釩酸

釩酸

釩酸是一種化學物質,分子量:117.43,該物質由五氧化二釩溶解於過熱水中提取。

基本介紹

  • 中文名:釩酸
  • 外文名:Vanadate Acid
  • 化學式:H3VO4
簡介,釩酸鈣碳化銨化生產釩氧化物的反應規律,通入CO2對釩酸鈣中釩轉化率的影響,反應液固比及碳酸氫銨加入量的確定,釩酸鉍摻雜體系的研究進展,稀土元素摻雜的釩酸鉍體系,過渡元素摻雜的釩酸鉍體系,碳族元素摻雜的釩酸鉍體系,其他元素摻雜的釩酸鉍體系,

簡介

化學式為H3VO4
製法和性質:由五氧化二釩溶解於過熱水中得。氧化性略低於KMnO4。僅存在於水溶液中。水溶液中存在[VO2+]陽離子和氫離子,強酸性,其他性質正在研究。

釩酸鈣碳化銨化生產釩氧化物的反應規律

以釩渣亞熔鹽法釩鉻共提工藝所得到的中間產品釩酸鈣為研究對象,針對釩酸鈣後續產品轉化問題,提出釩酸鈣碳化銨化生產釩氧化物的工藝路線;研究NH4HCO3轉化溶出釩的工藝條件,考察是否通入CO2、NH4HCO3的添加量、反應溫度、不同液固比以及反應時間等對釩酸鈣轉化溶出效果的影響。

通入CO2對釩酸鈣中釩轉化率的影響

從反應中可以看出,若將釩酸鈣中的鈣離子完全轉化為碳酸鈣,需要三倍於釩酸鈣物質的量的碳酸氫銨,但大量碳酸氫銨的加入會產生刺激性氣味甚至跑氨,不利於工業化操作。而在反應過程中通入CO2不但可以為反應體系提供充足的碳源,使鈣離子完全轉化為碳酸鈣,還可以減少碳酸氫銨的用量,防止跑氨現象的產生。
在銨根離子與釩酸鈣中釩的摩爾比為1、液固比分別為15和20、反應溫度75℃、攪拌速率200r/min、反應時間2h條件下,研究了不通入CO2與通入CO2時釩的轉化效果。
通過對比發現,通入CO2的碳化銨化反應,在同的反應時間下得到的固相釩轉化率明顯高於未通入CO2的碳化銨化反應的固相釩轉化率,且其釩轉化率達到穩定值所需的反應時間要小於未通CO2所需反應時間。這說明,在碳化銨化反應中通入CO2能有效地提高碳化銨化反應的反應速度和反應限度。

反應液固比及碳酸氫銨加入量的確定

採用冷卻結晶的方法可以從體系中分離NH4VO3。因此,若要提高偏釩酸銨結晶率,需要保證反應後液相中的偏釩酸銨含量在比較高的水平。可以看出,75℃條件下,碳酸氫銨濃度為0g/L時,對應的偏釩酸銨溶解度最高,為31.02g/L;那么在75℃的碳化銨化反應中,反應理論液固比應以得到偏釩酸銨濃度為31.02g/L的飽和溶液為目的(對應反應液中V2O5理論物質的量應為0.135mol/L)。即反應前固相中釩含量(以V2O5計)理論上與反應後進入液相的釩含量(以V2O5 計)相等。
為考察碳酸氫銨加入量對碳化銨化的反應的影響,加入碳酸氫銨的量應能保證碳化銨化反應完全進行。設加入的碳酸氫銨的質量為eg,為了保證釩酸鈣中的釩完全轉化為偏釩酸銨,理論上碳酸氫銨的物質的量應等於釩酸鈣中釩的物質的量,即碳酸氫銨與釩酸鈣中釩的物質的量之比(以下簡稱銨釩摩爾比)為1。

