ไทเทเนียมไดออกไซด์พบได้ในธรรมชาติในรูปของแร่รูไทล์และอนาเทสนอกจากนี้ยังมีแร่สองรูปแบบที่ทราบกันดีว่าเกิดขึ้นภายใต้ความดันสูง ได้แก่ รูปแบบ โมโนคลินิกคล้าย แบดเดลไลต์ เรียกว่าอะคาโอไจต์และอีกรูปแบบหนึ่งมีการบิดเบี้ยวแบบโมโนคลินิกเล็กน้อยของ โครงสร้าง ออร์โธรอม บิก α-PbO2และเรียกว่าไรไซต์ ซึ่งทั้งสองชนิดสามารถพบได้ที่ปล่องภูเขาไฟรีส์ในบาวาเรีย [ ^{10 ] [ 11 ] [ 12 ] แหล่ง}ที่มาหลักคืออิลเมไนต์ ซึ่งเป็นแร่ที่มีไทเทเนียมไดออกไซด์แพร่หลายมากที่สุดในโลก รูไทล์เป็นแร่ที่มีปริมาณมากเป็นอันดับสองและมีไทเทเนียมไดออกไซด์ประมาณ 98% ในแร่ เฟสอนาเทสและบรูไคต์ที่ไม่เสถียรจะเปลี่ยนไปเป็นเฟสรูไทล์ที่สมดุลอย่างถาวรเมื่อได้รับความร้อนสูงกว่าอุณหภูมิในช่วง600–800 °C (1,110–1,470 ° F) ^{[ 13 ]}  

ไทเทเนียมไดออกไซด์มีรูปผลึกที่รู้จักกัน 12 รูปแบบ นอกเหนือจากรูไทล์ อนาเทส บรูไคต์ อะคาโอไจต์ และไรไซต์แล้ว ยังสามารถผลิตเฟสที่ไม่เสถียรได้อีก 3 เฟสโดยวิธีการสังเคราะห์ ( แบบโมโนคลินิก แบบเตตระโกนัลและแบบออร์โธรอมบิกคล้ายแรมส์เดลไลต์) และยังมีรูปแบบความดันสูงอีก 4 รูปแบบ ( แบบ α- โคทูนไนต์ แบบออร์โธรอมบิก OI และแบบลูกบาศก์) อีกด้วย

มีการอ้างว่า เฟส ประเภท โคทูนไนต์เป็นออกไซด์ที่แข็งที่สุดเท่าที่รู้จัก โดยมีค่าความแข็งแบบวิคเกอร์สที่ 38  GPa และค่าโมดูลัสปริมาตรที่ 431  GPa (กล่าวคือใกล้เคียงกับค่าของเพชรที่ 446  GPa) ที่ความดันบรรยากาศ^{[ 21 ]}อย่างไรก็ตาม การศึกษาในภายหลังได้ข้อสรุปที่แตกต่างกัน โดยมีค่าความแข็ง (7–20  GPa ซึ่งทำให้อ่อนกว่าออกไซด์ทั่วไป เช่น คอรันดัม Al O และรูไทล์ TiO ) ^{[ 22 ]}และค่าโมดูลัสปริมาตร (~300  GPa) ที่ต่ำกว่ามาก ^{[ 23 ] [ 24 ]}

ไททาเนียมไดออกไซด์ (B) พบเป็นแร่ธาตุในหินแมกมาและเส้นแร่ไฮโดรเทอร์มอล รวมถึงขอบผุพังบนเพอร์รอฟสไกต์ นี้ TiO2 ยังก่อตัว เป็นแผ่นบางๆในแร่ธาตุอื่นๆอีกด้วย^{[ 25 ]}

ในกระบวนการคลอไรด์แร่จะถูกบำบัดด้วยคลอรีนและคาร์บอนเพื่อให้ได้ไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ซึ่งเป็นของเหลวระเหยง่ายและจะถูกทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมโดยการกลั่น จากนั้น TiCl₄ ถูกบำบัดด้วยออกซิเจนเพื่อสร้างคลอรีนขึ้นใหม่และผลิตไทเทเนียมไดออกไซด์

