《Coordination Chemistry Reviews》：From waste to functional materials: A review on innovations in waste Management for Environmental Remediation Applications
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废物资源化与功能材料开发为环境修复提供新路径，涵盖吸附剂、催化剂、光催化剂及纳米材料制备，强调循环经济与多学科技术融合，讨论规模化、工艺优化及生命周期评估挑战。
穆罕默德雷扎·塔巴赫（Mohammadreza Tabakh）|雷扎·阿塔扎德（Reza Attarzadeh）|雷扎·亚拉赫马迪（Reza Yarahmadi）|莫兹德·阿马纳蒂（Mozhdeh Amanati）|穆罕默达明·莫梅尼（Mohammadamin Momeny）|哈尼耶·马莱基（Hanieh Maleki）|阿米尔·穆罕默德·纳贾菲（Amir Mohammad Najafi）|阿里·赞迪法尔（Ali Zandifar）|奥塔贝克·穆赫伊特迪诺夫（Otabek Mukhitdinov）|多尼奥尔·朱马纳扎罗夫（Doniyor Jumanazarov）
伊朗德黑兰沙里夫科技大学（Sharif University of Technology）化学与石油工程系
摘要
市政、农业、工业和电子废物的快速产生（简称“E-废物”）对环境可持续性构成了紧迫的挑战，同时也为资源回收提供了机会。材料科学的最新进展使得将各种废物转化为具有显著环境修复潜力的功能性材料成为可能。本文批判性地审视了将废物转化为增值产品（如吸附剂、催化剂、光催化剂和纳米材料）的新策略，强调了它们在污染物去除、水净化和能量回收中的作用。重点介绍了将循环经济原则与可持续废物管理实践相结合的创新方法。同时讨论了与可扩展性、工艺优化和环境影响评估相关的挑战，以提供全面的视角。通过将废物增值与修复技术相结合，本文强调了如何将废物重新视为一种宝贵的资源，为更清洁的生产、减少污染和可持续的环境保护铺平道路。
引言
现代社会的快速工业化和城市化导致多个领域（包括市政、农业、工业和电子领域）产生了前所未有的废物[[1], [2], [3], [4]]。根据最新全球估计，每年产生的固体废物达数十亿吨，其中大部分处理不当，导致严重的生态和人类健康问题。传统的废物管理策略（如填埋、焚烧和露天倾倒）越来越不可持续，不仅因为其处理能力有限，还因为会排放有毒气体、渗滤液和温室气体[5]。这些挑战促使人们寻找新的策略，将废物视为材料和能源回收的宝贵资源。
近年来，废物增值的理念获得了显著的发展势头。它涉及将废物转化为具有功能和环境意义的高附加值产品。利用材料科学、催化技术和纳米技术的进步，研究人员开发了创新方法，将农业废弃物、污泥、塑料废物、粉煤灰（FA）、红泥和电子废物等转化为高性能材料（如吸附剂、催化剂、光催化剂、膜和储能材料）[6,7]。这些材料在解决水净化、空气净化、土壤修复和可再生能源生产等环境问题方面表现出巨大潜力[8,9]。这种方法不仅支持循环经济目标，还通过用废物衍生的前体替代传统原材料来减缓资源枯竭。
然而，尽管取得了进展，但仍存在一些限制。许多增值过程面临原料异质性、工艺优化和成本效益方面的问题，这阻碍了其在工业中的应用。此外，虽然有许多研究探讨了单一的废物转化为材料的方法，但对包括物理、化学、生物和混合方法在内的多学科增值技术的整体理解仍然有限。这些转化的环境和经济影响也常常被忽视，特别是在生命周期评估、碳足迹减少和技术经济可行性方面。
本文综合了将废物转化为功能性材料的最先进策略，特别是用于环境修复应用的策略。与以往仅关注单一废物类型或增值途径的综述不同，本文将跨领域的废物类别（农业、工业、电子和聚合物）和多模态转化技术（物理、化学、生物化学和混合方法）整合在一个统一的框架内。此外，本文强调了控制废物衍生吸附剂、催化剂、光催化剂和能源材料性能的结构-性质-功能相关性，从而将材料工程原理与环境性能指标联系起来。通过批判性地比较不同的增值途径，并突出混合微波辅助合成、仿生催化和循环经济整合等新兴趋势，本文为废物增值如何实现可持续材料设计和环境保护提供了前瞻性的视角。因此，本文不仅整合了分散的文献，还为将废物重新构想为下一代功能性材料的战略原料提供了新的概念路径，为未来的研究和工业应用奠定了坚实的基础。
部分摘录
废物材料及其衍生的增值材料类别
研究人员强调了废物衍生前体的主要特性，因为它们在可持续材料合成中具有多重优势。天然富含有价值元素和功能性成分是关键特征之一，这使得这些材料能够高效地转化为性能提升的先进产品。全球范围内农业和工业废物的大规模产生确保了其广泛的和持续的可用性，
先进的废物增值材料工程技术
材料工程策略的进步彻底改变了各种废物的转化方式，将它们转化为高价值产品，同时促进了环境可持续性和循环经济模式的发展。近年来，将增值方法分为物理、化学、生物/生物化学和混合或新技术，使得废物转化有了系统化的方法。物理方法如研磨和物理活化主要侧重于
在环境修复中的应用
随着全球环境挑战的加剧，将废物材料转化为有价值产品引起了众多研究人员的关注。这种可持续且高效的技术不仅可以减轻环境污染，还有助于回收自然资源。最近的研究表明，从农业废弃物到工业副产品等各种废物都可以转化为具有高性能的功能性物质
废物衍生材料的生命周期评估（LCA）
生命周期评估（LCA）是一种广泛接受的方法，用于评估产品或服务从原材料提取到处置整个生命周期的环境影响。ISO 14040和ISO 14044为评估供应链中的环境影响提供了框架，虽然它们为最终用户提供了方法指导，但在具体情境选择上仍留有很大的自由度，这可能因副产品和废物的不同而产生差异
挑战与未来展望
将废物转化为用于环境修复的功能性材料的努力显示出了巨大潜力，但一些关键技术挑战仍阻碍了其广泛应用。最大的障碍之一是可重复性。生物质、工业副产品和电子废物等废物原料在成分上具有天然多样性。这种多样性，无论是有机含量、矿物质含量、水分还是污染物，都可能极大地影响材料的性能
展望
将各种废物转化为功能性材料已从理论概念发展成为可持续材料工程的实际支柱。然而，尽管在实验室规模上的示范取得了令人印象深刻的进展，但在废物增值实现广泛工业应用之前，仍需解决许多科学、技术和系统性的挑战。未来的研究应优先考虑工艺效率、产品性能和环境安全的整合
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
