JPH061614A - Bi5O7(NO3)の式で示される化合物及びその製造法 - Google Patents

Bi5O7(NO3)の式で示される化合物及びその製造法

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JPH061614A
JPH061614A JP4187487A JP18748792A JPH061614A JP H061614 A JPH061614 A JP H061614A JP 4187487 A JP4187487 A JP 4187487A JP 18748792 A JP18748792 A JP 18748792A JP H061614 A JPH061614 A JP H061614A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 (NO3)を含む新規なビスマス化合物を提供
する。 【構成】 この化合物は、Bi57(NO3)の式で示され
斜方晶系の構造を有する化合物である。硝酸ビスマス
[Bi(NO3)3・5H2O]を加熱して熱分解し、Bi2
3に変化する前で熱分解を終了させることにより、製造
される。全ての分解が565℃付近で完了するので、こ
の温度より低い温度で150℃以上が望ましい。イオン
交換、吸着の各種用途、例えば、原子力発電廃液や産業
廃液の処理、気体中の有害イオンの吸着固定、吸着除去
などの用途に期待できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は(NO3)を含む新規なビ
スマス化合物及びその製造法に関するものであり、この
化合物は、イオン交換、吸着の各種用途、例えば、原子
力発電廃液や産業廃液の処理、気体中の有害イオンの吸
着固定、吸着除去などの用途に期待できる。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
(NO3)を含むBi−O−(NO3)系のビスマス化合物と
しては、Bi66(NO3)6が知られているにすぎない。
これは、一般には酸化硝酸ビスマスとしてBiO(NO3)
の式で示される。
【0003】本発明は、(NO3)を含む新規なビスマス
化合物を提供することを目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】従来より、硝酸ビスマス
五水和物(Bi(NO3)3・5H2O)を高温で加熱すると、
溶融分解が起り、分解が終了するとBi23が生成する
ことが知られているが、本発明者は、この分解に際して
Bi23が生成するところまで分解を進めないで、最終
分解物中に一部の(NO3)が残るような条件で熱分解し
たところ、Bi57(NO3)の式で示される新規な化合物
を見出した。
【0005】この新規な化合物と類似な組成を持つBi5
7Iで示される化学組成を有する化合物は従来より知
られており、この新規化合物は、Bi57I化合物のI
の代りに(NO3)を置き変えた組成の新規な化合物とも
考えられる。
【0006】この新規化合物を製造するためには、硝酸
ビスマス(Bi(NO3)3・5H2O)を加熱し熱分解する。
硝酸ビスマスを完全に熱分解すると(H2O)や(NO3)が
放出され、(NO3)の存在が雰囲気を酸化性にするた
め、最終的にはBi23が生成される。しかし、本発明
による方法は、熱分解生成物がBi23になる前の段階
で熱分解を凍結する方法である。つまり、加熱によっ
て、原料中のすべての(H2O)と一部の(NO3)を放出さ
せ、分解生成物の組成がBi57(NO3)になるように、
分解をコントロールする。分解のコントロールは加熱温
度と加熱時間によって行う。
【0007】まず、本発明においては、目的の化合物を
合成するために、原料の熱分解をコントロールすること
が最も重要であるので、硝酸ビスマスの熱分解の様子を
詳細に調べた基礎実験について説明する。
【0008】硝酸ビスマスの熱重量分析と示差熱分析の
同時測定を行うことによって、熱分解に関する情報を得
た。その実験結果を図1に示す。それによると、原料化
合物を室温から毎分10℃の割合で加熱すると60℃付
近から激しい分解が始まり、150℃付近で穏やかな分
解へと移行した後、565℃付近で分解が終了する。分
解終了後の化合物を粉末X線回折法で同定したところ、
結晶化したBi23であった。
【0009】また、上記の測定と並行して、質量分析装
置を用いて、熱分解によって雰囲気中に放出される化学
種の測定も行った。その実験結果を図2に示す。それに
よると、分解して最初に出てくるのは結晶水として含ま
れている水であることが分かる。水の放出は150℃迄
