Стійкі золі наночастинок діоксиду титану і спосіб їх виготовлення

Реферат: Даний винахід пропонує спосіб приготування концентрованого водного золю наночастинок діоксиду титану в інтервалі помірних значень рН (від 4,0 до 10,0), що включає контактування кислого золю наночастинок діоксиду титану з диспергатором і з підлуговуючим агентом і спрямування золю наночастинок діоксиду титану на мембранне фільтрування доти, доки золь 3 наночастинок діоксиду титану не буде містити більше ніж 300 г наночастинок ТіО2/дм . Золь наночастинок діоксиду титану можна далі піддавати нанесенню покриття на будь-якій зі стадій описаного вище способу. Концентрований водний золь наночастинок діоксиду титану, згідно з даним винаходом, є придатним для використання в різноманітних застосуваннях, включаючи забезпечення захисту від ультрафіолетового випромінювання і фотохімічного розкладання або інактивації забруднюючих речовин. UA 104911 C2 (12) UA 104911 C2 UA 104911 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Галузь техніки, до якої належить винахід Даний винахід, загалом, стосується стійких концентрованих золів наночастинок діоксиду титану і способів їх виготовлення і використання. Наприклад, даний винахід стосується стійких концентрованих золів наночастинок діоксиду титану в інтервалі помірних значень pH (від 4,0 до 10,0) і способів їх виготовлення і використання. Рівень техніки Діоксид титану або двоокис титану (TiO 2) звичайно присутній на ринку в одній з двох переважаючих поліморфних модифікацій (анатаз або рутил) і має середній розмір частинок від 150 нм до 250 нм. Внаслідок свого високого показника заломлення, практичної безбарвності й інертності він корисний як глушник в фарбах, папері, пластмасах, керамічних матеріалах, чорнилі і т. д. Частинки діоксиду титану, що мають менший середній розмір частинок, наприклад, середній розмір частинок в інтервалі від 1 нм до 150 нм, називаються терміном "наночастинки діоксиду титану". Наночастинки діоксиду титану знаходять застосування в косметичних виробах, предметах особистої гігієни, пластмасах, поверхневих покриттях, самоочисних поверхнях і фотогальванічних пристроях внаслідок своїх: i) світлозахисних властивостей в поєднанні з напівпрозорістю; ii) фотокаталітичних властивостей і iii) провідних властивостей в поєднанні з високою питомою поверхнею. Проблеми, пов'язані з матеріалами, що містять наночастинки діоксиду титану і, що поставляються у вигляді порошків, включають: i) проблему диспергування матеріалів до частинок необхідного розміру і ii) проблему утворення пилу при поводженні з порошком внаслідок маленького розміру наночастинок діоксиду титану. Матеріал, що містить наночастинки діоксиду титану, який поставляється у вигляді стійкого концентрованого золю, вирішує обидві ці критичні проблеми. У літературі описані стійкі водні золі наночастинок діоксиду титану. Однак їх виготовлення обмежене областями дуже низьких (менше 2) або дуже високих (більше 10) значень pH або низьких концентрацій (менше 300 г/л). У патенті США № 2448683 описаний спосіб, в якому гідратований діоксид титану спочатку нейтралізують і потім пептизують, використовуючи HCl, щоб одержати колоїдний золь діоксиду титану. Колоїдний золь діоксиду титану потім нейтралізують, сушать і прожарюють при температурі, що становить приблизно від 500 °C до 600 °C, перш ніж прожарений продукт повторно диспергують. У патентній публікації США № 2006/0110319, золі наночастинок діоксиду титану (рутилу) одержують гідролізом тетраізопропоксиду титану у водному розчині, що містить пероксид водню, і подальшою гідротермічною обробкою при температурі від 50 °C до 120 °C. Патентна публікація США № 2009/0062111 описує спосіб одержання золю наночастинок діоксиду титану, що включає осадження гідратованого діоксиду титану з розчину ізопропоксиду титану і пептизацію гідратованого гідроксиду титану α-гідроксикарбоновою кислотою при температурі від 70 °C до 150 °C протягом тривалого періоду часу. Патентна публікація США № 2009/0061230 також описує спосіб одержання стійкого золю наночастинок діоксиду титану за допомогою реакції галогенідної сполуки титану з водою в присутності поліолу. У патенті США № 5840111 золь наночастинок діоксиду титану одержують додаванням розчину сірчаної кислоти і титанілсульфату до лужного реакційного середовища з утворенням наночастинок діоксиду титану, флокуляцією наночастинок за допомогою додавання одноосновної кислоти і подальшим виділенням флокуляту шляхом фільтрування. Таким чином, як і раніше у високій мірі бажаними залишаються альтернативні способи одержання високостійких золей наночастинок