät:
Viime vuosina titaanidioksidin tuotanto Kiinassa on kasvanut erittäin nopeasti .
Sumy State Institute of Mineral Fertilizers and Pigments (MINDIP) kiinnittää tutkimustyössään erityistä huomiota titaanioksidin (IV) tuotantoteknologioihin sulfaattimenetelmällä: tutkimukseen, uusien tuotemerkkien kehittämiseen, teknologian ja prosessilaitteiden modernisointiin.
On olemassa kaksi pääasiallista teollista menetelmää TiO 2 : n saamiseksi: ilmeniitistä (FeTiO 3 ) rikasteesta ja titaanitetrakloridista . Koska ilmeniittivarat eivät selvästikään riitä teollisuuden tarpeisiin, merkittävä osa TiO 2 :sta valmistetaan titaanitetrakloridista.
Ensimmäinen titaanivalkoisen tuotantolaitos luonnollisesta titaanimineraalista ilmeniitistä FeTiO 3 rakennettiin Norjaan vuonna 1918, mutta ensimmäiset teolliset valkoiset erät olivat rautayhdisteiden epäpuhtauksien vuoksi keltaisia ja soveltuivat huonosti maalaukseen , joten valkoinen titaani valkoinen oli todella käytetty taiteilija vain 1922-1925. On syytä huomauttaa , että vuoteen 1925 asti oli saatavilla vain bariittiin tai kalsiittiin perustuvia komposiittititaanipigmenttejä .
1940-luvulle asti titaanidioksidia tuotettiin tetragonaalisen järjestelmän kiteisessä modifikaatiossa - anataasi (β-TiO 2 ) , jonka taitekerroin oli ~2,5
Tuotantotekniikka koostuu kolmesta vaiheesta:
Vuosina 1938-1939. valmistusmenetelmä on muuttunut - on ilmestynyt ns. kloorimenetelmä valkoisen valmistamiseksi titaanitetrakloridista , jonka ansiosta titaanivalkoinen alkoi muodostua rutiilin kiteisessä muunnelmassa (α-TiO 2 ) - myös tetragonaalinen syngonia , mutta joilla on erilaiset hilaparametrit ja hieman korkeampi taitekerroin verrattuna anataasiin 2.61.
On olemassa kolme päämenetelmää titaanidioksidin saamiseksi sen tetrakloridista:
Titaanidioksidin tärkeimmät sovellukset:
2001 | 2002 | 2003 | 2004 | |
---|---|---|---|---|
Amerikka | 1730 | 1730 | 1730 | 1680 |
Länsi-Eurooppa | 1440 | 1470 | 1480 | 1480 |
Japani | 340 | 340 | 320 | 320 |
Australia | 180 | 200 | 200 | 200 |
Muut maat | 690 | 740 | 1200 | 1400 |
Kaikki yhteensä | 4380 | 4480 | 4930 | 5080 |
Muita käyttökohteita ovat kumituotteiden valmistuksessa, lasiteollisuudessa (lämmönkestävä ja optinen lasi), tulenkestävänä aineena ( hitsauselektrodien ja muottipinnoitteiden pinnoitus), kosmetiikassa (saippua jne.), farmakologisessa teollisuudessa pigmentti ja täyteaine joillekin annosmuodoille ( tabletit jne.), elintarviketeollisuudessa ( elintarvikelisäaine E171 ) [27] .
Käytetään ilmanpuhdistusprosesseissa fotokatalyysillä .
Titaanidioksidin käyttöä valokemiallisissa akuissa tutkitaan parhaillaan - Grätzel-kennoja , joissa titaanidioksidi, joka on puolijohde, jonka kaistaväli on leveä 3-3,2 eV (kiteisestä faasista riippuen) ja kehittynyt pinta, herkistetään orgaaniset väriaineet [28] .
EU otti 7.2.2022 käyttöön titaanidioksidin (E171) käyttökiellon elintarviketeollisuudessa. Siirtymäkausi kestää 6 kuukautta. Titaanidioksidin käyttö lääketeollisuudessa jatkuu toistaiseksi vaihtoehtoisten aineiden puutteen vuoksi. [29]
Titaanidioksidin hinnat vaihtelevat puhtausasteen ja merkin mukaan. Näin ollen erityisen puhdas (99,999 %) titaanidioksidi rutiili- ja anataasimuodossa maksoi syyskuussa 2006 0,5-1 dollaria grammalta (riippuen oston koosta) ja tekninen titaanidioksidi - 2,2-4,8 dollaria grammaa kohden kilogrammaa riippuen merkki ja ostomäärä.
Sanakirjat ja tietosanakirjat | |
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |
|
Ravintolisät | |
---|---|
|