PIGMEN PUTIH DARI TITANIUM DIOKSIDA, JUGA SEBAGAI TABIR SURYA & PEWARNA MAKANAN

Titanium dioksida, juga dikenal sebagai titanium(IV) oksida atau titania, adalah oksida titanium yang terjadi secara lami, dengan rumus kimia TiO2. Bila digunakan sebagai pigmen, disebut titanium putih, Pigment White 6 (PW6), atau CI 77891. Umumnya oksida ini bersumber dari ilmenite, rutile dan anatase. Titanium dioksida memiliki aplikasi yang luas, dari cat sampai tabir surya hingga pewarna makanan. Bila digunakan sebagai pewarna makanan, ia memiliki E number, yaitu E171.

Nama IUPAC-nya Titanium dioksida, Titanium(IV) oksida; nama lainnya Titania, Rutile, Anatase, dan Brookite. Adapun sifat-sifatnya adalah:

  • Rumus molekul: TiO2
  • Berat molekul: 79,866 gr/mol
  • Penampilan: Zat padat putih
  • Bau: Tidak berbau
  • Densitas: 4,23 gr/cm3 (Rutile); 3,78 g/cm3 (Anatase)
  • Titik lebur: 1843 °C
  • Titik didih: 2972 °C
  • Kelarutan dalam air: Tidak larut
  • Indeks refraksi (nD): 2,488 (anatase); 2,583 (brookite); 2,609 (rutile)
  • Entalpi pembentukan standar ΔfHo298: −945 kJ·mol−1
  • Entropi molar standar So298:  50 J·mol−1·K−1
  • Titik nyala: Tidak menyala

Terjadinya di Alam

Titanium dioksida terjadi di alam sebagai mineral rutile, anatase dan brookite yang dikenal dengan baik, dan tambahan seperti dua bentuk bertekanan tinggi, bentuk seperti baddeleyite monoklin dan bentuk seperti α-PbO2 ortorombik, keduanya dijumpai baru-baru ini di Ries crater di Bavaria. Ini terutama bersumber dari bijih ilmenite. Ini adalah bentuk bijih-bantalan titanium dioksida yang tersebar luas di dunia. Rutile merupakan yang paling berlimpah selanjutnya dan mengandung sekitar 98% titanium dioksida dalam bijih tersebut. Fase metastabil anatase dan brookite mengubah  rutile pada pemanasan.

Titanium dioksida memiliki delapan modifikasi—selain rutile, anatase dan brookite,  fase metastabil dapat diproduksi secara sintetik (monoklin, tetragonal dan ortorombik), dan lima bentuk tekanan-tinggi (seperti α-PbO2, baddeleyite, cotunnite, orthorhombic OI, dan fase kubus) juga ada:

Bentuk

Sistem kristal

Sintesis

Rutile

Tetragonal

 
Anatase

Tetragonal

 
Brookite

Ortorombik

TiO2(B)

Monoklin

Hidrolisis K2Ti4O9 diikuti dengan pemanasan

Bentuk seperti-TiO2(H), hollandite

Tetragonal

Oksidasi terkait kalium titanat bronze, K0.25TiO2

TiO2(R), bentuk seperti ramsdellite

Ortorombik

Oksidasi terkait litium titanat bronze Li0.5TiO2

TiO2(II)-(bentuk seperti α-PbO2)

Ortorombik

Bentuk seperti baddeleyite, (Ti berkoordinasi-7)

Monoklin

TiO2 -OI

Ortorombik

Bentuk kubus

Kubus

P > 40 Gpa, T > 1200 oC

TiO2 -OII, seperti cotunnite (PbCl2)

Ortorombik

P > 40 Gpa, T > 700 °C

 

Fase tipe cotunnite diklaim oleh L. Dubrovinsky dan ko-penulis sebagai oksida yang sulit dikenal dengan kekerasan Vickers 38 Gpa dan modulus curah 431 Gpa (yang dekat dengan nilai intan, 446 Gpa) pada tekanan atmosfer. Namun, penelitian kemudian hadir dengan kesimpulan yang berbeda dengan nilai jauh lebih rendah untuk kedua nilai kekerasan (7–20 GPa, yang membuat nya lebih lunak dari oksida biasa seperti korundum Al2O3 dan rutile TiO2) dan modulus curah (~300 GPa).

