JP2017226895A - Method for recovering metal, and metal recovery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、金属の回収方法および金属の回収装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a metal recovery method and a metal recovery apparatus.
燃料電池は、水素と酸素とを反応させることによって発電し、発電時に二酸化炭素を発生しないクリーンな発電装置である。特に、固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)は、他の形式の燃料電池に比べて、低温で運転が可能、小型化が容易などの利点を有する。そのため、PEFCは、家庭用の分散型電源として市販されている。さらに、PEFCは、燃料電池自動車への搭載も検討されており、これまでよりも広く普及する可能性が高い。 A fuel cell is a clean power generator that generates power by reacting hydrogen with oxygen and does not generate carbon dioxide during power generation. In particular, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) has advantages such as being operable at a low temperature and being easily miniaturized as compared with other types of fuel cells. Therefore, PEFC is commercially available as a home-use distributed power source. Furthermore, PEFC is also being considered for use in fuel cell vehicles, and is likely to be more widely used.
PEFCは、電極材料として膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)を具備している。MEAには、触媒成分としてPt(白金)などの遷移金属が含まれる。一般的に、MEAの触媒成分に用いられる遷移金属は、資源量が少なく、高価である。 The PEFC includes a membrane electrode assembly (MEA) as an electrode material. The MEA contains a transition metal such as Pt (platinum) as a catalyst component. In general, transition metals used for the catalyst component of MEA have a small amount of resources and are expensive.
そのため、MEAに用いられているPtなどの遷移金属をMEAから回収してリサイクルすることが検討されている。例えば、ハロゲン化物イオンを含む酸性の溶解液に浸漬しているMEAに電圧を印加することによって、MEAから遷移金属を回収する方法が検討されている。 Therefore, recovery of transition metals such as Pt used for MEA from MEA is being studied. For example, a method for recovering a transition metal from an MEA by applying a voltage to an MEA immersed in an acidic solution containing halide ions has been studied.
上記の方法については、電圧がMEAに印加されると、MEAに含まれるPtなどの遷移金属が遷移金属錯イオンとして溶解液中に溶け出す。こうして、MEAに用いられる遷移金属が回収される。一方で、溶解液に含まれる遷移金属錯イオンの濃度が増加すると、MEAから回収した遷移金属の一部が再びMEAに付着し、MEAからの遷移金属の回収効率が低下することがある。 Regarding the above method, when a voltage is applied to the MEA, a transition metal such as Pt contained in the MEA is dissolved into the solution as a transition metal complex ion. Thus, the transition metal used for MEA is recovered. On the other hand, when the concentration of the transition metal complex ion contained in the solution increases, a part of the transition metal recovered from the MEA may adhere to the MEA again, and the recovery efficiency of the transition metal from the MEA may decrease.
本発明が解決しようとする課題は、燃料電池から遷移金属を効率的に回収することができる金属の回収方法および金属の回収装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a metal recovery method and a metal recovery device capable of efficiently recovering a transition metal from a fuel cell.
実施の形態の金属の回収方法は、ハロゲン化物イオンおよび陰イオン交換樹脂を含むと共に酸性である溶解液に燃料電池の膜電極接合体を浸漬する工程と、前記溶解液中に浸漬している前記膜電極接合体に電圧を印加して、前記膜電極接合体から遷移金属を前記溶解液に回収する工程とを有する。 The metal recovery method according to the embodiment includes a step of immersing a membrane electrode assembly of a fuel cell in a solution that contains halide ions and an anion exchange resin and is acidic, and is immersed in the solution. Applying a voltage to the membrane electrode assembly, and recovering the transition metal from the membrane electrode assembly into the solution.
実施の形態によれば、燃料電池から遷移金属を効率的に回収することができる金属の回収方法および金属の回収装置を提供することができる。 According to the embodiment, it is possible to provide a metal recovery method and a metal recovery apparatus capable of efficiently recovering a transition metal from a fuel cell.
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
実施の形態の金属の回収方法は、ハロゲン化物イオンおよび陰イオン交換樹脂を含むと共に酸性である溶解液に燃料電池の膜電極接合体(MEA)を浸漬する工程(以下、浸漬工程ともいう)と、溶解液中に浸漬しているMEAに電圧を印加して、MEAから遷移金属を溶解液に回収する工程(以下、回収工程ともいう)とを有する。 The metal recovery method of the embodiment includes a step of immersing a membrane electrode assembly (MEA) of a fuel cell in an acidic solution containing halide ions and an anion exchange resin (hereinafter also referred to as an immersion step). And a step of applying a voltage to the MEA immersed in the solution and recovering the transition metal from the MEA into the solution (hereinafter also referred to as a recovery step).
