电极及其制备方法和电化学提铀的方法

本发明涉及铀提取，特别是涉及一种电极及其制备方法和电化学提铀的方法。

背景技术：

1、铀资源是核能发展的关键资源，目前，陆地上的铀矿资源有限而且分布极度不均匀，而海水中的铀资源是铀矿的数千倍，可以满足核能发展数千年，因此海水提铀可以减小能源危机，并且避免采矿带来的负面影响。

2、目前海水提铀的方法主要集中在物理吸附的方法，但是现有的吸附剂在海水提铀的应用受到活性位点有限、选择性低、动力学慢、提取容量小等因素的限制，导致海水提铀的效率较低。电化学海水提铀技术因其清洁无污染、提取容量大、提取速率快受到广泛关注，但是目前所发展的电极材料仍面临吸附位点有限、铀离子的提取效率低等关键问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种吸附位点较多、铀离子的提取效率较好的电极及其制备方法、电极和电化学提铀的方法。

2、本发明第一方面提供了一种电极，所述电极包括基材和催化层，所述催化层包括具有氧空位的金属氧化物，所述金属氧化物中氧空位含量和晶格氧含量之比r≥0.18。

3、上述电极中含有氧空位，氧空位对铀离子具有较高的选择吸附性，采用上述电极通过电化学方式可从海水及含有铀离子的其他溶液中高效地提取铀离子；进一步控制r的范围以提高氧空位含量可以提高铀离子的选择性吸附位点，如此提高铀离子的提取效率。

4、同时采用上述电极对含铀离子溶液进行电化学提取铀时，铀离子被吸附在氧空位上形成u(vi)o22+与电极表面的金属离子相互作用，氧空位促进电子从金属离子快速转移到u(vi)o22+，导致固液界面发生自发氧化还原反应，生成u(iv)o2沉淀和更高价金属离子；而电极表面生成的更高价金属离子被还原成原来的低价态的金属离子，消耗的氧空位被还原形成氧空位，该氧空位可以继续吸附铀离子，并与再生的金属离子相互作用在界面处发生氧化还原反应，实现u(iv)o2的连续沉积，反复循环，进而实现电化学提铀的循环稳定性。上述iv、vi分别表示铀原子的价态。

5、在一些实施例中，所述金属氧化物中氧空位含量和晶格氧含量之比r为0.2~0.5。

6、在一些实施例中，所述催化层通过原位生长形成于所述基材上。

7、在一些实施例中，所述金属氧化物选自二氧化钛、氧化锌、二氧化锡、二氧化铈及三氧化钨中的至少一种。

8、本发明第二方面提供了一种上述电极的制备方法，包括如下制备步骤：

9、将金属片作为阳极，进行阳极氧化，得到表面含有金属氧化物的金属片；

10、将所述表面含有金属氧化物的金属片在还原性氛围中进行退火处理，得到所述电极。

11、在一些实施例中，所述阳极氧化处理的条件包括：直流电压为10v~60v，时间为60min~180min；和/或，

12、所述退火处理的条件包括：退火温度为400℃~500℃，退火时间为1h~3h。在一些实施例中，所述还原性氛围为氢气和保护性气体的混合气体。

13、本发明第三方面提供了一种电化学提铀的方法，包括如下步骤：

14、采用上述电极作为工作电极，ag/agcl作为参比电极，对含有铀离子的溶液进行电解。

15、在一些实施例中，对所述含有铀离子的溶液进行电解时，在恒定电压条件下进行电解，所述恒定电压为-0.2v ~ -0.6v，电解时间为2h~10h。

16、在一些实施例中，所述含铀离子的溶液中的铀离子浓度为3.3ppb~200ppm；和/或，所述含铀离子的溶液为水溶液。

技术特征：

1.一种电极，其特征在于，所述电极包括基材和催化层，所述催化层包括具有氧空位的金属氧化物，所述金属氧化物中氧空位含量和晶格氧含量之比r≥0.18。

2.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述金属氧化物中氧空位含量和晶格氧含量之比r为0.2~0.5。

3.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述催化层通过原位生长形成于所述基材上。

4.如权利要求1~3任一项所述的电极，其特征在于，所述金属氧化物选自二氧化钛、氧化锌、二氧化锡、二氧化铈及三氧化钨中的至少一种。

5.如权利要求1~4任一项所述电极的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述阳极氧化处理的条件包括：直流电压为10v~60v，时间为60min~180min；和/或，

7.如权利要求5~6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述还原性氛围为氢气和保护性气体的混合气体。

8.一种电化学提铀的方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

10.如权利要求8~9任一项所述的方法，其特征在于，所述含铀离子的溶液中的铀离子浓度为3ppb~200ppm；和/或，

技术总结本发明涉及一种电极及其制备方法和电化学提铀的方法。所述电极包括基材和催化层，所述催化层包括具有氧空位的金属氧化物，所述金属氧化物中氧空位含量和晶格氧含量之比R≥0.18。上述电极中含有氧空位，氧空位对铀离子具有较高的选择吸附性，采用上述电极通过电化学方式可从海水及含有铀离子的其他溶液中高效地提取铀离子；进一步控制R的范围以提高氧空位含量可以提高铀离子的选择性吸附位点，如此提高铀离子的提取效率。技术研发人员：王燕勇,王双印,王燕静受保护的技术使用者：湖南大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17