利用风力发电-海水提铀的耦合装置进行提铀的方法

摘要

本发明公开了一种利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法，包括：将In2O3‑x加入到无水乙醇中，搅拌超声，得到In2O3‑x的无水乙醇溶液；将In2O3‑x的无水乙醇溶液均匀的涂抹在碳布上，干燥，即得到具有氧空位的In2O3‑x的碳布；将具有氧空位的In2O3‑x的碳布作为工作电极，将另一空白碳布作为对电极；将工作电极和对电极分别插入耦合装置的塑料载板上；将小型风力发电装置固定在耦合装置的塑料载板的上方，并用导线将工作电极和对电极与小型风力发电装置的电瓶连接；将耦合装置放置在海水中，待小型风力发电装置在有风的情况下实现对电瓶的充电，并通过电瓶向工作电极和对电极通电，实现海水提铀。该提取方法简单易行，可以应用于大面积海水的提铀操作。

权利要求

1.一种利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、取具有氧空位的In2O3‑x加入到无水乙醇中，搅拌0.5~1小时，超声0.5~1小时，得到In2O3‑x的无水乙醇溶液；

步骤二、将In2O3‑x的无水乙醇溶液均匀的涂抹在碳布上，涂抹完成后，待碳布自然干燥，即得到具有氧空位的In2O3‑x的碳布；

步骤三、将具有氧空位的In2O3‑x的碳布作为工作电极，将另一空白碳布作为对电极；将工作电极和对电极分别插入耦合装置的塑料载板上；

步骤四、将小型风力发电装置固定在耦合装置的塑料载板的上方，并用导线将工作电极和对电极与小型风力发电装置的电瓶连接；

步骤五、将耦合装置放置在海水中，待小型风力发电装置在有风的情况下实现对电瓶的充电，并通过电瓶向工作电极和对电极通电，实现海水提铀。

2.如权利要求1所述的利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法，其特征在于，所述步骤一中采用的超声的功率为600~1200W，频率为28~40KHz；所述In2O3‑x与无水乙醇的质量体积比为50mg:1mL。

3.如权利要求1所述的利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法，其特征在于，所述步骤二中，用毛刷蘸取In2O3‑x的无水乙醇溶液并将其均匀的刷在碳布上，在刷的过程中朝着同一个方向刷。

4.如权利要求1所述的利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法，其特征在于，所述小型风力发电装置通过支撑杆固定在塑料载板上，所述支撑杆的内部中空，用于穿插导线。

5.如权利要求4所述的利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法，其特征在于，所述支撑杆为轻质绝缘材料支撑杆；所述支撑杆的表面涂有防腐蚀材料。

6.如权利要求1所述的利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法，其特征在于，所述塑料载板和小型风力发电装置的表面均涂有防腐蚀材料。

7.如权利要求1所述的利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法，其特征在于，所述工作电极和对电极的下端位于塑料载板的下方，上端位于塑料载板的上方，且所述塑料载板下方的工作电极和对电极的总质量大于载板上方的小型风力发电装置的总质量。

8.如权利要求1所述的利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法，其特征在于，所述具有氧空位的In2O3‑x的制备方法为：配制浓度为0.024~0.028mol/L的硝酸铟异丙醇溶液；在硝酸铟异丙醇溶液中加入丙三醇，搅拌0.5 1小时，超声0.5 1小时，得到混合溶~ ~

