一種利用回收鉑料制備鉑碳催化劑的方法技術

本發明專利技術是一種利用回收鉑料制備鉑碳催化劑的方法。以回收鉑料為原料，經過原料處理，氧化分解，加熱濃縮等步驟制備氯鉑酸；再利用自制的氯鉑酸將其還原，負載于碳載體上制備鉑碳催化劑。具體：以鉑，鹽酸和硝酸為原料。首用此法制備的催化劑具有價格低廉，粒徑小，分散性好的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術具體是涉及一種以回收鉬料為原料燃料電池用鉬碳催化劑的制備方法，屬于燃料電池領域。
技術介紹
隨著能源資源的日益枯竭及環境污染的進一步惡化，燃料電池作為高效能，低污染的新能源技術得到了重視和發展。質子交換膜燃料電池(ProtonExchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)是用質子 交換膜(PEM)作為電解質的一種燃料電池，它以其工作溫度低、啟動快、能量密度高、壽命長等優點特別適宜作為便攜式電源、機動車電源和中、小型發電系統。其本體結構由氣體擴散層，質子交換膜和催化劑層組成。氣體擴散層通常采用碳纖維紙或碳纖維布，起支撐催化劑層，穩定電極結構，為電極反應提供排水、排氣、電子通道等多種功能；質子交換膜作為電解質用來傳到質子；催化劑層用來加速電極上發生的化學反應。貴金屬催化劑是目前在質子交換膜燃料電池中運用最廣泛的催化材料。迄今為止，對于以氫為燃料的PEMFC，Pt是催化活性最高，性能最穩定的電催化劑。Pt催化劑的反應機理為Pt*+H2 — Pt-H2+Pt* — 2Pt-H+H20 — Pt*+H30++e_2Pt*+02 — 2Pt-0+2H++2e- — 2Pt_0H+2H++2e- — 2Pt*+2H20由于貴金屬Pt的資源和價格問題，PEMFC 一般采用負載型碳載鉬催化劑(Pt/C)，即將金屬鉬負載在碳載體表面。為了滿足PEMFC工作需要，催化劑中Pt的負載量從20% 60%不等，另外鉬顆粒粒度小，分布均勻，無團聚均有利于催化反應的進行。傳統的Pt/C催化劑是以氯鉬酸為起點，制備方法主要有氣氛還原法，有機膠體法，插層化合物合成法等。傳統的制備方法存在很多問題，如以氯鉬酸為起點就決定了產品價格偏高，且運用面狹窄。氣氛還原法適合實驗室合成少量催化劑用，合成大量催化劑時會有催化劑中鉬含量不均勻，粒度大，容易團聚等缺點。插層化合物合成法，條件苛刻，成本高。有機膠體法工藝難以控制等。為了解決上述困難，Pt/c催化劑的制備方法和工藝研究一直是近幾年質子交換膜燃料電池領域的研發熱點。
技術實現思路
本專利技術提出一種利用回收鉬料制備鉬碳催化劑的還原法，步驟如下I)將回收鉬料放在鹽酸中浸潰過夜，徹底溶解鉬料表面的雜質，用純水清洗備用。2)在經過預處理的鉬料中加入鹽酸和硝酸的混合酸，加熱至沸，使鉬料全部溶解，過濾。3)將過濾后的溶液，在沸騰的情況下分次加入鹽酸直至溶液無黃煙出現，再繼續加入過量鹽酸，將多余的硝酸全部趕凈，得到氯鉬酸溶液。4)將制得的氯鉬酸溶液，加熱保持微沸，直至溶液密度為2. 5g/ml，冷卻，轉至油浴，加入少量雙氧水和鹽酸，繼續蒸發溶液，油浴溫度保持70 90°C，至溶液至粘稠狀停止加熱。5)將自制的氯鉬酸配成Pt含量為2.0 4. Og/L的溶液，加入NaHSO3，室溫下攪拌生成中間體H3Pt (SO3) 20H。6)用堿性水溶液調節體系的pH值至4. 8-6. O,向體系中逐滴滴加H2O2,形成PtO2膠體，在反應過程中始終保持體系pH值在上述范圍。7)將經過預處理的碳載體加入PtO2膠體中，并充分混合。8)在連續攪拌條件下加入還原劑，使PtO2膠體還原為Pt。甲醛水溶液的濃度為5% 35% (質量分數)，反應時間為I 12小時，20 80°C下進行。9)過濾，用純水多次洗滌除去Cl—離子。 10)干燥所述步驟(3)中加入過量鹽酸濃度為35% 37%。所述步驟(6)中加入的堿性水溶液包括NaOH，KOH或Na2CO3, K2CO3,氨水等。所述步驟(7)碳載體是指導電碳黑，碳納米管。碳載體預處理方法包括硝酸浸泡或空氣/氮氣條件下熱處理。碳載體分散時加入少量異丙醇或乙二醇分散效果更好。本專利技術以回收鉬料為起點，經過洗滌，氧化等步驟制備氯鉬酸，并將Pt轉化為PtO2膠體，利用還原法制備Pt/c催化劑的新方法，該Pt/C催化劑對PEMFC中氫和氧電化學反應具有高點催化活性。利用此法制備的Pt/C催化劑具有粒徑小，分散好且粒度分布均勻的特點。具體實施例方式例I :①將I克鉬料放在I. 5mol/L的稀鹽酸中浸泡過夜，翌日取出，去離子水洗凈，干燥備用。②將干燥的鉬料放在燒杯中加入30ml鹽酸，IOml硝酸，在電爐上加熱至微沸，慢慢進行溶解，待鉬完全溶解后，溶液過濾備用。