论文总字数：28793字

摘 要

偏二甲肼因其具有很大的燃烧热、高比冲以及稳定性，且易于储存，广泛用与航天领域。而偏二甲肼及其部分氧化物具有毒性，引起中毒的过程极为简单，人体只要接触、吸入或者误食都可引起中毒，故其废水处理必须重视。目前偏二甲阱废水的治理方法，主要包含化学法、物理法、生物法等处理方法。

本文旨在探索一种将金属为活性成分负载到γ-Al₂O₃上作为催化剂，以H₂O₂为氧化剂，将偏二甲肼进行催化氧化的废水处理方法。并对活性成分，负载量，H₂O₂用量，温度，pH，催化剂用量，催化剂使用次数，UDMH初始浓度等反应条件进行了探究，同时对制得的催化剂以XPS、FT-IR、XRD、SEM进行表征，并在降解过程以UV-Vis检测水样。得到实验结果：以制得的负载量为CuO/Nd₂O₃/CoO（2%-2%-2%）的CuO-Nd₂O₃-CoO@Al₂O₃为催化剂，当H₂O₂（30%）用量为10 mL，温度为60 ℃，pH=7，催化剂用量为5 g时，对初始浓度为200 mg/L的偏二甲肼废水，反应60 min后，其UDMH降解率可达95.42%，总COD降解率可达87.62%；相同条件下，对更高初始浓度的偏二甲肼废水的处理仍有较好的活性，初始浓度为500 mg/L时，反应60 min后，其UDMH降解率可达90.14%，总COD降解率可达81.19%。同时第5次使用催化剂仍保留原催化剂90%以上活性。

关键词：偏二甲肼，废水处理，γ-Al₂O₃载体，金属活性成分，催化氧化，类Fenton法

Abstract

UDMH is widely used in the field of aerospace，because of its high combustion heat, high specific impulse, stability, and easy storage. But UDMH and some of its oxides are toxic, it can cause poisoning as long as people simply touch,inhale or ingest it , so we must pay attention to its waste water treatment. Now the treatment methods include chemical treatment, physical treatment and biological treatment.

This paper aims to explore a Fenton-like method to treatment of UDMH waste water, which was catalytic oxidized by H₂O₂ underγ-Al₂O₃ catalyst supported with metal active component. The reaction conditions, such as the active component, the amount of loading, the amount of H₂O₂, the temperature, the pH, the amount of catalyst, the reaction times of the catalyst, and the initial concentration of UDMH, were investigated. Meanwhile, the catalyst was characterized by XPS，FT-IR, XRD and SEM, and the water samples were detected by UV-Vis during the degradation process.The degradation rate of UDMH waste water with initial concentration of 200 mg/L was 95.42% after reaction for 60 min,under the reaction conditions of H₂O₂ (30%) dosage of 10 mL, temperature of 60℃, pH=7 and catalyst dosage of 5 g, when CuO-Nd₂O₃-CoO@Al₂O₃ was used as catalyst.And the total COD degradation rate could reach 87.62 % . Degrading UDMH waste water with higher initial concentration, the catalyst still has good activity under the same conditions.The UDMH degradation rate can reach 90.14 % and the total COD degradation rate can reach 81.19 % after 60 minutes of reaction,when the initial concentration is 500mg/L.In addition, more than 90 % activity of the original catalyst was retained after the 5th use.

KEY WORDS: UDMH, waste water treatment, metal active component, catalytic oxidation, Fenton-like method

目 录

第一章 绪论 1

1.1 偏二甲肼及其废水的危害 1

1.2 偏二甲肼废水来源及处理现状 1

1.3 偏二甲肼废水处理方法 2

1.3.1 处理方法简述 2

1.3.2物理处理法 2

1.3.3化学处理法 3

1.3.4生物处理法 6

1.4 研究目的及内容 7

1.4.1研究目的 7

1.4.2研究内容 7

第二章 实验部分 8

2.1实验试剂及仪器 8

2.2催化剂的制备筛选 9

2.2.1催化剂的制备 9

2.2.2 催化剂筛选 10

2.3 催化剂降解条件优化 12

2.3.1 不同负载量对偏二甲肼降解效果的影响 12

2.3.2 初始溶液pH对偏二甲肼降解效果的影响 13

2.3.3 温度对偏二甲肼降解效果的影响 15

2.3.4 催化剂用量对偏二甲肼降解效果的影响 16

2.3.5 H₂O₂用量对偏二甲肼降解效果的影响 18

2.3.6 对低浓度及更高浓度偏二甲肼废水的降解的效果 20

2.3.7 催化剂使用次数对催化效果的影响 21

2.4 溶液降解过程中的UV-Vis表征 23

2.5催化剂的表征 23

2.5.1 FT-IR 23

2.5.2 XPS.........................................................................................................................................................24

2.5.3 SEM 24

2.5.4 XRD 25

第三章 结果与展望 26

3.1 实验结果 26

3.2 前景展望 26

致 谢 28

参考文献 29

绪论

1.1 偏二甲肼及其废水的危害

偏二甲肼，又称l，l-二甲基肼。其化学式是C₂H₈N₂，分子量为60.1，气味与氨气类似，有刺激性，颜射呈现无色或微黄，易挥发，易溶于水。因其具有很大的燃烧热、高比冲以及稳定性好，且易于储存，广泛用来作为液体推进剂火箭燃料^[1,2,3]。

偏二甲肼暴露在空气中，会被空气中的样缓慢氧化，其发生氧化后的可能产物有：二氧化碳、二甲胺 (DMA) 、甲胺、甲基肼 、二甲基乙基肼、偏腙、偏二甲肼乙醛腙、四甲基四氮烯（TMT）、亚硝基二甲胺等^[4,5]。其中亚硝基二甲胺已广泛被检测为饮用水和废水中的消毒副产物。毒性试验证实NDMA可引起肺癌、肝癌和损伤生物体神经系统^[6,7,8]。因此美国环境保护署（EPA）将亚硝基二甲胺确定为“有效的人类致癌物”，含有其的废水必须得到有效的处理才能排放^[9,10]。偏二甲肼除其氧化产物亚硝基二甲胺具有较强毒性外,其本身也具有毒性，可能使人体产生病变，形成癌症，而且偏二甲肼引起中毒的过程极为简单，人体只要接触、吸入或者误食都可引起中毒，故其废水处理必须重视^[11,12]。

1.2 偏二甲肼废水来源及处理现状

含偏二甲肼的废水主要来源于其生产、运输过程以及加注和使用过程，对生态环境以及人们的生命安全造成严重的损害^[13,14]。引起人们对其废水处理问题的广泛关注。近年来，我国航天事业发展迅猛，故而会需要更加大量的推进剂，而偏二甲肼在其中扮演着极为重要的角色，其需求量及生产量日益增大，因此而形成的废水对环境的影响也逐渐加重，所以不少科研人员致力于寻求更高效的处理偏二甲肼废水的方法，减少其对环境的危害。

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