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Dióxido de titanio
Óxido de titanio (IV)
La celda unitaria del rutilo
Nombres
Nombres IUPAC
Dióxido de
titanio Óxido de titanio (IV)
Otros nombres
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
CHEBI
CHEMBL
ChemSpider
Tarjeta de información ECHA100.033.327 Edita esto en Wikidata
Número eE171 (colores)
KEGG
Número RTECS
  • XR2775000
UNII
  • InChI = 1S / 2O.Ti controlarY
    Clave: GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N controlarY
  • InChI = 1 / 2O.Ti / rO2Ti / c1-3-2
    Clave: GWEVSGVZZGPLCZ-TYTSCOISAW
  • O = [Ti] = O
Propiedades
TiO
2
Masa molar79,866 g / mol
AparienciaBlanco sólido
OlorInodoro
Densidad
  • 4,23 g / cm 3 (rutilo)
  • 3,78 g / cm 3 (anatasa)
Punto de fusion 1.843 ° C (3.349 ° F; 2.116 K)
Punto de ebullición 2972 ° C (5382 ° F; 3245 K)
Insoluble
Brecha de banda3,05  eV (rutilo) [1]
+ 5,9 · 10 −6  cm 3 / mol
  • 2.488 (anatasa)
  • 2.583 (brookita)
  • 2.609 (rutilo)
Termoquímica
50 J · mol −1 · K −1 [2]
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 )
−945 kJ · mol −1 [2]
Peligros
Ficha de datos de seguridadICSC 0338
Clasificación de la UE (DSD) (desactualizada)
No enlistado
NFPA 704 (diamante de fuego)
1
0
0
punto de inflamabilidadno inflamable
NIOSH (límites de exposición a la salud de EE. UU.):
PEL (permitido)
TWA 15  mg / m 3 [3]
REL (recomendado)
Ca [3]
IDLH (peligro inmediato)
Ca [5000  mg / m 3 ] [3]
Compuestos relacionados
Otros cationes
Dióxido de circonio Dióxido de
hafnio
Óxidos de titanio relacionados
Óxido de titanio (II) Óxido de
titanio (III) Óxido de
titanio (III, IV)
Compuestos relacionados
Ácido titánico
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
controlarY verificar  ( ¿qué es   ?)controlarY☒norte
Referencias de Infobox

El dióxido de titanio , también conocido como óxido de titanio (IV) o titania / t aɪ t eɪ n i ə / , es la de origen natural de óxido de titanio , fórmula química TiO
2. Cuando se utiliza como pigmento , se denomina blanco de titanio , blanco de pigmento 6 ( PW6 ) o CI 77891 . Generalmente, se obtiene de ilmenita , rutilo y anatasa . Tiene una amplia gama de aplicaciones, que incluyen pintura , protector solar y colorante alimentario . Cuando se usa como colorante alimentario, tiene el número E E171. La producción mundial en 2014 superó los 9 millones de toneladas. [4] [5] [6]Se ha estimado que el dióxido de titanio se usa en dos tercios de todos los pigmentos, y los pigmentos basados ​​en el óxido se han valorado en $ 13,2 mil millones. [7]

Ocurrencia [ editar ]

El dióxido de titanio se encuentra en la naturaleza como minerales rutilo y anatasa . Además, dos formas de alta presión son minerales conocidos: una forma monoclínica similar a baddeleyita conocida como akaogiita , y la otra es una forma ortorrómbica similar a α-PbO 2 conocida como brookita , las cuales se pueden encontrar en el cráter Ries en Baviera . [8] [9] [10] Se obtiene principalmente de ilmenitamineral. Esta es la forma más extendida de mineral que contiene dióxido de titanio en todo el mundo. El rutilo es el siguiente más abundante y contiene alrededor del 98% de dióxido de titanio en el mineral. Las fases metaestable de anatasa y brookita se convierten irreversiblemente a la fase de rutilo de equilibrio al calentarse por encima de temperaturas en el rango de 600–800 ° C (1,110–1,470 ° F). [11]

