CN115676884B - 一种基于超声雾化微波制备钒酸铋纳米粉体的方法及粉体 - Google Patents
一种基于超声雾化微波制备钒酸铋纳米粉体的方法及粉体 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于超声雾化微波制备钒酸铋纳米粉体的方法及粉体，所述方法包括：将五价含钒溶液A和氯化铋溶液B按一定比例混合，得到混合溶液C；基于超声雾化器，将所述混合溶液C和沉淀剂溶液D按一定摩尔比混合，得到反应浆体；将所述反应浆体置于微波反应器内反应，得到钒酸铋纳米粉体。本发明将含钒溶液超声雾化，以鼓泡的形式喷入缓慢释放沉淀离子的溶液中，强化了传质过程，保证了液相环境的均一性，可以对钒酸铋晶体生长的进行有效控制。或将含钒和含铋的混和溶液超声雾化，同时将沉淀剂雾化，使沉淀反应的环境均一性和形核过程的均一性大大加强，从而进一步对钒酸铋晶体生长的进行有效控制。
Description
技术领域
本发明涉及功能材料制备技术领域，具体涉及一种基于超声雾化微波制备钒酸铋纳米粉体的方法及粉体。
背景技术
目前钒酸铋的主要制备方法有高温固相法、液相沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法、水热法以及溶剂热法等，其中高温固相法成本低、工艺简单，但能耗和原料损耗高、粒径大、易混入杂质；液相沉淀法成本低、制备时间短、可批量生产、工艺易控制，但颗粒易引入杂质且容易团聚；溶胶凝胶法可制备较小粒径且化学组成均匀的材料、反应温度低、工艺简单，但所用原料成本较高、制备时间较长且产品中容易残留杂质；微乳液法工艺简单、易于控制且制得样品的单分散性好、颗粒稳定、不易团聚，但分子间隙大、表面缺陷多且生产成本较高。水热合成及溶剂热法生产的颗粒虽然粒度可控且纯度较高，但存在对设备要求高和不易实现工业化生产等问题。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、形貌及粒度控制是目前钒酸铋粉体制备亟待解决的问题。
专利CN112520788A，公开了一种纳米钒酸铋粉末的制备方法，该方法以Bi(NO3)3·5H2O和NaVO3为原料，CTAB为表面活性剂，去离子水为溶剂，采用水热法反应制得纳米钒酸铋粉末，该方法制备的粉体虽然粒度较小，但存在不适合批量生产和反应条件苛刻的问题。
专利CN111017994A，公开了一种纳米绿相黄钒酸铋粉末的制备方法，该方法采用Bi(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料，加入有机溶剂和表面活性剂、助表面活性剂，在50～80℃温度条件下反应3.0～4.5h，分离、烘干，即得到单绿相黄纳米钒酸铋粉末，该方法制得的绿相黄钒酸铋粉末颗粒为纳米级，但制备成本较高、制备效率低且易引入杂质。
专利CN107416901A，公开了一种由含钒溶液制备钒酸铋颜料的方法，该方法将硝酸、五水合硝酸铋和表面活性剂混合后，加入含钒溶液，利用碱液调节pH，持续搅拌至完全溶解，得到混合溶液，加热反应后固液分离，清洗并烘干热处理，得到钒酸铋颜料，该发明降低了生产成本，但颗粒粒度较大，且粒度分布不均一。
