综述：生物合成银纳米颗粒用于工业染料降解

随着全球工业活动的增加，水体、空气和土壤中的污染物也随之增加。染料被认为是排入工业废水并进入水体的主要污染物之一。染料进入环境的主要工业来源包括纺织、化妆品、制药、油漆、食品、造纸、皮革等行业。水体中的染料对人类健康、水生生物和动物产生不利影响。标准处理方法如化学沉淀、膜分离、吸附等存在成本高、去除不完全以及产生其他污染物等局限性。近年来，使用银纳米颗粒（AgNPs）进行染料降解被发现是一种良好的替代方法，已有报道称单一染料体系的降解率≥90%。本综述介绍了生物合成银纳米颗粒在环境染料修复中的应用。银纳米颗粒近年来在环境修复、催化、能源和医学等领域受到广泛关注。银纳米颗粒的绿色合成产物稳定，整个过程简便。绿色合成工艺的优点包括快速、简单、廉价、环保、使用温和条件，并且与多种生物分子高度兼容。因此，使用生物合成银纳米颗粒去除染料可以改善水质并确保环境安全。

1. 引言

纳米技术是科学界一个引人注目的研究领域。"纳米技术"一词最早由日本科学家Norio Taniguchi于1974年提出，用于描述半导体纳米尺度加工方法。多年来，纳米技术已发展成为一个涉及原子和分子层面极小结构的广泛增强技术领域。纳米颗粒（NP）是指至少有一个维度在纳米（10^-9）范围内的材料。纳米颗粒（纳米材料）因其在医学、能源、催化、光学、环境研究等领域的显著相关性而在当今科学时代备受关注。纳米颗粒的催化活性近年来受到工业界和科学研究界的高度重视。纳米颗粒的独特性归因于其高比表面积。

新型银纳米颗粒的合成因其非凡的性质而在纳米颗粒中备受瞩目，这些性质包括高稳定性、表面等离子体共振（Surface Plasma Resonance, SPR）、生物相容性以及广泛的应用前景。其应用包括抗真菌、抗氧化、抗癌、抗菌、生物传感器、防腐、药物递送等。其生物医学应用（如抗菌性）展示了其在多方面环境应用中的潜力。银是金属纳米材料中最受追捧的纳米颗粒之一，全球年产量约为300吨。

对银纳米颗粒（AgNPs）绿色合成的关注源于限制使用对环境构成威胁的严苛合成程序及其衍生物的需求。快速工业化导致排入水体的污染物增加。污染物在水体中的存在影响人类生活、水生生物和动物。除草剂、重金属等污染物正被排入水体，导致水质日益下降。Khan和Malik指出，排放大量染料废水的行业包括化妆品、油漆、皮革和纺织。染料是致癌物质，加剧了当前环境和健康问题的严峻性。每年生产大量染料，其中超过10%最终以废水形式进入水系统。清洁水资源短缺，地球上仅有2.5%的水适合饮用和灌溉。全球数十万人面临水资源短缺问题。

染料在水生环境中的存在据报道会阻碍光穿透，导致富营养化，升高生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand, BOD）、化学需氧量（Chemical Oxygen Demand, COD）、pH值、可溶性固体，阻碍光合作用并抑制植物生长。它们还导致水体呈现令人不适的颜色，妨碍娱乐活动。根据世界银行报告，染料占全球水污染的17%-20%，化学性质稳定且不可生物降解。染料废水的热稳定性和光稳定性导致其生物降解性差。它们溶解度低，即使浓度很低也具有很强的毒性。染料具有致癌性，迫切需要去除。染料可分为有机染料和无机染料。

作者进行的关键全面文献调查表明，过去五年（2021-2025）缺乏针对使用生物合成银纳米颗粒（AgNPs）催化降解染料的关键实用综述。因此，本综述详细研究了绿色合成银纳米颗粒对各种染料的光催化降解。已有多篇关于染料降解的综述，但关于生物合成银纳米颗粒应用的综述较少。

