一种质子膜膜电极回收利用方法技术

本发明专利技术公开了一种质子膜膜电极回收利用方法，涉及膜电极回收技术领域；本发明专利技术首先将废旧膜电极浸泡在水和醇的混合溶液，使催化剂从质子膜上剥离，然后使用萃取法对铂元素和铱元素进行了选择性分离，铱元素以氧化铱的形式得到，铂则直接重新沉积在碳载体上形成铂碳。对质子膜进行后处理后与铂碳和氧化铱制备得到新的膜电极。该方法回收率高、不产生有毒气体、能分别回收阴极和阳极催化剂、回收的催化剂可直接用于制备膜电极，实现了闭环回收绿色又经济。又经济。

【技术实现步骤摘要】
一种质子膜膜电极回收利用方法


[0001]本专利技术属于膜电极回收
，具体是一种质子膜膜电极回收利用方法。

技术介绍

[0002]PEM电解槽通常采用IrO2为阳极催化剂(促进水电解产生氧气)和Pt/C为阴极催化剂(促进水电解产生氢气)。目前PEM电解槽尚处于起步阶段，若需要满足间歇性电源(如风能和太阳能等)发电的储能需求，则PEM电解水制氢的规模将达到千兆瓦级。从千兆瓦PEM电解槽安装的角度来看，需要几十吨(超过50t)贵金属，铂、铱等贵金属的全球产量无法满足此需求。开发高效和环境友好的回收工艺是应对贵金属材料紧缺的重要途径之一。
[0003]目前对于贵金属的回收，传统方法通常采用焚烧法和王水浸出法。焚烧法会导致有毒氟化物的产生，王水浸出法存在回收率不高、赶硝时间长等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种质子膜膜电极回收利用方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题和缺陷的至少一个方面。
[0005]具体如下，本专利技术提供了一种质子膜膜电极回收利用方法，包括以下步骤：
[0006]S1、将废旧质子膜膜电极与醇的水溶液混合后，超声；分离后制得废旧质子膜和废催化剂；
[0007]S2、将步骤S1所得废催化剂焙烧后酸溶，收集固相，得预处理催化剂；
[0008]S3、将步骤S2所得预处理催化剂加压浸出，制得浸出液；
[0009]将浸出液和第一还原剂混合后萃取，制得含铂有机相和含铱水相；
[0010]S4、将步骤S3制得的含铂有机相反萃后，制得反萃液；
[0011]将反萃液、碳、碱和第二还原剂混合后反应，制得Pt/C复合物；
[0012]将步骤S3制得的含铱水相和氧化剂混合后微波水解、干燥，制得氧化铱；
[0013]将步骤S1制得的废旧质子膜处理后，制得再生质子膜；
[0014]S5、将步骤S4中制得的Pt/C复合物、氧化铱和质子膜制成再生质子膜膜电极。
[0015]根据本专利技术回收利用方法技术方案中的一种技术方案，至少具备如下
[0016]有益效果：
[0017]本专利技术通过在超声的作用下使阴极催化剂层、阳极催化剂层和质子膜进行分离；从而制得废旧质子膜和废催化剂；
[0018]将废催化剂进行焙烧处理，从而除去催化剂的表面附着的有机物和碳，然后用酸溶去除酸溶性金属元素；
[0019]再通过第一还原剂将高价铱(Ⅳ)还原为低价铱(Ⅲ)，进一步通过萃取将铱元素和铂元素进行分离；进一步将含铂有机相反萃后采用第二还原剂还原后，将铂负载在碳上从而制得Pt/C复合物；同时还通过微波水解后制得氧化铱胶体，进一步处理后制得氧化铱；
[0020]最后，将Pt/C复合物、氧化铱和质子膜制成质子膜膜电极，从而实现废旧质子膜膜
电极的回收利用。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中所述超声的功率为2000W～3000W。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中所述超声的时间为0.5h～2h。
[0023]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中所述醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、异丙醇、异丁醇、乙二醇和丙三醇中的至少一种。
[0024]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中所述醇的水溶液由醇和水按照体积比为1:0.1～10混合制成。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中所述废旧质子膜膜电极中包括废旧氧化铱、废旧铂碳和废旧质子膜。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中所述废旧质子膜膜电极和所述醇的水溶液的质量体积比为1g：100mL～1000mL。
[0027]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中所述焙烧的温度为400℃～600℃。
[0028]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中所述焙烧的时间为4h～6h。