діоксиду титану і, зокрема, способи одержання високостійких концентрованих золей наночастинок діоксиду титану. Суть винаходу Даний винахід пропонує спосіб приготування концентрованого водного золю наночастинок діоксиду титану, що включає: (a) контактування кислого золю наночастинок діоксиду титану з диспергатором, що включає щонайменше одну речовину з водорозчинної карбонової кислоти, водорозчинної солі карбонової кислоти, водорозчинної полікарбонової кислоти, фосфату або силікату, і з підлуговуючим агентом, де значення pH золю наночастинок діоксиду титану після контактування знаходиться в інтервалі від приблизно 4,0 до приблизно 10,0; і (b) спрямування відрегульованого по кислотності золю наночастинок діоксиду титану на мембранне фільтрування, переважно перехреснопотокове фільтрування або перехреснопотокове фільтрування з вібрацією, і виконання мембранного фільтрування доти, 1 UA 104911 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 доки золь наночастинок діоксиду титану не буде містити більше ніж 300 г наночастинок 3 TiO2/дм . Даний винахід також пропонує спосіб приготування концентрованого водного золю наночастинок діоксиду титану, що включає: (a) приготування кислого золю наночастинок діоксиду титану; (b) контактування кислого золю наночастинок діоксиду титану з диспергатором, що включає щонайменше одну речовину з водорозчинної карбонової кислоти, водорозчинної солі карбонової кислоти, водорозчинної полікарбонової кислоти, фосфату або силікату, і з підлуговуючим агентом, де значення pH золю наночастинок діоксиду титану після контактування знаходиться в інтервалі від приблизно 4,0 до приблизно 10,0; і (с) спрямування відрегульованого по кислотності золю наночастинок діоксиду титану на мембранне фільтрування, переважно перехреснопотокове фільтрування або перехреснопотокове фільтрування з вібрацією, і виконання мембранного фільтрування доти, 3 доки золь наночастинок діоксиду титану містить більше ніж 300 г наночастинок TiO2/дм . В іншому варіанті здійснення відрегульований по кислотності золь наночастинок діоксиду титану може вступати в контакт з промивальним агентом під час стадії (b) способу, описаного в параграфі [0013], або стадії (с) способу, описаного в параграфі [0014], переважно перед початком концентрування золю наночастинок діоксиду титану, щоб видалити розчинні солі із золю наночастинок діоксиду титану. Згідно з іншим варіантом здійснення, золь наночастинок діоксиду титану можна піддавати нанесенню покриття до, під час або після будь-якої зі стадій описаного вище способу. Концентрований водний золь наночастинок діоксиду титану згідно з даним винаходом є придатним для використання в різноманітних застосуваннях, включаючи забезпечення захисту від ультрафіолетового випромінювання і фотохімічного розкладання або інактивації забруднюючих речовин. Докладний опис винаходу У даному описі і формулі винаходу, яка йде за ним, згадуються декілька термінів, які потрібно розуміти як такі, що мають наступні значення. Термін "золь наночастинок діоксиду титану" означає колоїдну суспензію наночастинок TiO 2, розмір яких становить менше ніж 150 нм, переважно менше ніж 100 нм. Наночастиночки TiO2 можуть являти собою анатаз, рутил, аморфну речовину або їх суміш. Терміни "перехреснопотокове фільтрування" і "перехреснопотокове фільтрування з вібрацією" означають способи фільтрування, в яких суспензію твердих частинок в текучому середовищі примушують текти по дотичній до поверхні мембрани, прикладаючи при цьому тиск, що примушує текуче середовище суспензії протікати через мембрану, яка є проникною для текучого середовища, але не для твердих частинок. Потік суспензії по поверхні мембрани зводить до мінімуму будь-яке зайве відкладання твердих речовин на поверхні мембрани. Можна використовувати механічну вібрацію поверхні мембрани, щоб зменшити засмічення або забруднення мембрани. Такий спосіб описаний, наприклад, в патенті США № 4952317, вміст якого включений в даний документ за допомогою посилання. Даний винахід пропонує спосіб приготування концентрованого водного золю наночастинок діоксиду титану. В одному варіанті здійснення даного винаходу концентрований водний золь наночастинок діоксиду титану одержують способом, що включає стадії: (a) контактування кислого золю наночастинок діоксиду титану з диспергатором, що включає щонайменше одну речовину з водорозчинної карбонової кислоти, водорозчинної солі карбонової кислоти, водорозчинної полікарбонової кислоти, фосфату або силікату, і з підлуговуючим агентом, де значення pH золю наночастинок діоксиду титану після контактування знаходиться в інтервалі від