वैनेडियम पेंटोक्साइड (V2O5): अमेरिकी प्रयोगशालाओं, उत्प्रेरकों और बैटरियों के लिए तकनीकी गाइड

कैस 1314-62-1 · यूएन 2862

V₂O₅: अमेरिकी प्रयोगशालाओं, उत्प्रेरक कार्यक्रमों और बैटरी अनुसंधान एवं विकास के लिए एक तकनीकी गाइड

क्रिस्टल संरचना और वर्णक्रमीय पहचान से लेकर औद्योगिक कटैलिसीस, लिथियम आयन कैथोड, गैस सेंसर और OSHA/EPA अनुरूप हैंडलिंग और खरीद तक।

त्वरित जवाब

वैनेडियम पेंटोक्साइड (वीV₂O₅)वैनेडियम का +5 ऑक्साइड है: एक ऑर्थोरोम्बिक, स्तरित पीले रंग का - से {{2} नारंगी ठोस (एमपी ~ 690 डिग्री) एसओ के लिए उत्प्रेरक के रूप में औद्योगिक रूप से उपयोग किया जाता है₂→तो₃सल्फ्यूरिक एसिड उत्पादन में और वी में₂O₅/टीआईओ₂राष्ट्रीय राजमार्ग₃{{0}एससीआर विनाइट्रीकरण, और लिथियम के रूप में व्यापक रूप से शोध किया गया है-इंटरकलेशन कैथोड (सैद्धांतिक क्षमता 294 एमएएच ग्राम)⁻¹दो ली के लिए⁺). अमेरिका में इसे विषाक्त अंतःश्वसन खतरे के रूप में विनियमित किया जाता है: OSHA PEL 0.5 mg/m³ (सांस लेने योग्य धूल) / 0.1 mg/m³ (धूआं) छत के रूप में, और इसे छत के रूप में भेजा जाता हैडीओटी यूएन 2862, कक्षा 6.1.

भौतिक एवं रासायनिक गुण और विश्लेषणात्मक लक्षण वर्णन

वैनेडियम पेंटोक्साइड में वैनेडियम ऑक्सीकरण अवस्था में होता है। स्थिर परिवेशीय चरण ऑर्थोरोम्बिक -V है₂O₅(अंतरिक्ष समूहपम्म्म, नहीं. 59), किनारे से निर्मित- और कोने से {{2}साझा [वीओ₅] कमजोर वैन डेर वाल्स बलों द्वारा रखी गई परतदार चादरों में व्यवस्थित वर्गाकार पिरामिड। वाणिज्यिक सामग्री पीले-से{{2}नारंगी पाउडर या गहरे{3}ग्रे गुच्छे के रूप में दिखाई देती है। यह यौगिक पानी में अल्प घुलनशील (~0.9 ग्राम/लीटर) और कमरे के तापमान पर अनुचुंबकीय है।

घनत्व: 3.36–3.65 ग्राम/सेमी³

गलनांक: ~670-690 डिग्री

सड़न: ~1,750 डिग्री से ऊपर

ऊर्जा अंतराल: ~2.2-2.3 ई.वी

इंटरलेयर रिक्ति: ~4.4 Å

यूनिट सेल पैरामीटर आमतौर पर a ≈ 11.51 Å, b ≈ 3.56 Å, c ≈ 4.37 Å होते हैं। इंटरलेयर स्पेसिंग (~4.4 Å) और वी भर में रिडॉक्स लचीलापन⁵⁺/V⁴⁺/V³⁺इसकी रासायनिक बहुमुखी प्रतिभा को रेखांकित करता है: प्रतिवर्ती कमी नियंत्रित परिस्थितियों में होती है, जबकि वी से परे गहरी कमी होती है⁴⁺अपरिवर्तनीय चरण परिवर्तन को ट्रिगर कर सकता है।

