本發(fā)明涉及釩產(chǎn)品制備，尤其涉及一種全離子液體萃取體系及基于全離子液體萃取體系短流程制備釩電解液的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，可再生能源在現(xiàn)代社會的重要性越來越突出，太陽能和風(fēng)能發(fā)電得到了大量應(yīng)用。由于太陽能和風(fēng)能發(fā)電產(chǎn)生的電能不穩(wěn)定性，這些電能不能直接并入電網(wǎng)中。氧化還原液流電池具有能量儲存和能量轉(zhuǎn)換可以在不同地點實現(xiàn)的特點，是一種前景看好的能量儲存系統(tǒng)。

2、釩電池是氧化還原液流電池的一種。釩電解液是釩電池的關(guān)鍵材料之一，釩電解液中釩離子的濃度和電化學(xué)活性決定釩電池的能量密度，對釩電池的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用，釩電解液中的活性物質(zhì)為釩氧酰離子，它是全釩液流電池中的關(guān)鍵材料，電解液中高釩氧酰離子濃度與純度是釩電池高綜合電性能的物質(zhì)基礎(chǔ)。通常釩電解液是以偏釩酸銨或多釩酸銨為原料，經(jīng)煅燒后獲得高純五氧化二釩，后續(xù)通過化學(xué)還原-電化學(xué)還原制備硫酸氧釩電解液，存在工序繁多、工藝復(fù)雜、成本高等問題。

3、因此，需要開發(fā)新的更簡化便捷的短流程釩電解液生產(chǎn)工藝，在保證硫酸氧釩產(chǎn)品純度的同時降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)釩電解液的高效綠色清潔生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)階段廣泛使用的釩電解液制備方法存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種全離子液體萃取體系及基于全離子液體萃取體系短流程制備釩電解液的方法。本發(fā)明提供的全離子液體短流程制備釩電解液的方法，較傳統(tǒng)方法具有綠色環(huán)保，成本更低，效率更高，具有良好的應(yīng)用前景。

2、為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種全離子液體萃取體系，包括萃取劑和稀釋劑；所述萃取劑為[toma][ehehp]、[toma][dehp]、[p4444][ehehp]或[p4444][dehp]中的一種或兩種任意比例的混合物；所述稀釋劑為[cnmim][ntf2]、[cnmim][pf6]或[cnmim][sbf6]中的一種或兩種任意比例的混合物，其中，n＝2～8。

3、進(jìn)一步的，上述的一種全離子液體萃取體系，按體積比，萃取劑:稀釋劑＝1:3～5。

4、進(jìn)一步的，上述的一種全離子液體萃取體系，所述萃取劑的制備方法包括如下步驟：

5、(1)將氫氧化鈉與甲基三辛基氯化銨或四丁基溴化膦溶于異丙醇中，混合均勻后，在30～40℃下攪拌24～26h，過濾，得到[toma][oh]中間體或[p4444][oh]中間體；

6、(2)將2-乙基己基磷酸單2-乙基己基酯或二(2-乙基己基)磷酸酯溶于異丙醇中，向其中加入[toma][oh]中間體或[p4444][oh]中間體，30～40℃下攪拌24～26h，旋蒸去除異丙醇，分別得到[toma][ehehp]、[toma][dehp]、[p4444][ehehp]或[p4444][dehp]。

7、一種基于全離子液體萃取體系短流程制備釩電解液的方法，采用上述的全離子液體萃取體系，方法包括如下步驟：

8、(1)向含釩物料中加入硫酸和浸出助劑，反應(yīng)4～12h后，過濾，得含釩母液；

9、(2)將含釩母液加入全離子液體萃取體系中，得釩萃取離子液體；

10、(3)向釩萃取離子液體中加入硫酸進(jìn)行反萃取，得含釩酸液；

11、(4)向含釩酸液中再次加入硫酸或直接蒸發(fā)濃縮，得釩電解液。

12、進(jìn)一步的，上述的方法，步驟(1)中，所述浸出助劑為硫酸銨、氟化鈣或三聚磷酸鈉中的一種或兩種任意比例的混合物。

13、進(jìn)一步的，上述的方法，步驟(1)中，所述浸出助劑用量為含釩物料質(zhì)量的1～5％。

14、進(jìn)一步的，上述的方法，步驟(1)中，按質(zhì)量百分濃度，所述硫酸的濃度為10～25％。

15、進(jìn)一步的，上述的方法，步驟(2)中，按體積比，含釩母液:全離子液體萃取體系＝1:0.2～2。

16、進(jìn)一步的，上述的方法，步驟(3)中，按體積比，釩萃取離子液體:硫酸＝1～5:1；所述反萃取是在20～80℃下反萃取10～60min；按質(zhì)量百分濃度，所述硫酸的濃度為5～25％。

