从纳米结构的燃料电池催化剂回收铂制造技术

本发明专利技术提供了一种通过暴露于酸性氧化溶液从而从包括纳米结构单元的、催化剂涂覆的膜中回收铂金属的方法和设备。该方法可另外包括从该酸性氧化溶液中沉淀出铂盐的后续步骤。该方法可另外包括煅烧该铂盐的后续步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在燃料电池设备中回收用作催化剂的铂。
技术介绍
美国专利5,879,827公开了包含针状微观结构载体晶须的纳米结构单元，所述针状微观结构载体晶须带有针状纳米催化剂粒子。所述催化剂粒子可包括不同催化剂材料的交替层，其中催化剂材料在组成、合金化程度或结晶度方面可以不同。美国专利申请公开2002/0004453 A1公开了燃料电池电极催化剂，其包括交替的含铂层和含第二金属低价氧化物的层，所述第二金属的低价氧化物显示CO氧化的早期发生。美国专利5,338,430，5,879,828，6,040,077和6,319,293也涉及纳米结构的薄膜催化剂。美国专利4,812,352，5,039,561，5,179,786和5,336,558涉及微观结构。美国专利申请10/674,594公开了燃料电池阴极催化剂，其包括将铂和第二层的交替层沉积到微观结构载体上而形成的纳米结构，其可形成三元催化剂。JP60184647A(英文摘要)据称记载了通过特定方法从燃料电池中回收一定量的贵金属，该方法包括电解或电解氧化的步骤，其中所述贵金属被沥滤入供料至电极的电解溶液中，所述电解溶液含有与贵金-->属形成配离子并使该贵金属可溶的离子或配体。欧洲专利申请公开1 065 742 A2据称记载了从燃料电池中回收电解质膜的特定方法，其可包括从燃料电池堆中除去膜电极组件，并将其浸在甲醇中以从该电解质膜除去电极的步骤。美国专利4,775,452据称记载了通过在电解电池中进行的特定电解方法，从催化剂中回收一定量的微粒形式的贵金属。美国专利5,133,843据称记载了在电化学电池的膜上或膜中回收一定量的特定形式金属的特定方法，该方法可包括用无机酸如王水处理的步骤。从燃料电池部件中回收铂的一种标准方法是将所述部件灼烧并从得到的灰分中回收铂。较大的部件如燃料电池堆，可以或者可能需要在灼烧之前被切碎。
技术实现思路
简而言之，本专利技术提供了一种从包括纳米结构单元的催化剂涂覆的膜中回收铂金属的方法，该方法包括将所述催化剂涂覆的膜暴露于酸性氧化溶液中的步骤。该方法可另外包括从该酸性氧化溶液中沉淀出铂盐的后续步骤。该方法可另外包括煅烧该铂盐的步骤。该酸性氧化溶液通常包括至少一种酸和至少一种氧化剂，氧化剂可以是过氧化物如过氧化氢。该酸性氧化溶液通常包括至少一种强酸如盐酸。该酸性氧化溶液可以是王水。本专利技术方法的一个具体实施方式另外包括利用该酸性氧化溶液作为电镀溶液的后续步骤。本专利技术方法的一个具体实施方式另外包括利用所述煅烧的铂盐制造燃料电池催化剂的后续步骤。-->在另一个方面，本专利技术提供了一种包括聚合物电解质膜的制品，所述聚合物电解质膜具有附着到其一个或多个面上的粒子，所述粒子包括C.I.PIGMENT RED 149(PR-149苝红)且基本上不含铂金属。本专利技术提供了现有技术未记载的一种从纳米结构的燃料电池催化剂中除去铂的快速且有效的方法。在本申请中：“膜电极组件”是指包含膜和至少一个但更常见为两个或多个邻接所述膜的电极的结构，该膜包括电解质、通常为聚合物电解质；“纳米结构单元(element)”指针状、离散的微观结构，该结构在其至少一部分表面上包括催化剂材料；“纳米催化剂粒子”指在至少一维上具有等于或小于约15nm的尺寸、或者具有约15nm或更小的微晶尺寸的催化剂材料粒子，所述尺寸根据标准2θX-射线衍射扫描的衍射半峰宽值测量；“针状”指长度与平均截面宽度之比大于或等于3；“离散”指具有独立区别的不同单元，但不排除单元的彼此接触；和“微观”指具有至少一个等于或小于约1微米的维度。本专利技术的优点在于提供了一种快速、有效且具有选择性的从纳米结构的燃料电池催化剂中除去铂的方法。附图说明图1是如下面实施例1中所述，在各自三种王水浓度下，通过本专利技术的方法从催化剂涂覆的膜(CCM)中完全除去Pt的时间作为温度函数的图。图2是如下面实施例3中所述，在各自三种HCl/过氧化物浓度下，通过本专利技术的方法从CCM完全除去Pt的时间作为温度函数的图。-->详细说明本专利技术通过包括将催化剂涂覆的膜暴露于酸性氧化溶液中的过程，从而提供了一种从包括纳米结构单元的催化剂涂覆的膜中回收铂金属的方法。