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Le bismuth (Bi, n° CAS 7440-69-9), un métal post-transition, a suscité une attention considérable en tant qu'alternative durable aux catalyseurs à base de métaux lourds toxiques (par exemple, le plomb, le mercure) en raison de sa faible toxicité, de sa rentabilité et de ses propriétés catalytiques uniques.
Les progrès récents dans la modification des catalyseurs au bismuth par dopage, nanostructuration et interactions de support ont amélioré leur activité, leur sélectivité et leur stabilité dans diverses réactions chimiques.
Cette revue examine de manière exhaustive les méthodes de synthèse, les techniques de caractérisation et les applications des catalyseurs au bismuth modifiés (y compris l'oxyde de bismuth (Bi₂O₃, n° CAS 1304-76-3), le nitrate de bismuth (Bi(NO₃)₃, n° CAS 10361-44-1) et le sous-salicylate de bismuth (C₇H₅BiO₄, n° CAS 14882-18-9)) dans les transformations organiques, l'assainissement de l'environnement et la conversion d'énergie.
Un accent particulier est mis sur les connaissances mécanistes, les aspects de durabilité et les orientations futures de la recherche.
N° CAS 7440-69-9
Catalyseur au bismuth, catalyse hétérogène, chimie verte, dopage, photocatalyse
Introduction
Le bismuth (Bi, n° CAS 7440-69-9 ; synonymes : Bismuthum, Etain de Glace) est un métal post-transition doté de propriétés catalytiques uniques, ce qui en fait une alternative intéressante aux métaux lourds toxiques comme le plomb (Pb) et le mercure (Hg).
Les catalyseurs au bismuth modifiés, notamment l'oxyde de bismuth (Bi₂O₃, n° CAS 1304-76-3 ; synonymes : trioxyde de bismuth, oxyde de bismuth(III)), le nitrate de bismuth (Bi(NO₃)₃, n° CAS 10361-44-1 ; synonymes : trinitrate de bismuth) et le sous-salicylate de bismuth (C₇H₅BiO₄, n° CAS 14882-18-9 ; synonymes : Pepto-Bismol), ont été largement étudiés pour leurs propriétés électroniques et structurelles réglables.
Cet article passe en revue les progrès récents dans la conception, la synthèse et l’application de catalyseurs Bi modifiés en chimie durable.
Propriétés du bismuth en catalyse
Faible toxicité (par rapport au Pb, au Cd)
Acidité de Lewis (facilite l'activation du substrat)
Activité redox (transitions Bi³⁺/Bi⁵⁺)
Stabilité thermique et chimique
Composés de bismuth courants en catalyse
Composé N° CAS Synonymes
Bismuth 7440-69-9 Bismuthum, Étain de Glace
Oxyde de bismuth(III) 1304-76-3 Trioxyde de bismuth, Bi₂O₃
Nitrate de bismuth 10361-44-1 Trinitrate de bismuth, Bi(NO₃)₃
Sous-salicylate de bismuth 14882-18-9 Pepto-Bismol, C₇H₅BiO₄
Chlorure de bismuth 7787-60-2 Trichlorure de bismuth, BiCl₃
Sulfure de bismuth 1345-07-9 Bismuthinite, Bi₂S₃
Méthodes de synthèse pour les catalyseurs au bismuth modifiés
Dopage aux métaux de transition
Le codopage (Fe, Cu, Ni) améliore les propriétés redox.
Le dopage aux terres rares (La, Ce) améliore la mobilité de l'oxygène.
Catalyseurs de bismuth nanostructurés
Nanoparticules de Bi₂O₃ (n° CAS 1304-76-3) pour une surface spécifique élevée.
Perovskites à base de bioxyde de fer (par exemple, BiFeO₃, n° CAS 12010-42-1) pour la photocatalyse.
Catalyseurs au bismuth pris en charge
Bi supporté par zéolite (par exemple, Bi/ZSM-5) pour la catalyse sélective de forme.