液；将混合溶液转移到聚四氟乙烯高温高压反应釜中，以5℃/min的速度升温至160 200℃，~

保温1 3小时，自然冷却至室温后，固液分离，固体分别用去离子水和乙醇洗涤，然后在真空~

干燥箱中60 80℃干燥10 14小时，得到球形氢氧化铟固体；将球形氢氧化铟固体溶于去离~ ~

子水中，超声0.5 1小时，然后将超声后的溶液转移到聚四氟乙烯高温高压反应釜中，以5~

℃/min的速度升温至40 60℃，保温1 3小时，自然冷却至室温，用乙醇洗涤，然后在烘箱中~ ~

60 80℃干燥10 14小时，即得到片状氢氧化铟固体；将片状氢氧化铟固体在氢气含量为5%~ ~

以下的气氛下，以10℃/min的速度升温至350 450℃，煅烧1 3小时，得到煅烧后的具有氧空~ ~

位的In2O3‑x样品。

9.如权利要求8所述的利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法，其特征在于，所述硝酸铟异丙醇溶液的配制方法为：将In(NO3)3•4.5H2O 溶于异丙醇中，搅拌0.5~1小时，超声0.5~1小时，得到硝酸铟异丙醇溶液；所述In(NO3)3•4.5H2O与丙三醇的质量比为3:

80 120；所述球形氢氧化铟固体与去离子水中的质量体积比为1g:120 160mL。

~ ~

10.如权利要求8所述的利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法，其特征在于，所述超声的功率为600 1200W，频率为28 40KHz。

~ ~

说明书

利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种海水提铀的方法，具体涉及一种利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法。

背景技术

[0002] 铀是核电原料，天然矿石中的铀矿储量很少。海洋是一个巨大的铀的储存库，铀在海水中的含量高达42.9亿吨，是陆地铀含量的上千倍。此外，海水中铀同位素主要为铀‑238
和铀‑235，与陆地铀矿中的自然丰度相同。如果能将海水中的铀资源有效富集，将成为核电
事业燃料稳定供应的一种重要补充和保障。

[0003] 目前提取的铀方法主要有化学沉淀法、离子交换法、膜分离法和吸附法等。化学沉淀法设备简单、费用低、效率高，但反应所产生的聚合物需进一步浓缩、脱水和固化；离子交
换法提取效率高，净化效果好，但价格昂贵，选择性差，交换容量有限；膜分离法操作简单、
能耗低、适应性强，但对原水的水质要求较高，常需与其他水处理技术联用；而吸附法对于
吸附剂要求需要有处理量大、吸附剂选择性强、耐腐性强、机械强度大等特性，并且现有的
吸附材料在实际应用中还存在吸附效率低、生产成本高、回收再利用困难等缺陷。

[0004] 具有氧空位的化合物能够对氧离子进行捕捉，而海水里面铀是铀酰离子，就是铀2+
氧络合物，比如UO2 ，氧空位是捕捉氧，可以达到间接捕捉铀的效果使氧空位化合物更容易
捕捉铀酰离子；同时采用电化学方法，将具有氧空位的化合物涂在碳布上作为工作电极，并
采用另一空白碳布作为对电极，通过给电极通电，将海水中的铀固定在工作电极上，实现对
海水中的铀的提取。