燃料电池催化剂通常含有大量的铂。所述催化剂通常存在于燃料电池的膜电极组件(MEA)中。MEA是质子交换膜燃料电池如氢燃料电池的中心元件。燃料电池是通过燃料如氢和氧化剂如氧的催化结合产生可用电的电化学电池。典型的MEA包括聚合物电解质膜(PEM)(也称作离子传导膜(ICM))其起到固体电解质的作用。PEM的一面与阳极电极层接触，相对面与阴极电极层接触。各电极层包括电化学催化剂，通常包括铂金属。在常见的使用中，在阳极通过氢的氧化形成质子，并穿过PEM运送到阴极以与氧反应，从而在连接电极的外部电路中产生电流流动。PEM在反应物气体之间形成耐久的、无孔的、不导电的机械屏障，而其仍可使H+离子容易地通过。气体扩散层(GDL)有利于气体传输到阳极和阴极电极材料和从其传输出来，从而有利于传导电流。GDL是多孔和导电的，并通常由碳纤维组成。GDL还可以称为流体传输层(FTL)或扩散器/集电器(diffuser/current collector)(DCC)。在一些实施方式中，将阳极和阴极电极层施加到GDL上，并在所得催化剂涂覆的GDL之间夹入PEM以形成五层MEA。五层MEA的五层依次是：阳极GDL，阳极电极层，PEM，阴极电极层，和阴极GDL。在另外的实施方式中，将阳极和阴极电极层施加到PEM的任一侧，并将所得催化剂涂覆的膜(CCM)夹在两个GDL之间以形成五层MEA。在不同实施方式中，本专利技术可利用用于以不同燃料工作的燃料电池用燃料电池部件进行实施，所述燃料包括氢、重整油、甲醇等。PEM通常由聚合物电解质构成。所述聚合物电解质通常带有结合到共同主链上的阴离子官能团，其通常是磺酸基，但也可包括羧酸基、-->酰亚胺基、酰胺基或其他酸性官能团。所述聚合物电解质通常高度氟化，最常见为全氟化，但也可以部分氟化或未氟化。所述的聚合物电解质通常是四氟乙烯和一种或多种氟化的酸性官能共聚单体的共聚物。典型的聚合物电解质包括Nation(DuPont Chemicals，WilmingtonDE)和FlemionTM(Asahi Glass Co.Ltd.，Tokyo，Japan)。所述聚合物电解质可以是四氟乙烯(TFE)和FSO2-CF2CF2CF2CF2-O-CF＝CF2的共聚物，记载于美国专利申请10/322,254，10/322,226和10/325,278中。所述聚合物通常具有1200或更低的当量重量(EW)，更通常为1100或更低的当量重量，更通常为1000或更低的当量重量。除氟化膜外，所述膜可包括烃类聚合物，包括芳族聚合物。有用的烃类聚合物的例子包括磺化的聚醚醚酮，磺化的聚砜，和磺化的聚苯乙烯。典型的燃料电池用催化剂的形式包括催化剂金属细粒，常规的碳负载催化剂和纳米结构薄膜催化剂，所述纳米结构的薄膜催化剂包括纳米结构的单元和纳米结构的催化剂粒子。常规碳负载的典型催化剂粒子为50-90wt％的碳和10-50wt％的催化剂金属，所述催化剂金属通常包括用于阴极的Pt和用于阳极的重量比为2∶1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从催化剂涂覆的膜回收铂金属的方法，该膜包括纳米结构的单元，所述方法包括将该催化剂涂覆的膜暴露于酸性氧化溶液的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-12-30 11/026,0671.一种从催化剂涂覆的膜回收铂金属的方法，该膜包括纳米结构的单元，所述方法包括将该催化剂涂覆的膜暴露于酸性氧化溶液的步骤。2.根据权利要求1的方法，其另外包括从所述酸性氧化溶液中沉淀出铂盐的后续步骤。3.根据权利要求2的方法，其另外包括煅烧所述铂盐的后续步骤。4.根据权利要求1的方法，其中所述酸性氧化溶液包括至少一种酸和至少一种氧化剂。5.根据权利要求1的方法，其中所述酸性氧化溶液包括至少一种酸和至少一种过氧化物。6.根据权利要求1的方法，其中所述酸性氧化溶液包括至少一种酸和过氧化氢。7.根据权利要求1的方法，其中所述酸性氧化溶液包括盐酸和过氧化氢。8.根据权利要求1的方法，其中所述酸性氧化溶液是王水。9.根据权利要求3的方法，其中所述酸性氧化溶液包括至少一种酸和至少一种氧化剂。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克K德贝，小克莱顿V汉密尔顿，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]