[发明专利]ZSM-5为载体的贵金属催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于核电废弃物治理及环境保护技术领域，具体涉及ZSM‑5为载体的贵金属催化剂及其制备方法和应用。本发明公开了一种ZSM‑5为载体的贵金属催化剂，所述催化剂载体为H型ZSM‑5分子筛，活性组分为金属钌、铂之一，催化剂中活性组分质量分数为3％～10％。进一步的，如上所述的ZSM‑5为载体的贵金属催化剂，所述H型ZSM‑5分子筛为有机胺钠离子沸石分子筛。本发明采用催化分解方式脱除硝酸废液中的硝酸肼类危险化合物，与传统的添加氧化剂方式相比，更清洁、环保，无安全隐患，经济性优于添加氧化剂的方式。

技术领域

本发明属于核电废弃物治理及环境保护技术领域，具体涉及ZSM-5为载体的贵金属催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

核电是一种绿色低碳清洁能源，技术成熟，是人类解决能源问题最为现实可行的技术方式之一。但是，核电产生大量的强放射性废料——乏燃料，其安全问题是制约核电大规模推广应用的主要因素之一。

众所周知，目前核电反应堆核燃料利用率不高，乏燃料中含有大量未转化的铀以及增值核素，是重要的核元素资源库，包括中国在内的各核电大国多采取核燃料闭式循环路线，采用物理、化学方法将乏燃料中铀、钚、镎等有用核元素分离纯化、资源化利用，在Purex流程中，将Pu(IV)还原到Pu(III)时，使用硝酸羟胺作为还原剂，使用肼作为支持还原剂，会产生较大量含有还原剂硝酸肼、硝酸羟胺的硝酸废液，按照乏燃料后处理放射性废弃物最小化原则，该酸性废液在后续流程中被蒸发浓缩破坏分解吸收实现硝酸的回收利用，蒸余残渣玻璃化固化后深埋处理。

硝酸肼具有较强还原性，是一类高含能易氧化易爆物质，为避免废液浓缩处理过程中发生爆炸危险，需预先将其中的硝酸肼破坏脱除。

目前，为本领域技术人员所熟知的，脱除硝酸肼的方法主要有加入氧化剂如亚硝酸钠或者通入四氧化二氮气体等，可以将硝酸肼等氧化为一氧化二氮、氮气、水、一氧化氮和硝酸铵等，但这种技术方案存在的不足是：氧化剂消耗大，成本高；反应剧烈，工程应用时存在一定的安全风险；使用亚硝酸钠为氧化剂时产生不易处理的新固废硝酸钠；二氧化氮使溶液对设备腐蚀性增强、一次利用率较低且存在泄漏风险。

因此，亟需针对废液处理过程中存在的上述问题，研制一种ZSM-5为载体的贵金属催化剂及其制备方法和应用，通过应用该催化剂可以高效、安全、经济、环保地脱除脱除硝酸溶液中硝酸肼，具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供ZSM-5为载体的贵金属催化剂及其制备方法和应用，从而解决现有乏燃料后处理废液中硝酸肼和硝酸羟胺安全脱除问题。

本发明的技术方案如下所述：

ZSM-5为载体的贵金属催化剂，所述催化剂载体为H型ZSM-5分子筛，活性组分为金属钌、铂之一，催化剂中活性组分质量分数为3％～10％。

进一步的，如上所述的ZSM-5为载体的贵金属催化剂，所述H型ZSM-5分子筛为有机胺钠离子沸石分子筛。

进一步的，如上所述的ZSM-5为载体的贵金属催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将Na₂O、Al₂O₃、SiO₂、H₂O、正丁胺按摩尔比10.41：0.5:105:3870:36.7进行配比，在搅拌下混合均匀，通过晶化处理得到Na型ZSM-5原粉；

2)将Na型ZSM-5原粉和0.1mol/L的硝酸铵溶液按质量比1:2混合，制备得到H型ZSM-5分子筛粉末；

将H型ZSM-5分子筛粉末进行成型处理得到成型分子筛；

3)将质量为M1的成型分子筛分散于体积为L1的去离子水中，在搅拌条件下，根据选取的活性组分不同，分别逐滴加入以下两种活性组分溶液之一：