El dióxido de titanio tiene ocho modificaciones: además de rutilo, anatasa, akaogiita y brookita, se pueden producir sintéticamente tres fases metaestables ( monoclínica , tetragonal y ortorrómbica) y cinco formas de alta presión (α-PbO 2 -como, baddeleyita- como, cotunnita-like , OI ortorrómbica y fases cúbicas) también existen:

FormularioSistema de cristalSíntesis
RutiloTetragonal
AnatasaTetragonal
BrookitaOrtorrómbico
TiO 2 (B) [12]MonoclínicoHidrólisis de K 2 Ti 4 O 9 seguida de calentamiento
TiO 2 (H), forma similar a la hollandita [13]TetragonalOxidación del bronce titanato de potasio relacionado, K 0,25 TiO 2
TiO 2 (R), forma similar a la ramsdellita [14]OrtorrómbicoOxidación del titanato de litio relacionado bronce Li 0,5 TiO 2
TiO 2 (II) - ( forma similar a α-PbO 2 ) [15]Ortorrómbico
Akaogiita ( forma similar a baddeleyita , 7 Ti coordinados) [16]Monoclínico
TiO 2 -OI [17]Ortorrómbico
Forma cúbica [18]CúbicoP> 40 GPa, T> 1600 ° C
TiO 2 -OII, cotunnite ( PBCL 2 ) -como [19]OrtorrómbicoP> 40 GPa, T> 700 ° C

El cotunnite fase de tipo fue reivindicado por L. Dubrovinsky y co-autores ser el óxido dura conocida con la dureza Vickers de 38 GPa y el módulo de volumen de 431 GPa (es decir, cerca de valor de diamante de 446 GPa) a presión atmosférica. [19] Sin embargo, estudios posteriores llegaron a conclusiones diferentes con valores mucho más bajos tanto para la dureza (7-20 GPa, lo que la hace más suave que los óxidos comunes como el corindón Al 2 O 3 y el rutilo TiO 2 ) [20] y el módulo de volumen ( ~ 300 GPa). [21] [22]

Los óxidos son minerales de titanio comercialmente importantes. El metal también se extrae de otros minerales como la ilmenita o el leucoxeno , o una de las formas más puras, la arena de playa de rutilo. Los zafiros estrella y los rubíes obtienen su asterismo de las impurezas de rutilo presentes. [23]

El dióxido de titanio (B) se encuentra como mineral en rocas magmáticas y vetas hidrotermales, así como en los bordes de intemperie de la perovskita . El TiO 2 también forma laminillas en otros minerales. [24]

El dióxido de titanio fundido tiene una estructura local en la que cada Ti se coordina con, en promedio, unos 5 átomos de oxígeno. [25] Esto es distinto de las formas cristalinas en las que el Ti se coordina con 6 átomos de oxígeno.

Estructura de anatasa . Junto con el rutilo y la brookita, uno de los tres polimorfos principales del TiO 2 .

Producción [ editar ]

Evolución de la producción global de dióxido de titanio según proceso

El método de producción depende de la materia prima. La fuente mineral más común es la ilmenita . La abundante arena mineral de rutilo también se puede purificar con el proceso de cloruro u otros procesos. La ilmenita se convierte en dióxido de titanio de grado pigmentario mediante el proceso de sulfato o el proceso de cloruro. Tanto el proceso de sulfato como el de cloruro producen el pigmento de dióxido de titanio en forma de cristal de rutilo, pero el proceso de sulfato se puede ajustar para producir la forma de anatasa. La anatasa, al ser más suave, se usa en aplicaciones de fibra y papel. El proceso de sulfato se ejecuta como un proceso por lotes ; el proceso de cloruro se ejecuta como un proceso continuo . [26]

Las plantas que utilizan el proceso de sulfato requieren concentrado de ilmenita (45-60% de TiO 2 ) o materias primas pretratadas como fuente adecuada de titanio. [27] En el proceso de sulfato, la ilmenita se trata con ácido sulfúrico para extraer sulfato de hierro (II) pentahidratado . El rutilo sintético resultante se procesa adicionalmente de acuerdo con las especificaciones del usuario final, es decir, grado de pigmento o de otro tipo. [28] En otro método para la producción de rutilo sintético a partir de ilmenita, el proceso de Becher oxida primero la ilmenita como un medio para separar el componente de hierro.

