三氧化二铋的用途

背景及概述^[1]

三氧化二铋亦称“氧化铋”。化学式Bi₂O₃。分子量465.96。由于在不同温度下灼烧，可产生三种变体。α-体：黄色重的粉状或单斜系晶体，熔点820℃，相对密度8.9，折光率1.91。860℃时转变为γ-体。β-体：灰黑色立方系晶体，相对密度8.20，在704℃时即转变为α-体。γ-体：重的淡柠檬黄色粉状物，属正方晶系，熔点860℃，相对密度8.55，熔融时变为黄褐色，冷却仍为黄色，强烈红热下即熔解，冷却后凝为结晶团状物。三者均不溶于水，可溶于乙醇、强酸。

用途^[2]

三氧化二铋在许多领域得了广泛的应用，作为可见光催化剂，在有机污染物降解中发挥着非常重要的作用。可用三氧化二铋，作为催化剂降解的有机物有罗丹明B、甲基橙、4一氯苯酚、亚甲基蓝、糖蜜酒精、2，4一二氯苯酚、结晶紫、纺织印染废水、含亚硝酸盐的废水等，还可以降解气态有机污染物，如挥发性有机污染物等。Bi2O3对罗丹明B、甲基橙、4一氯苯酚的可见光催化降解，用低温加热分解Bi(Ac)3得到的三氧化二铋。对罗丹明B、4一氯苯酚进行光催化降解。反应装置恒定温度为25℃，光源为500W，波长为大于420nm的可见光，在3个反应装置中分别加人10mg·L的罗丹明B、10mg·L甲基橙和10mg·L4一氯苯酚溶液各100ml，加人0.05g／Bi2O3，避光磁力搅拌30min，使三氧化二铋与被降解的有机物之间达到吸附平衡，打开光源，继续在搅拌下照射，每隔30min取样4mL，离心去除催化剂颗粒，测定其吸光度。

甲基橙溶液的吸收波长是464nm，在不加催化剂光照2h后，吸收峰强度稍有减弱，加催化剂后，经2h的光照，吸收峰的强度逐渐减弱，最后被完全降解。4一氯苯酚是一种不易分解的有毒污染物。其水溶液有3个吸收波长，分别在196、225和280nm处。在不加一三氧化二铋，时，光照2h后的光吸收强度与原始溶液的吸收强度一致，说明在没有光催化剂时，可见光照射下4一氯苯酚几乎没有降解。加入三氧化二铋。至4一氯苯酚水溶液，光照时间2h时后，所有的吸收峰均逐渐减弱直至消失，可认为4一氯苯酚在加入一三氧化二铋，光照2h后已经完全降解。三氧化二铋在许多领域得了广泛的应用，作为可见光催化剂，在有机污染物降解中发挥着非常重要的作用。可用三氧化二铋，作为催化剂降解的有机物有罗丹明B、甲基橙、4一氯苯酚、亚甲基蓝、糖蜜酒精、2，4一二氯苯酚、结晶紫、纺织印染废水、含亚硝酸盐的废水等，还可以降解气态有机污染物，如挥发性有机污染物等。

制备^[2]

目前，三氧化二铋的制备方法主要有化学沉淀法、溶剂热法\胶一凝胶法、微乳法、水热合成法、雾化一燃烧法、固相室温法、等离子体法等、硝酸铋煅烧法、化学气相沉积法、金属有机物化学气相沉乖、金属氧化一气相沉积。不同的方法，控制不同的条件，可得到不同形貌的Bi2O3。

1. 化学沉淀法

三氧化二铋传统制备方法是直接沉淀法，过程如下：先把固体铋盐制成溶液，然后加入沉淀剂和一定量的分散剂或络合剂，经过滤、洗涤、干燥之后得到前驱体，将前驱体在一定温度下焙烧来制取Bi2O3粉体。

1）用强碱作沉淀剂，发生如下反应：

在反应过程中，随着沉淀剂的加入，除了生成Bi(OH)3外，可能会出现BiONO2、Bi(OH)2+和BiOi等前驱体。用该法制得的为单斜相的三氧化二铋，粒径在3039nm之间。

2)用弱碱(如氨水)作沉淀剂

称取5.0gBi(NO3)3溶解于60mL含有1.0g水溶性淀粉的水溶液中，在磁力搅拌下缓慢滴加10％的氨水溶液，调节pH值为l1～12，生成黄绿色的Bi(OH)3前驱体。将其转移致高压釜中，密封，180℃下反应12h后，自然冷却至室温。离心分离，沉淀物用实验用水洗涤数次，在80cC下烘l0h，得氧化铋粉末。研磨，分别在300~C和700cI=的马弗炉中，焙烧4h，取出后继续研磨，直至研磨到纳米级三氧化二铋粉末。

