【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料，尤其涉及一种表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的制备方法及其应用。
技术介绍
1、作为核能的基础，铀只能支撑核工业不到一个世纪。铀资源的短缺为提高铀生产效率提出了新的要求。生产容器废水中残留铀回收率会直接影响铀生产效率，由于生产容器广泛使用氟化铀作为中间体，所以生产容器废水中通常具有高浓度的铀和氟离子。废水中铀以可溶性六价铀酰(uo22+，u(vi))的形式存在，具有高浓度(>100mg/l)同时与超高浓度的f-(高达30g/l)共存的特点。由于复杂的铀种类和带负电荷的复合物，传统的吸附或离子交换萃取方法存在效率损失，以及萃取产物中不可避免的碱金属杂质，限制了铀的生产效率。电化学提铀作为一种替代萃取策略，通过配位还原将u(vi)转化为不溶性结晶产物，为提高复杂环境中的铀提取效率带来了新的思路，碳质电极材料可以通过电化学在铀矿废水中有效地提取铀，表明电化学提铀可以抵抗多种阳离子的干扰。传统的电化学铀提取电极材料的设计是引入了与u(vi)结合的官能团，然而，这并不适合铀生产废水的实际系统，由于铀生产废水中f-/u(vi)的摩尔比达到103，铀的种类属于uo2fx并与大量的f-共存。因此，需要合理设计一种能增强uo2fx结合的电极材料来进行铀生产废水中电化学提铀。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
2、为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片po4
3、步骤一、将bi(no3)3·5h2o加入乙二醇中，然后缓慢加入硝酸，再超声分散，直到bi(no3)3·5h2o完全溶解，将混合物蒸发，得到一种黄色粘性物质作为前驱体，将前驱体转移到马弗炉中高温氧化，自然冷却后，用乙醇和水洗涤后进行干燥，得到黄色bi2o3纳米片；
4、步骤二、将水和乙醇混合得到溶剂，将bi2o3纳米片、ca(no3)2·4h2o、氢氧化钠、ctab(十六烷基三甲基溴化铵)溶于溶剂中，加热得到混合物a，将磷酸氢铵溶于溶剂中，得到混合物b，再将混合物b加入到混合物a中，保温放置，然后在冰水浴中冷却并沉淀，离心收集沉淀物，用溶剂洗涤三次后干燥，得到表面磷酸修饰的氧化铋纳米片po43--bi2o3；
5、步骤三、将表面磷酸修饰的氧化铋纳米片po43--bi2o3均匀地铺在坩埚上，放入等离子清洁机中清洗一段时间后，得到表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片po43--bi2o3-x。
6、优选的是，所述步骤一中，bi(no3)3·5h2o、乙二醇、硝酸的质量体积比为0.5～2g:20～60ml:1～4ml。
7、优选的是，所述步骤一中，超声分散5～20min，蒸发温度为180～220℃，氧化温度350～450℃，氧化4～8h，干燥温度为55～80℃。
8、优选的是，所述步骤二中，混合物a中，溶剂中水和乙醇的体积比为1～3:7～9，bi2o3纳米片、ca(no3)2·4h2o、氢氧化钠、ctab、溶剂的质量体积比为0.5～2g:0.1～1g:0.1～1g:0.01～0.1g:10～50ml，加热温度为60～80℃。
9、优选的是，所述步骤二中，混合物b中，磷酸氢铵与溶剂的质量体积比为0.1～1g:10～50ml。
10、优选的是，所述步骤二中，混合物b在70～80℃下以0.5～2ml/min的速度加入到混合物a中，混合物a与混合物b的体积比为1:1，保温温度为70～80℃，放置0.5～2h，冷却后沉淀1～4h，干燥温度50～70℃，干燥时间10～15h。
11、优选的是，所述表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片po43--bi2o3-x中x的范围为0～3，所述步骤三中，清洗条件为，在h2等离子体环境下，功率180～220w、压力1～2pa下，清洗25～45min。
12、一种由上述的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片po43--bi2o3-x的制备方法制得的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片po43--bi2o3-x的应用，其特征在于，用表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片po43--bi2o3-x作为催化剂负载在碳毡电极上作为工作电极，对含铀核废水进行电化学提铀，包括以下步骤：
13、s1、将制备得到的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片po43--bi2o3-x作为催化剂分散到无水乙醇和nafion溶液的混合溶液中并超声处理，得到均相催化剂溶液，将碳毡用乙醇和去离子水的混合物进行超声处理，然后将表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片po43--bi2o3-x负载于碳毡上，在电化学工作站的常规三电极系统中，以含氟含铀溶液为核废水模拟溶液，以铂丝和ag/agcl分别作为对电极和参比电极，以碳毡电极作为工作电极，进行电化学提铀；
14、s2、将提铀后的工作电极置于硝酸电解液中，施加恒定正电位，对工作电极进行解吸，将解吸后的工作电极再次放入模拟溶液中，进行循环提铀实验；然后按s1的方法进行不同ph下、不同干扰离子下的电化学提铀实验；
15、s3、按照s1的方法制备工作电极，采用真实核废液在由编程式电源、电解单元和控制单元组成的三串联电解池电解装置中进行实际核废水电化学提铀实验，其中，电解单元由多个电解槽串联组成，每个电解槽中可按需求装载优化后的电极材料，真实核废液可通过泵进入多级串联的电解槽中，根据预先设置好的流速、电流和电压等参数，装置会自动进行废液电解处理，核废液依次流过多个电解槽，槽中铀酰经电解后的浓度依次递减，直到最后一级电解槽中铀浓度达到要求便可排出电解装置。
16、优选的是，所述s1中，催化剂、无水乙醇、nafion溶液的质量体积比为3～6mg:1～4ml:15～40ul，超声处理时间为10～30min，催化剂的负载均固定在2～3mg/cm2，恒定正电位为1～2v。
