CN108878943A - 一种利用废旧scr催化剂制备全钒液流电池电解液的方法 - Google Patents

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刘松涛
郭静娟
袁园
杨海宽
孙若晨
张优
陈传敏
张茹婷
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China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd Northwest Branch
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China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd Northwest Branch
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Abstract

本发明提供了一种利用废旧SCR催化剂制备全钒液流电池电解液的方法，其包括以下步骤：①取失活的废旧SCR催化剂，用压缩空气对其表面进行吹扫；②将步骤①吹扫后的催化剂机械粉粹，粒径小于2毫米；③将步骤②粉碎后的催化剂粉末放入H2SO4和Na2SO3的混合溶液中，加热，搅拌，过滤；④将步骤③所得滤液加入NaOH溶液，调节pH＝7，加热，搅拌，过滤；⑤将步骤④所得滤渣加入NaOH溶液，调节pH＝13，加入NaClO3氧化剂，加热，搅拌，过滤；⑥将步骤⑤所得滤液加入NH4Cl固体，调节pH＝8，加热，搅拌，过滤；⑦将步骤⑥所得滤渣放入由H2SO4、草酸还原剂和钼酸钠稳定剂组成的混合溶液，加热，搅拌，然后电解，得到V(Ⅲ)和V(Ⅳ)摩尔比为1:1的混合电解液。本发明方法的V元素浸出率高达96.2％。

