(来源:生态修复网)
7月8日,香港理工大学郑广平教授、韩国蔚山科技院Jong-Beom Baek院士、上海理工大学窦世学教授和苏州大学孙靖宇教授(共同通讯)在Chemical Society Reviews发表了题为“Mechanochemical strategies for environmental remediation and resource recovery”的综述论文,系统梳理了机械化学技术在环境修复与资源回收领域的研究进展,揭示了机械力驱动CO₂甲烷化、N₂固氮、PFAS降解及废旧电池回收的共性机制。

面对PFAS持久性污染、CO₂温室气体排放、N₂活化困难以及废旧锂离子电池堆积等日益严峻的环境挑战,传统处理方法——热解能耗高且选择性差,电化学依赖溶剂和复杂反应器设计,闪速焦耳热则需导电添加剂且易产生腐蚀性副产物——在应对固态、气态及多相废弃物的协同转化时均存在明显局限。机械化学通过高能球磨产生的局部冲击力,可在温和、无溶剂条件下驱动化学键断裂与重构。本综述创新性地将机械化学反应的驱动力归纳为六大核心模块:自由基与活性中间体生成、电子转移、固-气界面活化、冲击驱动的微区温压效应、物相转变以及催化剂辅助的机械氧化还原。基于此框架,综述结合ESR、NMR、PAS、同步辐射XAFS及GISAXS/GIWAXS等先进表征技术,深入解析了四个代表性体系的反应机制:ZrO₂-Ni催化CO₂甲烷化(转化率99.2%,选择性98.8%,65°C)、Fe基机械化学N₂合成NH₃(浓度达82.5 vol%)、磷酸盐辅助PFAS近乎定量脱氟回收氟化物、以及废旧LMO电池同时回收锂/锰并降解有机污染物(73–99%)。进一步通过TEA、LCA及ProdSI可持续性评估与蒙特卡洛不确定性分析揭示:机械化学在CO₂甲烷化和电池回收中可持续性优势显著;在NH₃合成中可作为Haber-Bosch工艺的低温补充;在PFAS处理中则表现出极低的能耗(0.0005 MJ/s)和碳排放(0.02 CO₂ eq./s),但经济回报仍有限。尽管机械化学在大规模连续化反应器设计、能量传递效率量化、介质磨损污染控制以及活性位与反应中间体的原位捕捉等方面仍面临重大挑战,但该综述为理解机械力如何驱动化学转化提供了统一的理论语言,也为将机械化学从实验室现象发展为可工程化的可持续环境技术指明了方向。


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