Un proceso alternativo, conocido como el proceso del cloruro, convierte la ilmenita u otras fuentes de titanio en tetracloruro de titanio mediante la reacción con cloro elemental , que luego se purifica por destilación y reacciona con oxígeno para regenerar el cloro y producir el dióxido de titanio. El pigmento de dióxido de titanio también se puede producir a partir de materias primas con mayor contenido de titanio, como escoria mejorada , rutilo y leucoxeno mediante un proceso de ácido clorhídrico.

Los cinco TiO más grandes
2Los procesadores de pigmentos están en 2019 Chemours, Cristal Global, Venator , Kronos y Tronox , que es el más grande. [29] [30] Entre los principales usuarios finales de las empresas de pintura y revestimiento para el dióxido de titanio de grado de pigmento se incluyen Akzo Nobel, PPG Industries, Sherwin Williams, BASF, Kansai Paints y Valspar. [31] TiO global
2la demanda de pigmentos para 2010 fue de 5,3 Mt y se espera un crecimiento anual de alrededor del 3-4%. [32]

Métodos especializados [ editar ]

Para aplicaciones especiales, las películas de TiO 2 se preparan mediante diversas químicas especializadas. [33] Las rutas sol-gel implican la hidrólisis de alcóxidos de titanio, como el etóxido de titanio :

Ti (OEt) 4 + 2 H 2 O → TiO 2 + 4 EtOH

Esta tecnología es adecuada para la preparación de películas. Un enfoque relacionado que también se basa en precursores moleculares implica la deposición de vapor químico . En esta aplicación, el alcóxido se volatiliza y luego se descompone al entrar en contacto con una superficie caliente:

Ti (OEt) 4 → TiO 2 + 2 Et 2 O

Aplicaciones [ editar ]

Las áreas de aplicación más importantes son las pinturas y barnices, así como el papel y los plásticos, que representan aproximadamente el 80% del consumo mundial de dióxido de titanio. Otras aplicaciones de pigmentos como tintas de impresión, fibras, caucho, productos cosméticos y alimentos representan otro 8%. El resto se utiliza en otras aplicaciones, por ejemplo, la producción de titanio técnico puro, vidrio y cerámica de vidrio, cerámica eléctrica, pátinas metálicas, catalizadores, conductores eléctricos e intermedios químicos. [34]

Pigmento [ editar ]

Producido en serie por primera vez en 1916, [35] el dióxido de titanio es el pigmento blanco más utilizado debido a su brillo e índice de refracción muy alto , en el que solo es superado por algunos otros materiales (ver lista de índices de refracción ). El tamaño del cristal de dióxido de titanio es idealmente de alrededor de 220 nm (medido por microscopio electrónico) para optimizar la máxima reflexión de la luz visible. Sin embargo, a menudo se observa un crecimiento anormal de granos en el dióxido de titanio, particularmente en su fase de rutilo. La aparición de un crecimiento anormal del grano provoca una desviación de un pequeño número de cristalitos del tamaño medio del cristal y modifica el comportamiento físico del TiO 2.. Las propiedades ópticas del pigmento acabado son muy sensibles a la pureza. Tan solo unas pocas partes por millón (ppm) de ciertos metales (Cr, V, Cu, Fe, Nb) pueden alterar tanto la red cristalina que el efecto puede detectarse en el control de calidad. [36] Aproximadamente 4,6 millones de toneladas de TiO 2 pigmentario se utilizan anualmente en todo el mundo, y se espera que este número aumente a medida que el uso siga aumentando. [37]

El TiO 2 también es un opacificante eficaz en forma de polvo, donde se emplea como pigmento para proporcionar blancura y opacidad a productos como pinturas , revestimientos , plásticos , papeles , tintas , alimentos , medicamentos (es decir, píldoras y tabletas) y la mayoría de las pastas dentales. . En pintura, a menudo se le llama "blanco brillante", "el blanco perfecto", "el blanco más blanco" u otros términos similares. La opacidad se mejora mediante el tamaño óptimo de las partículas de dióxido de titanio.

