一种铀分离的铁钼基催化材料的制备及应用

本发明属于海水提铀，具体涉及一种铀分离的铁钼基催化材料的制备及应用。

背景技术：

1、核电能源由于其能量的高密度与绿色环保而倍受人们的推崇。但是铀资源作为核电的燃料，核电的快速发展必然导致对铀资源的需求增加，而成为一种关键性的资源。据报道，陆地上已探明的铀储量仅为760万吨，常规铀储量可在一个世纪内耗尽。因此，迫切需要一种新的铀供应来源。近几十年来，由于这海水中未开发的资源规模，海水提铀受到了相当大的关注。海洋中存在大量的铀资源并非且从海水中提取铀比陆地开采对环境的负面影响更小。然而，海水的高盐环境和复杂的成分为这项工作增加了难度。目前面向电化学海水提铀的方法主要以吸附法为主。但是传统的吸附法对于海水提铀而言，仍然存在着吸附剂材料的固有的距局限性，如选择性差，吸附位点被干扰离子占据和动力学缓慢。而新兴的电化学方法，通过施加外部电场，对离子进行牵引移动，动力学迅速，提取容量大。而这就对电极催化剂的设计要求就会更高。

2、对于电化学海水提铀而言，其电子的转移速度对铀还原与提取速度有着不可分割的联系。如in-nx-c通过设计空心的碳氮掺杂的空心胶囊结构，提了电子的质量，加快的电子的转移速度，在天然海水中，in-nx-c的一天的提取容量高达6.35mg/g。另一个例子是，通过构造zns/wo3之间的异质结，形成双电子转移，大大加快电子的运输与转移，zns/wo3复合材料在可见光照射下表现出更高的光还原u(vi)性能，u(vi)的最大提取容量为1.52g/g，并且其去除效率达到93.4％。催化剂界面调控因为其提高催化剂的选择性、稳定性与电子的转移速度而被重点关注。复合材料中不同组分的协同作用，电子效应使电催化反应的中间体具有有效的电子转移和适当的结合能。

3、铁基氧化物由于其充分的配位表面基团暴露，可以与氧阴离子相互作用而被广泛的研究。但是fe3o4导电性一般，催化性能差，阻碍了电子传递，导致铀还原响应有限。mos2是典型的二维过渡金属二卤代化物材料，通常比金属氧化物具有较低的电荷转移电阻，同时具有较高的催化活性，对于水中有机污染物降解、电化学催化等方面是mos2是很有前景的材料。在fe3o4的制备过程中加入适量的mos2，以制备界面键合fe3o4/mos2催化剂用于高效电化学铀的提取。然而现有技术中并没有公开将制备的fe3o4/mos2催化剂用于高效电化学铀的提取。

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，提供了一种铀分离的铁钼基催化材料的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一、将fecl3·6h2o、naoh和mos2溶解在乙二醇中，搅拌，得到混合物；

4、步骤二、将混合物转移到聚四氟乙烯衬里的高压灭菌反应釜中，放置在180～220℃的烘箱中进行8～12小时的水热反应，然后冷却至室温后，得到黑色沉淀物，之后对黑色沉淀物进行水洗与醇洗，将洗涤好的黑色产物放置在真空干燥箱50～80℃干燥，得到铁钼基催化剂，即fe3o4/mos2。

5、优选的是，所述mos2的制备方法为：将四水钼酸铵和硫脲溶于水中，搅拌，得到混合物溶液，将得到的混合物溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压灭菌反应釜中，将高压反应釜置于180～220℃的烘箱中进行水热反应18～24小时，然后冷却至室温后，所得产物用去离子水和无水乙醇离心洗涤，得到的产物放在真空烘箱中进行干燥，得到mos2。

6、优选的是，所述步骤一中，fecl3·6h2o与naoh的摩尔比为1:3～8；所述fecl3·6h2o与mos2的摩尔质量比为1mmol:10～15mg；所述fecl3·6h2o与乙二醇的摩尔体积比为1mmol:8～12ml。

7、优选的是，所述四水钼酸铵和硫脲的质量比为1:1.5～2.5；所述四水钼酸铵与水的质量体积比为1～1.5g:35～45ml。

8、优选的是，所述步骤二中，将混合物转移到高压反应釜中之前，使用nd:yag脉冲激光器对混合物进行紫外脉冲激光辐照；所述紫外脉冲激光辐照的时间为3～5min；所述紫外脉冲激光辐照的波长为355nm，脉冲宽度为5～15ns，脉冲频率为20～30hz；单脉冲能量为50～120mj。

9、本发明还提供一种如上所述的制备方法制备的铁钼基催化剂在电化学海水提铀中的应用，包括以下步骤：

10、步骤a、将铁钼基催化剂、炭黑和nafion溶液加入无水乙醇中，之后加入nafion溶液，超声0.5～1.5小时，得到混合溶液，将碳毡粘贴在50℃的电热板上，将混合溶液均匀的涂刷在碳毡之上，待无水乙醇挥发后，继续涂刷，涂刷至混合溶液耗尽，得到碳毡均匀负载铁钼基催化剂的样品；