приблизно 4,0 до приблизно 10,0; і (b) спрямування відрегульованого по кислотності золю наночастинок діоксиду титану на мембранне фільтрування, переважно перехреснопотокове фільтрування або перехреснопотокове фільтрування з вібрацією, і продовження мембранного фільтрування доти, доки золь наночастинок діоксиду титану не буде містити більше ніж 300 г наночастинок 3 TiO2/дм . В інших варіантах здійснення даного винаходу концентрований водний золь наночастинок діоксиду титану одержують способом, що включає стадії: (a) приготування кислого золю наночастинок діоксиду титану; (b) контактування кислого золю наночастинок діоксиду титану з диспергатором, що включає щонайменше одну речовину з водорозчинної карбонової кислоти, водорозчинної солі карбонової кислоти, водорозчинної полікарбонової кислоти, фосфату або силікату, і з 2 UA 104911 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 підлуговуючим агентом, де значення pH золю наночастинок діоксиду титану після контактування знаходиться в інтервалі від приблизно 4,0 до приблизно 10,0; і (с) спрямування відрегульованого по кислотності золю наночастинок діоксиду титану на мембранне фільтрування, переважно перехреснопотокове фільтрування або перехреснопотокове фільтрування з вібрацією, і продовження мембранного фільтрування доти, доки золь наночастинок діоксиду титану не буде містити більше ніж 300 г наночастинок 3 TiO2/дм . Практично всі стадії способу згідно з даним винаходом можна здійснювати при температурах нижчих 100 °C, роблячи тим самим їх здійснення простим і економічним в комерційному відношенні. Концентрований водний золь наночастинок діоксиду титану, одержаний способом згідно з даним винаходом, демонструє виняткову стійкість в широкому інтервалі значень pH, особливо в інтервалі помірних значень pH від 4,0 до 10,0 (наприклад, від 6,0 до 8,0), що забезпечує безпеку золю для навколишнього середовища і простоту його використання. Крім того, концентрований водний золь наночастинок діоксиду титану не виявляє агломерації, отже, не потрібна стадія подрібнення для забезпечення чудової напівпрозорості. Більше того, незважаючи на те, що золь наночастинок діоксиду титану є концентрованим, він все ж зберігає низьку в'язкість, що робить його особливо придатним для перевезення і безпосереднього використання. Згідно з варіантом здійснення, запропонований кислий золь наночастинок діоксиду титану. Кислий золь наночастинок діоксиду титану можна одержати з будь-якого джерела при тій умові, що в ньому міститься кисла суспензія колоїдних наночастинок TiO2. Суспензію колоїдних наночастинок TiO2 можна приготувати з анатазу, рутилу або аморфного TiO 2, який був одержаний будь-яким придатним способом. Типові способи можуть включати гідроліз відповідної сполуки титану, такої як тетрахлорид титану, титанілсульфат або органічний або неорганічний титанат, або окиснення сполуки титану, що окислюється, наприклад, в паровій фазі. В одному варіанті здійснення кислий золь наночастинок діоксиду титану одержують з TiO 2, приготованого на стадії осадження сульфатного способу. Після осадження одержаний гідрат діоксиду титану відфільтровують, відмивають від домішок і вводять в контакт з водним розчином основи для одержання суспензії, у якої значення pH є приблизно нейтральним. Сульфат-іони потім видаляють з нейтралізованої суспензії фільтруванням і промиванням. В одному аспекті осад на фільтрі, одержаний після фільтрування, промивають доти, доки вміст 2SO4 в фільтраті від промивання не буде становити менше ніж 0,1 г/л (що можна визначити шляхом титрування розчином хлориду барію). Промитий осад на фільтрі потім знов суспендують у воді, щоб одержати водну суспензію гідрату діоксиду титану, яка практично не містить сульфат-іонів, яку потім пептизують сильною одноосновною кислотою, доводячи значення pH до рівня близько 2,0 або нижче, переважно pH близько 1,5, щоб одержати кислий золь наночастинок діоксиду титану. Після цього кислий золь наночастинок діоксиду титану вводять в контакт з диспергатором і з підлуговуючим агентом. Кислий золь наночастинок діоксиду титану може вступати в контакт з диспергатором і підлуговуючим агентом в будь-якому порядку або одночасно. Згідно з одним варіантом здійснення, кислий золь наночастинок діоксиду титану спочатку вступає в контакт з диспергатором. Диспергатор включає щонайменше одну речовину з водорозчинної карбонової кислоти, водорозчинної солі карбонової кислоти, водорозчинної полікарбонової кислоти, фосфату або силікату. В одному варіанті здійснення водорозчинна карбонова кислота являє собою α-гідроксикарбонову кислоту. Ця α-гідроксикарбонова