KR101312086B1 - Method for collecting alloy-metal from MEA - Google Patents
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Abstract
본 발명은 백금(Pt), 코발트(Co) 및 팔라듐(Pd)의 회수 방법에 관한 것으로서, 특히 연료전지의 폐 MEA(Membrane Electrode Assembly)로부터 백금/코발트 합금 및 백금/팔라듐 합금이 함유된 전극을 용매와 초음파를 통하여 분리한 후, 백금이 함유된 전극 내에 산처리 및 환원제를 이용하여 백금, 코발트 및 팔라듐을 선택적으로 분리함으로써, 연료전지에 사용되는 유가금속을 전량 회수하는 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for recovering platinum (Pt), cobalt (Co) and palladium (Pd), in particular an electrode containing a platinum / cobalt alloy and a platinum / palladium alloy from waste MEA (Membrane Electrode Assembly) of a fuel cell. After separating through a solvent and an ultrasonic wave, and selectively separating platinum, cobalt and palladium using an acid treatment and a reducing agent in the electrode containing platinum, thereby providing a method for recovering the entire valuable metal used in the fuel cell.
Description
본 발명은 백금(Pt), 코발트(Co) 및 팔라듐(Pd)의 회수 방법에 관한 것으로서, 특히 연료전지의 폐 MEA(Membrane Electrode Assembly)로부터 백금/코발트 합금 및 백금/팔라듐 합금이 함유된 전극을 용매와 초음파를 통하여 분리한 후, 백금이 함유된 전극 내에 산처리 및 환원제를 이용하여 백금, 코발트 및 팔라듐을 선택적으로 분리함으로써, 연료전지에 사용되는 유가금속을 전량 회수하는 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method for recovering platinum (Pt), cobalt (Co) and palladium (Pd), in particular an electrode containing a platinum / cobalt alloy and a platinum / palladium alloy from waste MEA (Membrane Electrode Assembly) of a fuel cell. After separating through a solvent and ultrasonic waves, and selectively separating platinum, cobalt and palladium using an acid treatment and a reducing agent in the electrode containing platinum, to recover the entire valuable metals used in the fuel cell.
종래의 MEA 내에 이용되는 기술로서, 백금의 단일 촉매를 사용하는 방법 또는 백금의 고비용을 줄이기 위한 코발트, 팔라듐, 루테늄, 이리듐 등을 합금화하는 기술이 개발되어 이용되고 있다.As a technique used in the conventional MEA, a method using a single catalyst of platinum or alloying cobalt, palladium, ruthenium, iridium and the like for reducing the high cost of platinum has been developed and used.
그러나, 상기 기술에 이용되는 백금 및 그 이외의 금속 또한 한정된 자원으로 지속적인 사용에 한계가 있기 때문에, 따라서 상기 금속들에 대한 회수 방법의 필요성이 계속 요구되어 왔다.However, since the platinum and other metals used in the technique also have limited use in limited resources, there is a continuing need for a recovery method for these metals.
하지만, 종래에 이용되고 있었던 회수 및 분리 기술은 백금의 분리, 회수에만 국한되어 있으며, 예를 들면 다음과 같은 기술이 공개되어 있다.However, the recovery and separation techniques used in the past are limited to the separation and recovery of platinum, and the following techniques are disclosed, for example.
[특허문헌1: 공개특허공보 1997-0074955호 (1997년 12월 10일 공개)][Patent Document 1: Publication No. 1997-0074955 (Published Dec. 10, 1997)]
상기 문헌의 기술에 의하면, 먼저 백금을 회수기 위하여 폐 Scrap을 출발 물질로 하고, 이것을 왕수로 용해하여 불순물을 포함하는 염화백금산 용액을 제조한 후, 여기에 NaOH 또는 KOH인 중화제를 첨가하여 용액의 pH 값을 5.5 - 7.0으로 조절하는 일차 중화 단계와, 일차 중화 단계에서 침전된 불용성 불순물을 여과하고, 염화백금산의 일차 여과액에 중화제를 첨가하여 용액의 pH 값을 9.5 - 10.5로 조절하는 이차 중화 단계와, 상기 이차 중화 단계에서 침전된 불용성 불순물을 여과하는 단계와, 불용성 불순물이 제거된 이차 여과액에 염산을 첨가하는 단계와, 이렇게 처리된 용액에 염화암모늄을 첨가하여 백금을 염화백금산암모늄으로 전환시키는 단계, 및 염화백금산암모늄을 격렬하게 가열하여 스폰지 백금을 수득하는 단계를 나타내고 있다.According to the technique of this document, first, waste scrap is used as a starting material in order to recover platinum, and this is dissolved in aqua regia to prepare a chloroplatinic acid solution containing impurities, followed by addition of a neutralizing agent of NaOH or KOH to the pH of the solution. A secondary neutralization step of adjusting the pH value of the solution to 9.5-10.5 by filtering a primary neutralization step of adjusting the value to 5.5-7.0, insoluble impurities precipitated in the primary neutralization step, and adding a neutralizing agent to the primary filtrate of chloroplatinic acid. And, filtering the insoluble impurities precipitated in the secondary neutralization step, adding hydrochloric acid to the secondary filtrate from which the insoluble impurities are removed, and adding ammonium chloride to the solution thus treated to convert platinum to ammonium chloroplatinum chloride. And a step of vigorously heating ammonium platinum chloride to obtain sponge platinum.
그러나, 상기 문헌에서 설명한 과정을 거쳐서 연료전지용 MEA 스크랩을 환원하게 되면, 이는 MEA의 백금 및 미량의 불순물(0.5% 이하)의 분리에 용이한 것으로, 예를 들어 불순물이 0.5% 이상을 함유하는 합금은 백금 및 유가금속의 순도를 저해하거나 공정의 횟수가 증가하고, 공정 처리에 따른 회수율 또한 낮은 문제가 있다.However, when the MEA scrap for fuel cell is reduced through the process described in the above document, it is easy to separate the platinum and trace impurities (less than 0.5%) of the MEA, for example, an alloy containing 0.5% or more impurities. There is a problem in that the purity of the platinum and the valuable metals is impaired or the number of processes is increased, and the recovery rate is low.
