农业生态环境正面临微塑料污染的严峻挑战，对农产品安全和生态系统健康构成持续威胁。当前，高温热解、光催化等传统废弃塑料处理技术因能耗高、条件苛刻、易产生有毒副产物等局限，难以大规模推广。如何在温和条件下实现微塑料的高效转化与资源化利用，已成为农业面源污染治理领域的关键难题。近日，资环所农业面源污染治理创新团队取得重要突破，提出了一种基于纳米酶Fe₃O₄的温和类芬顿催化新技术，实现了聚乙烯微塑料的高效、低碳升级回收，有望推动农业环境微塑料污染治理向绿色、可持续方向迈进。研究成果“NanoFe3O4-catalyzed low-carbon upcycling of polyethylene microplastics: Mechanistic insights and environmental benefits”发表在环境与能源催化领域权威期刊《Applied Catalysis B: Environment and Energy》（一区Top期刊，IF 21.1）上。

本研究创新性地利用纳米Fe₃O₄的过氧化物酶样活性，在100℃的温和条件下持续产生羟基自由基（·OH），实现对聚乙烯微塑料中C–C键的选择性断裂。该过程在7小时内实现了约50%的微塑料转化，将其高效转化为烷烃、棕榈酸、醇类等多种高附加值化学品，产物具有低生态毒性，部分甚至可作为微生物碳源促进植物生长。该系统在低于聚乙烯熔点的温度下运行，避免了高温导致的反应失控和有害物质生成。通过密度泛函理论计算与实验表征相结合，研究揭示了纳米Fe₃O₄表面Fe²⁺/Fe³⁺循环促进·OH持续生成的催化机制，其活化能比传统芬顿催化剂降低6.2%，从而在低温下仍具有高催化效率。此外，研究团队开展了系统的生命周期评价与技术经济分析，结果表明该过程碳足迹仅为1.53 kg CO₂ eq/kg MPs，比焚烧处理降低49%，且每处理1公斤微塑料可实现约0.73美元的净收益，表现出良好的环境与经济效益。

该研究不仅阐明了纳米酶催化微塑料转化的分子机制，还为农业系统中微塑料的低碳资源化提供了可行路径，实现了从“污染物”到“资源”的闭环转化，为推动农业废弃物循环利用和面源污染治理提供了理论依据与技术支撑。基于上述研究，团队正在开展催化系统放大与产物分离优化研究，推动该技术向田间应用延伸，为农业绿色发展与生态环境安全提供科技支持。

团队联合培养研究生张一凡为论文第一作者，何世颖研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.126248