кислота може містити одну, дві або три карбоксильні групи і включає, без обмеження перерахованого: молочну кислоту, гліколеву кислоту, яблучну кислоту, винну кислоту, мигдалеву кислоту і лимонну кислоту. В іншому варіанті здійснення водорозчинна карбонова кислота являє собою β-гідроксикарбонову кислоту. У ще одному варіанті здійснення водорозчинна полікарбонова кислота являє собою дикарбонову кислоту або трикарбонову кислоту. В інших варіантах здійснення диспергатор включає одну або більше солей перерахованих вище кислот. У наступних варіантах здійснення диспергатор включає поєднання перерахованих вище кислот і солей, а також фосфати і силікати. Кислий золь наночастинок діоксиду титану і диспергатор можуть вступати в контакт будьякими придатними способами, включаючи традиційне перемішування в посудині, протягом періоду часу, що становить щонайменше приблизно 0,1 год., переважно щонайменше приблизно 0,25 год. і переважніше щонайменше приблизне 0,5 год. В іншому варіанті здійснення кислий золь наночастинок діоксиду титану і диспергатор можуть знаходитися в контакті протягом періоду часу, що становить менше ніж приблизно 24 год., переважно менше 3 UA 104911 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ніж приблизно 12 год. і переважніше менше ніж приблизно 3 год. У ще одному варіанті здійснення, кислий золь наночастинок діоксиду титану і диспергатор можуть знаходитися в контакті протягом періоду часу, що становить від не менше ніж приблизно 0,5 год. до менше ніж приблизно 3 год. Кислий золь наночастинок діоксиду титану також вводять в контакт з підлуговуючим агентом. В одному варіанті здійснення кислий золь наночастинок діоксиду титану вводять в контакт з підлуговуючим агентом після контактування з диспергатором. Приклади підлуговуючих агентів включають алканоламіни, переважно водорозчинні алканоламіни, такі як ізопропаноламін і холінгідроксид. Період часу, протягом якого кислий золь наночастинок діоксиду титану знаходиться в контакті з підлуговуючим агентом, являє собою період часу, достатній для доведення значення pH кислого золю наночастинок діоксиду титану до інтервалу від приблизно 4,0 до приблизно 10,0. Відрегульований по кислотності золь наночастинок діоксиду титану потім піддають обробці мембранним фільтруванням, переважно перехреснопотоковим фільтруванням або перехреснопотоковим фільтруванням з вібрацією, щоб одержати концентрований золь 3 наночастинок діоксиду титану, що містить щонайменше 300 г наночастинок TiO2/дм . В інших варіантах здійснення золь частинок діоксиду титану піддають обробці мембранним фільтруванням, щоб одержати концентрований золь наночастинок діоксиду титану, що містить 3 щонайменше 500 г наночастинок TiO2/дм , переважно щонайменше 550 г наночастинок 3 3 TiO2/дм , переважніше щонайменше 600 г наночастинок TiO 2/дм і найбільш переважно 3 щонайменше 700 г наночастинок TiO2/дм . Переважно концентрований золь наночастинок діоксиду титану має в'язкість, що становить від приблизно 0,001 Па•с до приблизно 0,2 Па•с при 20 °C. Вміст твердих речовин у відрегульованому по кислотності золі наночастинок діоксиду титану, який являє собою вихідний матеріал для мембранного фільтрування, як правило, 3 становить менше ніж приблизно 350 г наночастинок TiO 2/дм . Таким чином, в одному варіанті здійснення вміст твердих речовин у вихідному матеріалі відрегульованого по кислотності золю наночастинок діоксиду титану становить від не менше ніж приблизно 100 г наночастинок 3 3 TiO2/дм до менше ніж приблизно 350 г наночастинок TiO2/дм . Відрегульований по кислотності золь наночастинок діоксиду титану може необов'язково вступати в контакт з промивальним агентом, наприклад, водою, переважно демінералізованою водою, в будь-який момент під час стадії мембранного фільтрування, щоб видалити частково або практично повністю розчинні солі із золю наночастинок діоксиду титану. В одному варіанті здійснення відрегульований по кислотності золь наночастинок діоксиду титану знаходиться в контакті з промивальним агентом під час стадії (b) способу, описаного в параграфі [0021], або стадії (с) способу, описаного в параграфі [0022], перед концентруванням золю наночастинок діоксиду титану. В іншому варіанті здійснення відрегульований по кислотності золь наночастинок діоксиду титану знаходиться в контакті з промивальним агентом після концентрування золю наночастинок діоксиду титану. Видалення водорозчинних солей із золю наночастинок діоксиду титану сприяє одержанню концентрованого золю наночастинок діоксиду титану, що має бажано низьку електропровідність. В одному аспекті золь наночастинок діоксиду титану