본 발명은 상기의 문제점에 감안하여 이루어진 것으로서, 용매를 이용한 촉매, 나피온의 분리와, 전처리 시간, 물로의 치환, 초음파 등을 이용하여 촉매를 분리한 후 산처리, 특히 pH 조절을 종합적으로 제어함으로써, 백금, 코발트 및 팔라듐을 선택적으로 회수하고 분리효율 및 회수율을 높일 수 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and comprehensively controls acid treatment, especially pH control after separation of a catalyst using a solvent, separation of Nafion, pretreatment time, substitution with water, and ultrasonication. By doing so, it is possible to selectively recover platinum, cobalt and palladium, and to increase separation efficiency and recovery rate.
또한, MEA 내 합금의 분리효율 및 회수율을 높이기 위해서는 기존의 왕수 용해 공정을 전처리를 통해 나피온, 촉매를 제거하는 방법과 이렇게 얻어진 촉매의 유가금속 분리효율을 높이기 위한 보다 편리하고 빠른 제조방법을 필요로 하는데, 본 발명에 따라 기존의 왕수 용해 공정 전에 MEA의 나피온과 촉매를 유기용매를 통해 분리한 후, 순수로 세척 공정을 통해 유기용매를 제거하고, 초음파를 통해 촉매를 분산시킴으로써, 표면적이 넓혀진 합금 촉매와 산처리 반응을 통하여 코발트(Co)를 제거한 후, 왕수의 반응을 통해 MEA 내에 잔류하는 백금 및 팔라듐을 모두 회수할 수 있었다.In addition, in order to increase the separation efficiency and recovery rate of the alloy in the MEA, there is a need for a method of removing Nafion and catalyst through pretreatment of the existing aqua regia process and a more convenient and faster manufacturing method to increase the separation efficiency of valuable metals of the catalyst thus obtained. According to the present invention, the Nafion of MEA and the catalyst are separated through an organic solvent before the conventional aqua resolution process, and then the organic solvent is removed through a washing process with pure water, and the catalyst is dispersed by ultrasonic waves, After cobalt (Co) was removed through the widened alloy catalyst and the acid treatment reaction, all of the platinum and palladium remaining in the MEA were recovered through the reaction of aqua regia.
따라서, 본 발명에 의한 MEA 내 합금 회수 방법은, 유기용매를 이용하여 MEA에 나피온과 합금 촉매를 분리하고, 초음파를 이용하여 분산성을 향상시킴으로써, 짧은 반응기간 동안에 높은 회수율로 유가금속을 분리 및 회수하는 것이 가능하다.Therefore, the method for recovering alloy in MEA according to the present invention is to separate valuable metals with high recovery rate in a short reaction period by separating Nafion and alloy catalyst in MEA using organic solvent and improving dispersibility using ultrasonic waves. And recoverable.
본 발명에 따르는 MEA의 합금 회수 방법은, MEA에 유기용매를 첨가하는 단계, 유기용매를 가한 MEA에 순수를 첨가하여 합금 촉매와 니피온을 분리하는 단계, 분리된 합금 촉매에 초음파를 이용하여 분산시키는 단계, 분산된 합금 촉매를 산에 넣어 코발트를 용해하는 단계, 코발트가 용해된 용액을 여과한 후 가성소다를 첨가하여 수산화코발트를 제조한 후 회수하는 단계, 코발트가 제거된 합금 촉매는 왕수에 넣어 용해하여 염화백금산 용액을 제조하는 단계, 염화백금산 용액에 염산을 첨가하고 농축하여 질산을 제거하는 단계, 질산이 제거된 용액에 염화암모늄 포화용액을 첨가하여 염화백금산암모늄 염을 생성하는 단계, 염화백금산암모늄 염이 포함된 용액을 여과하여 분리하고, 분리된 염화백금산암모늄 염을 소성하여 백금을 회수하는 단계, 염화백금산암모늄 염을 분리한 용액을 암모니아를 이용하여 불순물을 침전시키는 단계, 침전된 불순물을 제거하고 남은 용액을 염산을 이용하여 염화팔라듐산암모늄 염을 제조한 후 여과하는 단계, 및 여과된 염화팔라듐산암모늄 염을 소성하여 팔라듐을 회수하는 단계로 구성된 MEA의 합금 회수 방법이 제공된다.In the method of recovering the alloy of MEA according to the present invention, adding an organic solvent to the MEA, adding pure water to the MEA to which the organic solvent is added, separating the alloy catalyst and the nifion, and dispersing the separated alloy catalyst using ultrasonic waves. Dispersing cobalt by adding a dispersed alloy catalyst to an acid, filtering a solution in which cobalt is dissolved, and then preparing and recovering cobalt hydroxide by adding caustic soda. Preparing a chloroplatinic acid solution by dissolving the solution, adding hydrochloric acid to the chloroplatinic acid solution, concentrating to remove nitric acid, and adding a saturated ammonium chloride solution to the nitric acid-free solution to form ammonium chlorochloride. Filtering and separating the solution containing ammonium platinum salt, and recovering platinum by calcining the separated ammonium chloroplatinate salt, chloride Precipitating impurities using ammonia salt solution separated by ammonium salt, removing the precipitated impurities and preparing the ammonium palladium chloride salt using hydrochloric acid and then filtering the filtered solution, and filtered palladium chloride A method for recovering an alloy of MEA is provided that consists of calcining an ammonium salt to recover palladium.
본 발명의 방법에 따르면 합금 회수율이 높으며, 순도가 우수한 합금을 분리 및 회수할 수 있다.According to the method of the present invention, it is possible to separate and recover an alloy having high alloy recovery and excellent purity.
도 1은 본 발명에 따르는 산처리 및 pH에 따른 MEA 내의 유가금속 회수 제조공정의 흐름을 나타내는 흐름도이다.1 is a flow chart showing the flow of the valuable metal recovery in the MEA according to the acid treatment and pH according to the present invention.