ในกระบวนการซัลเฟต อิลเมไนต์จะถูกบำบัดด้วยกรดซัลฟิวริกเพื่อสกัดเหล็ก(II) ซัลเฟตเพนตาไฮเดรต กระบวนการนี้ต้องการอิลเมไนต์เข้มข้น (45–60% TiO2 หรือวัตถุดิบที่ผ่านการบำบัดล่วงหน้าเป็นแหล่งไทเทเนียมที่เหมาะสม^{[ 31 ]}รูไทล์สังเคราะห์ที่ได้จะถูกนำไปแปรรูปเพิ่มเติมตามข้อกำหนดของผู้ใช้ปลายทาง เช่น เกรดเม็ดสีหรืออื่นๆ^{[ 32 ]}

ตัวอย่างของโรงงานที่ใช้กระบวนการซัลเฟต ได้แก่ โรงงาน Sorel-TracyของQIT-Fer et Titaneและ โรงถลุง ไทเทเนียมและเหล็ก ErametในTyssedalประเทศนอร์เวย์^{[ 33 ]}

กระบวนการเบเชอร์เป็นอีกวิธีหนึ่งในการผลิตรูไทล์สังเคราะห์จากอิลเมไนต์ โดยเริ่มจากการออกซิไดซ์อิลเมไนต์เพื่อแยกส่วนประกอบของเหล็กออก

สำหรับการใช้งานเฉพาะทาง ฟิล์ม TiO2 ถูกเตรียมโดยเคมีเฉพาะทางต่างๆ^{[ 34 ]}เส้นทางโซลเจลเกี่ยวข้องกับการไฮโดรไลซิสของไทเทเนียมอัลคอกไซด์เช่นไทเทเนียมเอทอกไซด์ :

Ti(OEt) + 2 H O → TiO + 4 EtOH

อีกแนวทางหนึ่งที่เกี่ยวข้องซึ่งอาศัยสารตั้งต้นระดับโมเลกุลเช่นกัน คือการตกตะกอนด้วยไอสารเคมี (chemical vapor deposition ) ในวิธีนี้ อัลคอกไซด์จะระเหยกลายเป็นไอแล้วสลายตัวเมื่อสัมผัสกับพื้นผิวที่ร้อน:

Ti(OEt) → TiO + 2 และ O

ไทเทเนียมไดออกไซด์ ผลิตในปริมาณมากเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2459 ^{[ 35 ]}และเป็นเม็ดสีขาวที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด เนื่องจากมีความสว่างและดัชนีหักเห สูงมาก ซึ่งมีเพียงวัสดุอื่นไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่เหนือกว่า (ดูรายการดัชนีหักเห ) ขนาดผลึกของไทเทเนียมไดออกไซด์ในอุดมคติอยู่ที่ประมาณ 220  นาโนเมตร (วัดโดยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการสะท้อนแสงที่มองเห็นได้สูงสุด อย่างไรก็ตามมักพบการเติบโตของผลึกที่ผิดปกติ ในไทเทเนียมไดออกไซด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเฟสรูไทล์ ^{[ 36 ]}การเกิดการเติบโตของผลึกที่ผิดปกติทำให้ผลึกขนาดเล็กจำนวนเล็กน้อยเบี่ยงเบนจากขนาดผลึกเฉลี่ยและเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมทางกายภาพของ TiO2 ทางแสงของเม็ดสีสำเร็จรูปมีความไวต่อความบริสุทธิ์สูง โลหะบางชนิด (Cr, V, Cu, Fe, Nb) เพียงไม่กี่ส่วนต่อล้านส่วน (ppm) ก็สามารถรบกวนโครงสร้างผลึกได้มากจนสามารถตรวจพบผลกระทบได้ในการควบคุมคุณภาพ^{[ 37 ] [ 38 ]}ที่เป็นเม็ดสีประมาณ 4.6 ล้านตันต่อปีทั่วโลก และคาดว่าจำนวนนี้จะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการใช้งานยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง^{[ 39 ]}

