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Verwendung von Titandioxid in der Nanotechnologie

Seminararbeit 2012 12 Seiten

Chemie - Materialchemie, Werkstoffchemie

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

I . Abbildungsverzeichnis

II. Tabellenverzeichnis

1. Titandioxid
1.1. Eigenschaften von Titandioxid
1.2. Herstellung von Titandioxid
1.3. Herstellung von Titandioxid–Nanopartikeln
1.3.1 Sol Gel Verfahren

2. Anwendungsbereiche von Titandioxid und Nano-Titandioxid
2.1 Titandioxid in der Lebensmittelindustrie
2.1.1 Titandioxid in Lebensmitteln
2.1.2. Verwendung von Nano – Titandioxid in Verpackungen
2.2. Verwendung von Titandioxid in Kosmetik
2.3. Oberflächenbeschichtungen mit Titandioxid
2.3.1. Der Lotus-Effekt
2.3.2 Easy-to-Clean-Oberflächen
2.3.3 Photokatalytische Effekte des Titandioxid

3. Risiken für die Gesundheit
3.1. In Vivo Studien

4. Gefahren für die Umwelt

5. Quellen

I . Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Rutile Kristallstruktur des Titandioxids

Abbildung 2: Brookit Kristallstruktur des Titandioxids

Abbildung 3: Anatas Kristallstruktur des Titandioxids

Abbildung 4: Sol-Gel Prozess

Abbildung 5: Nano-Titandioxid in Süßigkeiten

Abbildung 6: Titandioxid in Kaugummis

Abbildung 7: Lipid Nanopartikel; Hülle aus Phosphatidycholin umschließt festen Lipidkern

Abbildung 9: Titandioxid als Farbpigment in der Kosmetik

Abbildung 8: Beispiel für die Anwendung von Nano - Titandioxid in Kosmetikprodukten

Abbildung 10: Kontaktwinkel von Wasser auf Oberflächen

II. Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Vor- und Nachteile des Sol-Gel Verfahrens

1. Titandioxid

Der Hauptbestandteil des Titandioxids ist das Element Titan, welches in zu den zehn häufigsten Metallen in der Erdkruste gehört.

Titandioxid (TiO2) ist Produktbestandteil in vielen Konsumgütern wie Farben und Lacke, Kosmetika, Textilien, Papier, Kunststoffe und Lebensmitteln.

Es kann sowohl in regulärer Größe (mikroskalig) als auch nanoskalig hergestellt werden. Durch ihre Größe haben Titandioxid – Nanopartikel spezifische chemische und physikalische Eigenschaften die in verschiedenen Bereichen genutzt werden [1].

1.1. Eigenschaften von Titandioxid

Titandioxid kommt in den drei Kristallstrukturen Rutil, Anatas und Brookit vor. Diese Strukturen unterscheiden sich in ihrer äußeren Erscheinung, der Dichte, ihrer elektronischen und photoaktiven Eigenschaften und dem Brechungsindex [1].

Die Kristallstrukturen Rutil und Anatas absorbieren sowohl UV–Strahlung als auch Anteile des sichtbaren Lichtes. Die rutile Kristallstruktur (Abb.1) ist die thermodynamisch stabilere Form, Anatas (Abb. 2) hat sehr gute photoaktive Eigenschaften und verwandelt sich oberhalb von 915 °C in die rutile Kristallform um. Die Kristallform Brookit (Abb. 3) hat derzeit keine besondere wirtschaftliche Bedeutung [1].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Rutile Kristallstruktur des Titandioxids [17]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Brookit Kristallstruktur des Titandioxids [18]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Anatas Kristallstruktur des Titandioxids[17]

Titandioxid wird aus dem Titanerz Ilmenit (FeTiO3) gewonnen. Titandioxid ist unlöslich in Wasser und organischen Lösungsmitteln. Es ist ein weißes, kristallines, geruchsloses und unbrennbares Pulver. Wegen der hohen Stabilität, des niedrigen Preises, den vielen Anwendungsmöglichkeiten und der guten optischen Eigenschaften wird es bereits seit 1916 kommerziell hergestellt.

