【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光催化还原铀材料领域，具体涉及一种光催化还原铀高效循环型碳海绵材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着现代工业的快速发展和传统化石能源的不断消耗，环境污染和资源短缺的危险引起了人们的极大关注。核能是一种无碳、清洁、经济、安全的能源，有望解决未来人类面临的能源危机。铀作为重要的核燃料，铀的提取在核能开发中具有极其重要的意义。海水中含有45亿吨铀，是陆地铀储量的1000倍。同时，海水中铀的浓度仅为3.3μg/l，大量的竞争离子给海水中铀的回收带来了很大的挑战。此外，在海水提铀过程中，生物污染对其开采和筛选提出了很大的挑战。因此，通过一种简单有效的方法从海水中获取铀是非常必要的。
2、现阶段报道较多的铀提取方法主要是通过多孔吸附材料进行富集，提高铀的高效选择提取是一关注的重点。由于物理和化学吸附的固有局限性，阻碍了材料对铀吸附能力的提高。对铀酰离子的吸附能力受可用活性位点数量的影响。在大多数情况下，化学吸附发生在一个或多个铀酰离子在活性吸附位点被捕获的地方。当铀酰离子或其他阳离子被吸附到材料表面时，它们带正电并产生库仑斥力，从而阻止更多的铀酰离子靠近附近的吸附位点。采用光催化还原法，可利用激发的光电子将可溶的正六价(u(vi))还原为难溶的正四价铀(u(iv))，提高对非还原性干扰离子的选择性，降低共存有机物对吸附位点的消耗，是高效富集分离海水中铀的有效手段。如何设计具有光催化协同吸附能力的多孔催化材料，是实现铀高效选择性提取的关键问题。设计制备具有吸附光催化性能的多孔材料，充分利用光能，实现海水中铀资源
3、在目前的研究进展中，越来越多的光催化剂被报道用于海水提铀领域。但目前大多数报道的光催化剂具有以下问题：
4、问题1：光催化剂多为粉体材料
5、现有的吸附剂大多数为粉体材料，粉体材料在海水提铀的实际应用中易分散，无法实现回收和重复利用的效果，从而严重影响其实际应用价值。这并不利于材料的收集与再次利用，无法体现出材料的高循环效率，大大降低了材料的使用寿命。
6、光催化海水提铀的核心技术难题是还原产物二氧化铀与吸附材料无法实现分离。大量研究表明还原产物二氧化铀并不稳定，其容易被氧化成铀酰离子溶解到海水中。由于海水中铀含量极低，因此提取过程是一个较长的周期，在这个过程中二氧化铀与催化剂相分离，缺少光电子的持续供及，其会进一步发生氧化成铀酰离子溶解到海水中从而失去提铀功能。因此需要不断的将还原产物二氧化铀分离出来，避免其氧化后溶于海水中。然而现有光催化材料主要为粉体材料，光催化还原后溶液中析出的难溶性二氧化铀从材料表面脱离，在水流的冲刷搅拌下二氧化铀与光催化材料均匀混合难通过现有手段将二氧化铀分离出来。
7、问题2：电子空穴对的低效分离
8、光还原铀的本质是通过光生成载体将可溶的铀(vi)转化为不相容的铀(iv)，实现溶液中铀的富集和分离。因此，在相同条件下，光催化剂对铀的富集率和还原率是评价其性能的指标。光产生的电子-空穴对被传输到光催化剂的表面以开始单个半导体的氧化还原过程。同时，光生成的电子-空穴对重新组合产生无用的热量，阻碍了光催化过程的进行。光生电子-空穴对在光催化剂表面的分离和复合过程的实现难度太大，类似于人在重力作用下向上跳跃并落回地面的过程。如何提高电子空穴对的分离效率就显得至关重要。
9、问题3：防海洋生物细菌的能力
10、由于海洋环境复杂，海水中含有大量的微生物和细菌，这些微生物和细菌对于铀吸附材料具有生物污损作用，会大大影响铀吸附材料的性能和使用寿命。传统的铀吸附材料由于不具备抗菌性能，易受海洋细菌腐蚀和破坏，难以重复利用，使用寿命较短。现有吸附材料可能面临难以抑制海洋微生物的附着，细菌附着在吸附材料表面，使吸附位点活性降低，从而导致吸附材料对铀酰离子的吸附能力下降。经检索，已公开发表的专利中也没有发现有抗菌型光催化类海水提铀材料。
