催化剂的关键性能指标需重点评估，包括活性、稳定性和选择性。活性方面，优先选择羟基自由基生成速率高的催化剂，如复合催化剂TiO₂-Fe₂O₃在制药废水处理中・OH生成量是单一TiO₂的2.3倍，能快速降解污染物；稳定性需关注催化剂在长期运行中的溶出率和活性保持率，ZnO虽活性优异，但在pH<5时易溶出Zn²⁺，不适合酸性废水长期使用，而TiO₂经改性后溶出率可控制在0.1mg/L以下，可稳定运行3000小时以上；选择性则针对特定污染物，如处理含硫废水时，MnO₂催化剂通过晶格氧参与反应，对硫化物的氧化选择性比普通催化剂高40%。
设备类型是选择催化剂的重要依据，不同AOP技术对催化剂的适配性差异明显。紫外光催化设备需搭配半导体催化剂，如改性二氧化钛（TiO₂），通过掺杂N、Fe等元素拓宽光响应范围，提升对可见光的利用率，在印染废水脱色处理中，掺杂N的TiO₂催化剂可使紫外光利用率从4%提升至20%以上；臭氧氧化设备则更适合金属氧化物催化剂，如MnO₂或CuO，能加速臭氧分解并减少无效消耗，某化工园区采用CuO催化臭氧设备后，臭氧利用率从60%提高至85%；电解氧化设备需选择导电性好、稳定性强的电极催化剂，如石墨烯负载Pt催化剂，可降低电解能耗并延长电极寿命。
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