发明内容

[0005] 本发明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。

[0006] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法，包括以下步骤：

[0007] 步骤一、取具有氧空位的In2O3‑x加入到无水乙醇中，搅拌0.5～1小时，超声0.5～1小时，得到In2O3‑x的无水乙醇溶液；

[0008] 步骤二、将In2O3‑x的无水乙醇溶液均匀的涂抹在碳布上，涂抹完成后，待碳布自然干燥，即得到具有氧空位的In2O3‑x的碳布；

[0009] 步骤三、将具有氧空位的In2O3‑x的碳布作为工作电极，将另一空白碳布作为对电极；将工作电极和对电极分别插入耦合装置的塑料载板上；

[0010] 步骤四、将小型风力发电装置固定在耦合装置的塑料载板的上方，并用导线将工作电极和对电极与小型风力发电装置的电瓶连接；

[0011] 步骤五、将耦合装置放置在海水中，待小型风力发电装置在有风的情况下实现对电瓶的充电，并通过电瓶向工作电极和对电极通电，实现海水提铀。

[0012] 优选的是，所述步骤一中采用的超声的功率为600～1200W，频率为28～40KHz；所述In2O3‑x与无水乙醇的质量体积比为50mg:1mL。

[0013] 优选的是，所述步骤二中，用毛刷蘸取In2O3‑x的无水乙醇溶液并将其均匀的刷在碳布上，在刷的过程中朝着同一个方向刷。

[0014] 优选的是，所述小型风力发电装置通过支撑杆固定在塑料载板上，所述支撑杆的内部中空，用于穿插导线。

[0015] 优选的是，所述支撑杆为轻质绝缘材料支撑杆；所述支撑杆的表面涂有防腐蚀材料。

[0016] 优选的是，所述塑料载板和小型风力发电装置的表面均涂有防腐蚀材料。

[0017] 优选的是，所述工作电极和对电极的下端位于塑料载板的下方，上端位于塑料载板的上方，且所述塑料载板下方的工作电极和对电极的总质量大于载板上方的小型风力发
电装置的总质量。

[0018] 优选的是，所述具有氧空位的In2O3‑x的制备方法为：配制浓度为0.024～0.028mol/L的硝酸铟异丙醇溶液；在硝酸铟异丙醇溶液中加入丙三醇，搅拌0.5～1小时，超
声0.5～1小时，得到混合溶液；将混合溶液转移到聚四氟乙烯高温高压反应釜中，以5℃/
min的速度升温至160～200℃，保温1～3小时，自然冷却至室温后，固液分离，固体分别用去
离子水和乙醇洗涤，然后在真空干燥箱中60～80℃干燥10～14小时，得到球形氢氧化铟固
体；将球形氢氧化铟固体溶于去离子水中，超声0.5～1小时，然后将超声后的溶液转移到聚
四氟乙烯高温高压反应釜中，以5℃/min的速度升温至40～60℃，保温1～3小时，自然冷却
至室温，用乙醇洗涤，然后在烘箱中60～80℃干燥10～14小时，即得到片状氢氧化铟固体；
将片状氢氧化铟固体在氢气含量为5％以下的气氛下，以10℃/min的速度升温至350～450
℃，煅烧1～3小时，得到煅烧后的具有氧空位的In2O3‑x样品；

[0019] 优选的是，所述硝酸铟异丙醇溶液的配制方法为：将In(NO3)3·4.5H2O溶于异丙醇中，搅拌0.5～1小时，超声0.5～1小时，得到硝酸铟异丙醇溶液；所述In(NO3)3·4.5H2O与丙
三醇的质量比为3:80～120；所述球形氢氧化铟固体与去离子水中的质量体积比为1g:120
～160mL。

[0020] 优选的是，所述超声的功率为600～1200W，频率为28～40KHz。

[0021] 本发明至少包括以下有益效果：本发明通过将具有氧空位的化合物涂在碳布上作为工作电极，并采用另一空白碳布作为对电极，将该工作电极和对电极设置在耦合装置中，
并将该耦合装置置于海水中，通过小型风力发电装置的电瓶给工作电极和对电极通电，将
海水中的铀固定在工作电极上，实现对海水中的铀的提取，该提取方法简单易行，可以应用
于大面积海水的提铀操作。

[0022] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：

[0023] 图1为本发明风力发电‑海水提铀的耦合装置的结构示意图；

[0024] 图2为本发明的具有氧空位的In2O3‑x样品和纯In2O3的XRD图；

[0025] 图3为本发明的具有氧空位的In2O3‑x样品和纯In2O3的ESR谱图；

[0026] 图4为本发明的具有氧空位的In2O3‑x样品和纯In2O3的PL谱图；

[0027] 图5为本发明的具有氧空位的In2O3‑x样品和纯In2O3的XPS谱图(O 1s)。具体实施方式：

[0028] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

[0029] 应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

[0030] 实施例1：

[0031] 一种利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法，包括以下步骤：

[0032] 步骤一、取具有氧空位的In2O3‑x 500mg加入到10mL无水乙醇中，搅拌1小时，超声0.5小时，得到In2O3‑x的无水乙醇溶液；采用的超声的功率为1200W，频率为40KHz；

