一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体及其制备方法与流程

本发明涉及功能材料制备，尤其涉及一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体及其制备方法。

背景技术：

1、钒酸铋是一种无毒、环境友好具有可见光响应性的光催化材料和环保黄色颜料。钒酸铋不溶于水，只溶于强酸或强碱，耐溶性好，是一种有着良好前景的新型颜料，属于无毒、高性能无机颜料，该产品可广泛的应用于食品、玩具、塑料、汽车面漆、油墨等领域，具有良好的发展前景。钒酸铋的晶体主要有单斜白钨矿型、四方锆石型和四方白钨矿型三种结构，其中四方相的带隙较宽(2.9ev)，对应的吸收波长主要位于紫外区，而单斜相具有较窄的带隙，禁带宽度为2.3-2.4ev，对紫外光和可见光都有吸收，具有在可见光下催化分解水和降解有机污染物的能力，因此在光催化领域有好的应用前景。钒酸铋不仅能加速化学反应，亦能运用自然界的定侓，不造成资源浪费与附加污染形成，是一种符合低碳经济发展需求的新型功能材料。

2、目前钒酸铋光催化粉体的合成方法主要有水热法、液相沉淀法、微波辅助加热法、微乳液法、固相烧结法等，液相沉淀法因其具有产物纯度高、分散性好、形貌可控等优势，且对环境污染小、成本较低，逐渐成为钒酸铋粉体合成的主要方法，但颜料和光催化领域的应用对粉体的性能和制备方法提出了更高的要求。此外，钒酸铋的合成大多以偏钒酸铵或五氧化二钒为钒原料获得。偏钒酸铵及五氧化二钒是在传统钒渣提钒工艺过程同通过钒酸钠溶液铵盐沉淀制得，沉淀过程会产生大量的高盐度氨氮废水，环境代价大、废水处理成本高，这直接导致原料成本的大幅提高。因此，成本、形貌、制备效率及粒度控制是目前钒酸铋粉体制备亟待解决的问题。

3、“一种微波合成单斜晶系橄榄形钒酸铋的制备方法，cn103224251a”公开了一种微波合成单斜晶系橄榄形钒酸铋的制备方法，该方法将硝酸铋溶解于乙二醇中，偏钒酸铵溶解于水中，然后将两者混合，搅拌均匀后在回流条件下微波加热合成橄榄形钒酸铋，该合成方法具有快速，简单，效率高等优点，但粉体粒度较粗且制备成本偏高。“一种微波水热法合成单斜相钒酸铋光催化剂粉体的方法，cn102275988b”公开了一种采用

4、微波水热合成技术合成单斜相钒酸铋光催化剂粉体的方法，以五水硝酸铋为铋源，偏钒酸铵为钒源，将铋盐和钒盐按照1∶1的配比分别溶于hno3和naoh溶液中，采用微波水热法合成纯单斜相bivo4粉体，该方法的粉体粒度分布均匀，制备周期短，但成本高且不易实现规模化生产且粒度较大光催化效率较低。“超声结合微波水热法合成钒酸铋的方法，cn102942220a”将bi(no3)3·5h2o溶于hno3溶液，nh4vo3溶于naoh溶液，然后将两者混合均匀并调节ph后置于微波光反应仪中，采用超声波换能器施加超声能，反应完成后，将产物分离洗涤后在真空干燥得到亮黄色钒酸铋粉末，该发明反应周期短，能耗低，操作方便，但成本仍偏高且工艺控制较为复杂。因此，针对目前钒酸铋常规制备方法存在粒度大、分布不均一、生产成本高和制备效率低的问题，开发一种纳米钒酸铋的可控化的高效低成本合成技术是钒酸铋在功能材料领域的应用过程中亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体及其制备方法，旨在解决传统液相沉淀合成过程中存在的粉体粒度大，分布不均一，成本高和反应效率低的问题，降低了钒酸铋的制备成本和粉体粒度。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、根据本公开的一个方面，提供了一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体的制备方法，所述方法包括以下步骤：