Desweiteren ist Titandioxid ein Halbleiter [1]

1.2. Herstellung von Titandioxid

Es gibt zwei verschiedene Produktionsverfahren, den Sulfat Prozess und das Chlorid Verfahren.

Beim Sulfat Prozesse wird das zerkleinerte Titanerz mit konzentrierter Schwefelsäure vorbehandelt und anschließend zu TiO2 x TiO2 oxidiert, abfiltriert und danach bei 800 -1000 °C im Drehrohofen geglüht. Durch die Auswahl der Temperatur lässt sich die Kristallstruktur (Rutil und Anatas), sowie die Korngröße der Pigmente steuern [1].

Vorwiegend verwendet wird das Chlorid – Verfahren, welches 1940 von der Firma DuPont lizenziert und weiterentwickelt worden ist. Das Titanerz wird mit Chlor und Koks bei hohen Temperaturen in Titan – Tetrachlorid – Dampf überführt und durch Reinigung und Destillationsvorgängen wir daraus das Rutil – TiO2 gewonnen [1].

1.3. Herstellung von Titandioxid–Nanopartikeln

Für die Herstellung von Nano –Titandioxid werden anderen Verfahren verwendet, die eine höhere Ausbeute an Nanopartikeln erlauben. So wie z.B. beim Sol–Gel Verfahren, die Hydrolyse, sowie Prozesse bei denen die entstehenden Partikel über die Abscheidung aus der Gasphase erzeugt werden. Der anschließende Mahlvorgang in wässriger Phase stellt dann sicher, dass die Titandioxid-Nanopartikel einen Durchmesser zwischen 20 und 100 nm aufweisen [2]. Das Sol-Gel Verfahren soll im folgendem näher erläutert werden.

1.3.1 Sol Gel Verfahren

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Sol-Gel Prozess [19]

Funktionsweise:

Der Sol-Gel-Prozess ist ein nasschemisches Verfahren zur Herstellung dünner Schichten.

Dabei entsteht aus einer flüssigen Stoffmischung, dem Sol, das amorphe Netzwerk eines Festkörpers (Gel), welches sich unter bestimmten Voraussetzungen zu einer festhaftenden Oberfläche auf einem Grundwerkstoff ausbildet. Dabei entstehen Schichtendicken von 5-20 µm.

Begriffserklärungen:

SOL = ein kolloid disperses System mit festen Partikeln, deren Durchmesser größer als der Molekulardurchmesser aber kleiner als 100 nm ist

GEL = durch Koagulation (Zusammenlagerung) zu einer Masse erstarrtes Sol

Sol-Gel Verfahren:

Das Sol-Gel Verfahren gliedert sich in zwei Schritte:

1. Herstellung eines Sols aus metallorganischen Verbindungen in organischen Lösungsmitteln durch Zugabe von Katalysatoren (meist Wasser und Säure bzw. Basen)
2. das erzeugte Sol ist durch Zusätze modifizierbar und wird zum Gelieren gebracht

Das Sol :

- Sole werden aus Metallalkoholaten hergestellt (Metallalkoholate sind organische Verbindungen, bei denen an ein Metallion Alkoholreste gebunden sind)
- Metallalkoholate sind äußerst reaktionsfreudig à können sowohl mit Wasser als auch mit organischen Verbindungen reagieren
- Durch Zugabe von Wasser erreicht man eine Hydrolyse des Alkoholates (darf nur teilweise erfolgen)
- Polymerisierung dieser teilhydrolisierten Metallalkoholate miteinander
- Es bilden sich Ketten, und abhängig von der Stabilisierung, dreidimensionale Netzwerke.
- das durch die Kondensation entstehende Wasser kannn weitere Hydrolysen katalysieren

[...]

Details

Seiten
12
Jahr
2012
ISBN (eBook)
9783656465362
ISBN (Buch)
9783656467625
Dateigröße
982 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v230436
Institution / Hochschule
Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin
Note
2,0
Schlagworte
verwendung titandioxid nanotechnologie

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Titel: Verwendung von Titandioxid in der Nanotechnologie