摘要
随着全球工业化和城市化进程的加速推进，固体废弃物的产生量呈指数级增长，对生态环境和资源可持续性构成了严峻挑战。传统的固废处理方式，如填埋和焚烧，不仅难以满足日益增长的固废处理需求，还伴随着资源浪费、二次污染以及温室气体排放等一系列环境问题，亟需探索创新性解决方案。
水凝胶，作为一种具有独特三维网络结构的高分子材料，凭借其优异的吸附性、溶胀性、生物相容性和环境响应性，在环境修复、药物缓释、生物医学等领域展现出广阔的应用前景。然而，传统水凝胶的制备主要依赖于石油基原料，其不可持续性和高昂成本严重制约了其大规模应用和推广。
本研究立足于资源循环与绿色发展的战略需求，创新性地提出将固体废弃物资源化利用与水凝胶材料开发相结合，构建一系列基于固废的多功能水凝胶材料体系。通过深入研究固废基水凝胶的制备方法、结构调控机制、性能优化策略及其在环境修复和资源循环领域的应用机理，旨在突破传统水凝胶材料开发的瓶颈，为固废资源的高值化利用和水凝胶材料的可持续发展提供理论依据和技术支撑，最终实现环境效益、经济效益和社会效益的协同共赢。
背景与意义
固体废弃物的治理与资源化利用已成为全球可持续发展面临的重大挑战。传统的固废处理方式，如填埋和焚烧，不仅消耗大量宝贵的土地资源，更会伴随产生渗滤液、温室气体等二次污染物，对生态环境和人类健康构成严重威胁。与此同时，水凝胶材料作为一种功能高分子材料，凭借其独特的三维网络结构和优异的理化性能，在环境修复、药物缓释、生物医学等领域展现出巨大的应用前景。然而，传统水凝胶的制备高度依赖石油基原料，其不可持续性和高昂成本严重制约了其大规模应用和推广。
在此背景下，开发基于固废资源化利用的新型水凝胶材料，不仅为破解固废治理难题提供了创新思路，也为水凝胶材料的可持续发展开辟了新的道路。通过将固体废弃物转化为高附加值的水凝胶材料，不仅可以有效减少环境污染，实现资源的循环利用，还可以降低水凝胶材料的生产成本，推动其在更广泛领域的应用，最终实现环境效益、经济效益和社会效益的协同共赢。
研究目标与科学问题
本研究致力于构建基于固体废弃物的多功能水凝胶材料体系，并深入探究其在环境修复与资源循环领域的应用潜力。具体研究目标如下：
1. 开发高效、低环境影响的固废基水凝胶绿色制备技术。
针对不同来源、成分和性质的固体废弃物，设计并优化相应的预处理工艺和功能化改性策略，实现固废资源的高效转化与高值化利用。重点研究固废成分对水凝胶网络结构形成的影响机制，探索绿色环保的交联剂和反应条件，建立低能耗、低排放的固废基水凝胶制备工艺。
2. 阐明固废基水凝胶的多尺度结构-性能调控机制。
通过调控固废基水凝胶的化学组成、交联密度、孔隙结构及表面特性，揭示其多尺度结构（分子尺度、纳米尺度、微米尺度）与力学性能、溶胀行为、吸附性能等功能特性之间的构效关系。结合理论模拟与实验验证，建立固废基水凝胶性能预测模型，为材料设计与性能优化提供理论指导。
3. 揭示固废基水凝胶在环境修复与资源循环中的应用机制。
深入研究固废基水凝胶对重金属离子、有机污染物及营养物质的吸附/解吸动力学、热力学及界面作用机制，阐明其在复杂环境介质中的迁移转化规律。同时，探索固废基水凝胶在土壤修复、污水处理、资源回收等领域的应用效能及环境风险，建立基于固废基水凝胶的环境修复与资源循环技术体系。
关键科学问题：
