CN101613127A

CN101613127A - 一种硫酸氧钒的制备方法

Info

Publication number: CN101613127A
Application number: CN200810012021A
Authority: CN
Inventors: 张华民
Original assignee: Dalian Rongke Power Co Ltd
Current assignee: Dalian Rongke Power Co Ltd
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2009-12-30

Abstract

本发明公开了一种硫酸氧钒的制备方法，其工艺主要包括：a)在硫酸中加五氧化二钒；b)加入联胺或者羟胺；c)蒸发结晶得到蓝色的VOSO.xH2O晶体。本发明的工艺路线与现有工艺路线相比，减少了加热溶解，冷却稀释，电解等步骤。本发明的反应条件温和，工艺简单，成本低廉，产品质量稳定。

Description

一种硫酸氧钒的制备方法

技术领域

本发明涉及硫酸氧钒，具体地说是一种硫酸氧钒的制备方法。

背景技术

电能难以储存而又不可缺少，任何时刻它的生产都要满足用电需求，因此人们一直在寻找既经济又可行的储能技术，来解决供求之间的矛盾，使得电能的生产与需求脱钩。另外电能存储在电能管理、电网辅助服务、电压控制、再生能源利用、大型不间断电源等方面有着重要作用，若与大型火力发电联合，可降低电站峰值容量、降低发电成本以及减小污染。若与风力、潮汐能等可再生能源发电联合，可实现电能的连续平稳供给，满足用户需求。由于液流电池具有功率与容量分离的特点，易于设计，操作方便，逐渐成为最有前途的大中型规模电力存储的首选之一。其中全钒氧化还原液流电池备受青睐。

澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)化学工程和工业化学学院的MariaSkyllas-Kazacos从1985年开始发表对钒电池的研究成果，主要是采用硫酸氧钒作为电池的活性物质。现有的制备硫酸氧钒是用五氧化二钒加入硫酸加热溶解，然后冷却稀释，再加草酸或亚硫酸来还原，最后通过蒸发结晶得到硫酸氧钒蓝色粉末。以草酸作为还原剂的弊端是残余草酸不易除去。而以亚硫酸作为还原剂，其弊端是亚硫酸浓度太小，反应中引入大量水分，增加了结晶的能耗；同时由于亚硫酸不稳定，容易在反应过程中逸出大量二氧化硫，污染环境。李林德等(专利申请号：021338086)公开的一种采用五氧化二钒和三氧化二钒来制备硫酸氧钒的技术。其弊端是三氧化二钒质量难以控制，产品质量很难保证。也有采用电解五氧化二钒和硫酸的工艺来制备硫酸氧钒，其投资较大，能耗高，不适于大规模生产。

发明内容

为了解决上述硫酸氧钒的制备过程中存在的种种问题，本发明提出了一种工艺简单，成本低廉，便于大规模生产硫酸氧钒的新方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种硫酸氧钒的制备方法，以硫酸和五氧化二钒为原料，以联胺或者羟胺为还原剂，具体操作步骤如下，

