一、研究背景

由于其长循环寿命和优异的安全性，使用LiFePO4阴极构建的电池已广泛用于电动汽车的大规模储能装置。LiFePO4电池的使用寿命一般在5 - 8年之间。2021年，中国废旧LiFePO4电池产量为9400吨。这些统计数据表明，有必要充分处理来自这些电池的大量废LiFePO4阴极（SLICs）。目前，SLICs的回收利用主要集中在锂等战略金属的提取上。然而，硅晶硅锂浸出过程中产生的富铁残留物在很大程度上被忽略了。因此，需要对这些富铁残留物进行改造，以减少资源浪费，避免有害残留物可能造成的二次污染。

迄今为止，富铁残留物的高温升级生产复合材料已经引起了越来越多的关注，热解是该过程的一种特别常见的方法。在传统的热解过程中，由于破坏Fe矿物化学键的温度较高，其温度可能会限制活性组分的形成，从而限制了所得复合材料的催化性能。此外，在这种碳化温度下，碳衬底的石墨化水平往往较低，从而导致催化剂活化过程中的电子传递能力较弱。此外，先前的研究表明，由富铁残留物衍生的复合材料的活化性能往往取决于所采用的Li浸出途径，如柠檬酸（C6H8O7）、dl -苹果酸（C4H5O6）、草酸（H2C2O4）或过氧二硫酸钠（Na2S2O8）处理。因此，有必要开发一种有效的升级方法，克服这些困难，将SLICs中Li浸出的富铁残留物转化为高质量的复合材料。

有趣的是，闪蒸焦耳加热（FJH）已被确定为一种新兴的固体废物升级方法。在FJH过程中，电流直接流过样品，瞬时实现超高温，促进电剥离，并诱发淬火效应。研究发现，瞬时超高温成就和电剥离效应可导致Fe - o等化学键断裂，形成活性Fe物种。此外，这些特性可以将碳衬底转化为薄层石墨烯，在催化剂活化过程中赋予强大的电子传递能力，提高催化剂性能。因此，FJH法可以被认为是一种可能的方法来升级从SLICs中Li浸出的富铁残留物。

在本研究中，首先通过三种常见的浸出途径（草酸、过氧二硫酸钠和柠檬酸）从SLICs的Li浸出中获得富铁残留物。富铁残留物随后使用FJH处理方法进行升级处理。此外，以FJH衍生复合材料对氯霉素（CAP）催化降解的促进作用为探针，考察了FJH升级提供活性铁的性能。从FJH处理获得的复合结构与传统热解方法生成的复合结构的比较角度，评价了FJH处理的优势。进一步探讨了fjh衍生铁复合材料存在下CAP催化降解的机理。

二、摘要

随着新能源的快速发展，产生了大量电池源废旧LiFePO4阴极（SLICs），其回收利用近年来受到越来越多的关注。以往的SLICs回收方法侧重于锂资源的回收，而忽略了锂回收后获得的富铁残留物。通常，富铁残留物不能通过传统方法有效地转化为活性铁，从而限制了它们的升级。本研究采用新兴的闪蒸焦耳加热（FJH）技术对富铁残渣进行升级，其性能与锂浸出途径无关。最初采用普通的Li浸出方案提取Li，并产生富含FeC2O4、FeO（OH）、FePO4和Fe3O4的残留物。随后，通过扩展的x射线吸收精细结构分析证实，FJH处理进行了超高温和电剥离，促进了各Fe相内Fe - o键的断裂，并生成了低配位的Fe0纳米颗粒。与传统热解衍生复合材料相比，fjh衍生复合材料中独特的低配位Fe0纳米颗粒促进了过硫酸氢活化后氯霉素的催化降解。此外，开发的连续FJH工艺显示了富铁渣大规模循环利用的潜力，并促进了Li回收后富铁渣的转化。

三、结论

通过闪蒸焦耳加热设备处理是一种很有前途的处理硅晶硅锂浸出富铁渣的方法。瞬时FJH过程将富铁残渣转化为具有活性低配位Fe0的复合材料，从而克服了传统热解方法的局限性。由此得到的FJH衍生复合材料促进了PDS活化产生ROS，提高了CAP的去除效率。此外，传统热解的能耗比FJH处理高34倍，这在之前的研究中得到了证实。值得注意的是，开发了一种用于FJH衍生复合材料自动化生产的连续装置，包括传动、机械传递和反应功能，其中机器人手臂连续地将原料从装载区转移到反应区。该装置可以进一步扩大规模，达到工厂规模的生产效率，为工业化大规模和低能耗生产复合材料。

图1.通过自动化生产大规模制造FJH衍生复合材料的连续装置。

图2.(a)通过三种常见的浸出途径，Li浸出和同步获得富铁残留物。(b)废锂阴极在H2C2O4（浸出路径1）、Na2S2O8（浸出路径2）、C6H8O7（浸出路径3）浸出液中锂的浸出效率[浸出液浓度为0.3 mol/L、温度为80℃、固液浓度为60 g/L、浸出时间为60 min]。(c)在H2C2O4、Na2S2O8和C6H8O7溶液中Li浸出后原料SLICs和富铁残渣的XRD谱图。