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。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于超声雾化微波制备钒酸铋纳米粉体的方法及粉体，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，成本高的问题，发明具有制备时间短，效率高、可大规模生产等优点，且能良好地控制粉体的粒径、形貌、结晶度等性能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种基于超声雾化微波制备钒酸铋纳米粉体的方法，所述方法包括以下步骤：
将五价含钒溶液A和氯化铋溶液B按一定比例混合，得到混合溶液C；
基于超声雾化器，将所述混合溶液C和沉淀剂溶液D按一定摩尔比混合，得到反应浆体；
将所述反应浆体置于微波反应器内反应，得到钒酸铋纳米粉体。
进一步地，所述基于超声雾化器，将所述混合溶液C和沉淀剂溶液D按一定摩尔比混合，得到反应浆体的具体步骤为：
将所述混合溶液C和沉淀剂溶液D分别置于超声雾化器中雾化产生雾滴，所述雾滴进入到超声反应器中，得到反应浆体；或，
将所述混合溶液C置于超声雾化器中雾化产生雾滴，所述雾滴进入到装有沉淀剂溶液D的超声反应器中，得到反应浆体。
进一步地，所述五价含钒溶液A的制备方法具体为：
向含钒溶液中加入硫酸溶液至溶液pH＜0，得到酸性含钒溶液；
将所述酸性含钒溶液置于电解槽内在电流为1-5A条件下恒流电解至溶液中钒离子均转化为五价，得到五价含钒溶液A。
进一步地，所述氯化铋溶液B的制备方法具体为：
取氧化铋固体，加入盐酸和去离子水，得到氯化铋溶液B。
进一步地，所述沉淀剂溶液D为氨水、氢氧化钠、碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢钠和碳酸钠中的一种或多种；所述沉淀剂溶液D的浓度为1～4mol/L。
进一步地，所述五价含钒溶液A中钒离子的浓度为0.2-1.0mol/L。
进一步地，所述氯化铋溶液B中铋离子的浓度为0.2-1.0mol/L。
进一步地，将所述五价含钒溶液A和氯化铋溶液B按铋和钒摩尔比为(1.2-1.0):1混合，得到混合溶液C。
进一步地，所述混合溶液C中五价钒离子与所述沉淀剂溶液的摩尔比为1:2～1:6。
进一步地，所述雾滴在超声反应器中的反应时间为0.5～4h。
进一步地，所述反应浆体在微波器内的反应温度为80-110℃，反应时间为10～30min。
基于上述方法，另一方面，本发明还提供了一种基于超声雾化微波制备的钒酸铋纳米粉体。
本发明的技术效果和优点：
第一，本发明将含钒和含铋的混和溶液超声雾化，同时将沉淀剂雾化，使沉淀反应的环境均一性和形核过程的均一性大大加强，从而进一步对钒酸铋晶体生长的进行有效控制。
第二，本发明将含钒溶液超声雾化，以鼓泡的形式喷入缓慢释放沉淀离子的溶液中，强化了传质过程，保证了液相环境的均一性，可以对钒酸铋晶体生长的进行有效控制。
第三，本发明利用微波辅助干燥的方法，具有快速高效节能优质等特点，不会出现过热现象，制备时间短，效率高且有效避免粉体团聚。
第四，本发明将超声波、微波技术有效地集成，工艺方法简单，可大幅度缩短制备时间，能明显提高合成效率及结晶度且所得粉体具有良好的分散性和均匀性。
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。
附图说明
图1为本发明的一种基于超声雾化微波制备钒酸铋纳米粉体的方法流程图；
图2为本发明实施例中制备的钒酸铋粉体微观表征图；