Bi supporté par du carbone (par exemple, Bi/graphène) pour applications électrochimiques.
Techniques de caractérisation
XRD : confirme la cristallinité et la pureté de la phase.
XPS : analyse les états d'oxydation (Bi³⁺ vs. Bi⁵⁺).
TEM : Révèle la morphologie et la taille des particules.
Mécanismes de catalyse
Catalyse acido-basique : Bi³⁺ active les groupes carbonyles.
Photocatalyse : BiVO₄ (CAS n° 14059-33-7) favorise l'oxydation de l'eau sous la lumière.
Applications
Synthèse organique
Condensation de Knoevenagel utilisant Bi₂O₃/SiO₂.
Oxydation sélective des alcools avec des alliages Bi-Pd.
Assainissement de l'environnement
Réduction des NOx à l'aide de Bi-Ce-TiO₂.
Photodégradation des colorants (nanofeuilles BiOI, CAS n° 12010-42-1).
Conversion d'énergie
Conversion du CO₂ en formate sur des électrodes Bi.
Séparation de l'eau via des pérovskites à base de Bi.
Aspects de durabilité
La faible lixiviation du Bi assure la recyclabilité.
Les sous-produits non toxiques s’alignent sur la chimie verte.
Défis et perspectives d'avenir
Améliorer la stabilité à long terme.
Méthodes de synthèse évolutives.
Exploration des Bi-MOF (Métal-Organic Frameworks) pour la catalyse.
Conclusion
Les catalyseurs au bismuth modifiés offrent une alternative durable en catalyse, avec des applications allant de la synthèse organique à la conversion d'énergie.
Les recherches futures devraient se concentrer sur les études mécanistes et l’évolutivité industrielle.
INFORMATIONS DE SÉCURITÉ CONCERNANT LE CATALYSEUR AU BISMUTH MODIFIÉ
Mesures de premiers secours :
Description des mesures de premiers secours :
Conseils généraux :
Consultez un médecin.
Montrez cette fiche de données de sécurité au médecin traitant.
Sortez de la zone dangereuse :
En cas d'inhalation :
En cas d'inhalation, déplacer la personne à l'air frais.
En cas d'arrêt respiratoire, pratiquer la respiration artificielle.
Consultez un médecin.
En cas de contact avec la peau :
Retirez immédiatement les vêtements et les chaussures contaminés.
Laver avec du savon et beaucoup d'eau.
Consultez un médecin.
En cas de contact avec les yeux :
Rincer abondamment à l'eau pendant au moins 15 minutes et consulter un médecin.
Continuer à rincer les yeux pendant le transport vers l’hôpital.
En cas d'ingestion :
NE PAS faire vomir.
Ne jamais rien donner par voie orale à une personne inconsciente.
Rincer la bouche avec de l'eau.
Consultez un médecin.
Mesures de lutte contre l'incendie :
Moyens d'extinction :
Moyens d’extinction appropriés :
Utiliser de l’eau pulvérisée, de la mousse résistante à l’alcool, un produit chimique sec ou du dioxyde de carbone.
Dangers particuliers résultant de la substance ou du mélange
Oxydes de carbone, oxydes d'azote (NOx), gaz chlorhydrique
Conseils aux pompiers :
Portez un appareil respiratoire autonome pour lutter contre l'incendie si nécessaire.
Mesures en cas de déversement accidentel :
Précautions individuelles, équipement de protection et procédures d'urgence
Utiliser un équipement de protection individuelle.
Évitez de respirer les vapeurs, les brouillards ou les gaz.
Évacuer le personnel vers des zones sûres.
Précautions environnementales :
Empêcher toute fuite ou tout déversement supplémentaire si cela peut être fait en toute sécurité.
Ne pas laisser le produit pénétrer dans les égouts.
Le rejet dans l’environnement doit être évité.
Méthodes et matériaux de confinement et de nettoyage :
Absorber avec un matériau absorbant inerte et éliminer comme déchet dangereux.
