近日，南方科技大学环境科学与工程学院助理教授雷洋团队构建了一类基于矿物-电化学耦合的同步碱化与氧化（EAO）系统。该系统通过在阳极引入硅灰石，可在无膜条件下同步实现尿液中磷的高效回收与尿素稳定化，为尿液资源化提供了一种绿色、经济的解决方案。研究成果发表于《自然—通讯》。

尿液在生活污水中的体积占比虽不足1%，却富集了大量氮、磷等营养元素，因而具有极高的资源化价值。然而，尿液排出后，脲酶会迅速催化尿素水解，造成氮素损失、管道结垢和异味等问题。传统酸化或投加碱剂的稳定方法存在化学品使用与安全风险，而传统膜电化学系统则易受制于膜污染及高昂成本。

针对上述问题，研究团队设计了EAO系统，利用多孔网兜将惰性阳极与硅灰石矿物进行耦合。通电后，阳极析氧反应产生的氢离子促进硅灰石溶解并释放钙离子；阴极析氢反应持续生成氢氧根离子，使溶液pH迅速升高。与此同时，阳极析氯反应产生的活性氯物种可有效抑制脲酶活性。在高碱度与活性氯物种的协同作用下，系统能够同步促进磷酸钙沉淀，并实现尿素稳定化。

实验结果表明，经6小时处理后，合成尿液中磷酸盐浓度由9.7降至0.1毫摩尔每升，去除率达到99.1%。在30天储存期内，经EAO处理的尿液尿素水解率仅为6.6%，而未经处理尿液尿素水解率高达92.0%，充分验证了该系统在磷回收和尿素稳定化方面的协同能力与高效性。

团队进一步考察了EAO系统针对真实源分离尿液的处理能力及经济优势。结果显示，在电流密度为12安倍每平方米、尿液稀释2倍的条件下，系统具有最佳能耗效率。对于未稀释尿液（无水/节水便池场景）和稀释5倍尿液（公共便池场景），通过调整电解时间，同样能够实现磷的高效去除和尿素的长期稳定。真实尿液实验中，磷回收率最高可达96.0%，尿素稳定期可维持10天以上。

技术经济分析表明，EAO系统的总成本约为4995美元，其中运输与电力消耗为主要成本项。按磷回收量核算，单位磷回收成本约为每千克磷2.51美元，与低能耗微生物电化学技术成本相当。

该系统无需配置膜组件和牺牲阳极，因而可显著减少维护频次并降低运行风险。回收所得的磷酸钙产物中，磷含量达15.8%，且其生物有效性优于商用羟基磷灰石，具备用作肥料或高附加值原料的潜力。同时，该系统还为后续高值化利用尿液中的尿素提供了新的技术路径。磷资源与尿素的高效协同回收，大幅提升了该技术的综合应用前景。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-77732-5