2. 染料的分类及其来源

染料具有助色团和发色团组分。助色团（NO、NO₂、N=N）负责增加染料对纤维的亲和力，而发色团（Cl、NH₂、NR₂、OH、COOH、NHR）负责颜色。工业废水的有机含量、危害特性和颜色用于表征废水。染料生产可根据其来源分为合成染料或天然染料。

2.1. 天然染料

天然染料是天然存在的有机化合物，几个世纪以来一直用于为产品提供颜色，包括皮革、丝绸、棉花、羊毛、食品等。历史上，天然染料从植物、昆虫、动物、矿物来源和植物中获取。早期纺织工业中使用的天然染料包括指甲花、姜黄、黄木、洋葱、桉树、菠萝蜜、橡树瘿、核桃壳、藏红花、茜草、靛蓝等。天然染料的生产未能满足快速增长的纺织业需求，因为其生产工艺无法大量生产。随着工业活动和人口的增长，天然染料在20世纪未能获得足够关注。由于近期的环境意识，人们再次转向使用对环境问题较少的天然染料。天然染料还具有其他优点，如易于获取、可生物降解和可再生。天然染料的生产使用最少的化学品，从而减少污染。天然染料通常受到过敏或敏感人群的青睐，因为它们危害较小且具有低过敏性。天然染料具有独特的性质，例如耐光性、色牢度及其抗褪色能力，使其在众多应用中备受追捧。

2.2. 合成染料

对改进着色剂的需求导致了19世纪合成染料的发现。William Henry Perkin在尝试合成奎宁时，意外地从煤衍生物中发现了第一种合成染料——苯胺紫（mauveine）。这一发现催生了合成染料工业，因为苯胺紫提供了一系列从天然染料中无法获得的一致颜色。随后进行的研究促进了19世纪末全球合成染料工业的建立。当今工业中有许多类别的合成染料，包括偶氮染料、分散染料、还原染料、直接染料、活性染料、酸性染料、碱性染料。合成染料已广泛应用于食品、皮革、塑料、造纸和纺织工业。除分散染料和还原染料外，几乎所有合成染料都溶于水。因此，其使用可能导致水中存在微量金属离子。合成染料具有复杂的化学结构，使其排放到环境中时难以降解，导致环境污染增加。已有大量研究使用纳米颗粒降解这些染料，因为传统方法无法完全去除它们。金属纳米颗粒已表现出抗菌、抗真菌、催化性质、快速还原和氧化效应，使其成为管理污染废水的理想选择。

3. 银纳米颗粒的不同合成方法

金属纳米颗粒可以使用自上而下（top-down）和自下而上（bottom-up）方法合成。自上而下方法包括将可见颗粒破碎成纳米颗粒，自下而上方法从原子开始生长至纳米尺度颗粒。这两种方法利用三种不同的方法：化学、物理和生物方法，但物理和化学方法的程序会产生有害物质。使用环境友好的生物方法正日益受到关注。

3.1. 物理方法

物理方法使用自上而下方法，以整体材料为来源，逐步减小以产生精确的纳米颗粒。该方法比化学方法更环保，因为它不使用任何溶剂。使用的方法包括机械研磨、电弧放电、离子注入、惰性气体合成、电子束光刻、激光烧蚀、研磨、蒸发-冷凝和气相合成。然而，所有这些方法都极其昂贵，需要重型仪器、高温高压条件和大量能量。最常用的物理方法包括激光烧蚀法和蒸发-冷凝法。

激光烧蚀法涉及在流动反应器中合成纳米颗粒，其中气态或液态前驱体由于前驱体混合物中至少一部分吸收CO₂激光而热分解。试剂气体在加热时降解，导致聚集体成核并快速生长。激光烧蚀法高效且不使用化学品，因此符合绿色化学的关键要素且环保。通过控制激光脉冲数量可以调节纳米颗粒的尺寸。该方法可生产高纯度银纳米颗粒，颗粒通常具有高反应活性。激光烧蚀法的主要限制是使用高温，因此不太经济，尚未实现工业化规模生产。

蒸发-冷凝法使用管式炉合成纳米颗粒。在该方法中，源材料如名称所示转化为载气。它可以产生相当数量的纳米颗粒。然而，该方法存在一些缺点，包括达到热稳定性所需的长时期、所需的高能量（这也增加了周围环境的温度），以及炉管巨大占用大量空间。对于新颗粒的形成和颗粒尺寸减小，采用碰撞喷射、振动和振荡磨、行星磨和机械研磨方法。