तकनीक	निदान सुविधा	विशिष्ट मूल्य
पाउडर एक्सआरडी (सीयू के)	मुख्य 2θ प्रतिबिंब, जेसीपीडीएस 41-1426	~15.4 डिग्री (200), 20.3 डिग्री (001), 21.7 डिग्री (101), 26.1 डिग्री (110), 31.0 डिग्री (301), 32.4 डिग्री (011), 34.3 डिग्री (310)
रमन	टर्मिनल V=O खिंचाव	~992 सेमी⁻¹
रमन	V-O-V असममित/सममितीय विस्तार	~525 और ~410 सेमी⁻¹
रमन	O–V=O झुकना	~286 सेमी⁻¹
एक्सपीएस	V 2p_3/2 (V⁵⁺)	~517 ई.वी
एक्सपीएस	O 1s	~530 ईवी

संदर्भ स्पेक्ट्रा:पहचान की रिपोर्ट करने से पहले आधिकारिक मानक स्पेक्ट्रा के लिए एनआईएसटी रसायन विज्ञान वेबबुक या रसायन विज्ञान और भौतिकी की सीआरसी हैंडबुक से परामर्श लें।

उत्पादन, संश्लेषण विधियाँ और रूपांतरण मार्ग

औद्योगिक वी₂O₅यह मुख्य रूप से टाइटैनोमैग्नेटाइट अयस्कों या वैनेडियम - से प्राप्त होता है जिसमें स्टील स्लैग होता है। प्रमुख क्षारीय भूनने के मार्ग में, ग्राउंड स्लैग (<100 µm) is mixed with sodium salts and roasted at 700–850 °C under oxidizing conditions to form water-soluble sodium orthovanadate:

लावा/अयस्क→ Na-नमक को 700-850 डिग्री पर भून लें→ पानी का रिसाव→ अम्लीकरण + NH₄तलछट→ कैल्सीन 500-700 डिग्री→ V₂O₅परत

जल निक्षालन, अम्लीकरण, और अमोनियम अवक्षेपण से अमोनियम मेटावैनाडेट प्राप्त होता है, जिसे उच्च -शुद्धता V तक कैलक्लाइंड किया जाता है₂O₅परत. तकनीकी ग्रेड परख 98-99% है, जबकि उच्च शुद्धता वाले दानेदार उत्पाद 99.6% से अधिक या उसके बराबर पहुंचते हैं। भूनने का तापमान और ऑक्सीकरण नियंत्रण महत्वपूर्ण प्रक्रिया चर हैं।

लैब-स्केल सोल-जेल प्रोटोकॉल (चित्रात्मक)

# Expected yield: ~75-90% phase-pure alpha-V2O5
1. Dissolve ammonium metavanadate in deionized water at 70 C
2. Acidify with oxalic acid ->गहरा-नीला वैनेडियम सोल फॉर्म3। स्पिन द्वारा जमा करें-कोटिंग (या जेल में डालें)4. 2-3 घंटे के लिए 450 C पर हवा में रखें

हाइड्रोथर्मल संश्लेषण (180-200 डिग्री, 12-24 घंटे) के बाद एनीलिंग से बढ़े हुए सतह क्षेत्र के साथ नैनोरोड्स या नैनोशीट्स का निर्माण होता है। लक्ष्य कण आकार और चरण शुद्धता के लिए पीएच, पूर्ववर्ती एकाग्रता और एनीलिंग रैंप दर को नियंत्रित करना महत्वपूर्ण है।

तापीय कमी के रास्ते

V₂O₅V(+5)

H₂/Ar या NH₃
500-700 डिग्री

वो₂V(+4)

मजबूत कमी
800-1000 डिग्री

V₂O₃V(+3)

Cu, Fe, या Mn के साथ डोपिंग और कैल्सिनेशन वातावरण को नियंत्रित करने से क्रिस्टलीय आकार, सतह क्षेत्र और दोष घनत्व को नियंत्रित किया जाता है {{0}पैरामीटर जो डाउनस्ट्रीम उत्प्रेरक और इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन को नियंत्रित करते हैं। वी को बनाए रखने के लिए कैल्सिनेशन वातावरण का ऑक्सीकरण होना चाहिए⁵⁺ऑक्सीकरण अवस्था.

