[科普中国]-钒酸

钒酸是一种化学物质，分子量：117.43，该物质由五氧化二钒溶解于过热水中提取。

简介化学式为H3VO4。

制法和性质：由五氧化二钒溶解于过热水中得。氧化性略低于KMnO4。仅存在于水溶液中。水溶液中存在[VO2+]阳离子和氢离子，强酸性，其他性质正在研究。

钒酸钙碳化铵化生产钒氧化物的反应规律以钒渣亚熔盐法钒铬共提工艺所得到的中间产品钒酸钙为研究对象，针对钒酸钙后续产品转化问题，提出钒酸钙碳化铵化生产钒氧化物的工艺路线；研究NH4HCO3转化溶出钒的工艺条件，考察是否通入CO2、NH4HCO3的添加量、反应温度、不同液固比以及反应时间等对钒酸钙转化溶出效果的影响。

通入CO2对钒酸钙中钒转化率的影响从反应中可以看出，若将钒酸钙中的钙离子完全转化为碳酸钙，需要三倍于钒酸钙物质的量的碳酸氢铵，但大量碳酸氢铵的加入会产生刺激性气味甚至跑氨，不利于工业化操作。而在反应过程中通入CO2不但可以为反应体系提供充足的碳源，使钙离子完全转化为碳酸钙，还可以减少碳酸氢铵的用量，防止跑氨现象的产生。

在铵根离子与钒酸钙中钒的摩尔比为1、液固比分别为15和20、反应温度75℃、搅拌速率200r/min、反应时间2h条件下，研究了不通入CO2与通入CO2时钒的转化效果。

通过对比发现，通入CO2的碳化铵化反应，在同的反应时间下得到的固相钒转化率明显高于未通入CO2的碳化铵化反应的固相钒转化率，且其钒转化率达到稳定值所需的反应时间要小于未通CO2所需反应时间。这说明，在碳化铵化反应中通入CO2能有效地提高碳化铵化反应的反应速度和反应限度。

反应液固比及碳酸氢铵加入量的确定采用冷却结晶的方法可以从体系中分离NH4VO3。因此，若要提高偏钒酸铵结晶率，需要保证反应后液相中的偏钒酸铵含量在比较高的水平。可以看出，75℃条件下，碳酸氢铵浓度为0g/L时，对应的偏钒酸铵溶解度最高，为31.02g/L；那么在75℃的碳化铵化反应中，反应理论液固比应以得到偏钒酸铵浓度为31.02g/L的饱和溶液为目的(对应反应液中V2O5理论物质的量应为0.135mol/L)。即反应前固相中钒含量(以V2O5计)理论上与反应后进入液相的钒含量(以V2O5 计)相等。

为考察碳酸氢铵加入量对碳化铵化的反应的影响，加入碳酸氢铵的量应能保证碳化铵化反应完全进行。设加入的碳酸氢铵的质量为eg，为了保证钒酸钙中的钒完全转化为偏钒酸铵，理论上碳酸氢铵的物质的量应等于钒酸钙中钒的物质的量，即碳酸氢铵与钒酸钙中钒的物质的量之比（以下简称铵钒摩尔比）为1。1

钒酸铋掺杂体系的研究进展介绍了稀土元素、过渡元素、碳族元素和其它元素的钒酸铋掺杂体系，并对未来的发展方向做出展望。2

稀土元素掺杂的钒酸铋体系稀土元素掺杂钒酸铋时，通常是稀土离子来取代钒酸铋中的钒，形成掺杂固溶体。C.K. Lee等用固相法实现了钕、钆、铒、镱稀土元素在钒酸铋中的掺杂。具体方法是将Bi2O3、V2O5和RE2O3（RE=Nd，Gd，Er，Yb）按照一定的化学计量比进行称量，随后将称量好的样品加入到玛瑙研钵中，并同时加入丙酮，将其混合。干燥后在850～950℃煅烧20h，冷却到室温后得到掺杂的钒酸铋体系。2

