이산화티타늄 나노 입자

Titanium dioxide nanoparticle
NIRStandard 표준물질 1898 이산화티타늄 나노입자의 투과전자현미경
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나노구조재료

이산화티타늄 나노입자는 초미세 이산화티타늄, 나노결정 이산화티타늄 또는 미결정 이산화티타늄이라고도 불리며 이산화티타늄의 입자입니다.직경이2 100 nm 미만인 TiO).초미세 TiO는2 피부에 투명하게 유지하면서도 자외선을 차단하는 기능 때문에 자외선 차단제에 사용된다.루타일 결정구조로 실리카 및/또는 알루미나로 코팅되어 광촉매 현상을 방지한다.온전한 피부의 피부 노출로 인한 초미세2 TiO의 건강 위험은 극히 [1]낮으며 자외선 차단에 사용되는 다른 물질보다 안전한 것으로 간주됩니다.

이산화티타늄의 나노 크기 입자는 평형 루타일 단계에 비해 [2]이 단계의 낮은 표면 에너지 때문에 준안정 아나타아제 단계에서 형성되는 경향이 있다.아나타아제 구조 중 극미량 이산화티타늄의 표면은 광촉매 살균성을 가지며, 예를 들어 방담피복이나 자가세척창 등에서 건축자재의 첨가제로 유용하다.

TiO2 생산 노동자의 맥락에서, 흡입 노출은 잠재적으로 폐암 위험을 나타내며, 나노 물질에 대한 표준 위험 제어는 TiO2 나노 입자와 관련이 있다.

특성.

일반적인2 세 가지 TiO 다형체(결정형) 중 TiO2 나노입자는 루틸 및 아나타아제 형태로 생성된다.더22 큰 TiO 입자와 달리 TiO 나노 입자는 흰색보다는 투명하다.자외선 흡수 특성은 이산화티타늄의 결정 크기에 따라 달라지며, 초미세 입자는 자외선 A(320-400nm)와 자외선 B(280-320nm) [3]방사선에 대해 강한 흡수를 가진다.자외선 범위의 빛 흡수는 강하게 결합된 들뜸이 [4]존재하기 때문에 발생합니다.이러한 들뜸의 파동 함수는 2차원 특성을 가지며 {001} 평면에서 확장됩니다.

TiO2 나노 입자는 광촉매[5]: 82 [6] 활성을 가지고 있으며 n형 반도체이며 원자가와 전도성 대역 사이의 밴드 간격이 다른 많은 물질보다 넓다.TiO의2 광촉매는 입자의 물리적 특성에 대한 복잡한 기능이다.TiO를2 특정 원자에 광촉매 활성으로 도핑하는 것은 [7]강화될 수 있다.

반면 색소 등급의2 TiO는 보통 200~300nm [5]: 1–2 범위의 중간 입자 크기를 가진다.TiO2 분말은 다양한 크기를 포함하고 있기 때문에 평균 입자 크기가 더 [8]크더라도 나노 크기의 입자를 가질 수 있다.결과적으로 울타미립자는 보통 응집체를 형성하고 입자의 크기는 결정 크기보다 훨씬 클 수 있다.

합성

제조된 이산화티타늄의 대부분은 황산염법, 염화물법 [9]또는 솔겔법에 의해 합성된다.황산공정에서는 일메나이트(FeTiO3) 또는 티타늄 슬래그를 황산으로 소화시켜 아나타아제 또는 루틸2 TiO를 제조한다.황산염 용액에서 초미세 아나타아제 형태를, 염화물 용액에서 초미세 루틸을 침전시킨다.

염화물 공정에서 천연 루틸 또는 합성 루틸을 850~1000℃의 온도에서 염소 처리하여 사염화티타늄을 기상 [5]: 1–2 산화에 의해 울타파인 아나타아제 형태로 변환한다.

색소성2 TiO를 분쇄하여 초미세2 TiO로 변환하는 것은 불가능하다.초미세 이산화티타늄은 강수법, 기상재현법, sol-gel법, 원자층 퇴적법 등 다양한 방법으로 얻을 수 있다.

