废弃烟蒂的热转化：原料异质性、过程控制、资源化路径与环境安全：一篇批判性综述

《Chemosphere》：Thermal conversion of waste cigarette butts: Feedstock heterogeneity, process control, valorization pathways, and environmental safety: A critical review

　　

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  原料异质性会影响烟蒂热转化的热行为与工艺重现性。
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  热转化可将废弃烟蒂转化为油、气、炭及功能材料。
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  尼古丁、多环芳烃（PAHs）和重金属的跨相归趋仍然不明。
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  常规热解目前表现出相对较高、较易实现的工程放大潜力。
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  放大过程仍需要进行原料标准化、连续化运行验证以及生命周期评估（LCA）和技术经济分析（TEA）。

引言

废弃烟蒂是全球最丰富、分布最广泛的人为固体废物之一。其管理受制于产生量大、随意丢弃、单件回收价值低以及收集效率低下等因素（Vanapalli 等，2023）。烟蒂并非普通的生物质残余，而是由醋酸纤维素过滤嘴、残留烟草、香烟纸、灰分以及吸附的烟雾衍生污染物组成的复杂污染物承载型废物（Premchand 等，2025）。醋酸纤维素过滤嘴生物降解性差，在环境风化过程中可释放微塑料纤维。同时，过滤嘴所保留的尼古丁、焦油、多环芳烃（PAHs）、挥发性有机化合物和重金属可能渗入水陆环境，造成长期生态风险（Vanapalli 等，2023）。Dobaradaran 等（2019）报告新鲜烟蒂中 Σ16PAHs 的平均浓度约为 24.6 μg g^?1，而经过环境老化后浓度下降，表明环境暴露会进一步改变烟蒂的 PAHs 负荷。综合而言，烟蒂污染是由塑料持久性、有机毒性、金属相关风险及分散性环境散布共同造成的多层次环境问题。

传统处置途径无法从根本上缓解烟蒂带来的长期环境风险。填埋主要只是转移污染物而非消除污染物，因为它既不能分解醋酸纤维素过滤嘴，也不能阻止尼古丁、PAHs 和重金属的持续释放（Dobaradaran 等，2020, 2021, 2023, 2024a, 2024b；Akhbarizadeh 等，2021；Vanapalli 等，2023）。焚烧或不受控燃烧可减少废物体积，但在热条件不佳、缺氧或烟气净化系统不足的情况下，可能导致挥发性有机化合物、热解副产物以及灰渣中无机污染物的二次排放（Vanapalli 等，2023）。基础循环利用同样受限于原料分散、组成异质、残留污染物、预处理要求严格以及产品安全性不确定等因素，从而制约其大规模部署（Battista, 2025）。因此，烟蒂管理必须超越末端治理思路，转向集减量、解毒与资源回收于一体的综合转化路径。

热化学转化为烟蒂资源化提供了一条途径。常规热解是基线热化学途径，可将醋酸纤维素过滤嘴、残留烟草和香烟纸转化为油、气和炭，其产物分布受温度、加热速率和停留时间影响（Yousef 等，2023；Lee 等，2025）。除常规热解外，分段热解可选择性回收醋酸等化学品（Kim 等，2024a, 2024b）。CO₂ 辅助热解和气化重整可促进挥发性组分向合成气转化（Kim 等，2024a, 2024b；Yousef 等，2025）。水热碳化、活化和煅烧模板法已被用于制备功能碳和无机材料（Wu & Yang, 2023；Amghar 等，2024）。代表性研究展示了若干产品特异应用，包括用于氨吸附的微球状活性炭（Wu & Yang, 2023）以及用于去除乙醛的 KOH 活化热解炭（Lee 等，2025）。其他研究探讨了选择性回收醋酸及富含三醋酸甘油酯的油（Yousef 等，2023；Kim 等，2024a, 2024b），以及富 H₂/CO 合成气的生产（Kim 等，2024a, 2024b）。烟蒂衍生碳材料在 Cr(VI) 吸附、重金属去除和 CO₂ 捕集方面的应用也得到了研究（Herrera-Puerta 等，2025；Liu 等，2025a, 2025b；Premchand 等，2025）。然而，现有评估大多仍以产品为导向，强调产率、比表面积或吸附性能，而对尼古丁、PAHs、焦油、重金属、残留活化剂及尾气污染物等有害组分的归趋尚未得到充分阐明。