[0033] 步骤二、用毛刷蘸取In2O3‑x的无水乙醇溶液并将其均匀的刷在10x20cm的碳布上，在刷的过程中朝着同一个方向刷，涂抹完成后，待碳布自然干燥，即得到具有氧空位的
In2O3‑x的碳布；

[0034] 步骤三、如图1所示，将具有氧空位的In2O3‑x的碳布作为工作电极1，将另一空白碳布作为对电极2；将工作电极1和对电极2分别插入耦合装置的塑料载板3上；

[0035] 步骤四、将小型风力发电装置4固定在耦合装置的塑料载板3的上方，并用导线5将工作电极1和对电极2与小型风力发电装置4的电瓶连接；所述小型风力发电装置4通过支撑
杆6固定在塑料载板上，所述支撑杆的内部中空，用于穿插导线；所述支撑杆为轻质绝缘材
料支撑杆；所述支撑杆的表面涂有防腐蚀材料；所述塑料载板和小型风力发电装置的表面
均涂有防腐蚀材料，用于避免长期在海水环境对塑料载板和小型风力发电装置的腐蚀；所
述工作电极和对电极的下端位于塑料载板的下方，上端位于塑料载板的上方，且所述塑料
载板下方的工作电极和对电极的总质量大于载板上方的小型风力发电装置的总质量，避免
风力过大导致装置倾覆；

[0036] 步骤五、将耦合装置放置在20L U6+浓度为3.4ug/L海水中，待小型风力发电装置在有风的情况下实现对电瓶的充电，并通过电瓶向工作电极和对电极通电30min，实现海水提
6+
铀；对提铀后的海水进行ICP‑MS检测，U 浓度为1.2ug/L，工作电极对铀的提取率为64.7％；

[0037] 在本发明中，具有氧空位的化合物能够对氧离子进行捕捉，而海水里面，含铀晶体2+ 2+
配合物中，铀大多数是以铀酰离子UO2 的形式存在的，氧空位通过捕捉UO2 中的氧，达到间
接捕捉铀的效果。相比于没有样空位的化合物，含有氧空位金属氧化物更容易捕捉铀酰离
2+
子，在捕捉到氧后，就相当于固定了一个UO2 ，再通过小型风力发电装置的电瓶给工作电极
2+
和对电极通电，将UO2 还原成UO2晶体(如图1所示)，并固定在工作电极上，一旦有还原的UO2
晶核出现，随后的铀还过程就于晶体长大的过程，从而实现海水中铀的提取和富集；

[0038] 所述具有氧空位的In2O3‑x的制备方法为：将3g In(NO3)3·4.5H2O溶于300mL异丙醇中，搅拌0.5小时，超声1小时，得到硝酸铟异丙醇溶液；在硝酸铟异丙醇溶液中加入100g
丙三醇，搅拌0.5小时，超声0.5小时，得到混合溶液；所述超声的功率为800W，频率为35KHz；
将混合溶液转移到聚四氟乙烯高温高压反应釜中，以5℃/min的速度升温至180℃，保温1小
时，自然冷却至室温后，固液分离，固体分别用去离子水和乙醇洗涤，然后在真空干燥箱中
60℃干燥12小时，得到球形氢氧化铟固体；将1g球形氢氧化铟固体溶于150mL去离子水中，
超声0.5小时，所述超声的功率为800W，频率为35KHz；然后将超声后的溶液转移到聚四氟乙
烯高温高压反应釜中，以5℃/min的速度升温至50℃，保温1小时，自然冷却至室温，用乙醇
洗涤，然后在烘箱中60℃干燥12小时，即得到片状氢氧化铟固体；将片状氢氧化铟固体在氢
气含量为5％以下的气氛下，以10℃/min的速度升温至400℃，煅烧2小时，得到煅烧后的具
有氧空位的In2O3‑x样品；(In2O3‑x中的X代表氧空位含量)；

