[发明专利]一种降解高浓度偏二甲肼废水的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速高效降解偏二甲肼的催化剂制备方法及催化氧化工艺，是一种利用催化剂湿式催化氧化法，配合双氧水稳定剂，降解高浓度偏二甲肼废水的方法，本技术属于纳米环保水处理技术领域。

背景技术：

偏二甲肼((CH₃)₂NNH₂，UDMH)作为一种高效的燃料而被普遍运用于航空航天技术领域中，然而偏二甲肼具备肼类化合物所共有的毒性，其生产、运输、储存不当、过期报废排放等，均带来了严重的污水污染问题，因此，偏二甲肼的达标排放技术一直备受关注。

已有技术报道，用于C–O、C–N、N–N、及N＝O等化学键活化反应的传统催化剂主要包括钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)等过渡金属络合物，然而这些络合物的价格往往较为昂贵，且是一次性消耗品。

废水工业广泛应用的低成本的Fenton工艺，催化剂为Fe²⁺，氧化剂为H₂O₂，降解过程伴随Fe²⁺氧化生成Fe³⁺，该工艺存在以下几方面问题：一方面水溶液中Fe³⁺带来色度污染；另外一方面，一旦溶液pH＞5，废水体系会生成絮状氢氧化铁沉淀，增加一道絮凝沉淀工艺步骤，若保持低pH范围，则pH指标达不到排放要求；再则催化剂Fe²⁺稳定性差，储存难度大；同时催化剂Fe²⁺自身消耗氧化剂H₂O₂，使得H₂O₂利用率降低。因此，迫切需求研究开发高效稳定的新催化材料与催化氧化工艺。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种利用纳米夹心结构催化剂湿式催化氧化法，配合双氧水稳定剂，降解高浓度偏二甲肼废水的方法。

技术方案：本发明所述的方法，包括利用纳米夹心结构铁基催化剂，配合双氧水稳定剂，催化氧化H₂O₂，产生羟基自由基(·OH)，快速高效降解偏二甲肼及其衍生物。

其中，所述纳米夹心结构铁基催化剂用通式M–O–Fe/SiO₂表示，M代表铼、铑和铈中的一种，优选为铑改性的纳米夹心结构铁基催化剂；质量百分含量为1～5％M–O–1～5％Fe/SiO₂，所述质量百分含量为M_xO_y金属氧化物质量或氧化铁与SiO₂质量之比，其中x＝1,2，y＝1,2,3。

所述纳米夹心结构铁基催化剂的制备方法包括如下步骤：

将正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水配成混合溶液，将固体硝酸铁加入所述混合溶液中搅拌溶解，加入稀硝酸调节pH，经二乙醇胺冷凝回流2-8h之后，置于烘箱中烘干水份形成干凝胶，将所述干凝胶煅烧，例如可以置于马弗炉中煅烧，制得纳米铁基SiO₂，研磨所述纳米铁基SiO₂得到粉末状固体；将所述纳米铁基SiO₂粉末状固体浸入用无水乙醇溶解的铼(Re)、铑(Rh)和铈(Ce)盐中的一种中形成悬浊液，浸渍搅拌8-12h，使得铼、铑、铈包裹在Fe表面，烘干之后，煅烧，例如可以置于马弗炉中煅烧，制得纳米夹心结构铁基催化剂。

其中，所述正硅酸乙酯/无水乙醇/去离子水的质量比为1/2～4/4～8。

稀硝酸调节所述pH至3～5，所述煅烧温度为290～410℃，煅烧时间为3～6h。

上述方法包括向高浓度偏二甲肼废水中加入双氧水溶液及少量双氧水稳定剂，控制偏二甲肼与双氧水摩尔比为1：40～120，双氧水与双氧水稳定剂的体积比为1～20：1；体系反应温度为50～70℃，在此范围内均能有效降解。

双氧水稳定剂的配方为：植酸，物质的量浓度为0.0015～0.3mol/L；氯化镁，物质的量浓度为0.005～0.1mol/L；硅酸钠，物质的量浓度为0.004～0.08mol/L。

偏二甲肼废水的pH控制在4～10，偏二甲肼废水的浓度为500～2500mg/L，停留时间为8～20min。反应停留时间越长反应越彻底，在此反应停留时间内均能达到降解效果。