CN110205651A - 一种低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法 - Google Patents
一种低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110205651A CN110205651A CN201910624805.6A CN201910624805A CN110205651A CN 110205651 A CN110205651 A CN 110205651A CN 201910624805 A CN201910624805 A CN 201910624805A CN 110205651 A CN110205651 A CN 110205651A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- barium oxide
- vanadium metal
- vanadium
- low temperature
- electrochemical reduction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 118
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 92
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 90
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 87
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 9
- -1 wherein Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 5
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Natural products C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 11
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 10
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 8
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 7
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 claims description 6
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N malonic acid group Chemical group C(CC(=O)O)(=O)O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- QUEDYRXQWSDKKG-UHFFFAOYSA-M [O-2].[O-2].[V+5].[OH-] Chemical compound [O-2].[O-2].[V+5].[OH-] QUEDYRXQWSDKKG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- YGSDEFSMJLZEOE-UHFFFAOYSA-N salicylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1O YGSDEFSMJLZEOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910021542 Vanadium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 claims description 3
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 claims description 3
- GRUMUEUJTSXQOI-UHFFFAOYSA-N vanadium dioxide Chemical compound O=[V]=O GRUMUEUJTSXQOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FJKROLUGYXJWQN-UHFFFAOYSA-N papa-hydroxy-benzoic acid Natural products OC(=O)C1=CC=C(O)C=C1 FJKROLUGYXJWQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229960004889 salicylic acid Drugs 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 3
- 229960001231 choline Drugs 0.000 description 9
- OEYIOHPDSNJKLS-UHFFFAOYSA-N choline Chemical compound C[N+](C)(C)CCO OEYIOHPDSNJKLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 8