사용하다

초미세2 TiO는 이산화규소 나노입자,[8][10][11] 산화아연 나노입자와 함께 3대 나노물질로 알려져 있다.그것은 은나노입자에 [12]이어 소비자 제품에서 두 번째로 많이 광고되는 나노물질이다.TiO는2 상품 화학 물질로 오랫동안 사용되기 때문에 "레거시 [13][14]나노 물질"로 간주될 수 있다.

초미세 TiO는2 [15]피부에 투명하게 유지하면서도 자외선을 차단하는 기능 때문에 자외선 차단제에 사용된다.자외선2 차단제에 사용되는 TiO 입자의 크기는 일반적으로 5~50 [3]nm입니다.

초미세2 TiO는 자외선 흡수 및 광촉매 살균 특성(예: 방담 코팅 및 자가 세척 유리창)[6]으로 페인트, 플라스틱, 시멘트, 창문, 타일 및 기타 제품의 첨가제로 하우징 및 건설에 사용됩니다.공학적2 TiO 나노입자는 또한 발광 다이오드와 [5]: 82 태양전지에도 사용된다.또한 TiO의2 광촉매 활성을 이용하여 [3]폐수 중의 유기화합물을 분해할 수 있다.TiO2 나노 입자 제품은 실리카 또는 알루미나로 코팅되거나 특정 용도를 [5]: 2 [9]위해 다른 금속으로 도핑됩니다.

건강과 안전

컨슈머

자외선 차단제의 경우, 온전한 피부에 피부 노출로 인한 건강 위험은 극히 낮은 것으로 간주되며,[15] 자외선 차단제를 바르지 않음으로 인한 암을 포함한 자외선 손상 위험보다 더 크다.TiO2 나노 입자는 자외선 [6]차단에 사용되는 다른 물질보다 안전하다고 여겨진다.그러나 피부 찰과상이나 발진 또는 소량의 자외선 차단제를 실수로 섭취할 경우 노출 경로가 [15]될 수 있다는 우려가 있다.나노물질이 함유된 화장품은 유럽연합([16]EU)에 있지만 미국에서는 [15]라벨을 부착할 필요가 없다.

직업상의

흡입 노출은 [17]작업장에서 공기 중 입자에 노출되는 가장 일반적인 경로이다.미국 국립산업안전보건연구소는 쥐를 대상으로 한 연구에서 흡입한 초미세 TiO를2 잠재적 직업 발암물질로 분류했으며, 권장 노출 한도는 주당 40시간 동안 최대 10시간/일 평균 0.3mg/m이다3.이는 잠재적 직업 발암물질로 분류하기에 증거가 불충분하고 권장 피폭한도가 2.4mg/m로3 높은 미세 TiO2(입자크기 약 4μm 이하)와는 대조적이다.초미세2 TiO에 피폭된 쥐에서 관찰된 폐종양 반응은 비록 사람에게 [5]: 73–78 이를 입증할 충분한 증거가 없음에도 불구하고 흡입된 입자의 표면적과 같은 물리적 형태와 관련된 2차 유전독성 메커니즘에서 비롯되었다.또한 가연성이 있는 경우 공기 중에 미세하게 분산되어 충분히 강한 발화원과 접촉하면 TiO2 나노입자가 분진폭발의 [6]위험을 초래할 수 있다.

