1.Tìm hiểu về titanium dioxide – một chất màu trắng sáng có nhiều ứng dụng trong cuộc sống

Titan dioxit hay titanium dioxide (TiO2) là một chất màu trắng sáng được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại sản phẩm thông dụng như sơn, nhựa, giấy, dược phẩm, kem chống nắng và thực phẩm. Nó còn có tên gọi khác là titan (IV) oxit hay titania. Nó là một hợp chất vô cơ không độc hại, không phản ứng và phát sáng, giúp nâng cao độ trắng và độ sáng của nhiều vật liệu một cách an toàn. Ngoài ra, nó còn có một số tính chất đặc biệt khiến nó trở thành một thành phần quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

2. Titan dioxit là gì?

Titanium dioxiide hay titan dioxit (TiO2) là một chất màu trắng sáng được sử dụng chủ yếu làm chất tạo màu sống động trong nhiều loại sản phẩm thông thường. Nó cũng có một số ưu điểm ít được biết đến khiến nó trở thành một thành phần cực kỳ hữu ích và quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu và ngăn ngừa ung thư da của chúng ta.

Titanium dioxide là một hợp chất vô cơ màu trắng, đã được sử dụng khoảng 100 năm trong một số lượng lớn các sản phẩm đa dạng. Nó phụ thuộc vào các đặc tính không độc hại, không phản ứng và phát sáng, giúp nâng cao độ trắng và độ sáng của nhiều vật liệu một cách an toàn.

Nó là màu tắng nhất và sáng nhất trong số các sắc tố đã biết, với chất lượng phản chiếu nó cũng có thể tán xạ và hấp thụ tia UV.

3. Cấu trúc và tính chất của titan dioxit

Titanium dioxide có công thức hóa học là TiO2, có nghĩa là nó bao gồm một nguyên tử titan và hai nguyên tử oxy. Nó có số đăng ký CAS là 13463-67-7. Nó có ba dạng tinh thể chính là rutil, anatáz và brookit. Rutil là dạng phổ biến nhất và ổn định nhất, có cấu trúc tinh thể lập phương. Anatáz và brookit có cấu trúc tinh thể khác nhau và ít ổn định hơn rutil.

Titan dioxit có nhiệt độ nóng chảy cực cao là 1843°C và nhiệt độ sôi là 2972°C. Nó không tan trong nước và hầu hết các dung môi thông thường. Nó có chỉ số khúc xạ rất cao, cao hơn cả kim cương. Điều này làm cho nó trở thành một chất rất sáng và có khả năng tán xạ ánh sáng hiệu quả. Nó cũng có khả năng hấp thụ tia cực tím (UV), do đó được sử dụng để bảo vệ da khỏi các tia UV gây hại.

Một tính chất quan trọng khác của titan dioxit là nó có hoạt tính quang xúc tác dưới ánh sáng UV. Điều này có nghĩa là nó có thể phân hủy các chất ô nhiễm trong không khí hoặc nước khi tiếp xúc với ánh sáng UV. Đây là một tính chất hữu ích cho các ứng dụng liên quan đến thanh lọc môi trường, lớp phủ bảo vệ, bề mặt khử trùng và điều trị ung thư.

4. Ngành công nghiệp sử dụng titanium dioxide

Titanium dioxide được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp khác nhau nhờ vào các tính chất của nó. Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu của titan dioxit:

