CN101280362A - 废旧质子交换膜燃料电池膜电极中的铂催化剂的回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种废旧质子交换膜燃料电池膜电极中的铂催化剂的回收方法，以提高催化层中贵金属的回收率，本发明的方法是先用超声波细胞粉碎机将膜电极上的催化剂从催化层中震出，回收大部分催化剂，再将剩余部分放入高压釜中，用溶剂使固体聚合物电解质溶解，与催化剂分离，后用离心机将催化剂与碳、PTFE和其它组分分离。本发明的突出优点是贵金属催化剂回收率高。
Description
技术领域
本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，特别涉及废旧质子交换膜燃料电池的膜电极中铂催化剂的回收技术。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)的膜电极通常由阳极扩散层、阳极多孔碳层、阳极催化层、电解质膜、阴极催化层、阴极多孔碳层和阴极扩散层七层热压在一起构成。其中催化层是由碳载铂或碳载铂钌催化剂和固体聚合物电解质构成，催化层可以附着在多孔碳层，也可以附着在电解质膜上。膜电极在燃料电池内工作一定时间后，由于受到外界的污染或催化剂自身的聚集，以及膜的衰减和破裂，导致燃料电池不能使用。但是，废旧燃料电池的催化层中的贵金属铂和钌等的理化性质并没有发生变化，只是催化活性降低了。对其进行回收，不仅是节约有限的贵金属资源的有效途径，也可以获得良好的经济效益。
目前，传统的回收燃料电池膜电极中贵金属的方法有焚烧法和王水浸渍法。焚烧法是将催化层中的催化剂和固体聚合物电解质，乃至多孔碳层中的碳和PTFE刮下，高温焚烧，使碳、固体聚合物电解质和PTFE转化为二氧化碳、水和其它气态氟化物。其缺点是氟化物有剧毒，严重污染工作场所和大气环境。而王水浸渍法，由于许多催化剂是被固体聚合物电解质包裹的，因此催化剂回收率不高，约在60-70％。
发明内容
本发明提出一种新的催化剂回收方法，以提高催化层中贵金属的回收率，即利用超声波细胞粉碎机将膜电极上的催化剂从催化层中震出，回收大部分催化剂，余下部分则放入高压釜中，使固体聚合物电解质溶解，与催化剂分离，最后利用催化剂与碳、PTFE的密度差，分离催化剂和其它组分。本发明的技术方案是：废旧质子交换膜燃料电池膜电极中的铂催化剂的回收方法，其特征在于所述回收方法包括超声波震荡回收和溶解—离心分离法回收，所述的超声波震荡回收铂催化剂的方法是：1)使含催化层的电极或膜与膜电极剥离：将废旧膜电极放入乙醇或异丙醇中浸泡5-10分钟，使电极和电解质发生剥离，取出含催化层的电极或膜；2)将含催化层的电极或膜分割成小片，放入装有乙醇或异丙醇的容器内；3)将超声波细胞粉碎机的粉碎头放入容器内，启动超声波，震荡30-40分钟；4)停止超声波细胞粉碎机，待容器内的溶液静止后，从容器底部回收催化剂贵金属并计量贵金属量；所述的溶解—离心分离法是：将经超声波震荡未回收的铂催化剂和固体聚合物电解质一起从电极或膜上刮下，将刮下的混合物放入装有1∶1的乙醇水混合溶液的高压釜中，混合物的放入量为3％～8％，在250摄氏度下，恒温2-3小时，使固体聚合物电解质溶解，冷却后从高压釜中取出溶液，用离心机进行分离，催化剂贵金属沉降在离心器最底部。
本发明的优点是：回收方法简单，贵金属回收率高。
具体实施方式
将1张面积为100mm×300mm的废旧膜电极作催化层贵金属回收。该膜电极的催化剂是50％的碳载铂(Pt/C)，载量为1mgPt/cm2，整个电极共有Pt/C催化剂600mg，铂为300mg。将膜电极放入异内醇溶液中浸泡5-10min后，电极与膜分层，取出将膜和电极分离。将含有催化剂的电极裁剪成50mm×50mm的小片，放入装有异丙醇的容器中，异丙醇的量以淹没电极小片为准。将超声波细胞粉碎机的超声波发生头插入异丙醇溶液中，启动超声波，开始震荡，震荡40min后停机。待容器内的溶液静止后，将容器底部沉积的催化剂收集起来，置于烘干箱内烘干，称得重量为400mg。整个电极共有Pt/C催化剂600mg，还有200mg催化剂没有被回收下来。将电极上剩余的催化剂和部份多孔碳层的碳以及PTFE用刀片一同刮下，将刮下的粉末放入装有乙醇和水体积比为1∶1的高压釜中，加热到250度，保温2h，打开高压釜，取出混合溶液倒入离心管内，在高速离心机(转速大于200转/分)内离心分离催化剂和其它杂质。分离后，将离心管底部的催化剂取出烘干，称量，得到含少量碳粉的催化剂240mg。将两次得到的催化剂一同放入马福炉内，于500-600度下，焚烧1h，除去催化剂中的碳，得到纯铂292mg，铂回收率为97.3％。
Claims (1)
1、废旧质子交换膜燃料电池膜电极中的铂催化剂的回收方法，其特征在于所述回收方法包括超声波震荡回收和溶解—离心分离法回收，所述的超声波震荡回收铂催化剂的方法是：1)使含催化层的电极或膜与膜电极剥离：将废旧膜电极放入乙醇或异丙醇中浸泡5-10分钟，使电极和电解质发生剥离，取出含催化层的电极或膜；2)将含催化层的电极或膜分割成小片，放入装有乙醇或异丙醇的容器内；3)将超声波细胞粉碎机的粉碎头放入容器内，启动超声波，震荡30-40分钟；4)停止超声波细胞粉碎机，待容器内的溶液静止后，从容器底部回收催化剂贵金属并计量贵金属量；所述的溶解—离心分离法是：将经超声波震荡未回收的铂催化剂和固体聚合物电解质一起从电极或膜上刮下，将刮下的混合物放入装有1∶1的乙醇水混合溶液的高压釜中，混合物的放入量为3％～8％，在250摄氏度下，恒温2-3小时，使固体聚合物电解质溶解，冷却后从高压釜中取出溶液，用离心机进行分离，铂催化剂沉降在离心器最底部。
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