CN117604578A - 一种纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，包括以下步骤：以流动电解池作为锡离子去除装置，以硫酸水溶液作为阳极电解液，含锡离子的钒电解液作为阴极电解液；采用恒电流法对电解液进行电解，直流电源供电，实现对阴极电解液中锡离子的去除。该方法除锡效果好，能将钒电解液中的锡离子浓度降到1mg/L以下，同时该方法具有操作简单，成本低和除杂效率高的优点，适合作为钒电解液去除锡离子的方法，为钒电解液回收利用提供了新思路。
Description
技术领域
本发明属于钒电解液除杂技术领域，具体涉及一种纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法。
背景技术
随着“碳达峰”和“碳中和”战略目标的不断推进实施，风能、太阳能等可再生清洁能源被越来越广泛的应用，在国家能源结构中占比越来越大。但是风能、太阳能等清洁能源具有间歇性、波动性的特点，直接将可再生能源产生的电能并入电网中将会导致电网变得不稳定。因此，可再生能源必须经过存储后再释放才能并入电网中供人们使用。如此一来，安全可靠的充放电储能体系就显得尤为重要。
全钒流动电解池具有安全性高、对环境友好、较强的过载能力、可深度充放电且储能容量和输出功率相互独立，灵活性高等诸多优点，适合用作充放电储能体系，并且已经初步商业化应用。全钒流动电解池的钒电解液可以循环回收利用，但是由于钒电解液的强酸性，不可避免的会腐蚀钒流动电解池的紧固螺栓等结构，从而导致一些锡等金属杂质进入到钒电解液中，造成电解液的污染。但是目前去除钒电解液中锡元素的方法存在效率低，去除不彻底等问题，因此建立高效、简单、低成本的钒电解液除锡方法具有重大意义。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，该方法除锡效果好，能将钒电解液中的锡离子浓度降到1mg/L以下，同时该方法具有操作简单，成本低和除杂效率高的优点，适合作为钒电解液去除锡离子的方法，为钒电解液回收利用提供了新思路。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，包括以下步骤：
(1)以流动电解池作为锡离子去除装置，以硫酸水溶液作为阳极电解液，含锡离子的钒电解液作为阴极电解液；
(2)采用恒电流法对电解液进行电解，直流电源供电，实现对阴极电解液中锡离子的去除。
上述方案中，以流动电解池作为锡离子去除装置，以硫酸水溶液作为阳极电解液，含锡离子的钒电解液作为阴极电解液，通电后，阴极发生还原反应，可将阴极电解液中的锡离子杂质还原为锡单质，锡单质以沉淀的形式析出，实现了对锡离子的去处，实现钒电解液的回收利用。
进一步地，步骤(1)中锡离子去除装置的阴极集流体材料为石墨板、导电塑料板或碳板，阴极电极材料为碳纤维毡或石墨毡。
进一步地，步骤(1)中锡离子去除装置的阳极集流体材料为金属材料或碳材料，阳极电极材料为碳纤维毡、石墨毡或惰性导电电极。
进一步地，金属材料包括不锈钢、钛、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、铌、钽、锆、钨、铝、金、银、铂、钯、铱、铑、钼、钌中的至少一种；碳材料包括石墨毡、碳毡、石墨、活性炭、石墨烯、碳纤维、碳纳米管中的任意一种。
进一步地，碳纤维毡包括聚丙烯腈基碳纤维毡、沥青基碳纤维毡和粘胶基碳纤维毡中的任意一种。
上述方案中，以纤维毡或石墨毡作为电极，其具有比表面积大的优点，可以负载更多沉积出来的锡单质颗粒，提高电极的使用寿命。
进一步地，惰性电极包括不锈钢、钛、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、铌、钽、锆、钨、铝、金、银、铂、钯、铱、铑、钼和钌中的至少一种。
进一步地，步骤(1)含锡离子的钒电解液中锡离子浓度大于1mg/L。
进一步地，步骤(1)中钒电解液为硫酸氧钒或硫酸钒的硫酸水溶液，钒离子浓度大于0.5mol/L，硫酸浓度大于0.5mol/L。
进一步地，步骤(1)中锡离子去除装置的隔膜为离子交换膜或多孔离子传导隔膜。
上述方案中，隔膜用于传到质子，发生氧化还原反应。
进一步地，锡离子去除装置中电解液的流动速度为1-100mL/min。
上述方案中，电解液流速过快，导致电解不彻底，影响锡离子去除效率。
进一步地，电解时电流密度为1-300mA cm-2。
进一步地，电解时电流密度优选为1-100mA cm-2。
上述方案中，电流密度过大，会影响还原反应效果，导致去除效果不好。
进一步地，直流电源为充放电仪。
本发明所产生的有益效果为：
1、本发明中以流动电解池装置作为钒电解液中锡离子的去除装置，具有结构简单，操作流程简单，实验条件易于满足、成本低等优势。采用该装置对锡离子进行去除，不会引入其他的杂质离子，且锡离子去除效果好，能将钒电解液中的锡离子浓度降到1mg/L以下。
2、本发明中锡离子去除装置的阴极为纤维毡电极，其具有比表面积大的优点，可以更多还原反应产生的锡单质颗粒，提高阴极的使用寿命。
附图说明