TiO2 ยังเป็นสารเพิ่มความทึบแสง ที่มีประสิทธิภาพ ในรูปแบบผง โดยใช้เป็นเม็ดสีเพื่อให้ความขาวและความทึบแสงแก่ผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น สี สารเคลือบ พลาสติก กระดาษ หมึกพิมพ์อาหารอาหารเสริมยา (เช่น ยาเม็ดและยาเม็ด) และยาสีฟันส่วนใหญ่ ในปี 2019 พบว่ามีอยู่ในยาสีฟันถึงสองในสามของตลาดฝรั่งเศส^{[ 40 ]}ในสีทาบ้าน มักเรียกกันอย่างไม่เป็นทางการว่า "สีขาวสว่าง" "สีขาวที่สมบูรณ์แบบ" "สีขาวที่ขาวที่สุด" หรือคำอื่นๆ ที่คล้ายกัน ความทึบแสงจะดีขึ้นได้ด้วยการกำหนดขนาดอนุภาคของไทเทเนียมไดออกไซด์ให้เหมาะสมที่สุด

มักใช้เป็นสีผสมอาหาร^{[ 41 ]}พบได้ทั่วไปในไอศกรีม ช็อกโกแลต ลูกอมทุกชนิด ครีมเทียม ขนมหวาน มาร์ชเมลโลว์ หมากฝรั่ง ขนมอบ สเปรด น้ำสลัด เค้ก ชีสบางชนิด และอาหารอื่นๆ อีกมากมาย^{[ 42 ]}ได้รับอนุญาตในหลายประเทศ แต่สหภาพยุโรปได้สั่งห้ามใช้ในอาหารในปี 2022 ^{[ 43 ]}

เมื่อนำมาเคลือบเป็นฟิล์มบางดัชนีหักเหและสีของมันทำให้เป็นสารเคลือบสะท้อนแสงที่ดีเยี่ยมสำหรับกระจกไดอิเล็กทริกนอกจากนี้ยังใช้ในการสร้างฟิล์มบางเพื่อการตกแต่ง เช่น ที่พบใน "โทปาซไฟลึกลับ"

เม็ดสีไทเทเนียมที่ดัดแปลงบางเกรดที่ใช้ในสีประกายระยิบระยับ พลาสติก สารเคลือบผิว และเครื่องสำอาง – เม็ดสีเหล่านี้เป็นเม็ดสีสังเคราะห์ที่มีอนุภาคที่มีออกไซด์ต่าง ๆ สองชั้นขึ้นไป – มักจะเป็นไทเทเนียมไดออกไซด์เหล็กออกไซด์หรืออะลูมินา – เพื่อให้เกิดประกายระยิบระยับสีรุ้งและ/หรือสีมุกคล้ายกับไมกา บด หรือ ผลิตภัณฑ์ที่ใช้ กัวนีนเป็นส่วนประกอบ นอกจากเอฟเฟกต์เหล่านี้แล้ว ยังสามารถเปลี่ยนสีได้เล็กน้อยในสูตรบางอย่าง ขึ้นอยู่กับวิธีและมุมที่ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปถูกส่องสว่าง และความหนาของชั้นออกไซด์ในอนุภาคเม็ดสี สีหนึ่งสีหรือมากกว่านั้นจะปรากฏขึ้นจากการสะท้อน ในขณะที่โทนสีอื่น ๆ จะปรากฏขึ้นเนื่องจากการรบกวนของชั้นไทเทเนียมไดออกไซด์ที่โปร่งใส^{[ 44 ]}ในบางผลิตภัณฑ์ ชั้นของไทเทเนียมไดออกไซด์จะถูกสร้างขึ้นร่วมกับเหล็กออกไซด์โดยการเผาเกลือไทเทเนียม (ซัลเฟต คลอเรต) ที่อุณหภูมิประมาณ 800  °C ^{[ 45 ]}ตัวอย่างหนึ่งของเม็ดสีมุกคือ Iriodin ซึ่งมีพื้นฐานมาจากไมกาที่เคลือบด้วยไทเทเนียมไดออกไซด์หรือเหล็ก (III) ออกไซด์^{[ 46 ]}

