Tio2 이산화 타이타늄

이산화 타이타늄(titanium dioxide)은 이산화 티타늄 또는 이산화 티탄이라고도 불리며, 화학식은 TiO2이다. 전이금속인 티타늄 원자 하나와 산소 원자 2개가 결합된 분자로서 분자량은 79.866g/mol이며, 무미, 무취의 흰색 가루이다. 티타늄을 공기 중에 노출시키면 쉽게 산소와 반응하여 이산화 티타늄 피막을 형성한다.

성질

산화력이 매우 크다.

음폐력이 커서 거의 모든 용매에 녹지 않는다.

매우 안정한 물질이다.

생물학적으로 반응을 하지 않아 환경 및 인체에 무해하다.

판티탄석(brookite), 예추석(anatase), 금홍석(rutile)의 동질다상 형태로 존재한다.

산화력이 커서 향균 작용이 크고, 악취제거 및 살균작용이 있다.

절연체 이다.

일반적 쓰임

자외선 차단제 및 화장품 등으로 쓰인다.

흰색의 도료로서 널리 쓰인다.(물감, 유약, 잉크, 수정액, 페인트 등)

산화력이 커 광촉매로서 쓰인다.

식품의 색상을 선명하게 하여 식품첨가제로 쓰인다.(현재는 이 용도로 잘 쓰이지 않는다.)

향균제, 악취제거 및 살균제로 쓰인다.

반도체 물질 및 태양전지 셀 및 코팅 물질로 쓰인다.

제조

현재 공업적으로 제조되고 있는 이산화 티타늄의 양은 세계적으로 연간 약 300만톤이다. 생산되는 이산화 티타늄은 여러 용도로 쓰이지만 주로 백색 도료로서의 용도로 쓰이고 있다. 공업적으로 이산화티타늄을 제조하는 방법은 크게 황산법과 염소법 2가지로 나뉜다.

황산법

TiOSO4의 수용액을 열가수분해해서 얻어진 침전인 아나타제형의 TiO2 미립자를 800~1000 °C로 소성하여 성장시킨 후 원하는 크기의 TiO2를 얻는 방법이다. 소성공정의 종자 첨가 조절에 의해 아나타제형, 루틸형 등의 원하는 결정을 제조할 수 있다.

염소법

TiCl4의 가열증기를 가열산소와 반응시켜 고온 기상에서 TiO2입자를 형성시키는 방법이다. 황산법과는 다르게 루틸형만이 제조된다.

그 외의 제조법

이산화티타늄 박막을 제조하는 공법으로서 CVD공법(Chemical Vapor Deposition)이나, 졸겔법 등의 제조법이 있다.

광촉매로서의 적합성

광촉매로서 쓰이기 위해서는 우선 안정해야 하며, 빛을 흡수하여 다른 물질을 산화시키는 능력이 뛰어나야 한다. 이산화티타늄은 이러한 면에 있어서 뛰어난 적합성을 보여주는데, 더욱이 생물체에 영향을 주지 않는 무독성이 큰 장점을 작용한다. 또한, 수용액이나 산, 염기 용액에 녹지 않고 유기물을 광분해 시키는 것도 광촉매로서 적합하다. 이산화티타늄의 띠간격(band gap)은 3.0~3.2eV로 상대적으로 큰 편이기 때문에 자외선(u.v;ultraviolet wave)영역의 빛을 흡수하여 광촉매 역할을 수행한다. 특히, 385nm 파장의 빛을 이용한다. 하지만 다른 염료나 색상을 띠는 유기물과 섞어 광촉매 역할을 수행하면 가시광선(visible light)영역의 빛으로도 광촉매 역할을 수행할 수 있다.

위험성

이산화 타이타늄은 화학적으로 매우 안정한 물질이다. 그러나 최근 연구에 따르면, 이산화 타이타늄을 나노 입자로 만들었을 때 생체에 유전독성을 일으킨다는 사실이 밝혀졌다. 아직 인간에 대한 조사는 이뤄지지 않았지만, 적어도 쥐에 대해서 DNA의 구조를 파괴하고, 염증 유발, 염색체 파괴 등과 같은 현상을 유발하여 암 발생에 대한 위험을 높인다는 결과가 밝혀졌다. 이러한 티타늄 나노 입자의 독성은 나노 크기에서는 표면적이 상대적으로 넓어지기 때문에 반응성이 커서 생기는 것이라고 판단된다.(