从含钒含氧酸根的水溶液中提取固体络合物的方法、得到的固体络合物及其用途技术

本发明专利技术涉及一种从含钒含氧酸根的水溶液中提取固体络合物的方法、得到的固体络合物及其用途。所述方法包括：1)使pH值在2～4的含钒含氧酸根的水溶液，与含脂肪族直链伯胺(异丙胺、正辛胺、十二胺、十六胺或十八胺中的任意一种或至少两种的混合物)的有机溶剂反应；2)然后将水相和有机相分离；3)对有机相进行固液分离，得到固体络合物。本发明专利技术的方法适用于配制的含钒水溶液、工业废水或含钒浸出液，可实现二次资源的合理应用。所得到的固体络合物可作为新型环境工程功能材料，用于制备电池的前驱体，或直接作为催化剂或与载体复合得到复合催化剂用于光催化降解有机物，降低了含钒材料制备成本，具有较好的应用前景。

Method for extracting solid complex from aqueous solution containing vanadium and oxyacid, solid complex obtained and its use

The invention relates to a method for extracting solid complexes from aqueous solution containing vanadium oxyacid radical, a obtained solid complex and its application. The methods include: 1) make the pH value in 2~4 of the aqueous solution containing vanadium containing oxyacid, react with an organic solvent containing aliphatic direct chain amines (isopropamide, N, twelve amine, sixteen amines or at least two mixtures); 2) then separate the aqueous phase from the organic phase; 3) carry out the solid-liquid separation of the organic phase. In vitro, the solid complex is obtained. The method of the invention is suitable for preparing vanadium-containing aqueous solution, industrial wastewater or vanadium-containing leaching solution, and can realize rational application of secondary resources. The solid complex can be used as a new functional material for environmental engineering. It can be used to prepare precursor of battery, or composite catalyst directly used as catalyst or carrier to the photocatalytic degradation of organic matter, which reduces the preparation cost of vanadium containing materials, and has a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
从含钒含氧酸根的水溶液中提取固体络合物的方法、得到的固体络合物及其用途
本专利技术属于冶金环境工程领域，涉及一种从含钒含氧酸根的水溶液中提取固体络合物的方法、得到的固体络合物及其用途，具体涉及一种从含钒含氧酸根的水溶液中提取固体络合物的方法、提取得到的固体络合物及作为电池材料前驱体或光催化材料降解有机物的用途。
技术介绍