③將過濾好的氯鉬酸進行趕硝酸，分次加入濃鹽酸，每次加入O. 5ml濃鹽酸，保持體系微沸，溶液冒出黃煙。直至溶液無黃煙出現，在繼續加入約5ml鹽酸即可，使多余的硝酸全部趕凈。④將制得的氯鉬酸溶液滴加I 2滴30%的雙氧水和300ml去離子水，加熱至體系微沸，除去多余的Cr_離子。濃縮至溶液為250ml。經檢測，制得的氯鉬酸溶液中鉬含量為 3. 98g/L。⑤取25ml上述H2PtCl6溶液總加入2. Og固體NaHSO3,室溫下攪拌反應。⑥用2. OmoI/L的NaOH調節溶液pH值在4. 8-5. 5，然后逐滴滴加30 % H2O2,反應時連續滴加NaOH，保持溶液的pH值在規定范圍內。反應結束，生成淺黃色PtO2膠體。⑦將250mg碳納米管濃硝酸浸泡過夜，干燥備用。⑧將處理過的碳納米管加入PtO2膠體體系中，并加入IOml乙二醇，分散。⑨在連續機械攪拌條件下加入50ml的27%甲醛水溶液，使PtO2充分還原成Pt，反應溫度為40°C，反應時間為I. 5h。⑩溶液過濾，用大量去離子水洗滌，取出Cl—離子，然后再70°C條件下真空干燥。例2 ①將I克鉬料放在I. 5mol/L的稀鹽酸中浸泡過夜，翌日取出，去離子水洗凈，干燥備用。②將干燥的鉬料放在燒杯中加入30ml鹽酸，IOml硝酸，在電爐上加熱至微沸，慢慢進行溶解，待鉬完全溶解后，溶液過濾備用。③將過濾好的氯鉬酸進行趕硝酸，分次加入濃鹽酸，每次加入O. 5ml濃鹽酸，保持體系微沸，溶液冒出黃煙。直至溶液無黃煙出現，在繼續加入約5ml鹽酸即可，使多余的硝酸全部趕凈。④將制得的氯鉬酸溶液滴加I 2滴30%的雙氧水和500ml去離子水，加熱至體系微沸，除去多余的Cr離子。濃縮至溶液為250ml。經檢測，制得的氯鉬酸溶液中鉬含量 為 2. 46g/L。⑤取IOml上述H2PtCl6溶液總加入O. 3g固體NaHSO3,室溫下攪拌反應。⑥用2. OmoI/L的Na2CO3調節溶液pH值在4. 8-5. 5，然后逐滴滴加30% H2O2,反應時連續滴加NaOH，保持溶液的pH值在規定范圍內。反應結束，生成淺黃色PtO2膠體。⑦將90mg導電碳黑(Vulcan XC-72)在300°C N2環境下熱處理lh。⑧將處理過的碳黑加入PtO2膠體體系中，并加入5ml乙二醇，分散。⑨在連續機械攪拌條件下加入20ml的6%甲醛水溶液，使PtO2充分還原成Pt，反應溫度為50°C，反應時間為4h。⑩溶液過濾，用大量去離子水洗滌，取出Cl—離子，然后再40°C條件下真空干燥。本專利技術公開和揭示的方法可通過借鑒本文公開的內容。盡管本專利技術的方法已通過較佳實施例進行了描述，但是本領域技術人員明顯能在不脫離本
技術實現思路
、精神和范圍內對本文所述的方法改動，更具體地說，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本專利技術精神、范圍和內容中。權利要求1.一種利用回收鉬料制備本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用回收鉑料制備鉑碳催化劑的方法，步驟如下：1)將回收鉑料放在鹽酸中浸漬過夜，徹底溶解鉑料表面的雜質，用純水清洗備用。2)在經過預處理的鉑料中加入鹽酸和硝酸的混合酸，加熱至沸，使鉑料全部溶解，過濾。3)將過濾后的溶液，在沸騰的情況下分次加入鹽酸直至溶液無黃煙出現，再繼續加入過量鹽酸，將多余的硝酸全部趕凈，得到氯鉑酸溶液。4)將制得的氯鉑酸溶液，加熱保持微沸，直至溶液密度為2.5g/ml，冷卻，轉至油浴，加入少量雙氧水和鹽酸，繼續蒸發溶液，油浴溫度保持70～90℃，至溶液至粘稠狀停止加熱。5)將自制的氯鉑酸配成Pt含量為2.0～4.0g/L的溶液，加入NaHSO3，室溫下攪拌生成中間體H3Pt(SO3)2OH。6)用堿性水溶液調節體系的pH值至4.8？6.0，向體系中逐滴滴加H2O2，形成PtO2膠體，在反應過程中始終保持體系pH值在上述范圍。7)將經過預處理的碳載體加入PtO2膠體中，充分混合。8)在連續攪拌條件下加入還原劑，使PtO2膠體還原為Pt。甲醛水溶液的濃度為5％～35％(質量分數)，反應時間為1～12小時，20～80℃下進行。9)過濾，用純水多次洗滌除去Cl？離子。10)干燥。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：尤欣敏，郭福田，許鑫，趙志剛，
申請(專利權)人：南京工業大學，南京慧宇能源科技有限公司，南京沃土新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：