CN106848344B - 一种废旧燃料电池资源化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废旧燃料电池资源化的方法，包括步骤：a、拆分废旧燃料电池，将双极板和膜电极进行分离、将所述膜电极进行破碎处理；b、去除双极板表面的有机杂质；c、将破碎后的膜电极热解处理，清洗热解后的膜电极残渣；d、烘干膜电极残渣，用盐酸与双氧水混合液浸出膜电极残渣中的铂，将含铂溶液与氨水反应，得到氯铂酸前驱体。该方法对废旧燃料电池的有价值成分进行了资源回收，避免了资源浪费，有较大经济价值，在回收废旧燃料电池中的铂时，无需采用王水或浓硝酸等强酸溶液，操作无危险性，对操作环境无不良影响，且处理液无需经过后续处理，工艺较传统处理方法简单，避免了后处理的二次污染，节能环保，适宜于产业化批量处理。

Description

一种废旧燃料电池资源化的方法
技术领域
本发明属于物料回收循环利用领域，具体地说涉及一种废旧燃料电池资源化的方法。
背景技术
随着地下煤气化制氢以及金属合金贮氢等技术的日趋成熟，燃料电池(FuelCell)作为可把氢能直接连续转化为电能的高效清洁发电装置将大规模得以应用。燃料电池可将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，其使用燃料(氢或重整气体)和氧化剂(氧气或空气)并通过电化学反应直接将外部提供的燃料和氧化剂转化为电能。燃料电池由阳极、阴极、电解质和外电路组成，这种结构使燃料电池像一个蓄电池，但实质上它不能储电而是一个“发电厂”，是继水利发电、火力发电和化学发电之后的第四种发电方式，也是最为环保、可靠的发电方式。其具有能量转换效率高(可达45-70％)、污染低、无机械震动、噪音低、可适应不同功率要求、连续性发电、可靠性高等优点。
丰田汽车已在全球首次成功量产了混合动力车(HV)，并把燃烧氢气的燃料电池车(FCV)定位为“终极环保车”。随着燃料电池技术的逐步成熟以及加氢站数量快速增长，预计2020年燃料电池车将进入爆发期。到时候，全球及我国的燃料电池的固体废弃物会出现大幅度增长，累计废弃量也会逐渐增加，届时燃料电池电池的处理处置和回收利用将会成为一个重要的环保课题。
另一方面燃料电池生产过程中会产生大量电池废品，对其进行回收利用可以降低成本，特别是在生产中实现物料可循环利用以及排废再利用具有极大的经济价值和环保生态效益。
但是，现有回收废旧燃料电池中有价值资源的方法通常为浸铂技术，这种技术使用硝酸或王水等强酸将电池中的铂浸出，这种回收方法中存在的强酸性处理液对操作环境有很大影响，处理后还需进行废水处理，工艺复杂、环保性差。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于传统回收废旧燃料电池中有价值资源的方法采用强酸溶液，对环境有污染、需要进行后续废水处理，工艺复杂、不够绿色环保，从而提出一种工艺简单、无需强酸、节能环保的废旧燃料电池资源化的方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明提供一种废旧燃料电池资源化的方法，其包括如下步骤：
a、拆分废旧燃料电池，并将废旧燃料电池中的双极板和膜电极进行分离、将所述膜电极进行破碎处理；
b、采用有机溶剂清洗所述双极板、去除双极板表面的有机杂质；
c、将破碎后的所述膜电极热解处理，然后将热解后的膜电极残渣用所述有机溶剂清洗；
d、烘干经步骤c清洗后的膜电极残渣，用盐酸与双氧水混合液浸出膜电极残渣中的铂，然后将含铂溶液与氨水反应，得到氯铂酸前驱体。
作为优选，所述步骤c具体包括如下步骤：
c1、将破碎后的膜电极在300-550℃下进行热解，去除膜电极中的有机物；
c2、将热解后的膜电极残渣置于有机溶剂中，在超声辅助下清洗。
作为优选，所述有机溶剂为丙酮、乙醇，乙二醇和N、N二甲基乙酰胺中的一种。
作为优选，所述步骤d中，所述盐酸与双氧水混合液中盐酸与双氧水的体积比为1-9:1，所述膜电极残渣与所述盐酸、双氧水混合液的固液质量比为1:1-10。
作为优选，所述步骤d中，所述盐酸与双氧水混合液浸出铂的过程在搅拌的条件下进行，反应温度为45-80℃，搅拌速度为300-2000rpm，反应时间为0.5-24h。
