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2017-08-18 13:56来源:中国核网关键词:海水提铀偕胺肟偕胺肟-功能化碳电极收藏点赞
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一.前言
海水中的铀的含量比陆地铀要多数百倍。但是由于海水铀的低浓度(约十亿分之三)和高盐度,提取铀用于核能发电面临着挑战。当前基于吸附材料的方法由于其表面物理化学吸附的性质而受到限制。
近期《自然˙能源》杂志发表一篇文章《基于半波整流交流电的电化学方法进行海水提铀的研究》,可从海水中高效提取铀,较之传统的物理化学吸附法,提取能力提升了9倍,速度提升了4倍。
二.技术发展
▲图1|物理化学和HW-ACE提取方法原理图
传统的物理化学吸附方法有哪些局限性?
首先,由于海水中铀浓度较低,吸附剂表面上的铀酰离子扩散速度很慢。
其次,吸附的阳离子是带正电的,由于库仑排斥力的影响,因此会拒绝吸入的铀酰离子,很大一部分的表面活性位点将无法进入(图1a)。
最后,其他的阳离子,如钠和钙,浓度比铀的高多个量级,这导致了对吸附活性位点的强烈竞争。当不需要的化合物被吸附在吸附剂表面时,将会阻止活性位点从而减少铀聚集的能力(图1b)。
半波整流交流电的电化学(HW-ACE)方法有哪些优点?(图1c)显示,使用该种方法铀提取过程的五个步骤:
在步骤1中,所有离子随机分布在水溶液中。
在步骤2中,当负偏压被应用时,阳离子和阴离子开始在外部电场的影响下迁移,并在偕胺肟电极表面形成一个双电荷层(EDL)。双电荷层内层的铀酰离子可以形成对电极表面的螯合。
在步骤3中,铀化合物进一步减少,电沉积为电中性铀化合物,如UO2。
在步骤4中,当移除偏压时,只有铀酰离子和电沉积的UO2附着在电极表面上。其他没有特定结合的离子在电极表面重新分布,并释放表面活性位点。
在步骤5中,随着重复循环,进一步的铀酰离子附着在电极表面上,而沉积的UO2可以生成更大的颗粒。
图2显示的是碳-偕胺肟电极性能,以及物理化学法和HW-ACE法对铀提取的可视化差异。
a,扫描电子显微镜(SEM)图像显示碳-偕胺肟电极的形态
b,扫描电子显微镜(SEM)图像显示碳-偕胺肟电极的活性碳表面和偕胺肟的聚合物。插图显示在高倍镜下表面涂层的多孔结构。
c,碳-偕胺肟电极的FTIR(傅立叶变换红外光谱仪)谱图
d,填加10ppm和1000ppm的硝酸铀酰的海水与未经处理的原态海水的循环伏安对比曲线图
e,该原理图显示了包含在绝缘石英基底上的平行Ptlines和上面涂有一薄层的偕胺肟聚合物的图形电极。
还显示了相应的SEM图像。图形Pt电极上的Pt和U能谱仪元素分析图上涂有偕胺肟薄膜,表明铀分布与Pt的图形相匹配,表明HW-ACE方法较传统的物理化学方法具有更好的提取性。所有图像的比例都是一样的。
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