浸漬工程について説明する。 The dipping process will be described.
浸漬工程では、燃料電池を構成するMEAを溶解液中に浸漬する。 In the dipping step, MEA constituting the fuel cell is dipped in the solution.
燃料電池は、固体高分子形燃料電池(PEFC)である。PEFCは、電極材料としてのMEAを備える。MEAは、触媒成分を含む触媒層、パーフルオロスルホン酸のようなフッ素系高分子などの電解質材料からなる電解質膜、カーボンペーパーやカーボンクロスなどの炭素系材料からなる拡散層などを重ね合わせることによって構成される。 The fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). The PEFC includes MEA as an electrode material. MEA is made by stacking a catalyst layer containing a catalyst component, an electrolyte membrane made of an electrolyte material such as a fluoropolymer such as perfluorosulfonic acid, a diffusion layer made of a carbon material such as carbon paper or carbon cloth, and the like. Composed.
なお、ここでは燃料電池がPEFCである例について説明するが、燃料電池は直接メタノール形燃料電池(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)など、MEAを備える燃料電池であればよい。 Although an example in which the fuel cell is a PEFC will be described here, the fuel cell may be a fuel cell having an MEA, such as a direct methanol fuel cell (DMFC).
MEAを構成する触媒層には、触媒成分が付着している。触媒成分は、遷移金属などから構成される。このような触媒成分の形態は、特には限定されず、例えば、遷移金属単体、遷移金属を含む化合物、遷移金属を含む合金などが挙げられる。触媒成分を構成する遷移金属は、一般的に、資源量が少なく、高価である。このような遷移金属として、Pt(白金)、Ru(ルテニウム)、およびCo(コバルト)からなる群より選ばれる少なくとも1つの金属が挙げられる。 A catalyst component adheres to the catalyst layer constituting the MEA. The catalyst component is composed of a transition metal or the like. The form of such a catalyst component is not particularly limited, and examples thereof include a transition metal simple substance, a compound containing a transition metal, and an alloy containing a transition metal. The transition metal constituting the catalyst component generally has a small amount of resources and is expensive. Examples of such a transition metal include at least one metal selected from the group consisting of Pt (platinum), Ru (ruthenium), and Co (cobalt).
MEAを浸漬する溶解液は、ハロゲン化物イオンと陰イオン交換樹脂とを含む。また、溶解液は酸性である。この溶解液は、陰イオン交換樹脂が分散されている固液混合物である。 The solution for immersing the MEA contains halide ions and an anion exchange resin. Moreover, the solution is acidic. This solution is a solid-liquid mixture in which an anion exchange resin is dispersed.
溶解液に含まれるハロゲン化物イオンは、塩化物イオン、ヨウ化物イオン、および臭化物イオンからなる群より選ばれる少なくとも1つのイオンであることが好ましい。燃料電池の触媒成分を構成する遷移金属として一般的に用いられているPtをMEAから効率よく回収できるという観点から、ハロゲン化物イオンは塩化物イオンであることがより好ましい。塩化物イオンを含む溶解液として、例えば塩酸水溶液や塩化ナトリウム水溶液などが挙げられる。また、ハロゲン化物イオンは、上記したイオンのうち、いずれか1つのみを単独で用いてもよいし、2つ以上を併用してもよい。 The halide ion contained in the solution is preferably at least one ion selected from the group consisting of chloride ion, iodide ion, and bromide ion. From the viewpoint that Pt that is generally used as a transition metal constituting the catalyst component of the fuel cell can be efficiently recovered from the MEA, the halide ion is more preferably a chloride ion. Examples of the solution containing chloride ions include a hydrochloric acid aqueous solution and a sodium chloride aqueous solution. As the halide ions, only one of the above-described ions may be used alone, or two or more may be used in combination.