17、進(jìn)一步的，上述的方法，步驟(4)中，再次加入硫酸，調(diào)節(jié)所得釩電解液中釩濃度為1.5～2.0mol/l；按質(zhì)量百分濃度，所述硫酸的濃度為5～25％。

18、本發(fā)明的有益效果是：

19、1、本發(fā)明提供的基于全離子液體萃取體系短流程制備釩電解液的方法，采用全離子液體萃取體系，避免了以偏釩酸銨或多釩酸銨經(jīng)煅燒后獲得高純五氧化二釩，再后續(xù)通過化學(xué)還原-電化學(xué)還原制備硫酸氧釩電解液的長流程工藝。

20、2、本發(fā)明提供的方法，制備方法簡單，流程短，降低了生產(chǎn)成本，回收方便，可循環(huán)使用，環(huán)境污染小，實現(xiàn)了硫酸氧釩電解液生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)及社會效益。

21、3、本發(fā)明提供的方法，克服了常規(guī)萃取劑及溶劑易揮發(fā)和污染環(huán)境的弊端，提升了釩的回收率，并且制備的釩電解液雜質(zhì)含量低，是一種綠色可持續(xù)的方法。

技術(shù)特征：

1.一種全離子液體萃取體系，其特征在于，所述全離子液體萃取體系包括萃取劑和稀釋劑；所述萃取劑為[toma][ehehp]、[toma][dehp]、[p4444][ehehp]或[p4444][dehp]中的一種或兩種任意比例的混合物；所述稀釋劑為[cnmim][ntf2]、[cnmim][pf6]或[cnmim][sbf6]中的一種或兩種任意比例的混合物，其中，n＝2～8。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全離子液體萃取體系，其特征在于，按體積比，萃取劑:稀釋劑＝1:3～5。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全離子液體萃取體系，其特征在于，所述萃取劑的制備方法包括如下步驟：

4.一種基于全離子液體萃取體系短流程制備釩電解液的方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1或2或3所述的全離子液體萃取體系，方法包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：步驟(1)中，所述浸出助劑為硫酸銨、氟化鈣或三聚磷酸鈉中的一種或兩種任意比例的混合物。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：步驟(1)中，所述浸出助劑用量為含釩物料質(zhì)量的1～5％。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：步驟(1)中，按質(zhì)量百分濃度，所述硫酸的濃度為10～25％。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：步驟(2)中，按體積比，含釩母液:全離子液體萃取體系＝1:0.2～2。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：步驟(3)中，按體積比，釩萃取離子液體:硫酸＝1～5:1；所述反萃取是在20～80℃下反萃取10～60min；按質(zhì)量百分濃度，所述硫酸的濃度為5～25％。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：步驟(4)中，再次加入硫酸，調(diào)節(jié)所得釩電解液中釩濃度為1.5～2.0mol/l；按質(zhì)量百分濃度，所述硫酸的濃度為5～25％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種全離子液體萃取體系及基于全離子液體萃取體系短流程制備釩電解液的方法，屬于釩產(chǎn)品制備技術(shù)領(lǐng)域。具體方案為：(1)向含釩物料中加入硫酸和浸出助劑，反應(yīng)4～12h后，過濾，得含釩母液；(2)將含釩母液加入全離子液體萃取體系中，得釩萃取離子液體；(3)向釩萃取離子液體中加入硫酸進(jìn)行反萃取，得含釩酸液；(4)向含釩酸液中再次加入硫酸或直接蒸發(fā)濃縮，得釩電解液。本發(fā)明方法克服了常規(guī)萃取劑及溶劑易揮發(fā)和污染環(huán)境的弊端，提升了釩的回收率，并且制備的釩電解液雜質(zhì)含量低，是一種綠色可持續(xù)的方法。

技術(shù)研發(fā)人員：房大維,索世龍,宋宗仁,馬曉雪,劉娜,井明華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：遼寧大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9