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

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Bi₂VO_5.5 的導電性能。