Uporaba nano titanovega(IV) oksida

Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba
nano titanovega(IV) oksida
TKI HRASTNIK, d.d.
mag. Urška Jerman
Ljubljana, 7. in 8. september 2011
150 let
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
Predstavitev TKI Hrastnik in njene glavne dejavnosti
Razvoj, proizvodnja in predelava :
baznih industrijskih kemikalij
- anorganski fosfati (tehnične, feed, prehrambene kvalitete)
- proizvodi kloralkalne elektrolize (HCl, NaOH, tekoči Cl2, NaOCl)


specialnih in laboratorijskih kemikalij

izdelkov široke potrošnje (čistila, detergenti, mineralna gnojila, izdelki za
osebno nego, prehrambeni dodatki, aditivi za tekstilno industrijo, sredstva
za obdelavo vod,..)
3
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
Razvoj novih dejavnosti

laboratorijski postopek priprave kovinskih oksidov (d<100 nm)

postavitev pilotne proizvodne linije za pripravo nano delcev kovinskih
oksidov
(Kolektor Nanotesla, Kolektor Sinabit, Helios)
4
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
Opis, sestava materiala in glavne karakteristike
TiO2
-
-
bel pigment (zelo dobra pokrivnost)
visok lomni količnik (rutil 2.1 in anatas 1.9)
netopen v vodi, alkalijah in večini kovin
topen v žveplovi(VI) kislini in koncentriranih vodnih raztopinah vodikovega
flourida in klorida
kemijsko inerten, nestrupen, biološko neaktiven
kristalna struktura: rutil, anatas
5
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
Posebnosti materiala, nove lastnosti
TiO2 (< 100 nm)

manjši delci, večja specifična površina →boljša transparentnost premaza,
boljša učinkovitost

posebne funkcionalne lastnosti
-
fotokatalitska aktivnost (proti zameglitveni učinek, čiščenje zraka,
čiščenje vode, samočistilnost, t.i. lotus
efekt)
absorpcija UV svetlobe
-
6
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
Opis, sestava materiala in glavne karakteristike
nano TiO2 (anatas)

bel prah, netopen v vodi

T (tališča)=1855°C

specifična gostota=3,84 g/cm3

d(BET)= 37 nm

sferična oblika delcev

fotokatalitska aktivnost (samočistilne fasade, baktericid pri čiščenju
odpadnih vod, polprevodnik v fotocelicah)
7
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
Opis, sestava materiala in glavne karakteristike
dispergiranje aglomeriranega nano TiO2 v različne medije
a) vodna disperzija TiO2 (anatas)
bela viskozna disperzija
suha snov (TiO2) =50 ut.%
d(BET)=42 nm
b) disperzija TiO2 (anatas) v org. vezivnem sistemu
bela viskozna disperzija
TiO2 do 10 ut.%
d(BET)=39 nm
8
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
slika 1: vodna disperzija nano titanovega(IV) oksida (anatas) – TEM posnetek
9
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
slika 2: vodna disperzija nano titanovega (IV) oksida v kristalni strukturi anatas – DLS meritev
10
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
Opis, sestava materiala in glavne karakteristike
nano TiO2 (rutil)

bel prah, netopen v vodi

T (tališča)=1855°C

specifična gostota=4,26 g/cm3

d(BET) =41 nm

UV absorpcija → zaščita površin, podaljšanje življenjske dobe
11
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
dispergiranje aglomeriranega nano TiO2 v različne medije
pigmentirana vodna disperzija TiO2 (rutil)
viskozna disperzija
suha snov (TiO2) =30ut.%
specifična gostota=1,300 g/cm3
d(BET)= 38 nm
12
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
slika 3: vodna disperzija nano titanovega (IV) oksida v kristalni strukturi rutil – DLS meritev
13
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
(1) – premaz z dodatkom nano titanovega(IV)
oksida v kristalni strukturi rutil
(2) – premaz brez dodatka
(1)
(2)
slika 4: testiranje učinkovitosti UV zaščite lesnih premazov z dodatkom disperzij nano titanovega(IV)
oksida (rutil) (prisiljeno staranje - 6 tedenski testi izpostave vzorcev v UV komori)
14
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
Uporabljene tehnologije in oprema
- sinteza nanodelcev (precipitacija hidroksidov anorganskih soli iz homogene
raztopine)
- visokotemperaturna termična obdelava (kristalna struktura)
- dispergiranje aglomeriranih delcev
- homogenizacija in visokoenergetsko mletje prahov (30-100 nm, ozka
porazdelitev velikosti delcev)
15
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
Stanje razvoja, trendi razvoja, potenciali, cilji

Razvoj novih materialov (d<100 nm):
-
TiO2 (disperzije nano TiO2 anatas, rutil),
SiO2 (amorfni, koloidni),
Al2O3,
ZnO,
Ag
-
16
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
Lastnosti zaščitnih premazov z nanodelci kovinskih oksidov
- bistveno boljše antikorozijske lastnosti (nano ZnO: zaščitni premazi za
kovino,…
- antibakterijsko delovanje premazov (nano ZnO ali nano Ag: zaščita
bolnišničnih prostorov, izdelki bele tehnike,…)
- višja trdnost in odpornost na razenje oz. mehanske poškodbe (nano SiO2 ali
nano Al2O3: avtomobilska industrija, zunanji deli izdelkov bele tehnike,…)
- fotokatalitska aktivnost : samočistilno sredstvo (nano TiO2 anatas: fasadni
premazi, zaščitni premazi za steklo,…)
- UV zaščita (nano TiO2 rutil : zaščitni premazi za les, avtomobilski premazi,..)
17
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
Možne aplikacije nano materialov, potencialna uporaba, povezave z uporabniki

Proizvodnja zaščitnih premazov, čistil

Avtomobilska industrija

Proizvodnja specialne keramike (elektrokeramika)

Proizvodnja sintetičnih vlaken
18
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida

Industrija barv, lakov

Kozmetična industrija

Industrija optičnih stekel

Fotovoltaika

Ekologija (katalizator odstranitve N oksidov iz odpadnih plinov ali razgradnje
organskih nečistoč v odpadnih vodah)
19
Konferenca o naprednih materialih 2011
Uporaba nano titanovega (IV) oksida
HVALA ZA VAŠO POZORNOST !
20