工业废水中含有多种有机和无机污染物，这给传统水处理工艺带来了巨大挑战。然而，这些污染物可以作为宝贵的资源被回收利用，以助力循环经济的发展。
催化反应为将污染物选择性转化为高附加值产品提供了一种颇具前景的解决方案。
2025年11月3日，阿德莱德大学段晓光、王少彬、南昌航空大学罗旭彪在国际知名期刊Nature Water发表题为《Catalytic resource recovery for transformation of the wastewater industry》的研究论文，Wei Ren为论文第一作者，段晓光、王少彬、罗旭彪为论文共同通讯作者。
在本文中，作者总结了催化资源回收技术（CRRTs），并提出了实现污染物转化和工业废水智能管理的系统策略。具体而言，根据催化直接回收、间接回收和非催化回收途径，为CRRTs提出了一种新的污染物分类方法，并对规模化系统的催化剂和反应器设计进行了严格评估。
随后，作者从技术有效性、经济可行性和环境可持续性三个方面，对CRRTs的效益进行了全面评估。最后，展望了废水资源再利用的变革性未来。
总之，CRRTs已展现出强大的潜力，能够推动废水处理从纯粹的补救性方法向闭环、资源导向型策略转变。
图1：工业废水资源回收催化技术。根据废水特性及处理规模，单一车间、多车间工厂或整个工业园区的出水可通入CRRT反应器；反应器内，催化剂可驱动污染物转化与资源化，将废水转化为绿色能源、回用水及化工产品等可持续资源。
图2：适配废水复杂性的CRRT策略。a-b）复杂废水中有机物与金属离子的共处理：卤代化合物通过原位沉积金属（Mo）阴极发生选择性氢化反应生成苯（a）；共存金属离子（Mn+）催化外加氧化剂生成活性氧，驱动苯酚向多酚转化（b）。c）pH依赖的CRRT路径：酸性条件下利于转化为铵根（NH4+），中性条件下转化为氮气（N2），碱性条件下转化为亚硝酸根（NO2–）。d）盐度驱动的CRRT转化：高氯废水中CON-H发生氯化反应生成CON–Cl，无氯体系中CON-H参与碳加成反应生成CON-COO–。e）CRRT与生物技术集成处理富营养废水：有毒有机物先经催化氧化解毒，随后中间体通过两种微生物代谢路径转化——生物降解为小分子生化产物（如短链脂肪酸、氨基酸或生物气），或生物合成聚合为结构性生物聚合物（如纤维素、木质素或微生物聚羟基脂肪酸酯）。
图3：不同浓度有机废水在CRRT中的产物转化流程。对于低浓度有机废水，可先对污染物进行富集，再通过催化聚合实现资源化，随后进行产物回收；也可在单一催化体系中集成富集与催化转化步骤，再进入回收阶段。对于高浓度有机废水，除传统催化聚合外，采用质子交换膜（PEM）的电化学聚合为污染物转化提供了替代路径，生成的聚合物最终用于资源回收。
图4：各类废水在CRRT中的回收路径。a）直接可催化资源化污染物（Direct-CRPs）通过CRRT实现资源化，生成高附加值产品；b）非直接可催化资源化污染物（Non-CRPs）经后续处理后安全处置或潜在再利用；c）间接可催化资源化污染物（Indirect-CRPs）先转化为直接可催化资源化污染物，再通过CRRT资源化生成产品；d）混合废水可通过两条路径处理：路径1将CRRT与后续处理纳入连续流程，产出产品或达标出水；路径2先经后续处理再结合CRRT，获得高附加值产品后最终排放。
图5：CRRT中工业废水的元素循环利用。工业废水大致可分为有机废水和无机废水两大类，其资源化路径由元素组成决定。有机废水含有碳基、氮基、氯基污染物及络合金属-有机物种，可转化为聚合物、化学品、纸张、饲料、氨基酸、蛋白质、农药或回收金属；富含盐类、酸类或无机金属离子的无机废水，可转化为燃料、酸类、消毒剂、肥料、合金、催化剂或回收贵金属。
图6：评估CRRT在废水处理中适用性的决策框架。该框架包含五个步骤：废水特性分析、污染物分类（直接、间接及非直接可催化资源化污染物）、可行性筛选、定制化工艺设计及最终系统集成。废水特性包括具体指标（如溶液pH、温度、污染物类型及浓度）和综合水质参数（如离子强度、电导率、总有机碳、化学需氧量、生化需氧量及氧化还原电位），这些因素共同决定催化剂性能和处理效率。基于产品价值有限、技术风险高或污染物性质不利等情况，排除不可行案例。随后进行多准则评估，综合环境、经济及技术因素判定CRRT适用性，分为适用、部分可行或不适用三类。对于部分可行案例，可采用与传统处理工艺相结合的集成配置以提升整体性能。该框架的核心特点是反馈循环，运行数据将用于催化剂和反应器的优化，进而改善系统性能。
综上，作者系统综述了催化资源回收技术（CRRT）在工业废水处理中的应用，提出按污染物催化转化性分类的新框架，推动废水处理从“末端治理”向“资源循环”转型。
CRRT在多种实际废水中实现高效污染物去除与高值产品回收，展现出优异的技术、经济和环境效益，为构建低碳、循环、智能的废水管理体系提供了可行路径，具有广阔的工业应用前景。
Catalytic resource recovery for transformation of the wastewater industry. Nat. Water, 2025. https://doi.org/10.1038/s44221-025-00530-8.