знаходиться в контакті з промивальним агентом під час стадії (b) способу, описаного в параграфі [0021], або стадії (с) способу, описаного в параграфі [0022], протягом періоду часу, достатнього для зменшення електропровідності золю наночастинок діоксиду титану до рівня, що становить менше ніж 10 мСм/см, переважно менше ніж 5 мСм/см, і переважніше менше ніж 2 мСм/см. У ще одному аспекті золь наночастинок діоксиду титану можна необов'язково піддавати нанесенню покриття в процесі контактування золю наночастинок діоксиду титану з покривним матеріалом. Нанесення покриття можна здійснювати до, під час або після будь-якої з стадій описаного вище способу. В одному варіанті здійснення нанесення покриття здійснюють після контактування кислого золю наночастинок діоксиду титану з диспергатором і з підлуговуючим агентом на стадії (a) способу, описаного в параграфі [0021], або на стадії (b) способу, описаного в параграфі [0022]. В іншому варіанті здійснення нанесення покриття здійснюють під час стадії (b) способу, описаного в параграфі [0021] або стадії (с) способу, описаного в параграфі [0022], переважно після контакту відрегульованого по кислотності золю наночастинок діоксиду титану з промивальним агентом для видалення розчинних солей із золю наночастинок діоксиду титану, але перед концентруванням. Покривний матеріал, придатний для використання, включає лужний або кислий покривний матеріал, наприклад, що звичайно використовується для нанесення неорганічного оксиду або гідратованого оксиду на поверхню наночастинок TiO 2. Типові неорганічні оксиди і гідратовані оксиди включають один або більше оксидів і/або гідратованих оксидів кремнію, алюмінію, титану, цирконію, магнію, цинку, церію, фосфору або 4 UA 104911 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 олова. Кількість покриття, що наноситься на поверхню наночастинок TiO 2, може становити від приблизно 0,1 мас. % до 50 мас. % неорганічного оксиду і/або гідратованого оксиду відносно маси наночастинок TiO2. Приклади лужних покривних матеріалів включають силікат натрію, силікат калію, алюмінат натрію або їх суміші. Приклади кислих покривних матеріалів включають хлорид алюмінію, сульфат алюмінію або їх суміш. Можна також використовувати катіоннообмінну смолу під час нанесення покриття для забезпечення того, щоб іонна сила золю наночастинок діоксиду титану залишалася низькою під час обробки, і зберігалася стійкість колоїдних частинок. У даному варіанті здійснення золь наночастинок діоксиду титану вступає в контакт з лужним покривним матеріалом, переважно силікатом натрію, і катіоннообмінною смолою в резервуарі періодичної дії. Швидкості введення силікату натрію і катіоннообмінної смоли регулюють таким чином, що значення pH золю в резервуарі періодичної дії залишається в інтервалі від приблизно 4,0 до приблизно 10,0. В іншому варіанті здійснення золь і лужний покривний матеріал пропускають через колонку або підкладку, що містить катіоннообмінну смолу, при такій швидкості, що значення pH витікаючого розчину залишається в інтервалі від приблизно 4,0 до приблизно 10,0. Будь-яка катіоннообмінна смола є придатною для використання, включаючи ті, які є загальновідомими, такі як сильнокислі катіоннообмінні смоли, що містять сульфоксильні групи, слабкокислі катіоннообмінні смоли, що містять карбоксильні групи, або їх суміші. У певних варіантах здійснення, якщо бажане видалення катіоннообмінної смоли, то можна використовувати відомі в технікові способи для здійснення такого видалення. Можна також використовувати аніоннообмінну смолу під час нанесення покриття. У даному варіанті здійснення золь наночастинок діоксиду титану вступає в контакт з кислим покривним матеріалом і аніоннообмінною смолою в резервуарі періодичної дії. Швидкості введення кислого покривного матеріалу і аніоннообмінної смоли регулюють таким чином, що значення pH золю в резервуарі періодичної дії залишається в інтервалі від приблизно 4,0 до приблизно 10,0. В іншому варіанті здійснення золь і кислий покривний матеріал пропускають через колонку або підкладку, що містить аніоннообмінну смолу, при такій швидкості, що значення pH витікаючого розчину залишається в інтервалі від приблизно 4,0 до приблизно 10,0. Будь-яка аніоннообмінна смола є придатною для використання, включаючи ті, які є загальновідомими, такі як сильноосновні аніоннообмінні смоли, що містять гідроксидні або четвертинні амонієві групи, слабкоосновні аніоннообмінні смоли, що містять первинні або вторинні аміногрупи, або їх суміш. Одержаний концентрований водний золь наночастинок діоксиду титану виявляє виняткову стійкість і прозорість. Відомі