औद्योगिक उत्प्रेरक उपयोग और यंत्रवत प्रदर्शन डेटा

V₂O₅SO के माध्यम से सल्फ्यूरिक एसिड उत्पादन का केंद्र है₂NO का ऑक्सीकरण और चयनात्मक उत्प्रेरक कमी (SCR)।_xएनएच के साथ₃.

प्रक्रिया	उत्प्रेरक	तापमान खिड़की	विशिष्ट प्रदर्शन
इसलिए₂→ तो₃(संपर्क प्रक्रिया)	क्षार-प्रवर्तित वी₂O₅सिलिका/TiO पर₂	400-600 डिग्री	>मल्टी-पास कन्वर्टर्स में 95% रूपांतरण (नियमित)
राष्ट्रीय राजमार्ग₃-एससीआर विनाइट्रीकरण	V₂O₅/टीआईओ₂, 1-3 wt% V₂O₅, WO₃/एमओओ₃-पदोन्नति	300-450 डिग्री	80-95% नहीं_xरूपांतरण; एन₂ selectivity >95% (उदाहरण: 500 पीपीएम एनओ, 500 पीपीएम एनएच₃, 5% O₂, जीएचएसवी ≈ 40,000 घंटे⁻¹)

संपर्क प्रक्रिया में, तंत्र में सतह V के बीच रेडॉक्स साइक्लिंग शामिल होती है⁵⁺और वी⁴⁺प्रजातियाँ, जालीदार ऑक्सीजन ऑक्सीकरण के साथ SO सोख लेती हैं₂और बाद में चरण O गैस द्वारा पुनः पूर्ति की गई₂.

निष्क्रियकरण और पुनर्जनन.प्रमुख निष्क्रियकरण मार्गों में क्षारीय {{0}धातु विषाक्तता (फ्लाई ऐश से K, Na), आर्सेनिक जमाव, सल्फेट संचय, और 500 डिग्री से ऊपर थर्मल सिंटरिंग शामिल हैं। एसिड धुलाई या नियंत्रित ऑक्सीकरण के माध्यम से पुनर्जनन आंशिक रूप से गतिविधि को बहाल कर सकता है; वाणिज्यिक एससीआर उत्प्रेरक का जीवनकाल आमतौर पर प्रतिस्थापन या पुनर्जनन से पहले 2-5 वर्ष तक होता है।

गतिविधि में सुधार.नैनोस्ट्रक्चरिंग और सपोर्ट इंजीनियरिंग सक्रिय साइट घनत्व और रेडॉक्स कैनेटीक्स को बढ़ाती है। एसबी या सीई जैसे डोपेंट कम तापमान गतिविधि को बढ़ाते हैं और एसओ में सुधार करते हैं₂सहनशीलता, जो उच्च {{0}सल्फर फ़्लू {{1}गैस अनुप्रयोगों के लिए मूल्यवान है।

इलेक्ट्रोकेमिकल, बैटरी और सेंसिंग अनुप्रयोग (नैनोस्ट्रक्चर और पतली फिल्में)

-V की स्तरित संरचना₂O₅, लगभग 4.4 Å की इंटरलेयर रिक्ति के साथ, प्रतिवर्ती ली को सक्षम बनाता है⁺अंतःक्षेपण, इसे LiCoO से परे सबसे अधिक अध्ययनित कैथोड सामग्रियों में से एक बनाता है₂. 4.0 V से डिस्चार्ज के दौरान, सामग्री ε -Li के माध्यम से क्रमिक रूप से रूपांतरित होती है_0.5V₂O₅, δ-LiV₂O₅, और -ली₂V₂O₅चरण. 2.0 V से नीचे डिस्चार्ज करने पर एक अपरिवर्तनीय ω-Li बनता है₃V₂O₅चरण, इसलिए व्यावहारिक साइकलिंग विंडो आमतौर पर 4-2 वी तक सीमित होती है।