Description

一种利用废旧SCR催化剂制备全钒液流电池电解液的方法
技术领域
本发明涉及全钒液流电池技术领域，特别是涉及利用废旧SCR催化剂制备全钒液流电池电解液的方法。
背景技术
全钒液流电池(VFB)是一种新型无污染化学储能电源，具有寿命长、可深度充放电、易操作和维护的特点。VFB主要应用于风力发电、太阳能发电等大规模可再生能源发电的储能系统以及电厂调峰平衡负荷等领域。
电解液是VFB电化学反应的活性物质，是电能的载体，其质量直接决定了VFB的储能能力。根据不同的应用配置，电解液的成本能够占到储能系统的30％～60％。传统电解液制备方法采用VOSO4直接溶解在H2SO4中配制而成，由于VOSO4价格较高，不利于全钒液流电池的大规模推广，因此寻求一条有效的制备电解液的路径，降低VFB的生产成本，对推进加快VFB商业化和实用化的速度十分重要。SCR脱硝技术是电厂中脱除氮氧化物的主要技术，每年都会产生大量的废旧失活催化剂，废旧SCR脱硝催化剂中含有大量有毒有害物质，若直接丢弃对我国的土壤和水体构成巨大的环境压力，五氧化二钒是SCR脱硝催化剂中的主要成分，如果能分离并回收用于制作全钒液流电池电解液，不仅可以解决相应的一系列潜在的环境污染问题，而且制作成本低，能有效推动全钒液流电池技术的的推广和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用废旧SCR催化剂制备全钒液流电池电解液的方法，以解决废旧SCR催化剂对环境带来的危害及全钒液流电池电解液制备成本高，稳定性差和电化学活性低的问题。
本发明提供了一种利用废旧SCR催化剂制备全钒液流电池电解液的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取失活的废旧SCR催化剂，用压力为0.3-0.5MPa的压缩空气对所述废旧SCR催化剂表面进行吹扫；
2)经1)吹扫后的催化剂进行机械粉粹，粒径小于2毫米；
3)经2)粉碎后的催化剂粉末放入由H2SO4和Na2SO3组成的混合溶液中，加热至90℃，恒温搅拌2.5h后过滤，反应如下：
V2O5+Na2SO3+2H2SO4→2VOSO4+Na2SO4+2H2O
4)在经3)过滤后的滤液内加入NaOH溶液，调节pH＝7，加热至70℃，恒温搅拌100min后过滤，反应如下：
2VOSO4+4NaOH→V2O2(OH)4↓+2Na2SO4
5)在经4)过滤后的滤渣内加入NaOH溶液，调节pH＝13，加入NaClO3氧化剂，加热至95℃，恒温搅拌20min后过滤，反应如下：
3V2O2(OH)4+NaClO3+6NaOH→6NaVO3+NaCl+9H2O
6)在经5)过滤后的滤液中加入NH4Cl固体，用NaOH溶液调节pH＝8，加热至50℃，恒温搅拌80min后过滤，反应如下：
NaVO3+NH4Cl→NH4VO3↓+NaCl
7)在经6)过滤后的滤渣放入由H2SO4、草酸还原剂和钼酸钠稳定剂组成混合溶液，加热至90℃，恒温搅拌1h，然后放入电解槽内电解2.5h，得到V(Ⅲ)和V(Ⅳ)摩尔比为1:1的混合电解液。
优选地，所述固液比为2.5，所述H2SO4和Na2SO3组成的混合溶液中所述H2SO4浓度为1.8mol/L，所述Na2SO3加入量与废旧SCR催化剂中V2O5的摩尔比为6:1。
优选地，所述NaClO3氧化剂的加入量与废旧SCR催化剂中V2O5摩尔比为5:1。
优选地，所述NH4Cl固体的加入量与原始催化剂中V2O5的摩尔比为10:1。
优选地，所述H2SO4、草酸还原剂和钼酸钠稳定剂组成的混合溶液，所述H2SO4浓度为3mol/L，所述草酸与废旧SCR催化剂中V2O5摩尔比1:0.7，所述钼酸钠稳定剂体积浓度为3％。
本发明公开了一种利用废旧SCR催化剂制备全钒液流电池电解液的方法，所述制备方法从废旧SCR脱硝催化剂中提取V元素，不仅解决了废旧SCR催化剂中有毒有害物质对环境的危害，还有效降低了全钒液流电池的制备成本；本发明从废旧SCR脱硝催化剂中提取V元素的浸出率高达96.2％以上，电解液中H2SO4浓度为3mol/L时V(Ⅳ)的浓度可达到2.3mol/L，加入3％的钼酸钠稳定剂，提高了电解液的电化学活性，增加了电解液的运动粘度，改善了电解液的热稳定性能，对电极的反应活性有很好的改善作用；本发明还具有操作步骤简单方便，易于工业化生产优点，可持续大量地制备高浓度的钒电解液。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本发明一部分，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作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。
实施例1
①取失活的废旧SCR催化剂，用压力为0.3-0.5MPa的压缩空气对所述废旧SCR催化剂表面进行吹扫；
②经①吹扫后的催化剂进行机械粉粹，粒径小于2毫米；
③经②粉碎后的催化剂粉末放入到固液比为2.5，由浓度为1.8mol/L的H2SO4，与废旧SCR催化剂中V2O5的摩尔比为6的Na2SO3组成的混合溶液中，加热至90℃，恒温搅拌2.5h后过滤，反应如下：
V2O5+Na2SO3+2H2SO4→2VOSO4+Na2SO4+2H2O
④在经③过滤后的滤液内加入NaOH溶液，调节pH＝7，加热至70℃，恒温搅拌100min后过滤，反应如下：
2VOSO4+4NaOH→V2O2(OH)4↓+2Na2SO4
⑤在经④过滤后的滤渣内加入NaOH溶液，调节pH＝13，加入与废旧SCR催化剂中V2O5摩尔比为5:1的NaClO3溶液，加热至95℃，恒温搅拌20min后过滤，反应如下：
3V2O2(OH)4+NaClO3+6NaOH→6NaVO3+NaCl+9H2O
⑥在经⑤过滤后的滤液中加入与原始催化剂中V2O5的摩尔比为10:1的NH4Cl固体，用NaOH溶液调节pH＝8，加热至50℃，恒温搅拌80min后过滤，反应如下：
NaVO3+NH4Cl→NH4VO3↓+NaCl
⑦在经⑥过滤后的滤渣放入由浓度为3mol/L的H2SO4，与废旧SCR催化剂中V2O5摩尔比为1:0.7的草酸，体积浓度为3％的钼酸钠稳定剂组成的混合溶液，加热至90℃，恒温搅拌1h，然后放入电解槽内电解2.5h，得到V(Ⅲ)和V(Ⅳ)摩尔比为1:1的混合电解液。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种利用废旧SCR催化剂制备全钒液流电池电解液的方法，其特征在于，包括以下步骤：
①取失活的废旧SCR催化剂，用压缩空气对其表面进行吹扫；
②将步骤①吹扫后的催化剂机械粉粹，粒径小于2毫米；
③将步骤②粉碎后的催化剂粉末放入H2SO4和Na2SO3的混合溶液中，加热，搅拌，过滤；
④将步骤③所得滤液加入NaOH溶液，调节pH＝7，加热，搅拌，过滤；
⑤将步骤④所得滤渣加入NaOH溶液，调节pH＝13，加入NaClO3氧化剂，加热，搅拌，过滤；
⑥将步骤⑤所得滤液加入NH4Cl固体，调节pH＝8，加热，搅拌，过滤；
⑦将步骤⑥所得滤渣放入由H2SO4、草酸还原剂和钼酸钠稳定剂组成的混合溶液，加热，搅拌，然后电解，得到V(Ⅲ)和V(Ⅳ)摩尔比为1:1的混合电解液。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤③中固液比为2.5，所述H2SO4和Na2SO3组成的混合溶液中H2SO4浓度为1.8mol/L，所述Na2SO3加入量与废旧SCR催化剂中V2O5的摩尔比为6:1。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤⑤中所述NaClO3氧化剂的加入量与废旧SCR催化剂中V2O5摩尔比为5:1。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤⑥中所述NH4Cl固体的加入量与原始催化剂中V2O5的摩尔比为10:1。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤⑦中所述H2SO4、草酸还原剂和钼酸钠稳定剂组成的混合溶液，H2SO4浓度为3mol/L，草酸与废旧SCR催化剂中V2O5摩尔比1:0.7，钼酸钠稳定剂体积浓度为3％。
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