[0039] 从图2中可以看出，本发明制备的具有氧空位的In2O3‑x样品与纯In2O3的晶相一致，为立方晶相；图3为本发明制备的具有氧空位的In2O3‑x样品和纯In2O3的ESR谱图；在3400Gs
左右表现出的信号是由于氧空位对电子的捕获，信号越强，说明制备的In2O3‑x样品的氧空
位含量越高；图4为本发明制备的具有氧空位的In2O3‑x样品和纯In2O3的PL谱图；在435nm处
的PL发射峰主要归因于光生空穴对电子的捕获导致氧空位的复合，信号越强，说明制备的
In2O3‑x样品的氧空位含量越高；图5为本发明制备的具有氧空位的In2O3‑x样品和纯In2O3的
XPS谱图(O 1s)，O 1s核心层光谱中也可以清楚地识别出两个峰，位于529.8是属于In‑O‑In
键，而另一个位于531.4eV的则是氧空位附近的氧原子，这部分峰面积越大，说明氧空位旁
边的氧原子就越多，说明氧空位越多。

[0040] 实施例2：

[0041] 一种利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法，包括以下步骤：

[0042] 步骤一、取具有氧空位的In2O3‑x 500mg加入到10mL无水乙醇中，搅拌1小时，超声0.5小时，得到In2O3‑x的无水乙醇溶液；采用的超声的功率为1200W，频率为40KHz；

[0043] 步骤二、用毛刷蘸取In2O3‑x的无水乙醇溶液并将其均匀的刷在10x20cm的碳布上，在刷的过程中朝着同一个方向刷，涂抹完成后，待碳布自然干燥，即得到具有氧空位的
In2O3‑x的碳布；

[0044] 步骤三、将具有氧空位的In2O3‑x的碳布作为工作电极，将另一空白碳布作为对电极；将工作电极和对电极分别插入耦合装置的塑料载板上；

[0045] 步骤四、将小型风力发电装置固定在耦合装置的塑料载板的上方，并用导线将工作电极和对电极与小型风力发电装置的电瓶连接；所述小型风力发电装置通过支撑杆固定
在塑料载板上，所述支撑杆的内部中空，用于穿插导线；所述支撑杆为轻质绝缘材料支撑
杆；所述支撑杆的表面涂有防腐蚀材料；所述塑料载板和小型风力发电装置的表面均涂有
防腐蚀材料，用于避免长期在海水环境对塑料载板和小型风力发电装置的腐蚀；所述工作
电极和对电极的下端位于塑料载板的下方，上端位于塑料载板的上方，且所述塑料载板下
方的工作电极和对电极的总质量大于载板上方的小型风力发电装置的总质量，避免风力过
大导致装置倾覆；

[0046] 步骤五、将耦合装置放置在30L U6+浓度为3.5ug/L海水中，待小型风力发电装置在有风的情况下实现对电瓶的充电，并通过电瓶向工作电极和对电极通电30min，实现海水提
6+
铀；对提铀后的海水进行ICP‑MS检测，U 浓度为1.6ug/L，工作电极对铀的提取率为54.3％；

[0047] 所述具有氧空位的In2O3‑x的制备方法为：将3g In(NO3)3·4.5H2O溶于300mL异丙醇中，搅拌0.5小时，超声1小时，得到硝酸铟异丙醇溶液；在硝酸铟异丙醇溶液中加入100g
丙三醇，搅拌0.5小时，超声0.5小时，得到混合溶液；所述超声的功率为800W，频率为35KHz；
将混合溶液转移到聚四氟乙烯高温高压反应釜中，以5℃/min的速度升温至180℃，保温1小
时，自然冷却至室温后，固液分离，固体分别用去离子水和乙醇洗涤，然后在真空干燥箱中
60℃干燥12小时，得到球形氢氧化铟固体；将1g球形氢氧化铟固体溶于150mL去离子水中，
超声0.5小时，所述超声的功率为800W，频率为35KHz；然后将超声后的溶液转移到聚四氟乙
烯高温高压反应釜中，以5℃/min的速度升温至50℃，保温1小时，自然冷却至室温，用乙醇
洗涤，然后在烘箱中60℃干燥12小时，即得到片状氢氧化铟固体；将片状氢氧化铟固体在氢
气含量为5％以下的气氛下，以10℃/min的速度升温至400℃，煅烧2小时，得到煅烧后的具
有氧空位的In2O3‑x样品。