溶解液中のハロゲン化物イオンの濃度は、ハロゲン化物イオンの種類に応じて適宜調整される。溶解液中の塩化物イオンの濃度は、0.01mol/L以上16.0mol/L以下であることが好ましく、1.0mol/L以上5.0mol/L以下であることがより好ましい。溶解液中のヨウ化物イオンの濃度は、0.01mol/L以上16.0mol/L以下であることが好ましく、1.0mol/L以上5.0mol/L以下であることがより好ましい。溶解液中の臭化物イオンの濃度は、0.01mol/L以上16.0mol/L以下であることが好ましく、1.0mol/L以上5.0mol/L以下であることがより好ましい。ハロゲン化物イオンの濃度が上記した下限値以上であると、遷移金属をMEAから溶解液に効率よく回収することができる。また、ハロゲン化物イオンの濃度が上記した上限値以下であると、電圧印加による電気分解で消費されるハロゲン化物イオンの消費量を低減することができる。なお、溶解液中の塩化物イオンの濃度の上限値が16.0mol/Lであるとは、塩化物イオンが溶解する理論的な限界値である。 The concentration of halide ions in the solution is appropriately adjusted according to the type of halide ions. The concentration of chloride ions in the solution is preferably from 0.01 mol / L to 16.0 mol / L, more preferably from 1.0 mol / L to 5.0 mol / L. The concentration of iodide ions in the solution is preferably 0.01 mol / L or more and 16.0 mol / L or less, and more preferably 1.0 mol / L or more and 5.0 mol / L or less. The concentration of bromide ions in the solution is preferably from 0.01 mol / L to 16.0 mol / L, more preferably from 1.0 mol / L to 5.0 mol / L. When the halide ion concentration is equal to or higher than the lower limit described above, the transition metal can be efficiently recovered from the MEA into the solution. In addition, when the concentration of halide ions is equal to or less than the above upper limit value, it is possible to reduce the consumption amount of halide ions consumed by electrolysis by applying a voltage. The upper limit value of the concentration of chloride ions in the solution is 16.0 mol / L is a theoretical limit value for dissolving chloride ions.
ここで、後述するように、回収工程において、遷移金属と溶解液中のハロゲン化物イオンとの反応に伴い、溶解液中のハロゲン化物イオンの濃度は減少する。そのため、溶解液中のハロゲン化物イオンの濃度とは、特に明記しない限り、浸漬工程における溶解液中のハロゲン化物イオンの濃度を示す。 Here, as will be described later, in the recovery step, the concentration of halide ions in the solution decreases as the transition metal reacts with the halide ions in the solution. Therefore, unless otherwise specified, the concentration of halide ions in the solution indicates the concentration of halide ions in the solution in the dipping process.
溶解液のpHは5以下であることが好ましく、3以下であることがより好ましい。酸性である溶解液のpHが上記した範囲内であると、回収工程において溶解液に遷移金属を効率よく溶解させることができる。一方、溶解液のpHが5よりも大きいと、回収工程において溶解液への遷移金属の溶解が容易ではない。 The pH of the solution is preferably 5 or less, and more preferably 3 or less. When the pH of the acidic solution is within the above-described range, the transition metal can be efficiently dissolved in the solution in the recovery step. On the other hand, if the pH of the solution is higher than 5, it is not easy to dissolve the transition metal in the solution in the recovery step.
溶解液の製造方法については、ハロゲン化物イオンおよび陰イオン交換樹脂を含有し、酸性である溶解液を製造することができれば、特には限定されない。例えば、ハロゲン化物イオンを含む酸性の溶液に陰イオン交換樹脂を混合して攪拌することによって、溶解液が製造される。 The method for producing the solution is not particularly limited as long as an acid-containing solution containing halide ions and anion exchange resin can be produced. For example, an anion exchange resin is mixed with an acidic solution containing halide ions and stirred to produce a solution.
MEAの溶解液への浸漬方法は、特には限定されず、MEAの一部を溶解液に浸漬してもよいし、MEAの全体を溶解液に浸漬してもよい。ただし、いずれの場合も、回収工程において電圧を印加する端子とMEAの接続部分、及び電圧を印加する端子は溶解液に浸漬しないようにする。また、溶解液にMEAを浸漬しているときの溶解液の温度は、例えば常温である25℃など、特には限定されない。 The method for immersing the MEA in the solution is not particularly limited, and a part of the MEA may be immersed in the solution, or the entire MEA may be immersed in the solution. However, in any case, the connection portion between the terminal to which the voltage is applied and the MEA and the terminal to which the voltage is applied are not immersed in the solution in the recovery process. Further, the temperature of the solution when the MEA is immersed in the solution is not particularly limited, for example, 25 ° C. which is room temperature.
次に、回収工程について説明する。 Next, the recovery process will be described.