- VYWQTJWGWLKBQA-UHFFFAOYSA-N [amino(hydroxy)methylidene]azanium;chloride Chemical compound Cl.NC(N)=O VYWQTJWGWLKBQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 229910001456 vanadium ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- SNBDGFZQPKCZTO-UHFFFAOYSA-N propanedioic acid;hydrochloride Chemical compound Cl.OC(=O)CC(O)=O SNBDGFZQPKCZTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- IBYSTTGVDIFUAY-UHFFFAOYSA-N vanadium monoxide Chemical compound [V]=O IBYSTTGVDIFUAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001763 2-hydroxyethyl(trimethyl)azanium Substances 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019743 Choline chloride Nutrition 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000000203 Salix gracilistyla Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021550 Vanadium Chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- SGMZJAMFUVOLNK-UHFFFAOYSA-M choline chloride Chemical compound [Cl-].C[N+](C)(C)CCO SGMZJAMFUVOLNK-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229960003178 choline chloride Drugs 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- RPESBQCJGHJMTK-UHFFFAOYSA-I pentachlorovanadium Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[V+5] RPESBQCJGHJMTK-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 150000003222 pyridines Chemical class 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/26—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of titanium, zirconium, hafnium, tantalum or vanadium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
本发明提供了一种低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法,所述方法可以包括以下步骤:将钒氧化物加入电解液中,以金属基体为阴极,惰性导电材料为阳极,在温度60℃~100℃,电压2.0V~4.5V的条件下进行电沉积,沉积结束后,取出阴极产物,得到金属钒,其中,所述电解液为离子液体,所述钒氧化物在离子液体中的溶解度大于10mmol/L。本发明的方法能够在低温条件下电化学还原钒氧化物沉积得到金属钒,能够显著缩短金属钒制备流程,降低生产成本和操作温度,减少设备腐蚀,提高电流效率,能够实现金属钒的绿色生产。
Description
技术领域
本发明涉及金属钒制备领域,更具体地讲,涉及一种低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法。
背景技术
钒是一种具有重要战略意义的稀有金属,因其熔点高、硬度大、导热性好等特性,被广泛应用于钢铁、电池储能、航空航天和核工业等尖端领域。
近年来各国对金属钒及其合金的需求量越来越大,现阶段的生产工艺已无法满足其需求,因此,金属钒提取工艺的开发得到人们的高度重视。由于金属钒无法通过水溶液电解得到,目前主要是以氧化钒或氯化钒为原料,通过金属热还原法(如钙、铝、镁等)、氢还原法或真空碳还原法实现金属钒的制备,但此时金属钒中还含有碳、氧、氮、氢等杂质元素,需要进一步的提纯精炼才能达到产品标准。此外,熔盐电解法制备金属钒也成为近年来研究者们聚焦的一种新兴提取工艺。然而,熔盐电解法存在工艺流程长、生产成本高和操作温度高、设备腐蚀严重、杂质难以分离等问题,极大的限制了金属钒及其合金的应用。
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设备要求低,能够在较低温度下还原钒氧化物制备金属钒的方法。
为了实现上述目的,本发明提供了一种低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法,所述方法可以包括以下步骤:将钒氧化物加入电解液中,以金属基体为阴极,惰性导电材料为阳极,在温度60℃~100℃,电压2.0V~4.5V的条件下进行电沉积,沉积结束后,取出阴极产物,得到金属钒,其中,所述电解液为离子液体。
在本发明的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法的一个示例性实施例中,所述离子液体可以为低共熔溶剂、咪唑类离子液体和吡啶类离子液体中的一种或两种以上组合。
在本发明的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法的一个示例性实施例中,所述电解液可以为能够溶解钒氧化物的电解液,溶解度可以大于10mmol/L。进一步的,所述溶解度可以大于30mmol/L。
