电极材料及其生产方法、用途和海水提铀的方法与流程

本发明涉及一种电极材料及其生产方法、用途和海水提铀的方法。

背景技术：

1、海水中具有丰富的铀离子，但是海水中的铀离子浓度低，且存在大量的干扰离子，使得从海水中提取铀离子变得困难。目前，海水提铀的主要方法是吸附法，但是吸附法存在着提取容量不足、吸附平衡时间长等诸多问题。利用电场辅助铀酰离子的吸附与还原，诱导铀氧化物或其衍生晶体沉积在电极上，是一种行之有效的海水提铀的方法。相对于传统吸附法，电化学海水提铀具有动力学快、提铀容量高等优势。现有的用于海水提铀的电极材料大多为粉末状，在应用中存在电极中有效吸附剂易脱落导致电极失活的问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种电极材料的生产方法，该生产方法得到的电极材料具有较高铀提取效率。进一步地，该生产方法得到的电极材料涂层与基体(tio2)之间的结合力高。本发明的另一个目的在于提供一种电极材料。本发明的再一个目的在于提供上述电极材料的用途。本发明的又一个目的在于提供一种海水提铀的方法，该方法能够利用直流电源从海水中提铀，铀提取效率高。

2、一方面，本发明提供了一种电极材料的生产方法，包括如下步骤：

3、(1)以钛箔作为阳极，石墨片作为阴极，在第一电解液的存在下进行一次阳极氧化，得到一次氧化物；将一次氧化物在水中超声，使一次氧化物上的氧化膜剥离，然后干燥，得到一次氧化钛箔；其中，第一电解液包括氟化铵、乙二醇和水；

4、(2)将一次氧化钛箔作为阳极，石墨片作为阴极，在第二电解液的存在下进行二次阳极氧化，得到二次氧化物；将二次氧化物洗涤、干燥后进行焙烧，得到tio2纳米阵列电极；其中，第二电解液包括氟化铵、乙二醇和水；

5、(3)将pao溶液、导电炭黑、第二有机溶剂和nafion溶液形成待涂覆物；将待涂覆物涂覆在tio2纳米阵列电极的表面，然后干燥，得到电极材料；其中，所述pao溶液包括聚丙烯腈、第一有机溶剂、盐酸氢铵、碱金属氢氧化物和氯化钙。优选地，可以采用自然晾干的方式将涂覆有待涂覆物的tio2纳米阵列电极干燥。

6、根据本发明的生产方法，优选地，第一电解液中氟化铵、乙二醇和水的质量比为(0.2～0.8):147:(1～5)；

7、第二电解液中氟化铵、乙二醇和水的质量比为(0.2～0.8):147:(1～5)；

8、pao溶液、导电炭黑、第二有机溶剂和nafion溶液的质量体积比为(0.2～0.7)g：(0.001～0.009)g：(1.2～5)g:0.1ml；所述第二有机溶剂选自二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺中的一种或多种；所述nafion溶液的浓度为1～10wt％；

9、其中，所述pao溶液通过如下方法制备得到：将0.5～3重量份聚丙烯腈、6～15重量份第一有机溶剂、0.8～2.5重量份盐酸羟胺、0.5～2重量份碱金属氢氧化物和0.1～1重量份氯化钙混合，离心后取上清液，得到pao溶液；所述第一有机溶剂选自二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺中的一种或多种。

10、第一电解液中氟化铵、乙二醇和水的质量比优选为(0.4～0.7):147:(2～4)；更优选为(0.55～0.6):147:(2.5～3)。

11、第二电解液中氟化铵、乙二醇和水的质量比优选为(0.4～0.7):147:(2～4)；更优选为(0.55～0.6):147:(2.5～3)。第一电解液与第二电解液的组成可以相同。

12、pao溶液、导电炭黑、第二有机溶剂和nafion溶液的质量体积比优选为(0.3～0.5)g：(0.003～0.006)g：(1.5～3)g:0.1ml；更优选为(0.45～0.5)g：(0.005～0.006)g：(1.9～2)g:0.1ml。