सैद्धांतिक क्षमता (1 ली⁺): 147 एमएएच जी⁻¹

सैद्धांतिक क्षमता (2 ली⁺): 294 एमएएच जी⁻¹

साइकिल चलाने की खिड़की: 4.0–2.0 V

परीक्षण के लिए विशिष्ट दर: 0.1C (चित्रात्मक)

ख़राब इलेक्ट्रॉनिक चालकता और सुस्त ली⁺प्रसार सीमा थोक वी₂O₅, नैनोस्ट्रक्चरिंग (नैनोवायर, नैनोट्यूब, नैनोशीट्स), कार्बन कंपोजिट (सीएनटी, आरजीओ), और स्पटरिंग, स्पंदित लेजर जमाव, सीवीडी, या इलेक्ट्रोकेमिकल जमाव द्वारा जमा की गई पतली फिल्मों में अनुसंधान चला रहा है। प्रकाशित नैनोस्ट्रक्चर्ड इलेक्ट्रोड आमतौर पर लगभग 150-300 एमएएच ग्राम प्रदान करते हैं⁻¹कम दरों (0.1C) पर, 100 चक्रों में लगभग 70-90% क्षमता प्रतिधारण और 99% के करीब कूलम्बिक दक्षता (साहित्य से उदाहरणात्मक श्रेणियाँ)। नैनोस्ट्रक्चरिंग बार-बार सम्मिलन और निष्कर्षण के साथ होने वाले वॉल्यूम परिवर्तनों को समायोजित करने में भी मदद करता है, जिससे संरचनात्मक स्थिरता में और सुधार होता है।

उदाहरणात्मक परीक्षण प्रोटोकॉल:सक्रिय सामग्री, प्रवाहकीय कार्बन और पीवीडीएफ बाइंडर के मिश्रित इलेक्ट्रोड को इकट्ठा करना; 4.0 और 2.0 वी के बीच 0.1C पर गैल्वेनोस्टैटिक रूप से चक्र; निर्वहन क्षमता, 100 चक्रों से अधिक प्रतिधारण, और कूलम्बिक दक्षता की रिपोर्ट करें।

V₂O₅नैनोस्ट्रक्चर केमिरेसिस्टिव गैस सेंसर के रूप में भी काम करते हैं। अधिशोषित ऑक्सीजन प्रजातियाँ सतह चालकता को नियंत्रित करती हैं; कम करने वाली गैसों के संपर्क में (एनएच₃) या ऑक्सीकरण गैसें (NO₂) प्रतिरोध को मापनीय रूप से पीपीबी-से-पीपीएम सांद्रता पर स्थानांतरित करता है। विशिष्ट उपकरण 150-300 डिग्री पर काम करते हैं, हालांकि कुछ नैनोशीट सेंसर कमरे के तापमान पर काम करते हैं, जिससे भोजन को खराब करने और निकास को मॉनिटर करने में मदद मिलती है।

सुरक्षा, नियामक, भंडारण, निपटान और खरीद मार्गदर्शन

एक संभावित व्यावसायिक कैंसरजन के रूप में संभालें। V₂O₅(सीएएस 1314-62-1) श्वसन और आंखों में जलन पैदा करने वाला है; एनटीपी अध्ययन उजागर जानवरों में फेफड़ों के ट्यूमर की रिपोर्ट करते हैं। प्रमाणित धूआं हुड में काम करें, नाइट्राइल दस्ताने और टाइवेक शैली के कवरऑल पहनें, और जहां धूल का संपर्क संभव हो वहां एनआईओएसएच-अनुमोदित एन100/पी100 श्वासयंत्र का उपयोग करें; उच्च सांद्रता पर आपूर्ति-वायु या एससीबीए सुरक्षा की आवश्यकता होती है।