然而，有些掺杂并没有取代钒酸铋中的离子，而是以氧化物的形式掺杂在钒酸铋中。Hui Xu 等在钒酸铋中掺入了钬、钐、镱、铕、钆、钕、铈、镧等稀土元素。制备的方法是：先制备钒酸铋，将 0.04mol的Bi(NO3)3·5H2O 溶解到4mol/L的硝酸中，同时将0.04mol的NH4VO3溶解到2mol/L的氢氧化钠中，将上述两个溶液混合后加入7.5g的尿素。随后在90℃下搅拌8h便得到了黄色沉淀，用去离子水和乙醇洗涤得到的黄色沉淀。再制备稀土元素的硝酸盐，将稀土元素的氧化物溶解到浓硝酸中就能值得稀土元素的硝酸盐。最后是稀土元素载入的钒酸铋的制备，将制备好的钒酸铋分散到稀土元素硝酸盐的溶液中，边搅拌边蒸发，直到除去所有的水后，将得到的产物在400℃下煅烧4h。实验得出这些稀土元素是以其氧化物的形式掺杂于钒酸铋样品中。用稀土元素改性的钒酸铋在DRS分析中出现蓝移。Gd3+掺杂的钒酸铋有最好的光催化性能，并且Gd最合适的掺杂量为8%。2

过渡元素掺杂的钒酸铋体系过渡元素在钒酸铋中的掺杂，存在的方式主要有取代钒酸铋中的钒或者是铋离子，金属颗粒和氧化物等三种形式掺杂在钒酸铋中。并且经掺杂后，普遍能提高钒酸铋的光催化性能。Xiufang Zhang等用光致还原技术制备了银掺杂的钒酸铋薄膜。具体的制备方法为：钒酸铋薄膜是用金属有机沉积法制备的。将铋源和钒源按1∶1的化学计量比分别溶解在乙酸和乙酰丙酮中，完全溶解后将两者混合，制成溶胶后搅拌30min。随后在FTO玻璃上镀一层2.2mm厚的薄膜，镀好后在500℃下煅烧2h。将制得的薄膜在浓度为0.01mol/L的硝酸银溶液中浸泡，随后在紫外灯下照射5min制的了银掺杂的钒酸铋薄膜。实验测试表明银在钒酸铋薄膜中是以金属颗粒的形式存在的，粒径 10～20nm。2

碳族元素掺杂的钒酸铋体系Duk Kyu Lee等用浸渍法制备了碳掺杂的钒酸铋。具体方法是：将Bi2O3和V2O5按一定的化学计量比进行混合，以无水乙醇为介质，加入ZrO2球石，球磨24h。随后快速进行干燥并在800～900℃下煅烧2h。煅烧得到的粉体再球磨12h制得BiVO4 粉体。将3.0g的BiVO4加入到30mL含有蔗糖的去离子水中，得到的悬浮液边加热边搅拌直至蒸干，将蒸干的粉体在氢气和氮气气氛下300℃热处理1h制备了碳掺杂的钒酸铋。C沉积在钒酸铋的表面，并且没有团聚；随着碳含量的增加，钒酸铋表面的粉体会增加，能带间距会减小，并且能观察到在可见光下宽的吸收峰。和没有掺杂的钒酸铋进行比较，碳掺杂的钒酸铋有更好的光催化性能。在碳掺杂量为3wt%时，光催化活性是最高的。2

其他元素掺杂的钒酸铋体系Yu-ki Taninouchi等用固相法制备了锂和银掺杂的钒酸铋。具体方法是：将适量的Bi2O3、V2O5、Li2CO3和Ag2O进行混合，并在600℃加热12h。将研磨的粉体做成球形，Li的掺杂量为5%，Ag的掺杂量为5%和10%的样品在 800℃下加热12h，Li的掺杂量为10%的样品在700℃下加热12h。随后，再研磨，将制备的样品压制15min，Li掺杂量为5%和Ag掺杂量为5%的样品在700℃煅烧24h，Li掺杂量为10%的样品在700℃煅烧12h，Ag掺杂量为10%的样品在750℃煅烧12h。最后制得锂和银掺杂的钒酸铋。锂和银的掺杂提高了亚晶胞的对称性和在570℃下Bi2VO5.5 的导电性能。2

本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学