专利名称：一种从废弃的膜电极组件中回收炭纸的方法
技术领域：
本发明属于燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池复合质子交换膜 生产设备。
背景技术：
质子交换膜燃料电池的核心部件是膜电极组件。质子交换膜燃料电池在长 期运行中，由于碳载铂催化剂铂的流失、聚集、催化剂中毒、碳的电化学氧化、 电极憎水性能差和电池水管理、热管理等因素的影响，造成膜电极组件失效或 性能下降，从而影响电池稳定性而废弃。随着质子交换膜燃料电池的不断ii用， 废弃的膜电极组件会不断增多，如何回收利用废弃的膜电极组件中的关键材料， 关键材料指的是质子交换膜、气体扩散电极上催化层电催化剂中的贵金属铂 以及气体扩散电极气体扩散层的主要材料碳纸，不仅有利于环境保护，而且有 利于资源的循环再利用和可持续发展，同时降低膜电极组件的制造成本。目前， 已有从含有贵金属铂的废弃物中回收贵金属铂的技术。但质子交换膜燃料电池 核心部件膜电极组件中炭纸的回收利用技术未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种从废弃的膜电极组件中回收利用炭纸的方法，使 废旧炭纸可以恢复使用。本发明的技术方案是 一种从废弃的膜电极组件中回 收炭纸的方法，包括用醇基溶剂浸泡法将膜电极组件中的质子交换膜与气体扩 散电极分开步骤，其特征在于所述的从废弃的膜电极组件中回收炭纸的方法还 包括气体扩散电极上催化剂铂的回收步骤和消除气体扩散电极扩散层炭纸上的 聚四氟乙烯和炭黑步骤。
本发明所述的一种从废弃的膜电极组件中回收炭纸的方法，其特征在于所 述的气体扩散电极上催化剂铂的回收步骤是
1、 按3份浓盐酸(比重1. 19)与1份浓硝酸(比重1. 4)的比例将浓盐酸 与浓硝酸混合，配制成王水；
2、 将从废弃的膜电极组件中分离出来的气体扩散电极放入去离子水中浸 泡3—4小时取出，再放到新的去离子水中反复浸泡4一5次，取出晾干后，于
120。C干燥l — 2小时；
3、 将步骤2得到的干燥气体扩散电极放入步骤1配制的王水中浸泡4—8 小时，王水的温度在25 — 45。C之间，待王水中无汽泡放出后，将电极取出用去 离子水浸泡2_3次，并把浸泡后的液体倒入浸泡电极的王水混合液中；
4、 将步骤3得到的王水混合液用蒸馏方法将盐酸和硝酸除掉，得到氯铂酸 溶液，用硼氢化钾或者水合肼还原氯铂酸溶液制得贵金属铂，或者用结晶法将 氯铂酸溶液制成氯铂酸结晶固体，将结晶的氯铂酸直接用于制备碳载铂催化剂。
本发明所述的一种从废弃的膜电极组件中回收炭纸的方法，其特征在于所 述的消除气体扩散电极气体扩散层炭纸上的聚四氟乙烯和炭黑的步骤是
1、 将回收过金属铂的电极用去离子水洗至中性，成为含有聚四氟乙烯和少 量炭黑的气体扩散层；
2、 将步骤1制得的含有聚四氟乙烯和炭黑的气体扩散层在500—60(TC焙烧 l一3小时后，冷却至室温取出，得到回收的炭纸。
用本方法回收的炭纸，炭纸厚度与新炭纸相当，重量比新炭纸减少4一6%， 电阻与新炭纸电阻相当。
本发明的积极效果是可减少废弃膜电极组件对环境的污染，使比较昂贵 的膜电极组件的原材料_一炭纸和催化剂中的贵金属铂得到回收利用，有利于 资源的再利用，降低膜电极组件的制造成本。
具体实施例方式
实例1
取5cmX 10cm膜电极组件10张，膜电极组件的催化层的催化剂是铂含量为 50%碳载铂催化剂，催化剂涂覆量为0. 7mg/cm2。将膜电极组件浸渍在无水乙醇 中，在无水乙醇中质子交换膜逐渐溶胀，膜和气体扩散电极逐渐分离，10分钟 后把分离的气体扩散电极和膜分别取出，分别把气体扩散电极和质子交换膜放到 去离子水中浸泡，浸泡3.5小时取出，再放到新的去离子水中反复浸泡4次，目 的是将气体扩散电极和质子交换膜上的乙醇除掉。然后分别对质子交换膜进行处 理和对气体扩散电极上的催化剂铂和碳纸进行回收。
质子交换膜的处理把浸泡好的质子交换膜放在烧杯中在去离子水中煮沸1 小时取出，放在1000ml烧杯中，然后加入5y。H202水溶液400ml，将溶液加热升 温至80土5'C，恒温30 50分钟后，降到室温，将膜从仏02水溶液中捞出，用去
离子水洗3 4次，使冲洗水的PH为7。然后将膜放到盛有400ml0. 5M的稀H2S04 溶液中，升温至80士5。C，恒温30 50分钟后降到室温，将膜从H2S04溶液中捞
出，用去离子水洗3 4次，使冲洗水ra达到7为止。将膜干燥使其平整。经
处理后的膜，若无破损等缺陷，可重复使用。 气体扩散电极催化剂铂和炭纸的回收