图1为锡离子去除装置的结构示意图；
附图标记：1、阴极电解液；2、阴极集流体；3、阴极电极；4、隔膜；5、阳极电极；6、电极框；7、阳极集流体；8、泵；9、阴极电解液。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面结合实施例和附图对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，包括以下步骤：
(1)以流动电解池作为锡离子去除装置，以导电塑料板作为阴极集流体，截面积为50cm-2的矩形聚丙烯腈基碳纤维毡作为电极，两者构成阴极电极，以200mL含锡离子的钒电解液作为阴极电解液，电解液中钒离子浓度为1.7mol/L，锡离子浓度为100mg/L，硫酸浓度为3mg/L；
以石墨为阳极集流体，以截面积为50cm-2的石墨电极作为阳极，以200mL硫酸水溶液作为阳极电解液，硫酸浓度为3mol/L；以Nafion 117为隔膜；
(2)采用恒电流法对电解液进行电解，充放电仪作为直流电源供电，电解液的流动速度为40mL/min，电流密度为50mA cm-2，持续电解48h，实现对阴极电解液中锡离子的去除。
实施例2
一种纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，包括以下步骤：
(1)以流动电解池作为锡离子去除装置，以石墨板作为阴极集流体，截面积为50cm-2的矩形沥青基碳纤维毡作为电极，两者构成阴极电极，以400mL含锡离子的钒电解液作为阴极电解液，电解液中钒离子浓度为1.7mol/L，锡离子浓度为100mg/L，硫酸浓度为4mg/L；
以金属钛作为阳极集流体，以截面积为50cm-2的石墨电极作为阳极，以400mL硫酸水溶液作为阳极电解液，硫酸浓度为4mol/L；以Nafion 117为隔膜；
(2)采用恒电流法对电解液进行电解，充放电仪作为直流电源供电，电解液的流动速度为40mL/min，电流密度为100mA cm-2，持续电解24h，实现对阴极电解液中锡离子的去除。
实施例3
一种纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，包括以下步骤：
(1)以流动电解池作为锡离子去除装置，以石墨板作为阴极集流体，截面积为50cm-2的矩形聚丙烯腈基碳纤维毡作为电极，两者构成阴极电极，以200mL含锡离子的钒电解液作为阴极电解液，电解液中钒离子浓度为1.7mol/L，锡离子浓度为1000mg/L，硫酸浓度为2.8mg/L；
以石墨毡为阳极集流体，以截面积为50cm-2的石墨电极作为阳极，以200mL硫酸水溶液作为阳极电解液，硫酸浓度为3mol/L；以Nafion 212为隔膜；
(2)采用恒电流法对电解液进行电解，充放电仪作为直流电源供电，电解液的流动速度为40mL/min，电流密度为100mA cm-2，持续电解72h，实现对阴极电解液中锡离子的去除。
实施例4
一种纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，包括以下步骤：
(1)以流动电解池作为锡离子去除装置，以碳板作为阴极集流体，截面积为50cm-2的粘胶基碳纤维毡作为电极，两者构成阴极电极，以300mL含锡离子的钒电解液作为阴极电解液，电解液中钒离子浓度为2mol/L，锡离子浓度为1000mg/L，硫酸浓度为3mg/L；
以不锈钢为阳极集流体，以截面积为50cm-2的导电塑料作为阳极，以300mL硫酸水溶液作为阳极电解液，硫酸浓度为3mol/L；以Nafion 117为隔膜；
(2)采用恒电流法对电解液进行电解，充放电仪作为直流电源供电，电解液的流动速度为40mL/min，电流密度为40mA cm-2，持续电解72h，实现对阴极电解液中锡离子的去除。
实施例5
一种纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，包括以下步骤：
(1)以流动电解池作为锡离子去除装置，以石墨板作为阴极集流体，截面积为50cm-2的矩形聚丙烯腈基碳纤维毡作为电极，两者构成阴极电极，以1000mL含锡离子的钒电解液作为阴极电解液，电解液中钒离子浓度为1.7mol/L，锡离子浓度为1000mg/L，硫酸浓度为4mg/L；
以石墨板为阳极集流体，以截面积为50cm-2的石墨作为阳极，以1000mL硫酸水溶液作为阳极电解液，硫酸浓度为3mol/L；以Nafion 117为隔膜；
(2)采用恒电流法对电解液进行电解，充放电仪作为直流电源供电，电解液的流动速度为40mL/min，电流密度为200mA cm-2，持续电解48h，实现对阴极电解液中锡离子的去除。
实施例6
一种纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，包括以下步骤：
(1)以流动电解池作为锡离子去除装置，以石墨板作为阴极集流体，截面积为50cm-2的矩形粘胶基碳纤维毡作为电极，两者构成阴极电极，以200mL含锡离子的钒电解液作为阴极电解液，电解液中钒离子浓度为1.7mol/L，锡离子浓度为500mg/L，硫酸浓度为5mg/L；