钒是一种重要的金属材料，在我国的储量居世界第四位，全国有10多个省市(区)都有钒矿物资源，钒在多个领域有广泛应用，钒在电池材料中具有很好的应用前景，近日，很多文献报道钒酸及其化合物可以单独或者与其他材料复合作为锂离子电池的正极材料(G.Xu,H.He,H.Wan,R.Liu,X.Zeng,D.Sun,X.HuangandH.Wang,JournalofAppliedElectrochemistry,2016,46,879-885；S.Sarkar,A.Bhowmik,J.Pan,M.D.BharadwajandS.Mitra,JournalofPowerSources,2016,329,179-189；A.Ottmann,G.S.Zakharova,B.EhrsteinandR.Klingeler,ElectrochimicaActa,2015,174,682-687；S.-S.Cao,J.-F.Huang,H.-B.Ouyang,L.-Y.Cao,J.-Y.LiandJ.-P.Wu,MaterialsLetters,2014,126,20-23.)然而，高昂的原料成本制约了其作为电池活性材料的进一步发展。相同的情况也发生在钒的其他应用领域，例如，钒在光催化领域也有很好地应用前景(R.Li,F.Zhang,D.Wang,J.Yang,M.Li,J.Zhu,X.Zhou,H.HanandC.Li,NatureCommunications,2013,4,1432；G.XiandJ.Ye,ChemicalCommunications,2010,46,1893-1895.)，但是原料成本问题仍旧是限制其发展的主要原因。在这样的情况下，如果可以用低廉的成本从废弃物中回收出纯度较高的钒化合物直接用于钒材料的应用，将大大扩大钒材料的应用范围，具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种从含钒含氧酸根的水溶液中提取固体络合物的方法、提取得到的固体络合物及其用途。本专利技术方法不仅可以用于实验室制备，也可以有效简便的从含钒废水或浸出液中回收金属钒并用作电池材料的前驱体或催化剂，大大降低了含钒电池材料及催化剂的成本，同时对二次资源进行了高值化合理利用。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种从含钒含氧酸根的水溶液中提取固体络合物的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)可选的调节含钒含氧酸根的水溶液pH值在2～4之间，然后与含脂肪族直链伯胺的有机溶剂混合，反应，生成络合产物；(2)将步骤(1)反应完成后的混合溶液中的水相和有机相分离；(3)对有机相进行固液分离，得到固体络合物；所述脂肪族直链伯胺为：异丙胺、正辛胺、十二胺、十六胺或十八胺中的任意一种或至少两种的混合物，所述混合物典型但非限制性实例有：异丙胺和正辛胺的混合物，异丙胺和十二胺的混合物，十二胺和十六胺的混合物，异丙胺、十二胺和十八胺的混合物等。本专利技术中，所述脂肪族直链伯胺可以是纯物质，也可以是至少两种脂肪族直链伯胺的混合物。所述“脂肪族直链伯胺”中的“直链”指：伯胺处于分子碳链骨架的端点，而不是在支链上。本专利技术中，步骤(1)反应生成的络合产物，即钒酸和有机物的络合产物。本专利技术中所述“含钒含氧酸根的水溶液”指：含有钒含氧酸根的水溶液，例如含有H2VO4-，HV4O11-，V6O162-和V10O262-均可。本专利技术中，步骤(1)所述“可选的”指：若含钒含氧酸根的水溶液的pH值在2～4之间，则不进行调节pH值的步骤；若含钒含氧酸根的水溶液的酸度不够，即pH值大于4，则进行调整pH值的步骤；若含钒含氧酸根的水溶液的酸度过强，即pH值小于2，则也进行调整pH值的步骤。本专利技术通过使用特定种类的脂肪族直链伯胺与pH在2～4之间的含钒含氧酸根的水溶液混合，发生氢键络合反应，生成钒酸和有机物的络合产物。本专利技术使用的特定种类的脂肪族直链伯胺不仅可与含钒含氧酸根的水溶液发生氢键络合反应，得到络合物；而且，这些特定种类的脂肪族直链伯胺在有机溶剂中的溶解度较低，根据相似相溶原理，以其作为萃取剂，和钒含氧酸接触会直接生成固体物质，从而可以从含钒含氧酸根的水溶液中萃取出钒酸并直接生成固体络合物。本专利技术中，对含钒含氧酸根的水溶液的来源不作限定，可以是实验室配制模拟溶液，也可以是工业实际废水(如含钒废水)或浸出液。本专利技术中，所述含钒含氧酸根的水溶液中的阴离子可以只是钒的含氧酸根，也可以既含钒含氧酸根又含有其他阴离子，所述其他阴离子可以是铬酸根和/或其他过渡金属含氧酸根。例如，可以为实际金属浸出液，其中含钒酸20g/L，铬酸5g/L，还可以含有少量其他杂质。本专利技术的含钒含氧酸根的水溶液中还可以含有杂质。本专利技术中，若酸度不够，即pH值大于4，调节含钒含氧酸根的水溶液pH使用的试剂可以是所有的酸，例如可以是盐酸、醋酸和硫酸等。本专利技术中，若酸度过强，即pH值小于2，调节含钒含氧酸根的水溶液pH使用的试剂可以是所有的强碱，例如可以是氢氧化钠和氢氧化钾等。优选地，步骤(1)所述含脂肪族直链伯胺的有机溶剂中，溶剂为能溶解脂肪族直链伯胺的弱极性有机溶剂，优选包括甲苯、正己烷或煤油中的任意一种或几种的混合物，但并不限于上述列举的物质，其他本领域常用的能够溶解本专利技术所述脂肪族直链伯胺(即异丙胺、正辛胺、十二胺、十六胺或十八胺中的任意一种或至少两种的混合物)的弱极性有机溶剂也可用于本专利技术。本专利技术中，所述溶剂可以是纯物质，也可以是至少两种溶剂的混合物。优选地，步骤(1)所述含脂肪族直链伯胺的有机溶剂中，脂肪族直链伯胺的摩尔浓度是含钒含氧酸根的水溶液中V的摩尔浓度的0.5～2.0倍，例如为0.5倍、0.8倍、1.0倍、1.2倍、1.4倍、1.5倍、1.7倍、1.8倍或2.0倍。