11、中国专利文献cn113149073a公布了一种钒酸铋的制备方法。所述制备方法包括：以天然海绵、紫霄花或丝瓜瓤为模板，采用浸渍法，制备含有铋源和钒源的前驱溶液，最后将带有前驱溶液的模板进行烘干、煅烧；以天然海绵、紫霄花为模板得到的是多孔钒酸铋材料，以丝瓜瓤为模板得到的是球形钒酸铋材料。该方法制备工艺简单、天然环保，无需加入各种表面活性剂就能够实现对钒酸铋孔结构和形貌的控制，但其并不涉及到抗菌性能。
12、中国专利文献cn111203231a公布了一种硫化铟锌/钒酸铋复合材料制备方法，包括：(1)将氯化锌、四水合氯化铟和硫代乙酰胺(taa)与水和甘油混合，搅拌至分散均匀；(2)向得到的混合溶液中加入十面体钒酸铋，搅拌，利用低温溶剂热法制备得到硫化铟锌/钒酸铋复合材料。本专利技术还公开了由所述方法制备的硫化铟锌/钒酸铋复合材料及其作为光催化剂在新能源领域中的应用。本专利技术的硫化铟锌/钒酸铋复合材料，对光解水产氢具有很好的催化效果，可多次重复利用。该复合材料也不涉及到抗菌性能。
13、即便结合上述的现有技术也得不到抗菌型光催化类海水提铀材料。目前，亟需发展具有抗菌性能的新型光催化还原铀材料。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种光催化还原铀高效循环型碳海绵材料及其制备方法和应用，能够解决现有海水提铀吸附材料存在的高吸附容量问题，高效循环问题以及防海洋生物细菌的能力问题。
2、所采用的技术方案为：
3、本专利技术的一种光催化还原铀高效循环型碳海绵材料的制备方法，包括如下步骤：
4、s1.将三聚氰胺泡沫进行碳化，制成三聚氰胺碳海绵；
5、s2.以三聚氰胺碳海绵作为基底材料，以钒酸铋作为光催化剂，通过水热反应制成碳海绵/钒酸铋复合材料；
6、s3.在碳海绵/钒酸铋复合材料的基础上，以硫铟锌作为光催化剂，通过水热反应制成碳海绵/钒酸铋/硫铟锌复合材料。
7、进一步地，s1中，由三聚氰胺泡沫置于管式炉中，以5℃/min的速度逐渐升温至700℃碳化而成，制成三聚氰胺碳海绵。
8、进一步地，s1中，将三聚氰胺泡沫用乙醇和水混合清洗，干燥后，将其置于管式炉中，以5℃/min的速度逐渐升温至700℃碳化；在700℃下保存1小时，在室温下取出，制成三聚氰胺碳海绵。
9、进一步地，s2中，所述钒酸铋通过如下方法制备而成：以bi(no3)3·5h2o及nh4vo3为铋源和钒源，加入naoh溶液,并加入蒸馏水，在室温下搅拌反应制得。
10、进一步地，s2中，所述bi(no3)3·5h2o及nh4vo3的摩尔比为1:1。
11、进一步地，s2中，以5mmol bi(no3)3·5h2o及5mmol nh4vo3为铋源和钒源，加入浓度为4mol/l的naoh溶液4ml,并加入蒸馏水使前驱液总体积为38ml，在室温下搅拌30min，保证反应物分散均匀，并释放出氨气，制成钒酸铋混合液；然本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光催化还原铀高效循环型碳海绵材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的光催化还原铀高效循环型碳海绵材料的制备方法，其特征在于，S1中，由三聚氰胺泡沫置于管式炉中，以5℃/min的速度逐渐升温至700℃碳化而成，制成三聚氰胺碳海绵。
3.根据权利要求2所述的光催化还原铀高效循环型碳海绵材料的制备方法，其特征在于，S1中，将三聚氰胺泡沫用乙醇和水混合清洗，干燥后，将其置于管式炉中，以5℃/min的速度逐渐升温至700℃碳化；在700℃下保存1小时，在室温下取出，制成三聚氰胺碳海绵。
