专利名称：一种钒电池负极电解液浓度的紫外定量测定方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及紫外定量测定领域，特别是涉及一种钒电池负极电解液浓度的紫外定 量测定方法及其应用。
背景技术：
钒原子的价层电子结构为3d34s2，可形成V( V )、V( IV )、V(III)、V( II )价态化合 物，是典型的变价元素，这决定了钒的电化学行为很活跃。且v( V )/V(IV)电对与V(III)/ V( II )电对的电位差为1.26V，全钒氧化还原电池(简称钒电池)由此条件建立并迅速发展。钒电池的正负极电解液分别是含有ν( V )/V(IV)、V(III)/V( II )钒化合物的酸 性溶液，其活性物质是以溶液形式分别存储于正负极储液罐中，正负极电解液由质子交换 膜隔开，因此不会产生交叉污染，电极反应速度快且电池的功率、容量可调，有着广泛的用 途。目前，对钒电池电解液中不同价态钒离子浓度的测定分析以电位滴定方法为主， 该方法采用氧化还原反应用重铬酸钾、硫酸亚铁铵等化学试剂进行电位滴定，能够完成对 钒离子浓度的测定。但是，该方法用于钒电池负极电解液浓度测定的准确度有待于提高，并 且该方法的操作过程繁琐，不利于简单、快速的分析钒电解液浓度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种钒电池负极电解液浓度的紫外定 量测定方法及其应用，该方法测定结果准确、操作过程简单、便捷，适于钒电池负极电解液 浓度的测定、含有V(III)、V( II )钒离子相关产品的实验室分析和质量控制。本发明的技术方案是为了达到上述目的，本发明提供的钒电池负极电解液浓度的紫外定量测定方法， 包括以下几个步骤(1)分别准确称取一定量已知纯度的V( III)或V( II )价态的钒离子化合物作为 标准样品，在酸性溶剂中配制成5mmol/L 500mmol/L浓度范围的溶液，在190nm 900nm 波长范围内做全谱扫描，确定V(III)或V( II )价态钒离子的特征吸收波长；(2)分别将已知纯度V( III)或V( II )价态钒离子的化合物用酸性溶剂配制成浓 度为5mmol/L 500mmol/L的标准样品溶液；在V (III)或V ( II )钒离子的特征吸收波长 处测定一系列不同浓度的同一价态钒溶液的吸光度，并以标准溶液的浓度为横坐标，吸光 度为纵坐标绘制标准曲线；(3)将未知浓度的钒电池负极溶液配制成上述浓度范围内的溶液，按照上述方法 测定吸光度，通过标准曲线找到该吸光度对应的浓度，此浓度即为未知溶液的浓度。本发明中，已知纯度V(III)或V( II )钒离子化合物是通过一种或几种分析纯物 质或对某一种或几种化合物进行电解氧化或还原成其他价态的化合物。
本发明中，酸性溶剂为硫酸、硝酸、盐酸、磷酸或碳酸等无机酸。本发明中，酸性溶剂浓度为0. 01mol/L 2mol/L。本发明中，溶液温度为常温。本发明中，扫描波长范围为190nm 900nm。本发明中，V( II )化合物在空气中极不稳定，需要隔绝空气或充氮气保护。本发明中，测定标准曲线的波长为V(III)或V( II )钒离子化合物的特征吸收波长。本发明提供的钒电池负极电解液浓度的紫外定量测定方法在钒电池负极电解液 浓度的测定、含有V(III)或V( II )钒离子相关产品的实验室及工业分析中的应用。本发明的优点1、本发明提供的钒电池负极电解液浓度的紫外定量测定方法不需要特殊的仪器， 且操作过程简单、迅速，分析结果准确可靠，可用于钒电池负极电解液浓度的测定、含有一 定浓度V(III)或V( II )钒离子相关产品的实验室及工业分析和质量控制。2、本发明提供的钒离子浓度的紫外定量测定方法可同时分别测定混合价态的钒 电池负极电解液钒离子的浓度，避免不同价态钒离子对测定的干扰。