图3为本发明对比例中制备的钒酸铋粉体微观表征图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为解决现有技术的不足，本发明公开了一种基于超声雾化微波制备钒酸铋纳米粉体的方法及粉体。本发明利用超声雾化器将一定浓度的五价钒盐和铋盐混合溶液雾化成几微米的雾滴，通过载气将雾滴以鼓泡的方式通入到弱碱性沉淀剂溶液中，置于超声水浴中的反应器内反应，或利用超声雾化器将一定浓度的五价钒盐和铋盐混合溶液，以及沉淀剂溶液雾化成几微米的雾滴，通过载气将雾滴以鼓泡的方式通入到超声水浴中的反应器内反应，将反应通过微波加热，过滤干燥制得纳米钒酸铋颗粒。
一方面，本发明公开了一种基于超声雾化微波制备钒酸铋纳米粉体的方法，图1为本发明的一种基于超声雾化微波制备钒酸铋纳米粉体的方法流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
将五价含钒溶液A和氯化铋溶液B按一定比例混合，得到混合溶液C；
基于超声雾化器，将所述混合溶液C和沉淀剂溶液D按一定摩尔比混合，得到反应浆体；
将所述反应浆体置于微波反应器内反应，得到钒酸铋纳米粉体。
优选地，所述基于超声雾化器，将所述混合溶液C和沉淀剂溶液D按一定摩尔比混合，得到反应浆体的具体步骤为：
将所述混合溶液C和沉淀剂溶液D分别置于超声雾化器中雾化产生雾滴，所述雾滴进入到超声反应器中，得到反应浆体；或，
将所述混合溶液C置于超声雾化器中雾化产生雾滴，所述雾滴进入到装有所述沉淀剂溶液D的超声反应器中，得到反应浆体。
具体操作步骤如下：
步骤一：将沉淀剂溶于去离子水中，配置成1～4mol/L的溶液，超声分散30min，沉淀剂可以是氨水、氢氧化钠、碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢钠、碳酸钠的一种或多种。
步骤二：向含钒溶液中加入硫酸溶液至溶液pH＜0，得到酸性含钒溶液，再将酸性含钒溶液置于电解槽内在电流为1.5A条件下恒流电解至溶液中钒离子均转化为五价，调整钒浓度为0.2-1.0mol/L，得到五价含钒溶液。取氧化铋固体，加入盐酸和去离子水，配制成氯化铋盐酸溶液备用，铋浓度为0.2-1.0mol/L，盐酸浓度为1-3mol/L。
步骤三：将五价含钒溶液和氯化铋盐酸溶液按铋和钒摩尔比为(1.2-1.0):1混合后，将混合溶液和沉淀剂溶液分别置于超声雾化器中雾化产生雾滴，以上两种雾滴通过载气鼓泡进入到超声反应器中，反应0.5～4h，得到反应浆体；或，
混合溶液置于超声雾化器中雾化产生雾滴，雾滴通过载气鼓泡进入到装有沉淀剂溶液的反应器中，反应0.5～4h，得到反应浆体。
五价钒离子与所加入的沉淀剂溶液的摩尔比可为1:2～1:6。
步骤四：将步骤三得到的反应浆体，置于微波反应器内，控制温度80-110℃，反应时间10～30min，反应完成过滤干燥得到钒酸铋纳米粉体。
另一方面，本发明还公开了一种基于超声雾化微波制备的钒酸铋纳米粉体，采用上述方法制备而成。
实例1：
步骤一：将氢氧化钠溶于去离子水中，配置成1mol/L的溶液，超声分散30min，制得氢氧化钠溶液。
步骤二：向含钒溶液中加入硫酸溶液至溶液pH＜0，得到酸性含钒溶液，再将酸性含钒溶液置于电解槽内在电流为1.5A条件下恒流电解至溶液中钒离子均转化为五价，调整钒浓度为0.2mol/L，得到五价含钒溶液。取氧化铋固体，加入盐酸和去离子水，配制成铋浓度为0.2mol/L、盐酸浓度为2mol/L的氯化铋盐酸溶液。
步骤三：将五价含钒溶液和氯化铋盐酸溶液按铋和钒摩尔比为1.0:1混合后，混合溶液和沉淀剂溶液(氢氧化钠溶液)分别置于超声雾化器中雾化产生雾滴，两种雾滴通过载气进入到超声反应器中，反应0.5h得到浆体。五价钒离子与所加入的沉淀剂溶液的摩尔比为1:4。
