核裂變產(chǎn)生4億千兆瓦的電，占全球發(fā)電量的11%。鈾是裂變?nèi)剂虾头派湫詮U物的基本元素，因此，鈾的回收至關(guān)重要。這里，報道了一種從水溶液中提取鈾的原位電解沉積方法。功能化還原氧化石墨烯泡沫(3D-FrGOF)被用作工作電極，既充當析氫反應催化劑又可作為鈾沉積的基底。在不達到飽和的情況下，用3D-FrGOF對鈾離子（U）的電解沉積比容量為4560mg·g-1，庫侖效率可達54%。此外，摻入海水中的鈾濃度從3 ppm降至19.9 ppb，該值低于美國環(huán)境保護署的飲用水鈾限量(30 ppb)。此外，在反向偏置電壓的第二浴中，將鈾(U)收集電極噴射到2000 ppm濃U溶液中，電極可以有效地再生和循環(huán)至少9次，且效率衰減不明顯。這些發(fā)現(xiàn)為獨立式3D-FrGOF電極用于水處理先進分離技術(shù)開辟了新道路。
Figure 1. a，b)鈾電解沉積過程示意圖。c-e)3D-FrGOF表面和內(nèi)部的光學照片和掃描電鏡圖像。f，g）3D-FrGOF和3D-rGOF的拉曼和紅外光譜。h) 3D-FrGOF電極和不銹鋼支架在空白溶液中的極化曲線。i)3D-FrGOF電極和不銹鋼支架在100毫克每升鈾溶液中的CV曲線。
Figure 2. 不同條件下的提取性能：a-d) pH，外加電壓，時間，以及濃度的影響。e）50毫克每升鈾時，提取鈾的循環(huán)性能。
Figure 3．a(chǎn))用空白3D-rGOF和3D-FrGOF提取前后的含鈾溶液的光學照片，以及鈾提取后的3D-FrGOF照片。b)鈾沉積后3D-FrGOF電極的掃描電鏡圖像。c)超聲處理后沉積物的掃描電鏡圖像。d)3D-FrGOF表面的掃描電鏡，以及e，f)鈾和氧的元素分布。
Figure 4．a(chǎn))鈾提取后3D-FrGOF電極的XRD和計算的XRD圖。b）鈾沉積物的計算原子結(jié)構(gòu)。c）鈾沉積物的透射電鏡圖像。d) 鈾沉積物的的SAED圖和晶面指認。
該研究工作由麻省理工學院Ju Li和 Chao Wang課題組于2021年發(fā)表在Adv. Mater.期刊上。原文：Uranium In Situ Electrolytic Deposition with a Reusable Functional Graphene-Foam Electrode。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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