水污染是一个日益严重的全球性问题，对人类健康、生态系统和可持续发展构成了严重威胁。快速的工业化、城市化和人口增长导致水中的重金属、有机染料、药物、微塑料等污染物含量不断增加[1],[2],[3]。传统的净水技术（如化学氧化、膜过滤、离子交换）通常存在高能耗、二次污染、废弃吸附剂难以处理以及运营成本高等缺点[4],[5]。在这种情况下，吸附技术因其操作简便性、成本效益和对多种污染物的高去除效率而成为最有前景的方法之一[4],[6],[7]。可生物降解的水凝胶吸附剂因其三维聚合物网络、高吸水能力、可通过化学改性、交联和复合形成进行功能调节以及潜在的较低生态足迹而成为环保且高效的水处理材料[8],[9],[10]。已经探索了壳聚糖、纤维素、海藻酸盐、明胶等天然聚合物与氧化石墨烯（GO）或活性炭（AC）等纳米材料的复合材料，以增强吸附能力、选择性和可重复使用性[8],[11],[12]。
尽管基于水凝胶的吸附剂取得了快速进展，但仍存在一些关键问题阻碍其广泛应用，包括大规模应用的可行性有限、对长期稳定性和生物降解途径的理解不足、潜在的环境安全问题以及缺乏全面的生命周期可持续性评估[13],[14],[15]。例如，Khademi等人报道了一种基于壳聚糖的纳米复合水凝胶，其对Pt(IV)和Sn(II)的初始吸附性能良好，但经过多次再生后性能下降，机械稳定性成为一个关键限制，且降解途径尚未明确[16]。Umar等人设计了一种基于海藻酸钠的复合水凝胶，在批处理条件下实现了高去除效率，但其连续流动下的长期稳定性和在自然环境中的生物降解行为尚未评估，这些实际应用的关键方面仍未解决[17]。
根据使用搜索关键词“hydrogels” AND “water” AND “treatment”在Scopus中检索到的记录（图1），共识别出约7342篇文献，2015年至2025年间出版活动显著增加，2018年后增速尤为明显。这一趋势反映了人们对用于水和废水处理的水凝胶基材料研究的兴趣日益增长。中国是主要贡献者，其次是美国、印度和伊朗，表明各地区在材料驱动的环境研究方面投入较大。最活跃的作者包括Pande、Chaurasiya和Pourmaddadi，他们主要关注水凝胶合成策略、吸附性能和污染物去除机制。相应地，主要的研究领域包括材料科学、化学和化学工程，突显了该研究领域的跨学科性质。
尽管出版物数量迅速增长，全球参与度也在扩大，但对文献的仔细审查表明，大多数研究仍集中在实验室规模的吸附实验上，通常强调在优化条件下的最大吸附能力。对于长期生物降解性、生命周期可持续性、再生耐久性和在实际废水基质下的验证关注相对较少。为了对这些局限性进行批判性评估，本研究采用了一种基于2015年至2025年间发表在Scopus数据库中的同行评审实验研究的结构化叙述性综述方法。从最初的记录中选取了约100篇实验研究进行详细批判性分析，并参考了约30篇综述文章以提供背景信息和基准对比。文章选择侧重于提供足够方法学细节的研究，以便对水凝胶设计策略、吸附行为、材料稳定性和环境相关性进行批判性评估；缺乏实验验证或详细吸附分析的研究未进行深入讨论。这种方法有助于跨研究进行比较分析，同时保持对设计相关性和实际应用性的明确关注。
最近的综述文章探讨了用于水处理的可生物降解和生物基水凝胶，强调了多种合成方法、功能化策略以及针对淀粉、海藻酸盐、阿拉伯胶和纤维素等天然聚合物的特定污染物应用。总体而言，这些研究表明水凝胶在去除重金属、染料和持久性有机污染物（如全氟和多氟烷基物质（PFAS）方面的多功能性，同时也指出了在机械稳定性、可扩展性、再生和可持续性方面的挑战。然而，大多数现有综述仍然主要是描述性的，主要报告吸附能力和材料化学性质，缺乏跨研究的标准化比较和对实验稳健性、环境安全性和转化可行性的充分批判性评估。它们经常强调纳米材料、混合网络和先进制造方法在提高吸附性能方面的潜力，但未能将这些进展整合到一个连贯的、以设计为导向的框架中，将材料选择、性能权衡、生命周期考虑和应用准备度联系起来。在这方面，本文通过提供系统的比较分析，将水凝胶设计策略与吸附效率、方法学限制、可持续性指标和工业转化前景联系起来，从而填补了当前水凝胶基水处理文献中的一个关键空白。表1用于将本综述与最近的文献调查（2024–2025年）进行对比，明确指出现有综述如何单独强调材料类别或污染物类型，而缺乏对方法学稳健性、生命周期可持续性和转化可行性的综合分析。
本综述的主要目的是批判性地审视用于水处理的可生物降解水凝胶吸附剂的最新进展，重点关注先进的功能化策略、吸附性能、生物降解性和环境可持续性。它涵盖了材料设计方面的创新，如化学改性、纳米复合集成和响应刺激的架构，并讨论了生命周期影响、可扩展性挑战、再生和使用寿命结束时的行为。通过整合材料科学、环境工程和绿色化学的视角，本文提供了对功能化技术、吸附机制和可持续性评估的全面理解，为下一代水凝胶吸附剂的发展提供了指导。最终，它强调了可生物降解水凝胶在可持续水净化方面的变革潜力，为可扩展性、循环经济整合和环境安全性提供了见解，并为推动绿色材料的发展提供了重要平台。