4.根据权利要求1所述的光催化还原铀高效循环型碳海绵材料的制备方法，其特征在于，S2中，所述钒酸铋通过如下方法制备而成：以Bi(NO3)3·5H2O及NH4VO3为铋源和钒源，加入NaOH溶液,并加入蒸馏水，在室温下搅拌反应制得。
5.根据权利要求4所述的光催化还原铀高效循环型碳海绵材料的制备方法，其特征在于，S2中，所述Bi(NO3)3·5H2O及NH4VO3的摩尔比为1:1。
6.根据权利要求5所述的光催化还
7.根据权利要求1所述的光催化还原铀高效循环型碳海绵材料的制备方法，其特征在于，S3中，将ZnCl2、InCl 3·4H2O和TAA分别加入去离子水的烧杯中搅拌,制成硫铟锌混合液；并转移至水热釜中，然后加入之前制备好的碳海绵/钒酸铋，在160℃下进行溶剂热反应12小时；得到碳海绵/钒酸铋/硫铟锌复合材料。
8.根据权利要求7所述的光催化还原铀高效循环型碳海绵材料的制备方法，其特征在于，S3中，将136mg ZnCl2、586mg InCl 3·4H2O和301mg TAA分别加入100ml含60ml去离子水的烧杯中搅拌30min,制成硫铟锌混合液；并转移至水热釜中，然后加入之前制备好的碳海绵/钒酸铋，在160℃下进行溶剂热反应12小时；当高压釜冷却至室温时，将材料取出并用乙醇和去离子洗涤数次，在60℃下干燥，最后得到碳海绵/钒酸铋/硫铟锌复合材料。
9.一种光催化还原铀高效循环型碳海绵材料，其特征在于，其是由权利要求1-8任一所述的制备方法制备得到的。
10.由权利要求1-8任一所述的制备方法制备得到的光催化还原铀高效循环型碳海绵材料作为光催化剂在海水提铀中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种光催化还原铀高效循环型碳海绵材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的光催化还原铀高效循环型碳海绵材料的制备方法，其特征在于，s1中，由三聚氰胺泡沫置于管式炉中，以5℃/min的速度逐渐升温至700℃碳化而成，制成三聚氰胺碳海绵。
3.根据权利要求2所述的光催化还原铀高效循环型碳海绵材料的制备方法，其特征在于，s1中，将三聚氰胺泡沫用乙醇和水混合清洗，干燥后，将其置于管式炉中，以5℃/min的速度逐渐升温至700℃碳化；在700℃下保存1小时，在室温下取出，制成三聚氰胺碳海绵。
4.根据权利要求1所述的光催化还原铀高效循环型碳海绵材料的制备方法，其特征在于，s2中，所述钒酸铋通过如下方法制备而成：以bi(no3)3·5h2o及nh4vo3为铋源和钒源，加入naoh溶液,并加入蒸馏水，在室温下搅拌反应制得。
5.根据权利要求4所述的光催化还原铀高效循环型碳海绵材料的制备方法，其特征在于，s2中，所述bi(no3)3·5h2o及nh4vo3的摩尔比为1:1。
6.根据权利要求5所述的光催化还原铀高效循环型碳海绵材料的制备方法，其特征在于，s2中，以5mmol bi(no3)3·5h2o及5mmol nh4vo3为铋源和钒源，加入浓度为4mol/l的naoh溶液4ml,并加入蒸馏水使前驱液总体积为38ml，在室温下搅拌30min...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱佳慧，赵吉星，刘琦，于静，刘婧媛，陈蓉蓉，王君，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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