[發(fā)明專利]一種納米Fe/Mn復(fù)合催化劑用于放射性廢樹脂氧化分解的方法

有效

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• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103474123A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王建龍;徐樂瑾
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G21F9/28
• 分類號: G21F9/28;G21F9/30;C08J11/16
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于核工業(yè)放射性廢物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米Fe/Mn復(fù)合催化劑用于放射性廢樹脂氧化分解的方法。

背景技術(shù)

放射性廢樹脂主要由核電站、核燃料回收處等場所產(chǎn)生，包括陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。所用樹脂為苯乙烯－二乙烯苯型的核級樹脂，具有交換容量大、轉(zhuǎn)型率高、粒度均一、在熱水中的溶解度小以及耐輻照的特征。近年來，隨著核工業(yè)和核電事業(yè)的快速發(fā)展，由各種核設(shè)施所產(chǎn)生的放射性廢樹脂亦與日俱增，對其進行穩(wěn)定化處理及最終處置所需的運輸費以及處置費也將越來越高。因此，如何安全經(jīng)濟有效地處理處置日益增長的放射性廢樹脂，對于核工業(yè)和核電事業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義。

目前通用的放射性廢樹脂的處理方法為固化，即將含有放射性核素的廢樹脂包容在一定的惰性基質(zhì)內(nèi)形成穩(wěn)定的固化體，然后再運輸至處置場進行最終處置。固化法操作簡單易行，但卻導(dǎo)致增容，如廢樹脂經(jīng)直接水泥固化后一般體積增大一倍，而且樹脂固化體遇水可能發(fā)生脹裂而導(dǎo)致核素浸出率相對較高，從而給廢物的安全處置帶來很大的風(fēng)險，增加后序處理處置的費用。為了降低廢物的固化體積，獲得較高的減容系數(shù)，焚燒、熱解、酸解、高溫濕式氧化等廢樹脂的減容工藝得到了發(fā)展。但是這些工藝都存在著反應(yīng)溫度高、易產(chǎn)生放射性廢氣、設(shè)備和運行費用高等缺點。其中，濕式催化氧化技術(shù)備受關(guān)注。將其應(yīng)用于放射性廢樹脂的處理，催化劑的選擇是關(guān)鍵。研究表明，適當使用催化劑可大大降低反應(yīng)溫度和壓力，使其工業(yè)應(yīng)用成為可能。目前用于濕式催化氧化反應(yīng)的催化劑主要有：以Pt、Ru等為代表的貴金屬類，以Cu為代表的過渡金屬氧化物類，以CeO₂為代表的稀土金屬氧化物類。有研究表明，多種金屬之間的協(xié)同作用能提高催化活性，如Mn/Ce復(fù)合物對濕式氧化吡蟲啉農(nóng)藥廢水顯示出較好的活性和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種納米Fe/Mn復(fù)合催化劑用于放射性廢樹脂氧化分解的方法。

一種納米Fe/Mn復(fù)合催化劑用于放射性廢樹脂氧化分解的方法，具體步驟如下：

（1）將FeSO₄·7H₂O和MnSO₄·H₂O的溶液按金屬離子摩爾比1:3～3:1混合攪拌，并通入氬氣使反應(yīng)在無氧狀態(tài)下進行；

（2）在上述溶液中滴入NaOH溶液，室溫下反應(yīng)生成納米Fe/Mn復(fù)合物，反應(yīng)過程中鼓入氬氣保持反應(yīng)在無氧狀態(tài)下進行，保持攪拌進行反應(yīng)，將合成的納米Fe/Mn粒子沉淀，洗滌并真空干燥后得到納米Fe/Mn復(fù)合催化劑；

（3）將廢樹脂在檸檬酸中溶脹并調(diào)節(jié)pH值，然后加入納米Fe/Mn復(fù)合催化劑攪拌，反應(yīng)溫度為80～99℃，然后滴入H₂O₂，通過納米Fe/Mn與H₂O₂反應(yīng)產(chǎn)生的·OH將廢樹脂氧化分解。

步驟（2）中Fe²⁺與NaOH溶液中OH^-物質(zhì)的量的比為1:10～1:20。

步驟（2）中所述反應(yīng)的時間為1～2h。

步驟（3）中所述廢樹脂為苯乙烯－二乙烯苯型的核級粒狀濕樹脂，含水率為40～60%，包括陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂，含有放射性核素。

步驟（3）中所述pH值為2.0～3.0。

步驟（3）中納米Fe/Mn復(fù)合催化劑的用量按單位干廢樹脂計為0.05～0.5g/g；

步驟（3）中所述H₂O₂為30%（vol）的H₂O₂溶液，其用量按單位干廢樹脂計為10～60mL/g。

廢樹脂處理過程中產(chǎn)生的氣體經(jīng)過冷凝回流后可直接排放，冷凝液主要為小分子有機酸和水，反應(yīng)器中的殘液經(jīng)處理后可固化處置。

納米Fe/Mn復(fù)合催化劑與H₂O₂反應(yīng)產(chǎn)生·OH將廢樹脂氧化分解的主要工作原理為：