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dioxyde de titane Le TiO2 possède trois formes minérales : le rutile, l'anatase et le minerai de titane en plaques. Les phases rutile et anatase sont des systèmes cristallins tétragonaux, stables à température ambiante ; la phase minerai de titane en plaques est un système cristallin rhomboédrique, sa structure cristalline est très instable et elle n'a actuellement que peu d'intérêt pratique dans l'industrie.

1. Dioxyde de titane pour la photocatalyse

Le dioxyde de titane est un oxyde amphotère, c'est-à-dire qu'il peut être oxydé et réduit dans certaines conditions environnementales. Sous l'effet d'une lumière d'énergie supérieure à la bande interdite (ou gap), les électrons (e⁻) de la bande de valence (BV), de basse énergie, sont excités et passent à la bande de conduction (BC), de haute énergie. Il se forme alors des trous chargés positivement (h⁺) dans la bande de valence, ce qui provoque la séparation des électrons et des trous photogénérés. Les électrons photogénérés dans la bande de conduction sont de puissants réducteurs : ils réduisent les molécules d'oxygène (O₂) pour former des ions superoxyde (-O₂⁻). Les trous photogénérés dans la bande de valence sont de puissants oxydants : ils oxydent les molécules d'eau (H₂O) pour former des radicaux hydroxyles (-OH). Ces ions et radicaux peuvent ensuite dégrader les polluants organiques présents dans l'environnement en eau et en dioxyde de carbone. Il est largement admis dans la littérature que l'activité photocatalytique du dioxyde de titane en phase anatase est nettement supérieure à celle du dioxyde de titane en phase rutile. Ceci est principalement dû à :

1, la largeur de bande interdite du dioxyde de titane anatase Eg 3,2 eV (correspondant à l'énergie de la lumière ultraviolette de 387,5 nm), légèrement supérieure à celle du dioxyde de titane rutile (Eg = 3,0-3,1 eV), le dioxyde de titane anatase généré par les paires électron-trou de la capacité redox est légèrement plus fort ;

2. Le réseau du dioxyde de titane en phase anatase contient plus de défauts et de dislocations, ce qui peut produire plus de lacunes d'oxygène pour capturer les électrons, ce qui facilite la séparation des électrons et des trous photogénérés, tandis que le dioxyde de titane en phase rutile a une capacité d'adsorption de l'oxygène relativement plus faible.

Grâce à ses excellentes propriétés photocatalytiques redox, le dioxyde de titane nanométrique est devenu un représentant typique des produits photocatalytiques (matériaux semi-conducteurs optiques à fonction photocatalytique). Déposé sur un substrat, il produit, sous l'effet de la lumière ultraviolette et visible, une forte activité catalytique de dégradation, permettant la dégradation efficace des gaz toxiques et nocifs présents dans l'air, l'élimination efficace de diverses bactéries et la décomposition des toxines libérées, ainsi qu'un traitement sans danger. Il possède également des propriétés de désodorisation, de purification de l'air, d'anti-encrassement et autres.

2. Le dioxyde de titane est utilisé dans les pigments de peinture et les additifs alimentaires.

Le dioxyde de titane, principalement utilisé comme pigment blanc, est considéré comme le meilleur pigment blanc au monde. Grâce à son indice de réfraction élevé, il offre un pouvoir couvrant (opacité), un pouvoir achromatique et d'autres propriétés optiques supérieurs. Il se distingue également par sa blancheur éclatante, son lustre intense, sa bonne dispersion et, comparé aux produits Lidl, par un dosage plus économique et une durée de vie plus longue.

La part du dioxyde de titane dans le domaine des revêtements atteint plus de 90 %, et il est également largement utilisé dans les encres, les additifs pour plastiques et caoutchoucs, la fabrication du papier, les textiles à fibres chimiques, les cosmétiques et d'autres industries.

De plus, le dioxyde de titane est également utilisé comme additif alimentaire pour blanchir et remplir les aliments. Classé comme cancérogène du groupe 2B (c’est-à-dire potentiellement cancérogène pour l’homme) par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) en 2010, ce classement a été confirmé par la réglementation européenne en 2020. Largement considéré comme cancérogène à l’échelle nanométrique, et étant actuellement le seul agent blanchissant disponible dans l’industrie alimentaire, le dioxyde de titane a été retiré de la classification des cancérogènes de l’UE en novembre 2022, suite aux efforts des fabricants de peinture européens.

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