в даний час способи включають висушування золю наночастинок діоксиду титану (який приводить до деякого зв'язування частинок одна з одною) і подальшу стадію подрібнення. У способі згідно з даним винаходом не застосовуються ні висушування, ні подрібнення, але все ж він дає добре дисперговані золі. Таким чином, нанодисперсії можна одержувати в приготованих системах, що містять концентровані золі наночастинок діоксиду титану, які одержані способом згідно з даним винаходом. Крім того, даний винахід пропонує золь в поліпшеному фізичному стані (тобто колоїдну суспензію, а не в'яжучий порошок низької густини), що значною мірою сприяє подальшому використанню і обробці золю наночастинок діоксиду титану. Концентровані водні золі наночастинок діоксиду титану, одержані згідно з даним винаходом, є придатним для використання як покриття або у виробі. Наприклад, концентрований водний золь наночастинок діоксиду титану можна використовувати в наступних виробах: предмети особистої гігієни і косметичні засоби, такі як сонцезахисні засоби, зволожуючі засоби, ґрунтувальні склади для зафарбування, помада для губ, бальзам для губ, засоби для догляду за ногами і мазі; покриття і будівельні склади, такі як покриття для автомобілів, покриття для деревини, покриття для будівель, покрівельні гранули, покрівельна дранка, облицювання будівель, підлогові покриття, облицювання плавальних басейнів, і цемент або бетон; каталізатори, фотокаталізатори або носії для каталітичних матеріалів; фотогальванічні елементи; пластмасові деталі, плівки і полімерні системи, включаючи сільськогосподарські плівки, пакувальні плівки для харчових продуктів, формовані пластмасові деталі автомобілів і технічні полімерні смоли; вироби на основі гуми, включаючи силіконові гуми; текстильні волокна, що використовуються в тканих і нетканих матеріалах, включаючи поліамід, поліарамід, і вироби з поліімідних волокон і виробу з нетканих листів; керамічні вироби; скляні вироби, включаючи архітектурне скло, автомобільне скло і промислове скло; вогнезахисні склади і електронні компоненти. Згідно з іншим варіантом здійснення, концентрований водний золь наночастинок діоксиду титану можна використовувати в способі забезпечення захисту від УФ-випромінювання для поверхні підкладки. Даний спосіб включає нанесення покриття з концентрованого водного золю 5 UA 104911 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 наночастинок діоксиду титану, в присутності або при відсутності зв'язувального середовища, у вигляді плівки на поверхні підкладки. Золь можна наносити, використовуючи різноманітні способи нанесення, наприклад, занурення, напилення, центрифугування, просочення, нанесення пензлем і ракельним ножем. Товщина нанесеного покриття концентрованого золю наночастинок діоксиду титану переважно становить від приблизно 0,001 мм до приблизно 0,2 мм при вимірюванні в рідкому стані. Нанесена плівка потім утворює захисне покриття на поверхні підкладки. Плівку можна необов'язково сушити. Підкладка може включати, але без обмеження перерахованим, текстильне волокно, меблі, папір, дорожні покриття, плитку, бетон, цемент, деревину, керамічні і полімерні матеріали, шкіру, асфальт, облицювання будівель і скло. В іншому варіанті здійснення концентрований водний золь частинок діоксиду титану вводять в косметичний засіб, і суміш наносять, як указано вище, на поверхню шкіри, щоб забезпечити захист від УФ-випромінювання. Згідно з наступним варіантом здійснення, запропонована каталітична композиція, що включає концентрований водний золь наночастинок діоксиду титану, одержаного способом за даним винаходом. Каталітичну композицію, що містить концентрований золь наночастинок діоксиду титану, можна використовувати для прискорення різноманітних реакцій і можна охарактеризувати швидкістю перетворення в хімічній реакції реагуючих речовин, які знаходяться в контакті з каталітичною композицією. В одному варіанті здійснення каталітична композиція присутня на підкладці. Приклади матеріалів підкладки включають скло, керамічні матеріали, метали, пластмаси, цемент, бетон, асфальт, текстиль і папір. Підкладка може бути пористою або непористою. Приклади пористих підкладок включають матрицю з волокон, цеоліт або пористу плівку. Термін "на підкладці" означає стан, в якому каталітична композиція знаходиться щонайменше на частині поверхні підкладки. Для пористих підкладок термін "на підкладці" додатково означає стан, в якому каталітична композиція додатково присутня в порах підкладки. В одному варіанті здійснення каталітичну композицію можна змішувати з реакційним текучим середовищем і опромінювати