本综述聚焦于废弃烟蒂热转化过程中的资源回收。既有综述主要讨论烟蒂污染与控制、生物炼制、资源回收或碳材料应用（Vanapalli 等，2023；Battista, 2025；Chen 等，2025）。本综述并非罗列烟蒂衍生材料及其性能，而是沿热转化全过程在统一分析框架下考察原料异质性、过程控制、高值产品以及环境安全性。之所以单独考察热转化，是因为该过程通常无需将醋酸纤维素、残留烟草和香烟纸完全分离，可通过调节温度、反应气氛和催化剂来控制多组分转化以及油、气、炭的分布结果（Kim 等，2023；Yousef 等，2023；Liu 等，2025a, 2025b；Yousef 等，2025）。本综述还评估了尼古丁、PAHs 和重金属跨相迁移以及醋酸纤维素微纤维相关风险方面现有证据与尚存空白，并对比其他资源化途径、放大证据以及生命周期评估（LCA）和技术经济分析（TEA）的证据，以阐明烟蒂热转化的环境约束与工程要求。

分节摘要

烟蒂原料边界与异质性

现有研究对烟蒂热转化原料边界的界定存在不一致之处。所研究的原料包括完整烟蒂、分离的已抽过滤嘴、未使用过滤嘴，以及分别检测的香烟纸、残留烟草和纸-过滤嘴-烟草混合样。完整烟蒂包含过滤嘴、香烟纸、残留烟草、燃烧灰分和烟雾冷凝物（Vanapalli 等，2023；Yousef 等，2024）。分离的已抽过滤嘴则排除了

常规热解与产物分布

如图 2 所示，常规热解是将烟蒂在缺氧或惰性气氛下转化为液态油、不凝性气体和固体炭的基本路线。产物分布受温度、加热速率、停留时间和原料形态的影响。不同目标产品对控制重点的要求不同。液态产品路线侧重于油品产率及目标化学品的富集；炭材料路线则关注炭产率、孔隙结构和

用于环境修复的吸附剂与催化剂

环境修复包括污染物吸附和催化转化。吸附剂主要通过孔隙、表面官能团和表面电荷从水或气相中富集污染物。催化材料则利用碳缺陷、杂原子或负载金属来促进氧化剂活化和污染物转化。前者主要以其吸附容量、选择性和再生性能作为评价依据，而后者的评价还包括反应产物等，

有毒物质的归趋与二次污染风险

为说明烟蒂热转化过程中潜在有毒成分的迁移路径，图 3 总结了废弃烟蒂中的初始污染物、主要热化学转化路线以及可能的产出物流和二次污染风险。该图强调，尼古丁和含氮类毒物、PAHs 及焦油相关有机物、镉、铅、铜、锌、镍等潜在有毒元素以及醋酸纤维素微纤维不会

结论

热转化的一个实际特点是能够同时处理过滤嘴、香烟纸和残留烟草，并通过温度、气氛、催化剂和活化方法引导产品生成。现有研究已产出热解油、乙酸、三醋酸甘油酯、合成气、多孔碳以及无机功能材料，并将这些产品应用于吸附、催化、储能和能源生产（Yousef 等，2023；Kim 等，2024a, 2024b

CRediT 作者贡献声明

Han Zhang（张瀚）：写作—审阅与编辑，写作—初稿撰写，调查研究，形式化分析。Jianyuan Fu（付建远）：写作—审阅与编辑，写作—初稿撰写，调查研究，形式化分析。Bolin Wang（王博琳）：调查研究，形式化分析。Hanjun Hu（胡寒军）：调查研究，形式化分析，概念构思。Libo Zhang（张立波）：写作—审阅与编辑，写作—初稿撰写，调查研究，资金申请，形式化分析，概念构思。

关于生成式人工智能使用的声明

作者确认在本手稿的语言编辑和校对过程中使用了 DeepSeek-R1。作者对最终内容承担全部责任。作者声明不存在任何利益冲突。

利益冲突声明

作者声明，不存在可能影响本文所报告工作的已知经济利益冲突或个人关系。

致谢

本研究由国家自然科学基金委员会（22368051）、广东省高校重点研究平台与重点项目（2025ZDZX4043）以及广州大学（GDUPT）人才引进项目（2023rcyj2005）资助。

Han Zhang（张瀚）|Jianyuan Fu（付建远）|Bolin Wang（王博琳）|Hanjun Hu（胡寒军）|Libo Zhang（张立波）