ปรากฏการณ์สีรุ้งในอนุภาคไทเทเนียมออกไซด์เหล่านี้แตกต่างจากปรากฏการณ์ทึบแสงที่ได้จากเม็ดสีไทเทเนียมออกไซด์บดทั่วไปที่ได้จากการทำเหมือง ซึ่งในกรณีนั้นจะพิจารณาเฉพาะเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคในระดับหนึ่งเท่านั้น และปรากฏการณ์ดังกล่าวเกิดจากการกระเจิงของแสงเท่านั้น

ในผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางและผลิตภัณฑ์ดูแลผิว ไทเทเนียมไดออกไซด์ถูกใช้เป็นเม็ดสี สารกันแดด และสารเพิ่มความหนืด ในฐานะสารกันแดด TiO2 ที่ละเอียดมากถูกใช้ร่วมกับซิงค์ออกไซด์ที่ละเอียดมากเพื่อลดการเกิดอาการไหม้แดดและลดการเกิดริ้วรอยก่อนวัยการเกิดมะเร็งจากแสงแดดและการกดภูมิคุ้มกันที่เกี่ยวข้องกับการสัมผัสแสงแดดมากเกินไปในระยะยาว^{[ 47 ]}บางครั้งสารกันรังสียูวีเหล่านี้จะถูกผสมกับเม็ดสีเหล็กออกไซด์ในสารกันแดดเพื่อเพิ่มการป้องกันแสงที่มองเห็นได้^{[ 48 ]}

ไทโอมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในพลาสติกและการใช้งานอื่นๆ ในฐานะเม็ดสีขาวหรือสารทึบแสง และเนื่องจากคุณสมบัติที่ทนต่อรังสียูวี โดยผงจะกระจายแสง – ซึ่งแตกต่างจากสารดูดซับรังสียูวีอินทรีย์ – และลดความเสียหายจากรังสียูวี ส่วนใหญ่เกิดจากดัชนีหักเหสูงของอนุภาค^{[ 49 ]}

ในเคลือบเซรามิกไทเทเนียมไดออกไซด์ทำหน้าที่เป็นสารเพิ่มความทึบแสงและเป็นตัวเร่งการก่อตัวของ ผลึก

ไทเทเนียมไดออกไซด์ ใช้เป็น สี สำหรับสักและในดินสอห้ามเลือดไทเทเนียมไดออกไซด์ผลิตได้ในขนาดอนุภาคที่แตกต่างกัน ซึ่งสามารถกระจายตัวได้ทั้งในน้ำมันและน้ำ และในเกรดเฉพาะสำหรับอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง นอกจากนี้ยังเป็นส่วนผสมทั่วไปในยาสีฟันอีกด้วย

ภายนอกของ จรวด Saturn Vถูกทาสีด้วยไทเทเนียมไดออกไซด์ ซึ่งต่อมานักดาราศาสตร์สามารถระบุได้ว่าJ002E3น่าจะเป็น ขั้น S-IVBจากApollo 12และไม่ใช่ดาวเคราะห์น้อย^{[ 50 ]}

ไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นสารกึ่งตัวนำชนิด nและใช้ใน เซลล์แสงอาทิตย์ แบบย้อมสี^{[ 51 ]}นอกจากนี้ยังใช้ในส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ เช่นขั้วไฟฟ้าในแบตเตอรี่^{[ 52 ]}

