Войти
Передача электронная микрофотография наночастиц диоксида титана из NIST Стандартный справочный материал 1898 Наночастицы диоксида титана, также называемые ультратонким диоксидом титана или нанокристаллический диоксид титана или микрокристаллический диоксид титана, представляют собой частицы диоксида титана (TiO 2) с диаметрами менее 100 нм. Ультратонкий TiO 2 используется в солнцезащитных кремах из-за его способности блокировать УФ-излучение, оставаясь прозрачным для кожи. Он имеет кристаллическую структуру рутила и покрыт диоксидом кремния или / или оксидом алюминия для предотвращения фотокаталитических явлений. Риск для здоровья сверхмелкозернистого TiO 2 из-за воздействия на неповрежденную кожу считается чрезвычайно низким, и он считается более безопасным, чем другие вещества, используемые для защиты от ультрафиолета.
Наноразмерные частицы диоксида титана имеют тенденцию к образованию в фазе метастабильной анатаза из-за более низкой поверхностной энергии этой фазы по сравнению с равновесной фазой рутила. Поверхности ультратонкого диоксида титана в структуре анатаза обладают фотокаталитическими стерилизующими свойствами, что делает его полезным в качестве добавки в строительные материалы, например, в противотуманных покрытиях и самоочищающихся окнах..
В контексте TiO 2 производственных рабочих, ингаляционное воздействие потенциально представляет риск рака легких, и стандартные меры контроля опасности для наноматериалов актуальны для TiO 2 наночастиц.
Из трех распространенных полиморфов TiO 2 (кристаллические формы) наночастицы TiO 2 образуются в формы рутила и анатаза. В отличие от более крупных частиц TiO 2, наночастицы TiO 2 являются прозрачными, а не белыми. Характеристики поглощения ультрафиолета (УФ) зависят от размера кристаллов диоксида титана и ультратонких частиц. частицы обладают сильным поглощением как против УФ-А (320-400 нм), так и от УФ-В (280-320 нм) излучения. Поглощение света в УФ-диапазоне происходит из-за наличия прочно связанных экситонов. Волновая функция этих экситонов имеет двумерный характер и простирается в плоскости {001}.
Наночастицы TiO 2 обладают фотокаталитической активностью. Это полупроводник n-типа, и его запрещенная зона между валентной полосой и полосой проводимости шире, чем многих других веществ. Фотокатализ TiO 2 является сложной функцией физических характеристик частиц. При легировании TiO 2 некоторыми атомами его фотокаталитическая активность может быть усилена.
Напротив, пигментный TiO 2 обычно имеет средний размер частиц 200–300 нм диапазон. Поскольку порошки TiO 2 содержат ряд размеров, они могут иметь часть наноразмерных частиц, даже если средний размер частиц больше. В свою очередь, частицы ультрафина обычно образуют агломераты, и размер частиц может быть намного больше размера кристаллов.
Наиболее производимый наноразмерный диоксид титана синтезируется с помощью сульфатного процесса, хлоридного процесса или процесса золь-гель. В сульфатном процессе анатаз или рутил TiO 2 получают путем разложения ильменита (FeTiO 3) или титанового шлака с серная кислота. Ультратонкая форма анатаза осаждается из раствора сульфата, а ультратонкий рутил - из раствора хлорида.
В процессе хлорирования природный или синтетический рутил хлорируется при температуре 850–1000 ° C, а тетрахлорид титана превращается в форму ультафин-анатаза путем парофазного окисления.
Невозможно преобразовать пигментный TiO 2 в ультратонкий TiO 2 путем измельчения. Ультратонкий диоксид титана может быть получен различными способами, такими как осаждение, газовая фаза реакция, золь-гель м этод и атомный слой. осаждение методом.
Ультратонкий TiO 2, как полагают, является одним из трех наиболее производимых наноматериалов, наряду с и наночастицами оксида цинка. Это второй по популярности наноматериал в потребительских товарах после наночастиц серебра. Из-за того, что TiO 2 давно используется в качестве товарного химического вещества , он может считаться «унаследованным наноматериалом».
Используется сверхтонкий TiO 2 в солнцезащитных кремах из-за его способности блокировать УФ-излучение, оставаясь прозрачным на коже. Частицы TiO 2, используемые в солнцезащитных кремах, обычно имеют размер в диапазоне 5–50 нм.
Ультратонкий TiO 2 используется в жилищном строительстве и строительстве в качестве добавки к краскам, пластмассы, цемент, окна, плитка и другие изделия из-за их поглощения УФ-излучения и фотокаталитических стерилизующих свойств, например, в покрытиях, предотвращающих запотевание и самоочищающихся окнах. Разработанные наночастицы TiO 2 также используются в светодиодах и солнечных элементах. Кроме того, фотокаталитическая активность TiO 2 может быть использована для разложения органических соединений в сточных водах. Продукты в виде наночастиц TiO 2 иногда покрывают диоксидом кремния или оксидом алюминия или легируют другим металлом для конкретных применений.
Для солнцезащитных кремов риск для здоровья от воздействия на неповрежденную кожу считается чрезвычайно низким и перевешивается риском повреждения ультрафиолетовым излучением, включая рак из-за отсутствия солнцезащитного крема. Наночастицы TiO 2 считаются более безопасными, чем другие вещества, используемые для защиты от ультрафиолета. Однако есть опасения, что ссадины или сыпь на коже или случайное проглатывание небольшого количества солнцезащитного крема являются возможными путями воздействия. Косметика, содержащая наноматериалы, не требует маркировки в Соединенных Штатах, хотя она находится в Европейском Союзе.