回収工程では、浸漬工程で溶解液中に浸漬したMEAに電圧を印加する。ここでは、浸漬工程で溶解液中に浸漬しているMEAについて、溶解液中に部分的に浸漬している状態で、溶解液中に浸漬していない部分に電圧を印加する端子を接続する。MEAに電圧が印加されると、溶解液中に浸漬しているMEAの部分から遷移金属が溶解液に溶解し、MEA内の遷移金属が溶解液中に回収される。回収後において、溶解液に溶解している遷移金属の形態は、錯イオン(以下、遷移金属錯イオンともいう)である。 In the recovery process, a voltage is applied to the MEA immersed in the solution in the immersion process. Here, with respect to the MEA immersed in the dissolving solution in the immersion step, a terminal for applying a voltage is connected to a portion not immersed in the dissolving solution while being partially immersed in the dissolving solution. When a voltage is applied to the MEA, the transition metal is dissolved in the solution from the portion of the MEA immersed in the solution, and the transition metal in the MEA is recovered in the solution. After recovery, the form of the transition metal dissolved in the solution is a complex ion (hereinafter also referred to as a transition metal complex ion).
図1は、実施の形態における溶解液のpHと、Ptの標準電極電位と、溶解液中のPtの形態との関係を示すグラフである。ここで、図1における溶解液はハロゲン化物イオンとして塩化物イオンを含み、溶解液中の塩化物イオンの濃度は1.0mol/Lである。また、図1における溶解液の温度は25℃である。 FIG. 1 is a graph showing the relationship between the pH of the solution, the standard electrode potential of Pt, and the form of Pt in the solution in the embodiment. Here, the solution in FIG. 1 contains chloride ions as halide ions, and the concentration of chloride ions in the solution is 1.0 mol / L. Moreover, the temperature of the solution in FIG. 1 is 25 ° C.
図1に示すように、塩化物イオンを含む溶解液では、溶解液のpHが5以下かつPtの標準電極電位が0.70V以上のとき、下記式(1)や式(2)に示す主反応が起こり、白金錯イオンが容易に生成される。詳細には次の通りである。 As shown in FIG. 1, in a solution containing chloride ions, when the pH of the solution is 5 or less and the standard electrode potential of Pt is 0.70 V or more, the following equations (1) and (2) are used. Reaction occurs and platinum complex ions are easily generated. Details are as follows.
式(1)は、可逆反応である。そして、0.70V以上0.75V以下の酸化電位がPtに印加されると、式(1)における左から右への反応が進行する。すなわち、上記した範囲内の酸化電位がPtに印加されると、遷移金属であるPtとハロゲン化物イオンである塩化物イオンとが反応し、白金錯イオンであるテトラクロロ白金(II)酸イオンが生成される。 Formula (1) is a reversible reaction. When an oxidation potential of 0.70 V or more and 0.75 V or less is applied to Pt, the reaction from left to right in Formula (1) proceeds. That is, when an oxidation potential within the above-described range is applied to Pt, the transition metal Pt and the halide ion chloride ion react, and the platinum complex ion tetrachloroplatinum (II) ion Generated.
また、式(2)も可逆反応である。そして、0.75V以上の酸化電位がPtに印加されると、式(2)における左から右への反応が進行する。すなわち、上記した値以上の酸化電位がPtに印加されると、Ptと塩化物イオンとが反応し、白金錯イオンであるヘキサクロロ白金(IV)酸イオンが生成される。 Moreover, Formula (2) is also a reversible reaction. When an oxidation potential of 0.75 V or higher is applied to Pt, the reaction from left to right in Formula (2) proceeds. That is, when an oxidation potential higher than the above value is applied to Pt, Pt and chloride ions react to generate hexachloroplatinum (IV) ion, which is a platinum complex ion.
こうして、Ptは、錯イオンとして、塩化物イオンを含む溶解液に溶解し、溶解液中に回収される。 Thus, Pt is dissolved as a complex ion in a solution containing chloride ions and recovered in the solution.
また、一般的に、酸化電位が遷移金属に印加されると、上記式(1)および式(2)に示すような遷移金属錯イオンの生成反応の他に、遷移金属酸化物が副生成物として生成する反応が起こる。副生成物として生じた遷移金属酸化物は、溶解液に浸漬している部分の遷移金属に析出し、遷移金属の表面に不働態膜を形成する。そのため、遷移金属から遷移金属錯イオンを生成する反応が阻害され、溶解液への遷移金属の回収効率が低下することがある。 In general, when an oxidation potential is applied to the transition metal, in addition to the transition metal complex ion formation reaction as shown in the above formulas (1) and (2), the transition metal oxide is a byproduct. The resulting reaction takes place. The transition metal oxide produced as a by-product is deposited on the transition metal immersed in the solution, and forms a passive film on the surface of the transition metal. For this reason, the reaction of generating a transition metal complex ion from the transition metal is inhibited, and the recovery efficiency of the transition metal into the solution may be lowered.