El TiO 2 ha sido señalado como posiblemente cancerígeno . En 2019, estuvo presente en dos tercios de las pastas dentales del mercado francés. Bruno Le Maire , ministro del gobierno de Édouard Philippe , prometió en marzo de 2019 retirarlo de ese y otros usos alimentarios . [38]

Películas delgadas [ editar ]

Cuando se deposita como una película delgada , su índice de refracción y color lo convierten en un excelente recubrimiento óptico reflectante para espejos dieléctricos ; también se utiliza para generar películas delgadas decorativas como las que se encuentran en el "topacio de fuego místico".

Algunos grados de pigmentos a base de titanio modificado como se utilizan en pinturas brillantes, plásticos, acabados y cosméticos: estos son pigmentos artificiales cuyas partículas tienen dos o más capas de varios óxidos, a menudo dióxido de titanio, óxido de hierro o alúmina , para tener brillo. , iridiscentes y o nacarados efectos similares a triturado mica o guanina-productos a base de Además de estos efectos, es posible un cambio de color limitado en ciertas formulaciones dependiendo de cómo y en qué ángulo se ilumina el producto terminado y del grosor de la capa de óxido en la partícula de pigmento; uno o más colores aparecen por reflexión mientras que los otros tonos aparecen debido a la interferencia de las capas transparentes de dióxido de titanio. [39] En algunos productos, la capa de dióxido de titanio se hace crecer junto con óxido de hierro mediante la calcinación de sales de titanio (sulfatos, cloratos) alrededor de 800 ° C [40] Un ejemplo de pigmento nacarado es Iriodin, basado en mica recubierta con dióxido de titanio u óxido de hierro (III). [41]

El efecto iridiscente en estas partículas de óxido de titanio es diferente al efecto opaco obtenido con el pigmento de óxido de titanio molido habitual obtenido por extracción, en cuyo caso solo se considera un cierto diámetro de la partícula y el efecto se debe solo a la dispersión.

Protección solar y UV pigmentos de bloqueo [ editar ]

En productos cosméticos y para el cuidado de la piel , el dióxido de titanio se utiliza como pigmento, protector solar y espesante . Como protector solar, se utiliza TiO 2 ultrafino , que se destaca porque combinado con óxido de zinc ultrafino , se considera un protector solar eficaz que disminuye la incidencia de quemaduras solares y minimiza el fotoenvejecimiento prematuro , la fotocarcinogénesis y la inmunosupresión asociados con el exceso a largo plazo. exposición solar. [42] A veces, estos bloqueadores de rayos UV se combinan con pigmentos de óxido de hierro en los filtros solares para aumentar la protección contra la luz visible. [43]

En general, se considera que el dióxido de titanio y el óxido de zinc son menos dañinos para los arrecifes de coral que los protectores solares que incluyen productos químicos como oxibenzona , octocrileno y octinoxato . [44]

El dióxido de titanio nanométrico se encuentra en la mayoría de los filtros solares físicos debido a su fuerte capacidad de absorción de luz ultravioleta y su resistencia a la decoloración bajo luz ultravioleta . Esta ventaja mejora su estabilidad y capacidad para proteger la piel de la luz ultravioleta. Las partículas de dióxido de titanio a nanoescala (tamaño de partícula de 20 a 40 nm) [45] se utilizan principalmente en lociones de protección solar porque dispersan la luz visible mucho menos que los pigmentos de dióxido de titanio y pueden proporcionar protección UV. [37] Los protectores solares diseñados para bebés o personas con piel sensible a menudo se basan en dióxido de titanio y / o óxido de zinc., ya que se cree que estos bloqueadores minerales de UV causan menos irritación de la piel que otros productos químicos que absorben los rayos UV. Nano-TiO 2 bloquea la radiación UV-A y UV-B, que se utiliza en protectores solares y otros productos cosméticos. Es seguro de usar y es mejor para el medio ambiente que los absorbentes de UV orgánicos. [46]