[0048] 实施例3：

[0049] 一种利用风力发电‑海水提铀的耦合装置进行提铀的方法，包括以下步骤：

[0050] 步骤一、取具有氧空位的In2O3‑x 1000mg加入到20mL无水乙醇中，搅拌1小时，超声0.5小时，得到In2O3‑x的无水乙醇溶液；采用的超声的功率为1200W，频率为40KHz；

[0051] 步骤二、用毛刷蘸取In2O3‑x的无水乙醇溶液并将其均匀的刷在20x40cm的碳布上，在刷的过程中朝着同一个方向刷，涂抹完成后，待碳布自然干燥，即得到具有氧空位的
In2O3‑x的碳布；

[0052] 步骤三、将具有氧空位的In2O3‑x的碳布作为工作电极，将另一空白碳布作为对电极；将工作电极和对电极分别插入耦合装置的塑料载板上；

[0053] 步骤四、将小型风力发电装置固定在耦合装置的塑料载板的上方，并用导线将工作电极和对电极与小型风力发电装置的电瓶连接；所述小型风力发电装置通过支撑杆固定
在塑料载板上，所述支撑杆的内部中空，用于穿插导线；所述支撑杆为轻质绝缘材料支撑
杆；所述支撑杆的表面涂有防腐蚀材料；所述塑料载板和小型风力发电装置的表面均涂有
防腐蚀材料，用于避免长期在海水环境对塑料载板和小型风力发电装置的腐蚀；所述工作
电极和对电极的下端位于塑料载板的下方，上端位于塑料载板的上方，且所述塑料载板下
方的工作电极和对电极的总质量大于载板上方的小型风力发电装置的总质量，避免风力过
大导致装置倾覆；

[0054] 步骤五、将耦合装置放置在40L U6+浓度为3.5ug/L海水中，待小型风力发电装置在有风的情况下实现对电瓶的充电，并通过电瓶向工作电极和对电极通电30min，实现海水提
6+
铀；对提铀后的海水进行ICP‑MS检测，U 浓度为1.2ug/L，工作电极对铀的提取率为65.7％；

[0055] 所述具有氧空位的In2O3‑x的制备方法为：将3g In(NO3)3·4.5H2O溶于300mL异丙醇中，搅拌0.5小时，超声1小时，得到硝酸铟异丙醇溶液；在硝酸铟异丙醇溶液中加入100g
丙三醇，搅拌0.5小时，超声0.5小时，得到混合溶液；所述超声的功率为800W，频率为35KHz；
将混合溶液转移到聚四氟乙烯高温高压反应釜中，以5℃/min的速度升温至180℃，保温1小
时，自然冷却至室温后，固液分离，固体分别用去离子水和乙醇洗涤，然后在真空干燥箱中
60℃干燥12小时，得到球形氢氧化铟固体；将1g球形氢氧化铟固体溶于150mL去离子水中，
超声0.5小时，所述超声的功率为800W，频率为35KHz；然后将超声后的溶液转移到聚四氟乙
烯高温高压反应釜中，以5℃/min的速度升温至50℃，保温1小时，自然冷却至室温，用乙醇
洗涤，然后在烘箱中60℃干燥12小时，即得到片状氢氧化铟固体；将片状氢氧化铟固体在氢
气含量为5％以下的气氛下，以10℃/min的速度升温至400℃，煅烧2小时，得到煅烧后的具
有氧空位的In2O3‑x样品。

[0056] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地
实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限
于特定的细节和这里示出与描述的图例。