[发明专利]一种从膜电极中回收催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种回收催化剂的方法，更具体地是关于一种从膜电极中回收催化剂的方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC)是一种将燃料和氧化性气体的化学能通过电化学反应直接转化为电能的反应装置。PEMFC具有工作温度低、能量转换效率高、结构简单，噪音低，燃料来源丰富，无环境污染等优点，具有广泛的应用前景，可用于小型便携式电源、家庭小型电站，电动汽车、潜艇等的动力电源。

在PEMFC的结构中，其核心部件就是膜电极，膜电极一般包括作为基体材料的质子交换膜、在质子交换膜两个表面上的催化层以及在催化层的表面上的扩散层，其中催化层中含有用于催化反应的贵金属催化剂，如Pt/C催化剂、Pt-Ru/C催化剂、Pt-Cr/C催化剂中的一种或几种。这些贵金属催化剂价格昂贵，资源缺乏，从废旧膜电极中回收催化剂，不仅可以有效地降低成本，还可以充分利用资源，具有重要的现实意义。

对于负载型贵金属催化剂的回收，尤其是以碳为载体的贵金属催化剂，多采用先直接焙烧，然后进行酸煮的方法。如CN1040665C公开了一种从废钯碳催化剂中回收钯的方法，该方法将废钯碳催化剂放入焙烧炉中焙烧，焙烧灰用硫酸溶液酸煮除杂，除杂后的灰用氯化法把钯浸出，浸出液经阳离子交换树脂交换进一步除杂，交换液经氨络合提纯，还原得海绵钯。该方法不适于回收膜电极中的催化剂，因为燃料电池的膜电极还包括质子交换膜，如果直接将膜电极进行烧结，把质子交换膜烧毁不仅浪费原料，而且在烧结过程中，质子交换膜中的氟元素会产生酸雾，污染环境。

因此，回收燃料电池废旧膜电极中的催化剂时，首先需要将膜电极中的质子交换膜与催化层剥离，然后再对它们各自进行回收处理。CN 1697704A公开了一种催化剂回收方法，该方法从其表面的至少一部分上形成催化剂层的基体材料构成的催化剂构件上回收催化剂，具有以下步骤：(a)利用具有硬化性的保护涂覆剂在该催化剂层表面上形成保护涂层的步骤；(b)在该保护涂层硬化的条件下如加热、送风或放置于室温下，放置形成有该保护涂层的催化剂构件的步骤，而且能够利用该硬化，从该基体材料上剥离该催化剂层。可以看出，在该方法中，将催化剂层与基体材料剥离需要涂覆硬化性保护涂层，然后使硬化性保护涂层硬化，因此使得剥离过程复杂，而且该方法多用于车用废气净化催化剂以及燃料电池用制氢催化剂的回收，而这两种催化剂所使用的基体材料一般为陶瓷载体，与燃料电池膜电极的基体材料不同，因此该催化剂回收方法中的剥离方式不适合用于剥离膜电极的基体材料即质子交换膜。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的催化剂回收方法中的基体材料的剥离方式过程复杂且不适合剥离膜电极的基体材料的缺点，提供一种从膜电极中回收催化剂的方法，该方法采用的剥离方式过程简单并且适合剥离膜电极的基体材料。

本发明提供了一种从膜电极中回收催化剂的方法，该方法包括剥离膜电极的基体材料，然后从剥离掉基体材料的膜电极中回收催化剂，其中，剥离膜电极的基体材料的方法包括将膜电极与溶剂接触，溶剂的用量和接触的条件足以使膜电极的基体材料从膜电极上剥离，溶剂为能使膜电极的基体材料溶胀的溶剂。

本发明提供的从膜电极中回收催化剂的方法将膜电极浸泡在能使膜电极的基体材料溶胀的溶剂中，膜电极的基体材料即质子交换膜为高分子材料，能够吸收液体溶剂而发生物理溶涨，基体材料溶涨后，催化层自然从基体材料表面脱落，从而将基体材料完全从膜电极中剥离出来，因此本发明的催化剂回收方法所采用的剥离方式过程简单并且适合剥离膜电极的基体材料。

具体实施方式

本发明提供的从膜电极中回收催化剂的方法包括剥离膜电极的基体材料，然后从剥离掉基体材料的膜电极中回收催化剂，其中，剥离膜电极的基体材料的方法包括将膜电极与溶剂接触，溶剂的用量和接触的条件足以使膜电极的基体材料从膜电极上剥离，溶剂为能使膜电极的基体材料溶胀的溶剂。

其中，所述溶剂可以为各种能够被膜电极的基体材料吸收而使基体材料溶胀的溶剂。优选情况下，所述溶剂选自水、醇、醛、有机羧酸和酮中的一种或几种。由于水、醇和酮对人体的刺激和伤害及对环境的影响比较小，因此，为了环保的目的，更优选情况下，所述溶剂选自水、醇和酮中的一种或几种。