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近日，我院罗小明教授团队在含油污泥超临界水氧化高效、清洁处置方面取得系列进展。相关研究成果分别以“Degradation pathways and product formation mechanisms of asphaltene in supercritical water”、“Synergistic mechanism of polymer and asphaltene in supercritical water oxidation treatment of polymer-containing oily sludge: Degradation pathway and nitrogen transfer”、“Synergistic degradation mechanisms of organic components in supercritical water oxidation of oily sludge”、“Organic transformation and kinetics in preheating and oxidation stages during supercritical water oxidation treatment of oily sludge”和“Study on polymer degradation and nitrogen migration mechanisms in supercritical water”发表在《Journal of Hazardous Materials》期刊（中科院一区，IF=11.3）、《Journal of Environmental Chemical Engineering》期刊（中科院二区，IF=7.2）、《Fuel》期刊（中科院二区，IF=7.5）和《Environmental Research》期刊（中科院二区，IF=7.7）。
《Journal of Hazardous Materials》是环境与危险废物处理领域公认的国际顶级（top）期刊之一，《Fuel》是能源、燃料转化方向的权威期刊；《Environmental Research》在环境过程与环境健康研究领域具有重要影响；《Journal of Environmental Chemical Engineering》则是环境化工与污染物转化工程研究的重要国际期刊平台。本系列成果在上述期刊集中发表，体现了团队在含油/含聚污泥SCWO机理解析与过程强化方向的持续积累与国际同行认可。论文第一/二作者分别为在读博士生张鹏、在读硕士生徐鑫宝，通讯作者为罗小明教授，永利集团为第一署名单位和唯一通讯单位。上述研究获得国家自然科学基金面上项目以及山东省泰山学者基金会资助。
（1）建立了沥青质/聚合物单组分的超临界水氧化机理机制
采用ReaxFF反应分子动力学模拟方法，针对沥青质与聚合物在SCWO条件下的结构演化与反应过程开展系统研究，通过统计自由基反应类型与频率，解析温度、氧化剂与水等参数对反应路径选择的影响规律。结果表明，体系反应主要受氢抽提与氧加成两类自由基反应控制，且不同工况会显著改变自由基池组成，从而改变芳环/含氮结构的开环与氧化效率。同时，研究将CO、CO2的生成与关键含氧中间体的竞争关系对应起来，明确了CO/CO2来源通道的差异。该成果为难降解大分子在SCWO中的“参数—路径—产物”可解释框架提供了原子尺度依据，为后续协同体系机理辨析提供对照基线。
（2）阐明了油泥油相四组分之间在超临界水氧化过程中的协同反应机理
采用分子动力学模拟，将油泥油相代表性的SARA四组分（饱和烃、芳香烃、胶质、沥青质）进行单/复配对比，系统跟踪关键键断裂、自由基演化与产物形成差异，并量化不同组合下的协同促进或竞争抑制特征。研究发现，不同结构组分对沥青质降解的促进来源并不相同：饱和烃更倾向通过烷基自由基促进侧链断裂，芳香烃可通过π–π相互作用诱导结构失稳，而胶质由于结构相似性更强，会带来更显著的同类竞争效应。同时明确协同效应存在配比窗口：当共存组分比例过高时，自由基竞争、屏蔽/笼效应等负效应会放大，导致协同减弱甚至转为抑制。该成果为复杂油泥体系中“多组分为何会促进/何时会抑制”的规律判别提供了机制依据，可用于指导实际工况的组分配伍与过程优化。
（3）揭示了聚合物-沥青质大分子体系下降解路径及氮元素迁移机理
采用模拟-实验验证的方法，对聚合物–沥青质共存体系的降解过程开展对比研究，从自由基分布、碎片相互作用以及含氮中间体生成等角度解析协同体系与单组分体系的差异。研究表明，聚合物在反应早期更易降解并优先消耗活性自由基，同时其生成的高活性碎片可对沥青质结构产生攻击，从而改变沥青质的降解节奏并缩短中间降解阶段，呈现出“先聚合物、后推动沥青质”的级联反应特征。在产物选择性方面，工作指出协同体系中CO2的增加与-COOH向CO2的转化增强相关，同时抑制了竞争性的-CHO2通道。该成果从分子尺度阐明了含聚污泥SCWO中协同氧化与含氮物种迁移的关键来源，为脱氮路径识别与协同效应调控提供了理论支撑。
（4）明确了含油污泥超临界水氧化两阶段反应动力学模型
结合含油污泥SCWO过程的工艺特征，研究将反应过程划分为预热阶段与氧化阶段，通过产物分布与转化行为对比，揭示两阶段主导反应并不相同：预热阶段更倾向促进烷烃/环烷烃等相对易裂解组分的转化，而氧化阶段才是芳香结构深度氧化与矿化的关键窗口。基于两阶段反应特征，工作建立并拟合相应动力学描述，实现对有机物转化过程的分段刻画与速率表征，为解释不同阶段的速率控制环节提供了依据。该成果为含油污泥SCWO工艺的停留时间配置与能耗优化提供了可用于工程计算的动力学工具，也为机理研究与过程模拟的衔接提供了模型基础。
论文链接：
1. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135488
2. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138627
3. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2025.136544
4. https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.118644
5. https://doi.org/10.1016/j.envres.2025.122121
