كل ما تحتاج إلى معرفته عن أكاسيد التيتانيوم

مقدمة

أكاسيد التيتانيوم هي مركبات تتكون من التيتانيوم والأكسجين، وهي معروفة بخصائصها الرائعة وتطبيقاتها واسعة النطاق. وتتمثل هذه الأكاسيد بشكل أساسي في شكلين: ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂) وأول أكسيد التيتانيوم (TiO). تتعمق هذه المقالة في خصائص أكاسيد التيتانيوم وطرق تصنيعها وتطبيقاتها وتأثيرها البيئي.

أنواع أكاسيد التيتانيوم

1. ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂)

TiO₂ عبارة عن مسحوق أبيض عديم الرائحة ذو معامل انكسار عالٍ وامتصاص قوي للأشعة فوق البنفسجية. يُظهر نشاط التحفيز الضوئي والاستقرار الكيميائي، وهو غير سام.

يوجد TiO₂ في ثلاثة أشكال رئيسية - الأناتازوالروتيل والبروكيت. ويُعد الأناتاز والروتيل الأكثر شيوعًا، حيث يكون الروتيل مستقرًا ديناميكيًا حراريًا ويتحول الأناتاز إلى روتيل عند التسخين.

2. أول أكسيد التيتانيوم (TiO)

يعتبر TiO أقل شيوعًا، وله بريق معدني وتوصيل كهربائي. وله بنية ملح صخري وغالباً ما يستخدم في تطبيقات متخصصة مثل الأغشية الرقيقة والطلاءات.

تخليق أكاسيد التيتانيوم

1. ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂)

• تتضمنعملية الكبريتات لإنتاج TiO₂ تفاعل الإلمنيت (FeTiO₃) مع حمض الكبريتيك، الذي ينتج عنه كبريتات التيتانييل. ثم يتم تحلل هذا المركب مائيًا وتكلسه لإنتاج ثاني أكسيد التيتانيوم.
• وهناك طريقة أخرى، تُعرف باسم عملية الكلوريد، تنطوي على كلورة الإلمنيت أو الروتيل في درجات حرارة عالية لتكوين رابع كلوريد التيتانيوم (TiCl₄)، والذي يتأكسد بعد ذلك لإنتاج TiO₂.
• وهناك طريقة أكثر حداثة هي طريقة سول-جيل، حيث تخضع ألكوكسيدات التيتانيوم للتحلل المائي والبلمرة، يليها التجفيف والتكلس. وينتج عن هذه العملية جسيمات TiO₂ النانوية ذات الحجم والمورفولوجيا المتحكم فيها.

[1]

2. أول أكسيد التيتانيوم (TiO)

عادةً ما يستخدم تخليق أول أكسيد التيتانيوم (TiO) طرق الاختزال . يتم إنتاج TiO عادةً عن طريق اختزال TiO₂ مع الهيدروجين أو من خلال الجمع المباشر بين التيتانيوم والأكسجين في ظل ظروف يتم التحكم فيها بعناية.

تطبيقات أكاسيد التيتانيوم

1. ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂)

• الأصباغ: TiO₂ هو الصباغ الأبيض الأكثر استخداماً على نطاق واسع نظراً لسطوعه وعتامته. ويُستخدم في الدهانات والطلاءات والبلاستيك والورق والأحبار.
• واقيات الشمس ومستحضرات التجميل: نظرًا لامتصاصه القوي للأشعة فوق البنفسجية، يعد TiO₂ مكونًا رئيسيًا في واقيات الشمس ومستحضرات التجميل الأخرى، مما يوفر الحماية من الأشعة فوق البنفسجية الضارة.
• التحفيز الضوئي: خصائص TiO₂ التحفيز الضوئي التي يتمتع بها TiO₂تجعله مفيدًا في التطبيقات البيئية مثل تنقية الهواء والماء والأسطح ذاتية التنظيف والطلاءات المضادة للبكتيريا.
• الإلكترونيات: يُستخدم TiO₂ في إنتاج المكونات الإلكترونية، مثل المتغيرات والمكثفات، نظرًا لخصائصه العازلة.

[2]

2. أول أكسيد التيتانيوم (TiO)

الأغشية الرقيقة والطلاءات: يستخدم TiO في إنتاج الأغشية الرقيقة للتطبيقات في الطلاءات البصرية وأشباه الموصلات وأجهزة الاستشعار. إن توصيلها الكهربائي وثباتها الحراري يجعلها مناسبة لهذه الأغراض.