氯铂酸的回收将浸泡好的气体扩散电极晾干后，12(TC干燥1.5小时，然 后放在烧杯中，倒入400ml已经配好的王水(100ml浓硝酸+ 300ml浓盐酸)， 浸泡4小时后加热使烧杯中的溶液温度保持在35-40°C， 3小时后将气体扩散电 极取出用去离子水洗至中性为止，去离子水用量在300ml，把洗电极的300ml去 离子水溶液和含有氯铂酸的王水溶液混合倒在一起搅拌均匀，采用蒸馏的方法 除掉盐酸和硝酸，再把得到的氯铂酸溶液进行结晶，得到0.8g氯铂酸晶体，根 据所得氯铂酸晶体换算出电极铂的回收率为85%。
炭纸的回收将洗至中性的无铂的气体扩散电极(实际上相当于气体扩散 层)，晾干后，12(TC干燥2小时，该气体扩散层上只含有炭黑和聚四氟乙烯。 然后把气体扩散层放在马弗炉中55(TC焙烧1. 5小时，冷却到室温后得到回收的 炭纸。回收的炭纸单位面积重量比新炭纸减少5.2%。
实例2
取5cmX 10cm膜电极三合一组件10张，膜电极组件的催化层催化剂是铂含 量为50%碳载铂催化剂，催化剂涂覆量为0. 7mg/cm2。将膜电极组件浸渍在异丙 醇中，异丙醇中质子交换膜逐渐溶胀，膜和气体扩散电极逐渐分离，10分钟后 把分离的气体扩散电极和膜分别取出，分别把气体扩散电极和质子交换膜放到 去离子水中浸泡，浸泡4小时取出，再放到新的去离子水中反复4次，目的是 将气体扩散电极和质子交换膜上的异丙醇除掉。然后分别对质子交换膜和气体 扩散电极关键材料进行回收处理。回收膜的处理同实例1。
气体扩散电极催化剂铂和炭纸的回收 铂的回收将按上述步骤得到的气体扩散电极晾干后，12(TC干燥1.5小时， 然后放在烧杯中倒入400ml已经配好的王水(100ml浓硝酸+300ml浓盐酸)，4 小时后加热使烧杯中的溶液温度保持在35-40°C， 3小时后将电极取出用去离子 水洗至中性为止，去离子水用量为350ml，把洗电极的350ml去离子水溶液和含 有氯铂酸的王水溶液混合在一起搅拌均匀，采用蒸馏的方法除掉盐酸和硝酸，再
把得到的氯铂酸溶液直接采用硼氢化钾或者水合肼来还原氯铂酸溶液，将还原
沉淀的铂进行洗涤干燥得到贵金属铂289mg，铂的回收率为82. 5%。
炭纸的回收将洗至中性的无铂的气体扩散层晾干后，12(TC干燥2小时， 该气体扩散层上只含有炭黑和聚四氟乙烯。然后把气体扩散层放在马弗炉中600 'C焙烧1小时，冷却到室温后得到回收的炭纸。回收的炭纸单位面积重量比新 炭纸减少5.7%。
权利要求
1、一种从废弃的膜电极组件中回收炭纸的方法，包括用醇基溶剂浸泡法将膜电极组件中的质子交换膜与气体扩散电极分开步骤，其特征在于所述的从废弃的膜电极组件中回收炭纸的方法还包括气体扩散电极上催化剂铂的回收步骤和消除气体扩散电极扩散层炭纸上的聚四氟乙烯和炭黑步骤。
2、 根据权利要求l所述的一种从废弃的膜电极组件中回收炭纸的方法，其特征在于所述的气体扩散电极上催化剂铂的回收步骤是1)按3份浓盐酸(比重1.19)与l份浓硝酸(比重1.4)的比例将浓盐酸 与浓硝酸混合，配制成王水；2、 )将从废弃的膜电极组件中分离出来的气体扩散电极放入去离子水中浸 泡3 — 4小时取出，再放到新的去离子水中反复浸泡4一5次，取出晾干后，于 120。C干燥l一2小时;3) 将步骤2得到的干燥气体扩散电极放入步骤1配制的王水中浸泡4一8 小时，王水的温度在25—45'C之间，待王水中无汽泡放出后，将电极取出用去 离子水浸泡2_3次，并把浸泡后的液体倒入浸泡电极的王水混合液中；4) 将步骤3得到的王水混合液用蒸馏方法将盐酸和硝酸去掉，得到氯铂酸 溶液，用硼氢化钾或者水合肼还原氯铂酸溶液制得贵金属铂，或者用结晶法将 氯铂酸溶液制成氯铂酸的结晶固体，将结晶的氯铂酸直接用于制备碳载铂催化 剂。
3、 根据权利要求l所述的一种从废弃的膜电极组件中回收炭纸的方法，其 特征在于所述的消除气体扩散电极扩散层炭纸上的聚四氟乙烯和炭黑的步骤 是1) 将回收过贵金属铂的气体扩散电极用去离子水洗至中性，成为含有聚四 氟乙烯和少量炭黑的气体扩散层；2) 将步骤1制得的含有聚四氟乙烯和炭黑的气体扩散层在500—600。C焙烧 l一3小时后，冷却至室温取出，得到不含有聚四氟乙烯和炭黑的炭纸。
全文摘要
一种从废弃的膜电极组件中回收炭纸的方法，包括用醇基溶剂浸泡法将膜电极组件中的质子交换膜与气体扩散电极分开步骤，其特征在于所述的从废弃的膜电极组件中回收炭纸的方法还包括气体扩散电极上催化剂铂的回收步骤和气体扩散层炭纸回收步骤。用本方法回收的炭纸，炭纸厚度与新炭纸相当，重量比新炭纸减少4-6％，电阻与新炭纸电阻相当。本发明的积极效果是可减少废弃膜电极组件对环境的污染，使比较昂贵的膜电极组件的原材料——炭纸和催化剂铂得到回收再利用，降低了成本。
文档编号B09B3/00GK101347788SQ20081001303
公开日2009年1月21日 申请日期2008年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者明 侯, 侯中军, 明平文, 林治银, 亮 肖 申请人:新源动力股份有限公司