に終り、これより高い温度で熱した試料中にはH2Oは
含まれていない。NO3の放出は80℃付近から始ま
り、565℃付近まで連続的にゆっくり行われる。NO
3は放出される際、分解して(NO+O2)ガスとして出て
きている。このことは、原料がたとえ還元性雰囲気下に
置かれても、分解中は酸化性雰囲気下に置かれているの
に等しく、酸素の供給は十分に行われることを意味す
る。全ての分解は565℃付近で完了し、それより高温
では、放出されるものはなくなる。
【0010】以上の実験結果から、新規な化合物Bi5
7(NO3)を合成するのに適した加熱温度は、少なくとも
150〜565℃の範囲であることが判明した。
【0011】この実験結果に基づいて、硝酸ビスマスの
熱分解を化学反応式で表わすと次のようになる。 5[Bi(NO3)3・5H2O(s)]→5/2Bi23(s)+25H2O↑+15(N O)-↑+45/4O2↑ …(1) ここで、(s)は固体、↑は気体を表わす。
【0012】この反応は二段階に分けることができる。
まず第一段階では次式(2)により反応が起こる。 5[Bi(NO3)3・5H2O(s)]→Bi57(NO3)(s)+25H2O↑+14(N O)-↑+21/2O2↑ …(2)
【0013】新規な化合物Bi57(NO3)を合成するに
は、(2)式の反応が終った段階で化合物を取り出せば良
い。
【0014】この化合物を更に熱分解すると、第二段階
の反応が次式(3)により進む。 Bi57(NO3)(s)→5/2Bi23(s)+(NO)↑+3/4O2↑ …(3)
【0015】この反応による試料の重量の減少の計算値
は約4.4%である。つまり、硝酸ビスマスが完全に分
解してBi23になったときの重量減少より4.4%少な
い重量減少を示したときの分解生成物の組成が目的の化
合物の組成になる。
【0016】図1に示した実験で原料が最大減量より
4.4%少ない減量を示す組成になったときの温度を求
めると約445℃である。この温度の近傍で分解生成物
の平均組成がBi57(NO3)になっている。
【0017】以上の結果から、新規な化合物Bi57(N
3)を合成するのに適した加熱温度は、445℃付近
か、又はこれより低い温度であることが好ましいことが
判明した。
【0018】上述の熱分解生成物の組成がBi57(NO
3)であることの確認を熱重量分析法と質量分析法の併用
によって行った。得られた熱分解生成物の粉末X線構造
回折パターンを調べた後、この化合物を更に熱分解して
最終生成物をBi23にすると、分解反応は(3)式で表
わされるので、化合物が正しい組成を有するならば、こ
のときの重量の減少が4.4%になる筈である。質量分
析法によって、放出される化学種を観察することにより
反応が(3)式で記述できることを確認した。
【0019】しかし、熱分解生成物が新規な化合物Bi5
7(NO3)であることを確認するためには、組成の分析
だけでは不十分である。これは、熱分解生成物が単一な
相ではなく、様々な組成を持つ化合物の混合物であって
も、その平均組成がBi57(NO3)になる場合も考えら
れるからである。
【0020】そこで、熱分解生成物が単一な相であるこ
との確認を粉末X線構造回折法によって行った。Bi5
7(NO3)の組成を持つ熱分解生成物の粉末X線回折パタ
ーンを図3のAに示す。この回折パターンは図3のBに
示したBi57Iの回折パターンと極めて類似してい
る。このことは両者の構造が基本的に同一であることを
示している。
【0021】Bi57Iの構造は既に明らかにされてお
り、斜方晶系の構造を有し、その格子定数は、a=1
6.244、b=5.342、c=23.006である。
【0022】Bi57(NO3)について、斜方晶系の構造
を有するとして、その格子定数を求めたところ、a=1
6.280、b=5.548、c=23.301であっ
た。
【0023】Bi57(NO3)の面指数(hkl)、面間隔
(dÅ)の実測値と計算値、及びX線に対する相対反射強
度(I%)の実測値は表1のとおりである。全てのピーク
について、その実測値と計算値が良く一致しており、こ
の構造解析の結果が正しいことを立証している。また、
この結果は、Bi57(NO3)の組成をもつ熱分解生成物
が単一な相であることも立証している。
【表1】
【0024】以上の実験結果に基づき、150〜565
℃の温度範囲で熱分解反応条件について鋭意検討を行っ
た結果、新規な硝酸ビスマス熱分解生成物の合成に成功
し、この化合物はBi57(NO3)の組成を持ち、構造的
にもBi57Iと類似構造をもつ単一な相であることを
明らかにし、本発明の完成に至ったのである。
【0025】本発明法における出発原料は硝酸ビスマス