• Sơn: Titan dioxit được sử dụng làm chất tạo màu trắng cho các loại sơn khác nhau. Nó giúp tăng độ che phủ, độ bền màu, độ bám dính và độ bên của lớp sơn. Ngoài ra nó còn giúp giảm lượng dung môi cần thiết để pha loãng sơn, do đó tiết kiệm chi phí và giảm ô nhiễm.
• Nhựa: Titan dioxit được sử dụng để tăng độ trắng và độ bền của các sản phẩm nhựa như chai lọ, túi xách, đồ chơi và thiết bị y tế. Nó cũng giúp cải thiện khả năng chịu va đâp, chịu nhiệt và chống lão hóa của nhựa.
• Giấy: Titan dioxit được sử dụng để tăng độ trắng và độ bóng của giấy. Nó cũng giúp giảm lượng xơ gỗ cần thiết để sản xuất giấy, do đó tiết kiệm nguyên liệu và giảm chi phí.
• Dược phẩm: Titan dioxit được sử dụng để tạo màu trắng cho các loại thuốc viên hoặc kem. Nó cũng giúp bảo vệ các thành phần hoạt tính của thuốc khỏi ánh sáng UV gây hại.
• Kem chống nắng: Titan dioxit được sử dụng để tạo lớp phủ bảo vệ cho da khi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời. Nó có khả năng hấp thụ tia UV gây ung thư da và gây lão hóa da. Ngoài ra, nó còn không gây kích ứng da hay gây dị ứng.
• Thực phẩm: Titan dioxit được sử dụng để tạo màu trắng cho các loại thực phẩm như kẹo, kem, bánh quy và sữa chua. Nó được liệt kê là chất tạo màu E171 trong danh sách các phụ gia thực phẩm của liên minh Châu Âu.

5. Lợi ích môi trường

Do các tính chất khác nhau của nó, titan đioxit đã được chứng minh là hữu ích cho nhiều ứng dụng thân thiện với môi trường khác nhau. Khi được sử dụng trong lớp sơn phủ bên ngoài các toàn nhà ở vùng khí hậu nhiệt đới và ấm áp, chất lượng phản chiếu ánh sáng của TiO2 có thể dẫn đến tiết kiệm năng lượng đáng kể, vì nó làm giảm nhu cầu điều hòa không khí.

Ngoài ra, tính không trong suốt của nó có nghĩa là nó không cần phải được sơn hai lớp dày, giúp cải thiện hiệu quả sử dụng tài nguyên và tránh lãng phí. Là một chất xúc tác quang TiO2 có thể được thêm vào sơn, xi măng, cửa sổ và gạch để phân hủy các chất ô nhiễm môi trường. Là một vật liệu nano. Nó cũng có thể được sử dụng làm chất xúc tác DeNOx quan trọng trong hệ thống khí thải của ôto, xe tải và nhà máy điện, do đó giảm thiểu tác động môi trường của chúng.

Các nhà nghiên cứu đang khám phá những cách sử dụng tiềm năng mới cho titan đioxit ở dạng này. Bao gồm sản xuất năng lượng sạch. Là một chất xúc tác quang học, người ta cũng chứng minh rằng TiO2 có thể thực hiện quá trình thủy phân (phân hủy nước thành hydro và oxy) và hydro thu được có thể được sử dụng làm nhiên liệu.

Ngoài ra, một loại pin năng lượng mặt trời có sẵn để sử dụng được gọi là tế bào Grätzel sử dụng nano titan dioxit để tạo ra năng lượng mặt trời trong một quá trình tương tự như quá trình quang hợp ở thực vật.

6. Các tính chất vật lý của titanium dioxide là gì?

Titanium dioxide có một số đặc điểm độc đáo làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau. Nó có nhiệt độ nóng chảy cực cao là 1 843ºC và nhiệt độ sôi là 2 972ºC, do đó tồn tại tự nhiên dưới dạng chất rắn và ngay cả ở dạng hạt, nó cũng không hòa tan trong nước. TiO2 cũng là một chất cách điện.

TiO2 hấp thụ tia cực tím, đặc tính này làm cho nó có màu trắng sáng dưới ánh sáng, không giống như các vật liệu màu trắng khác có thể trông hơi vàng. Điều quan trọng, TiO2 cũng có chỉ số khúc xạ (khả năng tán xạ ánh sáng) rất cao, thậm chí cao hơn cả kim cương. Điều này làm cho nó trở thành một chất cực kỳ sáng và là vật liệu lý tưởng để sử dụng trong thiết kế thẩm mỹ.

