利用Fe3O4催化剂在超声辅助下通过过硫酸盐活化降解卡马西平：基于ANN–GA和RSM的建模及机理分析

《ACS ES&T Water》：Ultrasound-Assisted Persulfate Activation for Degradation of Carbamazepine Using Fe3O4 Catalyst: ANN–GA and RSM Modeling with Mechanistic Insights

卡马西平在超声辅助下通过异质Fenton系统高效降解，反共沉淀法制备Fe3O4催化剂活性更高，响应面法与ANN-GA模型优化后降解率达94.61-96.23%，硫酸根自由基为主，能量效率最低2662 kWh·m?3·order?1，Fukui函数定位C1、C2、C9、C13为降解关键位点。

　　

卡马西平（CBZ）是一种长期存在于水环境中的药物污染物，由于其生物降解性较低，对生态和人类健康构成风险。本研究探讨了一种有效的去除CBZ的方法，该方法采用异相芬顿体系（Fe₃O₄ + H₂O₂）与过二硫酸盐（Na₂S₂O₈，PDS）结合，并在超声波（US）照射下进行反应。通过反共沉淀法制备的Fe₃O₄颗粒具有更大的表面积和孔隙率，从而提高了催化活性。过程优化采用了响应面方法（RSM）和人工神经网络-遗传算法（ANN–GA）模型。在优化条件下，RSM预测的降解率为99.67%，实验值为96.23 ± 1.27%；ANN–GA预测的降解率为98.79%，实验值为94.61 ± 1.14%。自由基清除实验表明，SO₄^•–是主要的反应物种，而^•OH起次要作用。能量效率分析显示，US + Fe₃O₄ + H₂O₂ + PDS体系的电能消耗最低（E_EO = 2662 kWh m^–3 order^–1），体现了该体系的高效性。Fukui函数分析发现CBZ分子上的四个碳原子（C1、C2、C9和C13）极易受到自由基攻击，证实了它们在降解过程中的关键作用。