CN106450371A - 一种回收利用失效钒电解液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种回收利用失效钒电解液的方法，所述方法包括步骤：确定失效钒电解液中的钒离子浓度C₁、钒离子的平均价态M₁和硫酸根浓度Cs₁；根据失效钒电解液的体积V₁确定所需硫酸氧钒或硫酸钒的物质的量n₁；根据再生钒电解液所需的钒离子浓度C₂和硫酸根浓度Cs₂确定再生钒电解液的体积V₂和所需硫酸的物质的量n₂；基于n₁与n₂向体积为V₁的失效钒电解液中加入硫酸钒或硫酸氧钒与硫酸，然后加入水将所得溶液的体积调至V₂，从而制得再生钒电解液。本发明通过回收利用失效钒电解液来再生电解液，回收率可达100％，且本发明工艺简单、易于操作。

Description

一种回收利用失效钒电解液的方法

技术领域

本发明涉及钒电池领域，更具体地涉及一种回收利用失效钒电解液的方法。

背景技术

钒电池因其输出功率和容量相互独立，功率和容量大，循环使用寿命长，能量效率高，深度充放电性能好，安全性能高，被认为是最具应用前景之一的大规模储能电池，越来越受到人们的关注。随着钒电池的不断循环，正负极电解液中钒离子的浓度和价态不相匹配，当电解液的利用率达不到设计时的要求，需要更换新的钒电解液，因此，产生了失效的电解液。随着钒电池的大规模利用，需要回收利用大量失效的钒电解液。

目前，利用失效钒电解液再生电解液的方法主要是通过对钒电解液中的钒进行回收得到五氧化二钒或硫酸氧钒，然后再以回收得到的五氧化二钒或硫酸氧钒为原料制备电解液。然而，该方法的工艺比较繁琐复杂，且不能达到100％的回收利用失效钒电解液中的钒。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种回收利用失效钒电解液的方法，使得失效钒电解液的回收利用率达到100％。

为了实现上述目的，本发明的提供了一种回收利用失效钒电解液的方法，所述方法包括如下步骤：

通过化学滴定、电位滴定和紫外分光光度法确定失效钒电解液中的钒离子浓度C₁、钒离子的平均价态M₁，通过重量法硫酸根浓度Cs₁；

根据失效钒电解液的体积V₁确定所需硫酸氧钒或硫酸钒的物质的量n₁；当M₁≥3.5，n₁为硫酸钒的物质的量，n₁＝V₁×C₁×|M₁-3.5|；当M₁＜3.5，n₁为硫酸氧钒的物质的量，n₁＝2×V₁×C₁×|M₁-3.5|；其中，n₁的单位是mol，V₁的单位是L，C₁的单位是mol/L；

根据再生钒电解液所需的钒离子浓度C₂和硫酸根浓度Cs₂确定再生钒电解液的体积V₂和所需硫酸的物质的量n₂；其中，V₂＝(V₁×C₁+2×V₁×C₁×|M₁-3.5|)/C₂，V₂单位是L，C₂单位是mol/L；当M₁≥3.5时，n₂＝V₂×Cs₂-V₁×Cs₁-3×n₁，当M₁<3.5时，n₂＝V₂×Cs₂-V₁×Cs₁-n₁，其中，n₂单位是mol，Cs₁单位是mol/L,Cs₂单位是mol/L；

基于n₁与n₂向体积为V₁的失效钒电解液中加入硫酸钒或硫酸氧钒与硫酸，然后加入水将所得溶液的体积调至V₂，从而制得再生钒电解液。

与现有技术相比，根据本发明的回收利用失效钒电解液的方法再生电解液，回收率可达100％，且工艺简单、易于操作。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例详细地描述根据本发明的回收利用失效钒电解液的方法。

根据本发明的回收利用失效钒电解液的方法是根据失效钒电解液中钒离子的平均价态，在失效的钒电解液中加入硫酸钒(V₂(SO₄)₃)或硫酸氧钒(VOSO₄)与硫酸，然后再加入水调整溶液的离子浓度和体积，从而制得再生钒电解液。

在本发明的一个示例性实施例中，根据本发明的回收利用失效钒电解液方法包括如下步骤：确定失效钒电解液中的钒离子浓度C₁、钒离子的平均价态M₁和硫酸根浓度Cs₁；根据失效钒电解液的体积V₁确定所需硫酸氧钒或硫酸钒的物质的量n₁；根据再生钒电解液所需的钒离子浓度C₂和硫酸根浓度Cs₂确定再生钒电解液的体积V₂和所需硫酸的物质的量n₂；基于n₁与n₂向体积为V₁的失效钒电解液中加入硫酸钒或硫酸氧钒与硫酸，然后加入水将所得溶液的体积调至V₂，从而制得再生钒电解液。

在本实施例中，确定所需硫酸氧钒或硫酸钒的物质的量n₁的步骤包括：当M₁≥3.5，n₁为硫酸钒的物质的量，n₁＝V₁×C₁×|M₁-3.5|；当M₁＜3.5，n₁为硫酸氧钒的物质的量，n₁＝2×V₁×C₁×|M₁-3.5|；其中，n₁的单位是mol，V₁的单位是L，C₁的单位是mol/L。