[0029]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中所述酸溶选用无机酸溶液。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，所述无机酸溶液包括硫酸溶液、盐酸、硝酸溶液、醋酸溶液和磷酸溶液中的至少一种。
[0031]根据本专利技术的一些实施方式，所述无机酸溶液的摩尔浓度为0.1mol/L～10mol/L。
[0032]根据本专利技术的一些实施方式，所述焙烧后废催化剂和所述无机酸溶液的质量体积比为1g：10mL～200mL。
[0033]根据本专利技术的一些实施方式，所述加压浸出前需球磨处理。
[0034]根据本专利技术的一些实施方式，所述球磨处理的时间为2h～3h。
[0035]根据本专利技术的一些实施方式，所述加压浸出选用的浸出液选用无机氧化剂和盐酸混合溶液。
[0036]根据本专利技术的一些实施方式，所述无机氧化剂和盐酸混合溶液中氯化氢的摩尔浓度为0.5mol/L～10mol/L。
[0037]根据本专利技术的一些实施方式，所述无机氧化剂和盐酸混合溶液中无机氧化剂的摩尔浓度为0.5mol/L～10mol/L。
[0038]根据本专利技术的一些实施方式，所述无机氧化剂和盐酸混合溶液中无机氧化剂为过氧化氢或硝酸中的至少一种。
[0039]根据本专利技术的一些实施方式，所述预处理催化剂与所述浸出液的质量体积比为1g：10mL～200mL。
[0040]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S3中所述加压浸出的压力为0.1MPa～10MPa。
[0041]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S3中所述加压浸出的温度为50℃～400℃。
[0042]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S3中所述加压浸出的时间为1h～5h。
[0043]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S3中所述加压浸出的搅拌速率为500r/min～8000r/min。
[0044]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S3中所述第一还原剂为盐酸羟胺。
[0045]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S3中所述萃取过程中加入萃取剂、稀释剂和添加剂；
和氨水中的至少一种。
[0077]根据本专利技术的一些实施方式，所述再生剂处理的温度为40℃～120℃。
[0078]根据本专利技术的一些实施方式，所述再生剂处理的时间为2h～24h。
[0079]根据本专利技术的一些实施方式，所述修饰剂为全氟磺酸树脂乳液或聚四氟乙烯乳液。
[0080]根据本专利技术的一些实施方式，所述全氟磺酸树脂乳液的质量浓度为5％～50％。
[0081]根据本专利技术的一些实施方式，所述聚四氟乙烯乳液浓度的质量浓度为5％～50％。
[0082]根据本专利技术的一些实施方式，溶解重铸的方法包括以下步骤：
[0083]将所述废旧质子膜依次采用双氧水、硫酸处理后；再用二甲基亚砜溶解，然后用流延成膜的方法铸膜，于160℃～190℃下烘干得到再生质子膜。
[0084]根据本专利技术的一些实施方式，所述溶解的气氛为氮气。
[0085]根据本专利技术的一些实施方式，所述溶解的时间为1h～2h。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子膜膜电极回收利用方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将废旧质子膜膜电极与醇的水溶液混合后，超声；分离后制得废旧质子膜和废催化剂；S2、将步骤S1所得废催化剂焙烧后酸溶，收集固相，得预处理催化剂；S3、将步骤S2所得预处理催化剂加压浸出，制得浸出液；将浸出液和第一还原剂混合后萃取，制得含铂有机相和含铱水相；S4、将步骤S3制得的含铂有机相反萃后，制得反萃液；将反萃液、碳、碱和第二还原剂混合后反应，制得Pt/C复合物；将步骤S3制得的含铱水相和氧化剂混合后微波水解、干燥，制得氧化铱；将步骤S1制得的废旧质子膜处理后，制得再生质子膜；S5、将步骤S4中制得的Pt/C复合物、氧化铱和质子膜制成再生质子膜膜电极。2.根据权利要求1所述的质子膜膜电极回收利用方法，其特征在于，步骤S1中所述醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、异丙醇、异丁醇、乙二醇和丙三醇中的至少一种。3.根据权利要求1所述的质子膜膜电极回收利用方法，其特征在于，步骤S2中所述焙烧的温度为400℃～600℃。4.根据权利要求1所述的质子膜膜电极回收利...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐进良，谢曙，张靖倩，
申请(专利权)人：淳华氢能源科技湖南有限公司，
类型：发明
国别省市：