Một tính chất quan trọng khác của TiO2 là nó có thể thể hiện hoạt tính quang xúc tác dưới ánh sáng tia cực tím. Điều này làm cho nó hiệu quả trong việc thanh lọc môi trường, đối với các loại lớp phủ bảo vệ khác nhau, các bề mặt khử trùng và chống sương mù, và thậm chí trong điều trị ung thư.

• Độ sáng, độ bền màu, độ mờ và ánh ngọc trai không giống bất kỳ chất nào khác.
• Khả năng chịu nhiệt, ánh sáng và thời tiết giúp ngăn chặn sự xuống cấp của sơn và lớp màng cũng như độ giòn của nhựa.
• Khả năng phân tán và hấp thụ bức xạ UV làm cho TiO2. Trở thành một phần quan trọng trong kem chống nắng. Bảo vệ da khỏi các tia UV có hại, gây ưng thư.
• Được sử dụng làm chất xúc tác quang trong các tấm pin mặt trời. Và cũng có thể làm giảm các chất ô nhiễm trong không khí.

7. Các dạng titan dioxit khác nhau

TiO2 sở hữu những tính chất khác nhau. Tùy thuộc vào việc nó được sản xuất dưới dạng bột màu hay vật liệu nano. Cả hai dạng đều không vị, không mùi và không hòa tan.

Các hạt Pigmentary TiO2 có kích thước khoảng 200-350nm và dạng này chiếm 98% tổng sản lượng. Nó được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng tán xạ ánh sáng và độ mờ bề mặt. Nó được sử dụng làm lớp nền cho các loại sơn màu khác nhau hoặc như một màu trắng riêng biệt.

TiO2 bao gồm các hạt sơ cấp có kích thước nhỏ hơn 100nm. Ở loại này, titan dioxit trong suốt (không màu) và có các đặc tính hấp thụ. Và tán xạ tia cực tím được cải thiện so với TiO2 sắc tố có kích thước hạt lớn hơn.

8. Titanium dioxide được làm bằng gì?

Titan là một trong những kim loại phổ biến nhất trên trái đất. Nhưng nó không xuất hiện tự nhiên ở dạng nguyên tố này. TiO2 còn được gọi là oxit titan (IV) hoặc titania là hợp chất tự nhiên. Được tạo ra khi titan phản ứng với oxy trong không khí. Là một oxit titan được tìm thấy trong các khoáng chất trong vỏ trái đất. Nó cũng được tìm thấy với các nguyên tố khác, bao gồm canxi và sắt.

Công thức hóa học của nó là TiO2 có nghĩa là nó bao gồm một nguyên tử titan và hai nguyên tử oxy. Nó có số đăng ký CAS (Chemical Abstracts Service) là 13463-67-7.

TiO2 thường được coi là trơ về mặt hóa học. Nghĩa là nó không phản ứng với các hóa chất khác và do đó nó là một chất ổn định. Có thể được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau và cho nhiều ứng dụng khác nhau.

9. Titanium dioxide đến từ đâu?

Bản thân TiO2 lần đầu tiên được đặt tên chính thức. Và được tạo ra trong phòng thí nghiệm vào cuối năm 1800. Nó không được sản xuất hàng loạt cho đến đầu thế kỷ 20. Khi nó bắt đầu được sử dụng như một chất thay thế an toàn hơn cho các sắc tố trắng khác.

Nguyên tố titan và hợp chất TiO2 được tìm thấy trên khắp thế giới. Liên kết với các nguyên tố khác như sắt, trong một số loại đá và cát khoáng (bao gồm một thành phần của một số loại cát bãi biển). Titan thường xuất hiện dưới dạng khoáng chất ilmenit (một loại khoáng chất oxit sắt-titan). Và đôi khi là khoáng chất rutil, một dạng TiO2. Các hợp chất phân tử trơ này phải được tách ra. Thông qua một quá trình hóa học để tạo ra TiO2 tinh khiết.

10. Phương pháp sản xuất titanium dioxit

Titan dioxit được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu chứa titan như quặng ilmenit, quặng rutil hoặc xỉ titan. Có hai phương pháp chính được sử dụng để sản xuất titan dioxit tinh khiết. Quy trình sunfat và quy trình clorua.