ระหว่างปี 2002 ถึง 2022 มีสิทธิบัตร 459 ชุดที่อธิบายถึงการผลิตไทเทเนียมไดออกไซด์จากอิลเมไนต์ สิทธิบัตรส่วนใหญ่เหล่านี้อธิบายถึงกระบวนการเตรียมการก่อน เช่น การใช้การถลุงและการแยกด้วยแม่เหล็กเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของไทเทเนียมในแร่เกรดต่ำ ซึ่งนำไปสู่ไทเทเนียมเข้มข้นหรือตะกรัน สิทธิบัตรอื่นๆ อธิบายถึงกระบวนการเพื่อให้ได้ไทเทเนียมไดออกไซด์ ไม่ว่าจะโดยกระบวนการไฮโดรเมทัลลurgical โดยตรงหรือผ่านกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมหลัก ได้แก่กระบวนการซัลเฟตและกระบวนการคลอไรด์ [ ^{53 ] กระบวนการ}ซัลเฟตคิดเป็น 40% ของการผลิตไทเทเนียมไดออกไซด์ทั่วโลกและได้รับการคุ้มครองในสิทธิบัตร 23% กระบวนการคลอไรด์ถูกกล่าวถึงในสิทธิบัตรเพียง 8% เท่านั้น แม้ว่าจะคิดเป็น 60% ของการผลิตไทเทเนียมไดออกไซด์ทางอุตสาหกรรมทั่วโลกก็ตาม^{[ 53 ]}

บริษัทจากจีน ออสเตรเลีย และสหรัฐอเมริกา เป็นผู้มีส่วนสำคัญในการจดสิทธิบัตรการผลิตไทเทเนียมไดออกไซด์ ซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงการมีส่วนร่วมอย่างมากของประเทศเหล่านี้ในการผลิตทางอุตสาหกรรม บริษัทจีนPangangและLomon Billions Groups ถือครองพอร์ตโฟลิโอสิทธิบัตรจำนวนมาก^{[ 53 ]}

ไทเทเนียมไดออกไซด์ขนาดนาโน โดยเฉพาะในรูปอะนาเทส แสดงกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกภายใต้การฉายรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) มีรายงานว่ากิจกรรมโฟโตคะตาไลติกนี้เด่นชัดที่สุดที่ระนาบ {001} ของอะนาเทส^{[ 54 ] [ 55 ]}แม้ว่าระนาบ {101} จะมีเสถียรภาพทางอุณหพลศาสตร์มากกว่าและจึงเด่นชัดกว่าในอะนาเทสที่สังเคราะห์และเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติส่วนใหญ่^{[ 56 ]}ดังที่เห็นได้จากลักษณะการเติบโต แบบเตตระโกนัลไดพิรามิดัลที่มักพบเห็น อินเทอร์เฟซระหว่างรูไทล์และอะนาเทสยังถือว่าช่วยปรับปรุงกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกโดยอำนวยความสะดวกในการแยกตัวพาประจุ และเป็นผลให้ไทเทเนียมไดออกไซด์แบบสองเฟสมักถูกพิจารณาว่ามีฟังก์ชันการทำงานที่เพิ่มขึ้นในฐานะโฟโตคะตาไลสต์^{[ 57 ]}มีรายงานว่าไทเทเนียมไดออกไซด์ เมื่อเจือด้วยไอออนไนโตรเจนหรือเจือด้วยโลหะออกไซด์ เช่น ทังสเตนไตรออกไซด์ จะแสดงการกระตุ้นภายใต้แสงที่มองเห็นได้เช่นกัน^{[ 58 ]}ศักยภาพในการออกซิเดชั่นที่รุนแรงของประจุบวกจะออกซิไดซ์น้ำเพื่อสร้างอนุมูลไฮดรอกซิลนอกจากนี้ยังสามารถออกซิไดซ์ออกซิเจนหรือวัสดุอินทรีย์โดยตรงได้อีกด้วย ดังนั้น นอกเหนือจากการใช้เป็นเม็ดสีแล้ว ไทเทเนียมไดออกไซด์ยังสามารถเติมลงในสี ซีเมนต์ หน้าต่าง กระเบื้อง หรือผลิตภัณฑ์อื่นๆ เพื่อคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อ ดับกลิ่น และป้องกันการเกาะติด และยังใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรไล ซิส อีกด้วย นอกจากนี้ยังใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์แบบย้อมสีซึ่งเป็นเซลล์แสงอาทิตย์เคมีชนิดหนึ่ง (หรือที่รู้จักกันในชื่อเซลล์ Graetzel)

คุณสมบัติการเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงของไทเทเนียมไดออกไซด์ขนาดนาโนถูกค้นพบโดยAkira Fujishimaในปี 1967 ^{[ 59 ]}และตีพิมพ์ในปี 1972 ^{[ 60 ]}กระบวนการบนพื้นผิวของไทเทเนียมไดออกไซด์เรียกว่าปรากฏการณ์ Honda-Fujishima ^{[ 59 ]}ใน รูปแบบ ฟิล์มบางและอนุภาคนาโน ไทเทเนียมไดออกไซด์มีศักยภาพในการใช้ในการผลิตพลังงาน: ในฐานะตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง มันสามารถแยก น้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนได้ โดยไฮโดรเจนที่เก็บรวบรวมได้สามารถนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ ประสิทธิภาพของกระบวนการนี้สามารถปรับปรุงได้อย่างมากโดยการเติมคาร์บอนลงในออกไซด์^{[ 61 ]}ประสิทธิภาพและความทนทานที่เพิ่มขึ้นได้รับจากการนำความไม่เป็นระเบียบมาสู่โครงสร้างแลตติสของชั้นผิวของผลึกนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์ ซึ่งช่วยให้สามารถดูดซับรังสีอินฟราเรดได้^{[ 62 ]}อะนาเทสและรูไทล์ขนาดนาโนที่ทำงานด้วยแสงที่มองเห็นได้ได้รับการพัฒนาสำหรับการใช้งานด้านการเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง^{[ 63 ] [ 64 ]}

ในปี พ.ศ. 2538 ฟูจิชิมะและกลุ่มของเขาค้นพบ ปรากฏการณ์ ซุปเปอร์ไฮโดรฟิลิซิตี้สำหรับกระจกเคลือบไทเทเนียมไดออกไซด์ที่สัมผัสกับแสงแดด^{[ 59 ]}ซึ่งส่งผลให้เกิดการพัฒนากระจกทำความสะอาดตัวเองและสารเคลือบป้องกันการเกิดฝ้า

TiO2 ขนาดนาโนผสมลงในวัสดุก่อสร้างภายนอกอาคาร เช่น หินปูพื้นในบล็อก noxer ^{[ 65 ]}หรือสี สามารถลดความเข้มข้นของสารมลพิษในอากาศ เช่นสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายและไนโตรเจนออกไซด์ได้^{[ 66 ]} มี TiO2 เป็นส่วนประกอบ^{[ 67 ]}

การใช้ TiO2 ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง ได้มีการพยายามย่อยสลายสารมลพิษ (เปลี่ยนเป็น CO2 H2O ในน้ำเสีย^{[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]}การทำลายสารอินทรีย์ด้วยปฏิกิริยาเร่งด้วยแสงยังสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในการเคลือบที่มีคุณสมบัติต้านจุลชีพได้อีกด้วย^{[ 71 ]}

การก่อตัวของอนุมูลไฮดรอกซิล

แม้ว่า TiO2 อะนาเทสขนาดนาโนไม่ดูดซับแสงที่มองเห็นได้ แต่ก็ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) อย่างมาก ( hv ) ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของอนุมูลไฮดรอกซิล^{[ 72 ]}สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อรูพันธะวาเลนซ์ที่เหนี่ยวนำด้วยแสง (h ⁺ ) ถูกดักจับที่พื้นผิวของ TiO2 ไปสู่การก่อตัวของรูที่ถูกดักจับ (h ⁺ ) ที่ไม่สามารถออกซิไดซ์น้ำได้^{[ 73 ]}