图1为V (III)溶液在190nm 900nm波长范围内的全波谱。图2为V (III)溶液在最大吸收波长处的标准曲线，该标准曲线线性相关系数R2 = 0. 9999，回归方程 C = O. 09882 X A-0. 00004。图3为V ( II )溶液在190nm 900nm波长范围内的全波谱。图4为V( II )溶液在最大吸收波长处的标准曲线，该标准曲线线性相关系数R2 = 0. 9999，回归方程 C = O. 35263 X A-0. 00038。
具体实施例方式实施例11、热重法确定硫酸氧钒结晶水个数，作为标准样品。2、在190nm 900nm波长范围内，做硫酸溶液的扫描光谱，硫酸溶液的浓度为 lmol/L。确定硫酸溶液在190nm 900nm波长范围内没有特征吸收峰，不会对钒离子的吸 光度测定产生干扰。3、标准样品在酸性溶剂(硫酸)中配制成浓度为0. 05mol/L的V (IV )钒溶液，对 V(IV)钒溶液进行全谱扫描，确定V(IV)钒溶液在溶剂溶液中的最大特征吸收波长。实验 结果验证，在190nm 900nm波长范围内，V(IV)在溶剂溶液中有一个特征吸收峰，该吸收 峰对应的最大吸收波长在760nm附近，选定该最大吸收波长作为V(IV )钒标准曲线的定量 测定波长。4、从上述V(IV)钒溶液中依次取0、2、4、6、8、10mL溶液至50mL容量瓶，超纯 水定容至刻度，摇勻，备用。在该钒溶液的最大特征吸收波长处，做浓度-吸光度标准曲 线。本实施例中，V(IV)钒溶液标准曲线的线性相关系数R2 = 0.9999，回归方程C = 0. 06649 XA-0. 00009, C代表钒溶液浓度，A代表吸光度。
5、将上述4所述V(IV)价态钒溶液放入电池内进行恒流充电，至正负极电解液分 别变至ν( V ) ,VdII)，停止充电。对V(III)溶液分别进行全谱扫描，确定V(III)在硫酸 溶液中有两个吸收峰，最大吸收峰对应波长为在400nm附近。因此，V(III)标准曲线选定 该最大吸收波长作为V( III)钒标准曲线的定量测定波长。6、从V (III)钒溶液中依次取0、2、4、6、8、10mL溶液至50mL容量瓶，超纯水定容至 刻度，摇勻，备用。在该钒溶液的最大特征吸收波长处，做浓度-吸光度标准曲线。所得到 的钒溶液标准曲线的线性相关系数R2 = 0. 9998，回归方程C = O. 09785XA-0. 00014, C代 表钒溶液浓度，A代表吸光度。7、利用上述4已做好V(IV)标准曲线，检测V(III)溶液中的V(IV)浓度，从相 应的V(III)溶液标准曲线扣除V(IV)的影响，得到纯的V(III)标准曲线。本实施例中， V(III)钒溶液标准曲线的线性相关系数R2 = 0. 9997，回归方程C = 0. 09882XA-0. 00004， C代表钒溶液浓度，A代表吸光度。8、按正负极电解液体积比为2 1，对V(IV)溶液在电池内进行恒流充电，至正 负极电解液分别变至ν( V )、V( II )，停止充电，充放电过程中负极充氮气保护。对V( II ) 溶液进行全谱扫描，确定V ( II )在硫酸溶液中有两个吸收峰，分别在550nm、850nm附近，但 是由于V(III)在550nm波长处有较大的吸收，对V( II )的吸收干扰比较大。因此，V( II ) 标准曲线选定第二个吸收峰对应的波长850nm为标准曲线定量测定波长，虽然此波长下 V( II )的吸光度比较小，但是V(III)在该波长下没有吸收，可很好的分辨V( II),V(III)0由于V( II )溶液在空气中极不稳定，充放电实验中负极充N2保护，全谱扫描中比 色皿密封。9、从V( II )钒溶液中依次取0、2、4、6、8、10mL溶液至50mL容量瓶，超纯水定容至 刻度，摇勻，备用。在该钒溶液的最大特征吸收波长处，做浓度-吸光度标准曲线。所得到 的溶液钒溶液标准曲线的线性相关系数R2 = 0. 9999，回归方程C = O. 40692XA-0. 00021, C代表钒溶液浓度，A代表吸光度。10、利用V(III)校正标准曲线，检测V( II )溶液中未能完全还原的V(III)浓度， 从相应的v( II )标准曲线扣除V(III)对V( II )浓度部分的影响，得到纯的V( II )标准 曲线。本实施例中，v( II )钒溶液标准曲线的线性相关系数R2 = 0.9999，回归方程C = 0. 35263 XA-0. 00038, C代表钒溶液浓度，A代表吸光度。11、取一定体积的钒电池电解液，稀释至5mmol/L 500mmol/L之间，用上述建立 的标准曲线进行测定，测定结果的吸光度在各价态标准曲线上的相应的浓度值即为该价态 钒离子的浓度值。测量结果见表1。表 权利要求