• Quy trình sunfat: Phương pháp này dựa trên việc xử lý các nguồn nguyên liệu chứa titan. Bằng axit sunfuric đặc nóng để tạo ra sunfat titan. Sunfat titan sau đó được thủy phân bằng nước để tạo ra titan dioxit kết tủa. Titan dioxit kết tủa sau đó được rửa sạch, sấy khô và nghiền nhỏ để tạo ra bột màu trắng. Quy trình sunfat có thể sử dụng được nhiều loại nguồn nguyên liệu khác nhau. Và có thể sản xuất được cả hai dạng rutil và anatáz của titan dioxit. Tuy nhiên, quy trình này cũng có nhược điểm là tiêu hao năng lượng. Tạo ra nhiều chất thải axit và có chi phí cao hơn so với quy trình clorua.
• Quy trình clorua: Phương pháp này dựa trên việc khử các nguồn nguyên liệu chứa titan. Bằng khí clor ở nhiệt độ cao để tạo ra clorua titan hơi. Clorua titan hơi sau đó được làm mát và pản ứng với oxy để tạo ra titan dioxit kết tinh. Titan dioxit kết tinh sau đó được sàng lọc, sấy khô và nghiền nhỏ để tạo ra bột màu trắng. Quy trình clorua chỉ có thể sử dụng được các nguồn nguyên liệu có hàm lượng titan cao. Và chỉ có thể sản xuất được dạng rutil của titan dioxit. Tuy nhiên, quy trình này có ưu điểm là tiết kiệm năng lượng. Ít tạo ra chất thải và có chi phí thấp hơn so với quy trình sunfat.

11. Những lưu ý khi sử dụng titan dioxit

Titan dioxit là một chất vô cơ có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Nó có các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt như khả năng phản chiếu ánh sáng. Hấu thụ tia UV và hoạt tính quang xúc tác. Nó được sử dụng trong các ngành công nghiệp như. Sơn, giấy, vải, ceramic, pin mặt trời và vi mạch điện tử. Nó cũng mang lại lợi ích cho môi trường và sức khỏe con người như. Tiết kiệm năng lượng, thanh lọc không khí, bảo vệ da khỏi ánh nắng. Và làm đẹp cho các sản phẩm mỹ phẩm và thực phẩm.

Tuy nhiên, titan dioxit cũng có thể gây ra những tác hại cho sức khỏe. Và môi trường nếu sử dụng không đúng cách hoặc quá liều. Titan dioxit có thể gây ung thư khi hít phải hoặc nuốt phải dưới dạng bột hoặc nano. Titan dioxit có thể gây dị ứng da hoặc hô hấp. Khi tiếp xúc với da hoặc hit phải qua các sản phẩm chứa nó. Titan dioxit có thể gây ô nhiễm mội trường khi xả ra từ các nguồn sản xuất hoặc tiêu dùng chứa nó.

Vì vậy, khi sử dụng titan dioxit trong cuộc sống, bạn cần lưu ý những điều sau:

• Chọn các sản phẩm chứa titan dioxit ở dạng micro. Hoặc không chứa titan dioxit để tránh nguy cơ hấp thu vào cơ thể.
• Đọc kỹ nhãn của các sản phẩm để biết thành phần và liều lượng của titan dioxit trong sản phẩm.
• Tránh tiếp xúc trực tiếp với bột hoặc hạt nano titan dioxit để tránh kích ứng da hoặc hô hấp.
• Tránh xịt các sản phẩm chứa titan dioxit để tránh hít phải.
• Sử dụng kem chống nắng chứa titan dioxit. Theo chỉ dẫn của nhà sản xuất và rửa sạch sau khi sử dụng.
• Sử dụng các biện pháp bảo vệ cá nhân khi làm việc với titan dioxit. Trong công nghiệp hoặc trong phòng thí nghiệm.
• Sử dụng các biện pháp kiểm soát ô nhiễm để giảm thiểu lượng titan dioxit xả ra vào môi trường.