電池用氫氧化鎳中硫酸根的分離及測定方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及用電位滴定法測定電池用氫氧化鎳中硫酸根的方法。本法首先用活性氧化鋁交換柱將基體元素鎳、鈷、鋅等與硫酸根進(jìn)行分離，再以鉛離子電化學(xué)傳感器為指示電極，飽和甘汞電極為參比電極，進(jìn)行電位滴定。本法分離速度快，分析的周期短，不用調(diào)節(jié)ｐＨ值，易于操作，準(zhǔn)確度高，檢測下限低。（*該技術(shù)在2018年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及用電化學(xué)法測定材料中的陰離子，更具體地說是用電位滴定法測定電池用氫氧化鎳中的硫酸根。氫氧化鎳作為鎳氫(Ni/MH)電池、高容量鎳鎘(Cd/Ni)電池的正極活性材料，被稱為高新能源材料，其電性能的優(yōu)劣直接影響到電池的性能。以硫酸鎳為原料，采用化學(xué)濕法工藝制備氫氧化鎳，硫酸根是最容易引入的雜質(zhì)，而硫酸根又是正極活性材料的有害雜質(zhì)，它能引起電池的自放電，腐蝕電池材料及設(shè)備等，氫氧化鎳中硫酸根的存在直接影響電池的綜合性能。所以測定電池用氫氧化鎳中的硫酸根成了必須要解決的技術(shù)課題。但是，氫氧化鎳中硫酸根的測定方法尚未見于文獻(xiàn)中。硫酸根的測定方法有硫酸鋇比濁法、重量法、電位滴定法、光度法等各種方法。硫酸鋇的比濁法靈敏度低、準(zhǔn)確度差。而重量法準(zhǔn)確度高，但流程長，勞動強(qiáng)度大，又不適于硫酸根含量較低的樣品。光度法存在有試劑不易得到的缺點(diǎn)，也僅適用于微量硫酸根的測定，更不適于硫酸根含量較高的樣品。中國專利文獻(xiàn)CN1051425A報(bào)導(dǎo)了一種監(jiān)控低濃度硫酸根和其他離子的方法。在一般的酸性溶液中，插入對硫酸根離子具有選擇作用的材料制成的電極，加入一預(yù)定量的非離子溶劑，該溶劑在操作溫度下可溶于水，形成該溶液和該溶劑的混合液。由于該溶劑可降低前述電極材料的溶解速率，從而防止了該溶液中硫酸鹽濃度被電極上溶解的硫酸鹽所掩蓋的現(xiàn)象，將該混合液置于對應(yīng)電極之下，測出與前述電極間的電位差，即可確定前述溶液中微量的硫酸鹽的量。所說的非離子溶劑為乙醇、丙酮、乙醛等溶劑。該法適用于微量硫酸根的測定。但是，由于基體元素鎳、鈷、鋅等離子的干擾，該法不能直接用于電池用氫氧化鎳中硫酸根的測定。電位滴定法是一種快速準(zhǔn)確的測定硫酸根的方法。同樣，由于鎳氫電池或高容量鎳鎘電池所用的氫氧化鎳材料中，除了主體氫氧化鎳之外，還有氫氧化鈷、氫氧化鋅等摻雜物，鎳元素約占55～60％，摻雜元素約占1～6％。上述的主體元素鎳及鈷、鋅等元素干擾硫酸根的電位滴定，基體元素對電位滴定終點(diǎn)突躍的影響見于表1中。表1 基體元素對硫酸根測定的影響SO2-4M2+*SO2-4/M2+終點(diǎn)突躍ΔE/ΔV(mg) (mg) W/W (mv/ml)0 5500.18 1∶3 2700.3 1∶5 2300.06 0.6 1∶101900.9 1∶151301.2 1∶20沒有終點(diǎn)0 84021∶102800.241∶2021081∶40沒有終點(diǎn)*M2+代表鎳、鈷、鋅等基體元素。