[发明专利]利用钛基二氧化钛纳米管阵列电极高效去除和回收水中铀的方法

说明书

本发明公开了一种利用钛基二氧化钛纳米管阵列电极高效去除和回收水中铀的方法。本发明分别以锐钛矿相二氧化钛纳米管阵列电极和稳定的导电性好的材料分别作为阴阳极构建电化学还原体系，利用锐钛矿相二氧化钛与铀酰离子的较强的配位作用，在无外源添加剂的情况下，电化学还原溶液中六价铀生成四价铀并附着于电极表面。当电化学还原富集完成后，将富集四价铀的锐钛矿相二氧化钛纳米管阵列电极从溶液中取出，即可实现废水、地下水和/或海水中铀的高效还原去除。本发明应用范围广，对含有高浓度溶解氧、高浓度碳酸盐、低浓度铀的废水、地下水和海水均可实现铀的高效去除和回收。

技术领域

本发明属于废水处理与贵金属资源化回收领域，涉及一种利用钛基二氧化钛纳米管阵列电极高效去除和回收水中铀的方法。

背景技术

铀是核能源开发利用的核心元素，同时具有重金属毒性和放射性。近年来，越来越多的国家如中国、美国和加拿大等都被报道出地表或地下水铀含量超出世界卫生组织的饮用水标准(30μg/L)，对生态环境与人类生活均造成了巨大的危害。同时铀的需求量在世界范围内也与日俱增，例如中国正在修建的30个核电站，总发电量高达29240兆瓦的，巨大的铀需求量将成为核电站发展的限制因素。因此同步实现铀的去除与回收在水质安全保障和贵金属资源化两方面都具有非常重要的意义。

现阶段众多已经报道的铀处理方法中，电化学还原法以其处理容量大、适用范围广、回收简单等优点，在近年来不断引起人们的重视。其具体的去除过程为六价铀在一定电位下能够被电极还原为四价铀，形成稳定的不可溶性的镀层附着在电极表面。与传统的化学沉淀法相比，电化学还原能够有效避免由于大量添加剂导致的二次污染；相比吸附法，电化学还原对络合态的铀酰离子显示出更高的处理效率与处理容量；相比膜技术和离子交换法，电化学还原运行成本更加低廉，环境适用性更强。虽然电化学去除铀具有以上优点，但依然面临以下几个难题：1.采用传统电极的电化学方法依赖电极表面的自催化过程，即当电极表面的铀还原产物累积足够量的时候，反应才能高效进行，当溶液中铀浓度较低的时候，无法形成足够量的四价铀镀层，导致反应无法进行，这导致了该方法对铀浓度较低的水环境中的铀去除效果不理想。2.碳酸盐作为自然界中常见的无机离子，能够跟铀酰离子形成非常稳定的配合物碳酸铀酰，当水中存在碳酸盐时，六价铀与碳酸盐形成稳定的络合物，使还原去除反应需要较大的过电位，极大降低了反应效率。3.六价铀还原产物四价铀极易被氧气氧化，当水中存在溶解氧时，导致在铀的还原过程中存在非常剧烈的氧气还原副反应，严重降低了铀的还原去除效率。针对以上问题，亟需开发存在碳酸盐和溶解氧时能够高效去除并回收水中铀的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用钛基二氧化钛纳米管阵列电极高效去除和回收水中铀的方法。

本发明要求保护一种钛基二氧化钛纳米管阵列电极在去除和/或回收含铀废水、地下水和/或海水中铀中的应用。

具体的，所述钛基二氧化钛纳米管阵列电极中，二氧化钛的晶相为锐钛矿相。

上述钛基二氧化钛纳米管阵列电极，可按照各种常规方法制得，如可以钛片、钛网或泡沫钛为阳极，铂网为阴极，在乙二醇、氟化铵和水存在的条件下，依次进行常温氧化刻蚀和煅烧而得；

其中，所述常温氧化刻蚀步骤中，时间为0.5-2.5小时；直流电源的电压为20-50V；

所述煅烧步骤中，温度为400-500℃；时间为2-4h。

所述乙二醇、氟化铵和水的用量比为30-50mL：0.1-0.4g：2-6mL，具体为40mL：0.25g：5mL；

所述常温氧化刻蚀步骤中，时间为2小时；

所述钛基二氧化钛纳米管阵列电极中，二氧化钛的晶相为锐钛矿相；

所述直流电源的电压为40V；

所述煅烧步骤中，温度为450℃；时间为3h。