中国科大俞汉青院士团队Nature Reviews Materials评述污泥资源化处理新范式

8月12日，中国科学技术大学俞汉青院士团队在污泥资源化领域发表重要评述文章。相关研究以“Turning sewage sludge into valuable catalysts through atomic-level circularity”为题，发表于Nature Reviews Materials(https://doi.org/10.1038/s41578-025-00834-x)。

城市污水处理产生的市政污泥正以每年全球超9000万吨干污泥的速度累积，中国2023年湿污泥产量已达9800万吨。传统焚烧、填埋等处置方式不仅导致温室气体排放（每吨干污泥产生0.9-1.5吨CO₂当量），还面临重金属残留和处置成本攀升（焚烧成本达$150-300/吨）等困境。现有的污泥资源化技术如厌氧消化、生物炭制备等，主要回收有机组分热值，但无法有效处理重金属和微塑料残留。

单原子催化剂（SACs）合成与应用的最新进展，为污泥价值重构带来了革命性转变。这类催化剂由分散金属原子通过杂原子（N、S、P等）配位锚定于导电载体构成，具有原子级利用效率、可调电子环境和优异的催化活性。然而传统合成方法依赖超纯前驱体、定制配体和精密载体，存在成本高昂、资源密集等局限。尽管前景广阔，规模化制备污泥基SAC仍需工程、政策与认知的协同突破：

工程挑战：需开发连续流式热解-球磨-酸蚀反应器，直接处理高含水率污泥，同时保持原子级分散并适应原料波动。系统还需整合酸液回收与金属残留控制以满足环保标准。

政策空白：污泥衍生SAC处于“非危废-非认证产品”的法律灰色地带。建立浸出毒性、生命周期影响等测试标准是获取市场认可的关键。

经济性评估：模型显示，规模化后该路径不仅更清洁，成本亦低于焚烧等传统处置方式。中国预测至2060年，高熵SAC产能将超2000万吨，抵消污泥处置与碳减排成本逾150亿美元。这些催化剂可支撑水净化、制氢、电催化燃料等新兴产业，构成下一代环境基础设施的核心组件。

污泥到SAC的转化不仅是材料创新，更指向原子级循环的新范式——废弃物中的每个元素均被功能性再利用，而非简单的大宗回收。这与新兴的循环化学理念高度契合：回收过程优先保留分子与结构复杂性，而非粗暴降解为初级原料。

未来研究需通过高通量筛选与机器学习，揭示不同污泥源的结构-性能关联。跨尺度整合（从城市废物处理到分布式催化应用）将成为实验室成果落地的重要桥梁。评价体系需拓展至稳定性、社会接受度与净可持续影响等维度。在追求真正循环经济的道路上，原子精度的价值回收策略或将成为最具变革性的突破。曾被视作肮脏副产物的市政污泥，如今展示了如何利用而非规避复杂性，实现循环、功能化、可扩展的材料创新。这不仅为污泥处理提供了新范式，更为分子级循环经济奠定了基石。

来源：环境工程与科学

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