由表1中可以看出，M2+對測定有干擾，在測定之前必須將鎳、鈷、鋅等基體元素與硫酸根分離。本專利技術(shù)的目的就在于研究出一種電池用氫氧化鎳中硫酸根的分離及其測定的方法。研究表明活性氧化鋁在溶液中具有無機(jī)陰離子交換劑的性質(zhì)，它對某些陰離子，特別是對硫酸根離子具有較高的選擇性吸附。本專利技術(shù)試用活性氧化鋁來吸附硫酸根使其與基體元素分離。本專利技術(shù)的一種電池用氫氧化鎳中硫酸根的分離及測定的方法，有分離和測定二個步驟，所說的分離是將制備好的酸度為1～5mol/l無機(jī)酸的氫氧化鎳水溶液，通過制備好的裝有活性氧化鋁(Al2O3)的交換柱，使硫酸根陰離子吸附在活性氧化鋁上，用水淋洗至中性，用0.1～2mol/l的堿性水溶液將吸附在活性氧化鋁上的硫酸根陰離子洗脫至容器中，使基體元素鎳及鈷、鋅與硫酸根陰離子分離；將硫酸根陰離子的洗脫液低溫蒸至近干，冷卻，加水溶解，定容，混勻；將硫酸根陰離子樣品溶液，定量轉(zhuǎn)移于燒杯中，加入適宜量的甲醇、乙醇、異丙醇、二氧雜環(huán)己烷其中的一種水溶性溶劑，以鉛離子電化學(xué)傳感器為指示電極，飽和甘汞電極為參比電極，在攪拌下，以鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行電位滴定，制作V-mv曲線，求出滴定終點(diǎn)，計(jì)算出硫酸根的含量。首先將待測定的作為鎳氫(Ni/MH)電池、高容量鎳鎘(Cd/Ni)電池的正極活性材料的氫氧化鎳樣品，置于燒杯中，加入1～5mol/l的無機(jī)酸，加熱至樣品完全溶解，形成氫氧化鎳水溶液，冷卻，調(diào)整氫氧化鎳水溶液的酸度，使其酸度為1～5mol/l無機(jī)酸，鎳離子的濃度為0.1～30mg/ml，又以其酸度為1-4mol/l無機(jī)酸，鎳離子濃度為10～25mg/ml為佳，又以其酸度為2～3mol/l無機(jī)酸為更佳。溶解樣品和調(diào)整氫氧化鎳水溶液酸度所用的無機(jī)酸為鹽酸、硝酸、高氯酸其中的一種，尤其以高氯酸、硝酸為佳。活性氧化鋁交換柱的制備，首先將平均粒度為100-160μm的氧化鋁用水浸泡、洗凈后，裝入交換柱中，例如10ml的酸式滴定管中，用1-5mol/l的HClO4(高氯酸)淋洗，又以2～3mol/l的高氯酸淋洗為好；用水淋洗至中性，再用0.1～2mol/l的氨水進(jìn)行淋洗，又以1～1.2mol/l的氨水淋洗為好。最后用水進(jìn)行淋洗至中性，使氧化鋁活化，用3～5mol/l高氯酸處理轉(zhuǎn)型，又以3-4mol/l的高氯酸處理轉(zhuǎn)型為好。高氯酸轉(zhuǎn)型后備用，上述所用的水及下述所用的水為蒸餾水、離子交換水其中的一種水。所用的交換柱中氧化鋁(Al2O3)層的體積為0.6～1.0ml，交換柱中氧化鋁的用量大約為0.5～1.0克，又以0.5-0.8克為宜。柱容量大于10mg硫酸根。交換柱的內(nèi)徑(直徑)與氧化鋁層高比為1∶4～10。將制備好的電池用氫氧化鎳水溶液以1.5～6ml/min的流速，通過制備好的活性氧化鋁交換柱，又以2～4ml/min的流速通過制備好的活性氧化鋁柱為好。當(dāng)電池用氫氧化鎳溶液完全通過氧化鋁交換柱后，使硫酸根陰離子吸附于柱上，用水淋洗活性氧化鋁交換柱，至流出的水溶液呈中性。