3.2. 化学方法

化学方法是银纳米颗粒合成中最常见的方法，但益处有限。与生物方法一起，它们使用自下而上方法，分子和原子聚集形成一系列纳米颗粒。其主要缺点是它们不够绿色，程序涉及苛刻条件的使用。化学方法使用水和有机溶剂。毒性后果非常显著，因为引入了稳定剂、还原剂等有害化学品。这使人类和环境暴露于化学毒性，因此限制了其应用，特别是在生物医学生产中。因此，需要开发一种简便、环保且低成本的AgNPs商业化制备方法。

已采用多种化学方法制备银纳米颗粒，包括植物化学辐射、溶剂热合成、金属盐的化学还原、热解、电解、共沉淀和溶胶-凝胶法。所有方法都需要三种反应组分：金属前驱体、还原物质和稳定剂。溶胶-凝胶法是最常用的化学方法之一。它使用硼氢化物、柠檬酸盐、抗坏血酸盐和氢气等有机或无机还原物质。该方法通过将源材料转化为胶体来生成金属氧化物，胶体作为复杂系统的起始材料。由于金属离子被还原，合成的纳米颗粒由稳定剂稳定。这些稳定剂可以是配体、表面活性剂或聚合物。常用的保护剂包括甲基丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮、乙二醇、乙烯醇和聚甲基丙烯酸甲酯。该过程得到的纳米颗粒排列良好且均匀。化学方法中使用的各种化学品使该过程对环境不友好。纳米颗粒产率相当高，获得的纳米颗粒均匀且形状良好。

3.3. 生物方法

生物方法是物理和化学方法的替代选择，因为它更环保、快速、廉价且易于放大。据报道，在实验室规模上，AgNPs的绿色合成与化学路线相比，每单位产品的原材料成本低36%，这归因于其使用免费的生物提取物、在环境温度和压力下操作，在相同条件下高产率。Lina等进行的技术经济初步成本分析发现，使用印楝（Azadirachta indica）的绿色合成路线每批次产生7.1 mg AgNPs，成本为0.0239美元，而化学路线产生3 mg AgNPs，每毫克AgNPs成本为0.0373美元。

绿色合成方法利用真菌、植物、动物和微生物。这些生物具有一些能够将Ag⁺原位还原形成银纳米颗粒的生物分子和酶。这些生物分子的例子包括蛋白质、生物碱、蒽醌、辅酶、维生素、萜类化合物、酚类。生物分子同时充当还原剂、稳定剂和封端剂。生物方法的产品免受污染，因为该程序仅使用温和的试剂，因此对人类健康影响最小，因为银纳米颗粒已用于药物递送。

多种前驱体已用于生物合成，包括硝酸银、醋酸锌、氯金酸、硫酸锌、硝酸铁、氯金酸等。文献表明，使用生物提取物合成AgNPs可形成尺寸和形状高度可控的颗粒。绿色合成纳米颗粒的尺寸和形态通过控制影响其形成的因素来调节，如pH、前驱体浓度、转速、温度和光照。

3.3.1. 植物生物合成

使用植物合成银纳米颗粒确保纳米颗粒无病原体，且过程环保安全。植物合成银纳米颗粒的机制由植物提取物中存在的多种植物化学物质完成。报道的植物化学物质包括谷胱甘肽、萜类化合物、生物碱、类胡萝卜素、醌类、黄酮类、酚类，它们除还原金属离子外还负责稳定和封端。

例如，Acalypha wilkesiana据报道含有皂苷、酚类、三萜和类黄酮等植物化学物质，可还原银离子并稳定银纳米颗粒。Alghoraibi等在桉树（Eucalyptus camaldulensis）工作中的研究表明，银离子生物还原为银(0)归因于酚类。桉树是一种丰富的植物，应加以利用以生产可用于各领域的纳米颗粒。大多数用于纳米颗粒形成的植物具有传统药用价值。例如，吊灯花属（Ceropegia）植物具有可用于银纳米颗粒形成中还原剂的植物化学物质。吊灯花属植物的植物化学物质传统上被用作治疗胃肠疾病、腹泻、痢疾、泌尿系统疾病等的阿育吠陀药物。

