《Journal of Immunological Methods》：Cellulose beads composite-based sorbent for wastewater treatment: A bibliometric and comprehensive review
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本文通過文獻計量分析與綜合技術評估，系統梳理了纖維素珠基吸附劑的研究進展，涵蓋生物質原料、提取策略、珠制備及功能化方法。研究證實纖維素珠復合物在染料、藥物和重金屬吸附中表現出高容量和可重復使用特性，但標準化測試、實際應用驗證及規模化生產仍是主要挑戰，需進一步解決以促進工業化應用。
安德里·安塔·卡卡里布（Andriy Anta Kacaribu）| 尤利安尼·艾莎（Yuliani Aisyah）| 費布里亞尼（Febriani）| 穆罕默德·里夫基·福贊·達馬尼克（Muhammad Rifki Fauzan Damanik）| 達爾文（Darwin）
印度尼西亞班達亞齊Syiah Kuala大學研究生院農業科學博士項目，郵編23111
摘要
隨著工業擴張和化學品的密集使用，廢水復雜性迅速增加，這迫切需要高效、低成本的處理技術。本綜述結合了2000年至2025年的文獻計量分析和技術評估，以明確基于纖維素珠的吸附劑的研究進展。主要議題包括生物質原料、纖維素提取策略、珠子制備方法以及使用磁性納米顆粒、石墨烯衍生物、碳納米管（CNTs）、聚合物和金屬氧化物的功能化方法。這些工程化的珠子對染料、藥物和重金屬具有較高的吸附能力，并且具有穩定的重復使用性（>5–10次循環）。本文總結了吸附機制和結構-功能關系，以指導未來的設計。雖然纖維素珠復合材料作為符合可持續發展目標（SDG）6的可持續吸附劑展現出巨大潛力，但在標準化測試方案、驗證實際廢水中的性能以及擴大珠子生產規模方面仍存在挑戰。解決這些差距對于推動工業應用至關重要。
引言
工業活動的迅速擴張、大規模的城市化和全球人口增長導致廢水量顯著增加，其成分也變得越來越復雜[1]、[2]、[3]。來自紡織、冶金、農業和制藥等行業的廢水中常常含有有害污染物，如重金屬、合成染料和新興污染物（藥物化合物），這些污染物對人類健康構成嚴重威脅，并危及水生生態系統的可持續性[4]、[5]、[6]、[7]。因此，迫切需要有效、經濟且環境可持續的廢水處理技術，以符合可持續發展目標（SDGs），特別是旨在實現清潔水和衛生設施普及的SDG 6[8]、[9]、[10]。
基于生物質的吸附劑作為廢水修復的綠色替代方案受到了廣泛關注[11]、[12]、[13]。在各種生物基材料中，纖維素因其豐富性、可生物降解性、生物相容性以及豐富的羥基而成為有前景的吸附材料，這些羥基允許通過化學改性來提升吸附性能[14]、[15]。傳統上，纖維素被應用于粉末、薄膜、膜、水凝膠、微球和珠子等形式。多項研究報道了將纖維素薄膜與納米顆粒[16]、[17]、[18]、殼聚糖[19]、[20]或氧化石墨烯（GO）[22]、[23]、[24]混合或結合使用，從而實現對特定污染物的選擇性去除，同時保持結構完整性。盡管純纖維素或改性纖維素復合材料對多種污染物（如染料[25]）具有顯著的吸附能力，但仍存在機械脆弱性、吸附后分離困難以及重復使用性有限等問題。
盡管取得了這些進展，但在開發兼具高吸附能力、選擇性、機械強度和易于從處理水中回收的纖維素基吸附劑方面仍存在顯著差距。特別是傳統的粉末或薄膜型纖維素吸附劑在可擴展性和工業應用方面存在局限性。最近，開發纖維素珠復合材料成為解決這些挑戰的新策略[26]、[27]。通過將纖維素與功能性材料（如磁性納米顆粒、氧化石墨烯、碳納米管、殼聚糖或其他聚合物和金屬氧化物）結合，這些珠子有望具備多種優勢：高表面積、可控的孔隙率、均勻的粒徑分布以及易于從水溶液中分離[27]、[28]。
除了成分可調性外，珠子的形態在其他基于纖維素的形式中還提供了獨特的流體動力學和操作優勢。與可能導致壓降增大、污泥形成以及后處理固液分離困難的粉末吸附劑不同，珠狀吸附劑天然適合固定床或填充柱操作，因為球形顆粒具有更好的機械強度和耐磨性，從而實現連續流處理并控制床層滲透性[29]、[30]。與容易發生污染（例如孔堵塞、結塊和有機吸附）的膜相比，珠子具有更高的體積吸附能力和更均勻的質量傳遞[31]、[32]。鑒于這些過程相關性，基于珠子的吸附劑在動態固定床條件下得到了廣泛評估，實際性能指標包括突破性和耗盡行為[30]、[33]、[34]。這些過程層面的優勢使纖維素珠復合材料不僅成為高性能吸附劑，也成為與可擴展廢水處理系統兼容的實際工程單元[29]、[33]。此外，復合技術還賦予了多功能特性，包括通過交聯、接枝和/或酯化等先進化學改性技術實現易于回收的磁性響應性、提高的化學穩定性和對特定污染物的更強親和力[35]、[36]。
