دی‌اکسید تیتانیوم

(به انگلیسی: Titanium dioxide) همچنین به عنوان تیتانیوم(۴) اکسید یا تیتانیا شناخته شده، پدیداریِ طبیعی اکسیدتیتانیوم است با فرمول شیمیایی TiO₂. هنگامی که به عنوان رنگدانه استفاده می‌شود، به نام‌های تیتانیوم سفید، رنگدانه سفید۶ (PW6)، یا CI 77891 خوانده می‌شود.

روش تولید

روش تولید بستگی به ماده اولیه خام دارد. رایج‌ترین روش برای تولید دی‌اکسید تیتانیوم با بهره‌گیری از ایلمنیت معدنی میسر می‌شود. ایلمنیت با سولفوریک اسید مخلوط می‌شود. این واکنش برای حذف گروه اکسید آهن در ایلمنیت انجام می‌شود. محصول جانبیِ آهن(II) سولفات تنها برای تولید شدن نمک تیتانیوم در محلول گوارشی، متبلور و فیلتر می‌شود. این محصول روتیل مصنوعی خوانده می‌شود. فرایندهای مشابه بیشتری برای رسیدن به محصول دی‌اکسید تیتانیوم روی روتیل انجام می‌شود. روتیل مصنوعی و تفاله‌های (سرباره) تیتانیوم به ویژه برای تولید دی‌اکسید تیتانیوم ساخته می‌شوند. استفاده از سنگ ایلمنیت معمولاً تنها برای تولید دی‌اکسید تیتانیوم رنگدانه است. روش دیگر برای تولید روتیل مصنوعی از ایلمنیت با بهره‌گیری از فرایند بچر (en:Becher process) است.

روتیل دومین شن و ماسه معدنی فراوان است. روتیل موجود در سنگ اولیه را نمی‌توان استخراج کرد از این رو ته‌نشین حاوی شن و ماسه روتیل می‌تواند استخراج شود و این به معنی کاهش دسترسی به سنگ معدن غلظت بالا است. دی‌اکسید تیتانیوم خام (به شکل روتیل یا روتیل مصنوعی) از طریق تبدیل به تتراکلرید تیتانیم در فرایند کلرید (en:Chloride process) خالص‌سازی می‌شود. در این فرایند، سنگ خام (حاوی حداقل ۷۰ درصد TiO₂) با کربن خرد و با کلر اکسیده می‌شود برای به دست آمدن تتراکلرید تیتانیم؛ به عنوان مثال، کلر زنی در کربوگرمایی. این تتراکلرید تیتانیم تقطیر و مجدداً اکسیده می‌شود در شعله اکسیژن خالص یا پلاسما در دمای ۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰ کلوین برای نتیجه دادنِ دی‌اکسید تیتانیوم خالص در حالی که کلر نیز بازسازی می‌شود. کلرید آلومینیوم اغلب به عنوان یک پروموتورِ روتیل به فرایند اضافه می‌شود؛ این محصول در غیاب آن عمدتاً آناتاز است. مواد خام ارجح برای فرایند کلرید، روتیل طبیعی است به دلیل محتوای دی‌اکسید تیتانیوم بالای آن.

یک روش برای تولید دی‌اکسید تیتانیوم با دخالت فناوری نانو، سنتز محلول گرمایی (en:Solvothermal synthesis) است.

کاربرد

مهم‌ترین حوزه‌های کاربرد دی‌اکسید تیتانیوم رنگ، لاک الکل (لعاب)، کاغذ و پلاستیک هستند، 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، کاتالیزورها، هادی برق و واسطه‌های شیمیایی. همچنین در بسیاری از آب نبات‌های قرمز رنگ وجود دارد.

کاربرد:

– دی‌اکسید تیتانیوم در محلول یا سوسپانسیون می‌تواند استفاده شود برای شکافتن پروتئینی که حاوی اسید آمینه پرولین است در مکانی که در آن پرولین موجود باشد.

– همچنین دی‌اکسید تیتانیوم به عنوان یک ماده در ممریستور استفاده می‌شود، یک المان الکترونیکی جدید در مدار (en:Electrical element). می‌تواند برای تبدیل انرژی خورشیدی بر اساس رزانه، پلیمر، یا در نقطه کوانتومیِ سلول خورشیدی نانوبلورِ (en:Nanocrystal) حساس شده TiO₂ که از پلیمر ترکیبی (en:Conjugated system) به عنوان الکترولیتِ جامد استفاده شود که بسیاری از این دست نتایج با بررسی مواد فلزی با پایه فلز اسمیم و روتنیم رخ داده‌است.

– TiO₂ پتانسیل استفاده به عنوان هادی مختلط (en:Mixed conductor) را دارد به دلیل ترکیب یونی قوی و رسانای الکتریکیِ الکترون‌های آن و همچنین مواد هادی مختلط پیش نیازی برای پدیده‌های سینتیک (en:Electrokinetic phenomena) هستند.

– فیلم‌ها (لایه‌های نازک) و بلورهای تک کریستال TiO₂ به عنوان یک نیم‌رسانا استفاده می‌شود و همچنین در حالت دی‌بی‌آرِ آینه‌های مستقیم (en:Dielectric mirror) به خاطر ضریب شکستِ بالای TiO₂ استفاده دارد.