나노물질의 건강 및 안전 위험에 대한 표준 제어 및 절차는 TiO2 나노 [5]: 82 입자와 관련이 있습니다.제거와 대체 hazard 컨트롤에 가장 바람직한 접근법을 입자의 크기, 모양, 기능화, 그리고 agglomeration/aggregation 상태 원하는 functionality,[18]를 유지하면서 그들의 독성 특성을 향상시키기 위해 같은 선택 속성 또는 슬러리와 분말을 교체함으로써 눈을 통해 가능할 수 있다. sus먼지 노출을 [19]줄이기 위해 액체 용매에 펜션.주로 흄 후드 및 글로브 박스와 같은 환기 시스템인 엔지니어링 제어는 일상적으로 [17]위험 제어의 주요 등급이다.관리통제에는 나노물질의 안전한 취급, 보관 및 폐기를 위한 모범사례 교육, 적절한 라벨 부착 및 경고 표시, 일반적인 안전문화 [19]장려 등이 포함된다.일반적으로 일반적인 화학 물질에 사용되는 개인 보호 장비는 긴 바지, 긴 소매 셔츠, 발가락이 닫힌 신발, 안전 장갑, 고글 및 불침투성 실험실 [17]외투를 포함한 나노 물질에도 적합하며, 경우에 따라서는 인공호흡기를 [18]사용할 수 있다.노출 평가 방법에는 나노 물질 및 기타 배경 입자의 실시간 양을 모니터링하는 입자 카운터 및 일반적으로 전자 현미경과 원소 분석을 [18][20]사용하여 나노 물질을 식별하기 위해 사용할 수 있는 필터 기반 샘플의 사용이 포함됩니다.

환경의

TiO2 나노입자가 함유된 자외선 차단제는 자연수체로 씻겨나가며 [8][15]샤워할 때 폐수로 들어갈 수 있다.연구에2 따르면 TiO 나노 입자는 조류와 동물에 해를 끼칠 수 있으며 생물 축적과 [15]생물 농축이 가능하다.미국 환경보호청은 일반적으로 물질 분류 시 입자 크기 등 물리적 특성을 고려하지 않고 TiO 나노 입자를 다른 형태의2 [6]TiO와 동일하게 규제하고2 있다.

독성

이산화티타늄은 벌레, 선충, 작은 절지동물과 [21]같은 식물과 작은 유기체에 독성이 있는 것으로 밝혀졌다.선충에 대한 TiO2 나노 입자의 독성은 45 nm 나노 입자에 비해 나노 입자의 지름이 작을수록 증가하지만, TiO2 나노 입자의 [21]크기에 관계없이 성장과 번식은 여전히 영향을 받는다.이산화티타늄의 토양으로의 방출은 토양 무척추동물의 증식과 생존을 방해하기 때문에 제자리 생태계에 해로운 영향을 미칠 수 있습니다; 그것은 이러한 유기체의 성장, 생존, 번식을 방해합니다.이들 무척추동물은 주변 생태계에서 유기물의 분해와 영양 순환의 진행을 담당한다.이러한 유기체가 존재하지 않으면 토양 구성이 어려워질 것이다.[21]

도량형

ISO/TS 11937은 나노테크놀로지와 관련된 건조 이산화티타늄 분말의 여러 특성을 측정하기 위한 도량형 표준이다. 결정구조와 아나타아제-룰타일 비는 X선 회절이나 투과전자현미경법을 사용하여 평균 입자 및 결정체 크기, 특정 표면적을 측정할 수 있다.브루나우-에메트-텔러 가스 흡착법.[9][22]작업장노출평가는 적절한 입경선택채취기를 이용하여 나노입자에 대하여 미세입자의 질량농도 측정을 위한 NIOSH Method 0600을 사용할 수 있으며, 크기분포를 알면 질량측정을 [5]: 79 [23]통해 표면적을 추정할 수 있다.NIOSH Method 7300은 유도결합 플라즈마 원자발광분광법에 의한 원소분석에 의해 TiO를 다른 에어로졸과 구별할 수 있다2.에너지 분산형 X선 분광법을 갖춘 전자현미경법도 [5]: 79 [24]입자의 성분과 크기를 확인할 수 있다.

NIST SRM 1898은 TiO2 나노 결정의 건조 분말로 구성된 표준 재료입니다.이는 환경학 또는 독성학 연구의 벤치마크로, 브루나우어-에메트에 의해 나노물질의 특정 표면적을 측정하는 계측기를 위한 것이다.텔러 [22][25][26][27]방식

레퍼런스

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