このような不働態膜を有する遷移金属に還元電位が印加されると、遷移金属酸化物が還元されて、不働態膜が除去される。そのため、遷移金属に印加する電圧の極性を周期的に反転させると、不働態膜の形成が抑制される。遷移金属の表面から不働態膜が除去されると、不働態膜の形成により低下した遷移金属の回収効率が回復する。 When a reduction potential is applied to the transition metal having such a passive film, the transition metal oxide is reduced and the passive film is removed. Therefore, when the polarity of the voltage applied to the transition metal is periodically reversed, the formation of a passive film is suppressed. When the passive film is removed from the surface of the transition metal, the recovery efficiency of the transition metal that has been lowered due to the formation of the passive film is restored.
このように、遷移金属酸化物による不働態膜の形成を抑制し、溶解液への遷移金属の回収効率を維持するという観点から、回収工程において、遷移金属を具備するMEAに印加する電圧の極性を周期的に反転させることが好ましい。MEAに酸化電位を印加する時間aと、MEAに還元電位を印加する時間bとの比(a/b)は、MEAの大きさ、MEAに付着している遷移金属の量、溶解液の量などに応じて適宜選択される。 Thus, from the viewpoint of suppressing the formation of a passive film by the transition metal oxide and maintaining the recovery efficiency of the transition metal in the solution, the polarity of the voltage applied to the MEA including the transition metal in the recovery process Is preferably reversed periodically. The ratio (a / b) between the time a for applying the oxidation potential to the MEA and the time b for applying the reduction potential to the MEA is the size of the MEA, the amount of transition metal adhering to the MEA, and the amount of the solution. It is appropriately selected depending on the above.
ここで、参考として、ハロゲン化物イオンを含まない溶解液について説明する。図2は、塩化物イオンを含まない溶解液のpHと、Ptの標準電極電位と、溶解液中のPtの形態との関係を示すグラフである。 Here, as a reference, a solution that does not contain halide ions will be described. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the pH of a solution not containing chloride ions, the standard electrode potential of Pt, and the form of Pt in the solution.
図2に示すように、塩化物イオンを含まない溶解液では、Ptの標準電極電位が所定値以上になると、Ptの酸化物が生成され、白金錯イオンは生成されない。そのため、Ptは、塩化物イオンを含まない溶解液には溶解しない。 As shown in FIG. 2, in the solution not containing chloride ions, when the standard electrode potential of Pt becomes a predetermined value or more, an oxide of Pt is generated and platinum complex ions are not generated. Therefore, Pt does not dissolve in a solution that does not contain chloride ions.
また、溶解液中に分散している陰イオン交換樹脂は、回収工程においてMEAから溶解液中に回収された遷移金属を捕集する。ここで、上記式(1)および式(2)に示すように、回収工程において溶解液中に回収された遷移金属の形態は錯イオンである。すなわち、陰イオン交換樹脂が捕集する遷移金属の形態は錯イオンである。 Further, the anion exchange resin dispersed in the solution collects the transition metal recovered from the MEA in the solution in the recovery step. Here, as shown in the above formulas (1) and (2), the form of the transition metal recovered in the solution in the recovery step is a complex ion. That is, the form of the transition metal collected by the anion exchange resin is a complex ion.
陰イオン交換樹脂は、特には限定されず、遷移金属の種類、ハロゲン化物イオンの種類、溶解液のpHなどに応じて適宜選択される。 The anion exchange resin is not particularly limited, and is appropriately selected according to the type of transition metal, the type of halide ion, the pH of the solution, and the like.
溶解液中の陰イオン交換樹脂の濃度は、MEAに含まれる遷移金属の量などに応じて適宜調整される。溶解液中の陰イオン交換樹脂の濃度は、0.1wt%以上10.0wt%以下であることが好ましく、1.0wt%以上5.0wt%以下であることがより好ましい。 The concentration of the anion exchange resin in the solution is appropriately adjusted according to the amount of transition metal contained in the MEA. The concentration of the anion exchange resin in the solution is preferably from 0.1 wt% to 10.0 wt%, and more preferably from 1.0 wt% to 5.0 wt%.