La evaluación de riesgos de diferentes nanomateriales de dióxido de titanio en los filtros solares está evolucionando actualmente, ya que el TiO2 de tamaño nanométrico es diferente de la forma micronizada conocida. [47] La forma de rutilo se usa generalmente en productos cosméticos y de protección solar debido a ella; no posee ninguna capacidad observada para dañar la piel en condiciones normales, [48] tiene una mayor absorción de UV . [49] En 2016, las pruebas del Comité Científico de Seguridad del Consumidor (SCCS) concluyeron que el uso de nano dióxido de titanio (95% -100% de rutilo, ≦ 5% de anatasa)como filtro UV se puede considerar que no presenta ningún riesgo de efectos adversos en humanos después de la aplicación sobre una piel sana, excepto en el caso de que el método de aplicación conduzca a un riesgo sustancial de inhalación (es decir, formulaciones en polvo o en aerosol). Esta opinión de seguridad se aplicó al nano TiO2 en concentraciones de hasta el 25%. [50]

Los estudios iniciales indicaron que las partículas de nano-TiO2 podrían penetrar la piel causando preocupación por el uso de nano-TiO2. Estos estudios fueron refutados más tarde, cuando se descubrió que la metodología de prueba no podía diferenciar entre partículas penetradas y partículas simplemente atrapadas en los folículos pilosos y que tener una dermis enferma o físicamente dañada podría ser la verdadera causa de una protección de barrera insuficiente. [47]

La investigación del SCCS encontró que cuando las nanopartículas tenían ciertos recubrimientos fotoestables (por ejemplo , alúmina , sílice , cetilfosfato , trietoxicaprililsilano , dióxido de manganeso ), la actividad fotocatalítica se atenúa y no se observa una penetración cutánea notable; el protector solar en esta investigación se aplicó en cantidades de 10 mg / cm2 durante períodos de exposición de 24 horas. [50] Recubrir TiO2 con alúmina, sílice, circón o varios polímeros puede minimizar la degradación de la avobenzona [51] y mejorar la absorción de UV al agregar un mecanismo de difracción de luz diferente. [49]

TiO
2se utiliza ampliamente en plásticos y otras aplicaciones como pigmento blanco u opacificante y por sus propiedades resistentes a los rayos UV, donde el polvo dispersa la luz, a diferencia de los absorbentes UV orgánicos, y reduce el daño de los rayos UV, debido principalmente al alto índice de refracción de las partículas. [52]

Otros usos del dióxido de titanio [ editar ]

En los esmaltes cerámicos , el dióxido de titanio actúa como opacificante y siembra la formación de cristales .

Se utiliza como pigmento para tatuajes y en lápices astringente . El dióxido de titanio se produce en diferentes tamaños de partículas que son dispersables en agua y aceite, y en ciertos grados para la industria cosmética. También es un ingrediente común en la pasta de dientes.

El exterior del cohete Saturno V estaba pintado con dióxido de titanio; esto permitió más tarde a los astrónomos determinar que J002E3 era la etapa S-IVB del Apolo 12 y no un asteroide . [53]

Investigación [ editar ]

Fotocatalizador [ editar ]

El dióxido de titanio nanométrico, particularmente en forma de anatasa, exhibe actividad fotocatalítica bajo irradiación ultravioleta (UV). Según se informa, esta fotoactividad es más pronunciada en los planos {001} de anatasa, [54] [55] aunque los planos {101} son termodinámicamente más estables y, por lo tanto, más prominentes en la mayoría de anatasa sintetizada y natural, [56] como es evidente por la observado hábito de crecimiento tetragonal bipiramidal . Se considera además que las interfaces entre rutilo y anatasa mejoran la actividad fotocatalítica al facilitar la separación del portador de carga y, como resultado, a menudo se considera que el dióxido de titanio bifásico posee una funcionalidad mejorada como fotocatalizador. [57]Se ha informado de que el dióxido de titanio, cuando está dopado con iones de nitrógeno o dopado con óxido metálico como el trióxido de tungsteno, exhibe excitación también bajo luz visible. [58] El fuerte potencial oxidativo de los agujeros positivos oxida el agua para crear radicales hidroxilo . También puede oxidar el oxígeno o los materiales orgánicos directamente. Por lo tanto, además de su uso como pigmento, el dióxido de titanio se puede agregar a pinturas, cementos, ventanas, baldosas u otros productos por sus propiedades esterilizantes, desodorizantes y antiincrustantes, y se usa como catalizador de hidrólisis . También se utiliza en células solares sensibilizadas con colorante., que son un tipo de célula solar química (también conocida como célula de Graetzel).