步骤四：将步骤三得到的浆体，置于微波反应器内，控制温度80℃，时间20min，过滤干燥后得到钒酸铋纳米粉体，粉体D50粒径为60nm。
实例2：
步骤一：将氢氧化钠溶于去离子水中，配置成4mol/L的溶液，超声分散30min，制得氢氧化钠溶液。
步骤二：向含钒溶液中加入硫酸溶液至溶液pH＜0，得到酸性含钒溶液，再将酸性含钒溶液置于电解槽内在电流为1.5A条件下恒流电解至溶液中钒离子均转化为五价，调整钒浓度为0.4mol/L，得到五价含钒溶液。取氧化铋固体，加入盐酸和去离子水，配制成铋浓度为0.4mol/L、盐酸浓度为1.5mol/L的氯化铋盐酸溶液。
步骤三：将五价含钒溶液和氯化铋盐酸溶液按铋和钒摩尔比为1.2:1混合后，混合溶液和沉淀剂溶液(氢氧化钠溶液)分别置于超声雾化器中雾化产生雾滴，两种雾滴通过载气进入到超声反应器中，反应0.5h得到浆体。五价钒离子与所加入的沉淀剂溶液的摩尔比为1:3。
步骤四：将步骤三得到的浆体，置于微波反应器内，控制温度100℃，时间15min，过滤干燥后得到钒酸铋纳米粉体，粉体D50粒径为75nm。
实例3：
步骤一：用浓氨水配制成浓度为1mol/L的氨水溶液。
步骤二：向含钒溶液中加入硫酸溶液至溶液pH＜0，得到酸性含钒溶液，再将酸性含钒溶液置于电解槽内在电流为1.5A条件下恒流电解至溶液中钒离子均转化为五价，调整钒浓度为0.8mol/L，得到五价含钒溶液。取氧化铋固体，加入盐酸和去离子水，配制成铋浓度为0.8mol/L、盐酸浓度为3mol/L的氯化铋盐酸溶液。
步骤三：将五价含钒溶液和氯化铋盐酸溶液按铋和钒摩尔比为1.0:1混合后，混合溶液和沉淀剂溶液(氨水溶液)分别置于超声雾化器中雾化产生雾滴，两种雾滴通过载气进入到超声反应器中，反应1h得到浆体。五价钒离子与所加入的沉淀剂溶液的摩尔比为1:6。
步骤四：将步骤三得到的浆体，置于微波反应器内，控制温度110℃，时间10min，过滤干燥后得到钒酸铋纳米粉体，粉体D50粒径为50nm。
实例4：
步骤一：将碳酸铵溶于去离子水中，配置成4mol/L的溶液，超声分散30min，制得碳酸铵溶液。
步骤二：向含钒溶液中加入硫酸溶液至溶液pH＜0，得到酸性含钒溶液，再将酸性含钒溶液置于电解槽内在电流为1.5A条件下恒流电解至溶液中钒离子均转化为五价，调整钒浓度为1.0mol/L，得到五价含钒溶液。取氧化铋固体，加入盐酸和去离子水，配制成铋浓度为1.0mol/L、盐酸浓度为3mol/L的氯化铋盐酸溶液。
步骤三：将五价含钒溶液和氯化铋盐酸溶液按铋和钒摩尔比为1.2:1混合后，混合溶液和沉淀剂溶液(碳酸铵溶液)分别置于超声雾化器中雾化产生雾滴，两种雾滴通过载气进入到超声反应器中，反应1h得到浆体。五价钒离子与所加入的沉淀剂溶液的摩尔比为1:2。
步骤四：将步骤三得到的浆体，置于微波反应器内，控制温度90℃，时间30min，过滤干燥后得到钒酸铋纳米粉体，粉体D50粒径为60nm。
实施例5：
步骤一：将氢氧化钠溶于去离子水中，配置成1mol/L的溶液，超声分散30min，制得氢氧化钠溶液。
步骤二：向含钒溶液中加入硫酸溶液至溶液pH＜0，得到酸性含钒溶液，再将酸性含钒溶液置于电解槽内在电流为1.5A条件下恒流电解至溶液中钒离子均转化为五价，调整钒浓度为0.2mol/L，得到五价含钒溶液。取氧化铋固体，加入盐酸和去离子水，配制成氯化铋盐酸溶液备用，铋浓度为0.2mol/L，盐酸浓度为2mol/L。