Conserver dans des récipients appropriés et fermés pour l'élimination.
Manipulation et stockage :
Précautions pour une manipulation sans danger :
Éviter l’inhalation de vapeurs ou de brouillards.
Conditions de stockage sûr, y compris d’éventuelles incompatibilités :
Conserver le récipient bien fermé dans un endroit sec et bien aéré.
Les récipients ouverts doivent être soigneusement refermés et maintenus en position verticale pour éviter les fuites.
Classe de stockage (TRGS 510) : 8A : matières dangereuses combustibles et corrosives
Contrôles de l'exposition/protection individuelle :
Paramètres de contrôle :
Composants avec paramètres de contrôle du lieu de travail
Ne contient aucune substance présentant des valeurs limites d’exposition professionnelle.
Contrôles d'exposition :
Contrôles techniques appropriés :
Manipuler conformément aux bonnes pratiques d’hygiène industrielle et de sécurité.
Lavez-vous les mains avant les pauses et à la fin de la journée de travail.
Équipement de protection individuelle :
Protection des yeux/du visage :
Lunettes de sécurité bien ajustées.
Écran facial (8 pouces minimum).
Utilisez un équipement de protection oculaire testé et approuvé selon les normes gouvernementales appropriées telles que NIOSH (États-Unis) ou EN 166 (UE).
Protection de la peau :
Manipuler avec des gants.
Les gants doivent être inspectés avant utilisation.
Utiliser des gants appropriés
technique de retrait (sans toucher la surface extérieure du gant) pour éviter tout contact cutané avec ce produit.
Jetez les gants contaminés après utilisation conformément aux lois en vigueur et aux bonnes pratiques de laboratoire.
Se laver et se sécher les mains.
Contact complet :
Matériau : caoutchouc nitrile
Épaisseur minimale de la couche : 0,11 mm
Temps de percée : 480 min
Matériau testé : Dermatril (KCL 740 / Aldrich Z677272, taille M)
Contact par éclaboussures
Matériau : caoutchouc nitrile
Épaisseur minimale de la couche : 0,11 mm
Temps de percée : 480 min
Matériau testé : Dermatril (KCL 740 / Aldrich Z677272, taille M)
Cela ne doit pas être interprété comme une approbation pour un scénario d’utilisation spécifique.
Protection du corps :
Combinaison complète de protection contre les produits chimiques. Le type d'équipement de protection doit être sélectionné en fonction de la concentration et de la quantité de la substance dangereuse sur le lieu de travail spécifique.
Protection respiratoire :
Lorsque l'évaluation des risques montre que les respirateurs à épuration d'air sont appropriés, utilisez un respirateur complet avec des cartouches respiratoires combinées polyvalentes (US) ou de type ABEK (EN 14387) comme solution de secours aux contrôles techniques.
Si le respirateur est le seul moyen de protection, utilisez un respirateur à adduction d’air complet.
Utilisez des respirateurs et des composants testés et approuvés conformément aux normes gouvernementales appropriées telles que NIOSH (États-Unis) ou CEN (UE).
Contrôle de l'exposition environnementale
Empêcher toute fuite ou tout déversement supplémentaire si cela peut être fait en toute sécurité.
Ne pas laisser le produit pénétrer dans les égouts.
Le rejet dans l’environnement doit être évité.
Stabilité et réactivité :
Stabilité chimique :
Stable dans les conditions de stockage recommandées.
Matériaux incompatibles :
Agents oxydants forts :
Produits de décomposition dangereux :
Des produits de décomposition dangereux se forment en cas d'incendie.
Oxydes de carbone, oxydes d'azote (NOx), gaz chlorhydrique.
Considérations relatives à l’élimination :
Méthodes de traitement des déchets :
Produit:
Proposez les solutions excédentaires et non recyclables à une entreprise d’élimination agréée.
Contactez un service professionnel agréé d’élimination des déchets pour éliminer ce matériau.
Emballage contaminé :
Éliminer comme produit non utilisé