需要指出的是，若涉及到混合物，计算摩尔浓度时按照总摩尔浓度计算。优选地，步骤(1)所述含脂肪族直链伯胺的有机溶剂的体积是含钒含氧酸根的水溶液的体积的0.5～2.0倍，例如为0.5倍、0.7倍、0.8倍、1.0倍、1.3倍、1.5倍、1.6倍、1.8倍或2.0倍等。本专利技术中，含脂肪族直链伯胺的有机溶剂和含钒含氧酸根的水溶液的体积比又称为“相比”。本专利技术中，步骤(1)中反应一般在常温下进行，即10℃～35℃，例如为10℃、15℃、17℃、20℃、25℃、27℃、30℃、32℃或35℃等。在常规条件下，不用特意加减温度，若在极端条件下，则应当保持温度在10℃～35℃内。作为本专利技术所述方法的优选技术方案，步骤(1)为：步骤(1)为：可选的调节含钒含氧酸根的水溶液pH值到2～4之间，然后将pH值在2～4之间的含钒含氧酸根的溶液与含脂肪族直链伯胺的有机溶剂放入同一个容器中，在震荡或搅拌的条件下进行反应。优选地，所述震荡采用的装置为振荡器。优选地，所述搅拌包括但不限于磁子搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从含钒含氧酸根的水溶液中提取固体络合物的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)可选的调节含钒含氧酸根的水溶液pH值在2～4之间，然后与含脂肪族直链伯胺的有机溶剂混合，反应，生成络合产物；(2)将步骤(1)反应完成后的混合溶液中的水相和有机相分离；(3)对有机相进行固液分离，得到固体络合物；所述脂肪族直链伯胺为：异丙胺、正辛胺、十二胺、十六胺或十八胺中的任意一种或至少两种的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种从含钒含氧酸根的水溶液中提取固体络合物的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)可选的调节含钒含氧酸根的水溶液pH值在2～4之间，然后与含脂肪族直链伯胺的有机溶剂混合，反应，生成络合产物；(2)将步骤(1)反应完成后的混合溶液中的水相和有机相分离；(3)对有机相进行固液分离，得到固体络合物；所述脂肪族直链伯胺为：异丙胺、正辛胺、十二胺、十六胺或十八胺中的任意一种或至少两种的混合物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述含钒含氧酸根的水溶液包括实验室配制模拟溶液或工业实际废水或浸出液；优选地，步骤(1)所述含钒含氧酸根的水溶液中的阴离子只有钒的含氧酸根；优选地，步骤(1)所述含钒含氧酸根的水溶液中的阴离子既有钒的含氧酸根又含有其他阴离子，所述其他阴离子优选为铬酸根和/或其他过渡金属含氧酸根；优选地，步骤(1)所述含钒含氧酸根的水溶液中还含有杂质；优选地，步骤(1)所述调节含钒含氧酸根的水溶液pH使用的试剂为酸或碱，所述酸包括盐酸、醋酸或硫酸中的任意一种或几种的混合物。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述含脂肪族直链伯胺的有机溶剂中，溶剂为能溶解脂肪族直链伯胺的弱极性有机溶剂，优选包括甲苯、正己烷或煤油中的任意一种或几种的混合物；优选地，所述脂肪族直链伯胺为纯物质，或者几种脂肪族直链伯胺的混合物；优选地，所述溶剂为纯物质或几种溶剂的混合物；优选地，步骤(1)所述含脂肪族直链伯胺的有机溶剂中，脂肪族直链伯胺的摩尔浓度是含钒含氧酸根的水溶液中V的摩尔浓度的0.5～2.0倍；优选地，步骤(1)所述含脂肪族直链伯胺的有机溶剂的体积是含钒含氧酸根的水溶液的体积的0.5～2.0倍；优选地，步骤(1)所述反应的温度为常温，即10℃～35℃。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)为：可选的调节含钒含氧酸根的水溶液pH值到2～4之间，然后将pH值在2～4之间的含钒含氧酸根的溶液与含脂肪族直链伯胺的有机溶剂放入同一个容器中，在震荡或搅拌的条件下进行反应；优选地，所述震荡采用的装置为振荡器；优选地，所述搅拌包括磁子搅拌或搅拌桨搅拌中的任意一种；优选地，所述震荡或搅拌的时间为5min～5h，优选30min～2h。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)为：将步骤(1)反应完成后的混合溶液静置，分离混合溶液中的水相和有机相；优选地，所述静置的时间为5min～5h，优选5min～2h；优选地，步骤(2)所述分离采用的方式包...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁朋歌，温嘉玮，曹宏斌，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11