在本发明的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法的一个示例性实施例中,所述方法还可以包括向所述电解液中加入添加剂,所述添加剂为丙二酸、抗坏血酸或水杨酸中的一种或两种以上组合。
在本发明的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法的一个示例性实施例中,所述钒氧化物可以为五氧化二钒、三氧化二钒、二氧化钒以及一氧化钒中的一种或几种组合。
在本发明的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法的一个示例性实施例中,所述钒氧化物可以为粉末状。
在本发明的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法的一个示例性实施例中,所述阴极产物可以为附着在所述金属基体表面上的金属钒镀层或金属钒薄膜。
在本发明的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法的一个示例性实施例中,所述方法还可以包括将所述金属钒镀层或金属钒薄膜从所述金属基体分离得到金属钒粉末的步骤。
在本发明的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法的一个示例性实施例中,所述金属钒镀层或金属钒薄膜的厚度可以为10μm-500μm。
与现有技术相比,本发明的有益效果包括:本发明的方法能够在较低温度下电化学还原钒氧化物制备得到金属钒,能够显著缩短制备流程,降低生产成本和操作温度,能够减少设备腐蚀,提高电流效率,能够实现金属钒的绿色生产。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述,本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚,其中:
图1示出了本发明一个示例性实施例的五氧化二钒在氯化胆碱-尿素中还原的循环伏安曲线,其中,虚线表示氯化胆碱-尿素的电化学窗口,实线表示玻碳电极上五氧化二钒的循环伏安曲线;
图2示出了本发明一个示例性实施例的阴极产物图,其中,(a)为取出的阴极金属基体,(b)为产物金属钒的SEM图。
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低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法。
图1示出了本发明一个示例性实施例的五氧化二钒在氯化胆碱-尿素中还原的循环伏安曲线,其中,虚线表示氯化胆碱-尿素的电化学窗口,实线表示玻碳电极上五氧化二钒的循环伏安曲线。图2示出了本发明一个示例性实施例的阴极产物图,其中,(a)为取出的阴极,(b)为金属钒的SEM图。
本发明提供了一种低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法。在本发明的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法的一个示例性实施例中,所述方法可以包括以下步骤:
以钒氧化物为原料,加入离子液体电解液中,以金属基体为阴极,惰性导电材料为阳极,施加2.0V~4.5V的槽电压,在60℃~100℃的温度条件下进行电沉积。沉积结束后,取出阴极产物,得到金属钒单质。
在本实施例中,所述钒氧化物可以为五氧化二钒、三氧化二钒、二氧化钒以及一氧化钒中的一种或几种混合物。所述钒氧化物可以为粉末或者块状。优选的,所述钒氧化物为粉末状。粉末状的钒氧化物有利于在电解液中溶解,能够缩短金属钒的制备时间。进一步的,所述钒氧化物的粒度可以为100μm以下,当然,钒氧化物的粒度越小越好。
在本实施例中,所述电解液为离子液体电解液。离子液体是室温离子液体的简称,是由特定阳离子和阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的熔盐体系。与其他溶剂相比,离子液体具有挥发性小、热稳定性高、液态范围大、电化学窗口宽、可溶解许多有机物和无机物等优异的物理化学性质。离子液体作为溶剂可以溶解钒氧化物,而且能够提供一种与传统溶剂完全不同的反应环境,使其中发生的化学反应可能获得与传统化学反应完全不同的结果。在钒氧化物电解还原方面,离子液体具有较宽的电化学窗口,在室温下即可得到在高温熔盐中才能电解得到的金属钒和合金,而没有高温熔盐那样的强腐蚀性;同时,由于离子液体具有良好的导电性和较负的还原电势,在室温下即可电解得到金属钒和合金且无副反应。
以上,所述电解液可以为低共熔溶剂、咪唑类离子液体或者吡啶类离子液体。对于传统的熔盐电解法制备金属钒是使用氯化钙等熔盐为电解液。氯化钙等熔盐的熔点较高,需要外部施加很高的温度,会造成能源消耗巨大,设备腐蚀严重。本发明使用低共熔溶剂、咪唑类离子液体或者吡啶类离子液体等离子液体为电解液,可以在较低的温度下电化学还原得到金属钒,可以节省能耗。对于低共熔溶剂而言,低共熔溶剂的价格低廉,对水和空气稳定,对设备的要求很低,对钒氧化物有很好的溶解能力。对于咪唑类离子液体或者吡啶类离子液体而言,咪唑类离子液体或者吡啶类离子液体的电化学窗***宽,能够在电解过程中施加较大的槽电压,能够加快钒氧化物的还原速度。
