一种电化学提铀的氧化钼基纳米片的制备方法及电化学提铀装置与流程

本发明属于含铀废水处理，更具体地说，本发明涉及一种电化学提铀的氧化钼基纳米片的制备方法及电化学提铀装置。

背景技术：

1、铀资源是核电运行中最重要的核燃料，是保证核电可持续发展的关键。然而，已探明的陆地铀矿储量只能提供全球约70年的核能消耗。我国铀资源供需矛盾也逐年突出，差距部分仍需要海外发展和国际市场采购的保障。为了避免过度依赖造成的风险，勘探新的铀资源是不可避免的选择。根据勘探数据，海水中的铀含量约为45亿吨，几乎是陆地上已探明铀储量的1000倍。此外，由于海水和岩石的化学反应，提取物将补充海水中的总铀储量，保持相对稳定的铀浓度。从海水中提取铀的传统方法是利用与铀酰的结合位点进行选择性吸附。尽管在吸附方面取得了进展，但仍存在吸附能力低、洗脱成本高、动力学速度慢等问题。

2、电化学还原法由于电场驱动的加速萃取动力学和对非还原共存离子的自然选择性，为海水中铀的萃取提供了新的思路。作为一种新型海水提铀的方法，电化学法可以高效实现海水中铀的提取与释放。同时电化学法设备简单、易自动化、灵敏度高、能源利用率高、选择性好、环境兼容性高等优点逐步受到研究者的重视，同时也在各个领域得到广泛应用。制备同时具有高选择性与高导电性的电极材料是高效电化学提铀的关键。氧空位作为铀酰有效的配位位点，为高效电极材料制备提供了新的思路。然而电极材料的配位位点会因铀酰的填充持续减少，严重影响了铀酰的还原提取。本章节提出氢溢流空位再生策略，通过构筑金属-氧化物界面中，金属活化氢物种后产生的原子态氢可以自发移动到氧化物上，带走金属氧化物晶格中的氧形成氧空位缺陷，实现空位再生，从而保障铀酰在电化学过程中铀酰的持续高效沉积。

3、含空位的钼基氧化物（moox，x<3）纳米片是氢溢流效应中氧化物的良好材料，并且moox中低价态的钼可还原铀酰。作为可高效活化质子的金属，金属co是与moox形成界面氢溢流体系的优良选择。因此如何将金属co与moox结合，制备得到一种对铀具有高提取效率和高提取容量的材料，称为一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

2、为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种电化学提铀的氧化钼基纳米片的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一、采用溶剂热工艺合成moox纳米片，其中x＜3；

4、步骤二、将co负载在moox纳米片上，制备得到co-moox纳米片。

5、优选的是，其中，所述步骤一中，采用溶剂热工艺合成moox纳米片的制备方法包括：将钼金属粉与1-丁醇混合，然后加入过氧化氢，搅拌一定时间，形成纯黄色溶液；将最终溶液移到高压釜中，恒温保持一定时间，离心浓缩沉积物，用无水乙醇和去离子水冲洗多次，然后在在一定温度下干燥过夜，得到moox纳米片。

6、优选的是，其中，所述步骤一中，钼金属粉、1-丁醇和过氧化氢的用量比例为0.5~6mmol : 10~40 ml : 1~8 ml，所述过氧化氢的质量分数为30%。

7、优选的是，其中，所述步骤一中，加入过氧化氢后的搅拌时间为20~90 min，恒温保持的温度为110~160 ℃，恒温时间为8~14 h，干燥温度为50~90℃。

8、优选的是，其中，所述步骤二中，将co负载在moox纳米片上的具体方法包括：将c15h24coo6和 moox纳米片在n2气氛下加热至一定温度，并保温，然后冷却至室温，得到co-moox纳米片，用无水乙醇和去离子水冲洗多次，然后在一定温度下干燥过夜。

9、优选的是，其中，所述步骤二中，c15h24coo6和 moox纳米片的质量比为1~5 : 1~5。

10、优选的是，其中，所述步骤二中，c15h24coo6和 moox纳米片在n2气氛下加热的温度为600~800 ℃，保温时间为2~12 h，干燥过夜温度为50~80 ℃。

11、一种co-moox纳米片的应用，所述co-moox纳米片应用于电化学提铀。

12、优选的是，其中，所述co-moox纳米片应用于电化学提铀的实验方法包括：采用电化学工作站，以ag/agcl和pt丝分别作为参比电极和对电极，配置3.5 m氯化钾溶液作为电解液；将co-moox纳米片样品、碳黑和0.5 wt%的nafion溶液溶解在酒精中，超声处理0.5 h，得到均匀的油墨，其中co-moox纳米片样品、碳黑、nafion溶液和酒精的质量体积比为1~10mg : 1~10 mg : 10~70 μl : 1~8 ml；然后将油墨刷在1×2厘米的碳纸上作为工作电极，采用恒电位法对co-moox纳米片对u(vi)的还原能力进行测定。

13、一种电化学提铀装置，其结构包括：

14、浮板，其上表面设置有pvc固定网格管，所述pvc固定网格管上铺设有太阳能电池板；

15、电极池，其设置在所述浮板的下方，所述电极池通过钢丝绳与所述pvc固定网格管连接；所述电极池的上端和下端分别设置有进水口，所述进水口中安装有铝板，所述铝板上设置有多个小孔；所述电极池的顶部设置有多个排气口，所述排气口通过软管与大气连通；

16、所述电极池的外部设置有配重机构，所述配重机构包括：

17、底板，其设置在所述电极池的底部；

18、顶板，其设置在所述电极池的上端，所述底板与顶板之间连接有连接柱，所述钢丝绳与所述顶板可拆卸连接；

19、所述电极池的内部设置有铂电极、第一阴极板和第二阴极板，其中第一阴极板和第二阴极板之间通过锡青铜板连接；

20、所述太阳能电池板连接有控制器，所述控制器分别连接有用于储能的电池和纯正弦波逆变器，所述纯正弦波逆变器连接有高频电源，所述铂电极、第一阴极板和第二阴极板通过线缆与高频电源相接；

21、所述第一阴极板和第二阴极板上设置有碳纸，所述碳纸涂覆有油墨，所述油墨的制备方法包括：将co-moox纳米片样品、碳黑和0.5 wt%的nafion溶液溶解在酒精中，超声处理0.5 h，得到均匀的油墨，其中co-moox纳米片样品、碳黑、nafion溶液和酒精的质量体积比为1~10 mg : 1~10 mg : 10~70 μl : 1~8 ml。

22、本发明至少包括以下有益效果：本发明利用氢溢流效应实现了氧空位的原位生成及动态补偿，进而维持电化学海水提铀中的氧空位浓度平衡，保障铀酰的持续“氧插入”沉积，实现了海水中铀的高效电化学还原。在-1.6v的恒电压下，相比于moox纳米片，co-moox纳米片显示出更出色的海水提铀能力。在含8 ppm铀的模拟海水中，co-moox纳米片相对于moox纳米片表现出显著的提取动力学，40 min内提取效率为95.8%。利用光伏组件耦合电化学提铀装置，通过电化学提取-解吸过程，将10l的真实海水浓缩到含有1122 ppb u(vi)的水溶液中，提取和解吸效率为68%。本发明为高效海水提铀电极材料的制备提供新的思路和策略。

23、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。