遷移金属がPtの場合、陰イオン交換樹脂に捕集される錯イオンは、式(1)および式(2)に示すように、テトラクロロ白金(II)酸イオンおよびヘキサクロロ白金(IV)酸イオンの少なくとも一方の白金錯イオンである。 When the transition metal is Pt, the complex ions collected by the anion exchange resin are tetrachloroplatinum (II) ion and hexachloroplatinum (IV) ion as shown in the formulas (1) and (2). At least one of the platinum complex ions.
ここで、溶解液中に陰イオン交換樹脂が含まれない場合、回収工程におけるMEAへの電圧の印加時間の経過と共に、溶解液中に回収される遷移金属錯イオンが増加するので、溶解液中の遷移金属錯イオンの濃度は増加する。そして、還元電位がMEAに印加されると、MEA近傍に存在する遷移金属錯イオンが還元されて、遷移金属がMEAに再析出することがある。このように、溶解液に溶解したと共にMEAから回収した遷移金属が、MEA内に再度取り込まれる。そのため、MEAへの電圧の印加時間が増加するにつれて、MEAからの遷移金属の回収効率が低下する。 Here, when the anion exchange resin is not included in the solution, the transition metal complex ions recovered in the solution increase with the passage of voltage application time to the MEA in the recovery step. The concentration of the transition metal complex ion increases. When a reduction potential is applied to the MEA, transition metal complex ions existing in the vicinity of the MEA may be reduced, and the transition metal may be reprecipitated on the MEA. In this way, the transition metal dissolved in the solution and recovered from the MEA is taken into the MEA again. Therefore, the recovery efficiency of the transition metal from MEA falls as the application time of the voltage to MEA increases.
一方、溶解液中に陰イオン交換樹脂が含まれる場合、陰イオン交換樹脂は溶解液に含まれる遷移金属錯イオンを捕集するので、溶解液に含まれる遷移金属錯イオンの濃度の増加速度が抑制される。陰イオン交換樹脂が溶解液に含まれない場合に比べて、MEA近傍に存在する遷移金属錯イオンが減少するので、還元電位がMEAに印加されても、MEAに再析出する遷移金属の量は少ない。そのため、MEAへの電圧の印加時間が増加しても、MEAからの遷移金属の回収効率の低下は抑制される。 On the other hand, when the anion exchange resin is contained in the solution, the anion exchange resin collects the transition metal complex ions contained in the solution, so that the increase rate of the concentration of the transition metal complex ions contained in the solution is increased. It is suppressed. Compared to the case where an anion exchange resin is not included in the solution, transition metal complex ions present in the vicinity of the MEA are reduced. Therefore, even when a reduction potential is applied to the MEA, the amount of transition metal re-deposited on the MEA is Few. Therefore, even if the application time of the voltage to MEA increases, the fall of the recovery efficiency of the transition metal from MEA is suppressed.
このように、MEAから回収された遷移金属錯イオンと共に陰イオン交換樹脂が溶解液に含まれると、陰イオン交換樹脂は、溶解液に含まれる遷移金属錯イオンの濃度の増加を抑制する。そのため、遷移金属の回収率の向上、遷移金属の回収時間の短縮、溶解液の使用量の低減などを達成することができる。 As described above, when the anion exchange resin is contained in the solution together with the transition metal complex ions recovered from the MEA, the anion exchange resin suppresses an increase in the concentration of the transition metal complex ions contained in the solution. Therefore, it is possible to improve the recovery rate of the transition metal, shorten the recovery time of the transition metal, reduce the amount of solution used, and the like.
回収工程によって溶解液に回収された遷移金属は、既知の方法によって再利用されることができる。例えば、陰イオン交換樹脂に捕集された遷移金属を含有する溶解液に対して沈降分離や濾過分離などの分離処理を行うことによって、遷移金属を捕集している陰イオン交換樹脂が回収される。続いて、陰イオン交換樹脂を洗浄することによって、陰イオン交換樹脂に吸着している遷移金属が陰イオン交換樹脂から脱着する。こうして、陰イオン交換樹脂は再利用することができる。陰イオン交換樹脂から脱着した遷移金属は、所望の用途に応じて既知の処理を行うことによって、再利用することができる。また、陰イオン交換樹脂から脱着した遷移金属は、処理をせずに、リサイクル業者などに販売することができる。 The transition metal recovered in the solution by the recovery process can be reused by a known method. For example, the anion exchange resin collecting the transition metal is recovered by subjecting the solution containing the transition metal collected in the anion exchange resin to a separation treatment such as sedimentation separation or filtration separation. The Subsequently, by washing the anion exchange resin, the transition metal adsorbed on the anion exchange resin is desorbed from the anion exchange resin. Thus, the anion exchange resin can be reused. The transition metal desorbed from the anion exchange resin can be reused by performing a known treatment according to the desired application. Further, the transition metal desorbed from the anion exchange resin can be sold to a recycler or the like without being treated.
