Qualitative and quantitative analysis of multivalent vanadium ions in sulphuric acid electrolyte

Abstract

Analytical methodologies for characterization and determination of vanadium in vanadium electrolyte solutions in sulphuric acid media have been developed. Determination of total vanadium over a wide concentration range was performed using atomic absorption spectrometric technique for the ppm region, and by UV-VIS spectrophotometric and potentiometric techniques for the higher concentration region. Standard addition was required for determination of total vanadium and trace impurities, such as Cu, Fe and Pb, in vanadium electrolyte solution. Influence of matrix or ionic environment of vanadium, e.g. acid content, sulphate ion and trace impurities was carefully studied. The unique characteristics of UV-VIS absorption spectra of vanadium species with various oxidation states were systematically studied and applied for speciation of vanadium species in standard mixtures and in real samples. The first derivative spectra have the advantages of overcoming overlap of peaks and identifying characteristic wavelengths. Moreover, the stability of V(III) species in H(,2)SO(,4) solution with and without chloride ion was also investigated. The acid-base and oxidation-reduction behaviours of vanadium species were studied by potentiometric techniques, using combination glass and Pt electrodes, respectively. V(III) and V(IV) species exhibited less proton affinities than V(V) species. Comparisons between UV-VIS spectrophotometric and potentiometric techniques for speciation of vanadium species with different oxidation states are summarized.

งานวิจัยนี้ได้พัฒนาวิธีวิเคราะห์เชิงคุณภาพและปริมาณของวาเนเดียมในสาร ละลายวาเนเดียมอิเล็กโทรไลต์ในกรดซัลฟิวริก โดยทำการศึกษาวาเนเดียมในช่วงความ เข้มข้นกว้างเทคนิคอะตอมมิกแอบซอร์พชันสเปกโทรเมตรี ใช้สำหรับวิเคราะห์ความเข้มข้น ของวาเนเดียมปริมาณน้อยในระดับหนึ่งในล้านส่วน ขณะที่เทคนิคยูวี-วิสิเบิลสเปกโทร โฟโตเมตรีและโพเทนชิออเมตรีใช้สำหรับวิเคราะห์วาเนเดียมที่ระดับความเข้มข้นสูง การวิเคราะห์ปริมาณของวาเนเดียมและสารปนเปื้อนเช่นทองแดง เหล็ก และ ตะกั่ว ในสารละลายวาเนเดียมอิเล็กโทรไลต์ด้วยเทคนิคอะตอมมิกแอบซอร์พชันสเปกโทรเมตรี จะใช้วิธีการเติมสารมาตรฐานลงในสารตัวอย่าง เนื่องจากในตัวอย่างมีสารที่รบกวนการ วิเคราะห์เช่น กรดซัลฟิวริกซัลเฟตไอออน และสารปนเปื้อน ในปริมาณที่ต่างๆ กัน ลักษณะเฉพาะของสเปกตรัมในย่านยูวี-วิสิเบิลของวาเนเดียมแต่ละสปีชีส์ สามารถ นำไปประยุกต์ใช้จำแนกชนิดของวาเนเดียมที่มีเลขออกซิเดชันต่างกันในสารละลายผสม มาตรฐาน และสารตัวอย่าง โดยเปรียบเทียบผลการวิเคราะห์กับเทคนิคโพเทนชิออเมตรี ได้ทำการศึกษาสเปกตรัมอนุพันธ์อันดับหนึ่งพบว่าสามารถแยกสัญญาณที่ซ้อนทับกันได้ และสามารถบอกความยาวคลื่นที่ให้ค่าการดูดกลืนสูงสุดได้ชัดเจน นอกจากนี้ได้ศึกษา ความเสถียรของวาเนเดียม (III) ในสารละลายกรดซัลฟิวริกที่มีและไม่มีไอออนของ คลอไรด์ การศึกษาคุณสมบัติการแลกเปลี่ยนโปรตอน และอิเล็กตรอนของวาเนเดียมแต่ละ สปีชีส์ ด้วยเทคนิคโพเทนชิออเมตรีโดยใช้ขั้วไฟฟ้าแก้วรวม และขั้วไฟฟ้าแพลทินัมรวม พบว่าวาเนเดียม (III) และวาเนเดียม (IV) มีสัมพรรคภาพในการรับโปรตอนน้อยกว่า วาเนเดียม (V) ได้เปรียบเทียบเทคนิคยูวี-วิสิเบิลสเปกโทรเมตรี และโพเทนชิออเมตรีในการนำ มาใช้จำแนกชนิดของวาเนเดียมที่มีเลขออกซิเดชันต่างกัน