引言：
二氧化钛（TiO2）作为一种重要的功能性材料，具有多种显著的特性，使其在各种应用中广泛受到关注和应用。
简介：
二氧化钛（TiO2，也称为氧化钛（IV）或二氧化钛）是天然存在的钛氧化物。用作颜料时，它被称为钛白、颜料白 6 (PW6) 或CI 77891。通常，它由钛铁矿、金红石和锐钛矿制成。它具有广泛的应用范围，从油漆到防晒乳液再到食用色素。生产方法取决于原料。二氧化钛 (TiO2) 是迄今为止最重要的钛化合物。它可以通过溶解在硫酸中并沉淀杂质来纯化。然后将溶液水解、洗涤和煅烧。或者，在碳存在下将磨碎的金红石氯化，然后将所得的四氯化钛在氧气中燃烧以生成氯化物。
生产二氧化钛的最常见方法是利用钛铁矿。将矿石与硫酸混合，硫酸反应去除钛铁矿中的氧化铁基团。副产品硫酸铁（硫酸亚铁、硫酸亚铁）结晶并通过过滤去除，从而在消化液中仅产生钛盐（合成金红石）。该产品以与金红石类似的方式进一步加工，得到二氧化钛产品。
1. 二氧化钛的化学成分
二氧化钛是钛金属的氧化物，是一种无机化合物。 二氧化钛的分子式为TiO2。它由两个氧原子和一个钛原子组成，钛是地壳中第 9 种最常见的元素，通常存在于植物和动物中。为了形成二氧化钛，钛的金属会与氧自然反应。
钛在其三种主要二氧化物中都表现出八面体几何形状。金红石型钛白粉的几何形状是扭曲的，在另一侧，两种不同类型的 TiO2，即锐钛矿和钙钛矿是立方体。金红石的结构是一种通用模式，被其他二氟化物和金属二氧化物采用，例如 RuO2 和 ZnF2。熔融二氧化钛的结构是局部的，其中每个钛 （Ti） 平均与大约五个氧原子配位。
2. 二氧化钛有什么特性？
2.1 二氧化钛的化学性质
（1）高折射率
光线偏折和反射：二氧化钛具有高折射率，使其能够有效地弯曲和反射光线。这一特性使其在多种应用中发挥重要作用，例如：
化妆品：提供明亮、不透明的妆效，打造持久底妆效果。
油漆和涂料：赋予表面光泽，提升装饰效果并保护表面。
（2）光催化活性
光致催化反应：二氧化钛在光照下可催化化学反应，具有光催化活性。这一特性使其在环境治理领域展现出广阔的应用前景，例如：
空气净化：分解空气中的有害气体，如甲醛、苯系物等，净化空气。
水净化：降解水中的有机污染物，消毒杀菌，净化水质。
自清洁表面：在光照下分解污垢，实现表面自清洁。
（3）化学稳定性
优异的耐腐蚀性：二氧化钛是一种化学稳定的化合物，对酸、碱和有机溶剂表现出极强的耐腐蚀性。这一特性使其成为以下应用的理想材料：
颜料和涂料：即使在恶劣环境中也能保持稳定的颜色和性能。
塑料添加剂：增强塑料的耐候性和抗老化能力。
（4）不溶性
水基体系的良好适应性：二氧化钛的不溶性使其能够很好地分散在水基体系中，而不会溶解或沉降，因此可广泛应用于以下产品：
防晒霜：均匀地涂抹在皮肤上，形成物理防晒屏，阻挡紫外线照射。
乳液和面霜：保持产品质地稳定，并提供保湿等功效。
（5）无毒性
安全可靠：二氧化钛被认为是一种无毒物质，通常被认为安全可靠，因此被广泛应用于食品、医药和化妆品等领域，例如：
食品添加剂：赋予食品白色或彩色外观，并改善其质地。
药物载体：将药物输送到靶向部位，提高药物疗效。
2.2 二氧化钛的物理性质
二氧化钛有哪些物理性质？它的熔点极高，为1,843oC，沸点为2,972oC，因此它以固体的形式自然存在，即使以颗粒形式存在，也不溶于水。二氧化钛也是一种绝缘体。二氧化钛吸收紫外线。这种特性使其在光线下呈现明亮的白色，不像其他可能看起来略带黄色的白色材料。
二氧化钛具有不同的质量，具体取决于它是作为颜料还是作为纳米材料生产的。两种形式都是无味、无臭、不溶的。
二氧化钛颜料颗粒的尺寸约为 200-350 nm，这种形状占总输出的 98%。它主要用于光散射和表面不透明度应用。它被用作各种彩色涂料的基底，或用作独立的“闪亮”白色。纳米或超薄二氧化钛由小于 100 nm 的初级颗粒组成。在这个等级中，二氧化钛是透明的（无色），与二氧化钛相比，具有更好的紫外线分散和吸收性能。
天然 TiO 2晶体有三种同质异形体：锐钛矿、金红石和板钛矿，其中金红石最稳定。平均粒径为 230 nm 的粉末会散射可见光，而平均粒径为 60 nm 的粉末会散射紫外线并反射可见光。在紫外线下，TiO 2会表现出光催化活性，这是二氧化钛电子结构的结果，在很大程度上，锐钛矿的特性比金红石和板钛矿的特性更强。当光的能量等于或高于 TiO 2带隙能量时，电子会从价带跃迁到导带，留下一个正空穴。在室温下，锐钛矿和金红石的外推光吸收间隙分别为 3.2 和 3.0 eV，这对应于大约 413 nm 和 387 nm 的波长。因此，纳米 TiO 2的光活化可通过 UV-A、B 和 C、可见光、荧光和 X 射线辐射实现。光催化活性导致高活性自由基的形成，这些自由基能够与周围的大多数有机物质发生反应。
3. 如何提高二氧化钛溶解性和分散性
3.1 二氧化钛如何溶解
