从氢燃料电池质子交换膜中回收贵金属铂的方法

摘要

本发明属于氢燃料电池回收技术领域，具体公开了一种从氢燃料电池质子交换膜中回收贵金属铂的方法，旨在提高对氢燃料电池质子交换膜中贵金属铂的回收率。该方法首先将氢燃料电池质子交换膜放入第一溶解容器中采用盐酸和双氧水在特定的工艺条件下进行溶解，可有效防止附着在氢燃料电池质子交换膜表面的微小颗粒贵金属铂的挥发，利于提高铂的回收率；将第一次溶解的溶解残留物烧结后再次溶解，能够有效回收氢燃料电池质子交换膜中的贵金属铂；经过对回收得到的含铂回收液分析测试，该方法对氢燃料电池质子交换膜中贵金属铂的回收率达99.98％以上。而且，该方法采用盐酸和双氧水进行溶解的过程仅产生少量的HCl挥发废气，大大降低了对环境的污染。

说明书

技术领域

本发明属于氢燃料电池回收技术领域，具体涉及一种从氢燃料电池质子交换膜中回收贵金属铂的方法。

背景技术

质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)是质子交换膜燃料电池(ProtonExchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)的核心部件，对电池性能起着关键作用。质子交换膜燃料电池是一种具有高效环保发电方式的电池，其能效转化率超过60％，远高于内燃机30％～35％的能源转换效率。质子交换膜燃料电池一般使用氢气作为燃料，燃料可再生且来源广，而且排放物仅为水，这对于国家能源战略和环境保护具有重要意义。

质子交换膜燃料电池中的燃料需要在铂基催化剂的作用下进行反应，而铂基催化剂通常分布在质子交换膜上。质子交换膜的贵金属含量一般在2％～3％，质子交换膜达到使用寿命后将进行更换，且废旧燃料电池随着时间的推进也越来越多，对此若不进行任何处理就直接废弃的话，一方面会造成资源浪费，另一方面会造成环境污染。

目前，回收氢燃料电池质子交换膜中贵金属的方法有焚烧法和王水浸渍法。但这种两种方法对贵金属铂的回收率较低，约为80％～92％，且回收过程中会产生大量氮氧化物废气，会对环境造成了极大的污染。

发明内容

本发明提供了一种从氢燃料电池质子交换膜中回收贵金属铂的方法，旨在提高对氢燃料电池质子交换膜中贵金属铂的回收率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：从氢燃料电池质子交换膜中回收贵金属铂的方法，包括下列步骤：

步骤一，溶解：将100～200g氢燃料电池质子交换膜放入第一溶解容器中，并向第一溶解容器中加入质量分数为35％～37％的盐酸，盐酸的加入量为0.5～1L；盐酸加入完成并将其加热至80～95℃后，向第一溶解容器中加入质量分数为20％～30％的双氧水进行加热溶解，双氧水的加入速度为10～20ml/min，双氧水的加入量为0.3～0.6L，将第一溶解容器中液体的加热温度控制在80～95℃；加热溶解2～4h后，停止对第一溶解容器中液体加热；

步骤二，烧结：将第一溶解容器中溶解残留物取出洗净后，放入烧结设备中进行烧结，烧结温度控制在700～900℃，烧结时间为1～3h；

步骤三，再溶解：将烧结残留物取出并放入第二溶解容器中，之后向第二溶解容器中加入质量分数为35％～37％的盐酸，盐酸的加入量为0.05～0.1L；盐酸加入完成并将其加热至80～95℃后，向第二溶解容器中加入质量分数为20％～30％的双氧水进行加热溶解，双氧水的加入速度为10～20ml/min，双氧水的加入量为0.03～0.06L，将第二溶解容器中液体的加热温度控制在80～95℃；加热溶解1～3h后，停止对第二溶解容器中液体加热；

