AFD芬顿催化剂是一种能催化芬顿反应（Fenton reaction）的物质。芬顿反应是由法国科学家 Fenton 发现的，以亚铁离子（Fe²）为催化剂，用过氧化氢（HO）进行化学氧化的反应。而芬顿催化剂是对传统芬顿反应中催化剂的改进，它可以更高效地催化产生具有强氧化性的羟基自由基（OH）。羟基自由基的氧化电位高达 2.80V，仅次于氟（2.87V），能够在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基，使有机物的结构被破坏，最终实现氧化分解。
组成成分与结构特点
AFD芬顿催化剂有多种类型。其中铁基芬顿催化剂较为常见，它以多孔材料为载体，将铁的氧化物负载在上面。这种多孔结构能够提供较大的比表面积，有利于反应物的吸附和产物的脱附。例如，一些纳米级的铁氧化物颗粒分散在载体上，载体可以是活性炭、分子筛等材料。活性炭具有丰富的孔隙结构，能够增加催化剂与反应物的接触面积；分子筛则有规则的孔道结构，可以选择性地吸附反应物分子，提高反应的选择性。
还有碳基芬顿催化剂，如活性炭 / 生物炭。活性炭 / 生物炭一般具有较大的比表面积和较强的吸附能力，同时，离域化的 sp²π - π 结构可以富集电子并形成表面永久性自由基，可直接与有机污染物反应或促使 HO裂解产生OH，从而进一步使有机物矿化分解。
工作原理
在传统芬顿反应中，亚铁离子（Fe²）与过氧化氢（HO）反应产生羟基自由基（OH），反应式为 Fe²+HO = Fe³+OH+OH。芬顿催化剂的作用是优化这个过程，比如铁基芬顿催化剂中的铁氧化物可以提供更多的活性位点。这些活性位点可以吸附过氧化氢分子，降低反应的活化能，使得反应更容易发生。并且，在反应过程中，催化剂中的铁离子可以在 Fe²和 Fe³之间循环，持续催化过氧化氢分解产生羟基自由基。
以处理有机废水为例，当含有难降解有机物的废水与芬顿催化剂和过氧化氢接触时，催化剂促使过氧化氢产生羟基自由基，羟基自由基会攻击有机物分子中的不饱和键（如碳 - 碳双键、苯环等），将有机物逐步氧化为小分子的有机酸，最终氧化为二氧化碳和水。
性能优势
拓宽 pH 范围：传统芬顿反应通常需要在酸性条件下（pH 一般小于 3）才能高效进行，而芬顿催化剂可以拓宽反应的 pH 范围。例如，一些新型的芬顿催化剂可以在 pH 值为 3 - 7 的范围内有效工作，这样就减少了在反应前对溶液进行大量酸调节的步骤，降低了处理成本和操作的复杂性。
减少铁泥产生：传统芬顿法会产生大量的铁泥，这是因为反应过程中生成的氢氧化铁沉淀。芬顿催化剂通过改变铁离子的存在形式和反应机制，能够有效减少铁泥的产生。例如，负载型的铁基芬顿催化剂可以使铁离子固定在载体上，减少游离铁离子进入溶液形成铁泥的可能性，从而减轻了后续污泥处理的负担，避免了二次污染。
提高催化活性和稳定性：芬顿催化剂采用特殊的制备工艺和载体材料，使催化剂具有较高的机械强度、大比表面积和良好的稳定性。在废水处理等应用过程中，能够长时间保持高效的催化性能。例如，经过高温煅烧等工艺制备的铁基芬顿催化剂，其铁氧化物与载体之间形成了牢固的化学键，在水流冲击和化学反应等条件下，不容易发生活性组分的流失，从而可以在多个反应周期内稳定地催化芬顿反应。