[Bi(NO3)3・5H2O]であり、これを熱分解する。
目的の化合物を合成するには、出発原料を熱分解する
際、それが完全に熱分解してBi23になるとき減量す
る最大減量値よりも約4.4%少ない値に到達したとき
熱分解を終了するとよい。熱分解を終了するには試料を
急冷するのが好ましい。
【0026】前述したように、適正な分解温度にはかな
りの幅があるので、450℃、425℃、400℃の3
点を代表温度として選び、約2.0グラムの出発原料を
用いて熱分解を行ない、Bi57(NO3)の合成を行った
ところ、450℃では約2〜3.5時間、425℃では
約5〜10時間、400℃では約27.5〜40時間、
加熱すると熱分解生成物は約4.4%の分解成分を有し
ており、何れの場合にも、その粉末X線構造回折パター
ンは純粋なBi57(NO3)であることを示した。これら
の加熱時間は出発原料の量や容器の形状、容器の周りの
通気性などによって変動する。
【0027】これ以外の温度で分解しても合成は可能で
ある。しかし、450℃より高温になるにつれて組成の
コントロールが難しくなる。必要以上の高温で分解する
と、急激な分解が起こる。急激な分解は化合物Bi5
7(NO3)の生成を妨げるので好ましくない。なぜなら
ば、硝酸ビスマスは通常は五個の結晶水を持っており、
低温で融解するので、粒子間の隙間がなくなり、分解が
激しいとその速度がその表面と内部で著しく異なる。こ
のため、分解が均一に進みにくくなるからである。ま
た、400℃よりも低い温度になると、反応終結に更に
長い時間を必要とするようになる。
【0028】次に本発明の実施例を示す。
【0029】
【実施例1】硝酸ビスマス五水和物約2.0グラムを白
金るつぼに入れ、これを450℃に予め設定された電気
炉内に入れて加熱した。一定時間加熱した後、試料を取
り出し、室温まで急速に冷却した。取り出した試料は焼
結しているので、乳鉢で粉砕して粉末状にして、X線構
造解析及び熱重量分析の試料に供した。加熱時間と重量
減少並びに分析結果を表2に示す。その結果から明らか
なように、分解生成物がBi57(NO3)単一相になるの
は、それを完全に分解してBi23に変化したときの重
量減少より4.25〜4.75%少ないときの組成を持つ
化合物のときである。
【表2】
【0030】
【実施例2】電気炉の温度を425℃に設定して、実施
例1と同じ手順で熱分解を行った。表3に示した結果か
ら明らかなように、分解生成物がBi57(NO3)単一相
になるのは、それを完全に分解してBi23に変化した
ときの重量減少より4.39〜4.68%少ないときの組
成を持つ化合物のときである。
【表3】
【0031】
【実施例3】電気炉の温度を400℃に設定して、実施
例1と同じ手順で熱分解を行った。表4に示した結果か
ら明らかなように、分解生成物がBi57(NO3)単一相
になるのは、それを完全に分解してBi23に変化した
ときの重量減少より4.36〜4.45%少ないときの組
成を持つ化合物のときである。
【表4】
【0032】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
Bi57(NO3)の式で示される新規な化合物を提供でき
る。この化合物は、イオン交換、吸着の各種用途、例え
ば、原子力発電廃液や産業廃液の処理、気体中の有害イ
オンの吸着固定、吸着除去などの用途に期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】硝酸ビスマスの熱重量分析曲線及び示差熱分析
曲線を示す図で、Aが熱重量分析曲線を示し、Bが示差
熱分析曲線を示す。
【図2】質量分析曲線を示す図で、AがH2Oの分圧を
示す曲線、BがNOの分圧を示す曲線、CがO2の分圧
を示す曲線である。
【図3】粉末X線回折パターンを示す図で、AがBi5
7(NO3)の場合、BがBi57Iの場合である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Bi57(NO3)の式で示される化合物。
  2. 【請求項2】 硝酸ビスマス[Bi(NO3)3・5H2O]
    を加熱して熱分解し、Bi23に変化する前で熱分解を
    終了させることを特徴とするBi57(NO3)の式で示さ
    れる化合物の製造法。
JP4187487A 1992-06-22 1992-06-22 Bi5O7(NO3)の式で示される化合物及びその製造法 Expired - Lifetime JPH0747489B2 (ja)

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