钒储能介质中氯和硫酸根的离子色谱检测方法研究
2020-11-09姜雪莲邸卫利
李 茜 姜雪莲 邸卫利
(大连博融新材料有限公司,大连 116450)
近年来,以美国、德国、日本、澳大利亚等国家为代表,分布式和户用储能快速发展起来。在特斯拉、Sonnen batterie、LGChem等公司面向全球发布户用储能产品的同时,国内储能技术企业也瞄准澳大利亚、德国等海外市场,推出家用储能产品。储能产品中,钒液流电池以其环境友好性在市场中的地位逐步提高,而盐酸体系钒储能介质是钒液流电池中电解质的一种,快速、准确检测钒储能介质中氯离子和硫酸根离子的含量,对生产工艺有重要的指导作用。
钒储能介质是钒电池的主要组成部分,钒储能介质一般采用硫酸和盐酸作为支持电解液,其中氯离子和硫酸根离子的浓度会影响溶液的粘度、稳定性及电导率,最终影响电池的效率。目前硫酸根的检测方法有电位滴定法[2]、离子色谱法、重量法、原子荧光光谱法等。氯离子检测方法通常有电化学方法,通过循环伏安法检测生乳中氯离子的含量,GB5009.44-2016银量法、硫氰酸铵容量法、磷酸蒸馏-汞盐滴定法、电位滴定法、离子色谱法、直接电位法、比色法等。
离子色谱法测定原理为试样进入离子色谱交换树脂,经适当的淋洗液洗脱,被测阴离子由于在色谱柱上的保留特性不同而分离。钒储能介质常温为液体,通过对样品进行稀释,使氯离子、硫酸根离子的浓度在线性范围内,进行离子色谱检测。操作简单,有效的防止了有害试剂的使用与产生,同时降低了钒离子对交换树脂的损坏,在钒储能介质的生产和应用方面具有重要的意义。
1 材料与方法
1.1 实验仪器与试剂
1.1.1仪器
ICS-1100型离子色谱仪(美国Dionex公司);Chromeleon 7.00色谱工作站;NW 15UV纯水仪(大连众邦科业科技发展有限公司);T50自动电位滴定仪(梅特勒-托利多)。
1.1.2试剂
优级纯氯化钠,优级纯硫酸铵,二级水。
1.2 色谱条件
色谱柱:IonPac AG12A/AS12A;淋洗液:2.7mM Na2CO3、0.3mM NaHCO3;流速:1.2mL/min;柱温:40℃;进样体积:25μL;抑制器:AMMS 300 4 mm,50 mmol硫酸溶液;检测器温度:35℃。
1.3 样品前处理方法
准确移取5mL样品至1000mL容量瓶中,二级水定容至刻度线,通过0.22μm尼龙滤膜过滤后备用。
2 结果与分析
2.1 线性范围
氯离子和硫酸根离子分别在2~20 mg/L 和0.4~4 mg/L范围内具有良好的线性。
2.2 样品检测结果
对4个储能介质样品进行测定,样品1加标色谱图见图1(图1的组分1代表的是氯离子,组分3代表的是硫酸根),测定结果见表1。离子色谱检测钒储能介质中Cl-、SO42-的结果与电位滴定法、重量法检测结果一致,对样品1进行加标实验,Cl-、SO42-回收率分别为101.32%、101 .43%,表明方法准确性较好。
图1 标准曲线及钒储能介质加标样品谱图
表1 样品测定及加标回收结果
2.3 数据分析
对Cl-、SO42-两种分析方法所得结果进行比较,确定是否有显著性差异。
2.3.1Cl-两种分析方法数据分析
先运用F检验法,比较两组数据的s12和s22:
F计算=s大2/s小2=0.0562/0.0422=1.80
查F值表,f1=4,f2=4,95%置信度下,F表=9.28。F计算 =0.050 查t值表,f=6,置信度为95%时,t表=2.45。因t计算 2.3.2SO42-两种分析方法数据分析 先运用F检验法,比较两组数据的s12和s22: F计算= s大2/s小2=0.0202/0.0192=1.09 查F值表,f1=4,f2=4,95%置信度下,F表=9.28。F计算 =0.020 查t值表,f=6,置信度为95%时,t表=2.45。因t计算 建立了一种钒储能介质中氯离子和硫酸根的离子色谱快速检测方法,并进行了方法对比,离子色谱法法与滴定法、重量法不存在显著性差异,方法操作简便,无需复杂的前处理即可获得良好的选择性和稳定性,对钒储能介质生产过程和产品质量检测具有重要意义。3 结论