12232-99-4 / 鉍酸鈉的應(yīng)用

背景及概述^[1][2]

鉍酸鈉又稱偏鉍酸鈉，土黃色或棕色無定形粉末; 不溶于冷水，在熱水中分解。其懸浮液在酸性介質(zhì)中是強(qiáng)氧化劑，可使Mn²⁺(Ⅱ)氧化為高錳酸根MnO^-₄：5NaBiO₃+2Mn²⁺+14H⁺＝2MnO^-₄+5Bi³⁺+5Na⁺+7H₂O用做分析試劑可測定鋼鐵中的錳等。在含三氧化二鉍的濃氫氧化鈉溶液中加入強(qiáng)氧化劑，如氯氣、高錳酸鉀等都可制得鉍酸鈉。將氫氧化鉍Bi(OH)₃懸于濃堿中，加入強(qiáng)氧化劑，如Cl₂，KMnO₄，K₃〔Fe(CN)₆〕等，都可得到NaBiO₃。

制備^[4]

傳統(tǒng)制備鉍酸鈉的方法，主要是溴水氧化法，但這種方法得到的鉍酸鈉的純度較低。Kumada等報(bào)道了用離子交換方法改進(jìn)鉍酸鹽的合成工藝，但這些合成方法需要幾天的加熱時(shí)間。

下面是一種新的方法：利用過氧化鈉的強(qiáng)氧化性，在共熱熔融的狀態(tài)下將氧化鉍氧化成為鉍酸鈉，本方法制備的,純度和產(chǎn)率都比較高，裝置簡單，易于操作，是一種制備NaBiO₃的較好方法。當(dāng)Na₂O ₂與NaBiO₃的質(zhì)量比為1.6:1 時(shí)，兩者的有效利用率比較高，產(chǎn)物的純度和產(chǎn)率也較高，是本制備方法的適宜條件。

從圖2可以看出：當(dāng)Na₂O₂與NaBiO3的質(zhì)量比為1.6:1 時(shí)，對在無CO₂和H₂O的干擾的環(huán)境條件下反應(yīng)得到的樣品進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)在該條件下，鉍酸鈉的純度約為64%左右，產(chǎn)率約為72%左右，說明該條件是制備鉍酸鈉的適宜條件。

應(yīng)用^[2-3]

在光催化材料中，鉍酸鈉（NaBiO₃）是一種新型有效的光催化劑， 首次由Kako等進(jìn)行了報(bào)道。研究指出，與TiO₂和BiVO₄相比，NaBiO₃屬于鈣鈦礦型金屬氧化物，具有獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)， 被廣泛應(yīng)用于催化合成、 應(yīng)用化工等各領(lǐng)域，能在水相中有效降解多環(huán)芳烴類和多種有機(jī)染料污染物。目前在 DBD廢水處理系統(tǒng)中引入NaBiO₃催化劑研究較少， 鉍基催化劑能否提高DBD降解有機(jī)物的效率有待探索。

（1）武海霞等人建立了鉍酸鈉協(xié)同DBD催化處理苯胺廢水體系， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明催化系統(tǒng)中苯胺和TOC的去除率均高于單獨(dú)DBD低溫等離子體處理系統(tǒng)。

（2） 柱－板式電極放電的光譜為典型的空氣放電光譜特性， 放電過程中輻射出了紫外光（1～400nm） 和可見光（390～780nm），300～450nm之間出現(xiàn)高強(qiáng)度譜線，為光催化反應(yīng)提供了光源。

（3） 反應(yīng)4～8min，NaBiO₃協(xié)同作用明顯， 反應(yīng)至10min時(shí)， 苯胺的降解以NTP為主。投加量為0.2g/L時(shí)溶液的100mg/L和25mg/L的苯胺溶液TOC去除率最高， 比單獨(dú)DBD低溫等離子體體系提高14.11%和19.59%。酸性條件下，H⁺與溶解性活性氧發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氧化性低的HO₂等， 使得苯胺去除率較堿性和中性條件下低。

（4）NaBiO₃協(xié)同DBD處理有機(jī)物的作用機(jī)理包括： 固體催化劑可以起到活性粒子和有機(jī)物富集器的作用；NaBiO₃與放電過程中的紫外可見光產(chǎn)生光催化；高能電子作用于催化劑表面產(chǎn)生類似光催化的羥基自由基。大約有10%的染料在生產(chǎn)使用過程中進(jìn)入水體環(huán)境，不僅會(huì)造成強(qiáng)烈的視覺污染，嚴(yán)重地影響水生生物與微生物生長，并且對人體健康產(chǎn)生潛在威脅。傳統(tǒng)的吸附、 絮凝及生物氧化等方法對染料廢水的處理往往不能達(dá)到令人滿意的效果。

隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，可見光催化技術(shù)因其獨(dú)有的綠色低成本優(yōu)勢在眾多的新型水處理技術(shù)中開始嶄露頭角。其中， 鉍酸鈉屬于鈣鈦礦型金屬氧化物， 具有獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于催化合成、應(yīng)用化工等各領(lǐng)域。

最近研究發(fā)現(xiàn)，作為一種可見光響應(yīng)的催化材料，它能在水相中有效降解多環(huán)芳烴類、 苯酚類與多種有機(jī)染料污染物，在利用可見光能治理水體有機(jī)污染方面也展現(xiàn)了良好的應(yīng)用潛力。在相同的反應(yīng)條件下，鉍酸鈉對三苯甲烷類染料孔雀石綠( MG)染料溶液的可見光催化降解活性比 TiO₂ 和Bi₂ WO₆ 要高。重復(fù)實(shí)驗(yàn)中鉍酸鈉光催化穩(wěn)定性高，反應(yīng)前后晶格結(jié)構(gòu)變化很小。MG 降解時(shí)UV/VIS吸收強(qiáng)度連續(xù)降低，最大吸收波長藍(lán)移。GC/MS 與LC/MS /MS 分別發(fā)現(xiàn)8種小分子產(chǎn)物與4類MG 脫甲基產(chǎn)物，表明鉍酸鈉可見光催化降解MG主要通過破壞生色團(tuán)與脫甲基的方式進(jìn)行。鉍酸鈉投加量越大(＜3 g·L^-1) 、MG 初始濃度越小，染料溶液脫色速率越快。

主要參考資料

[1] 中國中學(xué)教學(xué)百科全書·化學(xué)卷

[2]武海霞，殷寶劍，方志，徐炎華.鉍酸鈉催化大氣壓介質(zhì)阻擋放電降解苯胺[J].強(qiáng)激光與粒子束，2017，29(05):152-158.

[4]周云.過氧化鈉共熱制備鉍酸鈉初探[J].安康學(xué)院學(xué)報(bào)，2008(04):81-82.