1. 废阴极无害化回收技术
废旧阴极炭块作为铝电解工业数量最大的固体危废物对生态环境构成了严重威胁，并浪费了大量的有价石墨炭和电解质资源，如何实现废旧阴极炭块的清洁处置与资源化利用已成为铝电解工业绿色可持续发展的限制性环节。近年来，中南大学冶金与环境学院肖劲教授、仲奇凡副教授课题组围绕废旧阴极炭块的全量化回收、湿法强化浸出、多源固废的协同处置以及回收产品的二次利用方面开展了系统研究，并先后在Journal of Hazardous Materials、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Journal of Cleaner Production、Minerals Engineering、Ultrasonics Sonochemistry、Industrial & Engineering Chemistry Research等国际知名期刊上发表论文8篇，同时累计授权相关国家发明专利10余项。基于上述成果，依次构建了“基于机械活化-熔盐焙烧的废旧阴极炭块高效解毒与全量回收”、“废旧阴极炭块的超声波辅助浸出”以及“废旧阴极炭块-煤矸石酸法协同浸出制备碳化硅”等多项具有自主知识产权和工业化应用前景的关键技术（图1）。
图1 “基于机械活化-熔盐焙烧的废旧阴极炭块高效解毒与全量回收”、“废旧阴极炭块的超声波辅助浸出”以及“废旧阴极炭块-煤矸石酸法协同浸出制备碳化硅”技术
2. 炭素材料微观结构解析与材料计算
炭素材料是典型的无定形碳结构，微观结构复杂，导致其宏观特性变化较大，反应机制难以预测，进而影响炭素材料的新工艺开发及材料改性。课题组现与美国宾夕法尼亚州立大学能源与矿物学院Jonathan P. Mathews教授及机械学院Adri C. T. van Duin教授合作，以典型无定形碳材料石油焦为切入点，探究了石油焦微观碳结构参数和杂质元素特性，以此为基础结合HRTEM分析建模技术构建了多尺度石油焦分子结构模型，并结合ReaxFF分子动力学及DFT计算精确预测了石油焦在多种复杂气固反应中的生成物（如氮和硫等）转化机理。现形成了系统的针对炭素材料HRTEM自动化解析微观结构建模、量化或分子动力学模拟反应特性及结合实验检测矫正与优化工艺的研究技术（图2）。基于相关研究成果先后在Carbon、Combustion and Flame、Fuel、Journal of Analytical and Applied Pyrolysis和Energy & Fuels等国际知名期刊上发表论文10篇，同时累计授权相关国家发明专利3项。
图2 针对炭素材料的结构解析与材料模拟计算研究技术