また、回収工程で得られた溶解液は、高価な遷移金属を多く含んでいるので、上記のような処理をせずに、リサイクル業者などに販売することができる。 In addition, since the solution obtained in the recovery step contains a large amount of expensive transition metal, it can be sold to a recycler or the like without the above treatment.
次に、実施の形態の金属の回収装置について説明する。図3は、実施の形態の金属の回収装置1を示す概略図である。金属の回収装置1は、上述した実施の形態の金属の回収方法を実施することができる装置である。図3では、説明の便宜上、部分的に断面を示している。
Next, the metal recovery apparatus according to the embodiment will be described. FIG. 3 is a schematic view showing a
図3に示すように、金属の回収装置1は、ハロゲン化物イオンおよび陰イオン交換樹脂を含むと共に酸性である溶解液20を貯留する貯留部2と、貯留部2内の溶解液20中に浸漬している燃料電池のMEA30に電圧を印加する電圧印加部3とを備える。
As shown in FIG. 3, the
貯留部2は、溶解液20を貯留している。また、貯留部2内の溶解液20には、MEA30に加えて、MEA30の対極である電極40、およびMEA30に印加した電圧を測定するための参照電極50が浸漬している。MEA30、電極40、および参照電極50は、それぞれ電圧印加部3に接続される。
The
電圧印加部3は、遷移金属を具備するMEA30および電極40に所定の電圧を印加する。電圧印加部3は、MEA30に印加する電圧の極性と電極40に印加する電圧の極性とを周期的に互いに反転することが好ましい。
The
電極40は、溶解液20に不溶であり、導電性材料で構成される。なお、電極40は、MEA30とは異なる他のMEAであってもよい。参照電極50は、MEA30に印加されたMEA30の標準電極電位を測定するための電極である。参照電極50としては、標準水素電極などが挙げられる。
The
そして、電圧印加部3からMEA30に電圧が印加されると、MEA30内の遷移金属が遷移金属錯イオンとして溶解液20に溶解される。遷移金属錯イオンは、溶解液20中の陰イオン交換樹脂に捕集される。こうして、燃料電池を構成するMEA30に含まれる遷移金属が回収される。
When a voltage is applied from the
MEA30から遷移金属を回収した後、遷移金属を回収したMEA30と遷移金属を回収していないMEAとを交換する。そして、金属の回収装置1によって、このMEAから未回収の遷移金属を回収する。このとき、遷移金属を回収した使用済みの溶解液20と、遷移金属を回収していない未使用の溶解液とを交換してもよいし、遷移金属を回収した使用済みの溶解液20を使い続けてもよい。
After the transition metal is recovered from the
また、図3に示すように、金属の回収装置1は、貯留部2と接続するタンク部4と、タンク部4と接続する気液分離部5と、気液分離部5と接続するタンク部6と、タンク部6内に設けられる攪拌部材6aと、タンク部6と接続するポンプ部7と、ポンプ部7および貯留部2と接続するタンク部8とを備えてもよい。
As shown in FIG. 3, the
貯留部2および気液分離部5と接続するタンク部4は、貯留部2から流入した溶解液20を気液分離部5に排出する。タンク部4およびタンク部6と接続する気液分離部5は、溶解液20からなる液相と、溶解液20中に含まれる水素、塩素、酸素などの気体からなる気相と、を分離し、液相と気相とを貯留する。気相部分は、気液分離部5内の上部に貯留し、液相部分は、気相部分の下に貯留する。気液分離部5の液相部分およびポンプ部7と接続するタンク部6は、気液分離部5から流入した溶解液20を貯留する。タンク部6内に設けられる攪拌部材6aは、タンク部6内に貯留している溶解液20を攪拌し、溶解液20中の陰イオン交換樹脂を分散する。タンク部6およびタンク部8と接続するポンプ部7は、タンク部6内の溶解液20を吸引、および溶解液20をタンク部8に吐出して、金属の回収装置1内で溶解液20を循環させる。ポンプ部7および貯留部2と接続するタンク部8は、ポンプ部7から供給された溶解液20を貯留部2に排出する
The
また、図3に示すように、金属の回収装置1は、気液分離部5と接続する排気部9を備えてもよい。排気部9は、気液分離部5において溶解液20から分離した気相を金属の回収装置1の外部へ排気する。例えば、排気部9は気液分離部5の上部側と接続し、気液分離部5の上部側に貯留する気相が排気部9に供給される。
In addition, as shown in FIG. 3, the
金属の回収装置1における溶解液20の流れについて説明する。
The flow of the
タンク部6内に収容されている溶解液20は、攪拌部材6aによって撹拌され、陰イオン交換樹脂は、溶解液20中に均一に分散している。タンク部6内の溶解液20は、ポンプ部7によって、タンク部6からタンク部8を介して貯留部2に供給される。
The