步骤三：将五价含钒溶液和氯化铋盐酸溶液按铋和钒摩尔比为1.2:1混合后，混合溶液置于超声雾化器中雾化产生雾滴，雾滴通过载气鼓泡进入到装有沉淀剂溶液(氢氧化钠溶液)的反应器中，反应3h，得到反应浆体。五价钒离子与所加入的沉淀剂溶液的摩尔比可为1:2。
步骤四：将步骤三得到的反应浆体，置于微波反应器内，控制温度90℃，反应时间30min，反应完成过滤干燥得到钒酸铋纳米粉体，粉体D50粒径为80nm。
实施例6：
步骤一：用浓氨水配制成浓度为1mol/L的氨水溶液。
步骤二：向含钒溶液中加入硫酸溶液至溶液pH＜0，得到酸性含钒溶液，再将酸性含钒溶液置于电解槽内在电流为2A条件下恒流电解至溶液中钒离子均转化为五价，调整钒浓度为0.6mol/L，得到五价含钒溶液。取氧化铋固体，加入盐酸和去离子水，配制成氯化铋盐酸溶液备用，铋浓度为0.6mol/L，盐酸浓度为1.5mol/L。
步骤三：将五价含钒溶液和氯化铋盐酸溶液按铋和钒摩尔比为1.1:1混合后，混合溶液置于超声雾化器中雾化产生雾滴，雾滴通过载气鼓泡进入到装有沉淀剂溶液(氨水溶液)的反应器中，反应1.5h，得到反应浆体。五价钒离子与所加入沉淀剂溶液的摩尔比可为1:4。
步骤四：将步骤三得到的沉淀物，置于微波反应器内，控制温度100℃，反应时间20min，反应完成过滤干燥得到钒酸铋纳米粉体，粉体D50粒径为100nm。
实施例7：
步骤一：将碳酸铵溶于去离子水中，配置成4mol/L的溶液，超声分散30min，制得碳酸铵溶液。
步骤二：向含钒溶液中加入硫酸溶液至溶液pH＜0，得到酸性含钒溶液，再将酸性含钒溶液置于电解槽内在电流为3A条件下恒流电解至溶液中钒离子均转化为五价，调整钒浓度为1.0mol/L，得到五价含钒溶液。取氧化铋固体，加入盐酸和去离子水，配制成氯化铋盐酸溶液备用，铋浓度为1.0mol/L，盐酸浓度为3mol/L。
步骤三：将五价含钒溶液和氯化铋盐酸溶液按铋和钒摩尔比为1.2:1混合后，混合溶液溶液置于超声雾化器中雾化产生雾滴，雾滴通过载气鼓泡进入到装有沉淀剂溶液(碳酸铵溶液)的反应器中，反应2h，得到反应浆体。五价钒离子与所加入的沉淀剂溶液的摩尔比可为1:6。
步骤四：将步骤三得到的沉淀物，置于微波反应器内，控制温度110℃，反应时间10min，反应完成过滤干燥得到钒酸铋纳米粉体，粉体D50粒径为90nm。
对比例1：
步骤一：将氢氧化钠溶于去离子水中，配置成2mol/L的溶液，超声分散30min，制得氢氧化钠溶液。
步骤二：向含钒溶液中加入硫酸溶液至溶液pH＜0，得到酸性含钒溶液，再将酸性含钒溶液置于电解槽内在电流为1.5A条件下恒流电解至溶液中钒离子均转化为五价，调整钒浓度为0.6mol/L，得到五价含钒溶液。取氧化铋固体，加入盐酸和去离子水，配制成氯化铋盐酸溶液备用，铋浓度为0.6mol/L，盐酸浓度为2mol/L。
步骤三：将五价含钒溶液和氯化铋盐酸溶液按铋和钒摩尔比为1.0:1混合后，混合溶液置于超声雾化器中雾化产生雾滴，雾滴通过载气鼓泡进入到装有沉淀剂溶液(氢氧化钠溶液)的反应器中，反应3h，得到反应浆体。五价钒离子与所加入的沉淀剂溶液的摩尔比可为1:2。
步骤四：将步骤三得到的反应浆体，置于微波反应器内，控制温度1000℃，反应时间30min，反应完成过滤干燥得到钒酸铋纳米粉体，粉体D50粒径为400nm。