在本实施例中,所述电解液可以为能够溶解钒氧化物的电解液。对于能够溶解钒氧化物的电解液而言,通过施加电位就能在阴极上析出金属钒。所述能够溶解钒氧化物电解液的溶解度需大于10mmol/L,例如,溶解度可以大于25mmol/L,再例如,可以为100mmol/L或者56mmol/L。对于溶解度较小或者不能溶解钒氧化物的电解液,金属钒很难沉积在阴极上,甚至不能沉积在阴极上,并且可能会造成产物中含有低价的钒氧化物,造成产物不纯。电解液的溶解度越大,溶液中钒离子的浓度就越大,在电沉积过程中,阴极表面的钒离子浓度越大,能够使金属钒的析出电位正移,并加快沉积速度。发明人研究发现,钒氧化物在离子液体中的溶解度大于30mmol/L时,通过上述设置的温度和电压,能够更好的对钒氧化物进行还原,并且在产物中检测到较少的钒氧化物杂质。所述电解液可以为氯化胆碱-尿素或者氯化胆碱-丙二酸等。例如,如图1所示,氯化胆碱-尿素的电化学窗口较宽,宽于五氧化二钒的还原电位。还原峰C1,C2可以推断为五氧化二钒的还原,五氧化二钒中的钒从5价到3价,再到0价,得到金属钒。图中,A1表示氧化峰,纵坐标表示电流,横坐标表示电位,相对于参比电极银,单位为伏特。
在本实施例中,所述电解液还可以为大长链的离子液体。大长链的离子液体更容易溶解钒氧化物。
在本实施例中,所述电解温度可以为60℃~100℃。设置上述电解温度能够确保钒氧化物能够在本发明的电解液中还原。设置的温度低温60℃,还原效率低,钒氧化物还原不彻底,产物中夹杂有低价氧化物;设置的温度高于100℃,会造成电解液分解,并且增加能源的消耗。进一步的,所述电解温度可以为65℃~95℃,更进一步的,可以为72℃~90℃,例如,可以为80℃。
在本实施例中,为了进一步的增大电解液的溶解度,增大电解效率和生产效率,可以在电解液中加入添加剂。所述添加剂可以为丙二酸、抗坏血酸或水杨酸等,从而提高钒氧化物在低共熔溶剂中的溶解度和电解效率。当然,本发明的添加剂不限于此,能够提高钒氧化物电解效率的添加剂均可。
在本实施例中,所述电解的槽电压可以为2.0V~4.5V。设置上述电压,一方面需要考虑钒离子的还原电位,另一方面还需要考虑电解液的分解电压。在实际电沉积过程中,所施加的槽电压必须大于钒离子还原为金属钒所需要的电压,并且必须小于电解液分解的电压。上述槽电压还可以根据所使用的原料以及电解液进行调整。例如,对于以五氧化二钒为原料,以电化学窗口较宽的离子液体为电解液,就可以适当使用较大的槽电压。
在本实施例中,所述金属基体可以为铜片、不锈钢、镍片、钛片等金属类基体。所述惰性导电材料可以为石墨类电极,例如,石墨片、石墨棒、铂片等。
在本实施例中,所述阴极产物可以为附着在金属基体表面的金属钒镀层或金属钒薄膜。但需要钒金属粉末时,需要将所述金属钒镀层或者金属钒薄膜从金属基体上分离。例如,可以直接从金属基体上用器具刮离。所述得到的金属钒镀层或者金属钒薄膜的厚度可以为10μm-500μm,进一步的,可以为10μm-200μm。如图2(a)所示,以金属基体铜为阴极,金属钒沉积在金属基体铜上,形成钒镀层。2(b)为2(a)钒镀层的表针及微观形貌图,其中,图中的MAG表示放大的倍数;WD代表工作距离,代表物镜焦距;Det表示探测器种类。
下面将结合具体示例来进一步详细描述本发明的示例性实施例。
示例1
将五氧化二钒粉末加入氯化胆碱-尿素中,以铜片为阴极,石墨棒为阳极,在温度62℃,电压2.1V的条件下进行电沉积。沉积结束后,取出阴极产物,得到金属钒。
示例2
将三氧化二钒粉末加入氯化胆碱-丙二酸中,以镍片为阴极,铂片为阳极,在温度98℃,电压4.3V的条件下进行电沉积。沉积结束后,取出阴极产物,得到金属钒。
示例3
将一氧化钒粉末加入氯化胆碱中,以镍片为阴极,铂片为阳极,在温度78℃,电压3.1V的条件下进行电沉积。沉积结束后,取出阴极产物,得到金属钒。
综上所述,本发明的方法能够在低温条件下电化学还原钒氧化物得到金属钒,能够显著缩短制备流程,降低生产成本和操作温度,减少设备腐蚀,提高电流效率,能够实现金属钒的绿色生产。
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 (9)
1.一种低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
将钒氧化物加入电解液中,以金属基体为阴极,惰性导电材料为阳极,在温度60℃~100℃,电压2.0V~4.5V的条件下进行电沉积,沉积结束后,取出阴极产物,得到金属钒,其中,所述电解液为离子液体,所述钒氧化物在离子液体中的溶解度大于10mmol/L。
2.根据权利要求1所述的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法,其特征在于,所述钒氧化物溶解度大于30mmol/L。
3.根据权利要求1或2所述的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法,其特征在于,所述离子液体为低共熔溶剂、咪唑类离子液体和吡啶类离子液体中的一种或两种以上组合。
4.根据权利要求1或2所述的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法,其特征在于,所述方法还包括向所述电解液中加入添加剂,所述添加剂为丙二酸、抗坏血酸或水杨酸中的一种或两种以上组合。
5.根据权利要求1或2所述的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法,其特征在于,所述钒氧化物为五氧化二钒、三氧化二钒、二氧化钒以及一氧化钒中的一种或几种组合。
6.根据权利要求1或2所述的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法,其特征在于,所述钒氧化物为粉末状。
7.根据权利要求1或2所述的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法,其特征在于,所述阴极产物为附着在所述金属基体上的金属钒镀层或金属钒薄膜。
8.根据权利要求7所述的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法,其特征在于,所述方法还包括将所述金属钒镀层或金属钒薄膜从所述金属基体分离得到金属钒粉末的步骤。