最普遍的方法是在酸性条件下使用过氧化氢的方法。通过过氧化氢将二氧化钛溶解于水中。但是，在这种方法中，二氧化钛的溶解度低，因此需要加热。加热过氧化氢等可分解物质存在风险，因此很难说该方法在工业上有效。
另外，在半导体制造工序或液晶模块制造工序中，通常在碱性条件下使用羟胺。使用羟胺时，二氧化钛也会溶解于水中。但是，羟胺是非常不稳定的化合物，有爆炸的危险，因此在工业上溶解二氧化钛存在问题。
有研究对溶解二氧化钛的组合物进行了深入研究，结果发现，使用由碳酸和/或碳酸盐、过氧化氢和水、或碳酸和/或碳酸盐、臭氧和水组成的组合物，即使在室温下也容易溶解二氧化钛。
3.2 如何分散二氧化钛？
将二氧化钛 (TiO2) 溶解在有机溶剂中可能很困难，因为 TiO2 通常不太溶于大多数有机溶剂。但是，您可以使用表面改性或分散剂来改善其在有机溶剂中的分散性。以下是一般方法：
（1）表面改性
TiO2颗粒的表面可以通过改性来增强其与有机溶剂的相容性。常见的方法包括使用有机硅烷或表面活性剂进行表面处理。有机硅烷偶联剂（例如官能化有机基团的硅烷）可用于使TiO2颗粒表面变得更疏水，从而更适合与有机溶剂相互作用。
（2）使用分散剂
分散剂或表面活性剂在提高TiO2在有机溶剂中的分散性方面起着关键作用。这些化学物质能够有效稳定颗粒并防止其聚集。一些常见的分散剂包括Tween、Triton X等表面活性剂，以及其他市售的专用分散剂。
（3）超声波处理
超声波处理是一种有助于将 TiO2 颗粒分散在有机溶剂中的技术。它涉及使用高频声波来分解团聚体并改善颗粒分散性。
（4）机械混合
机械搅拌，例如使用磁力搅拌器或机械搅拌器，也有助于将 TiO2 分散在有机溶剂中。
（5）减小颗粒尺寸
减小 TiO2 的颗粒尺寸可以提高其溶解性和分散性。您可以使用球磨等方法来实现这一点。
（6）兼容性测试
在尝试将 TiO2 溶解在特定有机溶剂中之前，务必进行兼容性测试，以确保溶剂不会与 TiO2 发生反应或使其降解。
如果想将二氧化钛（Ti02）纳米颗粒分散在水中，可对水中的 5-10 纳米 TiO2 进行简单的超声处理——只需将装有样品的试管放入超声波浴中 30 分钟即可。然后您将得到白色溶液——它是纳米颗粒的悬浮液。大约一小时后，颗粒将沉积在试管底部。如果槽中的超声波处理不够，可以使用探头式超声波分散机。
3.3 二氧化钛如何稀释？
二氧化钛在实际应用中通常是以不同形式和浓度进行稀释的。在工业和科研实验室中，稀释二氧化钛的常见方法包括以下几种：
（1）悬浮液稀释
将二氧化钛粉末或浓缩悬浮液加入适量的溶剂（如水或有机溶剂），通过搅拌或超声处理使其均匀分散。这种方法常用于制备各种浓度的二氧化钛悬浮液，以便在实验室中进行进一步的测试和应用。
（2）溶解稀释
将二氧化钛粉末或浓缩溶液加入适量的溶剂中，通过搅拌或加热使其完全溶解。这种方法适用于需要二氧化钛以溶液形式使用的情况，如某些化学反应或特定应用中。
（3）分散稀释
使用特定的分散剂将二氧化钛粉末分散到所需的浓度。分散剂可以帮助保持颗粒的均匀分布并防止其聚集，从而更好地控制二氧化钛的浓度和性质。
参考：
[1]https://www.researchgate.net/post/How_to_dissolve_TiO2_in_organic_solvents
[2]https://www.ugto.mx/investigacionyposgrado/eugreka//contribuciones/387-el-dioxido-de-titanio-un-material-estrella
[3]https://www.tdma.info/es/sobre-tio2/que-es-el-dioxido-de-titanio/
[4]https://www.sweetit.es/blog/dioxido-de-titanio/
[5]https://www.sweetit.es/blog/dioxido-de-titanio/
[6]https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/titanium-dioxide
[7]https://www.researchgate.net/post/How-to-disperse-Titanium-dioxide-Ti02-nano-particles-in-water
[8]https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3423755/
[9]https://www.chemtradeasia.com/blog/titanium-dioxide-benefits-and-safety
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