TiO + hv → e ⁻ + h ⁺

h ⁺ → h ⁺

O + e ⁻ → O ^{• −}

O ^{• −} + O ^{• −} + 2 H ⁺ → H O + O

O ^{• −} + h ⁺ → O

O ^{• −} + h ⁺ → O

OH ⁻ + h ⁺ → HO•

e ⁻ + h ⁺ → การรวมตัวใหม่

หมายเหตุ: ความยาวคลื่น (λ) = 387 นาโนเมตร^{[ 73 ]}พบว่าปฏิกิริยานี้สามารถย่อยสลายสารประกอบที่ไม่พึงประสงค์ในสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะในอากาศและในน้ำเสีย^{[ 73 ]}

อนาเทสสามารถแปลงเป็น นาโนทิวบ์ และนาโนไวร์ที่ไม่ใช่คาร์บอนได้^{[ 74 ]}นอกจากนี้ยังสามารถเตรียมนาโนไฟเบอร์ TiO2 กลวงได้โดยการเคลือบไฟเบอร์คาร์บอน โดยการใช้ ไทเทเนียมบิวทอกไซด์ก่อน^{[ 75 ]}

• 
  ภาพ SEM (ด้านบน) และTEM (ด้านล่าง) ของนาโนไฟเบอร์TiO2 แบบไครั^{[ 75 ]}
• 
  ภาพถ่ายSEMของนาโนทิวบ์ไทเทเนียมออกไซด์
• 
  ท่อนาโนของไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2 Nt) ที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยไฟฟ้าเคมี ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) แสดงให้เห็นถึงแถวของท่อนาโน TiO2 ที่เรียงตัวเป็นระเบียบในแนวตั้งมีปลายด้านล่างของท่อปิดสนิท

ไทเทเนียมไดออกไซด์ไม่ละลายในน้ำ ตัวทำละลายอินทรีย์ และกรดอนินทรีย์ ละลายได้เล็กน้อยในด่างละลายได้ในโพแทสเซียมไบคาร์บอเนตอิ่มตัว และสามารถละลายได้อย่างสมบูรณ์ในกรดซัลฟิวริก เข้มข้น และกรดไฮโดรฟลูออริกหลังจากต้มเป็นเวลานาน^{[ 76 ]}

ความปลอดภัยของไทเทเนียมไดออกไซด์ในฐานะสารเติมแต่งอาหารเป็นที่ถกเถียงกัน สหภาพยุโรป สั่งห้ามใช้เป็นสารเติมแต่งอาหาร ในปี 2022 หลังจากที่หน่วยงานความปลอดภัยด้านอาหารแห่งยุโรป (EFSA) แสดงความกังวลเกี่ยวกับความปลอดภัย การตัดสินใจนี้ได้รับการวิพากษ์วิจารณ์ และยังคงอนุญาตให้ใช้ได้ในหลายประเทศ รวมถึงสหรัฐอเมริกา แคนาดา และสหราชอาณาจักร^{[ 85 ]}

ฝุ่นไทเทเนียมไดออกไซด์ เมื่อสูดดมเข้าไป จะถูกจัดประเภทโดยองค์การระหว่างประเทศเพื่อการวิจัยโรคมะเร็ง (IARC) ว่าเป็นสารก่อมะเร็งกลุ่ม 2B ของ IARCซึ่งหมายความว่าอาจเป็นสารก่อมะเร็งในมนุษย์ได้ [ ^{81 ] [ 82 ] สถาบัน}แห่งชาติเพื่อความปลอดภัยและสุขภาพในการทำงานของสหรัฐอเมริกา ( NIOSH) แนะนำขีดจำกัดการสัมผัสสองระดับที่แตกต่างกัน NIOSH แนะนำว่าTiO ละเอียดอนุภาคควรถูกกำหนดขีดจำกัดการสัมผัสไว้ที่ 2.4  มก./ลบ.ม. ^ในขณะที่TiO2 อนุภาคละเอียดพิเศษกำหนดขีดจำกัดการสัมผัสไว้ที่ 0.3  มก./ ^ลบ.ม.โดยเป็นความเข้มข้นเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักตามเวลาสูงสุด 10 ชั่วโมงต่อวันสำหรับสัปดาห์ทำงาน 40 ชั่วโมง^{[ 99 ]}