釩酸鉍摻雜體系的研究進展

介紹了稀土元素、過渡元素、碳族元素和其它元素的釩酸鉍摻雜體系,並對未來的發展方向做出展望。

稀土元素摻雜的釩酸鉍體系

稀土元素摻雜釩酸鉍時,通常是稀土離子來取代釩酸鉍中的釩,形成摻雜固溶體。C.K. Lee等用固相法實現了釹、釓、鉺、鐿稀土元素在釩酸鉍中的摻雜。具體方法是將Bi2O3、V2O5和RE2O3(RE=Nd,Gd,Er,Yb)按照一定的化學計量比進行稱量,隨後將稱量好的樣品加入到瑪瑙研缽中,並同時加入丙酮,將其混合。乾燥後在850~950℃煅燒20h,冷卻到室溫後得到摻雜的釩酸鉍體系。
然而,有些摻雜並沒有取代釩酸鉍中的離子,而是以氧化物的形式摻雜在釩酸鉍中。Hui Xu 等在釩酸鉍中摻入了鈥、釤、鐿、銪、釓、釹、鈰、鑭等稀土元素。製備的方法是:先製備釩酸鉍,將 0.04mol的Bi(NO3)3·5H2O 溶解到4mol/L的硝酸中,同時將0.04mol的NH4VO3溶解到2mol/L的氫氧化鈉中,將上述兩個溶液混合後加入7.5g的尿素。隨後在90℃下攪拌8h便得到了黃色沉澱,用去離子水和乙醇洗滌得到的黃色沉澱。再製備稀土元素的硝酸鹽,將稀土元素的氧化物溶解到濃硝酸中就能值得稀土元素的硝酸鹽。最後是稀土元素載入的釩酸鉍的製備,將製備好的釩酸鉍分散到稀土元素硝酸鹽的溶液中,邊攪拌邊蒸發,直到除去所有的水後,將得到的產物在400℃下煅燒4h。實驗得出這些稀土元素是以其氧化物的形式摻雜於釩酸鉍樣品中。用稀土元素改性的釩酸鉍在DRS分析中出現藍移。Gd3+摻雜的釩酸鉍有最好的光催化性能,並且Gd最合適的摻雜量為8%。

過渡元素摻雜的釩酸鉍體系

過渡元素在釩酸鉍中的摻雜,存在的方式主要有取代釩酸鉍中的釩或者是鉍離子,金屬顆粒和氧化物等三種形式摻雜在釩酸鉍中。並且經摻雜後,普遍能提高釩酸鉍的光催化性能。Xiufang Zhang等用光致還原技術製備了銀摻雜的釩酸鉍薄膜。具體的製備方法為:釩酸鉍薄膜是用金屬有機沉積法製備的。將鉍源和釩源按1∶1的化學計量比分別溶解在乙酸和乙醯丙酮中,完全溶解後將兩者混合,製成溶膠後攪拌30min。隨後在FTO玻璃上鍍一層2.2mm厚的薄膜,鍍好後在500℃下煅燒2h。將製得的薄膜在濃度為0.01mol/L的硝酸銀溶液中浸泡,隨後在紫外燈下照射5min制的了銀摻雜的釩酸鉍薄膜。實驗測試表明銀在釩酸鉍薄膜中是以金屬顆粒的形式存在的,粒徑 10~20nm。

碳族元素摻雜的釩酸鉍體系

Duk Kyu Lee等用浸漬法製備了碳摻雜的釩酸鉍。具體方法是:將Bi2O3和V2O5按一定的化學計量比進行混合,以無水乙醇為介質,加入ZrO2球石,球磨24h。隨後快速進行乾燥並在800~900℃下煅燒2h。煅燒得到的粉體再球磨12h製得BiVO4 粉體。將3.0g的BiVO4加入到30mL含有蔗糖的去離子水中,得到的懸浮液邊加熱邊攪拌直至蒸乾,將蒸乾的粉體在氫氣和氮氣氣氛下300℃熱處理1h製備了碳摻雜的釩酸鉍。C沉積在釩酸鉍的表面,並且沒有團聚;隨著碳含量的增加,釩酸鉍表面的粉體會增加,能帶間距會減小,並且能觀察到在可見光下寬的吸收峰。和沒有摻雜的釩酸鉍進行比較,碳摻雜的釩酸鉍有更好的光催化性能。在碳摻雜量為3wt%時,光催化活性是最高的。

其他元素摻雜的釩酸鉍體系

Yu-ki Taninouchi等用固相法製備了鋰和銀摻雜的釩酸鉍。具體方法是:將適量的Bi2O3、V2O5、Li2CO3和Ag2O進行混合,並在600℃加熱12h。將研磨的粉體做成球形,Li的摻雜量為5%,Ag的摻雜量為5%和10%的樣品在 800℃下加熱12h,Li的摻雜量為10%的樣品在700℃下加熱12h。隨後,再研磨,將製備的樣品壓制15min,Li摻雜量為5%和Ag摻雜量為5%的樣品在700℃煅燒24h,Li摻雜量為10%的樣品在700℃煅燒12h,Ag摻雜量為10%的樣品在750℃煅燒12h。最後製得鋰和銀摻雜的釩酸鉍。鋰和銀的摻雜提高了亞晶胞的對稱性和在570℃下Bi2VO5.5 的導電性能。

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