根据本发明的示例性实施例，确定再生钒电解液的体积V₂的步骤为根据下式计算得到再生钒电解液的体积V₂：V₂＝(V₁×C₁+2×V₁×C₁×|M₁-3.5|)/C₂，其中，V₂单位是L，C₂单位是mol/L。

根据本发明的示例性实施例，确定所需硫酸的物质的量n₂的步骤包括基于钒离子的平均价态M₁计算得到所需硫酸的物质的量n₂，其中，当M₁≥3.5时，根据下式计算得到所需硫酸的物质的量n₂：n₂＝V₂×Cs₂-V₁×Cs₁-3×n₁；当M₁<3.5时，根据下式计算得到所需硫酸的物质的量n₂：n₂＝V₂×Cs₂-V₁×Cs₁-n₁；其中，n₂单位是mol，Cs₁单位是mol/L,Cs₂单位是mol/L。

根据本发明的示例性实施例，确定失效钒电解液中的钒离子浓度C₁和钒离子平均价态M₁的步骤通过化学滴定、电位滴定和紫外分光光度法来执行，确定失效钒电解液中的硫酸根浓度Cs₁的步骤通过重量法来执行。

根据本发明的示例性实施例，使用的水可以为去离子水、纯水或超纯水。

根据本发明的示例性实施例，硫酸钒(V₂(SO₄)₃)和硫酸氧钒(VOSO₄)的纯度规格为化学纯。

本发明不限于此，硫酸钒和硫酸氧钒的混合物也可实现失效电解液的再生，在失效电解液中可以加入硫酸钒和硫酸氧钒的混合物与硫酸，然后加入水调整溶液的离子浓度和体积，也可制得再生钒电解液。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

示例1

采用化学滴定法，测得失效钒电解液中钒离子浓度C₁为1.5mol/L，平均价态M₁为+3.8；通过重量法测得失效钒电解液中硫酸根浓度Cs₁为4.3mol/L；测得失效钒电解液的体积V₁为20L。再生电解液的钒离子浓度C₂为1.6mol/L，硫酸根浓度Cs₂为4.4mol/L。因此，根据公式n₁＝V₁×C₁×|M₁-3.5|计算得到所需硫酸钒的物质的量n₁为9mol，根据公式V₂＝(V₁×C₁+2×V₁×C₁×|M₁-3.5|)/C₂计算出再生电解液的体积V₂为30L，根据公式n₂＝V₂×Cs₂-V₁×Cs₁-3×n₁计算得出所需硫酸的物质的量为19mol。最后根据计算结果，在20L失效钒电解液里加入9mol的硫酸钒和19mol硫酸，再将溶液的体积用去离子水调到30L，即可得到钒离子浓度为1.6mol/L和硫酸根浓度为4.4mol/L的再生电解液。

综上所述，本发明的回收利用失效钒电解液的方法的优点包括：

(1)本发明回收利用失效钒电解液来再生电解液，回收率可达100％；

(2)本发明工艺简单、易于操作。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (6)

1.一种回收利用失效钒电解液的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

确定失效钒电解液中的钒离子浓度C₁、钒离子的平均价态M₁和硫酸根浓度Cs₁；

根据失效钒电解液的体积V₁确定所需硫酸氧钒或硫酸钒的物质的量n₁；

根据再生钒电解液所需的钒离子浓度C₂和硫酸根浓度Cs₂确定再生钒电解液的体积V₂和所需硫酸的物质的量n₂；

基于n₁与n₂向体积为V₁的失效钒电解液中加入硫酸钒或硫酸氧钒与硫酸，然后加入水将所得溶液的体积调至V₂，从而制得再生钒电解液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所需硫酸氧钒或硫酸钒的物质的量n₁的步骤包括：

当M₁≥3.5，n₁为硫酸钒的物质的量，其中，n₁＝V₁×C₁×|M₁-3.5|；

当M₁＜3.5，n₁为硫酸氧钒的物质的量，其中，n₁＝2×V₁×C₁×|M₁-3.5|，

其中，n₁的单位是mol，V₁的单位是L，C₁的单位是mol/L。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定再生钒电解液的体积V₂的步骤为根据下式计算得到再生钒电解液的体积V₂：

V₂＝(V₁×C₁+2×V₁×C₁×|M₁-3.5|)/C₂，

其中，V₂的单位是L，C₂的单位是mol/L。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所需硫酸的物质的量n₂的步骤包括基于钒离子的平均价态M₁计算得到所需硫酸的物质的量n₂，

其中，当M₁≥3.5时，根据下式计算得到所需硫酸的物质的量n₂：n₂＝V₂×Cs₂-V₁×Cs₁-3×n₁，

其中，当M₁<3.5时，根据下式计算得到所需硫酸的物质的量n₂：n₂＝V₂×Cs₂-V₁×Cs₁-n₁，

其中，n₂的单位是mol，Cs₁的单位是mol/L,Cs₂的单位是mol/L。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水为去离子水、纯水或超纯水。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定失效钒电解液中的钒离子浓度C₁和钒离子平均价态M₁的步骤通过化学滴定、电位滴定和紫外分光光度法来执行，确定失效钒电解液中的硫酸根浓度Cs₁的步骤通过重量法来执行。