2.溶剂热法

称取0.485g的Bi(NO)3·5H2O于锥形瓶中，加9mllmol·L～HNO3，在室温下搅拌溶解，加入一定量的丙酮、庚烷和油酸，磁力搅拌10rain后，在磁力搅拌下，逐渐滴加氢氧化钠溶液，调节至不同的pH值，待反应结束后，常温下搅拌10min后，离心后经反复水洗、醇洗，干燥、焙烧。当用NaOH为沉淀剂，其反应如下：

3.水热法

水热法是以水为介质，在高温高压的条件下，在密封且耐高压力的容器中合成材料的一种方法，与传统的固相反应法、沉淀法、溶胶一凝胶法相比，其优点是合成的粉体具有晶粒形态可控、团聚程度轻、结晶性好和污染少等。用水热法可以得到三氧化二铋晶须，它是一种极细的纤维状单晶体，具有密度低、熔点高和模量高等特点。称取一定量分析纯的Bi(NO3)3·5HO和分析纯KOH加入带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再加入去离子水至反应容器容积的80％。在一定的温度和保温时间下进行水热反应，经过去离子水和无水乙醇洗涤，再经80℃烘干，得到三氧化二铋粉体。

4. 电化学合成法

通常制备三氧化二铋需在高温下进行，用电化学合成法可在常温下制备。以金属铋为阳极，以氢氧化钠溶液作为电解，在阴极上产生超细活性金属铋，用该金属铋与氢氧化钠溶液(加入适量的丙三醇)反应，在常温下成功制备稳定的一三氧化二铋。

5. 微乳法

配制溶液A：0.023mol·L的十二烷基苯磺酸钠。配制溶液B：称取4.9gBi(NO3)·5H2O，加入少量水，滴加浓HNO3，至溶液澄清，定容至50mL。量取溶液A、溶液B和甲苯溶液混匀，在搅拌下滴加NH·H2O形成微乳液，静置分层，分离水相和有机相，水相用甲苯萃取两次，把甲苯层并入有机相中，把有机相回流除去其中的水分，减压蒸馏所形成的Bi2O3有机溶胶，烘干，经不同温度焙烧。得到以Bi2O3为主的产品。微乳法属于液相法，这种方法会产生废水，通常要进行后处理，干燥时易收缩、团聚，表面不易处理干净，产生的废水对环境造成污染。

6. 铋蒸气氧化法制备氧化铋纳米粉体

用铋蒸气氧化法制备纳米氧化铋时，为了克服熔体优先氧化，致使无法得到氧化铋粉体的缺陷，可通过加入助剂，用电阻丝在l140~I热金属铋，使金属铋蒸发、气相氧化，制备得到纯的三氧化二铋。氧化铋粉体。通过x一衍射线变宽效应的测定及计算，得到平均粒径为33.7nm的粉体。通过扫描电子显微镜对粉体的形貌进行观察：粉体为大小均匀的球形。助剂的加入能使铋蒸发速度明显加快。

该方法的优点：工艺流程简单、对设备要求不高、不产生环境污染、得到的产品纯度高。生成氧化铋的反应完全充分，产品不含金属杂质。

7. 低温固相法

目前，在低温下制备三氧化二铋已有很大突破。把草酸铋热分解，得到了纯三氧化二铋。采用模板法在空气中氧化铋纳米管制备三氧化二铋，纳米管，但要储存在无水乙醇中以避免转换为碳酸氧铋。

8. 溶胶一凝胶法

聚丙烯酰胺凝胶法已经被用于三氧化二铋，的制备中。受乙二醇和水的体积比为2：1的混合液体为溶剂，li配制成浓度为0.2mol·L备用。按照Bi3+：柠檬酸：葡萄糖=1：1：2的摩尔比，在搅拌下依次加入柠檬酸和葡萄糖，再加人总质量的10％的丙烯酰胺单体及交联剂N，N一亚甲基双丙烯酰胺，其中交联剂的用量为单体质量的10％，全部溶解后升温到50℃，当反应溶液转变为凝胶后停止反应并冷却。将所得凝胶研碎干燥，于650％焙烧5h得Bi2O3产品。该方法制备的三氧化二铋，为单斜相，其它晶相的杂质含量少。

主要参考资料

[1] 化合物词典

[2] 三氧化二铋的制备方法及对有机污染物的光催化降解