La-Fe2O3/Al2O3异相芬顿催化剂的构建及其降解磺胺二甲嘧啶的机制研究：实验与DFT计算的协同探索

《Process Safety and Environmental Protection》：Preparation of La-Fe 2O 3/Al 2O 3 heterogeneous Fenton catalyst and its application on degradation of sulfamethazine: Experiment and DFT calculation

本研究成功制备La掺杂Fe2O3/Al2O3异相芬顿催化剂（Heterogeneous Fenton），通过SEM/EDS/XPS/BET等多维度表征证实其结构优势。该催化剂在弱酸性条件（pH=5）下实现96.57%磺胺二甲嘧啶（SMT）降解率，并显著抑制铁溶出（Iron leaching）。结合EPR检测与DFT计算揭示·OH主导的降解机制，为抗生素废水处理提供新策略。

　　

Highlight

化学试剂

γ-氧化铝（γ-Al₂O₃）购自河南华阳水处理材料有限公司，三氯化铁（FeCl₃·6H₂O）、七水合氯化镧（LaCl₃·7H₂O）、硫酸钠（Na₂SO₄）和过氧化氢（H₂O₂）均源自天津丰川化学试剂公司。磺胺二甲嘧啶（SMT）由上海备得药业提供，所有试剂均为分析级且直接使用。甲醇为高效液相色谱（HPLC）级，实验用水均为去离子水。

La-Fe₂O₃/Al₂O₃催化剂的形貌与结构

图1展示了催化剂的微观形貌与元素分布。通过扫描电镜（SEM）可观察到立方簇状La-Fe₂O₃均匀覆盖于Al₂O₃微球表面（图1a-c），其不规则形态与粗糙表面显著增大了活性位点暴露面积。能谱分析（EDS）映射结果（图1d,f）证实La、Fe、O元素在载体表面呈高度均匀分布。

结论

La-Fe₂O₃/Al₂O₃异相芬顿催化剂成功合成并完成系统表征。La:Fe=3:10为最优摩尔比，催化剂比表面积达325.0933 m²/g，表面粗糙且元素分布均匀。该催化剂在降解SMT过程中表现出卓越的芬顿催化活性，通过DFT计算揭示了其表面·OH生成态的低活化能机制。