过去十年的Scopus搜索数据显示，关于使用植物提取物合成银纳米颗粒的研究文章有18377篇，而微生物合成的有2523篇。数据表明，过去十年使用植物提取物绿色合成银纳米颗粒的研究相比微生物合成有巨大增长。微生物生物合成的研究受到该过程所需的高无菌条件和维护的限制，这也限制了其商业应用。

3.3.2. 利用细菌、真菌、藻类和酵母的生物方法

使用微生物的生物方法多年来也备受关注。细菌是最受欢迎的微生物，因为相对易于操作且环保。细菌也存在丰富，因为它们具有高生长速率、培养廉价、可在极端条件下生存且易于操纵。与真菌类似，细菌纳米颗粒合成通过胞外和胞内机制进行。胞内合成过程中，金属离子与细菌细胞壁和酶细胞壁之间的静电吸引导致还原。对于胞外合成，细菌细胞分泌的还原酶有助于将金属离子还原为纳米颗粒。

真菌释放多种酶和蛋白质，有些可用于支持纳米颗粒的可持续生产。真菌的合成机制可以是胞内或胞外的。对于胞内机制，金属起始材料引入菌丝体并内化于生物质中。这需要从生物质中释放纳米颗粒的程序，如化学处理、过滤、离心等。因此，胞外机制是真菌最常见的，因为它不需要提取过程。该机制在将金属前驱体引入仅含真菌生物分子的水滤液后产生游离纳米颗粒。

藻类富含蛋白质、色素、肽和次级代谢产物，可作为纳米尺度材料。其潜在机制是胞内或胞外的。在细胞内，细胞壁内的酶可以还原金属前驱体；对于胞外，细胞膜外并由细胞释放的酶可以将金属离子还原为纳米颗粒。酵母通过胞内和胞外机制还原产生纳米颗粒。

4. 染料修复处理策略

已采用多种策略管理含染料废水，包括化学、物理和生物程序。物理和化学方法需要更多能量和化学品，使其在经济上不方便，尤其对发展中国家而言。它们也未能去除持久性染料或其副产物，导致大量生物固体，构成二次污染风险，需要复杂方法。已设计出生态友好的染料降解策略，包括微生物分解、酶分解、厌氧分解、好氧分解。

4.1. 物理方法

物理方法包括吸附、混凝/絮凝和膜过滤等技术。

4.1.1. 吸附

吸附在染料水处理中备受关注，因为它能有效处理高浓度染料废物，成本低，且有再利用和回收的可能性。该过程依赖于吸附剂结构去除染料的能力。影响吸附剂吸附能力的因素包括孔体积、比表面积、孔径和分布。活性炭是最常用的吸附剂，但由于成本高使用受限。多种吸附剂因其比活性炭成本低而用于染料废水处理，包括沸石、硅胶、氧化铝和活性炭。

沸石用于染料去除受到其扩散限制。天然沸石具有分子尺寸显著的孔隙结构，已提出许多预处理来改善天然沸石，如使用表面活性剂、热和酸。文献报道了3A分子筛吸附剂对染料的吸附。还提出了使用小麦、玉米、泥炭、飞灰等经济吸附剂进行染料去除，但由于污泥产生量高以及再利用和再生挑战，其使用受限。

混凝/絮凝能够去除高分子量染料，随后进行沉淀、浮选、过滤。然而，该程序有限制，即不能去除高溶解性阳离子低分子量染料。膜过滤也已用于去除染料，效率高且成本低，但难以再利用。纳滤在其他膜方法中备受关注，因其显著特性包括大孔径、成本效益、高容量和用户友好操作。

