《Journal of Hazardous Materials Advances》：Bioactive Compounds from Agro-Industrial Residues for Wastewater Treatment: A Systematic Review
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由家庭、工业和农业活动产生的废水增加了对可持续处理技术的需求。农工业废弃物是具有吸附（adsorption）、光催化（photocatalytic）、氧化（oxidative）和抗菌（antibacterial）特性的生物活性化合物（bioactive com
由家庭、工业和农业活动产生的废水增加了对可持续处理技术的需求。农工业废弃物是具有吸附（adsorption）、光催化（photocatalytic）、氧化（oxidative）和抗菌（antibacterial）特性的生物活性化合物（bioactive compounds，BCs）的有前景来源。然而，相关证据在生物质来源和处理应用之间仍较分散，限制了对趋势和实际挑战的理解。本系统综述分析了关于从农工业废弃物中提取和利用生物活性化合物去除废水污染物的研究。研究人员遵循PRISMA 2020指南在Scopus、PubMed和Web of Science中进行了文献检索。研究根据生物质来源、提取化合物、污染物类型、去除机制和处理效率进行评估。研究了来自茶、咖啡、柑橘、香蕉和洋葱废弃物的酚类化合物（phenolic compounds）和黄酮类化合物（flavonoids）。大多数研究（77.5%）集中于纳米颗粒的绿色合成，特别是银纳米颗粒（AgNPs）、氧化锌纳米颗粒（ZnONPs）和铁纳米颗粒（FeNPs），用于去除染料、重金属、农药和细菌。吸附、光催化降解、氧化反应和抗菌活性是主要去除机制，大多数研究报告的效率高于70%。总体而言，农工业废弃物在循环经济框架内显示出作为废水处理可持续原料的强大潜力。然而，研究仍停留在实验室规模并使用合成废水，这凸显了对真实废水研究、中试验证、材料可重复使用性、生命周期评价（life cycle assessment，LCA）和生态毒理学评估的需求。
1. 引言
废水来源广泛，传统处理技术存在能耗高、占地大、污泥产量多、对新兴污染物去除不足等问题。农工业废弃物因产量大、成本低且富含多酚、黄酮等生物活性化合物，成为循环经济背景下废水处理的潜在可持续原料。近期研究从直接利用废弃物吸附转向选择性提取活性组分，并将其用作污染物去除的活性剂或纳米颗粒绿色合成的还原与稳定剂。目前缺乏系统整合生物质来源、萃取方法、活性组成、应用途径、去除机制及性能的综述，本综述旨在填补这一空白。
2. 方法
本系统评价遵循PRISMA 2020指南，于2026年2月检索Scopus、Web of Science和PubMed。采用融合词频-逆文档频率（TF-IDF）、语义嵌入和网络结构分析的混合相关性指数（RI）对文献进行优先化，并通过蒙特卡洛敏感性分析确定权重。最终纳入40项研究。筛选后由两位评审者独立评估，Cohen's Kappa系数（κ）为0.777，显示高度一致。同时基于12项质量准则对纳入研究进行方法学质量评价。
3. 结果与讨论
3.1 混合权重方案的敏感性分析
敏感性分析显示，语义相似性对排序稳定性贡献最大，词汇与结构相似性在中等等级权重下保持稳定。最终采用词汇0.25、语义0.50、结构0.25的权重配置。两评审者筛选一致率为90.8%，κ=0.777，表明AI辅助筛选框架可重现且未替代人工判断。
3.2 文献计量分析
文献计量分析涵盖2405篇文献、701个来源、2965个机构和94个国家。2015—2018年为探索期，2019—2023年稳步增长，2024—2025年急剧上升。中国（4407位作者）和印度（1118位作者）贡献最大。关键词分析显示，研究重心从重金属毒性转向生物质吸附、生物修复和微藻等可持续技术；主题演化至2025年更聚焦废水处理与生物活性化合物。
3.3 纳入研究的特征
40项研究分为两类：直接应用生物活性提取物和利用提取物绿色合成纳米颗粒。主要生物质包括茶（Camellia sinensis）、咖啡、柑橘、香蕉、洋葱等。茶和咖啡废弃物在亚洲、欧洲和非洲研究中占主导。
4. 生物质分布、提取方法与主要生物活性化合物
4.1 生物质来源