一种钒电池负极电解液浓度的紫外定量测定方法，其特征在于，包括以下几个步骤(1)分别准确称取一定量已知纯度的V(Ⅲ)或V(Ⅱ)价态的钒离子化合物作为标准样品，在酸性溶剂中配制成5mmol/L～500mmol/L浓度范围的溶液，在190nm～900nm波长范围内做全谱扫描，确定各价态钒离子的特征吸收波长；(2)分别将已知纯度V(Ⅲ)或V(Ⅱ)价态钒离子的化合物用酸性溶剂配制成浓度为5mmol/L～500mmol/L的标准样品溶液；在V(Ⅲ)或V(Ⅱ)价态钒离子的特征吸收波长处测定一系列不同浓度的、同一价态钒溶液的吸光度，并以标准溶液的浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线；(3)将未知浓度的钒电池负极溶液配制成上述浓度范围内的溶液，按照上述方法测定吸光度，通过标准曲线找到该吸光度对应的浓度，此浓度即为未知溶液的浓度。
2.根据权利要求1所述的钒电池负极电解液浓度的紫外定量测定方法，其特征在于 所述已知纯度V(III)或V( II )价态钒离子化合物是通过一种或几种分析纯物质，或对某 一种或几种化合物，进行电解氧化或还原成其他价态的化合物。
3.根据权利要求1所述的钒电池负极电解液浓度的紫外定量测定方法，其特征在于 所述的酸性溶剂为硫酸、硝酸、盐酸、磷酸或碳酸等无机酸。
4.根据权利要求1所述的钒电池负极电解液浓度的紫外定量测定方法，其特征在于 所述的酸性溶剂浓度为0. 01mol/L 2mol/L。
5.根据权利要求1所述的钒电池负极电解液浓度的紫外定量测定方法，其特征在于 所述的溶液温度为常温。
6.根据权利要求1所述的钒电池负极电解液浓度的紫外定量测定方法，其特征在于 所述的扫描波长范围为190nm 900nm。
7.根据权利要求1所述的钒电池负极电解液浓度的紫外定量测定方法，其特征在于 所述的测定标准曲线的波长为V(III)或V( II )价态钒离子化合物的特征吸收波长。
8.根据权利要求1所述的钒电池负极电解液浓度的紫外定量测定方法，其特征在于 所述的v( II )化合物在空气中极不稳定，需要隔绝空气或充氮气保护。
9.一种如权利要求1所述的钒电池负极电解液浓度的紫外定量测定方法在钒电池负 极电解液浓度的测定、含有V(III)或V( II )钒离子相关产品的实验室及工业分析和质量 控制中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种钒电池负极电解液浓度的紫外定量测定方法及其应用。该方法分别对钒化合物的酸性溶做全谱扫描，确定钒离子的特征吸收峰；然后分别将钒化合物用酸性溶剂配制成标准样品溶液；在各价态钒的特征吸收波长处测定一系列不同浓度的同一价态钒溶液的吸光度，并以标准溶液的浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线。将未知钒电池负极电解液配制成上述浓度范围内的溶液，通过标准曲线找到该吸光度对应的浓度，此浓度即为未知溶液的浓度。本发明操作过程简单、分析结果可靠，用于钒电池负极电解液浓度的测定、含有V(Ⅲ)、V(Ⅱ)钒离子相关产品的实验室及工业分析和质量控制。
文档编号G01N21/33GK101995386SQ20091001344
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月27日 优先权日2009年8月27日
发明者严川伟, 刘建国, 陈富于, 陈晖 申请人:中国科学院金属研究所