4.2. 化学方法

常用的染料修复方法包括臭氧氧化、电芬顿法和光催化。合成染料难以降解，处理它们可能导致产生降解副产物，其中一些具有致癌性。电芬顿程序是一种电化学技术，据报道能够去除混合合成染料的强烈颜色及其在水生环境中的生态毒性效应。该过程利用由芬顿试剂（Fe²⁺：催化剂和H₂O₂：氧化剂）产生的羟基自由基。电化学原位催化产生羟基自由基。文献报道电芬顿过程可有效降解偶氮染料。电芬顿过程的限制在于该过程具有复杂要求、低回收率、由于染料分子和试剂的絮凝产生更多污泥，以及非常窄的操作范围。然而，它价格低廉，可去除COD，并可去除可溶性和不可溶性染料的颜色。

臭氧氧化被归类为高级氧化技术，在染料降解方面引起相当大兴趣。臭氧是一种强氧化剂，可在高pH下产生羟基自由基，羟基自由基强大且无选择性。因此，臭氧可有效破坏染料复杂环、官能团和染料发色团的共轭双键，导致碎片化为无色分子，降低废水颜色。臭氧氧化的优点是它非常有效、对生物风险最小（因为不使用其他化学品）、速度快。臭氧氧化的主要缺点是臭氧成本高、不能去除COD、缺乏控制以及对分散染料无效。

光催化是另一种高级氧化过程（Advanced Oxidation Process, AOP）。该方法通过用能量等于或高于光催化剂带隙的紫外辐射照射光催化剂来进行。这将诱导电子从价带激发到导带，从而产生电子-空穴对。这些电子和空穴然后转移到催化剂表面，用于产生活性氧自由基。多种光催化剂已用于染料降解，包括ZnO、TiO₂、Cd、WO₃。光催化的优点包括：暴露于光时高效产生OH^-自由基、使用非常温和的条件（即低压和低温）、不产生有害物质、需要最少的能量和运营成本、可扩展且可适应任何设置。

4.3. 生物方法

用于处理染料废水的生物方法包括利用真菌、细菌、藻类、酵母、酶以及其他微生物。降解可通过好氧、厌氧或组合过程进行。利用酶处理含染料废水在生物处理中非常常见。酶具有高度特异性，因此能有效降解持久性染料。该过程可在广泛的盐度、温度、pH范围内以及非常高的染料浓度下进行。植物过氧化物酶的使用备受关注，已用于降解染料。

真菌系统可以分泌木质素降解酶，包括漆酶、锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶，这些酶能够降解染料。细菌降解可通过利用单一或混合细菌菌株完成。多种细菌种类已被报道能有效降解偶氮染料，包括枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）、变形杆菌属（Proteus sp.）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和恶臭假单胞菌（Pseudomas putida）。偶氮染料分解的机制包括两阶段过程：首先在厌氧条件下N=N键断裂，然后是好氧分解芳香胺。厌氧分解产生CO₂和H₂O。

生物方法因其成本效益高、环保而被广泛使用，但这些过程不能去除所有染料且动力学缓慢。

5. 银纳米颗粒用于染料降解

使用物理化学和生物过程还原染料通常效果不佳、耗时且在高废水浓度下方法学要求高。使用传统方法处理高浓度染料废水可能存在问题，因为效率降低、处理时间延长和技术要求提高。因此，现在大量研究聚焦于使用金属纳米颗粒进行染料降解。纳米材料因其小尺寸而备受关注，小尺寸使其具有大表面积用于吸附、低扩散阻力。

根据文献，生物合成纳米颗粒降解染料的机制归因于光照时在价带和导带中同时产生电子-空穴对。OH^·和O₂^·-超氧自由基分别由生成的自由空穴和电子与H₂O和O₂分子的氧化还原过程产生。当AgNPs表面吸收阳光时，电子和正空穴容易迁移，从而提高降解效率。OH^·自由基可作为氧化剂和吸附平衡降解染料为简单产物，如二氧化碳、水和无机离子。生物合成AgNPs的自由基产生通过捕获实验得到确认的研究已有文献记录。进行了自由基清除剂实验以确定降解过程中占主导地位的反应物种。使用了多种清除剂，如异丙醇、苯醌（用于超氧自由基O₂^·-）、乙二胺四乙酸钠（EDTA，用于正空穴）。