التأثير البيئي والسلامة البيئية

التأثير البيئي: في حين يعتبر TiO₂ آمنًا بشكل عام على صحة الإنسان والبيئة، إلا أن استخدامه على نطاق واسع يثير مخاوف بشأن تلوث الجسيمات النانوية. يمكن أن تدخل جسيمات TiO₂ النانوية إلى المسطحات المائية، مما قد يؤثر على الحياة المائية. لذلك، توجد لوائح وإرشادات لإدارة إنتاجها والتخلص منها.

صحة الإنسان: يعتبر TiO₂ غير سام، ويتم تنظيم استخدامه في الأغذية ومستحضرات التجميل والمستحضرات الصيدلانية لضمان السلامة. ومع ذلك، قد يشكل استنشاق غبار TiO₂ مخاطر على الجهاز التنفسي، مما يبرز أهمية المناولة السليمة والتدابير الوقائية في البيئات الصناعية.

نشاط التحفيز الضوئي: يمكن أن تؤدي خواص التحفيز الضوئي ل TiO₂ إلى توليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، والتي قد يكون لها تأثيرات مفيدة وضارة على حد سواء. في التطبيقات البيئية، يمكن أن تؤدي أنواع الأكسجين التفاعلية إلى تحلل الملوثات، ولكن التعرض المفرط لأنواع الأكسجين التفاعلية يمكن أن يسبب الإجهاد التأكسدي في الكائنات الحية.

الآفاق المستقبلية والأبحاث

لا تزال الأبحاث جارية لتطوير مواد متطورة قائمة على التيتانيوم ب خصائصمحسّنة للتطبيقات في مجال تخزين الطاقة والخلايا الكهروضوئية والتحفيز الضوئي. وتشمل الابتكارات تطعيم مادة TiO₂ بعناصر أخرى لتحسين كفاءتها واستكشاف طرق تركيب جديدة للتحكم بشكل أفضل في حجم الجسيمات ومورفولوجيتها.

وتُبذل الجهود لتطوير طرق أكثر استدامة وصديقة للبيئة لإنتاج أكاسيد التيتانيوم واستخدامها. ويشمل ذلك استخدام مبادئ الكيمياء الخضراء، وإعادة تدوير نفايات التيتانيوم، وتحسين كفاءة عمليات التحفيز الضوئي.

الخاتمة

تلعب أكاسيد التيتانيوم، وخاصةً أكسيد التيتانيوم TiO و TiO₂، دورًا حاسمًا في مختلف الصناعات. وتُستخدم أكسيد التيتانيوم TiO، بفضل بريقه المعدني وتوصيله الكهربائي، في المقام الأول في التطبيقات المتخصصة مثل الأغشية الرقيقة والطلاءات. في حين أن TiO₂، المعروف بمعامل انكساره العالي وامتصاصه القوي للأشعة فوق البنفسجية ونشاطه التحفيزي الضوئي وثباته الكيميائي، يجد استخدامًا واسعًا في الأصباغ والكريمات الواقية من الشمس ومستحضرات التجميل والتحفيز الضوئي والإلكترونيات.

ومع تقدم التكنولوجيا، تستعد أكاسيد التيتانيوم للبقاء في طليعة علوم المواد والتطبيقات الصناعية. توفر Stanford Advanced Materials (SAM) منتجات التيتانيوم عالية الجودة بأسعار تنافسية. نحن نوفر مسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم النانوي التحفيزي الضوئي، ومسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم النانوي لبطاريات الليثيوم، ومسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم النانوي للسيراميك، بالإضافة إلى أشكال أناتاز والروتيل من ثاني أكسيد التيتانيوم. لمزيد من المعلومات، يُرجى مراجعة صفحتنا الرئيسية.

المراجع:

[1] باوار، فاني وكومار، مانيش، مانيش ودوبي، باوان وسينغ، مانيش كومار وسينها، أسك وسينغ، برابهاكار. (2019). تأثير مسار التوليف على الخواص الهيكلية والبصرية والكهربائية لـ TiO2. الفيزياء التطبيقية A. 125. 10.1007/s00339-019-2948-3.

[2] Leong, Kah & Ching, Sim & Pichiah, Saravanan & Ibrahim, S. (2016). مواد نانوية مدفوعة بالضوء لإزالة السموم الزراعية.