이하 본 발명의 내용을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in detail.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 먼저 폐 MEA를 유기용매에, 예를 들면 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 프로파놀(propanol), 아이소프로파놀(iso-propanol), 부타놀(butanol), 펜타놀(pentanol), 헥사놀(hexanol), 헵타놀(heptanol), 아세톤(acetone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofurane)에 0.1 ~ 10분간 담근다. (0.1분 이하면 나피온과 합금 촉매가 완전 분리되지 않으며, 10분 이상이면 합금 촉매가 유기용매에 분산되어 여과가 되지 않아 Loss가 발생한다.)In order to achieve the above technical problem, the present invention, first, waste MEA in an organic solvent, for example, methanol (methanol), ethanol (ethanol), propanol (iso-propanol), butanol ( Soak in butanol, pentanol, hexanol, heptanol, heptanol, acetone, and tetrahydrofuran for 0.1 to 10 minutes. (If less than 0.1 minutes, Nafion and the alloy catalyst is not completely separated, and if more than 10 minutes, the alloy catalyst is dispersed in the organic solvent, the filter is not filtered, causing loss.)
그리고, 유기용매에 담근 MEA를 순수에 담가 합금 촉매와 나피온의 분리를 용이하게 한다.The MEA soaked in the organic solvent is immersed in pure water to facilitate separation of the alloy catalyst and Nafion.
상기 분리된 분리막을 제거하고 종이 여과지에 여과를 한 후, 걸러진 합금 촉매를 순수에 넣어 분산성을 높이기 위해 초음파를 이용하는데 해당 주파수는 50 ~ 100MHz를 유지해야 바람직하다. (50MHz 이하는 분산성에 효과가 없으며, 100MHz 이상은 고온이 발생하여 응집이 발생한다.)After removing the separated separator and filtering the paper filter paper, using the ultrasonic wave to increase the dispersibility of the filtered alloy catalyst in pure water, the frequency is preferably maintained at 50 ~ 100MHz. (50MHz or less has no effect on dispersibility, and above 100MHz, high temperature occurs and aggregation occurs.)
그 다음, 상기 분산된 합금 촉매를 산(염산, 질산, 또는 황산)에 넣어 용해한다. 이때, 용해 온도는 80℃ 이상으로 하며, 코발트가 용해된 용액을 여과한 후 합금촉매와 분리한다. (80℃ 이하에서는 코발트 완전 용해가 되지 않는다.)The dispersed alloy catalyst is then dissolved in acid (hydrochloric acid, nitric acid, or sulfuric acid). At this time, the dissolution temperature is 80 ℃ or more, the solution in which the cobalt dissolved is filtered and separated from the alloy catalyst. (Cobalt is not completely dissolved below 80 ° C.)
그리고, 여과한 용액에 10 ~ 90℃ 가성소다를 첨가하여 수산화코발트를 형성시킨다. (10℃ 이하의 용액은 반응성이 느려 불순물의 함유가 많아지며, 수율 또한 낮아진다. 90℃ 이상이면 용액이 석출되어 코발트와의 반응성이 낮아져 불순물 함유가 많아진다.)And 10-90 degreeC caustic soda is added to the filtered solution, and cobalt hydroxide is formed. (Solution below 10 ° C is slow in reactivity to increase the content of impurities, and the yield is also low. If it is above 90 ° C, the solution precipitates and the reactivity with cobalt becomes low, resulting in high impurity content.)
상기 분리된 합금 촉매는 왕수(질산:염산 비율 1:3)에 넣어 용해한다. 이때, 용해 온도는 80℃ 이상으로 하며, (80℃ 이하에서는 백금의 완전 용해가 되지않는다.) 질산기를 제거하기 위해 염산을 넣어주면서 NOx gas가 발생하지 않을 때까지 가열한다. (질산기를 제거하지 않으면 후공정인 염 형성 시 수율이 낮아지게 된다.)The separated alloy catalyst is dissolved in aqua regia (nitric acid: hydrochloric acid ratio 1: 3). At this time, the dissolution temperature is 80 ℃ or more (platinum is not completely dissolved at 80 ℃ or less). Heat it until NOx gas is generated while adding hydrochloric acid to remove nitric acid. (If the nitrate group is not removed, the yield will be lower when forming salt, which is a post process.)
질산기가 제거된 용액을 여과하여 카본 촉매를 제거한다. 여과한 액에 10 ~ 90℃ 염화암모늄 포화용액을 첨가하여 염화백금산암모늄 염을 형성시킨다. (10℃ 이하의 포화용액은 반응성이 느려 불순물의 함유가 많아지며, 수율 또한 낮아진다. 90℃ 이상이면 포화용액이 염화암모늄으로 석출되어 백금과의 반응성이 낮아져 불순물 함유가 많아진다.)The carbon catalyst is removed by filtering the solution from which the nitrate groups have been removed. A saturated ammonium chloride solution was added to the filtrate to form a ammonium chloroplatinate salt. (Saturated solutions below 10 ° C have a low reactivity, resulting in high impurity content, and low yields. Above 90 ° C, saturated solutions precipitate with ammonium chloride, resulting in low reactivity with platinum, resulting in high impurity content.)
분리된 염화백금산암모늄 염을 여과한 후 잔여물은 700 ~ 1000℃에서 소성을 하여 백금으로 환원시키며, (소성 온도가 700℃ 이하일 경우 일부만 환원이 일어나며, 1000℃ 이상일 경우 백금이 휘발하게 된다.) 남은 여액은 ICP를 측정하여 백금의 잔존 여부를 확인한 후 팔라듐을 회수한다. (백금이 잔존하는 경우는 용액을 건고시킨 후 소성하여 왕수 처리 후부터 반복하여 실시한다.)After filtering the separated ammonium chloroplatinum salt, the residue is calcined at 700 ~ 1000 ℃ to reduce to platinum (reduction occurs only when the baking temperature is below 700 ℃, platinum is volatilized above 1000 ℃). The remaining filtrate is recovered from palladium after measuring ICP to determine whether platinum is present. (When platinum remains, the solution is dried, calcined, and repeated after aqua regia treatment.)