然而，盡管全球研究進展迅速，纖維素珠復合材料的開發和應用仍面臨若干關鍵挑戰。這些挑戰包括從多種生物質來源中高效分離纖維素、優化復合珠子的合成技術，以及將實驗室規模的研究成果轉化為工業規模的應用[37]。此外，當地生物質資源的利用尚未得到充分探索，特別是在印度尼西亞，該國擁有豐富的農業和種植園產業產生的木質纖維素廢棄物（如棕櫚油加工殘渣）。文獻計量分析是繪制全球研究格局、識別出版趨勢、科學合作網絡和持續研究差距的重要工具[38]。此類分析還有助于明確當前研究對可持續發展目標的貢獻，并為未來的研究方向提供指導。
因此，本綜述旨在全面分析基于纖維素珠復合材料的廢水處理吸附技術。它涵蓋了從各種生物質類型中提取纖維素的來源和方法、復合材料的合成和表征技術、對不同污染物的吸附機制、吸附劑的再生潛力以及工業規模應用的前景和挑戰。盡管纖維素珠作為吸附材料受到了越來越多的關注，但其他基于纖維素的形態（如水凝膠和微球）也具有類似的制備方法和吸附機制。因此，本文簡要討論了這些系統的相關發現，以全面了解基于纖維素的廢水處理吸附劑。此外，本文利用文獻計量分析描繪了過去二十年（2000–2025年）的全球研究演變，識別了重要的研究主題，并強調了印度尼西亞研究的潛在貢獻（該領域的研究相對不足）。希望本綜述既能作為全面的科學參考，也能為開發更有效、可持續和具有全球競爭力的吸附技術提供戰略基礎。
方法論
本研究所需的文獻計量數據來自Scopus數據庫（
https://www.scopus.com），獲取時間為2025年10月21日。該數據庫包含了2000年至2025年間發表的科學文章。下載的數據隨后使用VOSviewer軟件進行文獻計量網絡映射，并使用OriginLab軟件進行處理和呈現出版物趨勢圖表。文獻搜索使用了以下查詢：TITLE-ABS-KEY
概述
纖維素是地球上最豐富的生物聚合物，是廢水處理中基于珠的吸附劑的基礎前體。其化學結構是由β(1→4)-連接的D-葡萄糖單元組成的線性鏈，C2、C3和C6位點上帶有羥基，形成了豐富的氫鍵網絡，形成了半結晶微纖維，其中包含結晶和非晶區域（圖7）。這種結構賦予了材料良好的機械強度和吸附性能。
吸附性能
吸附性能是評估纖維素珠復合材料能否從實驗室驗證真正應用于實際廢水處理技術的關鍵指標。雖然纖維素珠提供了易于回收且結構穩定的支架，但幾乎所有有意義的性能都源自圍繞或滲透在珠子內部的工程化復合相。在過去十年中，研究人員系統地從……（原文此處內容不完整）
挑戰
- 來自農業殘渣、林業副產品或工業廢棄物的纖維素在結晶度、纖維素含量、灰分/礦物含量以及木質素/半纖維素殘留物方面存在差異。這些不一致性影響了珠子的機械穩定性、孔隙率、電荷密度和功能化效率。高純度的纖維素雖然具有更好的可重復性，但成本更高且對環境負擔更大。此外，許多“廢棄物衍生”的纖維素產品缺乏嚴格的……（原文此處內容不完整）
結論
基于纖維素珠復合材料的吸附劑代表了廢水處理的新興和可持續平臺，它們結合了可再生的纖維素骨架和可調的微觀結構及多功能復合域。正如本綜述總結的文獻計量趨勢所示，全球研究已從簡單的纖維素結構迅速發展到工程化的珠狀復合材料，這些復合材料可作為高效微反應器，實現選擇性污染物捕獲和高吸附能力。
CRediT作者貢獻聲明
安德里·安塔·卡卡里布（Andriy Anta Kacaribu）：撰寫初稿、進行形式分析、數據整理、概念構思。
尤利安尼·艾莎（Yuliani Aisyah）：撰寫、審稿和編輯、監督。
費布里亞尼（Febriani）：
穆罕默德·里夫基·福贊·達馬尼克（Muhammad Rifki Fauzan Damanik）：撰寫初稿、數據可視化、軟件應用。
達爾文（Darwin）：
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。
致謝
作者感謝Syiah Kuala大學（USK）在USK領先研究計劃——博士加速計劃（PRUU-PD）下的支持，該計劃由研究與服務研究所（LPPM-USK）協調。作者還感謝印度尼西亞高等教育、科學和技術部的LPDP教育捐贈基金，該基金隸屬于EQUITY計劃。
