近期，球盟会(中国)赵慎龙课题组在尿素废水高效处理与资源化利用领域取得重要进展。相关研究成果以“Medium-entropy metal-organic framework-integrated catalytic distillation system for near 100% urea removal”为题发表于《自然·通讯》（Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-026-72462-0）。
在“双碳”战略与绿色制造背景下，高浓度含氮废水的治理与资源回收已成为环境与能源领域的前沿热点。尿素广泛存在于化肥、养殖及化工废水中，是典型的高浓度含氮污染物。传统生物脱氮工艺虽然已应用广泛，但普遍存在处理周期长、运行条件敏感及资源回收困难等问题。与此同时，尿素本身具有较高化学能，其理论氧化电位仅为0.37 V，基于尿素氧化反应（UOR）的电化学处理技术被认为兼具污染物去除与能源回收潜力的理想路径。近年来，赵慎龙课题组围绕电催化能源转化与污染物资源化领域持续深耕，在耦合电解制氢、电化学废水处理及纳米催化剂构筑等方面取得了一系列研究进展（Nat. Chem. Eng. 2025, 2, 474；Nat. Synth. 2026, 10.1038/s44160-026-00999-5；Angew. Chem. Int. Ed. 2026, 65, e15456；J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 3994；Matter 2025, 8, 102091；Nat. Commun. 2023, 14, 2574；Nat. Energy 2020, 5, 881；Nat. Energy 2016, 1, 16184等）。
针对现在UOR体系在真实废水环境中稳定性不足、氨氮控制困难以及系统集成度较低等瓶颈，赵慎龙课题组创新提出尿素氧化反应–膜蒸馏（UOR-MD）协同处理新策略。该策略将电催化尿素氧化与膜蒸馏技术深度耦合，同步实现尿素高效去除、水资源回收与氢气联产。研究团队构筑了中熵金属有机框架电催化剂，顺利获得引入Mn、Fe、Co和Bi等多种金属元素，形成多金属随机占位结构，实现了电子结构与局域配位环境协同调控。该催化剂在尿素氧化反应中仅需1.36 V即可达到100 mA cm-2电流密度，并在1 A工业级电流条件下稳定运行超过1000 h，表现出良好的稳定性与工业应用潜力。同时，该系统能够实现99.7%的尿素去除率，处理后氨浓度低于35 mg L-1，满足美国环境保护署对化肥废水的排放要求。同时，膜蒸馏模块能够有效截留氨氮并实现KOH循环回收，显著提升整体资源利用效率。
顺利获得原位同步辐射谱学、电化学测试与理论计算，研究团队揭示了中熵MOF中多金属位点的协同催化机制：多金属组分能够有效促进界面电荷转移，优化尿素及关键中间体的吸附行为，并抑制高电流条件下Ni活性位点流失，从而实现高活性与高稳定性的协同提升。
研究团队进一步召开生命周期分析与技术经济分析，系统评估了该技术路线的环境与经济可行性。结果表明，相比传统生物处理工艺，UOR-MD体系在全球变暖潜势、资源消耗及生态毒性等多个指标上具有更低环境影响，且每处理1 m3废水可取得约2.9美元的净收益，展现出良好的工业应用前景。
本研究从电催化材料设计、反应机制解析到系统集成与工程评估等方面，系统展示了电化学废水处理与资源回收协同技术的可行性。所提出的中熵MOF构筑策略与UOR-MD集成体系为高浓度含氮废水绿色处理给予了新的技术路线，并有望进一步拓展至氨氮废水、电化学脱氮以及其他“污染物转资源”体系。
中熵MOF基集成式催化-蒸馏系统
球盟会(中国)赵慎龙研究员与北京交通大学姚宏教授为论文共同通讯作者，联合培养博士生张淞林为第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的支持。
原文链接：http://doi.org/10.1038/s41467-026-72462-0