步骤四，回收：将步骤一和步骤三最终得到的溶解液进行合并得到含铂回收液。

进一步的是，所述烧结设备为烧结炉。

进一步的是，步骤二中，烧结产生的烧结尾气经过废气处理塔处理后外排。

进一步的是，所述第一溶解容器和第二溶解容器均为溶解罐。

进一步的是，该方法还包括步骤五；

步骤五，铂提纯：对含铂回收液进行提纯精制，得到纯度99.95％以上的海绵铂。

本发明的有益效果是：该方法首先将氢燃料电池质子交换膜放入第一溶解容器中采用盐酸和双氧水在特定的工艺条件下进行溶解，可有效防止附着在氢燃料电池质子交换膜表面的微小颗粒贵金属铂的挥发，利于提高铂的回收率；将第一次溶解的溶解残留物烧结后再次溶解，能够有效回收氢燃料电池质子交换膜中的贵金属铂；经过对回收得到的含铂回收液分析测试，该方法对氢燃料电池质子交换膜中贵金属铂的回收率达99.98％以上。而且，该方法采用盐酸和双氧水进行溶解的过程仅产生少量的HCl挥发废气，相比于传统的王水溶解法，避免了大量的氮氧化物的产生，大大降低了对环境的污染。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

从氢燃料电池质子交换膜中回收贵金属铂的方法，包括下列步骤：

步骤一，溶解：将100～200g氢燃料电池质子交换膜放入第一溶解容器中，并向第一溶解容器中加入质量分数为35％～37％的盐酸，盐酸的加入量为0.5～1L；盐酸加入完成并将其加热至80～95℃后，向第一溶解容器中加入质量分数为20％～30％的双氧水进行加热溶解，双氧水的加入速度为10～20ml/min，双氧水的加入量为0.3～0.6L，将第一溶解容器中液体的加热温度控制在80～95℃；加热溶解2～4h后，停止对第一溶解容器中液体加热；

步骤二，烧结：将第一溶解容器中溶解残留物取出洗净后，放入烧结设备中进行烧结，烧结温度控制在700～900℃，烧结时间为1～3h；该步骤中，优选操作方便、成本较低的烧结炉作为烧结设备；烧结产生的烧结尾气需要经过处理后才能外排，以免污染环境；优选采用废气处理塔对烧结产生的烧结尾气进行处理；将烧结温度控制在700～900℃，并将烧结时间控制在1～3h，利于氢燃料电池质子交换膜中除贵金属铂外的其他物质充分烧结掉；

步骤三，再溶解：将烧结残留物取出并放入第二溶解容器中，之后向第二溶解容器中加入质量分数为35％～37％的盐酸，盐酸的加入量为0.05～0.1L；盐酸加入完成并将其加热至80～95℃后，向第二溶解容器中加入质量分数为20％～30％的双氧水进行加热溶解，双氧水的加入速度为10～20ml/min，双氧水的加入量为0.03～0.06L，将第二溶解容器中液体的加热温度控制在80～95℃；加热溶解1～3h后，停止对第二溶解容器中液体加热；

步骤四，回收：将步骤一和步骤三最终得到的溶解液合并得到含铂回收液。

对步骤四得到的含铂回收液称重，并取样分析其中贵金属铂的浓度，计算得到回收贵金属铂的重量；再与氢燃料电池质子交换膜中贵金属铂的含量对比，可计算出采用上述方法回收贵金属铂的回收率达99.98％以上。

溶解容器可以为多种，例如：试管、烧杯、溶解槽、溶解罐等等，为了便于工业应用，步骤一中所采用的第一溶解容器和步骤三中所采用的第二溶解容器均优选为溶解罐。

步骤一和步骤三中，所采用的双氧水主要作用为氧化剂，其与盐酸一起在特定反应温度条件下有效溶解贵金属铂；双氧水可以采用硝酸代替，但用采用硝酸会产生大量的氮氧化物，会产生较大的环保压力。

作为本发明的一种优选方案，该方法还包括步骤五；

步骤五，铂提纯：对含铂回收液进行提纯精制，得到纯度99.95％以上的海绵铂。该步骤采用经典的铂提纯方法对含铂回收液进行提纯精制即可；经典的铂提纯方法有多种，例如：浓缩→水解→酸化→氯化铵沉铂→煅烧，得到纯度大于99.95％的海绵铂，对含铂回收液中贵金属铂的回收率为99.7％。

实施例1

某次从贵金属铂含量为2.76％的氢燃料电池质子交换膜中回收贵金属铂，过程如下：

步骤一，溶解：将100g氢燃料电池质子交换膜放入第一溶解容器中，并向第一溶解容器中加入质量分数为36％的盐酸，盐酸的加入量为0.5L；盐酸加入完成并将其加热至80℃后，向第一溶解容器中加入质量分数为20％的双氧水进行加热溶解，双氧水的加入速度为10ml/min，将第一溶解容器中液体的加热温度控制在80℃；加热溶解2h后，停止对第一溶解容器中液体加热；

