本次的內(nèi)容介紹了，電吸附技術(shù)開發(fā)并測試了活性炭吸附材料。通過將正電位從+ 0.2V變化到+ 0.8V(相對于Ag / AgCl)，通過電吸附實(shí)驗(yàn)研究通過活性炭電極從海水中吸收鈾。開發(fā)出的活性炭電極的鈾吸附量達(dá)到3.4 gU / kg吸附材料，與偕胺肟基吸附材料的性能相當(dāng)。發(fā)現(xiàn)鈾離子從海水中的電吸收最有利于+ 0.4V(相對于Ag / AgCl)。將本研究中的化學(xué)品和材料的成本與基于偕胺肟的方法進(jìn)行比較，作為工程可行性檢查的一部分。

　　從海水中回收鈾的想法于1960年提出的。對海水鈾回收的研究主要集中在能夠在其他離子存在下提取鈾的高效吸附材料的開發(fā)。提出的各種吸附材料包括合成聚合物，無機(jī)材料，生物聚合物和活性炭材料。其中偕胺肟基吸附劑是目前最先進(jìn)的材料，具有在海水中螯合鈾酰離子的親和力。然而，使用偕胺肟基吸附劑材料提取海水鈾的成本與常規(guī)鈾礦開采方法相比仍然很高。這主要是由于吸附劑性能差，生產(chǎn)成本高。最近，使用多孔炭材料(如活性炭和介孔炭)受到關(guān)注，主要是由于其吸附鈾的效率高。活性炭材料通常具有非常大的內(nèi)表面積，孔體積大，孔徑可調(diào)，易于制造。

　　在最近的研究中，使用活性炭材料與電吸附技術(shù)相結(jié)合，顯示出對鈾分離的高選擇性。例如，活性炭纖維從50小時(shí)的累積吸附實(shí)驗(yàn)中捕獲的鈾被報(bào)道達(dá)到600g鈾/ kg活性炭纖維。這顯著大于在2 g鈾/ kg吸附劑材料下偕胺肟基吸附材料的報(bào)告捕獲效率。另外，據(jù)報(bào)道肟官能化的介孔碳材料在競爭離子存在下對鈾離子具有很高的選擇性。也報(bào)道了苯甲酰硫脲接枝活性炭的類似行為。

　　本研究的目的是研究活性炭對海水中鈾的電吸附分離的性能。電吸附是基于施加電壓的電位誘導(dǎo)吸附技術(shù)，以迫使帶電物質(zhì)(離子)向相反電荷的電極移動。電吸附后的機(jī)理是基于雙電層形成，形成一個(gè)增加抗衡離子積聚的區(qū)域，同時(shí)將電離離開電極。離子在電吸附中的選擇性取決于電極的表面性質(zhì)和離子的性質(zhì)。離子的大小和電極的孔徑都將有助于選擇性過程。

　　活性炭電極的制作

　　在這項(xiàng)研究中，活性炭吸附劑材料是用活性炭粉制成的。通過將N，N-二甲基乙酰胺中的活性炭粉末與聚偏二氟乙烯混合來制備活性炭漿料溶液。PVDF聚合物含量為活性碳電極的50重量%。將碳漿料涂覆到不銹鋼紗布，并在80℃的烘箱中干燥6小時(shí)以形成活性炭電極。將活性炭電極在80℃真空烘箱中進(jìn)一步干燥2小時(shí)以除去留在電極微孔中的所有有機(jī)溶劑。為了避免在電吸附過程中不銹鋼紗布的氧化，通過表面積和孔隙度分析儀評價(jià)活性炭電極的孔結(jié)構(gòu)和比表面積。用于以p / p的相對壓力獲得的測量氮吸附/解吸數(shù)據(jù)的布魯諾爾-埃米特-特勒(BET)方法 = 0.99。使用掃描電子顯微鏡觀察活性炭電極的表面，以確定所制備的活性炭電極的物理結(jié)構(gòu)。

　　分批模式電吸附實(shí)驗(yàn)

　　使用具有三個(gè)電極的恒電位儀進(jìn)行分批模式電吸附實(shí)驗(yàn)，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)中使用的工作電極是制作的活性炭電極。每批次模式實(shí)驗(yàn)使用約0.1g活性炭制作電極。Ag / AgCl用作參比電極，鉑線用作對電極。使用加熱套將電化學(xué)電池中的海水的溫度控制在25℃。通過電吸附實(shí)驗(yàn)研究制備的活性炭電極的電吸收行為，其在+ 0.2V至+ 0.8V(相對于Ag / AgCl)的各種正偏壓電位下進(jìn)行。

　　在本研究中開發(fā)的活性炭電極顯示出對于預(yù)期應(yīng)用具有良好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。使用制造的活性炭電極進(jìn)行的電吸附實(shí)驗(yàn)表明在存在競爭離子的情況下鈾吸附的良好性能。在+ 0.4V下測試300分鐘后制備的活性炭電極的鈾攝取量估計(jì)為3.4g U / kg吸附劑。該值尚未達(dá)到最大吸附劑容量。如果電吸附期延長，預(yù)計(jì)活性炭的鈾攝取量將增加。估計(jì)鈾提取的預(yù)期應(yīng)用中的化學(xué)品和材料的費(fèi)用。吸附劑使用周期顯著影響成本：吸附劑使用周期的增加降低了化學(xué)品和材料的成本。雖然這項(xiàng)研究顯示了使用活性炭電極從海水中提取鈾的電吸附技術(shù)的初步前景，但在作出結(jié)論之前需要進(jìn)一步的研究。必須研究使用周期對活性炭電極性能的影響。此外，必須開發(fā)從活性炭電極中吸附的鈾的解吸技術(shù)。鈾的解吸技術(shù)目前正在我們的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢驗(yàn)。所開發(fā)的活性炭電極的性能可能會在將來根據(jù)本次檢查的結(jié)果而改變。更重要的是，需要估算與海水中電泳吸收運(yùn)行(包括資本和運(yùn)營)以及維護(hù)成本有關(guān)的成本，并將其與當(dāng)前最先進(jìn)的流程相比較，以確定擬議方法的可行性。