팔라듐을 회수하는 과정은, 먼저 암모니아수를 이용하여 pH 조절을 통해 침전을 형성시킨다. (이때, pH는 8로 유지시킨다. pH 8 이하에서는 불순물 형성이 적어 순도를 저하시키며, pH 8 이상은 산화 시 액량이 많아져 회수의 Loss가 발생한다.)In the process of recovering palladium, a precipitate is first formed by adjusting pH using ammonia water. (At this time, the pH is maintained at 8. The purity is lowered because the formation of impurities is less than pH 8, and the loss of recovery occurs because the amount of liquid is increased when the pH is above 8).
상기 침전된 불순물은 여과를 통해 제거를 하고, 맑아진 상등액에 염산을 이용하여 pH를 조절하여 염화팔라듐산암모늄 염을 형성시킨다. (pH는 1 이하로 조절하는 것이 바람직하다. pH 1 이상에서는 염형성이 적어 회수율이 낮아진다.)The precipitated impurities are removed by filtration, and pH is adjusted using hydrochloric acid in the cleared supernatant to form ammonium palladium chloride salt. (pH is preferably adjusted to 1 or less. At pH 1 or higher, salt formation is low and recovery is low.)
침전된 팔라듐염을 여과 후 비활성 gas 분위기(수소, 아르곤, 질소)에서 소성하여 팔라듐을 회수한다. (이때, 온도 조건은 300℃ 이하로 한다. 300℃ 이상은 산화 진행된다.)The precipitated palladium salt is filtered and calcined in an inert gas atmosphere (hydrogen, argon, nitrogen) to recover palladium. (At this time, the temperature conditions are 300 ° C. or lower. Oxidation proceeds at 300 ° C. or higher.)
이하, 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명에 따른 고순도 백금, 코발트, 팔라듐의 회수율을 증대시키는 제조방법에서는, 회수율 증대를 위해 나피온과 합금 촉매의 분리를 최대화하기 위해 유기용매를 상기조건에 따라 실시 후 순수처리를 통해 유기용매 제거 및 분리효율을 극대화한다.In the manufacturing method of increasing the recovery rate of high purity platinum, cobalt, and palladium according to the present invention, in order to maximize the separation of Nafion and the alloy catalyst to increase the recovery rate, the organic solvent is removed under pure water treatment after the organic solvent is carried out according to the above conditions. And maximize separation efficiency.
이는 소수성을 가지는 나피온의 성질을 이용한 것으로, 유기용매를 통해 나피온과 합금 촉매의 접합을 줄여주고, 순수를 이용하여 효율적인 분리를 실시하여 loss를 최소화함과 동시에 공정의 단축을 가져올 수 있다.This uses the property of Nafion having hydrophobicity, and it reduces the bonding of the Nafion and the alloy catalyst through the organic solvent, and can be efficiently minimized using pure water to minimize the loss and at the same time shorten the process.
상기 분리된 합금 촉매를 산과의 반응을 통하여 코발트를 용해, 분리하고, 잔여 백금/팔라듐 촉매를 왕수에 반응하여 용해시킨다.The separated alloy catalyst is dissolved and separated from the cobalt through a reaction with an acid, and the remaining platinum / palladium catalyst is reacted with aqua regia to dissolve.
이때, 고상과 액상의 반응이므로 초음파를 이용하여 고상의 표면적을 넓게 해줌으로써 반응성을 높일 수 있다.At this time, the reaction between the solid phase and the liquid phase can increase the reactivity by widening the surface area of the solid phase using ultrasonic waves.
또한, 상기 용액을 여과 후에 질산기를 제거한 후, 뜨거운 염화암모늄포화수용액과 반응을 하게 되는데, 이는 염화암모늄과 염화백금산의 반응성을 높여주기 위해 질산기를 제거하며, 뜨거운 상태의 염화암모늄은 반응성 차이를 통하여 고순도의 백금을 얻을 수 있으며, 분리된 여액에서 팔라듐을 pH 조절을 통해 회수하여 3가지 물질(백금, 코발트, 팔라듐)을 분리하였으며, 수율 또한 상승하는 효과를 가지는 것을 특징으로 하는 방법이다.In addition, after removing the nitrate after filtration of the solution, it is reacted with a saturated ammonium chloride saturated aqueous solution, which removes the nitrate to increase the reactivity of ammonium chloride and chloroplatinic acid, the ammonium chloride in the hot state through the difference in reactivity Platinum of high purity can be obtained, and palladium is recovered from the separated filtrate through pH adjustment to separate three substances (platinum, cobalt, palladium), and the yield is also characterized by having an effect of increasing.
이하, 본 발명의 실시 예와 비교 예를 들어 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
단, 이하에 기술되는 실시 예들은 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 내용이 하기의 실시 예로 한정되는 것은 아니다.However, the embodiments described below are for illustrating the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.
도 1은 본 발명에 따른 제조 방법을 공정 예로 나타낸 것으로, 상기 방법에 따른 MEA의 합금 회수 공정의 흐름도를 나타낸다.Figure 1 shows a manufacturing method according to the invention as a process example, showing a flow chart of the alloy recovery process of the MEA according to the method.
