Chimie Inorganique Cours 4 PDF

II. Les oxydes d’éléments 2. Méthodes de préparation et spécificité de certains oxydes 2.1. dioxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane se sont imposés comme les plus performants et les plus utilisés des pigments blancs...

II. Les oxydes d’éléments 2. Méthodes de préparation et spécificité de certains oxydes 2.1. dioxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane se sont imposés comme les plus performants et les plus utilisés des pigments blancs 1 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane variétés cristallines anatase brookite rutile 2 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane Procédés d'obtention : - Procédé au sulfate - Procédé au chlore - Procédé sol-gel 3 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane Procédé au sulfate anatase Ajout de germes rutile 4 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane Procédé au sulfate Ajout de fer métallique Permet de réduire les ions ferriques ( 2 Fe3+ + Fe 3 Fe2+ ) Evite la précipitation ultérieure d'hydroxyde ferrique Fe(OH)3 Une cristallisation provoque alors la précipitation FeSO4,7 H2O qui est séparé par essorage 5 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane Procédé au sulfate le sulfate de titanyle TiOSO4 reste en solution après filtration et concentration par évaporation sous vide hydrolyse par la vapeur d'eau 6 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane Procédé au sulfate anatase rutile Ajout de germes : permet d'orienter la précipitation vers la forme anatase ou rutile Le composé obtenu est conditionné avec des additifs de pigmentation, ou calciné à des températures de l'ordre de 800-1000 °C et broyé à sec 7 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane Procédé au chlore 8 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane Procédé au chlore Introduction de rutile, sous forme poudreuse dans un réacteur Formation d’un lit fluidisé par injection de chlore gazeux Chauffage du réacteur à 650 °C Introduction de carbone finement broyé Il s'enflamme et maintient une température de 800 °C 9 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane Procédé au chlore La seconde phase a lieu dans un réacteur préchauffé vers 1000 °C où la réaction exothermique porte la température vers 1400 °C. 10 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane 11 II. Les oxydes d’éléments Propriétés anatase rutile Taille moyenne du cristal 0,14 à 0,17 mm 0,17 à 0,24 mm Indice de réfraction 2,57 2,75 Densité 3,87 4,24 Dureté 5,5 à 6,0 6,0 à 6,5 (échelle de Mohs) 12 II. Les oxydes d’éléments Dureté de Mohs 13  II. Les oxydes d’éléments Green synthesis of titanium dioxide nanoparticles using plant biomass and their applications- A review N.E. Sunny et al. Chemosphere 300 (2022) 134612 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.134612 14  II. Les oxydes d’éléments Green synthesis of titanium dioxide nanoparticles using plant biomass and their applications- A review N.E. Sunny et al. Chemosphere 300 (2022) 134612 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.134612  II. Les oxydes d’éléments Green synthesis of titanium dioxide nanoparticles using plant biomass and their applications- A review N.E. Sunny et al. Chemosphere 300 (2022) 134612 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.134612  II. Les oxydes d’éléments Green synthesis of titanium dioxide nanoparticles using plant biomass and their applications- A review N.E. Sunny et al. Chemosphere 300 (2022) 134612 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.134612 Green synthesis of titanium dioxide nanoparticles: Development and applications P. Singh Jassal et al. Journal of Agriculture and Food Research 10 (2022) 100361 https://doi.org/10.1016/j.jafr.2022.100361 II. Les oxydes d’éléments Synthesis of anatase and rutile mixed phase titanium dioxide nanoparticles using simple solution combustion method M. Balamurugan et al. Physica B: Physics of Condensed Matter 638 (2022) 413843 https://doi.org/10.1016/j.physb.2022.413843 In the typical synthesis of TiO2 nanoparticles, TiCl3 (0.065, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2 and 1.8 M) was mixed with solvent of ethanol and ethylene glycol with the fixed volume ratio of 60:40 under constant stirring, respectively. The total volume of the solution was kept at 100 mL for all samples. The quantities of fuels and titanium precursors were stated in Table 1. Then reaction mixture solution was transferred into a spirit lamp with an absorbent cotton lamp wick and then the spirit lamp was fired to combusting the titanium precursor. The combustion process was carried out in the presence of air at normal ambient atmosphere. After the lamp wick extinguished, the samples were collected and washed with distilled water for three times to remove the impurity through ultrasonic process. Finally, all the samples were dried in hot air oven at 80 ◦C II. Les oxydes d’éléments Synthesis of anatase and rutile mixed phase titanium dioxide nanoparticles using simple solution combustion method M. Balamurugan et al. Physica B: Physics of Condensed Matter 638 (2022) 413843 https://doi.org/10.1016/j.physb.2022.413843 DRX Proportions variables d’anatase et de rutile en fonction des conditions opératoires  II. Les oxydes