作为优选，所述盐酸的质量浓度为5-30％，所述双氧水的质量浓度为5-40％，所述氨水的质量浓度为10-40％。
作为优选，所述含铂溶液与氨水的体积比为1:1-4，含铂溶液与氨水的反应时间为0.5-8h。
作为优选，所述步骤a中采用机械拆解的方式拆分所述废旧燃料电池，所述双极板和膜电极由切割机进行分离，所述膜电极由破碎分选设备进行破碎处理。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的废旧燃料电池资源化的方法，包括如下步骤：a、拆分废旧燃料电池，并将双极板和膜电极进行分离、将所述膜电极进行破碎处理；b、采用有机溶剂清洗所述双极板、去除双极板表面的有机杂质；c、将破碎后的所述膜电极热解处理，然后将热解后的膜电极残渣用所述有机溶剂清洗；d、烘干经步骤c清洗后的膜电极残渣，用盐酸与双氧水混合液浸出膜电极残渣中的铂，然后将含铂溶液与氨水反应，得到氯铂酸前驱体。该方法对废旧燃料电池的有价值成分进行了资源回收，避免了资源浪费，有较大经济价值，在回收废旧燃料电池中的铂时，无需采用王水或浓硝酸等强酸溶液，操作无危险性，对操作环境无不良影响，且处理液无需经过后续处理，工艺较传统处理方法简单，避免了后处理的二次污染，节能环保，适宜于产业化批量处理。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例提供一种废旧燃料电池资源化的方法，其包括如下步骤：
a、将废旧燃料电池通过机械拆解的方式进行拆分，所述机械拆解可以采用机械工具人工拆解，也可以采用自动化设备拆分废旧燃料电池，然后采用常规切割设备将电池的正负双极板和膜电极进行分离、并采用常规破碎分选设备将所述膜电极进行破碎处理；经过拆解分选，得到废旧电池的不锈钢边框、塑料、石墨双极板和具有铂催化剂的膜电极碎片。
b、采用有机溶剂丙酮清洗石墨双极板、去除双极板表面的有机杂质，将石墨极板回收以待后续应用。
c、将破碎后的所述膜电极热解处理，出去膜电极碎渣中的有机质，然后将热解后的膜电极残渣用有机溶剂乙醇清洗干净。
所述步骤c具体为：
c1、将破碎后的膜电极在300℃下进行热解，去除膜电极中的有机物；
c2、将热解后的膜电极残渣置于有机溶剂乙醇中，在超声震荡辅助下清洗。
d、烘干经步骤c清洗后的膜电极残渣，用盐酸与双氧水的混合液浸出膜电极残渣中的铂，固液分离后将含铂溶液与氨水反应，得到氯铂酸前驱体，完成对废旧燃料电池中铂资源的回收，其中，盐酸与双氧水混合溶液浸出铂的过程中在搅拌的条件下进行，搅拌速度为300rpm，混合溶液中，盐酸的质量浓度为5％、双氧水的质量浓度为5％，盐酸与双氧水的体积比为1:1，所述膜电极残渣与盐酸、双氧水混合液的固液质量比为1:1，浸铂过程中的反应温度为45℃，反应时间为8h。所述氨水的质量浓度为10％，含铂溶液与氨水的反应时间为8h。
采用本实施例所述的废旧燃料电池资源化的方法，可从废旧燃料电池中回收石墨双极板，同时回收了膜电极中的铂资源，本实施例中，铂的回收率可达76％。
实施例2
本实施例提供一种废旧燃料电池资源化的方法，其包括如下步骤：
a、将废旧燃料电池通过机械拆解的方式进行拆分，所述机械拆解可以采用机械工具人工拆解，也可以采用自动化设备拆分废旧燃料电池，然后采用常规切割设备将电池的正负双极板和膜电极进行分离、并采用常规破碎分选设备将所述膜电极进行破碎处理；经过拆解分选，得到废旧电池的不锈钢边框、塑料、石墨双极板和具有铂催化剂的膜电极碎片。
b、采用有机溶剂乙二醇清洗石墨双极板、去除双极板表面的有机杂质，将石墨极板回收以待后续应用。
c、将破碎后的所述膜电极热解处理，出去膜电极碎渣中的有机质，然后将热解后的膜电极残渣用有机溶剂N、N二甲基乙酰胺清洗干净。
所述步骤c具体为：
c1、将破碎后的膜电极在550℃下进行热解，去除膜电极中的有机物；
c2、将热解后的膜电极残渣置于有机溶剂N、N二甲基乙酰胺中，在超声震荡辅助下清洗。