먼저 연료전지용 MEA 스크랩을 10Lt 비이커에 넣고 스크랩이 채워진 비이커에 에탄올을 넣고 5분 동안 MEA를 공기와 접촉이 없도록 하여 담가둔다(단계 S1). 에탄올과 MEA가 만나면 나피온의 팽윤으로 인하여 전극과 나피온이 분리가 된다(단계 S2). 에탄을 따라 내고 증류수를 붓는다. 증류수를 이용하여 MEA에 남아있는 에탄올을 전량 제거한다. 마지막으로 증류수를 채운 후 초음파 기기를 80MHz로 전극 속에 남아있는 합금을 분산시킨다(단계 S3). 분산시킨 합금 촉매를 염산을 이용하여 80℃에서 코발트를 용해한다(단계 S4). 분리된 염화코발트 용액에 가성소다를 첨가하여 수산화 코발트를 제조 후 회수한다(단계 S5). 코발트가 제거된 합금 촉매를 왕수에 용해시킨다(단계 S6). 용해한 액을 여과 후 농축하여 질산을 모두 제거한다. 염산하의 용액을 85℃ 염화암모늄 포화용액을 첨가하여 염화백금산암모늄 염을 제조한 후 여과한다(단계 S7). 여과된 백금 염을 800℃에 소성하여 백금을 회수한다(단계 S8 및 S9). 여과한 여과액을 암모니아를 이용하여 pH를 8로 조절하여 불순물을 침전시킨다(단계 S10). 재 여과를 통하여 불순물을 제거하고 남은 여액에 염산을 이용하여 pH 1로 조절 후 염화팔라듐산암모늄 염을 제조한 후 여과한다(단계 S11). 여과된 팔라듐 염을 290℃ 수소가스 분위기에서 소성하여 팔라듐을 회수한다(단계 S12 및 S13).First, the fuel cell MEA scrap is placed in a 10 Lt beaker, ethanol is placed in the beaker filled with scrap, and soaked for 5 minutes so that the MEA does not come into contact with air (step S1). When ethanol and MEA meet, the electrode and Nafion are separated due to swelling of Nafion (step S2). Pour ethane and pour distilled water. Distilled water is used to remove all ethanol remaining in the MEA. Finally, after filling with distilled water, the ultrasonic device disperses the alloy remaining in the electrode at 80 MHz (step S3). The dispersed alloy catalyst was dissolved in cobalt at 80 ° C using hydrochloric acid (step S4). Caustic soda is added to the separated cobalt chloride solution to prepare and recover cobalt hydroxide (step S5). The alloy catalyst from which cobalt was removed is dissolved in aqua regia (step S6). The dissolved solution is filtered and concentrated to remove all nitric acid. The solution under hydrochloric acid was added to a saturated solution of ammonium chloride at 85 ° C. to prepare ammonium chloroplatinate salt, followed by filtration (step S7). The filtered platinum salt is calcined at 800 ° C. to recover platinum (steps S8 and S9). The filtered filtrate is adjusted to pH 8 using ammonia to precipitate impurities (step S10). The impurities are removed by refiltration and the remaining filtrate is adjusted to pH 1 with hydrochloric acid, and then ammonium palladium chloride salt is prepared and filtered (step S11). The filtered palladium salt is calcined in a 290 ° C hydrogen gas atmosphere to recover palladium (steps S12 and S13).
[비교예 1]Comparative Example 1
먼저 연료전지용 MEA 스크랩을 10Lt 비이커에 넣는다. 스크랩이 채워진 비이커에 에탄올을 넣고 5분 동안 MEA를 공기와 접촉이 없도록 하여 담가둔다. 에탄올과 MEA가 만나면 나피온의 팽윤으로 인하여 전극과 나피온이 분리가 된다. 에탄올을 따라 내고 증류수를 붓는다. 증류수를 이용하여 MEA에 남아있는 에탄올을 전량 제거한다. 마지막으로 증류수를 채운 후 초음파 기기를 80MHz로 전극 속에 남아있는 합금을 분산시킨다. 분산시킨 합금 촉매를 염산을 이용하여 60℃에서 코발트를 용해한다. 분리된 염화코발트 용액에 가성소다를 첨가하여 수산화 코발트를 제조 후 회수한다. 코발트가 제거된 합금 촉매를 왕수에 용해시킨다. 용해한 액을 여과 후 농축하여 질산을 모두 제거한다. 염산하의 용액을 85℃ 염화암모늄 포화용액을 첨가하여 염화백금산암모늄 염을 제조한 후, 여과한다. 여과된 백금 염을 800℃에 소성하여 백금을 회수한다. 여과 한 여과액을 암모니아를 이용하여 pH를 8로 조절하여 불순물을 침전시킨다. 재 여과를 통하여 불순물을 제거하고 남은 여액에 염산을 이용하여 pH 1로 조절 후 염화팔라듐산암모늄 염을 제조한 후 여과한다. 여과된 팔라듐 염을 290℃ 수소가스 분위기에서 소성하여 팔라듐을 회수한다.First, put the MEA scrap for fuel cell into a 10Lt beaker. Place ethanol in a scrap filled beaker and let the MEA stay in contact with air for 5 minutes. When ethanol meets MEA, the electrode and Nafion are separated by the swelling of Nafion. Pour off ethanol and pour distilled water. Distilled water is used to remove all ethanol remaining in the MEA. Finally, after distilled water is filled, the ultrasonic device disperses the remaining alloy in the electrode at 80 MHz. The dispersed alloy catalyst was dissolved in cobalt at 60 ° C using hydrochloric acid. Caustic soda is added to the separated cobalt chloride solution to prepare and recover cobalt hydroxide. Cobalt-free alloy catalyst is dissolved in aqua regia. The dissolved solution is filtered and concentrated to remove all nitric acid. The solution under hydrochloric acid was added to a saturated solution of ammonium chloride at 85 ° C. to prepare ammonium chloroplatinate salt, and then filtered. The filtered platinum salt is calcined at 800 ° C. to recover platinum. The filtered filtrate is adjusted to pH 8 with ammonia to precipitate impurities. The impurities are removed by refiltration and the remaining filtrate is adjusted to pH 1 using hydrochloric acid, and then ammonium palladium chloride salt is prepared and filtered. The filtered palladium salt is calcined in a 290 ° C. hydrogen gas atmosphere to recover palladium.
