Titandioxid: Eigenschaften, Anwendungen und Sicherheit

Titandioxid: Ein vielseitiges Material

Sauerstoffsensoren

Auch in leicht reduzierenden Atmosphären neigt Titandioxid (TiO₂) dazu, Sauerstoff zu verlieren und unterstöchiometrisch zu werden. So wird das Material zu einem Halbleiter, und der elektrische Widerstand korreliert mit dem Sauerstoffgehalt der Atmosphäre.

Antimikrobielle Beschichtungen

Die photokatalytische Aktivität von Titandioxid resultiert in dünnen Schichten mit selbstreinigenden und desinfizierenden Eigenschaften unter Einwirkung von UV-Strahlung. Diese Eigenschaften machen das Material zu einem Kandidaten für Anwendungen wie medizinische Geräte, Oberflächen für die Zubereitung von Speisen, Klimaanlagenfilter und medizinische Oberflächen.

Titan in der Umwelt

Titan ist das neunthäufigste Element in der Erdkruste (0,63 Masse-%) und kommt in den meisten magmatischen Gesteinen und daraus abgeleiteten Sedimenten vor. Wichtige Titanmineralien sind Rutil, Brookit, Anatas, Ilmenit und Titanit.

Umweltauswirkungen von Titan

Geringe Toxizität. In Pulverform birgt metallisches Titan eine erhebliche Brandgefahr und bei Erhitzung in der Luft Explosionsgefahr.

Auswirkungen auf die Gesundheit

Es gibt eine nachweisbare Menge von Titan im menschlichen Körper. Schätzungsweise nehmen wir etwa 0,8 mg/Tag auf, aber das meiste passiert den Körper, ohne absorbiert zu werden. Der menschliche Körper kann große Dosen Titan tolerieren. Elementares Titan und Titandioxid besitzen eine geringe Toxizität. Aufgrund der Biokompatibilität von Titan wurden keine Fälle von Toxizität entdeckt. Einige wichtige Effekte von Titanpulver können Atembeschwerden, Engegefühl und Schmerzen in der Brust verursachen.

Dekontamination

Forscher arbeiten an Möglichkeiten, die Eigenschaften von Titandioxid zum Nutzen der Umwelt einzusetzen. Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Titandioxid in Anwendungen zur Entfernung organischer Schadstoffe aus dem Wasser sinnvoll sein kann.

Titandioxid

Es wird in Advanced Oxidation Processes als Photokatalysator eingesetzt. Titandioxid (TiO₂) kommt in der Natur in mehrfacher Hinsicht vor:

• Rutil (tetragonal)
• Anatas (tetragonal)
• Brookit (orthorhombische Struktur)

Industrie und Titandioxid

Rutil und Anatas werden industriell in großen Mengen hergestellt und als Pigmente, Katalysatoren und in der Herstellung keramischer Werkstoffe verwendet.

Eigenschaften von Titandioxid

Fundamentale Eigenschaften machen es sehr nützlich:

• Es ist eine der weißesten Chemikalien, die es gibt: Es reflektiert praktisch die gesamte sichtbare Strahlung.
• Es behält seine Farbe dauerhaft.
• Trotz seiner relativen Häufigkeit in der Natur ist seine natürliche Zusammensetzung nie rein, sondern mit Metallen wie Eisen, Aluminium und radioaktiven Elementen vermischt.

Anwendungen von Titandioxid

• Bleichmittel und Grundmasse für Glasuren
• Potenter Photokatalysator, der fast alle organischen Verbindungen aufbrechen kann
• Pigmente in Lacken und Kunststoffen
• In der Medizin für Hüft- und Knieprothesen, Herzschrittmacher, Knochenplatten, Schrauben und Platten für Schädelfrakturen.

Produktion

Titandioxid ist das wichtigste Weißpigment der Welt.

Die Hauptnutzer sind die Lack- und Kunststoffindustrie. Für jede Tonne hergestellten Titandioxids fallen fast 3,8 Tonnen an Nebenprodukten an. Diese werden als Rohstoff für Produkte in Anwendungen wie Wasseraufbereitung, vorgefertigtem Gips und in der Landwirtschaft eingesetzt.

Diese Verbindung ist auch ein Vorläufer für die Herstellung von Titanmetall.

Gesundheit und Sicherheit

Titandioxidpulver wurde kürzlich von der Internationalen Agentur für Krebsforschung (IARC) als krebserregend für den Menschen eingestuft. Einatmen kann zu Spannungen und Schmerzen in der Brust, Husten und Atembeschwerden führen. Kontakt mit Haut oder Augen kann Reizungen verursachen.

Photokatalyse

Titandioxid wirkt als Photosensibilisator für Photovoltaikzellen und als Beschichtung für Elektroden. Es hat Potenzial für den Einsatz in der Energieerzeugung als Photokatalysator.