Oksida ini merupakan bijih titanium penting secara komesial. Logam ini dapat juga ditambang dari mineral lain seperti ilmenite atau bijih leucoxene, atau salah satu bentuk paling murni, rutil pasir pantai. Safir bintang dan rubi memperoleh asterisme mereka dari adanya pengotor rutil di dalamnya.

Titanium dioksida (B) dijumpai sebagai suatu mineral dalam batuan magmatik dan saluran hidrotermal, serta pelapukan rims pada perovskite. TiO2 juga membentuk lamella dalam mineral lain.

Garis spektrum dari titanium oksida  adalah yang terkenal dalam bintang kelas M, yang dingin cukup untuk memungkinkan molekul zat kimia ini membentuk.

Produksi

Cara produksinya bergantung pada bahan bakunya. Cara paling umum untuk produksi titanium dioksida menggunakan ilmenite. Ilmenite dicampur dengan asam sulfat. Ini bereaksi untuk menyingkirkan kelompok besi oksida dalam ilmenite.

Hasil-samping berupa besi(II) sulfat dikristalkan dan disaring untuk menghasilkan hanya garam titanium dalam larutan pencernaannya. Produk ini disebut rutil sintetik. Ini diproses lebih lanjut dengan cara yang sama untuk rutil yang menghasilkan produk titanium dioksida. Rutil sintetik dan ampas bijih titanium dibuat secara khusus untuk produksi titanium dioksida. Penggunaan bijih ilminite biasanya hanya menghasilkan titanium dioksida bertarap pigmen. Cara lain untuk produksi rutil sintetik dari ilmenite menggunakan Proses Becher.

Rutile merupakan pasir mineral paling melimpah kedua. Rutile dijumpai dalam batuan utama yang tidak dapat diekstrak karena depositnya mengandung pasir rutil yang dapat ditambang berarti mengurangi ketersediaannya untuk bijih konsentrasi tinggi.

Titanium dioksida kasar (dalam bentuk rutil atau rutil sintetik) dimurnikan melalui pengubahan menjadi titanium tetraklorida dalam proses klorida. Dalam proses ini, bijih mentah (mengandung sekurang-kurangnya 70% TiO2) direduksi dengan karbon, dioksidasi dengan klorida menghasilkan titanium tetraklorida; yaitu klorinasi karbotermal. Titanium tetraklorida ini disuling, dan dioksidasi-ulang dalam nyala oksigen murni atau plasma pada suhu 1500–2000 K yang menghasilkan titanium dioksida murni sambil juga meregenerasikan klor.

Aluminium klorida sering ditambahkan pada proses ini sebagai promotor rutil; produk ini kebanyakan anatase dalam ketiadaannya. Bahan mentah yang lebih disukai untuk proses klorida ialah rutil alami disebabkan tingginya kandungan titanium dioksida.

Satu cara untuk produksi titanium dioksida dengan relevansi untuk nanoteknologi ialah Sintesis solvotermal titanium dioksida.

Nanotube

Anatase dapat diubah melalui sintesis hidrotermal menjadi anatase delaminasi nanotube anorganik dan titanate nanoribbon yang merupakan potensi menarik sebagai pendukung katalitik dan fotokatalis. Dalam sintesis, anatase dicampur dengan NaOH 10 M dan dipanaskan pada suhu 130 °C selama 72 jam. Produk reaksi ini  dicuci dengan HCl encer dan dipanaskan pada suhu 400 °C selama 15 jam lainnya. Hasil dari nanotube adalah kuantitatif dan tabungnya memiliki diamtere terluar 10 – 20 nm dan diameter dalam 5 – 8 nm dan dengan panjang 1 μm. Suhu reaksi yang lebih tinggi (170 °C) dan volume reaksi berkurang memberikan nanowire yang berhubungan.