17、优选的是，所述s1中，模拟溶液中uo22+浓度≥100mg/l，f-浓度≥30g/l。
18、本专利技术至少包括以下有益效果：
19、(1)本专利技术的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片po43--bi2o3-x具有较高的铀提取效率，在f-浓度高达30g/l的铀废水中的提取能力达到了4764.5mg/g；
20、(2)本专利技术的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片po43--bi2o3-x具有较高的解析效率；
21、(3)本专利技术的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片po43--bi2o3-x在不同ph条件下仍有较高的铀提取效率，可以适应如核燃料元素制造产生的酸性废水和铀浓缩产生的碱性废水；
22、(4)本专利技术的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片po43--bi2o3-x在有常见干扰离子的铀废水中的提取效率仍然较高；
23、(5)本专利技术的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片po43--bi2o3-x可以多次用于铀提取和解析，可以长期循环使用。
24、本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，Bi(NO3)3·5H2O、乙二醇、硝酸的质量体积比为0.5～2g:20～60ml:1～4ml。
3.根据权利要求1所述的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，超声分散5～20min，蒸发温度为180～220℃，氧化温度350～450℃，氧化4～8h，干燥温度为55～80℃。
4.根据权利要求1所述的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，混合物A中，溶剂中水和乙醇的体积比为1～3:7～9，Bi2O3纳米片、Ca(NO3)2·4H2O、氢氧化钠、CTAB、溶剂的质量体积比为0.5～2g:0.1～1g:0.1～1g:0.01～0.1g:10～50ml，加热温度为60～80℃。
5.根据权利要求1所述的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，混合物B中，磷酸氢铵与溶剂的质量体积比为0.1～1g:10～5
6.根据权利要求1所述的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，混合物B在70～80℃下以0.5～2ml/min的速度加入到混合物A中，混合物A与混合物B的体积比为1:1，保温温度为70～80℃，放置0.5～2h，冷却后沉淀1～4h，干燥温度50～70℃，干燥时间10～15h。
7.根据权利要求1所述的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于，所述表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片PO43--Bi2O3-x中x的范围为0～3，所述步骤三中，清洗条件为，在H2等离子体环境下，功率180～220W、压力1～2Pa下，清洗25～45min。
8.一种由权利要求1-7任一项所述的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的制备方法制得的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的应用，其特征在于，用表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片为催化剂负载在碳毡电极上作为工作电极，对含铀核废水进行电化学提铀，包括：
9.根据权利要求8所述的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的应用，其特征在于，所述S1中，催化剂、无水乙醇、Nafion溶液的质量体积比为3～6mg:1～4ml:15～40ul，超声处理时间为10～30min，催化剂的负载均固定在2～3mg/cm2，恒定正电位为1～2V。
10.根据权利要求8所述的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的应用，其特征在于，所述S1中，模拟溶液中UO22+浓度≥100mg/L，F-浓度≥30g/L。
...【技术特征摘要】
1.一种表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，bi(no3)3·5h2o、乙二醇、硝酸的质量体积比为0.5～2g:20～60ml:1～4ml。
3.根据权利要求1所述的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，超声分散5～20min，蒸发温度为180～220℃，氧化温度350～450℃，氧化4～8h，干燥温度为55～80℃。
4.根据权利要求1所述的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，混合物a中，溶剂中水和乙醇的体积比为1～3:7～9，bi2o3纳米片、ca(no3)2·4h2o、氢氧化钠、ctab、溶剂的质量体积比为0.5～2g:0.1～1g:0.1～1g:0.01～0.1g:10～50ml，加热温度为60～80℃。
5.根据权利要求1所述的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，混合物b中，磷酸氢铵与溶剂的质量体积比为0.1～1g:10～50ml。
6.根据权利要求1所述的表面磷酸修饰缺陷氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，混合物b在70～80℃下以0.5～2m...
【专利技术属性】
技术研发人员：何嵘，竹文坤，李果，林涛，
申请(专利权)人：四川嵘合新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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