d、烘干经步骤c清洗后的膜电极残渣，用盐酸与双氧水的混合液浸出膜电极残渣中的铂，固液分离后将含铂溶液与氨水反应，得到氯铂酸前驱体，完成对废旧燃料电池中铂资源的回收，其中，盐酸与双氧水混合溶液浸出铂的过程中在搅拌的条件下进行，搅拌速度为2000rpm，混合溶液中，盐酸的质量浓度为30％、双氧水的质量浓度为40％，盐酸与双氧水的体积比为9:1，所述膜电极残渣与盐酸、双氧水混合液的固液质量比为1:10，浸铂过程中的反应温度为80℃，反应时间为0.5h。所述氨水的浓度为40％，含铂溶液与氨水的反应时间为0.5h。
采用本实施例所述的废旧燃料电池资源化的方法，可从废旧燃料电池中回收石墨双极板，同时回收了膜电极中的铂资源，本实施例中，铂的回收率可达78％。
实施例3
本实施例提供一种废旧燃料电池资源化的方法，其包括如下步骤：
a、将废旧燃料电池通过机械拆解的方式进行拆分，所述机械拆解可以采用机械工具人工拆解，也可以采用自动化设备拆分废旧燃料电池，然后采用常规切割设备将电池的正负双极板和膜电极进行分离、并采用常规破碎分选设备将所述膜电极进行破碎处理；经过拆解分选，得到废旧电池的不锈钢边框、塑料、石墨双极板和具有铂催化剂的膜电极碎片。
b、采用有机溶剂乙二醇清洗石墨双极板、去除双极板表面的有机杂质，将石墨极板回收以待后续应用。
c、将破碎后的所述膜电极热解处理，出去膜电极碎渣中的有机质，然后将热解后的膜电极残渣用有机溶剂丙酮清洗干净。
所述步骤c具体为：
c1、将破碎后的膜电极在400℃下进行热解，去除膜电极中的有机物；
c2、将热解后的膜电极残渣置于有机溶剂丙酮中，在超声震荡辅助下清洗。
d、烘干经步骤c清洗后的膜电极残渣，用盐酸与双氧水的混合液浸出膜电极残渣中的铂，固液分离后将含铂溶液与氨水反应，得到氯铂酸前驱体，完成对废旧燃料电池中铂资源的回收，其中，盐酸与双氧水混合溶液浸出铂的过程中在搅拌的条件下进行，搅拌速度为1200rpm，混合溶液中，盐酸的质量浓度为15％、双氧水的质量浓度为25％，盐酸与双氧水的体积比为5:1，所述膜电极残渣与盐酸、双氧水混合液的固液质量比为1:6，浸铂过程中的反应温度为60℃，反应时间为5h。所述氨水的浓度为30％，含铂溶液与氨水的反应时间为5h。
采用本实施例所述的废旧燃料电池资源化的方法，可从废旧燃料电池中回收石墨双极板，同时回收了膜电极中的铂资源，本实施例中，铂的回收率可达80％。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种废旧燃料电池资源化的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、拆分废旧燃料电池，并将废旧燃料电池中的双极板和膜电极进行分离、将所述膜电极进行破碎处理；
b、采用有机溶剂清洗所述双极板、去除双极板表面的有机杂质；
c、将破碎后的所述膜电极热解处理，然后将热解后的膜电极残渣用所述有机溶剂清洗；
d、烘干经步骤c清洗后的膜电极残渣，用盐酸与双氧水混合液浸出膜电极残渣中的铂，然后将含铂溶液与氨水反应，得到氯铂酸前驱体；
所述步骤c具体包括如下步骤：
c1、将破碎后的膜电极在300-550℃下进行热解，去除膜电极中的有机物；
c2、将热解后的膜电极残渣置于有机溶剂中，在超声辅助下清洗；
所述有机溶剂为丙酮、乙醇，乙二醇和N、N二甲基乙酰胺中的一种；
所述步骤d中，所述盐酸与双氧水混合液中盐酸与双氧水的体积比为1-9:1，所述膜电极残渣与所述盐酸、双氧水混合液的固液质量比为1:1-10。
2.根据权利要求1所述的废旧燃料电池资源化的方法，其特征在于，所述步骤d中，所述盐酸与双氧水混合液浸出铂的过程在搅拌的条件下进行，反应温度为45-80℃，搅拌速度为300-2000rpm，反应时间为0.5-24h。
3.根据权利要求2所述的废旧燃料电池资源化的方法，其特征在于，所述盐酸的质量浓度为5-30％，所述双氧水的质量浓度为5-40％，所述氨水的质量浓度为10-40％。
4.根据权利要求3所述的废旧燃料电池资源化的方法，其特征在于，所述含铂溶液与氨水的体积比为1:1-4，含铂溶液与氨水的反应时间为0.5-8h。
5.根据权利要求4所述的废旧燃料电池资源化的方法，其特征在于，所述步骤a中采用机械拆解的方式拆分所述废旧燃料电池，所述双极板和膜电极由切割机进行分离，所述膜电极由破碎分选设备进行破碎处理。
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