अधिकार	सीमा (जैसा कि वी₂O₅/वैनेडियम)	प्रकार
ओशा पेल	0.5 mg/m³ (श्वसनीय धूल) / 0.1 mg/m³ (धूआँ)	अधिकतम सीमा - को किसी भी समय पार नहीं किया जाना चाहिए
एनआईओएसएच रिले	0.05 mg/m³ (वैनेडियम के रूप में)	15 मिनट की छत
एसीजीआईएच टीएलवी	0.05 मिलीग्राम/वर्ग मीटर (साँस लेने योग्य अंश)	8 घंटे का TWA
NIOSH IDLH	35 मिलीग्राम/वर्ग मीटर	जीवन या स्वास्थ्य के लिए तत्काल खतरनाक

फैलाव और एक्सपोज़र.फैलने के लिए, पहुंच प्रतिबंधित करें और HEPA वैक्यूम या गीले तरीकों से साफ करें-कभी भी ड्राई स्वीप न करें. उजागर कर्मियों को ताजी हवा में ले जाएं और चिकित्सा सहायता लें; विलंबित फुफ्फुसीय एडिमा के जोखिम के कारण, महत्वपूर्ण जोखिम के बाद चिकित्सा अवलोकन की सलाह दी जाती है।भंडारण:कंटेनरों को दहनशील और कम करने वाली सामग्री से दूर ठंडे, सूखे क्षेत्र में कसकर बंद रखें (वी₂O₅मजबूत एसिड, हैलोजन और क्षार धातुओं के साथ असंगत है)।

परिवहन और अपशिष्ट. V₂O₅एक डीओटी खतरनाक सामग्री है (यूएन 2862, कक्षा 6.1, ईआरजी गाइड 151)। अपशिष्ट आरसीआरए द्वारा शासित होता है; वी₂O₅1,000-पौंड रिपोर्ट योग्य मात्रा के साथ एक सीईआरसीएलए खतरनाक पदार्थ भी है और ईपीसीआरए धारा 313 रिपोर्टिंग के अधीन है। हमेशा वर्तमान एसडीएस और आधिकारिक ओएसएचए और ईपीए स्रोतों से परामर्श लें, क्योंकि सीमाएं समय-समय पर संशोधित की जाती हैं।

खरीद और क्यूसी.वाणिज्यिक ग्रेड आमतौर पर 98% से 99.6% शुद्धता तक होते हैं। अशुद्धता प्रोफ़ाइल, कण आकार और बीईटी सतह क्षेत्र को कवर करने वाले सीओए का अनुरोध करें, और उद्धरण का अनुरोध करते समय शुद्धता, पैकेजिंग और मासिक मात्रा निर्दिष्ट करें।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों

वी की पुष्टि के लिए सबसे महत्वपूर्ण भौतिक और वर्णक्रमीय पहचानकर्ता क्या हैं?₂O₅प्रयोगशाला में नमूना?

ऑर्थोरोम्बिक -वी की पुष्टि करें₂O₅पाउडर एक्सआरडी द्वारा, कुंजी Cu K प्रतिबिंबों के साथ 15.4 डिग्री, 20.3 डिग्री और 26.1 डिग्री 2θ (जेसीपीडीएस 41-1426) के पास। रमन 992 सेमी के करीब टर्मिनल V{6}}O खिंचाव दिखाता है⁻¹; एक्सपीएस वी 2पी देता है_3/2शिखर 517 eV के करीब।

वैनेडियम पेंटोक्साइड का उत्पादन आम तौर पर औद्योगिक पैमाने पर कैसे किया जाता है और किस प्रयोगशाला - पैमाने पर पैदावार यथार्थवादी होती है?

उद्योग 700-850 डिग्री पर सोडियम लवण के साथ स्लैग वाले वैनेडियम को भूनता है, फिर लीच करता है, अमोनियम मेटावैनाडेट और कैल्सिन को 500-700 डिग्री पर अवक्षेपित करता है; तकनीकी ग्रेड परख 98-99%। लैब सोल-जेल मार्ग आम तौर पर 75-90% उपज तक पहुंचते हैं (चित्रात्मक)।

वी को संभालते समय प्रयोगशालाओं को किस चरण-दर-चरण पीपीई और आपातकालीन प्रक्रियाओं का पालन करना चाहिए₂O₅धूल या बिखराव?

