摘要
废阴极炭(SCC)作为电解铝行业中产生的典型危险固体废弃物，受到从业人员的广泛关注。由于废阴极炭中含有大量的毒害组分，对环境造成极大的威胁，废阴极炭的无害化处理以及回收再利用成为目前研究的热点。本文通过微波水热法处理废阴极炭实现废阴极炭深度净化脱毒，并将其制备成还原氧化石墨烯材料应用于超级电容器电极材料中，实现废阴极炭的回收再利用。具体的研究内容如下： （1）使用微波水热碱浸处理去除废阴极炭中的可溶性氟化物成分。采用响应曲面法中的Box-Behnken Design对微波水热碱浸处理过程主要工艺参数（温度、时间和碱浓度）进行优化。优化结果表明，在最佳反应条件下，即温度为80℃，碱浓度为1.16 mol/L，反应时间为8.4 min，可溶性氟化物去除率可达98.05%。多次验证实验结果表明平均可溶性氟化物的去除率达到97.54%，验证实验数据与模型预测值基本一致。与传统的水热处理（91.74%）相比，微波水热碱浸处理不仅缩短了99.4%的反应时间，且可溶性氟化物的去除率也提高了5.8%。结果表明，微波水热碱浸处理能够实现对废阴极炭的高效脱毒处理，最大限度地减少环境污染。 （2）通过微波水热碱浸处理，有效的去除了废阴极炭中的可溶性氟化物，但仍有较多难溶氟化钙残留，这对废阴极炭的再利用过程将会造成明显的影响。针对废阴极炭中难溶氟化钙组分，采用微波水热酸浸法进行处理，以稀硫酸作为浸出剂，实现难溶氟化钙快速高效去除。研究了微波水热酸浸过程中不同工艺参数对难溶氟化钙浸出和分离的影响。对难溶氟化钙的浸出动力学研究结果表明，氟化钙的浸出过程表观活化能为17.55 kJ/mol，浸出过程主要由扩散过程控制。通过微波水热硫酸浸出处理后的废阴极炭，氟化物去除彻底，具有较好的再利用价值。 （3）通过改良的Hummer法对彻底脱毒后的废阴极炭进行处理，制备还原氧化石墨烯(rGO-SCC)。采用一锅法微波水热合成二维Ni,Co-OH/rGO-SCC复合材料。随后以Ni,Co-OH/rGO-SCC复合材料为正电极，活性炭为负电极，组装一种非对称超级电容器装置。电化学表征结果表明，该非对称超级电容器可以在6 M KOH溶液中进行0-1.6 V间的可逆循环，并且在功率密度为375 W kg-1时能量密度可以达到35.93 Wh kg-1。在经过1000次充放电循环后，该非对称超级电容器仍能保持100%的库伦效率。在与文献中的超级电容器相比，该超级电容器具有一定优势，实现了废阴极炭的回收再利用。
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