4、步骤s1、制备磷酸氧钒浆体和含铋溶液；

5、步骤s2、将所述磷酸氧钒浆体和含铋溶液混合后调节混合液ph；

6、步骤s3、在回流条件下采用超声和/或微波分散加热所述混合液，过滤烘干后制得钒酸铋粉体。

7、在一种可能的实施方式中，所述的制备磷酸氧钒浆体，包括：

8、在超声分散的作用下，向失效钒电池电解液中加入含磷酸根的物质，形成磷酸氧钒浆体。

9、在一种可能的实施方式中，所述的制备含铋溶液，包括：

10、将铋盐或铋氧化物溶解于水或酸中，形成含铋溶液。

11、在一种可能的实施方式中，所述磷酸氧钒浆体和含铋溶液按摩尔比为n(bi)：n(v)＝(1～1.2)：1进行混合。

12、在一种可能的实施方式中，使用碱性溶液或均相沉淀剂调节所述混合液ph为5～9。

13、在一种可能的实施方式中，所述超声功率为200～900w。

14、在一种可能的实施方式中，所述加热的条件包括：

15、温度为50-200℃，时间为1～3h。

16、根据本公开的一个方面，提供了一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体，所述钒酸铋粉体为单斜相。

17、在一种可能的实施方式中，所述钒酸铋粉体的粒径小于200nm。

18、本发明的技术效果和优点：

19、第一，本发明使用失效电解液作为含钒原料，原料成本低，可降低制备成本。

20、第二，本发明采用含磷酸根的物质将失效电解液中的钒转化为纳米磷酸氧钒，并在ph调节过程中采用碱性溶液或均相沉淀剂，有效解决了钒酸铋合成过程中粒度大和分布不均一的问题。

21、第三，本发明在制备全过程采用超声波进行分散，超声波效应可有效降低液相成核的粒度和团聚现象，从而进一步降低粉体粒度并改善其粒度分布，提高钒酸铋光催化粉体的性能。

22、第四，本发明采用微波加热回流的方式进行合成，可利用微波效应进一步降低粉体粒度并改善其粒度分布，同时加快合成反应速度，可提高钒酸铋粉体的性能和制备效率。

23、第五，本发明工艺方法简单、生产成本低，易实现大批量生产，粉体粒度小且分布均一。

24、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体的制备方法，其特征在于，所述的制备磷酸氧钒浆体，包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体的制备方法，其特征在于，所述的制备含铋溶液，包括：

4.根据权利要求1任意一项所述的一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述磷酸氧钒浆体和含铋溶液按摩尔比为n(bi)：n(v)＝(1～1.2)：1进行混合。

5.根据权利要求1所述的一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体的制备方法，其特征在于，步骤s2中，使用碱性溶液或均相沉淀剂调节所述混合液ph为5～9。

6.根据权利要求1所述的一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述超声功率为200～900w。

7.根据权利要求1所述的一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述加热的条件包括：

8.一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体，其特征在于，采用如权利要求1-7任意一项所述的方法制备而成。

9.根据权利要求8所述的一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体，其特征在于，所述钒酸铋粉体为单斜相。

10.根据权利要求8所述的一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体，其特征在于，所述钒酸铋粉体的粒径小于200nm。

技术总结
本发明公开了一种基于超声和/或微波分散的钒酸铋粉体及其制备方法，涉及功能材料制备技术领域，所述方法包括：步骤S1、制备磷酸氧钒浆体和含铋溶液；步骤S2、将所述磷酸氧钒浆体和含铋溶液混合后调节混合液pH；步骤S3、在回流条件下采用超声和/或微波分散加热所述混合液，过滤烘干后制得钒酸铋粉体。本发明的方法可以解决传统液相沉淀合成过程中存在的粉体粒度大，分布不均一，成本高和反应效率低的问题，有效降低了钒酸铋的制备成本和粉体粒度。

技术研发人员：杨亚东,姚洁,文俊维,辛亚男
受保护的技术使用者：成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12