综述：农业生物废弃物价值化促进循环经济：纳米颗粒合成与生物聚合物提取用于废水修复

《Bioresource Technology Reports》：Agricultural biowaste valorization towards circular economy: Nanoparticles synthesis and biopolymers extraction for wastewater remediation

本综述系统阐述了利用农业生物废弃物合成金属纳米颗粒（NPs）和提取生物聚合物的绿色方法，及其在废水修复中的应用。文章重点介绍了生物废弃物衍生材料在吸附和光催化等先进水处理技术中的潜力，强调了其对实现可持续发展目标（SDGs）和循环经济的贡献，并分析了其社会、经济及环境效益，最后对未来研究方向提出了展望。

　　

引言

水对于可持续发展和人类生存至关重要。然而，快速的人口增长、城市化和工业化导致了大量未经处理的废水产生，其中含有重金属、染料、药物等污染物，对环境和公共健康构成严重威胁。纳米技术，特别是金属纳米颗粒（NPs），在环境修复领域展现出巨大潜力。传统的NPs合成方法（物理法和化学法）往往存在能耗高、使用有毒试剂、成本昂贵及产生有害副产物等问题。因此，开发绿色、经济、环保的NPs合成方法成为当务之急。农业生物废弃物作为一种可再生、低成本的资源，其价值化利用为合成NPs和提取生物聚合物提供了可持续的途径，不仅有助于废物管理，还能生产高附加值的水处理材料，符合循环经济原则。

农业生物废弃物

农业部门产生大量生物质废弃物。通过生物经济策略管理这些废弃物，如将废弃的农作物残余转化为有价值的产品，可以带来多重效益，包括改善食品安全、提高农民收入、创造就业机会以及促进环境可持续性。植物源性农业生物废弃物（如果蔬皮、木质纤维素残留物等）富含植物化学物和生物聚合物成分，是进行绿色合成的理想原料。

生物废弃物衍生的植物化学物用于金属基NPs的合成

农业废弃物提取物富含多酚、类黄酮、生物碱、萜类等植物化学物，这些生物活性化合物在金属离子还原和NPs稳定过程中扮演着关键角色，为金属及金属氧化物NPs的绿色合成提供了可持续且环境友好的方法。与化学法相比，生物合成法生产的NPs通常具有更好的稳定性，且成本显著降低。

生物废弃物衍生的生物聚合物

除了植物化学物，生物废弃物还是生物聚合物（如纤维素、木质素、果胶、淀粉等）的重要来源。这些天然可生物降解的聚合物具有亲水性、手性、可降解性和易于化学修饰等特点。它们不仅可以直接作为吸附剂，还可作为稳定剂和支撑基质用于制备纳米复合材料（bio-nanocomposites），在水处理中应用广泛。

废弃物衍生材料在废水修复中的应用

将生物废弃物衍生材料用于废水处理，为废物管理和污染控制提供了双重解决方案。常用的处理技术包括吸附和光催化等。废弃物衍生的NPs和生物聚合物基复合材料在处理重金属、有机染料等污染物方面表现出良好的效果。例如，生物聚合物基吸附剂因其表面丰富的官能团（如羟基、羧基）而具有高效的污染物去除能力；而负载型NPs光催化剂则能利用太阳能降解有机污染物。

生物废弃物基废水修复的社会、经济及环境效益

基于生物废弃物的水处理技术具有积极的社会、经济和环境影响。它们通过资源回收促进废物管理政策的优化，防止污染物排入水体，保障公众健康，并为社区提供清洁用水，支持联合国可持续发展目标6（SDG 6）。从经济角度看，利用低成本废弃物生产水处理材料可以降低治理成本，并为农业部门创造新的收入来源。环境方面，该方法减少了废弃物焚烧或不当处置带来的污染，并将废弃物转化为有益环境的产品，实现了闭环管理。

废弃物衍生材料与传统材料的比较分析

与活性炭、沸石、TiO₂基光催化剂和膜系统等商业技术相比，生物废弃物衍生材料（如吸附剂）通常成本更低，且在实验室规模下对特定污染物表现出良好的去除效率。然而，其在实际复杂废水中的性能、长期稳定性以及规模化生产的可行性仍需进一步验证。传统材料可能在某些方面（如吸附容量、机械强度）更具优势，但废弃物衍生材料的可持续性和经济性是其显著优点。

与生物废弃物衍生材料相关的研究挑战

尽管潜力巨大，但生物废弃物衍生材料在实际应用仍面临诸多挑战，包括原料成分的波动性、在复杂多污染物废水体系中效率可能下降、长期稳定性数据不足以及环境安全性评估不充分等。这些因素限制了其目前的商业化应用。

未来展望

未来的研究应侧重于开发新颖、可持续的合成方法（如酶法、等离子体辅助法），以精确控制材料性能。构建多功能杂化复合材料（如金属-有机框架（MOF）-生物聚合物杂化材料、磁性可回收纳米复合材料）有望增强处理性能并便于材料回收。深入探究污染物去除的分子机制、进行全面的生命周期评估（LCA）和毒性研究、优化生产工艺以降低成本并推动规模化应用，是推动该领域发展的关键。政策支持和跨学科合作也将加速这些绿色技术从实验室走向实际应用。

结论

利用农业生物废弃物合成纳米颗粒和提取生物聚合物，为水修复提供了一条可持续且经济可行的途径。这些材料在先进水处理技术中展现出巨大应用潜力，符合绿色化学和循环经济原则。尽管面临原料一致性、实际废水处理效能和长期环境安全等挑战，但通过持续的研究与开发，生物废弃物衍生材料有望在应对水污染和促进资源循环利用方面发挥越来越重要的作用。