基本信息
- 项目名称：
- 高纯羟基硝酸氧铋的快速合成及其吸附性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 羟基硝酸氧铋是一种先进的功能材料，最初是由Axel Nørlund Christensen在1999 年用沉淀法制备。2003年该研究小组又对其热分解性能进行了研究，此后未见其它文献报道。为了探究其他的合成方法，了解此物质的性质，本文提供了一种简便、快捷的羟基硝酸氧铋的合成方法。同时，探究了该物质的对磺酸类活性染料的吸附性能，并研究其吸附热力学和动力学特征。
- 详细介绍：
- 本文探究出的醇热法是一种操作简便快速经济实用的合成产品的方法；产品对磺酸类活性染料的具有吸附速率快、容量大性能，在常温下，对甲基橙的吸附容量达到312mg/g，吸附容量受温度与活性染料电负性大小的影响，随温度升高，电负性增大，吸附性能降低；其吸附实验数据与吸附动力学二级模型，Langmuir吸附等温方程拟合相关性较好；计算出动力学参数K与热力学参数ΔGθ，ΔSθ，ΔHθ ，发现 ΔGθ <0 ，ΔHθ<0 ，ΔSθ<0，因此反应是放热、自发的且染料由溶液中无序到吸附在吸附剂规整的单分子层吸附过程。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 羟基硝酸氧铋是一种先进的功能材料，最初是由Axel Nørlund Christensen在1999 年用沉淀法制备。2003年该研究小组又对其热分解性能进行了研究，此后未见其它文献报道。为了探究其他的合成方法，了解此物质的性质，本文提供了一种简便、快捷的羟基硝酸氧铋的合成方法。同时，探究了该物质的对磺酸类活性染料的吸附性能，并研究其吸附热力学和动力学特征。
科学性、先进性及独特之处
- 本文以硝酸铋（Bi(NO3)3.5H2O）和有机醇类为原料，在超声混合均匀之后，蒸发掉水分和有机醇，即可得到蓬松状的粉末，简单研磨之后即可得到羟基硝酸氧铋产品。产品为具有层状结构的棒状晶体，平均尺寸在0.5μm×1.5μm；产品纯度高；操作工艺简单、易行；所得产品对磺酸类活性染料具有很好的吸附脱色性能。
应用价值和现实意义
- 羟基硝酸氧铋对阴离子型染料具有较好的吸附性能，吸附速率快、容量大，可作为此类染料的处理剂。同时可以作为催化剂与氧化石墨复合，极大地拓展了其应用范围，对净化印染废水具有广泛的应用前景。
学术论文摘要
- 羟基硝酸氧铋是一种先进的功能材料，本文首次以醇热法快速合成了高纯度的棒状羟基硝酸氧铋，采用XRD、SEM等分析方法对产物进行了表征。结果表明，产物为纯相的棒状 Bi6O5(OH)3(NO3)5·2H2O，并与标准谱图中标准物质（JCPDS54-0627）一致。考察了此新型材料对甲基橙、活性红、活性黑、活性蓝等磺酸类活性染料的吸附性能，研究发现，羟基硝酸氧铋对活性染料的吸附速率快、容量大；随着活性染料电负量的增加吸附容量减少，吸附容量在190~312mg/g范围内，其对甲基橙的最大吸附容量在24℃达到312mg/g，而且25min即可达到吸附平衡。同时，本文以甲基橙模拟废水为探针，探讨了羟基硝酸氧铋对甲基橙的吸附热力学和动力学特征，研究表明羟基硝酸氧对甲基橙的吸附属于Langmuir型；吸附动力学性质符合二阶反应动力学模型；并分别计算了热力学参数ΔGθ，ΔHθ 和ΔSθ, 结果表明, 羟基硝酸氧铋对甲基橙的吸附过程是放热和自发的且是引起熵减少的单分子层物理吸附。
获奖情况
- 2009年淮阴师范学院科技文化周大学生论文评选中荣获三等奖 申请国家发明专利2项
鉴定结果
- 羟基硝酸氧铋是一种先进的功能材料，本文获得了一种高纯羟基硝酸氧铋的快速合成方法；对产品的吸附性能进行了研究，得到了其吸附热力学和动力学机理。论文书写规范，数据可靠，论据充分，逻辑性强。
参考文献
- [1]Axel Nørlund Christensen, Marie-Agnes Chevallier,a Jørgen Skibsted and Bo B. Iversen，Synthesis and characterization of basic bismuth(III) nitrates.J.Chem. Soc., Dalton Trans., 2000, 265–27. [2]Yongyu Li, Hongchang Yao, Jianshe Wang, Ning Wang, Zhongjun Li. Influence of the precipitation pH on the compositions and properties of Bi-based oxyiodide photocatalysts[J]. Mater. Res. Bullet. 2011, 46:292–296. [3] Susmita Sen Guptaa, Krishna G. Bhattacharyyab, Immobilization of Pb(II), Cd(II) and Ni(II)ions on kaolinite and montmorillonite surfaces from aqueous medium.J. Environ. Manag. 2008,87:46–58. [4]Ewa Lorenc-Grabowska, Grazyna Gryglewicz，Adsorption characteristics of Congo Red on coal-based mesoporous activated carbon，Science Direct ,Dyes and Pigments 2007,74 : 34-40. [5]Khanidtha Marungruenga, Prasert Pavasantb, Removal of basic dye (Astrazon Blue FGRL)using macroalga Caulerpa lentillifera. J. Environ. Manag. 2006,78 :268–274.
同类课题研究水平概述
- 羟基硝酸氧铋( bismuth oxide nitrate hydroxide hydrate)是一种先进的功能材料，这种物质最初是由Axel Nørlund Christensen在1999 年用沉淀法制备的，2003年该研究小组又对其热分解性能进行了研究，此后未见其它文献报道。本文首次报道了一种一种简便、快捷的羟基硝酸氧铋的合成方法，同时探索了其对染料废水的吸附脱色性能，以拓展其在染料废水领域中的应用。