नाइट्राइल दस्ताने और एक कवरऑल के साथ धूआं हुड में काम करें; यदि धूल उत्पन्न होना संभव हो तो N100/P100 श्वासयंत्र का उपयोग करें। फैलने के लिए, पहुंच को प्रतिबंधित करें और HEPA वैक्यूम या गीले तरीकों से साफ करें, कभी भी ड्राई स्वीप न करें। लगातार जलन के लिए चिकित्सकीय सहायता लें।

कैसे होता है वी₂O₅SO के लिए उत्प्रेरक के रूप में कार्य करें₂ऑक्सीकरण और एनएच₃-एससीआर, और मुझे किस मीट्रिक की रिपोर्ट करनी चाहिए?

मल्टी-पास SO₂कन्वर्टर्स 400-600 डिग्री पर 95% से अधिक रूपांतरण प्राप्त करते हैं; वी₂O₅/टीआईओ₂एससीआर उत्प्रेरक आमतौर पर 80-95% NO तक पहुंचते हैं_x300-450 डिग्री के बीच रूपांतरण। तापमान, जीएचएसवी, इनलेट सांद्रता, रूपांतरण और एन की रिपोर्ट करें₂चयनात्मकता.

कैन वी₂O₅लिथियम आयन बैटरी कैथोड के रूप में उपयोग किया जा सकता है और विशिष्ट क्षमताएं, चक्र जीवन और इलेक्ट्रोड फॉर्मूलेशन क्या हैं?

हाँ। सैद्धांतिक क्षमता 294 एमएएच ग्राम है⁻¹दो ली के लिए⁺अंतर्संबंध; अपरिवर्तनीय चरण परिवर्तन से बचने के लिए साइकिल चलाना आम तौर पर 4-2 वी तक सीमित है। नैनोसंरचित और कार्बन-मिश्रित इलेक्ट्रोड आम तौर पर 150-300 एमएएच ग्राम प्रदान करते हैं⁻¹लगभग 100 चक्रों (सामान्य) में 70-90% प्रतिधारण के साथ कम दरों पर, प्रवाहकीय कार्बन और पीवीडीएफ बाइंडर के साथ मिश्रित।

वी को कैसा होना चाहिए?₂O₅संयुक्त राज्य अमेरिका में कचरे को वर्गीकृत और निपटान किया जाना चाहिए, और मुझे किन नियामक स्रोतों से परामर्श लेना चाहिए?

V₂O₅एक सीईआरसीएलए खतरनाक पदार्थ (1,000-पौंड रिपोर्ट करने योग्य मात्रा) है जो ईपीसीआरए धारा 313 रिपोर्टिंग के अधीन है, जिसका निपटान आरसीआरए लक्षण वर्णन नियमों द्वारा नियंत्रित होता है। नवीनतम आधिकारिक दस्तावेज़ों की पुष्टि करते हुए, अपने एसडीएस, ईपीए और डीओटी (यूएन 2862) स्रोतों और राज्य नियमों से परामर्श लें।

अपने वी के लिए एक उद्धरण प्राप्त करें₂O₅आवश्यकताएं

सही वी का चयन करना₂O₅{{0}चाहे उत्प्रेरक कार्यक्रम, बैटरी अनुसंधान, या औद्योगिक खरीद के लिए हो{{1}यह आपके आवेदन के अनुरूप ग्रेड, कण आकार और विनिर्देश पर निर्भर करता है। भौतिक गुणों, विशिष्ट वर्णक्रमीय चोटियों और विशिष्ट उत्प्रेरक परीक्षण स्थितियों को कवर करने वाली हमारी त्वरित संदर्भ शीट डाउनलोड करें, साथ ही उपयोग के लिए तैयार एसडीएस टेम्पलेट भी।

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