步骤二，烧结：将第一溶解容器中溶解残留物取出洗净后，放入烧结设备中进行烧结，烧结温度控制在700℃，烧结时间为1h；

步骤三，再溶解：将烧结残留物取出并放入第二溶解容器中，之后向第二溶解容器中加入质量分数为36％的盐酸，盐酸的加入量为0.05L；盐酸加入完成并将其加热至80℃后，向第二溶解容器中加入质量分数为20％的双氧水进行加热溶解，双氧水的加入速度为10ml/min,双氧水的加入量为0.03L，将第二溶解容器中液体的加热温度控制在80℃；加热溶解1h后，停止对第二溶解容器中液体加热；

步骤四，回收：将步骤一和步骤三最终得到的溶解液进行合并得到含铂回收液。

对得到的含铂回收液称重，并取样分析其中贵金属铂的浓度，计算得到回收贵金属铂的重量为2.7594g；与氢燃料电池质子交换膜中贵金属铂的含量为2.76g相比，本次对贵金属铂的回收率为99.98％。

实施例2

某次从贵金属铂含量为2.76％的氢燃料电池质子交换膜中回收贵金属铂，过程如下：

步骤一，溶解：将150g氢燃料电池质子交换膜放入第一溶解容器中，并向第一溶解容器中加入质量分数为35％的盐酸，盐酸的加入量为0.75L；盐酸加入完成并将其加热至90℃后，向第一溶解容器中加入质量分数为25％的双氧水进行加热溶解，双氧水的加入速度为15ml/min,双氧水的加入量为0.45L，将第一溶解容器中液体的加热温度控制在90℃；加热溶解3h后，停止对第一溶解容器中液体加热；

步骤二，烧结：将第一溶解容器中溶解残留物取出洗净后，放入烧结设备中进行烧结，烧结温度控制在800℃，烧结时间为2h；

步骤三，再溶解：将烧结残留物取出并放入第二溶解容器中，之后向第二溶解容器中加入质量分数为35％的盐酸，盐酸的加入量为0.075L；盐酸加入完成并将其加热至90℃后，向第二溶解容器中加入质量分数为25％的双氧水进行加热溶解，双氧水的加入速度为15ml/min，双氧水加入量为0.045L，将第二溶解容器中液体的加热温度控制在90℃；加热溶解2h后，停止对第二溶解容器中液体加热；

步骤四，回收：将步骤一和步骤三最终得到的溶解液进行合并得到含铂回收液。

对得到的含铂回收液称重，并取样分析其中贵金属铂的浓度，计算得到回收贵金属铂的重量为4.1392g；与氢燃料电池质子交换膜中贵金属铂的含量为4.14g相比，本次对贵金属铂的回收率为99.981％。

实施例3

某次从贵金属铂含量为2.76％的氢燃料电池质子交换膜中回收贵金属铂，过程如下：

步骤一，溶解：将200g氢燃料电池质子交换膜放入第一溶解容器中，并向第一溶解容器中加入质量分数为37％的盐酸，盐酸的加入量为1L；盐酸加入完成并将其加热至95℃后，向第一溶解容器中加入质量分数为30％的双氧水进行加热溶解，双氧水的加入速度为15ml/min,双氧水加入量为0.6L，将第一溶解容器中液体的加热温度控制在95℃；加热溶解3h后，停止对第一溶解容器中液体加热；

步骤二，烧结：将第一溶解容器中溶解残留物取出洗净后，放入烧结设备中进行烧结，烧结温度控制在900℃，烧结时间为3h；

步骤三，再溶解：将烧结残留物取出并放入第二溶解容器中，之后向第二溶解容器中加入质量分数为35％的盐酸，盐酸的加入量为0.1L；盐酸加入完成并将其加热至95℃后，向第二溶解容器中加入质量分数为30％的双氧水进行加热溶解，双氧水的加入速度为20ml/min，双氧水加入量为0.06L，将第二溶解容器中液体的加热温度控制在95℃；加热溶解3h后，停止对第二溶解容器中液体加热；

步骤四，回收：将步骤一和步骤三最终得到的溶解液进行合并得到含铂回收液。

对得到的含铂回收液称重，并取样分析其中贵金属铂的浓度，计算得到回收贵金属铂的重量为5.5190g；与氢燃料电池质子交换膜中贵金属铂的含量为5.52g相比，本次对贵金属铂的回收率为99.982％。