该方法的基本原理是利用超声空化效应，将混合溶液或沉淀剂溶液转化为微型反应液滴，同时采用鼓泡的形式改善反应时钒离子与沉淀剂接触的不均匀性，加快成核速度，爆发性形核，而且大量晶核的生成也消耗了极大多数的离子，使得晶核进一步长大所需的过饱度大大减少，生长速率相应变小，同时在表面活性剂的位阻效应下，体系分散性提高，最终获得粒径小且均匀的前驱体沉淀。后续采用超声分散-微波合成技术，在反应、洗涤过程利用超声空化效应产生带有剪切力的冲击波，破坏粉体的团聚结构，在干燥和煅烧过程利用微波加热速度快，受热均匀的特点，可有效地防止前驱体热处理过程的团聚，最终得到粒度均匀，单分散的纳米钒酸铋。表1为不同反应条件下制备得到的钒酸铋纳米粉体粒径分布，从表1可知，实施例1-7制备得到的钒酸铋纳米粉体粒径为50-100nm，对比例1制备得到的钒酸铋纳米粉体粒径为400nm。图2为本发明实施例中制备的钒酸铋粉体微观表征图，图3为本发明对比例中制备的钒酸铋粉体微观表征图，从图2和图3可知，采用本发明的超声雾化制备的粉体粒径更小，粒径分布更均匀，形状更接近规则的球形。具体的，在含钒和铋的混合溶液与沉淀剂溶液均雾化条件下得到的粉体粒径最小，仅含钒和铋的混合溶液雾化条件下得到的粉体粒径大小次之，含钒和铋的混合溶液与沉淀剂溶液均不做处理的条件下得到的粉体粒径最大。
表1不同反应条件下制备得到的钒酸铋纳米粉体粒径分布
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于超声雾化微波制备钒酸铋纳米粉体的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将五价含钒溶液A和氯化铋溶液B按铋和钒摩尔比为(1.2-1.0)：1混合，得到混合溶液C；所述五价含钒溶液A中钒离子的浓度为0.2-1.0mol/L；所述氯化铋溶液B中铋离子的浓度为0.2-1.0mol/L；
基于超声雾化器，将所述混合溶液C和沉淀剂溶液D按一定摩尔比混合，得到反应浆体；具体步骤为：将所述混合溶液C和沉淀剂溶液D分别置于超声雾化器中雾化产生雾滴，所述雾滴进入到超声反应器中，得到反应浆体；或，将所述混合溶液C置于超声雾化器中雾化产生雾滴，所述雾滴进入到装有沉淀剂溶液D的超声反应器中，得到反应浆体；所述沉淀剂溶液D为氨水、氢氧化钠、碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢钠和碳酸钠中的一种或多种；所述沉淀剂溶液D的浓度为1～4mol/L；
将所述反应浆体置于微波反应器内反应，反应温度为80-110℃，反应时间为10～30min，得到钒酸铋纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述五价含钒溶液A的制备方法具体为：
向含钒溶液中加入硫酸溶液至溶液pH＜0，得到酸性含钒溶液；
将所述酸性含钒溶液置于电解槽内在电流为1-5A条件下恒流电解至溶液中钒离子均转化为五价，得到五价含钒溶液A。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述氯化铋溶液B的制备方法具体为：
取氧化铋固体，加入盐酸和去离子水，得到氯化铋溶液B。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述混合溶液C中五价钒离子与所述沉淀剂溶液的摩尔比为1:2～1:6。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述雾滴在超声反应器中的反应时间为0.5～4h。
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Citations (3)
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