9.根据权利要求7所述的低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法,其特征在于,所述金属钒镀层或金属钒薄膜的厚度为10μm-500μm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910624805.6A CN110205651B (zh) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | 一种低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910624805.6A CN110205651B (zh) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | 一种低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110205651A true CN110205651A (zh) | 2019-09-06 |
CN110205651B CN110205651B (zh) | 2021-03-09 |
Family
ID=67797195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910624805.6A Expired - Fee Related CN110205651B (zh) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | 一种低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110205651B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113584532A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-11-02 | 昆明理工大学 | 一种低温电沉积制备铝钒合金的方法 |
CN115722239A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-03-03 | 攀钢集团钒钛资源股份有限公司 | 一种低共熔溶剂辅助制备钒磷氧催化剂的方法及其应用 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2164559C1 (ru) * | 2000-07-04 | 2001-03-27 | Акционерное общество открытого типа "Уралредмет" | Электролизер для рафинирования ванадия и других тугоплавких металлов |
WO2010001151A1 (en) * | 2008-07-02 | 2010-01-07 | University Of Leeds | Method of determining the extent of a metal oxide reduction |
CN101649471A (zh) * | 2009-09-23 | 2010-02-17 | 攀钢集团研究院有限公司 | 生产高纯金属钒的方法 |
CN101994128A (zh) * | 2010-11-26 | 2011-03-30 | 昆明理工大学 | 采用离子液体低温电沉积制备Al-Ti合金或电镀Al-Ti合金的方法 |
CN102978664A (zh) * | 2011-09-05 | 2013-03-20 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种金属钒的制备方法及由该方法得到的金属钒 |
CN103173795A (zh) * | 2012-03-27 | 2013-06-26 | 上海域高环境技术有限公司 | 一种电镀的方法 |
CN103643262A (zh) * | 2013-12-10 | 2014-03-19 | 昆明理工大学 | 一种低共熔溶剂电沉积铅粉的方法 |
CN103639420A (zh) * | 2013-11-27 | 2014-03-19 | 昆明理工大学 | 一种低共融型离子液体电沉积制备纳米铜粉的方法 |
CN104911643A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-09-16 | 上海大学 | 氯化胆碱类离子液体中由氧化铁电沉积纳米铁的方法 |
-
2019
- 2019-07-11 CN CN201910624805.6A patent/CN110205651B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2164559C1 (ru) * | 2000-07-04 | 2001-03-27 | Акционерное общество открытого типа "Уралредмет" | Электролизер для рафинирования ванадия и других тугоплавких металлов |
WO2010001151A1 (en) * | 2008-07-02 | 2010-01-07 | University Of Leeds | Method of determining the extent of a metal oxide reduction |
CN101649471A (zh) * | 2009-09-23 | 2010-02-17 | 攀钢集团研究院有限公司 | 生产高纯金属钒的方法 |
CN101994128A (zh) * | 2010-11-26 | 2011-03-30 | 昆明理工大学 | 采用离子液体低温电沉积制备Al-Ti合金或电镀Al-Ti合金的方法 |
CN102978664A (zh) * | 2011-09-05 | 2013-03-20 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种金属钒的制备方法及由该方法得到的金属钒 |