มีข้อกังวลเกิดขึ้นซ้ำๆ เกี่ยวกับรูปแบบนาโนเฟสของวัสดุเหล่านี้ การศึกษาในกลุ่มคนงานที่สัมผัสกับอนุภาค TiO2 ในระดับสูงให้เห็นว่าพวกเขามีความเสี่ยงต่อการอักเสบและความเครียดออกซิเดชันเพิ่มมากขึ้น^{[ 100 ]}

อนุภาคนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์ดูแลส่วนบุคคล รวมถึงยาสีฟันและครีมกันแดด ไม่มีแนวทางมาตรฐานอย่างเป็นทางการสำหรับการใช้ TiO2 ครีมกันแดด TiO2 ระดับนาโนประโยชน์ในการกระจายแสงและการดูดซับรังสียูวี และดูโปร่งใสเมื่อทาลงบนผิว การป้องกันรังสียูวีขึ้นอยู่กับทั้งขนาดและรูปร่างของอนุภาค ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าผิวหนังที่แข็งแรงสามารถเป็นเกราะป้องกัน TiO2 ได้มากน้อยใด และการใช้บนผิวหนังที่เสียหายและการใช้เป็นเวลานานจะเพิ่มความเสี่ยงหรือไม่ ไม่แนะนำให้ใช้ครีมกันแดดบนผิวหนังที่ได้รับบาดเจ็บหรือแผลเปิด IARC แนะนำไม่ให้ใช้ผลิตภัณฑ์ครีมกันแดดแบบสเปรย์เนื่องจากมีโอกาสสูดดมเข้าไปได้^{[ 77 ]}

ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO₂) ส่วนใหญ่ถูกนำเข้าสู่สิ่งแวดล้อมในรูปของอนุภาคนาโนผ่านทางโรงบำบัดน้ำเสีย^{[ 84 ]}เม็ดสีเครื่องสำอางรวมถึงไทเทเนียมไดออกไซด์จะเข้าสู่น้ำเสียเมื่อผลิตภัณฑ์ถูกล้างลงในอ่างล้างหน้าหลังการใช้เครื่องสำอาง เมื่ออยู่ในโรงบำบัดน้ำเสีย เม็ดสีจะแยกตัวออกเป็นกากตะกอนน้ำเสียซึ่งสามารถปล่อยลงสู่ดินได้เมื่อฉีดเข้าไปในดินหรือกระจายอยู่บนพื้นผิว อนุภาคนาโนเหล่านี้ 99% จะไปอยู่บนบกมากกว่าอยู่ในสภาพแวดล้อมทางน้ำเนื่องจากการกักเก็บอยู่ในกากตะกอนน้ำเสีย^{[ 84 ]}ในสิ่งแวดล้อม อนุภาคนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์มีความละลายต่ำถึงน้อยมาก และแสดงให้เห็นว่ามีความเสถียรเมื่อเกิดการรวมตัวของอนุภาคในดินและน้ำโดยรอบ^{[ 84 ]}ในกระบวนการละลาย ไอออนที่ละลายน้ำได้มักจะแยกตัวออกจากอนุภาคนาโนลงในสารละลายเมื่อไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ การละลายของ TiO₂ เพิ่มขึ้นเมื่อมีสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำและดินเหนียวในดินในระดับที่สูงขึ้น อย่างไรก็ตาม การรวมกลุ่มจะได้รับการส่งเสริมโดยค่า pH ที่จุดไอโซอิเล็กทริกของ TiO2 pH = 5.8) ซึ่งทำให้เป็นกลางและความเข้มข้นของไอออนในสารละลายสูงกว่า 4.5 mM ^{[ 101 ] [ 102 ]}