[비교예 2]Comparative Example 2
먼저 연료전지용 MEA 스크랩을 10Lt 비이커에 넣는다. 스크랩이 채워진 비이커에 에탄올을 넣고 5분 동안 MEA를 공기와 접촉이 없도록 하여 담가둔다. 에탄올과 MEA가 만나면 나피온의 팽윤으로 인하여 전극과 나피온이 분리가 된다. 에탄올을 따라 내고 증류수를 붓는다. 증류수를 이용하여 MEA에 남아있는 에탄올을 전량 제거한다. 마지막으로 증류수를 채운 후 초음파 기기를 80MHz로 전극 속에 남아있는 합금을 분산시킨다. 분산시킨 합금 촉매를 염산을 이용하여 80℃에서 코발트를 용해한다. 분리된 염화코발트 용액에 가성소다를 첨가하여 수산화 코발트를 제조 후 회수한다. 코발트가 제거된 합금 촉매를 왕수에 용해시킨다. 용해한 액을 여과 후 농축하여 질산을 모두 제거한다. 염산하의 용액을 85℃ 염화암모늄 포화용액을 첨가하여 염화백금산암모늄 염을 제조한 후 여과한다. 여과된 백금 염을 800℃에 소성하여 백금을 회수한다. 여과 한 여과액을 암모니아를 이용하여 pH를 6로 조절하여 불순물을 침전시킨다. 재 여과를 통하여 불순물을 제거하고 남은 여액에 염산을 이용하여 pH 1로 조절 후 염화팔라듐산암모늄 염을 제조한 후 여과한다. 여과된 팔라듐 염을 290℃ 수소가스 분위기에서 소성하여 팔라듐을 회수한다.First, put the MEA scrap for fuel cell into a 10Lt beaker. Place ethanol in a scrap filled beaker and let the MEA stay in contact with air for 5 minutes. When ethanol meets MEA, the electrode and Nafion are separated by the swelling of Nafion. Pour off ethanol and pour distilled water. Distilled water is used to remove all ethanol remaining in the MEA. Finally, after distilled water is filled, the ultrasonic device disperses the remaining alloy in the electrode at 80 MHz. The dispersed alloy catalyst is dissolved in cobalt at 80 ° C. using hydrochloric acid. Caustic soda is added to the separated cobalt chloride solution to prepare and recover cobalt hydroxide. Cobalt-free alloy catalyst is dissolved in aqua regia. The dissolved solution is filtered and concentrated to remove all nitric acid. The solution under hydrochloric acid was added to a saturated ammonium chloride solution at 85 ° C. to prepare ammonium chloroplatinate salt, followed by filtration. The filtered platinum salt is calcined at 800 ° C. to recover platinum. The filtered filtrate is adjusted to pH 6 with ammonia to precipitate impurities. The impurities are removed by refiltration and the remaining filtrate is adjusted to pH 1 using hydrochloric acid, and then ammonium palladium chloride salt is prepared and filtered. The filtered palladium salt is calcined in a 290 ° C. hydrogen gas atmosphere to recover palladium.
[비교예 3][Comparative Example 3]
먼저 연료전지용 MEA 스크랩을 10Lt 비이커에 넣는다. 스크랩이 채워진 비이커에 에탄올을 넣고 5분 동안 MEA를 공기와 접촉이 없도록 하여 담가둔다. 에탄올과 MEA가 만나면 나피온의 팽윤으로 인하여 전극과 나피온이 분리가 된다. 에탄올을 따라 내고 증류수를 붓는다. 증류수를 이용하여 MEA에 남아있는 에탄올을 전량 제거한다. 마지막으로 증류 수를 채운 후 초음파 기기를 80MHz로 전극 속에 남아있는 합금을 분산시킨다. 분산시킨 합금 촉매를 염산을 이용하여 80℃에서 코발트를 용해한다. 분리된 염화코발트 용액에 가성소다를 첨가하여 수산화 코발트를 제조 후 회수한다. 코발트가 제거된 합금 촉매를 왕수에 용해시킨다. 용해한 액을 여과 후 농축하여 질산을 모두 제거한다. 염산하의 용액을 85℃ 염화암모늄 포화용액을 첨가하여 염화백금산암모늄 염을 제조한 후 여과한다. 여과된 백금 염을 800℃에 소성하여 백금을 회수한다. 여과 한 여과액을 암모니아를 이용하여 pH를 8로 조절하여 불순물을 침전시킨다. 재 여과를 통하여 불순물을 제거하고 남은 여액에 염산을 이용하여 pH 3로 조절 후 염화팔라듐산암모늄 염을 제조한 후 여과한다. 여과된 팔라듐 염을 290℃ 수소가스 분위기에서 소성하여 팔라듐을 회수한다.First, put the MEA scrap for fuel cell into a 10Lt beaker. Place ethanol in a scrap filled beaker and let the MEA stay in contact with air for 5 minutes. When ethanol meets MEA, the electrode and Nafion are separated by the swelling of Nafion. Pour off ethanol and pour distilled water. Distilled water is used to remove all ethanol remaining in the MEA. Finally, after distilled water is filled, the ultrasonic device disperses the remaining alloy in the electrode at 80 MHz. The dispersed alloy catalyst is dissolved in cobalt at 80 ° C. using hydrochloric acid. Caustic soda is added to the separated cobalt chloride solution to prepare and recover cobalt hydroxide. Cobalt-free alloy catalyst is dissolved in aqua regia. The dissolved solution is filtered and concentrated to remove all nitric acid. The solution under hydrochloric acid was added to a saturated ammonium chloride solution at 85 ° C. to prepare ammonium chloroplatinate salt, followed by filtration. The filtered platinum salt is calcined at 800 ° C. to recover platinum. The filtered filtrate is adjusted to pH 8 with ammonia to precipitate impurities. The impurities are removed by refiltration and the remaining filtrate is adjusted to pH 3 with hydrochloric acid, and then ammonium palladium chloride salt is prepared and filtered. The filtered palladium salt is calcined in a 290 ° C. hydrogen gas atmosphere to recover palladium.