Proses lain untuk mensintesis TiO2 adalah melalui anodisasi dalam suatu larutan elektrolitik. Saat dianodisasi dalam 0,5 % berat larutan HF selama 20 menit, deret nanotube titanium oksida dibariskan dengan baik yang dapat difabrikasikan rata-rata diameter tabung 60 nm dan panjangnya 250 nm. Berdasarkan pada difraksi sinar-X, tabung nano ditumbuhkan melalui anodisasi adalah amorf.

Aplikasi

Bidang aplikasi paling penting adalah cat dan pernis serta kertas dan plastik: Mereka mengolah sekitar 80% dari konsumsi titanium dioksida dunia. Aplikasi pigmen lainnya seperti tinta cetak, serat, karet, produk kosmetika dan bahan baku pangan untuk 8% lainnya.  Sisa yang digunakan dalam aplikasi lain, misalnya produksi titanium murni teknis, kaca dan keramik kaca, keramik listrik, katalis, konduktor listrik dan zat kimia “perantara”. Titanium dioksida juga sebagai permen berwarna paling merah.

Pigmen

Titanium dioksida ialah pigmen putih yang digunakan secara luas disebabkan kecerahannya dan indeks refraksi sangat tinggi, dalam mana, ia hanya dilampaui oleh beberapa bahan lainnya. Sekitar 4,6 juta ton pigmen TiO2 yang digunakan setiap tahun di seluruh dunia, dan jumlah ini diperkirakan akan meningkat karena penggunaan terus meningkat.

Ketika diendapkan sebagai selaput tipis, maka indeks refraksi dan warnanya membuatnya pelapis optik reflektif yang unggul untuk cermin dielektrik dan beberapa batu permata seperti “topaz api mistik”. TiO2 juga merupakan pemburam efektif dalam bentuk bubuk, di mana ia bekerja sebagai pigmen untuk memberikan keputihan dan keburaman untuk produk seperti cat, pelapis, plastik, kertas, tinta, makanan, obat-obatan (pil dan tablet) serta sebagian besar pasta gigi. Dalam cat, sering disebut sebagai “putih yang sempurna”, “putih terputih”, atau istilah lain yang serupa. Keburaman ditingkatkan dengan ukuran optimal dari partikel titanium dioksida.

Beberapa taraf pigmen berbasis titanium seperti yang digunakan dalam cat gemerlap, plastik, finisihing dan pigmen kosmetika pearlescent buatan manusia yang partikelnya memiliki dua atau lebih lapisan berbagai oksida – sering titanium dioksida, oksida besi atau alumina – dalam rangka untuk memiliki kemilau, warna-warni dan atau efek mirip pearlescent dengan mika hancur atau produk berbasis guanin.

Selain efek ini perubahan warna yang terbatas mungkin dalam formulasi tertentu, tergantung pada bagaimana dan di mana sudut produk berakhir dan ketebalan lapisan oksida pada partikel pigmen, satu atau lebih warna tampak oleh refleksi sedangkan nada lainnya muncul karena gangguan dari lapisan titanium dioksida transparan.

Dalam beberapa produk, lapisan titanium dioksida ditumbuhkan dalam hubungannya dengan besi oksida melalui kalsinasi garam titanium (sulfat, klorat) sekitar 800 °C atau metoda deposisi industri lain seperti deposisi uap kimia pada zat-zat seperti platelet mika atau bahkan platelet kristal silikon dioksida tidak lebih dari 50 µm diameternya.

Efek warna-warni dalam partikel-partikel titanium oksida (yang hanya separoh alami) tidak seperti efek buram yang diperoleh dengan pigmen titanium oksida dasar yang biasa yang diperoleh dengan pertambangan, dalam hal ini hanya diameter tertentu partikel dianggap dan efeknya hanya disebabkan hamburan.

Dalam glasir keramik titanium dioksida bertindak sebagai pemburam dan pembentukan biji kristal.

