市政污泥处置是一个紧迫的全球性问题，对社会构成了巨大的经济和环境挑战。全世界每年从城市污水处理厂产生的废弃污泥达8000万-9000万吨干物质，而且还在不断增加，给社会带来了巨大的经济和环境挑战。尽管废弃污泥具有重要的资源价值，但受限于其产量大、危害性、成分复杂，可回收价值元素浓度低等特点，高效且有效的资源化策略仍难以实现。为此，中国科学技术大学研究人员开展了市政污泥升级资源化研究并取得重要进展。
研究设计了一种直接将废弃污泥巧妙地转化为用于水净化的高价值单原子催化剂（SAC）的方法。这一过程包括通过形成反应性锚定位点和选择性化学键，将污泥中存在的微量氧化还原反应过渡金属原位升级为碳、氮、硫、磷、硅和铝等共配位单原子形态。衍生的SAC在类芬顿催化降解各种污染物的过程中表现出卓越的反应性、稳定性和选择性。结构分析和密度泛函理论计算显示，共配位铁单原子是催化剂中的主要反应位点，其他不同配位结构的单原子过渡金属也形成并协同实现了超高的催化性能。此外，研究还进行了生命周期评估和投资回收期分析，评价了此升级策略的环境影响和经济潜力。与当前主流的焚烧技术相比，此方法的全生命周期对人类健康、生态系统和资源的影响较小，具有更大的减排潜力和更高的经济效益。
与传统的焚烧法相比，研究提出的升级再循环方法为废弃污泥处置开辟了一条新道路，为安全、经济且可持续的废弃污泥管理的商业化提供了重要支撑。相关研究成果发表于《Nature Water》[1]。
[1] Upcycling Waste Sewage Sludge Into Superior Single-Atom Fenton-Like
Catalyst for Sustainable Water Purification
