AFD芬頓催化劑是一種能催化芬頓反應(yīng)（Fenton reaction）的物質(zhì)。芬頓反應(yīng)是由法國科學家 Fenton 發(fā)現(xiàn)的，以亞鐵離子（Fe²）為催化劑，用過氧化氫（HO）進行化學氧化的反應(yīng)。而芬頓催化劑是對傳統(tǒng)芬頓反應(yīng)中催化劑的改進，它可以更高效地催化產(chǎn)生具有強氧化性的羥基自由基（OH）。羥基自由基的氧化電位高達 2.80V，僅次于氟（2.87V），能夠在水溶液中與難降解有機物生成有機自由基，使有機物的結(jié)構(gòu)被破壞，最終實現(xiàn)氧化分解。

組成成分與結(jié)構(gòu)特點

AFD芬頓催化劑有多種類型。其中鐵基芬頓催化劑較為常見，它以多孔材料為載體，將鐵的氧化物負載在上面。這種多孔結(jié)構(gòu)能夠提供較大的比表面積，有利于反應(yīng)物的吸附和產(chǎn)物的脫附。例如，一些納米級的鐵氧化物顆粒分散在載體上，載體可以是活性炭、分子篩等材料�；钚蕴烤哂胸S富的孔隙結(jié)構(gòu)，能夠增加催化劑與反應(yīng)物的接觸面積；分子篩則有規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)，可以選擇性地吸附反應(yīng)物分子，提高反應(yīng)的選擇性。

還有碳基芬頓催化劑，如活性炭 / 生物炭�；钚蕴� / 生物炭一般具有較大的比表面積和較強的吸附能力，同時，離域化的 sp²π - π 結(jié)構(gòu)可以富集電子并形成表面永久性自由基，可直接與有機污染物反應(yīng)或促使 HO裂解產(chǎn)生OH，從而進一步使有機物礦化分解。

工作原理

在傳統(tǒng)芬頓反應(yīng)中，亞鐵離子（Fe²）與過氧化氫（HO）反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基（OH），反應(yīng)式為 Fe²+HO = Fe³+OH+OH。芬頓催化劑的作用是優(yōu)化這個過程，比如鐵基芬頓催化劑中的鐵氧化物可以提供更多的活性位點。這些活性位點可以吸附過氧化氫分子，降低反應(yīng)的活化能，使得反應(yīng)更容易發(fā)生。并且，在反應(yīng)過程中，催化劑中的鐵離子可以在 Fe²和 Fe³之間循環(huán)，持續(xù)催化過氧化氫分解產(chǎn)生羥基自由基。

以處理有機廢水為例，當含有難降解有機物的廢水與芬頓催化劑和過氧化氫接觸時，催化劑促使過氧化氫產(chǎn)生羥基自由基，羥基自由基會攻擊有機物分子中的不飽和鍵（如碳 - 碳雙鍵、苯環(huán)等），將有機物逐步氧化為小分子的有機酸，最終氧化為二氧化碳和水。

性能優(yōu)勢

拓寬 pH 范圍：傳統(tǒng)芬頓反應(yīng)通常需要在酸性條件下（pH 一般小于 3）才能高效進行，而芬頓催化劑可以拓寬反應(yīng)的 pH 范圍。例如，一些新型的芬頓催化劑可以在 pH 值為 3 - 7 的范圍內(nèi)有效工作，這樣就減少了在反應(yīng)前對溶液進行大量酸調(diào)節(jié)的步驟，降低了處理成本和操作的復(fù)雜性。

減少鐵泥產(chǎn)生：傳統(tǒng)芬頓法會產(chǎn)生大量的鐵泥，這是因為反應(yīng)過程中生成的氫氧化鐵沉淀。芬頓催化劑通過改變鐵離子的存在形式和反應(yīng)機制，能夠有效減少鐵泥的產(chǎn)生。例如，負載型的鐵基芬頓催化劑可以使鐵離子固定在載體上，減少游離鐵離子進入溶液形成鐵泥的可能性，從而減輕了后續(xù)污泥處理的負擔，避免了二次污染。

提高催化活性和穩(wěn)定性：芬頓催化劑采用特殊的制備工藝和載體材料，使催化劑具有較高的機械強度、大比表面積和良好的穩(wěn)定性。在廢水處理等應(yīng)用過程中，能夠長時間保持高效的催化性能。例如，經(jīng)過高溫煅燒等工藝制備的鐵基芬頓催化劑，其鐵氧化物與載體之間形成了牢固的化學鍵，在水流沖擊和化學反應(yīng)等條件下，不容易發(fā)生活性組分的流失，從而可以在多個反應(yīng)周期內(nèi)穩(wěn)定地催化芬頓反應(yīng)。