Titanium dioksida telah menunjukkan secara statistik untuk meningkatkan keputihan susu skim, meningkatkan sensorik skor penerimaan susu skim itu.

Titanium dioksida digunakan untuk menandai garis putih dari beberapa lapangan tenis.

Eksterior roket Saturn V dicat dengan titanium dioksida. Ini kemudian memungkinkan para astronom untuk menentukan bahwa J002E3 adalah tahap S-IVB dari Apollo 12 dan bukan asteroid.

Tabir Surya dan Pigmen Penahan UV dalam Industri

Dalam produk kosmetika dan pelawatan kulit, titanium dioksida digunakan sebagai pigmen, tabir surya dan pengental. Titanium dioksida juga digunakan sebagai pigmen tato dan sebagai pensil styptic. Titanium dioksida diproduksi dalam berbagai ukuran partikel, dapat mendispersikan minyak dan air, dan dalam taraf tertentu untuk industri kosmetika.

Titanium dioksida dijumpai di hampir setiap tabir surya dengan penghalang fisik disebabkan indeks refraksinya yang tinggi, kuat kemampuan menyerap UV dan ketahanannya terhadap  kelunturan di bawah sinar ultraviolet. Keuntungan ini meningkatkan stabilitas dan kemampuannya untuk melindungi kulit dari sinar UV. Partikel titanium oksida berskala nano terutama digunakan dalam lotion tabir surya karena mereka menghamburkan cahaya tampak kurang dari pigmen titanium dioksida sambil tetap memberikan perlindungan UV.

Tabir surya dirancang untuk bayi atau orang dengan kulit sensitif sering didasarkan pada titanium dioksida dan/atau seng oksida, karena mineral ini pemblokir UV yang dipercaya tidak menyebabkan iritasi kulit ketimbang zat kimia penyerap UV.

Pigmen ini digunakan secara luas dalam plastik dan aplikasi lain tetapi juga aplikasi lain tidak hanya sebagai pigmen putih atau pemburam tetapi juga untuk sifat-sifat ketahanan UV di mana serbuk pendispersi cahaya—tidak seperti penyerap UV organik—dan mereduksi bahaya UV, karena kebanyakan pada indeks refraksi sangat tinggi dari partikel ini.

Polimer tertentu yang digunakan dalam pelapis untuk beton atau yang digunakan untuk mengisi beton sebagai penguatan kadang-kadang diisi dengan pigmen putih titanium untuk melindungi UV dalam industri konstruksi, tetapi hanya penundaan fotodegradasi oksidatif dari polimer tersebut, yang katanya untuk “kapur” seperti serpih karena menurunkan kekuatan dampak dan mungkin akan menjadi hancur setelah bertahun-tahun terkena sinar matahari langsung jika stabilisator UV belum disertakan.

Fotokatalis

Titanium dioksida , terutama dalam bentuk anatase, adalah suatu fotokatalis di bawah sinar ultra violet (UV). Baru-baru ia telah menemukan bahwa titanium dioksida, ketika dibubuhi ion nitrogen atau diolah dengan oksida logam seperti tungsten trioksida, juga fotokatalis baik di bawah cahaya  terlihat ataupun UV.

Potensi oksidatif yang kuat dari lubang positif mengoksidasi air untuk membuat radikal hidroksil. Hal ini juga dapat mengoksidasi oksigen atau bahan organik secara langsung. Titanium dioksida demikian ditambahkan ke cat, semen, jendela, ubin, atau produk lain untuk sterilisasinya, penghilang bau dan sifat antifouling dan digunakan sebagai katalis hidrolisis. Hal ini juga digunakan dalam sel surya yang disensititasi-pewarna, yang merupakan jenis sel surya kimia (juga dikenal sebagai sel Graetzel).

Sifat-sifat fotokatalitik dari titanium dioksida ditemukan oleh Akira Fujishima pada 1967 dan diterbitkan pada 1972. Proses pada permukaan titanium dioksida disebut efek Honda-Fujishima.