Las propiedades fotocatalíticas del dióxido de titanio nanométrico fueron descubiertas por Akira Fujishima en 1967 [59] y publicadas en 1972. [60] El proceso en la superficie del dióxido de titanio se denominó efecto Honda-Fujishima ( ja: 本 多 - 藤 嶋 効果) . [59] El dióxido de titanio, en forma de película fina y nanopartículas, tiene potencial para su uso en la producción de energía: como fotocatalizador, puede descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno. Con el hidrógeno recolectado, podría usarse como combustible. La eficiencia de este proceso se puede mejorar enormemente dopando el óxido con carbono. [61]Se ha obtenido mayor eficacia y durabilidad introduciendo desorden en la estructura reticular de la capa superficial de los nanocristales de dióxido de titanio, lo que permite la absorción de infrarrojos. [62] La anatasa y el rutilo nanométricos activos en luz visible se han desarrollado para aplicaciones fotocatalíticas. [63] [64]

En 1995, Fujishima y su grupo descubrieron el fenómeno de superhidrofilicidad del vidrio recubierto de dióxido de titanio expuesto a la luz solar. [59] Esto dio lugar al desarrollo de vidrios autolimpiantes y revestimientos antiempañamiento .

El TiO 2 nanométrico incorporado en materiales de construcción al aire libre, como adoquines en bloques de noxer [65] o pinturas, puede reducir sustancialmente las concentraciones de contaminantes en el aire, como compuestos orgánicos volátiles y óxidos de nitrógeno . [66] Un cemento que utiliza dióxido de titanio como componente fotocatalítico, producido por Italcementi Group, se incluyó en las 50 mejores invenciones de 2008 de la revista Time . [67]

Se ha intentado mineralizar fotocatalíticamente los contaminantes (para convertirlos en CO 2 y H 2 O) en las aguas residuales. [68] El TiO 2 ofrece un gran potencial como tecnología industrial para la desintoxicación o remediación de aguas residuales debido a varios factores: [69]

  1. El proceso utiliza oxígeno natural y luz solar y, por tanto, se produce en condiciones ambientales; es selectivo en longitud de onda y es acelerado por luz ultravioleta.
  2. El fotocatalizador es económico, fácilmente disponible, no tóxico, química y mecánicamente estable y tiene un alto recambio.
  3. Se evita la formación de productos intermedios fotociclizados, a diferencia de las técnicas de fotólisis directa .
  4. La oxidación de los sustratos a CO 2 está completa.
  5. El TiO 2 se puede soportar como películas delgadas sobre sustratos de reactor adecuados, que se pueden separar fácilmente del agua tratada. [70]

La destrucción fotocatalítica de materia orgánica también se aprovecha en los recubrimientos antimicrobianos fotocatalíticos [71], que suelen ser películas delgadas aplicadas al mobiliario de hospitales y otras superficies susceptibles de contaminarse con bacterias, hongos y virus.

Formación de radicales hidroxilo [ editar ]

Aunque la anatasa TiO 2 nanométrica no absorbe la luz visible, absorbe fuertemente la radiación ultravioleta (UV) ( hv ), lo que lleva a la formación de radicales hidroxilo. [72] Esto ocurre cuando los orificios de enlace de valencia fotoinducidos (h + vb ) quedan atrapados en la superficie del TiO 2, lo que lleva a la formación de orificios atrapados (h + tr ) que no pueden oxidar el agua. [73]

TiO 2 + hv → e - + h + vb
h + vb → h + tr
O 2 + e - → O 2 • -
O 2 • - + O 2 • - + 2 H + → H 2 O 2 + O 2 
O 2 • - + h + vb → O 2
O 2 • - + h + tr → O 2
 OH - + h + vb → HO •
e - + h + tr → recombinación
Nota: Longitud de onda (λ) = 387 nm [73] Se ha descubierto que esta reacción mineraliza y descompone compuestos indeseables en el medio ambiente, específicamente el aire y las aguas residuales. [73]
Monocristales sintéticos de TiO 2 , ca. 2-3 mm de tamaño, cortado de un plato más grande.

