电化学人工腐熟技术在可持续废弃物生物质资源化与土壤修复中的应用

摘要

废弃生物质的资源化利用对实现可持续发展至关重要。在自然界中，生物质通过腐殖化作用转化为腐殖质，这是全球生物地球化学循环中的关键环节。本研究团队提出了一种快速电化学人工腐殖化方法：与需要数天到数年时间的自然腐殖化或微生物介导的腐殖化过程不同，该方法仅需60分钟即可完成。从机制上来看，生物质会发生降解，阳极处会产生类似醌的自由基，阴极处则会产生H*，这些物质会促使伯胺的形成，随后这些中间体会发生聚合反应，生成大分子结构的人工腐殖质类似物。这类物质的分子结构、元素组成以及物理化学性质都与天然腐殖质相似。人工腐殖质类似物可作为缓释肥料和氧化剂，应用于盐碱土改良、污染物去除以及养分缓释等领域。技术经济分析表明，该方法在土地利用效率及短距离运输方面具有优势，因此特别适合土地资源匮乏的大城市；生命周期评估则显示，其在减少温室效应和酸化方面的效果优于填埋和堆肥处理。这项研究推动了废弃物资源化技术的发展，为提升土壤肥力和改善环境提供了新的策略，同时也满足了人们对可扩展的、循环型可持续解决方案的需求。