Titanium dioksida memiliki potensi untuk digunakan dalam produksi energi: sebagai fotokatalis, dapat melakukan hidrolisis, yaitu mengurai air menjadi hidrogen dan oksigen. Dengan terkumpulnya hidrogen, dapat digunakan sebagai bahan bakar. Efisiensi proses ini dapat diperbaiki oleh doping oksida dengan karbon. Efisiensi dan durabilitas selanjutnya telah diperoleh dengan memperkenalkan ketidak-beraturanan struktur kisi lapisan permukaan nanokristal titanium dioksida, memungkinkan penyerapan inframerah.

Titanium dioksida dapat juga memproduksi listrik saat dalam bentuk partikel nano. Riset menunjukkan bahwa dengan menggunakan partikel nano tersebut untuk membentuk pixel dari sebuah layar, mereka menghasilkan listrik ketika transparan dan di bawah pengaruh cahaya. Jika terkena listrik di sisi lain, nanopartikel menghitam, membentuk karakteristik dasar dari sebuah layar LCD. Menurut penciptanya Zoran Radivojevic, Nokia telah membangun 200-dengan-200-pixel layar mono-kromatik fungsional yang penuh semangat mandiri.

Pada 1995 Fujishima dan kelompoknya menemukan fenomena superhidrofilisitas untuk kaca yang dilapisi titanium dioksida yang diekspos pada sinar matahari. Ini dihasilkan dalam pengembangan pembersih kaca-sendiri dan pelapis anti kabut.

TiO2 dicampur ke dalam bahan bangunan di luar ruangan, seperti batu paving blok di noxer atau cat, secara substansial dapat mengurangi konsentrasi polutan udara seperti senyawa organik yang mudah menguap dan oksida nitrogen.

Semen fotokatalitik yang menggunakan titanium dioksida sebagai komponen utama, diproduksi oleh Italcementi Group, yang termasuk dalam 50 Penemu Top Time tahun 2008.

Upaya telah dilakukan untuk fotokatalitik mineralisasi polutan (untuk diubah menjadi CO2 dan H2O) dalam air limbah. TiO2 menawarkan potensi besar sebagai teknologi industri untuk detoksifikasi atau remediasi air limbah karena beberapa faktor:

  1. Proses yang menggunakan oksihen alami dan sinar matahari dan dengan demikian terjadi kondisi lingkungan; ini adalah panjang gelombang selektif dan dipercepat oleh sinar UV.
  2. Fotokatalis murah, mudah disediakan, tidak beracun, stabil secara kimia mekanik, dan  memiliki omset tinggi.
  3. Pembentukan produk zat-antara yang dikatalisasi, kecuali teknik fotolisis langsung, itu dihindari.
  4. Oksidasi substrat menjadi CO2 adalah sempurna.
  5. TiO2 dapat didukung pada substrat reaktor yang sesuai.

Media Penyimpan Data Elektronik

Pada 2010, peneliti pada Universitas Tpkyo, Jepang telah menciptakan  satu bentuk kristal titanium oksida dengan partikel 5 – 20 nanometers yang dapat dialihkan antara dua keadaan dengan cahaya. Menggunakan partikel 5 nm dapat menyebabkan satu disket menyimpan 25 TB.

Aplikasi Lain

Titanium dioksida dalam larutan atau suspensi dapat digunakan untuk mengurai protein yang mengandung asam amino prolin di tempat di mana prolin hadir. Ini terobosan dalam biaya-efektif memecah protein yang berlangsung di Arizona State University pada tahun 2006.

Titanium dioksida juga digunakan sebagai bahan dalam memristor, elemen sirkuit elektronik baru. Hal ini dapat digunakan untuk konversi energi surya berbasis pada pewarna, polimer, atau titik kuantum peka sel surya nanokristal TiO2 dengan menggunakan polimer terkonjugasi sebagai elektrolit padat.

Kristal tunggal sintetik dan film TiO2 digunakan sebagai semikonduktor, dan juga dalam cermin dielektrik gaya Bragg-stack karena indeks bias TiO2 tinggi (2,5-2,9).***

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s