全球工业活动与电子消费激增正引发两大危机：危险废物堆积与生态系统重金属污染。每年全球产生数十亿吨工业副产物和电子垃圾，其中电弧炉粉尘（AFD）和废弃电池电极尤为突出。电弧炉粉尘是钢铁生产的副产物，主要含铁和锌，全球年产量约600万吨，但仅有约250万吨被回收，其余多被填埋或低效处理，不仅占用土地，还因含毒金属造成环境隐患。与此同时，废弃干电池中的石墨常被忽视，尽管其市场需求巨大，但天然石墨资源主要集中在中国和印度，其他地区依赖进口且合成成本高、工艺复杂。传统线性“开采-制造-废弃”模式正被循环经济理念取代，将危险废物转化为高价值材料成为行业新趋势。
重金属如铅、镉、汞因其毒性、持久性和生物累积性，被列为最危险的环境污染物。镉被国际癌症研究机构列为1类致癌物，可引发骨痛病及肾损伤；铅损害肝脏、肾脏并导致贫血；汞则严重威胁胎儿及婴幼儿神经系统发育。传统检测方法如原子吸收光谱（AAS）和电感耦合等离子体（ICP）虽成熟，但设备昂贵、操作复杂、需专业人员，且难以实现现场实时监测。ICP易受光谱干扰，AAS需针对每种元素更换灯源，汞检测还面临挥发损失问题。因此，开发低成本、高灵敏度、便携式的检测技术迫在眉睫。
电化学检测技术因快速、经济、便携而备受青睐，其中差分脉冲伏安法（DPV）因高灵敏度和多元素同步检测能力成为主流。然而，传感器性能高度依赖工作电极材料。本研究创新性地利用工业和电子废弃物，将电弧炉粉尘转化为尖晶石铁氧体纳米颗粒，并将废弃电池石墨转化为氮掺杂还原氧化石墨烯（N-rGO），构建出Arc-ferrite/N-rGO纳米复合材料。该材料兼具高比表面积、优异导电性和强催化活性，显著提升了电子传递动力学。实验显示，该传感器对铅、镉、汞的法拉第电流提升了3.5倍，检测限低至1.01–1.13 ppb，远低于世界卫生组织饮用水标准，线性范围达10.0–150.0 ppb，且能抵抗11种常见干扰离子的影响。
材料表征证实了转化过程的高效性。X射线衍射（XRD）显示，废弃石墨经纯化、氧化和还原后，结晶度恢复，层间距从0.335 nm增至0.82 nm（氧化态）再降至约0.335 nm（还原态），氮掺杂成功引入晶格缺陷。电弧炉粉尘经溶胶-凝胶燃烧法处理后，铅氧化物等杂质相消失，形成高结晶度的铁氧体。扫描电镜（SEM）显示，N-rGO呈褶皱片层结构，平均横向尺寸约64 nm；铁氧体为近球形颗粒，平均直径约61 nm；复合后铁氧体均匀分散于石墨烯表面，无大团聚。比表面积测试表明，复合材料BET比表面积达51.94 m²/g，孔隙结构优化，利于离子扩散。拉曼光谱进一步证实，氮掺杂引入更多缺陷，且复合材料中出现了铁氧体特征振动峰，证明两种组分成功结合。
该研究不仅实现了危险废物的高值化利用，还构建了面向未来的环境监测新范式。通过将环境负债转化为分析资产，该方案在降低生产成本的同时，显著减少了碳足迹，为欧美等钢铁与电子产业发达地区提供了可复制的循环经济解决方案。对于中国而言，作为全球最大的石墨生产国和钢铁大国，此类技术启示我们：在资源回收领域，不应仅关注金属提取，更应挖掘副产物在高端材料领域的潜力，推动“废物即资源”的理念落地，助力绿色制造与智慧环保协同发展。