四种自由基物种在染料降解中活跃，即羟基自由基（^·OH^-）、光生空穴（h⁺）、超氧阴离子自由基（^·O₂^-）和电子。AgNPs在紫外光下的光催化性质可能归因于表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）性质。研究人员多年来研究了AgNPs用于不同染料降解的应用。文献中还有其他探索使用多金属Ag纳米颗粒的研究，例如Ag双金属纳米颗粒，因为它们具有协同效应，如Ag-Cu。

报道表明，相同纳米颗粒在相同条件下可给出不同的降解效率，表明这些纳米颗粒表现出染料特异性相互作用。多种变量影响生物合成银纳米颗粒对染料降解的效率，包括温度、纳米颗粒尺寸、纳米颗粒结构、接触时间、pH等。Saba等报道形状和尺寸影响催化降解。随着AgNPs尺寸增加，表面积也增加，因此活性位点增加，结合面积增强，染料降解速率可提高。Wonglakhon等观察到使用生物废物制备的约4 nm AgNPs在一分钟内对甲基橙的降解效率>99%。Mota等对甲基橙降解进行了实验，报道AgNPs的尺寸和形状影响染料降解。他们报道各向异性纳米颗粒（如Ag棒、棱柱）表现出更优越的光降解效率。各向异性形状（棒/棱柱、树枝状）具有增强的等离子体增强和增加的晶面多样性，使其具有更高的光催化效率。Shafiq等使用辣木（Moringa oleifera）叶提取物制备树枝状和球形银纳米颗粒，报道树枝状AgNPs显示出增强的催化降解活性，对甲基橙和亚甲基蓝染料的降解百分比分别达到92.2%和91.0%，而球形AgNPs分别为66.6%和58%。

文献报道表明，在AgNPs存在下，使用阳光照射可增加染料脱色速率。Mechoure等在其使用Streptomyces tuirus菌株基AgNPs降解亚甲基蓝的研究中发现，使用阳光比紫外线辐射导致更多降解。然而，Periyasami等在其使用大戟属植物（Euphorbia granulata）提取物基AgNPs降解甲基橙的研究中发现，使用紫外线辐射比阳光导致更多降解。需要更多研究来比较阳光和紫外线对染料降解的影响。多篇文献报道阳离子染料通常比阴离子染料降解得更多，这归因于其结构上的正电荷。

5.1. AgNPs的稳定性、可重复使用性和可再生性

虽然AgNPs因其大表面积和高电子转移能力而表现出强催化性质，但有许多因素影响其在染料降解中重复使用保持高催化活性的能力。这些因素包括AgNPs的抗聚集性、稳定性和表面性质。随着时间推移，AgNPs表面可能被氧化，其形态可能改变。浸出也可能发生，导致催化活性下降。此外，残留染料分子、副产物、污染可能导致光催化剂表面堵塞，意味着后续循环中效率下降。

可回收性和稳定性对于AgNPs的实际应用和环境修复可持续性评估非常重要。这些特性降低成本并维持持久高效的催化性能。可回收性还减少AgNPs的环境影响。大量研究证实，生物合成AgNPs能够在多次使用中保持其催化活性。Asmare等报道，在类似条件下，亚甲基蓝降解五个循环后去除效率仍超过97%。Kurra等研究了香茅（Cymbopogon citratus）基AgNPs对亚甲基蓝染料的可回收性，发现降解效率在12个循环中保持高位，在95%至97%之间波动，第10个循环后略有下降。Panneerselvi等使用芒果（Mangifera indica）基AgNPs降解亚甲基蓝，发现五个循环后催化剂活性没有明显下降。

AgNPs的可重复使用性可通过使用稳定剂和再生策略来提高。Mandal等研究了苦郎树（Clerodendrum infortunatum）叶提取物AgNPs在混合溶液（结晶紫、硫堇T和亚甲基蓝）中的可重复使用性。AgNPs对每种染料在四个循环中光催化活性没有下降（<9-12%），表明AgNPs可在多种染料存在下多次使用。光催化效率的轻微下降可归因于质量的小损失以及降解并粘附在催化剂表面的染料分子。AgNPs的再生已通过用MilliQ水和乙醇洗涤完成。然而，再生过程耗时，涉及分离、洗涤和干燥。

