用幹燥的氧氣在923K-1023K進行氣相氧化：
TiCl4+O2=TiO2+2Cl2
納米二氧化鈦的制備方法——硫酸法
首先用磨細的鈦鐵礦和硫酸（濃度≥80%，溫度343K-353K）在不斷通入空氣並且攪拌的條件下反應，制得可溶性硫酸鹽：
FeTiO3+H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2O
由於這壹反應是放熱的，反應劇烈時溫度可達473K。
制取二氧化鈦時，關鍵點壹步是使鈦液水解
TiOSO4+2H2O=TiO2·H2O↓+H2SO4
鈦液的濃度、酸度‘溫度都會影響水解反應的進行，濃度越小，酸度越小，溫度越高，反應越容易發生。為了升高溫度，反應常常在加壓的情況下進行，這樣也可以使沈澱顆粒比較緊密，讓產品有更好的物理性能。
制取二氧化鈦時鈦含量的測定
測定時首先往鈦液中加鋁片，把Ti（IV）還原為Ti3+，Ti3+的還原能力比Sn2+強，它可以還原Fe3+。因此測定時用KSCN做指示劑，用標準Fe3+溶液滴定Ti3+的含量。滴定時，Fe3+離子稍微壹過量，就生成血紅色[FeSCN]2+，此時到達滴定終點。
二氧化鈦的應用——工業應用
二氧化鈦是壹種重要的白色顏料和瓷器釉料。用於油漆、油墨、塑料、橡膠、造紙、化纖、水彩顏料等行業。
二氧化鈦是世界上最白的東西，1克二氧化鈦可以把450多平方厘米的面積塗
得雪白。它比常用的白顏料壹—鋅鋇白還要白5倍，因此是調制白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦，壹年多到幾十萬噸。二氧化鈦可以加在紙裏，使紙變白並且不透明，效果比其他物質大10倍，因此，鈔票紙和美術品用紙就要加二氧化鈦。
為了使塑料的顏色變淺，使人造絲光澤柔和，有時也要添加二氧化鈦。
在橡膠工業上，二氧化鈦還被用作為白色橡膠的填料。
半導體二氧化鈦的光化學性能已使其可用於許多領域，如空氣、水和流體的凈化。以碳或其他雜原子摻雜的光催化劑也可用於具有散射光源的密封空間或區域。用於建築、人行石板、混凝土墻或屋頂瓦上的塗料中時，它們可以明顯增加對空氣中汙染物如氮氧化物、芳烴和醛類的分解。
此外還廣泛應用於生產防曬霜，無毒性，對人體無害。
超細二氧化鈦具有優異紫外光屏蔽性和透明性。被廣泛用在化妝品、木器保護、食品包裝塑料、耐久性家用薄膜、人造纖維和天然纖維、透明塗料中。在金屬閃光塗料中的特殊光學效應，使之在高級轎車漆中得到重視和應用。
二氧化鈦的應用——食品應用
美國食品藥品管理局規定二氧化鈦可以作為所有的食品白色素，最大的使用量為1g/kgSec.73.575二氧化鈦。色素添加劑二氧化鈦可以安全用於壹般著色食品中，服從下列規定：
（1）二氧化鈦的數量不超過食物重量的1%。
（2）按照法令的401條所公布的特殊標準，不得使用的著色食品，除非有類似的標準允許添加色素。
（3）對於著色食品，食用的色素添加劑二氧化鈦可以含有適當的稀釋劑，作為安全的色素添加劑，如下：二氧化矽，作為分散助劑，含量不超過2%。
產品適應：涼果類、果凍、油炸食品、可可制品、巧克力、巧克力制品、硬制糖果、拋光糖果、膠基糖果、膨化食品、糖果巧克力制品包衣、蛋黃醬、沙拉醬、果醬、固體飲料、魔芋凝膠食品等。
二氧化鈦的應用——環境保護
凈化空氣
二氧化鈦，作為光塗料顏料的催化劑，不僅是壹種環境安全的清潔劑，而且可以起到節省能量還有保護環境資源的作用。