為了將吸附在活性氧化鋁上的硫酸根陰離子洗脫下來，必須選擇適宜的硫酸根的洗脫液。由于活性氧化鋁吸附OH-的能力最強(qiáng)，所以吸附于活性氧化鋁上的陰離子，尤其是硫酸根陰離子能被堿性水溶液定量洗脫下來。所說的洗脫液堿性水溶液為0.1-2mol/l的氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、氨水其中的一種堿性水溶液，作為硫酸根洗脫液的一種堿性水溶液(濃度0.1～2mol/l)通過用水洗至中性的氧化鋁交換柱的流速為1.5～6ml/min，又以0.8～1.2mol/l的氨水溶液作為硫酸根的洗脫液為佳，0.8～1.2mol/l的氨水通過用水洗滌至中性的氧化鋁交換柱的流速以2-3ml/min為宜。用氨水洗脫液洗脫硫酸根陰離子所用的氨水洗脫液的體積在10～30ml之間，視硫酸根的量而定。若硫酸根的量小，可小于10ml；若硫酸根的量大，則可大于30ml，這是本領(lǐng)域所屬的普通技術(shù)人員所熟知的。將收集到容器(例如燒杯中)的氨水洗脫液或其他堿性洗脫液，在電爐上低溫蒸至近干，所說的低溫為90-140℃，冷卻，用水移入容量瓶中(例如50ml的容量瓶中)，定容，混合均勻。由于基體元素鎳、鈷、鋅等對硫酸根的電位滴定有干擾，用上述的活性氧化鋁交換柱分離消除。氧化鋁是一種無機(jī)陰離子交換劑，它能強(qiáng)烈地吸附二價或二價以上的陰離子，特別對硫酸根有很高的選擇性，鎳、鈷、鋅等陽離子不被吸附，就是與硫酸根生成絡(luò)陰離子的陽離子也不被吸附。樣品氫氧化鎳中的硫酸根定量吸附在活性氧化鋁上而與基體分離。一克氫氧化鎳樣品經(jīng)過分離后，殘余的鎳量小于10μg，而不干擾硫酸根的電位滴定的測定。Cr2O2-7∶SO2-4＝＜2～3/1時，重鉻酸根離子對硫酸根離子測定沒有干擾，但本樣品中不存在重鉻酸根離子。由于在水本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電池用氫氧化鎳中硫酸根的分離及測定方法，有分離和測定二個步驟，其特征是， １）分離是將制備好的酸度為１～５ｍｏｌ／ｌ無機(jī)酸的電池用氫氧化鎳水溶液，通過制備好的裝有活性氧化鋁的交換柱，使硫酸根陰離子吸附在活性氧化鋁上，用水淋洗至中性，用０．１～２ｍｏｌ／ｌ的堿性水溶液將吸附在活性氧化鋁上的硫酸根陰離子洗脫至容器中，使基體元素鎳及鈷、鋅與硫酸根陰離子分離， ２）將硫酸根陰離子的洗脫液低溫蒸至近干，冷卻，加水溶解，定容，混勻；將硫酸根陰離子樣品溶液，定量轉(zhuǎn)移于燒杯中，加入適宜量的甲醇、乙醇、異丙醇、二氧雜環(huán)己烷其中的一種水溶性溶劑，以鉛離子電化學(xué)傳感器為指示電極，飽和甘汞電極為參比電極，在攪拌下，以鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行電位滴定，制作Ｖ－ｍｖ曲線，求出滴定終點(diǎn)，計(jì)算出硫酸根的含量。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蔣文全，李莉，駱巨新，童堅(jiān)，傅鐘臻，周輝，任小華，
申請(專利權(quán))人：北京有色金屬研究總院，
類型：發(fā)明
國別省市：11[中國|北京]