钯负载羧甲基纤维素-活性炭杂化微球构建绿色可持续多功能催化剂及其对环境污染物高效还原研究

本研究开发了一种新型钯纳米颗粒负载羧甲基纤维素-活性炭水凝胶微球催化剂（Pd@NaCMC/AC），通过FTIR、XRD、EDS、FE-SEM和TEM等技术表征证实其成功合成。该催化剂在硝基芳香族化合物（4-PDA/2-NA/4-NP/4-NA）和有机染料（MO/MB/RhB）的催化还原中表现出卓越活性，最快40秒内完成反应，速率常数最高达0.032 s-1，且具备六次循环使用的良好稳定性，为水处理提供了绿色高效的解决方案。

　　

仪器与试剂

所有化学品均购自Sigma-Aldrich化学公司，分析级纯度无需进一步纯化。使用PerkinElmer Spectrum 100光谱仪记录NaCMC/AC和Pd@NaCMC/AC的傅里叶变换红外光谱（FT-IR）。通过PANalytical EMPYREAN衍射仪进行X射线衍射（XRD）测量以研究样品晶体结构。采用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和能量色散光谱（EDS）分析材料表面形貌及元素组成。

NaCMC/AC与Pd@NaCMC/AC表征

图1展示了NaCMC/AC和Pd@NaCMC/AC的FT-IR光谱。NaCMC/AC的光谱在3345 cm^-1（O-H伸缩振动）、2919-2891 cm^-1（C-H伸缩振动）、1595 cm^-1（COO^-基团）、1418 cm^-1（CH₂剪式振动）、1326 cm^-1（-OH弯曲振动）和1025 cm^-1（C-O-C伸缩振动）处显示特征吸收峰。与载体NaCMC/AC相比，Pd@NaCMC/AC光谱中部分峰发生红移且强度减弱。

FE-SEM图像显示NaCMC/AC表面呈现多孔结构，而Pd@NaCMC/AC表面均匀分布着粒径为20-50 nm的钯纳米颗粒（Pd NPs）。TEM分析进一步证实Pd NPs成功锚定在杂化微球表面。EDS谱图清晰检测到Pd元素信号，证明钯的成功负载。

结论

总而言之，钯负载NaCMC/AC杂化微球作为一种创新多功能纳米催化剂系统，经全面表征后成功应用于2-NA、4-NP、4-NA、4-PDA、RhB、MO、MB及混合污染物的还原反应。该催化剂对硝基芳香族化合物展现出卓越催化活性：2-NA（k=0.032 s^-1，t=40 s）、4-NP（k=0.014 s^-1，t=90 s）、4-NA（k=0.03 s^-1，t=48 s）和4-PDA（k=0.018 s^-1，t=52 s）。有机染料中MO在30秒内以0.024 s^-1速率常数被还原，RhB在90秒内以0.025 s^-1速率常数转化，而MB可实现瞬时去除。催化剂在4-NP+MB混合污染物体系同样表现优异，且对2-NA还原反应的活化能低至20.095 kJ/mol。更令人振奋的是，Pd@NaCMC/AC具备优异的可回收性，连续六次循环后仍保持稳定催化性能。