видимим світлом, щоб забезпечити хімічну реакцію одного або більше компонентів реакційного текучого середовища. Каталітичну композицію можна потім виділяти з текучого середовища і відновлювати для повторного використання з іншою порцією реакційного текучого середовища. Каталітичну композицію можна використовувати замість звичайних металевих каталізаторів, таких як кобальт, нікель, мідь, золото, іридій, лантан, осмій, платина, паладій, родій, рутеній, срібло, стронцій, ітрій, цирконій і олово. В іншому варіанті здійснення каталітична композиція присутня на підкладці, реакційне текуче середовище може протікати в контакті з підкладкою і композицією, і при опроміненні світлом відбувається хімічна реакція одного або декількох компонентів реакційного текучого середовища. У даній конфігурації каталітична композиція може піддаватися постійному потоку текучого середовища, і не потрібне відділення каталітичної композиції від текучого середовища після проведення реакції. Наприклад, каталітичну композицію можна наносити на підкладку, наприклад, в системі випускання відпрацьованих газів автомобіля, коли система випускання відпрацьованих газів обладнана джерелом видимого світла або УФ випромінювання, такій як волоконнооптичне джерело світла або світлодіодне джерело світла. Опромінення каталітичної композиції під час роботи автомобільного двигуна може привести до перетворення органічних і інших забруднювачів, що утворюються в двигуні, в речовини, прийнятні для навколишнього середовища. В іншому варіанті здійснення каталітична композиція може бути присутня на поверхні, яка вступає в контакт з різними забруднюючими речовинами, що знаходяться в навколишньому середовищі, або забруднювачами, такими як бруд, мастило, й іншими органічними і неорганічними забруднюючими речовинами і забруднювачами. Каталітичну композицію, необов'язково склад, що містить каталітичну композицію, наносять на поверхню, і поверхню опромінюють ультрафіолетовим/видимим світлом, доки забруднюючі речовини або забруднювачі знаходяться в контакті з поверхнею. При впливі УФ/видимого світла поверхня стає "самоочисною" і розкладає або інактивує забруднюючі речовини або забруднювачі. Наприклад, самоочисне скло може мати прозоре або напівпрозоре покриття з каталітичної композиції, нанесене на одну або обидві сторони скла. Тоді забруднюючі речовини, які знаходяться в контакті зі склом, можуть розкладатися, коли скло опромінюють УФ/видимим світлом. Для самоочисного скла може бути бажаним наявність гідрофільної поверхні, щоб забезпечувати змивання зі скла будь-яких продуктів розкладання водою, що залишилися. В іншому варіанті здійснення каталітична композиція може бути присутньою на поверхні, яка піддається впливу мікробів, таких як бактерії і грибки, і/або вірусів. При опроміненні УФ/видимим 6 UA 104911 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 світлом така поверхня може діяти як "дезинфікуюча поверхня" шляхом знищення або інактивації мікробів або вірусів, які присутні на поверхні. Наприклад, поверхні в житлових, торгових або лікарняних приміщеннях можуть містити покриття з каталітичної композиції, нанесене на поверхню. Тоді мікроби і/або віруси, які знаходяться в контакті з поверхнею, можна знищувати або інактивувати, опромінюючи поверхню УФ/видимим світлом. Приклади поверхонь, які можна перетворити в дезинфікуючі поверхні, включають стільниці, підлогові покриття, стіни, поручні, перемикачі, ручки, клавішні панелі, телефони і поверхні медичних інструментів. Каталітичну композицію можна також наносити на поверхню, щоб забезпечувати тимчасову дезинфекцію даної поверхні. Наприклад, каталітичну композицію можна ввести в чистильний склад. Чистильний склад може існувати у вигляді рідини, піни або лосьйону. Нанесення чистильного складу на поверхню з подальшим опроміненням поверхні УФ/видимим світлом може спричиняти знищення або інактивацію мікробів або вірусів, які присутні на поверхні. Такі чистильні склади можна готувати для нанесення на шкіру, щоб забезпечувати дезинфекцію предметів особистої гігієни. Каталітичну композицію, що містить концентрований золь частинок діоксиду титану, можна також використовувати для очищення повітря і/або води. Наприклад, каталітичну композицію можна змішувати із забрудненим повітрям або водою і опромінювати УФ/видимим світлом. Забруднюючі речовини в повітрі або воді можна розкладати на речовини, які є леткими, або які легше відділяються від повітря або води. Наприклад, забруднюючі речовини, що містять органічні речовини і галогеновані сполуки, можна розкладати на діоксид вуглецю і галогенідіони, які можна потім