13、第二有机溶剂可以选自二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺中的一种或多种。

14、nafion溶液的浓度优选为3～8wt％；更优选为5～7wt％。

15、可以将pao溶液、导电炭黑、第二有机溶剂和nafion溶液超声，从而得到待涂覆物。超声时间可以为30～80min；优选为55～65min。

16、聚丙烯腈的用量优选为0.8～2重量份；更优选为1～1.5重量份。聚丙烯腈可以以粉末的形式使用。

17、第一有机溶剂的用量优选为8～12重量份；更优选为10～11重量份。在某些实施方式中，第一有机溶剂为二甲基亚砜。在另一些实施方式中，第一有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。

18、盐酸羟胺的用量优选为1～2重量份；更优选为1.6～1.8重量份。

19、碱金属氢氧化物的用量优选为0.8～1.5重量份；更优选为1.2～1.3重量份。碱金属氢氧化物的实例包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾。在某些实施方式中，碱金属氢氧化物为氢氧化钾。在另一些实施方式中，碱金属氢氧化物为氢氧化钠。

20、氯化钙的用量优选为0.3～0.8重量份；更优选为0.5～0.6重量份。

21、根据本发明的生产方法，优选地，所述pao溶液通过如下方法制备得到：将聚丙烯腈和第一有机溶剂在t1下搅拌t1，得到第一混合物；将第一混合物与盐酸羟胺混合，得到第二混合物；将第二混合物、碱金属氢氧化物和氯化钙混合，然后离心，取上清液，得到pao溶液。

22、t1可以为55～90℃；优选为70～85℃；更优选为75～80℃。

23、t1可以为0.5～5h；优选为1～3h；更优选为1.5～2h。

24、第二混合物、碱金属氢氧化和氯化钙混合的时间可以为5～16h；优选为10～15h。

25、根据本发明的生产方法，优选地，步骤(1)中，一次阳极氧化电压为30～70v，一次阳极氧化时间为1～8h，干燥温度为50～90℃；

26、步骤(2)中，二次阳极氧化电压为15～35v，二次阳极氧化时间为10～30min，焙烧温度为400～600℃，焙烧时间为1～5h。

27、步骤(1)中，一次阳极氧化电压优选为40～60v；更优选为45～50v。

28、一次阳极氧化时间优选为2～6h；更优选为3～4h。

29、干燥温度优选为60～80℃；更优选为65～70℃。

30、步骤(2)中，二次阳极氧化电压优选为18～30v；更优选为20～25v。

31、二次阳极氧化时间优选为15～25min；更优选为20～22min。

32、可以采用水对二次氧化物进行洗涤。洗涤的次数可以为1～20次；优选为5～15次。

33、焙烧温度优选为450～550℃；优选为470～480℃。

34、焙烧时间优选为2～4h；更优选为3～4h。焙烧可以在管式炉中进行。

35、可以采用自然晾干的方式对洗涤后的二次氧化物进行干燥。

36、根据本发明的生产方法，优选地，所述钛箔为处理后的钛箔；

37、还包括如下步骤：将钛箔原料依次用丙酮、乙醇和水超声清洗，干燥后得到处理后的钛箔。优选地，干燥采用自然晾干的方式。

38、钛箔原料中钛含量大于99.99％。

39、超声清洗的时间可以为10～60min；优选为20～40min；更优选为30～35min。

40、处理后的钛箔的尺寸可以为(10～30)mm×(10～30)mm×(0.1～0.5)mm；优选为(15～25)mm×(15～25)mm×(0.2～0.3)mm。

41、另一方面，本发明提供了一种电极材料，该电极材料由上述生产方法得到。

42、本发明的电极材料应用于电化学海水提铀，对铀的提取率达到了85％以上。优选地，达到90％以上。更优选地，达到了95％以上。

43、再一方面，本发明提供了上述电极材料在从海水中提取铀中的用途。

44、又一方面，本发明提供了一种海水提铀的方法，包括如下步骤：以上述电极材料作为工作电极，铂片电极作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，采用恒电流法对含铀海水中的铀进行提取。

45、根据本发明的方法，优选地，电流密度为10～30ma/cm2，反应时间为2～8h，反应温度为20～30℃。

46、电流密度优选为15～25ma/cm2。反应时间优选为4～6h。反应温度优选为25～28℃。

47、根据本发明的方法，优选地，所述含铀海水的铀浓度为2.5～4.5mg/l，含铀海水的ph为7～9。

48、含铀海水的铀浓度优选为3.0～3.5mg/l。含铀海水的ph优选为8～8.5。

49、本发明的生产方法得到的电极材料对铀的提取率高，且涂层与基体之间的附着力高，不易脱落，耐久性好。