[비교예 4][Comparative Example 4]
먼저 연료전지용 MEA 스크랩을 10Lt 비이커에 넣는다. 스크랩이 채워진 비이커에 에탄올을 넣고 5분 동안 MEA를 공기와 접촉이 없도록 하여 담가둔다. 에탄올과 MEA가 만나면 나피온의 팽윤으로 인하여 전극과 나피온이 분리가 된다. 에탄올을 따라 내고 증류수를 붓는다. 증류수를 이용하여 MEA에 남아있는 에탄올을 전량 제거한다. 마지막으로 증류 수를 채운 후 초음파 기기를 80MHz로 전극 속에 남아있는 합금을 분산 시킨다. 분산시킨 합금 촉매를 염산을 이용하여 80℃에서 코발트를 용해한다. 분리된 염화코발트 용액에 가성소다를 첨가하여 수산화 코발트를 제조 후 회수한다. 코발트가 제거된 합금 촉매를 왕수에 용해시킨다. 용해한 액을 여과 후 농축하여 질산을 모두 제거한다. 염산하의 용액을 10℃ 염화암모늄 포화용액을 첨가하여 염화백금산암모늄 염을 제조한 후 여과한다. 여과된 백금 염을 800℃에 소성하여 백금을 회수한다. 여과 한 여과액을 암모니아를 이용하여 pH를 8로 조절하여 불순물을 침전시킨다. 재 여과를 통하여 불순물을 제거하고 남은 여액에 염산을 이용하여 pH 1로 조절 후 염화팔라듐산암모늄 염을 제조한 후 여과한다. 여과된 팔라듐 염을 290℃ 수소가스 분위기에서 소성하여 팔라듐을 회수한다.First, put the MEA scrap for fuel cell into a 10Lt beaker. Place ethanol in a scrap filled beaker and let the MEA stay in contact with air for 5 minutes. When ethanol meets MEA, the electrode and Nafion are separated by the swelling of Nafion. Pour off ethanol and pour distilled water. Distilled water is used to remove all ethanol remaining in the MEA. Finally, after distilled water is filled, the ultrasonic device disperses the remaining alloy in the electrode at 80 MHz. The dispersed alloy catalyst is dissolved in cobalt at 80 ° C. using hydrochloric acid. Caustic soda is added to the separated cobalt chloride solution to prepare and recover cobalt hydroxide. Cobalt-free alloy catalyst is dissolved in aqua regia. The dissolved solution is filtered and concentrated to remove all nitric acid. The solution under hydrochloric acid was added with a saturated solution of ammonium chloride at 10 ° C. to prepare ammonium chloroplatinate salt, followed by filtration. The filtered platinum salt is calcined at 800 ° C. to recover platinum. The filtered filtrate is adjusted to pH 8 with ammonia to precipitate impurities. The impurities are removed by refiltration and the remaining filtrate is adjusted to pH 1 using hydrochloric acid, and then ammonium palladium chloride salt is prepared and filtered. The filtered palladium salt is calcined in a 290 ° C. hydrogen gas atmosphere to recover palladium.
상기 실시 예 및 비교 예에 따른 간략한 결과를 정리하면 다음 표와 같다.The summary results according to the above examples and comparative examples are summarized in the following table.
용해온도cobalt
Melting temperature
수율cobalt
yield
온도Ammonium chloride
Temperature
온도Plasticity
Temperature
수율platinum
yield
온도Plasticity
Temperature
pHammonia
pH
pHHydrochloric acid
pH
실시예1
Example 1
80℃
80 ℃
99%
99%
85℃
85 ℃
800℃
800 ℃
99%
99%
800℃
800 ℃
8
8
1
One
99%
99%
99.99%
99.99%
비교예1
Comparative Example 1
60℃
60 ° C
76%
76%
85℃
85 ℃
800℃
800 ℃
99%
99%
800℃
800 ℃
8
8
1
One
98%
98%
99%
99%
비교예2
Comparative Example 2
80℃
80 ℃
99%
99%
85℃
85 ℃
800℃
800 ℃
99%
99%
800℃
800 ℃
6
6
1
One
85%
85%
98%
98%
비교예3
Comparative Example 3
80℃
80 ℃
99%
99%
85℃
85 ℃
800℃
800 ℃
95%
95%
800℃
800 ℃
8
8
3
3
88%
88%
99.99%
99.99%
비교예4
Comparative Example 4
80℃
80 ℃
99%
99%
10℃
10 ℃
800℃
800 ℃
96%
96%
1000℃
1000 ℃
8
8
1
One
99%
99%
99.99%
99.99%
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부된 도면 및 표를 참조하여 상세하게 설명하였다.Or more, with reference to the accompanying drawings and the table for the preferred embodiment of the present invention was described in detail.
그러나, 상술한 실시 예는 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 의미의 한정이나 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니며, 특허청구범위의 청구하는 범위 내에서 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 수 있음은 물론이다.However, the above-described embodiment is only an example for explaining the present invention, and is not used to limit the scope or limit of the meaning of the present invention, and in the technical field to which the present invention belongs within the scope of the claims. Of course, any person having ordinary skill in the art can make various modifications.