відділяти від повітря або води. У випадку очищення повітря розкладання забруднюючих речовин, таких як NO і NO2, роздільно або спільно, і летких органічних сполук може також приводити до чистішого повітря і скорочення запахів в повітрі. В іншому варіанті здійснення каталітичну композицію можна використовувати для виявлення газів. Оскільки електропровідність наночастинок TiO 2 змінюється залежно від хімічного складу оточуючого їх середовища, ця змінна електропровідність може забезпечувати використання наночастинок TiO2 у визначенні типу і/або вимірюванні кількості однієї або більше газів. Електричний опір наночастинок TiO2 або матеріалу, що містить наночастинки TiO2, можна вимірювати в навколишньому середовищі і порівнювати з електричним опором в контрольному середовищі. Різниця між виміряним опором і контрольним опором можна корелювати з кількістю і/або природою газу в навколишньому середовищі. Приклади газів, які можна визначати і/або вимірювати, включають водень, моноксид вуглецю, сірководень і воду. Переважно газовий датчик, що містить каталітичну композицію, використовують для виявлення газів в умовах навколишнього середовища. У наступному варіанті здійснення каталітичну композицію можна використовувати для одержання водню і кисню з води. Воду, що містить каталітичну композицію, можна розкладати на водень і кисень методом фотокаталізу при опроміненні води УФ/видимим світлом. Це розкладання можна також здійснювати в фотоелектрохімічній комірці, яка має фотоанод, що містить чотирикомпонентний оксид. Може виявитися бажаним використання фотоелектрохімічної комірки, оскільки це може забезпечити роздільне збирання водню і кисню з комірки. В іншому варіанті здійснення каталітичну композицію можна використовувати для виробництва електроенергії з сонячного випромінювання і, зокрема, в сонячних елементах, що містять каталітичну композицію і молекули барвника для сенсибілізації наночастинок TiO 2. Наприклад, електричний струм виникає, коли молекули барвника збуджуються при опроміненні світлом. Збуджені молекули барвника передають електрони в зону провідності наночастинок, які проводять електрони до струмознімача, підключеного до електричної схеми з навантаженням. У наступному варіанті здійснення каталітичну композицію можна використовувати в композитних матеріалах, включаючи полімерні композити, тканини і неткані матеріали. Наприклад, каталітичну композицію можна впроваджувати з волокнами в текстильні матеріали. Ці матеріали можуть забезпечувати розкладання забруднюючих речовин, що контактують з матеріалами, при опроміненні УФ/видимим світлом, яке робить матеріали самоочисними або дезинфікуючими. У ще одному варіанті здійснення каталітичну композицію можна використовувати як біоактивний агент. У водному середовищі, в тому числі всередині організму, наночастинки TiO 2, опромінені УФ/видимим світлом, можуть виробляти гідроксид-іони (OH ), супероксид-іони (O2 ) і/або пероксид водню. Наночастинки TiO2, опромінені УФ/видимим світлом під час знаходження в клітині або в контакті з клітиною можуть, таким чином, утворювати токсичне середовище, яке ушкоджує або вбиває клітини. Таким чином, каталітичну композицію можна використовувати як 7 UA 104911 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 протираковий засіб при її введенні в пухлинні клітини. Може виявитися бажаною сполука каталітичної композиції з лікарським засобом, який селективно поглинається пухлинними клітинами. Світло можна лапароскопічно підводити до клітин, що містять каталітичну композицію, приводячи до загибелі клітин або припинення росту або розмноження клітин. Далі даний винахід буде проілюстрований шляхом розгляду наступних прикладів, які призначені як приклади даного винаходу. Всі частки і процентні співвідношення наведені з розрахунку на масу, якщо не визначена інша умова. Приклади Приклад 1. Ільменіт кип'ятили з концентрованою сірчаною кислотою і одержували продукт кип'ятіння. Продукт кип'ятіння розчиняли у воді і одержували сирий розчин, що містить сульфати заліза, сульфат титану і деяку кількість суспендованої нерозчинної речовини. Залізо у вигляді тривалентної сполуки хімічно відновлювали, і розчин фільтрували, щоб відділити нерозчинну речовину. Потім розчин концентрували упарюванням у вакуумі і гідролізували для осадження гідратованого діоксиду титану при нагріванні і додаванні зародкоутворювачів. Гідратований діоксид титану відділяли від домішок промиванням і фільтруванням і потім одержували суспензію гідрату діоксиду титану змішуванням гідратованого осаду на фільтрі з демінералізованою водою. Суспензію гідрату діоксиду титану (pH