6. AgNPs的毒性

AgNPs的有害性质是其作为光催化剂应用的另一个挑战。虽然绿色合成路线确实减少了有毒化学品的产生，但存在对长期环境影响和AgNPs浓度依赖性细胞毒性的担忧。AgNPs是最有效的纳米颗粒之一，在人类大脑类器官中低至0.1-0.5 μg/ml的浓度就观察到毒性效应。美国环保署（EPA）二级水标准中银为0.1 mg/L，高于类器官中神经发育毒性的浓度。AgNPs的毒性尚未充分探究。各种对绿色合成AgNPs进行的细胞毒性研究表明，细胞毒性取决于AgNPs的性质和生物体特征。需要了解AgNPs的毒理学影响。

存在担忧认为AgNPs一旦进入环境可能转化为更有害的物质。需要进一步研究以了解AgNPs在不同环境条件下的命运。盐度、温度、pH和其他有机物等环境条件可导致AgNPs释放到环境中后的转化。转化可影响毒性和迁移性，因为AgNPs的溶解度、反应性和聚集性可能改变。AgNPs在水中释放Ag⁺，可能对水生生物非常有毒。它们可引起氧化应激、破坏细胞功能、损害肝脏等器官。在鱼类中，鳃可能因AgNPs吸收而受影响，导致死亡。两栖动物也可能发育异常，土壤生物如蚯蚓也可能发生消化和组织损伤。如果人类吸入AgNPs，可能导致氧化应激、纤维化和慢性阻塞。

纳米颗粒的继续使用可导致其在沉积物中潜在积累，影响那里的生物。它们还可能存在释放到受纳水体的潜在挑战。需要开展研究以最小化AgNPs在染料废水处理使用过程中的环境足迹。已提出使用硫化过程将银转化为毒性较低的硫化银。研究人员报道银颗粒能够聚集成大颗粒，毒性较低，从而降低AgNPs的毒性。制定监管框架以控制废水中AgNPs的最低浓度对于控制其释放到环境中至关重要。

有众多国际努力来制定纳米材料分析标准，包括AgNPs。经济合作与发展组织（OECD）已建立一系列测试纳米材料毒性的指南，特别关注环境和健康影响。美国EPA将银列为优先污染物，欧洲委员会生物杀灭剂指令对银进行监管。世界卫生组织（WHO）已审查饮用水中银的毒性，但目前不推荐基于健康的指导值，理由是慢性暴露数据有限，但建议慢性暴露至0.1 mg/L应被耐受而无健康后果。需要不断完善这些指南，使其包含更先进和全面的测试方法。

7. 挑战与局限性

AgNPs的合成已有充分文献记录，该过程比传统方法更环保、更具成本效益。然而，绿色合成在大型工业规模上的应用不如传统方法广泛。该方法与传统方法相比，在可重复性和一致性方面仍存在挑战。例如，植物提取物成分因植物种类、生长条件、季节性和地理条件等因素而异。因此，不同植物可因其次级代谢产物（如萜类、黄酮类和酚类）成分不同而给出不同产率的AgNPs。使用不同植物给出不同的尺寸、形状和稳定性以及产率，这限制了研究。缺乏批次间一致性是一个重大挑战。缺乏全球公认的绿色合成方法使得数据比较和识别最优方法变得困难。

对合成过程机制缺乏理解使控制产品和合成过程变得更加困难。如果催化剂被能量等于或大于光催化剂带隙能量的光照射，电子从价带激发到导带，导致染料降解。然而，可能难以正确识别光催化剂的带隙能量，从而难以识别合适的光源。使用不正确的光源可导致高处理成本、低光催化效率、能源浪费。

另一个挑战是，在实际反应器中描绘染料光催化降解的机制是不可行的。已使用捕获、电子自旋共振测试等间接策略来理解降解机制。然而，需要准确和完整地理解降解机制。仍有理解降解机制的挑战，因为存在与机制研究相关的问题，如自由基生成选择性差、自由基转化途径不明确以及光激发自由基的不一致动态检测。