Nanotubos [ editar ]

Nanotubos de óxido de titanio, imagen SEM
Nanotubos de dióxido de titanio (TiO2-Nt) obtenidos por síntesis electroquímica. La imagen SEM muestra una matriz de TiO2-Nt autoordenado vertical con extremos inferiores cerrados de tubos.

La anatasa se puede convertir en nanotubos y nanocables inorgánicos . [74] Las nanofibras huecas de TiO 2 también se pueden preparar revistiendo nanofibras de carbono aplicando primero butóxido de titanio . [75]

Imágenes SEM (arriba) y TEM (abajo) de nanofibras de TiO 2 quirales . [75]

Salud y seguridad [ editar ]

El dióxido de titanio es incompatible con agentes reductores fuertes y ácidos fuertes. [76] Se producen reacciones violentas o incandescentes con metales fundidos que son electropositivos , por ejemplo, aluminio, calcio, magnesio, potasio, sodio, zinc y litio. [77]

Muchos protectores solares utilizan nanopartículas de dióxido de titanio (junto con nanopartículas de óxido de zinc) que, a pesar de los informes sobre posibles riesgos para la salud, [78] en realidad no se absorbe a través de la piel. [79] No se conocen bien otros efectos de las nanopartículas de dióxido de titanio en la salud humana. [80]

El polvo de dióxido de titanio, cuando se inhala, ha sido clasificado por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) como carcinógeno del Grupo 2B de la IARC , lo que significa que es posiblemente carcinógeno para los seres humanos . [81] [82] Los resultados de la IARC se basan en el descubrimiento de que las altas concentraciones de polvo de dióxido de titanio ultrafino y de grado de pigmento (en polvo) causaron cáncer del tracto respiratorio en ratas expuestas por inhalación e instilación intratraqueal . [83]La serie de eventos o pasos biológicos que producen los cánceres de pulmón de rata (por ejemplo, depósito de partículas, aclaramiento pulmonar alterado, lesión celular, fibrosis, mutaciones y, en última instancia, cáncer) también se han observado en personas que trabajan en entornos polvorientos. Por lo tanto, la IARC consideró que las observaciones de cáncer en animales eran relevantes para las personas que realizan trabajos con exposición al polvo de dióxido de titanio. Por ejemplo, los trabajadores de la producción de dióxido de titanio pueden estar expuestos a altas concentraciones de polvo durante el empaque, el fresado, la limpieza y el mantenimiento del sitio, si no se implementan suficientes medidas de control del polvo. Sin embargo, los estudios en humanos realizados hasta ahora no sugieren una asociación entre la exposición ocupacional al dióxido de titanio y un mayor riesgo de cáncer. La seguridad del uso de dióxido de titanio del tamaño de nanopartículas,que puede penetrar el cuerpo y llegar a los órganos internos, ha sido criticado.[84] Los estudios también han encontrado que las nanopartículas de dióxido de titanio causan una respuesta inflamatoria y daño genético en ratones. [85] [86] El mecanismo por el cual TiO
2puede causar cáncer no está claro. La investigación molecular sugiere que la citotoxicidad celular debida al TiO
2resulta de la interacción entre TiO
2nanopartículas y el compartimento lisosómico , independientemente de las vías de señalización apoptóticas conocidas . [87]

El cuerpo de investigación sobre la carcinogenicidad de diferentes tamaños de partículas de dióxido de titanio ha llevado al Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. A recomendar dos límites de exposición separados. NIOSH recomienda que TiO fino
2las partículas se establezcan en un límite de exposición de 2,4 mg / m 3 , mientras que el TiO ultrafino
2fijarse en un límite de exposición de 0,3 mg / m 3 , como concentraciones medias ponderadas en el tiempo de hasta 10 horas al día durante una semana laboral de 40 horas. [88] Estas recomendaciones reflejan los hallazgos en la literatura de investigación que muestran que las partículas de dióxido de titanio más pequeñas tienen más probabilidades de presentar un riesgo carcinogénico que las partículas de dióxido de titanio más grandes.