Claims (11)
상기 MEA에 유기용매를 첨가하는 단계;
상기 유기용매를 가한 MEA에 순수를 첨가하여 합금 촉매와 니피온을 분리하는 단계;
상기 분리된 합금 촉매에 초음파를 이용하여 분산시키는 단계;
상기 분산된 합금 촉매를 산에 넣어 코발트를 용해하는 단계;
상기 코발트가 용해된 용액을 여과한 후, 가성소다를 첨가하여 수산화코발트를 제조한 후 회수하는 단계;
상기 코발트가 제거된 합금 촉매는 왕수에 넣어 용해하여 염화백금산 용액을 제조하는 단계;
상기 염화백금산 용액에 염산을 첨가하고 농축하여 질산을 제거하는 단계;
상기 질산이 제거된 용액에 염화암모늄 포화용액을 첨가하여 염화백금산암모늄 염을 생성하는 단계;
상기 염화백금산암모늄 염이 포함된 용액을 여과하여 분리하고, 상기 분리된 염화백금산암모늄 염을 소성하여 백금을 회수하는 단계;
상기 염화백금산암모늄 염을 분리한 용액을 암모니아를 이용하여 불순물을 침전시키는 단계;
상기 침전된 불순물을 제거하고 남은 용액을 염산을 이용하여 염화팔라듐산암모늄 염을 제조한 후 여과하는 단계; 및
상기 여과된 염화팔라듐산암모늄 염을 비활성 가스인 수소, 아르곤, 질소 중 어느 하나를 이용하고, 300℃ 이하로 소성하여 팔라듐을 회수하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 MEA의 합금 회수 방법.The alloy recovery method of the MEA (Membrane Electrode Assembly) for fuel cells,
Adding an organic solvent to the MEA;
Separating pure water from the alloy catalyst and the nifion by adding pure water to the MEA to which the organic solvent is added;
Dispersing the separated alloy catalyst using ultrasonic waves;
Dissolving cobalt by adding the dispersed alloy catalyst to an acid;
Filtering the solution in which the cobalt is dissolved, and then preparing and recovering cobalt hydroxide by adding caustic soda;
Preparing a chloroplatinic acid solution by dissolving the cobalt-free alloy catalyst in aqua regia;
Adding hydrochloric acid to the chloroplatinic acid solution and concentrating to remove nitric acid;
Adding a saturated ammonium chloride solution to the nitric acid-free solution to form ammonium chloroplatinate salt;
Filtering and separating the solution containing the ammonium platinum chloride salt and calcining the separated ammonium platinum chloride salt to recover platinum;
Precipitating impurities using ammonia in the solution from which the ammonium platinum chloride salt is separated;
Removing the precipitated impurities and preparing the ammonium palladium chloride salt using hydrochloric acid and then filtering the remaining solution; And
The filtered ammonium palladium chloride salt using an inert gas of hydrogen, argon, nitrogen, any one of the steps of firing at less than 300 ℃ recovering the alloy of the MEA, characterized in that consisting of.
상기 유기용매는, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 프로파놀(propanol), 아이소프로파놀(iso-propanol), 부타놀(butanol), 펜타놀(pentanol), 헥사놀(hexanol), 헵타놀(heptanol), 아세톤(acetone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofurane) 중에 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 MEA의 합금 회수 방법.The method of claim 1,
The organic solvent is methanol, ethanol, propanol, iso-propanol, butanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol (heptanol), acetone (acetone), tetrahydrofuran (tetrahydrofurane) any one selected from the alloy recovery method of MEA.
상기 분리된 합금 촉매에 초음파를 이용하여 분산시키는 단계는 50 ~ 100MHz 주파수의 초음파를 이용하는 것을 특징으로 하는 MEA의 합금 회수 방법.The method of claim 1,
Dispersing the ultrasonic alloy in the separated alloy catalyst using an ultrasonic wave of the frequency of 50 ~ 100MHz, MEA alloy recovery method.
상기 분산된 합금 촉매를 산에 넣어 코발트를 용해하는 단계는 염산, 질산, 또는 황산 중 어느 하나를 선택하고, 용해 온도는 80℃ 이상인 것을 특징으로 하는 MEA의 합금 회수 방법.The method of claim 1,
Dissolving cobalt by dispersing the dispersed alloy catalyst in an acid selects any one of hydrochloric acid, nitric acid, or sulfuric acid, and the dissolution temperature is 80 ° C or more.
상기 코발트가 용해된 용액을 여과한 후, 가성소다를 첨가하여 수산화코발트를 제조한 후 회수하는 단계는 10 ~ 90℃의 가성소다를 첨가하는 것을 특징으로 하는 MEA의 합금 회수 방법.The method of claim 1,
Filtering the solution in which the cobalt is dissolved, and then recovering the cobalt hydroxide by adding caustic soda, adding caustic soda at 10 to 90 ° C.
상기 왕수에 넣어 용해하여 염화백금산 용액을 제조하는 단계는 80℃ 이상의 왕수(질산,염산 비율 1:3)인 것을 특징으로 하는 MEA의 합금 회수 방법.The method of claim 1,
Dissolving the solution into the aqua regia to prepare a chloroplatinic acid solution is an alloy recovery method of MEA, characterized in that the aqua regia (nitric acid, hydrochloric acid ratio 1: 3) or more.
상기 질산이 제거된 용액에 염화암모늄 포화용액을 첨가하여 염화백금산암모늄 염을 생성하는 단계는 10 ~ 90℃의 염화암모늄 포화용액을 이용하는 것을 특징으로 하는 MEA의 합금 회수 방법.The method of claim 1,
The method for recovering the alloy of MEA, characterized in that the ammonium chloroplatinate salt is added by adding a saturated ammonium chloride solution to the nitric acid removed solution using a saturated ammonium chloride solution of 10 ~ 90 ℃.
상기 분리된 염화백금산암모늄 염을 소성하여 백금을 회수하는 단계의 소성 온도는 700 ~ 1000℃인 것을 특징으로 하는 MEA의 합금 회수 방법.The method of claim 1,
The firing temperature of the step of recovering the platinum by calcining the separated ammonium chloroplatinate salt is an alloy recovery method of MEA, characterized in that 700 ~ 1000 ℃.
상기 염화백금산암모늄 염을 분리한 용액을 암모니아를 이용하여 불순물을 침전시키는 단계는, 암모니아를 pH 8로 조절하는 것을 특징으로 하는 MEA의 합금 회수 방법.The method of claim 1,
Precipitating impurities using the ammonia solution of the ammonium platinum chloride salt by using ammonia, the method for recovering the alloy of MEA, characterized in that the ammonia is adjusted to pH 8.
상기 침전된 불순물을 제거하고 남은 용액을 염산을 이용하여 염화팔라듐산암모늄 염을 제조한 후 여과하는 단계는, 염산을 pH 1로 조절하는 것을 특징으로 하는 MEA의 합금 회수 방법.The method of claim 1,
Removing the precipitated impurities and preparing the ammonium palladium chloride salt using hydrochloric acid, followed by filtering, adjusting the hydrochloric acid to pH 1, wherein the alloy is recovered.
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2011
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