废旧电池绿色电化学升级再造为氧化石墨烯：工艺优化、结构表征与生命周期评估

本综述推荐一种环境友好的电化学方法，将废旧锌碳电池中的石墨棒升级再造为氧化石墨烯（GO）。该方法采用中性硫酸钠（Na2SO4）电解质，避免了传统Hummers法使用的危险化学品和浓酸，通过响应面法（RSM）优化工艺参数，并借助多种表征手段（XRD、FTIR、Raman、XPS、SEM、UV-Vis）证实了GO的介孔结构和可控氧化。生命周期评估（LCA）显示该方法显著降低了温室气体排放、酸化、生态毒性和臭氧消耗潜力，为电子废物资源化提供了可持续路径。

　　

Highlight

本研究通过电化学剥离法，将废旧锌碳（Zn-C）电池中的石墨棒转化为氧化石墨烯（GO），采用中性硫酸钠（Na₂SO₄）电解质，实现了绿色、安全且可控的合成过程。与传统Hummers法相比，本方法避免了有毒副产物和重金属污泥的产生，体现了绿色化学与循环资源管理的协同整合。

Material

本研究采用PINACO品牌的废旧锌碳电池。所用化学品包括硫酸钠（Na₂SO₄）、溴化钾（KBr）和绝对乙醇，所有溶液均使用蒸馏水配制。

Pretreatment of Zn-C batteries for graphite rod recovery

通过结构化的低能耗环境友好工艺从废旧Zn-C电池中回收石墨棒。首先去除电池外部钢壳，逐步分离并清洗石墨棒，以去除附着电解液和金属氧化物残留，确保原料纯净。

Statistical analysis and model evaluation

基于响应面中心复合设计（RSM-CCD）的实验数据构建了二阶回归模型，用于预测片状石墨产量（Y）与三个自变量（Na₂SO₄浓度、施加电压、电解时间）之间的关系。模型具有高度统计显著性，p值极低（<0.0001），失拟项不显著，说明模型预测能力良好。回归方程如下（具体系数见表S2）：

Y = β? + β?A + β?B + β?C + β??AB + β??AC + β??BC + β??A2 + β??B2 + β??C2

Conclusion

本研究提出了一种实用、安全且环保的方法，通过电化学剥离从废旧Zn-C电池中回收的石墨棒来合成GO。在Na₂SO₄浓度=1.25 mol/L、电压=15 V、电解时间=105 min的条件下，预测石墨片质量可达0.650 g。与依赖强氧化剂和浓酸的传统Hummers法不同，本方法采用中性Na₂SO₄电解质，显著减少了环境危害，同时实现了高质量GO的可控制备。