AgNPs聚集是另一个挑战。共存离子的存在可显著聚集AgNPs。Cl^-和SO₄^2-等阴离子可通过静电相互作用导致聚集，Ca²⁺和Mg²⁺等二价阳离子通过桥接提供聚集。聚集可改变银纳米颗粒的表面化学，从而影响其与染料的相互作用。聚集还据报道加速溶解有机物的还原，从而损害AgNPs在实际水中的稳定性。共存离子还可与AgNPs竞争染料上的活性位点，降低其催化效率。改进影响降解的参数，如催化剂用量、pH、温度和反应时间，通过使用统计模型、响应面方法，可帮助降低分析方法的成本和相关数字噪声，同时提高染料去除效率。AgNPs的潜在毒性是另一个可能限制其工业规模应用的主要挑战。

8. 未来展望

AgNPs光催化降解的预期最终产物是水、二氧化碳和一些代谢物。降解过程中和降解结束时产生的代谢物可能源于染料的复杂结构。这些小分子可能比原始染料毒性更大。需要对整个光催化降解过程中的这些小分子进行彻底研究。

大多数关于使用AgNPs降解染料的研究是在实验室中进行的。关于其工业规模使用的信息不足。最近，Franca等使用序批式反应器研究了AgNPs（20 mg/L）对纺织工业废水处理在厌氧-好氧长期运行（246天）中的影响，发现运行两周和一周后分别达到80-100%的降解效率。该长期反应器连续流操作的发现表明AgNPs在工业规模应用方面具有潜力。Huang等设计了一种使用超长羟基磷灰石纳米线装饰AgNPs的连续流通反应器。他们观察到在高通量（2000 L m^-2 h^-1）下快速催化亚甲基蓝降解（>99%）。他们的发现为设计先进的三维流通反应器提供了见解。需要更多放大研究以确保AgNPs在工业规模染料降解中的成功应用。从实验室到工业阶段的过渡很重要，因为它给出了AgNPs在染料降解中实际应用的理解。

还需要AgNPs合成的标准化，以确保批次间的可重复性，从而控制形状、尺寸和结晶度。需要开发确保无电子-空穴复合和催化剂在紫外光下 prolonged use的混合系统。需要进一步研究稳定策略以确保纳米颗粒的稳定性，因为存在可能危害环境的Ag⁺浸出潜力。还应开发固定化策略。

关于AgNPs可回收性的研究很少，需要更多研究，因为这可以降低成本并保护环境。还应更多关注废催化剂如何排放以避免污染环境。需要更多关于放大、再生、稳定性、毒性的研究，以及工业、政府、非政府组织和学术界之间的研究合作。

9. 结论

本综述探讨了排放到环境中的不同染料、不同的银纳米颗粒合成方法、染料修复策略、生物生产AgNPs用于染料降解的应用、AgNPs的稳定性/可重复使用性/可再生性以及AgNPs的毒性。合成染料是水和土壤污染的主要贡献者，因为工业活动不断增加。大多数工业废水排放到水体中的染料导致水体COD和BOD需求增加，从而限制其作为饮用水使用。水将对人类、植物和动物，特别是水生环境中的生物有害。

已提出多种染料去污方法，包括化学、生物和物理方法，这些方法均存在局限性。使用生物方法生产银纳米颗粒环保、快速且高效。文献报道银纳米颗粒可重复使用。因此，关注AgNPs的绿色生产至关重要，因为它们可以提供一种环保的染料降解处理方式。银纳米颗粒用于染料废水修复使其成为其他染料处理方法的替代选择。

综述揭示，AgNPs的降解效率归因于其绿色封端剂，因此具有生物相容性，并作为染料降解的光催化剂具有良好的稳定性。绿色合成的银纳米颗粒可用作光催化剂，净化水中的染料有机污染物。绿色AgNPs可通过作为催化剂的单一染料以及多种染料混合物有效降解。总之，综述还强调了绿色AgNPs染料降解机制的整体理解，AgNPs降解染料的能力主要归因于OH^·和O₂^·-。降解过程中染料分子被降解为小的无色产物，如CO₂、H₂O、SO₄^2-等。因此，银纳米颗粒的染料降解过程非常快速，产生较少有害产物。绿色合成AgNPs是一种有前途的可持续催化剂，因为它们平均可重复使用五个循环。