CN103173795A (zh) * | 2012-03-27 | 2013-06-26 | 上海域高环境技术有限公司 | 一种电镀的方法 |
CN103639420A (zh) * | 2013-11-27 | 2014-03-19 | 昆明理工大学 | 一种低共融型离子液体电沉积制备纳米铜粉的方法 |
CN103643262A (zh) * | 2013-12-10 | 2014-03-19 | 昆明理工大学 | 一种低共熔溶剂电沉积铅粉的方法 |
CN104911643A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-09-16 | 上海大学 | 氯化胆碱类离子液体中由氧化铁电沉积纳米铁的方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
PETER BILLIK ET AL.,: "Product of dissolution of V2O5 in the choline chloride–urea deep eutectic solvent", 《INORGANIC CHEMISTRY COMMUNICATIONS》 * |
方园 等: "低共熔溶剂中电化学沉积的研究进展", 《电镀与精饰》 * |
汝娟坚: "ChCl-urea低共熔溶剂电沉积金属及合金研究进展", 《世界有色金属》 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113584532A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-11-02 | 昆明理工大学 | 一种低温电沉积制备铝钒合金的方法 |
CN113584532B (zh) * | 2021-07-16 | 2022-08-12 | 昆明理工大学 | 一种低温电沉积制备铝钒合金的方法 |
CN115722239A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-03-03 | 攀钢集团钒钛资源股份有限公司 | 一种低共熔溶剂辅助制备钒磷氧催化剂的方法及其应用 |
CN115722239B (zh) * | 2022-12-07 | 2024-04-09 | 攀钢集团钒钛资源股份有限公司 | 一种低共熔溶剂辅助制备钒磷氧催化剂的方法及其应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110205651B (zh) | 2021-03-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Schaltin et al. | Electrodeposition from cationic cuprous organic complexes: ionic liquids for high current density electroplating | |
CN101994128A (zh) | 采用离子液体低温电沉积制备Al-Ti合金或电镀Al-Ti合金的方法 | |
CN107130264A (zh) | 一种近室温电解制备铝基稀土合金的方法 | |
CN110205651A (zh) | 一种低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法 | |
CN102703929B (zh) | 一种钛铁矿直接还原制取Ti-Fe合金的方法 | |
WO2007029663A1 (ja) | 金属の電析方法 | |
Shaohua et al. | Electrodeposition of magnesium-yttrium alloys by molten salt electrolysis | |
CN102061492B (zh) | 室温离子液体氯化铟/四氟硼酸1-甲基-3-丁基咪唑体系电镀液 | |
CN107740143B (zh) | 一种具有铁酸锂保护膜的铁基惰性阳极及其制备方法、应用 | |
CN101314860A (zh) | 一种制备纳米银粉或者纳米金粉的方法 | |
CN100532653C (zh) | 一种熔盐电解提取钛的方法 | |
Li et al. | Preparation of zirconium metal by electrolysis | |
CN108360025B (zh) | 一种水溶液电解固态金属硫化物制备金属的方法 | |
CN107868964A (zh) | 合金粉末的制备方法 | |
CN103422122B (zh) | 一种二氧化钛直接制备金属钛的方法 | |
CN108546964B (zh) | 一种金属钛的制备装置以及制备方法 | |
Ito et al. | Advances toward industrialization of novel molten salt electrochemical processes | |
CN101319339A (zh) | 一种镀金液及其镀金方法 | |
CN100570013C (zh) | 一种镀金液及其镀金方法 | |
TWI525225B (zh) | 鍍鉬電解質及形成含鉬鍍層方法 | |
CN102586809B (zh) | 一种利用碳质添加剂改善TiO2阴极脱氧过程的方法 | |
CN101906644B (zh) | 一种从硝酸铜废水中回收铜的方法 | |
JPS63195101A (ja) | 金属酸化物の製造法 | |
CN213977915U (zh) | 一种阴极及坩埚接料结构 | |
CN105506668B (zh) | 一种萘醌残液的电解综合利用方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210309 |