[发明专利]催化还原处理航天推进剂生产污水的催化剂、装置及方法

说明书

本发明公开了一种催化还原处理航天推进剂生产污水的催化剂、装置及方法，催化剂包括表面去除了氧化膜的铁基材，以及基于化学镀沉积在铁基材表面的金属铜微粒，铁基材及其表面的金属铜微粒经表面改性，部分为氧化态。装置包括滤床反应器、装填在滤床反应器中的催化剂、提升污水至滤床反应器的水泵，以及循环提升滤床反应器中污水的循环水泵。该方法使用上述装置对航天推进剂生产污水进行还原处理。通过化学镀和氧化改性的方式组成铁铜复合催化还原体系，接触面积大、附着力强、用铜量少，设备简单，运行管理方便，除了水泵的电耗外，没有其它能耗，具有更高的催化活性，还原反应速率高，没有二次污染，非常适用于航天推进剂生产污水的处理。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及催化还原处理航天推进剂生产污水的催化剂、装置及方法。

背景技术

航天推进剂生产污水属于难降解工业污水的一种，其成分复杂、含大量有毒有害污染物、生化降解难度大，污水中含有偏二甲肼、偏腙、二甲胺、亚硝基二甲胺、四甲基四氮烯等一系列有机物，其中大部分物质属于高毒性物质，且具有致畸、致癌、致突变等作用，对生态环境和人员健康安全影响巨大。由于可生物降解性差，传统的生物处理技术难以解决，同时，由于物化处理技术中的氧化技术对偏腙等物质的处理效果极差，在此也并不适用，其中包括臭氧氧化法、Fenton氧化法、湿式催化氧化等技术，这些技术处理机理复杂、价格昂贵，并不适用于航天推进剂生产污水的处理；催化还原法可将偏腙、亚硝基二甲胺等物质还原为偏二甲肼和二甲胺等航天推进剂或推进剂生产原料，在降解污水的同时，可以回收再利用有用的物质。

近年来，关于零价金属还原处理水体中有机物的研究较多，比如使用单质铁、锌、铝等都可以使有机物发生还原反应，尤其是利用单质铁进行催化还原处理。由于零价铁价格低廉、没有毒性和污染，引起了许多研究者的兴趣。但是单独使用单质铁催化还原有机物，还原反应速率很慢，而且不能全部还原水体中的推进剂污染物。在研究中，一般使用二元金属体系提高反应速率，研究证明在单质铁还原体系中加入另一种金属作为催化剂，可以明显提高反应速率。但是研究采用的原料都是粒度非常细的还原铁粉，使用前一般都需要酸洗去除氧化物，使用过程中也容易生成铁氧化物或者氢氧化物而发生钝化，容易堵塞反应器，不利于工程化应用。而且部分研究使用价格昂贵的贵金属，使得处理成本陡增。

因此，有必要提供一种操作简便、可实现工业污水处理的催化还原方法，为航天推进剂生产污水处理提供技术支撑。

发明内容

为了解决上述技术存在的缺陷，本发明提供一种催化还原处理航天推进剂生产污水的催化剂、装置及方法。

本发明实现上述技术效果所采用的技术方案是：

催化还原处理航天推进剂生产污水的催化剂，所述催化剂包括：

铁基材，具有去除了氧化膜的表面；

金属铜微粒，基于化学镀沉积在所述铁基材的表面，铜、铁的质量比为1:100～1:10；

其中，所述铁基材及其表面的金属铜微粒经表面改性，部分为氧化态。

优选地，在上述的催化还原处理航天推进剂生产污水的催化剂中，所述铁基材的形态为铁刨花、铁屑或薄铁片。

优选地，在上述的催化还原处理航天推进剂生产污水的催化剂中，所述催化剂采用如下步骤制成：

S1、材料预处理，将铁基材分别使用浓氢氧化钠溶液、稀盐酸和清水进行清洗，去除铁基材表面的氧化膜，然后置于清水中，将水加热至30℃；

S2、镀铜改性，将水洗处理后的铁基材置于一定温度的铜盐溶液中，通过化学镀，使铜盐溶液中的铜离子通过化学置换反应转换为铜单质，以微粒形式沉积在铁基材表面；

S3、氧化改性，将表面镀铜改性的铁基材在惰性气体中烘干，然后进行氧化改性，使铁基材表面的铁单质和铜单质部分氧化为金属氧化物。