叶片是最常用的植物部位，其次是混合残余物和果皮。茶是最频繁使用的原料，主要来自废弃茶叶和茶渣；咖啡渣、柠檬皮、橙皮、香蕉皮和洋葱废料也常见。生物质选择主要取决于当地可获得性和加工便利性。
4.2 提取与纯化方法
热水提取是最常用的方法，适用于软质组织；果皮类则采用水、乙醇、超声辅助或酸水解。提取后常通过过滤和离心进行简单纯化。文献对提取率、溶剂回收、能耗等过程指标报告不充分，限制了对工艺效率的定量比较。
4.3 主要生物活性化合物
酚类物质（polyphenols、flavonoids）是最常见的活性成分，少数研究涉及果胶（pectin）、木质素（lignin）、柠檬烯（limonene）等。多酚的芳香环和羟基赋予其吸附、氧化还原及纳米合成能力。
4.4 生物活性化合物对污染物去除的机制贡献
在吸附中，羟基、羧基和甲氧基通过静电吸引、氢键、π-π相互作用、螯合及离子交换结合污染物。酚类和黄酮类对Cr(VI)、Cd(II)、Pb(II)等重金属的去除尤为有效。果胶等高分子多糖可促进絮凝桥接。氧化还原性多酚可作为电子供体还原目标物。过氧化物酶类（如来自废弃卷心菜）主要通过催化氧化降解污染物。
5. 纳米颗粒的绿色合成
绿色合成是主要应用途径，占31/40项研究。植物提取物中的多酚、黄酮等充当还原剂和封端剂，影响纳米颗粒的尺寸、形貌和稳定性。三种主要纳米颗粒中，FeNPs去除效率中位值最高（91.0%），其次是AgNPs（82.83%）和ZnONPs（72.0%）。
5.1 银纳米颗粒（AgNPs）
AgNPs应用范围广，涵盖光催化、吸附和抗菌，染料去除率43.47%—98.50%，但性能随污染物和合成条件显著变化。多数研究使用合成废水，仅一项采用真实废水，可重复使用性评估也有限。
5.2 氧化锌纳米颗粒（ZnONPs）
ZnONPs主要用于染料的光催化降解，去除效率12%—98.33%，变异性大。其性能受粒径、照射强度、pH和初始浓度影响。锌离子释放及生态毒性有待评估。
5.3 铁纳米颗粒（FeNPs）
FeNPs可去除染料、重金属、氯代挥发性有机物和药物，效率高且谱宽。例如对氯代化合物去除率约91%，对Cr(VI)达97.3%。但不同材料的氧化态、粒径和表面涂层差异使结果难以比较。
6. 目标污染物、去除机制与效率
染料和细菌是最常见目标，其次为重金属和农药。光催化降解是最常报道的机制，吸附主要用于重金属和有机物去除。重金属去除效率通常超过90%，如Cr(VI)可完全还原。吸附容量报告范围2.75—276.06 mg/g，动力学多符合伪二级模型，热力学参数报告较少。仅10项研究评价了材料可重复使用性，多数可维持3—6个循环且效率保持80%以上。
7. 新兴趋势与方法学局限
77.5%的研究聚焦纳米颗粒绿色合成，反映出向多功能系统发展的趋势。主要局限是33项研究使用单一溶质的合成废水，缺乏真实废水验证；所有研究均为实验室规模。pH调节依赖酸碱，增加了成本和可持续性压力。材料稳定性、纳米颗粒释放和生态毒理研究不足。
8. 本综述的局限性
文献以实验室规模为主，缺乏可量化的环境足迹、能耗、溶剂回收、运行成本等数据，因此无法进行可靠的技术经济分析或生命周期评价。生态毒理信息和商业化监管信息也很有限，本研究作为科学证据评估，而非全面环境安全或经济竞争力评价。
9. 未来展望
未来应在连续流系统中进行中试验证并使用真实废水，评估水力学性能、材料剂量、长期稳定性及纳米颗粒保留。技术经济分析应纳入生物质供应、提取率、溶剂与能耗、合成产率、再生循环和处理成本。同时应优先开展比较生命周期评价和生态毒理评估，并整合生物质预处理、提取、材料合成、废水处理及再生利用的工艺链。
10. 农工业废弃物生物质增值与废水处理的概念整合
农工业废弃物处理废水的性能依赖于生物质特性、提取条件、活性成分组成、材料性质、污染物特征和去除机制之间的互联路径。去除效率不应视为生物质或纳米颗粒的固有属性，而是整个系统在特定条件下的综合响应。未来研究应沿“生物质—提取—活性—材料—污染物—可持续性”的集成框架推进。
11. 结论
本综述表明，农工业废弃物可作为废水处理用生物活性化合物的可持续来源。酚类化合物和黄酮类化合物主要来自茶、咖啡、柑橘、香蕉和洋葱废弃物，其主导应用为绿色合成AgNPs、ZnONPs和FeNPs。染料和重金属是最常研究的污染物，吸附和光催化降解为主要去除机制。尽管效率普遍较高，但证据仍以实验室合成废水为主。未来必须开展中试验证、可重复使用性、技术经济评估、生命周期评价和生态毒性研究，以推动实际应用。