Existe alguna evidencia de que el síndrome de la uña amarilla, una enfermedad rara, puede ser causado por el titanio, ya sea implantado por razones médicas o al comer varios alimentos que contienen dióxido de titanio. [89]

Empresas como Mars y Dunkin 'Donuts eliminaron dióxido de titanio de sus productos en 2015 después de la presión pública. [90] Sin embargo, Andrew Maynard, director del Centro de Ciencias del Riesgo de la Universidad de Michigan , restó importancia al supuesto peligro del uso de dióxido de titanio en los alimentos. Dice que el dióxido de titanio utilizado por Dunkin 'Brands y muchos otros productores de alimentos no es un material nuevo, y tampoco es un nanomaterial. Las nanopartículas suelen tener un diámetro inferior a 100 nanómetros, pero la mayoría de las partículas del dióxido de titanio de calidad alimentaria son mucho más grandes. [91]Aún así, los análisis de distribución de tamaño mostraron que los lotes de TiO₂ de grado alimenticio siempre comprenden una fracción de tamaño nanométrico como subproducto inevitable de los procesos de fabricación. [92]

Introducción a los desechos ambientales [ editar ]

El dióxido de titanio (TiO₂) se introduce principalmente en el medio ambiente como nanopartículas a través de plantas de tratamiento de aguas residuales. [93] Los pigmentos cosméticos, incluido el dióxido de titanio, entran en las aguas residuales cuando el producto se lava en los fregaderos después de su uso cosmético. Una vez en las plantas de tratamiento de aguas residuales, los pigmentos se separan en lodos de aguas residuales que luego pueden liberarse en el suelo cuando se inyectan en el suelo o se distribuyen en su superficie. El 99% de estas nanopartículas terminan en tierra en lugar de en ambientes acuáticos debido a su retención en los lodos de depuradora. [93] En el medio ambiente, las nanopartículas de dióxido de titanio tienen una solubilidad de baja a insignificante y se ha demostrado que son estables una vez que se forman agregados de partículas en el suelo y el agua. [93]En el proceso de disolución, los iones solubles en agua se disocian típicamente de la nanopartícula en solución cuando son termodinámicamente inestables. La disolución de TiO 2 aumenta cuando hay niveles más altos de materia orgánica disuelta y arcilla en el suelo. Sin embargo, la agregación es promovida por el pH en el punto isoeléctrico del TiO 2 (pH = 5,8) que lo vuelve neutro y las concentraciones de iones en solución son superiores a 4,5 mM. [94] [95]

Francia prohíbe el E171 [ editar ]

En 2019, Francia prohibió el uso de dióxido de titanio en los alimentos a partir de 2020. [96]

Ver también [ editar ]

  • Delustrante
  • Célula solar sensibilizada con colorante
  • Lista de pigmentos inorgánicos
  • Bloques Noxer, adoquines revestidos de TiO 2 que eliminan los contaminantes NOx del aire
  • Subóxido
  • Propiedades superficiales de los óxidos de metales de transición.
  • Nanopartícula de dióxido de titanio

Referencias [ editar ]

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  96. ^ Francia prohibirá el blanqueador de dióxido de titanio en los alimentos a partir de 2020 . Reuters, 17 de abril de 2019

Enlaces externos [ editar ]

  • Tarjeta internacional de seguridad química 0338
  • "Nano-Oxides, Inc. - nanopolvos, información LEGIT sobre dióxido de titanio TiO 2 " (PDF) . www.nano-oxides.com .
  • Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos
  • El mayor distribuidor de TiO 2 en China Entrevista con el presidente Yang Tao por ICOAT.CC.
  • "Fresh Dudas sobre el mapa de América", bbc.co.uk , 30 de julio de 2002
  • "Dióxido de titanio clasificado como posiblemente cancerígeno para los seres humanos", Centro Canadiense de Salud y Seguridad Ocupacional, agosto de 2006 (si se inhala en forma de polvo)
  • Una descripción de la fotocatálisis de TiO 2
  • Estructuras cristalinas de las tres formas de TiO 2
  • "La arquitectura en Italia se vuelve verde", Elisabetta Povoledo, International Herald Tribune , 22 de noviembre de 2006
  • "Un paso concreto hacia un aire más limpio", Bruno Giussani, BusinessWeek.com , 8 de noviembre de 2006
  • ¿Protector solar en el cielo? Las partículas reflectantes pueden combatir el calentamiento
  • Datos de producción de titanio y dióxido de titanio (EE. UU. Y el mundo)