Вдыхание - наиболее распространенный путь воздействия взвешенных в воздухе частиц на рабочем месте. Национальный институт охраны труда США классифицировал вдыхаемый ультратонкий TiO 2 как потенциальный профессиональный канцероген из-за риска рака легких в исследованиях на крысах с рекомендуемый предел воздействия 0,3 мг / м 2 как средневзвешенное по времени до 10 часов в день в течение 40-часовой рабочей недели. Это контрастирует с мелким TiO 2 (который имеет размер частиц менее ~ 4 мкм), который не имел достаточных доказательств для классификации как потенциальный профессиональный канцероген и имеет более высокий рекомендуемый предел воздействия 2,4 мг / м3. Реакция опухоли легких, наблюдаемая у крыс, подвергшихся воздействию ультратонкого TiO 2, была результатом вторичного генотоксического механизма, связанного с физической формой вдыхаемой частицы, такой как площадь ее поверхности, а не с химическое соединение, хотя у людей не было достаточных доказательств, подтверждающих это. Кроме того, наночастицы TiO 2, будучи мелкодисперсными в воздухе и при контакте с достаточно сильным источником воспламенения, могут представлять опасность взрыва пыли.
Стандартные меры контроля и процедуры для опасности наноматериалов для здоровья и безопасности актуальны для наночастиц TiO 2. Устранение и замена, наиболее желательные подходы к управление опасностями, может быть возможным за счет выбора таких свойств частицы, как размер, форма, функционализация и агломерация / агрегатное состояние для улучшения их токсикологических свойств при сохранении желаемой функциональности, или путем замены сухого порошка на суспензию или суспензию в жидком растворителе для уменьшения воздействие пыли. Технические средства контроля, в основном системы вентиляции, такие как вытяжные шкафы и перчаточные боксы, являются основным классом средств контроля опасности на повседневной основе. Административный контроль в Включите обучение передовым методам безопасного обращения, хранения и утилизации наноматериалов, надлежащей маркировки и предупреждающих знаков, а также поощрение общей культуры безопасности. Средства индивидуальной защиты обычно используемые для типичных химикатов, также подходят для наноматериалов, включая длинные брюки, рубашки с длинным рукавом, закрытую обувь, защитные перчатки, защитные очки и непроницаемые лабораторные халаты, а в некоторых случаях можно использовать респираторы. Методы оценки воздействия включают использование как счетчиков частиц, которые контролируют количество наноматериалов в реальном времени, так и другие фоновые частицы; и образцы на основе фильтров, которые можно использовать для идентификации наноматериала, обычно с использованием электронной микроскопии и элементного анализа.
солнцезащитные кремы, содержащие TiO 2 Наночастицы могут смываться в естественные водоемы и попадать в сточные воды, когда люди принимают душ. Исследования показали, что наночастицы TiO 2 могут нанести вред водорослям и животным и могут биоаккумулироваться и биоконцентрироваться. Агентство по охране окружающей среды США обычно не учитывает физические свойства, такие как размер частиц, при классификации веществ и регулирует наночастицы TiO 2 так же, как другие формы TiO 2.
Было обнаружено, что диоксид титана токсичен для растений и мелких организмов, таких как черви, нематоды и насекомые. Токсичность наночастиц TiO 2 для нематод возрастает с увеличением диаметра наночастиц, в частности наночастиц 7 нм, по сравнению с наночастицами 45 нм, но рост и воспроизводство все еще затрагиваются независимо от размера наночастиц TiO 2. Выброс диоксида титана в почву может иметь пагубное воздействие на существующую экосистему из-за того, что он препятствует размножению и выживанию почвенных беспозвоночных; он вызывает апоптоз, а также задерживает рост, выживание и размножение этих организмов. Эти беспозвоночные несут ответственность за разложение органического вещества и развитие круговорота питательных веществ в окружающей экосистеме. Без этих организмов состав почвы может пострадать.
ISO / TS 11937 - это метрологический стандарт для измерения некоторых характеристик сухого порошка диоксида титана, относящихся к для нанотехнологий: кристаллическую структуру и соотношение анатаз-рутил можно измерить с помощью дифракции рентгеновских лучей, среднего размера частиц и кристаллитов с помощью дифракции рентгеновских лучей или просвечивающей электронной микроскопии и удельная поверхность с использованием метода газовой адсорбции Брунауэра – Эммета – Теллера. Для рабочего места оценка воздействия, 0600 для измерения массовой концентрации мелких частиц может использоваться для наночастиц с использованием подходящего селективного пробоотборника по размеру частиц, и если распределение по размерам известно, то площадь поверхности может быть определена по массе измерение. Метод NIOSH 7300 позволяет отличить TiO 2 от других аэрозолей с помощью элементного анализа с использованием атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой. Методы электронной микроскопии, оснащенные энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией, также могут определять состав и размер частиц.
NIST SRM 1898 является эталонным материалом., состоящий из сухого порошка нанокристаллов TiO 2. Он предназначен в качестве эталона в экологических или токсикологических исследованиях, а также для калибровки приборов, которые измеряют удельную поверхность наноматериалов методом Брунауэра – Эммета – Теллера.
