钯负载羧酸功能化介孔二氧化硅高效催化Cr(VI)还原及氯苯加氢脱氯研究

本研究针对工业废水中的Cr(VI)毒性和氯苯污染问题，开发了Pd纳米颗粒负载羧酸功能化SBA-15介孔硅材料（Pd(x)@S15C）。该催化剂在室温下9分钟内实现Cr(VI)完全还原为Cr(III)(速率0.26 min?1 )，50°C时反应时间缩短至2分钟；同时实现氯苯(HDC)高效转化为苯(TOF 44 h?1 )。其优异性能源于Pd纳米粒子的均匀分散和介孔结构的传质优势，为重金属和有机污染物协同治理提供了新策略。

　　

铬和氯苯是工业废水中的两大"毒王"：六价铬(Cr(VI))被世界卫生组织列为一级致癌物，其毒性是三价铬(Cr(III))的100倍；而氯苯等卤代有机物不仅难以降解，燃烧时还会产生剧毒二噁英。传统处理方法如吸附法无法彻底解毒，焚烧法易造成二次污染。如何实现污染物的绿色转化成为环境催化领域的重大挑战。

台湾地区国立中央大学的研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表创新成果，通过将钯纳米颗粒(Pd NPs)锚定在羧酸功能化介孔二氧化硅SBA-15上，构建出双功能催化剂Pd(x)@S15C。该材料既能将Cr(VI)高效还原为无毒的Cr(III)，又能实现氯苯(CB)的加氢脱氯(HDC)生成苯，在环境修复领域展现出"一石二鸟"的应用前景。

研究采用NaBH₄
和NH₃
BH₃
双还原剂策略制备催化剂，通过XRD、TEM、XPS等技术表征材料结构，利用紫外-可见光谱监测Cr(VI)还原过程，GC-MS分析HDC反应产物。特别关注羧酸基团对Pd NPs分散性的调控作用及介孔结构的传质优势。

【Structural characterizations】
SAXRD证实材料保持六方介孔结构，Pd(0.5)@S15C的比表面积达647 m²
/g。TEM显示Pd NPs平均粒径仅2.8 nm且均匀分散，归因于羧酸基团与Pd²⁺
的强配位作用。XPS证实Pd⁰
/Pd²⁺
共存态的存在，这种电子效应对催化活性至关重要。

【Catalytic performance】
在Cr(VI)还原中，Pd(0.5)@S15C表现出超高活性：室温下9分钟完成转化，速率常数0.26 min^?1
，50°C时进一步缩短至2分钟。动力学分析显示反应符合准一级动力学，活化能仅28.6 kJ/mol。介孔结构使Cr(VI)扩散效率提升3倍，这是快速反应的关键。对于HDC反应，催化剂在室温下实现氯苯完全转化，TOF值达44 h^?1
，且10次循环后活性保持90%以上。

【Conclusions】
该研究开创性地将羧酸功能化介孔硅材料应用于双重环境催化体系：1) 羧酸基团通过强金属-载体相互作用(SMSI)稳定超小Pd NPs；2) 有序介孔通道促进底物传质；3) Pd⁰
/Pd²⁺
协同作用优化氢活化过程。相比传统技术，该方法无需高温高压、不产生二次污染，为同时处理重金属和有机污染物提供了工业化应用可能。未来可通过调控羧酸密度进一步优化Pd电子态，拓展其在其他环境催化反应中的应用。