d’éléments N Seman et al 2022, Preparation Method of Titanium Dioxide, Nanoparticles and Its Application: An Update IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 1091 012064  II. Les oxydes d’éléments N Seman et al 2022, Preparation Method of Titanium Dioxide, Nanoparticles and Its Application: An Update IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 1091 012064 II. Les oxydes d’éléments Chang et al., Review of the sol–gel method in preparing nano TiO2 for advanced oxidation process, Nanotechnology Reviews 2023; 12: 20230150. II. Les oxydes d’éléments II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane Traitements post synthèse La nature des applications industrielles nécessite un certain nombre de traitements particuliers destinés à - augmenter la stabilité des pigments vis-à-vis de la lumière et des intempéries - augmenter leur dispersibilité dans les peintures et plastiques 24 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane Ajouts d'agents bleuissants ou d'azurants optiques Les pigments de TiO2 peuvent présenter une tonalité légèrement jaunâtre (plus prononcée avec le rutile qu’avec l’ anatase) due à l'absorption par les deux formes cristallines dans la zone bleue du spectre visible bleuissement : ajout de traces de colorants bleu ou violet carbone absorbant eux-mêmes dans la zone complémentaire et entraînant donc une perte de luminosité 25 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane d'azurants optiques : substances organiques qui transforment les radiations UV en lumière bleue fluorescente visible - absorbe les UV entre 300 et 400 nm - réémet ensuite cette énergie par fluorescence dans le visible entre 400 et 500 nm, soit les longueurs d'onde entre le bleu-violet et le bleu-vert avec un maximum dans le bleu. intérêt car TiO2 a tendance à absorber dans le bleu et a par conséquent un aspect jaune. L’ajout de l’agent azurant permet de compléter la gamme de lumière blanche visible et donne ainsi un éclat blanc. 26 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane Traitements de surface 27 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane Traitements de surface W. Sun et al., 2021, Preparation and Electrorheological Properties of Peanut‐Like Hollow Core–Shell Structure TiO2@SiO2 Nanoparticles, https://doi.org/10.1002/adem.202001416 28 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane a. Applications Photocatalyse 29 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane a. Applications 30 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane a. Applications Dans l’industrie, le principe de la photocatalyse est employé pour l’utilisation de vitrages autonettoyants et de revêtements PHOTOCAL cette application est associée à une seconde propriété du semi- conducteur irradié : la superhydrophilie 31 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane a. Applications Surfaces à propriétés superhydrophiles : les gouttes d’eau entrant à leur contact s’étalent comme un voile au lieu de former des coulures En s'étalant, ce voile d'eau passe sous les salissures et les décollent Par gravité le film d’eau ainsi formé, glisse sur ces surfaces entraînant avec lui l’ensemble des polluants oxydés et réduits par la réaction photocatalytique et laissant ainsi les bâtiments, constructions et matériaux traités parfaitement propres. 32 II. Les oxydes d’éléments 2.1.2. Oxydes de titane a. Applications 33 II. Les oxydes d’éléments Applications de TiO2 Le dioxyde de titane est également utilisé comme filtre anti-UV dans les crèmes solaires. Incorporés sous forme de poudre microscopique, il laisse cependant des traces blanches sur la peau. Autour de 300 nm, les particules réfléchissent la lumière visible. En réduisant leur taille entre 30 et 50 nm, on supprime le phénomène de réflexion de la lumière visible tout en conservant la réflexion des UV 34 II. Les oxydes d’éléments Applications de TiO2 35 II. Les oxydes d’éléments Dénomination de TiO2 TiO2 (nom scientifique) (CAS-N° 13463-67-7) Dénominations réglementaires sur les étiquettes lorsqu'il est utilisé : En cosmétique comme additif dans le secteur alimentaire CI 77891 E171 Interdit depuis 2020 36 II. Les oxydes d’éléments TiO2 Cancérogène possible pour l'homme en cas d’inhalation ou d’ingestion (classement du Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC) Conditions de travail particulière Passage de la taille micrométrique à la taille nanométrique Étiquetage des nanomatériaux obligatoire sur les produits cosmétiques. "Titanium dioxyde [nano]« (Règlement Cosmétique Européen 1223/2009) 18 février 2020 : parmi six ingrédients utilisés dans les produits cosmétiques, TiO2 devient officiellement un cancérogène de catégorie 2 par inhalation. 37 https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32020R0217&from=EN  II. Les oxydes d’éléments Producteurs de TiO2 en Europe. Tronox : Thann, Stallingborough, Botlek-Rotterdam, Venator : Greatham, Duisburg, Uergingen, Huelva, Scarlino, Kronos : Leverkusen, Nordenham, Fredrikstad (Norvège) Langerbrugge (Belgique) Cinkarna : Celje, Mozirje (Slovénie) Prechez : Prerov, (République tchèque) Principaux producteurs en 2023 et milliers de t/an de capacité de production 38 https://lelementarium.fr/product/dioxyde-de-titane/ https://www.youtube.com/watch?v=YdRjLH p00ok 39