a)在硫酸溶液中加五氧化二钒，搅拌溶解；所述硫酸溶液的质量浓度为2～70％，五氧化二钒与硫酸的摩尔比为1∶0.2～1∶20；

b)在上述溶液中加入联胺或羟胺，其与五氧化二钒的摩尔比为1∶0.1～1∶10；搅拌反应5分钟～50小时；获得的溶液可直接作为全钒液流电池的电解液；

c)将上述步骤b)所得的溶液按常规方法蒸发结晶，即得到蓝色的硫酸氧钒晶体(VOSO₄.xH₂O)。

在步骤a)中硫酸溶液的质量浓度最好为10～70％；原料五氧化二钒纯度大于等于95％，最好大于等于98％，其与硫酸的摩尔比最好为1∶0.5～1∶12

在步骤b)中，所述联胺最好为水合联胺；所述联胺为硫酸联胺，所述羟胺为硫酸羟胺；其与五氧化二钒的摩尔比最好为1∶0.2～1∶5。

其反应方程式如下：

V₂O₅+H₂SO₄＝(VO₂)₂SO₄+H₂O

2(VO₂)₂SO₄+NH₂NH₂H₂SO₄+H₂SO₄＝4VOSO₄+N₂↑+4H₂O或者

(VO₂)₂SO₄+(NH₂OH)₂H₂SO₄＝2VOSO₄+N₂↑+4H₂O

本发明具有如下优点：

1.采用常见化工原料五氧化二钒，硫酸等原料制备硫酸氧钒或全钒液流电池电解液，成本低廉；

2.本发明工艺简单，反应速度快，对环境无污染，适合大规模生产；

3.反应副产物为氮气，对体系和环境无不良影响；

4.本发明工序控制容易，无需复杂设备投资，可以大大推进全钒液流储能电池的商业化应用进程。

具体实施方式

实施例1

在50毫升去离子水中，加入8.2毫升(0.15mol)质量浓度为98％浓硫酸，配制成质量浓度为23％的稀硫酸，再加入18.2克(0.1mol)五氧化二钒，搅拌30分钟；加入6.5克(0.05mol)硫酸联胺，搅拌30分钟，即可制得蓝色的硫酸氧钒溶液，上述硫酸氧钒溶液再经过蒸发，浓缩，结晶，再结晶，即可制备出蓝色硫酸氧钒晶体。所得样品经热重分析，含水29.8％，电位滴定分析四价钒占总钒99.0％。

实施例2

在50毫升去离子水中，加入5.9毫升(0.1mol)质量浓度为92％浓硫酸，配制成质量浓度为17.9％的稀硫酸，再加入18.2克(0.1mol)五氧化二钒，搅拌60分钟；加入16.4克(0.1mol)硫酸羟胺，搅拌60分钟，即可制得蓝色的硫酸氧钒溶液，再经过蒸发，浓缩，结晶，再结晶，即可制备出蓝色硫酸氧钒晶体。所得样品经热重分析，含水27.4％，电位滴定分析四价钒占总钒99.5％。

实施例3

在40毫升去离子水中，加入24.5毫升(0.45mol)质量浓度为98％浓硫酸，配制成质量浓度为52.9％的稀硫酸，再加入18.2克(0.1mol)五氧化二钒，搅拌1小时；加入6.5克(0.05mol)硫酸联胺，稀释到100毫升，搅拌2小时，即可制得蓝色的硫酸氧钒溶液(2mol/L VOSO₄+3mol/L H₂SO₄)获得的溶液可直接作为全钒液流电池的电解液。

上述硫酸氧钒溶液再经过蒸发，浓缩，结晶，再结晶，即可制备出兰色硫酸氧钒晶体。

实施例4

在50毫升去离子水中，加入27.2毫升(0.50mol)质量浓度为98％浓硫酸，配制成质量浓度为50％的稀硫酸，再加入18.2克(0.1mol)五氧化二钒，搅拌2小时；加入16.4克(0.1mol)硫酸羟胺，搅拌5小时，稀释到133毫升，即可制的蓝色的硫酸氧钒溶液(1.5mol/LVOSO₄+3mol/L H₂SO₄)获得的溶液可直接作为全钒液流电池的电解液。

实施例5

在50毫升去离子水中，加入8.2毫升(0.15mol)质量浓度为98％浓硫酸，配制成质量浓度为23％的稀硫酸，再加入18.2克(0.1mol)五氧化二钒，搅拌30分钟；加入含40％的水合联胺溶液6.26克(0.05mol)，搅拌30分钟，即可制的蓝色的硫酸氧钒溶液，上述硫酸氧钒溶液再经过蒸发，浓缩，结晶，再结晶，即可制备出兰色硫酸氧钒晶体。所得样品经热重分析，含水28.6％，电位滴定分析四价钒占总钒99.2％。

本发明的工艺路线与现有工艺路线相比，减少了加热溶解，冷却稀释，电解等步骤。本发明的反应条件温和，工艺简单，成本低廉，产品质量稳定。步骤b)得到的溶液均可直接作为制备全钒液流电池电解液。

Claims

1.一种硫酸氧钒的制备方法，以硫酸和五氧化二钒为原料，其特征在于：以联胺或者羟胺为还原剂，具体操作步骤如下，

b)在上述溶液中加入联胺或羟胺，其与五氧化二钒的摩尔比为1∶0.1～1∶10；搅拌5分钟～50小时；

c)将上述步骤b)所得的溶液按常规方法蒸发结晶，即得到蓝色的硫酸氧钒晶体。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤a)中硫酸溶液的质量浓度为10～70％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤a)中，原料五氧化二钒纯度大于等于95％，其与硫酸的摩尔比为1∶0.5～1∶12。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：在步骤a)中，原料五氧化二钒纯度大于等于98％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤b)中，所述联胺为水合联胺。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤b)中，所述联胺为硫酸联胺，所述羟胺为硫酸羟胺；其与五氧化二钒的摩尔比为1∶0.2～1∶5。