11、步骤b、将步骤a的样品用作电化学工作站的三电极体系中的工作电极；且三电极体系中的对电极为铂丝电极，参比电极为银/氯化银电极；

12、将海水通过0.2μm过滤器过滤，然后在海水中加入硝酸铀酰，得到模拟铀海水，将模拟铀海水加入三电极体系的电解池中，采用-1.6v vs ag/agcl的电位从模拟铀海水中提取铀。

13、优选的是，所述铁钼基催化剂具有纳米八面体fe3o4，且纳米八面体fe3o4均匀分散在mos2纳米片表面。

14、优选的是，所述铁钼基催化剂与炭黑的质量比为4～6:3；所述铁钼基催化剂与无水乙醇的质量体积比为4～6mg：1～3ml；所述铁钼基催化剂与nafion溶液的质量体积比为4～6mg:30～40μl；所述nafion溶液的浓度为0.5wt％。

15、优选的是，将碳毡裁剪成高：宽为1cm：2cm的四边形形状进行使用。

16、优选的是，所述模拟铀海水中硝酸铀酰的浓度为0.1～100mg/l。

17、优选的是，所述步骤b的替换为：将步骤a的样品用作双电极体系中的阴极；pt丝电极被作为对电极；

18、将天然海水通过0.2μm过滤器过滤，然后加入电解池中，采用恒定电流的方法，限制测试的电流为-100ma，持续电化学海水提铀5～24h。

19、本发明至少包括以下有益效果：本发明通过水热法成将纳米八面体fe3o4负载到mos2晶体之上，成功合成了界面键合的fe3o4/mos2电催化剂，十分显著的提升了纳米八面体fe3o4催化剂的稳定性与循环性。在铀的模拟溶液和加标海水中，fe3o4/mos2的提取性能明显纳米八面体fe3o4的提取效率。经过七次电化学提取-解吸，其电化学海水提铀效率仍然达到90％以上。在真实海水实验中，fe3o4/mos2在10l天然海水中，经过7个小时的电化学提取，其铀的提取量达到27.2μg，提取容量为5.44mg/g。

20、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。

技术特征：

1.一种铀分离的铁钼基催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的铀分离的铁钼基催化材料的制备方法，其特征在于，所述mos2的制备方法为：将四水钼酸铵和硫脲溶于水中，搅拌，得到混合物溶液，将得到的混合物溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压灭菌反应釜中，将高压反应釜置于180～220℃的烘箱中进行水热反应18～24小时，然后冷却至室温后，所得产物用去离子水和无水乙醇离心洗涤，得到的产物放在真空烘箱中进行干燥，得到mos2。

3.如权利要求1所述的铀分离的铁钼基催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，fecl3·6h2o与naoh的摩尔比为1:3～8；所述fecl3·6h2o与mos2的摩尔质量比为1mmol:10～15mg；所述fecl3·6h2o与乙二醇的摩尔体积比为1mmol:8～12ml。

4.如权利要求2所述的铀分离的铁钼基催化材料的制备方法，其特征在于，所述四水钼酸铵和硫脲的质量比为1:1.5～2.5；所述四水钼酸铵与水的质量体积比为1～1.5g:35～45ml。

5.一种如权利要求1～4任一项所述的制备方法制备的铀分离的铁钼基催化材料在电化学海水提铀中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的的应用，其特征在于，所述铁钼基催化剂具有纳米八面体fe3o4，且纳米八面体fe3o4均匀分散在mos2纳米片表面。

7.如权利要求5所述的的应用，其特征在于，其特征在于，所述铁钼基催化剂与炭黑的质量比为4～6:3；所述铁钼基催化剂与无水乙醇的质量体积比为4～6mg：1～3ml；所述铁钼基催化剂与nafion溶液的质量体积比为4～6mg:30～40μl；所述nafion溶液的浓度为0.5wt％。

8.如权利要求5所述的的应用，其特征在于，将碳毡裁剪成高：宽为1cm：2cm的四边形形状进行使用。

9.如权利要求5所述的的应用，其特征在于，所述模拟铀海水中硝酸铀酰的浓度为0.1～100mg/l。

10.如权利要求5所述的的应用，其特征在于，所述步骤b的替换为：将步骤a的样品用作双电极体系中的阴极；pt丝电极被作为对电极；

技术总结
本发明公开了一种铀分离的铁钼基催化材料的制备及应用，包括：将FeCl<subgt;3</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O、NaOH和MoS<subgt;2</subgt;溶解在乙二醇中，搅拌，得到混合物；将混合物转移到聚四氟乙烯衬里的高压灭菌反应釜中，水热反应，然后冷却至室温后，得到黑色沉淀物，之后对黑色沉淀物进行水洗与醇洗，将洗涤好的黑色产物放置在真空干燥箱50～80℃干燥，得到铁钼基催化剂，即Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/MoS<subgt;2</subgt;。本发明通过水热法成将纳米八面体Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;负载到MoS<subgt;2</subgt;晶体之上，成功合成了界面键合的Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/MoS<subgt;2</subgt;电催化剂，十分显著的提升了纳米八面体Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;催化剂的稳定性与循环性。在铀的模拟溶液和加标海水中，Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/MoS<subgt;2</subgt;的提取性能明显纳米八面体Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;的提取效率。

技术研发人员：竹文坤,陈涛,何嵘,刘欢欢,张勇,孙囡,刘旺
受保护的技术使用者：西南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16