以石墨烯为阳极集流体，以截面积为50cm-2的石墨作为阳极，以200mL硫酸水溶液作为阳极电解液，硫酸浓度为3mol/L；以Nafion 117为隔膜；
(2)采用恒电流法对电解液进行电解，充放电仪作为直流电源供电，电解液的流动速度为40mL/min，电流密度为50mA cm-2，持续电解96h，实现对阴极电解液中锡离子的去除。
实施例7
一种纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，包括以下步骤：
(1)以流动电解池作为锡离子去除装置，以石墨板作为阴极集流体，截面积为50cm-2的矩形聚沥青基碳纤维毡作为电极，两者构成阴极电极，以2000mL含锡离子的钒电解液作为阴极电解液，电解液中钒离子浓度为1.7mol/L，锡离子浓度为1000mg/L，硫酸浓度为3mg/L；
以金属铂为阳极集流体，以截面积为50cm-2的石墨作为阳极，以200mL硫酸水溶液作为阳极电解液，硫酸浓度为3mol/L；以Nafion 117为隔膜；
(2)采用恒电流法对电解液进行电解，充放电仪作为直流电源供电，电解液的流动速度为40mL/min，电流密度为300mA cm-2，持续电解96h，实现对阴极电解液中锡离子的去除。
实施例8
一种纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，包括以下步骤：
(1)以流动电解池作为锡离子去除装置，以石墨板作为阴极集流体，截面积为50cm-2的聚丙烯腈基碳纤维毡作为电极，两者构成阴极电极，以200mL含锡离子的钒电解液作为阴极电解液，电解液中钒离子浓度为1.7mol/L，锡离子浓度为1000mg/L，硫酸浓度为4mg/L；
以石墨为阳极集流体，以截面积为50cm-2的铂作为阳极，以200mL硫酸水溶液作为阳极电解液，硫酸浓度为5mol/L；以Nafion 117为隔膜；
(2)采用恒电流法对电解液进行电解，充放电仪作为直流电源供电，电解液的流动速度为40mL/min，电流密度为10mA cm-2，持续电解48h，实现对阴极电解液中锡离子的去除。
实验例
以实施例1-8中的方法为例对含锡离子的钒电解液进行电解，并分别测定电解后钒电解液中锡离子的浓度，具体数据见表1。
表1：电解前后钒电解液中锡离子浓度
通过上表中的数据可以看出，采用本发明中的方法可有效的去处钒电解液中的锡离子，满足回收利用的要求。
Claims (10)
1.一种纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以流动电解池作为锡离子去除装置，以硫酸水溶液作为阳极电解液，含锡离子的钒电解液作为阴极电解液；
(2)采用恒电流法对电解液进行电解，直流电源供电，实现对阴极电解液中锡离子的去除。
2.如权利要求1所述的纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，其特征在于，步骤(1)中锡离子去除装置的阴极集流体材料为石墨板、导电塑料板或碳板，阴极电极材料为碳纤维毡或石墨毡。
3.如权利要求1所述的纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，其特征在于，步骤(1)中锡离子去除装置的阳极集流体材料为金属材料或碳材料，阳极电极材料为碳纤维毡、石墨毡或惰性导电电极。
4.如权利要求1所述的纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，其特征在于，步骤(1)含锡离子的钒电解液中锡离子浓度大于1mg/L。
5.如权利要求1所述的纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，其特征在于，步骤(1)中钒电解液为硫酸氧钒或硫酸钒的硫酸水溶液，钒离子浓度大于0.5mol/L，硫酸浓度大于0.5mol/L。
6.如权利要求1所述的纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，其特征在于，步骤(1)中锡离子去除装置的隔膜为离子交换膜或多孔离子传导隔膜。
7.如权利要求1所述的纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，其特征在于，锡离子去除装置中电解液的流动速度为1-100mL/min。
8.如权利要求1所述的纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，其特征在于，电解时电流密度为1-300mA cm-2。
9.如权利要求8所述的纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，其特征在于，电解时电流密度为1-100mA cm-2。
10.如权利要求1所述的纤维毡电极电解还原去除钒电解液中锡离子的方法，其特征在于，直流电源为充放电仪。
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