樱桃胶/Fe3O4/EDTA负载Cu(II)协同催化快速降解4-硝基酚及染料污染物的研究

为解决工业废水中硝基芳香化合物和染料污染难题，伊朗科技大学研究人员开发了一种基于樱桃胶/Fe3O4/EDTA/Cu(II)的生物纳米复合材料。该催化剂通过磁性纳米颗粒与天然多糖复合，实现了4-硝基酚(4-NP)、亚甲基蓝(MB)、罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)的高效催化还原（转化率>96%），速率常数最高达0.0300 s-1。这项研究为绿色水处理技术提供了新型非贵金属催化剂方案。

　　

随着全球工业化进程加速，纺织、制药等行业排放的含硝基芳香化合物和染料的废水已成为重大环境威胁。这些污染物不仅阻碍水体光合作用，其致癌性更直接危害生态系统健康。传统处理方法如芬顿氧化存在成本高、产生二次污染等缺陷，而贵金属催化剂虽高效但价格昂贵。在此背景下，开发低成本、易回收且环境友好的新型催化材料迫在眉睫。

伊朗科技大学的研究团队创新性地将天然樱桃胶(Prunus avium)与磁性Fe₃O₄纳米颗粒结合，通过EDTA螯合Cu(II)构建了多功能生物纳米复合材料。该研究通过系统表征和催化实验证明，这种绿色催化剂能高效还原4-硝基酚(4-NP)和多种染料，相关成果发表在《International Journal of Biological Macromolecules》。

研究采用共沉淀法合成Fe₃O₄磁性纳米颗粒(MNPs)，通过酯化反应将EDTA接枝到樱桃胶多糖链上，再负载Cu(II)形成活性中心。利用FT-IR分析官能团变化，XRD确认晶体结构，FE-SEM/EDS表征形貌与元素分布，VSM测试磁性（饱和磁化强度42.1 emu/g），TGA评估热稳定性（分解温度>300°C）。催化实验以NaBH₄为还原剂，UV-Vis监测反应动力学。

材料与表征
FT-IR显示樱桃胶羟基(3420 cm^-1)与EDTA羧基(1720 cm^-1)形成酯键，Cu(II)配位导致羧基峰位移。XRD证实Fe₃O₄立方晶相（2θ=35.5°）保留，新增CuO特征峰。FE-SEM显示20-50 nm颗粒均匀分散，EDS图谱验证Fe、Cu元素共存。VSM表明材料具超顺磁性，便于磁分离回收。

催化性能
在4-NP还原中，Cu(II)的d电子转移使反应在90秒内完成，表观速率常数(k_app)达0.0254 s^-1，效率98%。对MB、RhB和MO的k_app分别为0.0161 s^-1(96%)、0.0300 s^-1(97%)和0.007 s^-1(96%)。对照实验显示未负载Cu(II)的样品活性降低80%，证实Cu(II)-EDTA复合物是关键活性位点。

结论与意义
该研究开创性地将天然多糖与过渡金属催化相结合，解决了传统催化剂成本高、回收难的问题。樱桃胶的多羟基结构不仅稳定纳米颗粒，其生物降解性更符合绿色化学原则。Cu(II)与EDTA的协同作用使电子转移效率提升，而Fe₃O₄核赋予材料磁分离特性。这种"天然载体-磁性核心-金属活性位点"的设计策略为开发高效环境修复材料提供了新思路，在工业废水处理领域具有重大应用潜力。