貯留部2では、電圧印加部3からMEA30に印加される電圧によって、MEA30内の遷移金属が遷移金属錯イオンとして溶解液20に溶解される。遷移金属錯イオンは、溶解液20中の陰イオン交換樹脂に捕集される。こうして、燃料電池を構成するMEA30に含まれる遷移金属が回収される。
In the
遷移金属錯イオンを捕集した陰イオン交換樹脂を含む溶解液20は、タンク部4を介して気液分離部5に排出される。気液分離部5では、溶解液20に含まれる気相が溶解液20から分離する。溶解液20から分離した気相は、排気部9に排出される。気相を分離した溶解液20は、タンク部6に排出される。
The
そして、MEA30から遷移金属を回収した後、ポンプ部7を停止して、溶解液20の循環を止める。遷移金属を回収したMEA30は、遷移金属を回収していないMEAと交換する。また、遷移金属錯イオンを捕集した陰イオン交換樹脂は、タンク部6に設けられる図示しないドレン口を介して、タンク部6から金属の回収装置1の外部へ排出される。こうして、遷移金属錯イオンを捕集した陰イオン交換樹脂が回収される。
And after collect | recovering transition metals from MEA30, the
上記したように、実施の形態の金属の回収方法および金属の回収装置によれば、溶解液に含まれる陰イオン交換樹脂によって、燃料電池のMEAから溶解した遷移金属錯イオンを捕集する。陰イオン交換樹脂は、溶解液に含まれる遷移金属錯イオンの濃度の増加を抑制し、遷移金属錯イオンの濃度を低く維持するので、溶解液に含まれる遷移金属錯イオンのMEAへの再析出が抑制される。そのため、燃料電池の触媒成分を構成する遷移金属を燃料電池から効率的に回収することができる。 As described above, according to the metal recovery method and metal recovery apparatus of the embodiment, the transition metal complex ions dissolved from the MEA of the fuel cell are collected by the anion exchange resin contained in the solution. The anion exchange resin suppresses the increase in the concentration of the transition metal complex ions contained in the solution and keeps the concentration of the transition metal complex ions low, so that the reprecipitation of the transition metal complex ions contained in the solution onto the MEA is performed. Is suppressed. Therefore, the transition metal that constitutes the catalyst component of the fuel cell can be efficiently recovered from the fuel cell.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…金属の回収装置、2…貯留部、3…電圧印加部、4,6,8…タンク部、5…気液分離部、6a…攪拌部材、7…ポンプ部、9…排気部、20…溶解液、30…MEA、40…電極、50…参照電極。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記溶解液中に浸漬している前記膜電極接合体に電圧を印加して、前記膜電極接合体から遷移金属を前記溶解液に回収する工程と
を有することを特徴とする金属の回収方法。 Immersing the fuel cell membrane electrode assembly in an acidic solution containing halide ions and an anion exchange resin; and
And a step of applying a voltage to the membrane electrode assembly immersed in the solution to recover the transition metal from the membrane electrode assembly into the solution.
前記貯留部内の前記溶解液中に浸漬している燃料電池の膜電極接合体に電圧を印加する電圧印加部と
を備えることを特徴とする金属の回収装置。 A reservoir for storing a solution that contains halide ions and an anion exchange resin and is acidic;
A metal recovery apparatus comprising: a voltage application unit configured to apply a voltage to a membrane electrode assembly of a fuel cell immersed in the solution in the storage unit.
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