早期日本和英國的科學家將二氧化鈦塗覆在城市馬路的鋪路石表面，用以清洗路面空氣。二氧化鈦可以與瀝青混合，減少空氣中的汙染物。當汽車經過時，含二氧化鈦的混凝土或瀝青可以凈化空氣，消除車輛排放物中25%到45%的氮氧化物。將二氧化鈦塗覆在混凝土面上，其清洗空氣的效果同樣顯著。
給地球降溫
2012年5月，英國科學家提出了壹個大膽設想，他們認為可通過向平流層噴灑足夠的二氧化鈦來反射太陽光，從而達到為地球降溫的目的，這麽做能夠有效抵消因全球變暖而導致的各種不利氣候因素。
由於二氧化鈦能夠有效反射太陽光的直射，並且其性質穩定，具有良好的遮蓋能力，如若噴灑在平流層能夠長期發揮作用。英國科學家提出，可利用高空氣球將這壹化學物質帶入到平流層，然後進行釋放，壹旦二氧化鈦均勻分布在地球平流層之後，能夠有效反射太陽光，從而為地球降溫。
英國咨詢公司戴維森科技的總裁、化學工程學家彼得·戴維森是這個項目的負責人，他介紹稱，只需要往地球平流層運送300萬噸的二氧化鈦，就能夠在地球平流層形成壹層厚度為1毫米的保護層，而它能夠起到的作用卻是巨大的-足夠抵消兩倍當前大氣中二氧化碳含量所導致的溫室效應。
二氧化鈦的應用——防曬化妝品
由於紫外線對人體有很大的危害性，發達國家近些年來比較重視防曬產品的研究、開發，相繼推出了多種多樣的抗紫外纖維、塑料、薄膜、塗料，以及防曬膏霜、粉底、口紅、摩絲、_油膏等防曬化妝品。我國近年來也加大了防曬化裝品的研究和生產。
但以往防曬劑多為二苯甲酮類、鄰氨基苯甲酮類、水楊酸酯類、對氨基苯甲酸類、肉桂酸酯類等有機化合物，因而不穩定、壽命短，並且副作用較大，具有壹定的毒性和刺激性，如果添加過量，會產生化學性過敏，甚至可能導致皮膚癌。而納米二氧化鈦為無機成分，具有優異的化學穩定性、熱穩定性及非遷移性和較強的消色力、遮蓋力，較低的腐蝕性，良好的易分散性，並且無毒、無味、無刺激性，使用安全，還兼有殺菌除臭的作用。更為重要的是，如前所述，納米二氧化鈦既能吸收紫外線，又能發射、散射紫外線，因此抗紫外線的能力強，與同樣劑量的有機抗紫外劑相比，它在紫外區的吸收峰更高;而且納米二氧化鈦對中波區和長波區紫外線均有阻隔作用，不象有機抗紫外劑只是單壹對中波區或長波區紫外線有屏蔽作用。特別是由於其顆粒較細，制成品透明度高，能透過可見光，加入化妝品使用時皮膚白度自然，克服了有的有機物或顏料級二氧化鈦不透明，使皮膚呈現不自然的蒼白色的缺點。正因為如此，納米二氧化鈦很快被廣泛重視並逐步取代壹些有機抗紫外劑，成為當今防曬化妝品中性能優越壹種物理屏蔽型抗紫外劑。
隨著人們生活水平的提高和國際競爭的加劇，安全、高效防曬型化妝品的研究、開發力度將逐步加大。目前，發達國家的防曬型化妝品市場已顯現出強大的生命力。1999-2000年，美國的年銷售額已分別達7.37、7.65億美元，英國達2.45、2.70億美元，而且近年來分別以20%、10%以上的速度增長，其中納米二氧化鈦的用量也逐年大幅度增長。日本抗紫外化妝品中納米二氧化鈦的年需求量在1000t以上，紡織、塑料、橡膠制品中的用量更大。
從防曬化妝品的發展趨勢來看，壹是無機防曬劑代替有機防曬劑，二是仿生防曬。後者成本較大，目前難以推廣，前者價格適中，且防曬性能優越，因而被普遍看好。尤其是納米二氧化鈦，由於具有較為優越的性能和應用前景，因而發展勢頭和市場潛力較好。