挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是二次有机颗粒物(SOA)及臭氧(O3)的主要前驱物,是当前亟须治理的大气污染物之一。非热等离子体技术因其具有投资费用低、反应速度快、操作简便等优点,但是单独等离子体降解VOCs不仅会产生有毒有害的副产物,而且在能耗及CO2选择性方面仍需优化。目前,国内外研究重点集中在连续放电体系下反应参数调控及催化剂配方优化,以此得到更好VOCs降解效果。对新的放电体系(吸附存储-原位销毁体系)及等离子体催化反应过程研究相对较少。本文以甲苯为目标污染物,通过原位红外光谱(In-situ FT-IR)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)及飞行时间质谱(TOFMS)等手段对不同体系下等离子体降解甲苯过程的反应机理进行研究。本文首先对吸附存储-原位销毁法和传统连续降解法催化氧化降解甲苯的性能进行对比研究。通过浸渍法合成了AgOx/γ-Al2O3和NiO/γ-Al2O3催化剂,并对合成的催化剂进行了XRD、H2-TPR、TEM和BET等表征,结果表明,NiO/Al2O3催化剂上的金属NiO颗粒相对较小,且比表面积比AgOx/Al2O3大。甲苯吸附和降解实验表明,NiO/Al2O3催化剂具有较大的吸附量和较好的降解性能。此外,不同体系研究表明,吸附存储-原位销毁体系具有较好的甲苯转化率、较高的碳平衡和二氧化碳选择性。一方面由于在吸附存储-原位销毁下,甲苯在反应器中的停留时间得到延长,另一方面随着吸附在催化剂上甲苯的降解,催化剂表面活性位点增加,从而更有利于甲苯分子与放电产生的活性物种碰撞,从而提高了降解效果。针对吸附存储-原位销毁体系,载体具有更好的吸附能力更有利于降低能耗。因此本文以比表面积较大的SBA-15为载体,Ni金属为活性组分,探索吸附存储体系下催化剂甲苯降解性能、再生性能及其稳定性。研究表明,Ni/SBA的催化性能优于纯的SBA,有更高的臭氧分解性能,体系中产生更多的活性氧原子,更有利于甲苯的催化氧化反应;原位红外研究表明,镍金属负载使得甲苯在吸附过程中发生化学吸附,苯环上甲基发生氧化;多次吸附-放电循环实验结果表明,等离子体放电有利于催化剂上活性组分的分散,减少金属颗粒尺寸,从而增强吸附和降解性能,且五次的吸附-放电循环实验表明Ni/SBA催化剂的甲苯矿化率稳定在了70%以上,具有良好的再生性能。然而,Ni/SBA催化剂在吸附存储放电体系降解甲苯过程中,其CO2选择性不高,因此本文通过原位和异位检测手段研究放电过程中Ni/SBA催化剂表面相、气相产物变化及放电后催化剂表面残留副产物,并利用水蒸汽的程序升温脱附(H2O-TPD)研究水蒸汽与催化剂的相互作用。原位红外表明在降解甲苯过程中Ni/SBA表面有醛类、羧酸类、酯类及硝基类等有机物生成,随着放电进行,催化剂上副产物逐渐降解,而SBA上副产物出现逐渐累积现象;GC-MS的结果可以推测含氧有机物的累积导致了Ni/SBA催化剂的失活,而长链烷烃产物导致了SBA催化剂的失活;TOF-MS结果表明苯甲酸在气相中很难被降解,另一方面说明了苯甲酸不是甲苯开环的关键物质。同时,湿度实验表明,水蒸汽(相对湿度为20%、40%、60%和80%)对催化剂降解甲苯性能存在不利的影响,但水汽有利于减少CO产生而增加CO2生成,这可以归结于放电过程中水汽产生的自由基有利于CO和其他产物进一步氧化。硅铝比不同影响着等离子体催化反应活性,有相关研究表明不同硅铝比(Si/Al)沸石分子筛由于其表面酸性及孔径的差异性影响其局部放电特性,从而影响催化活性;本节开展对不同Si/Al的ZSM-5及Ni/ZSM-5降解甲苯性能及产物研究。结果表明:随着Si/Al的增大,催化剂的吸附容量和甲苯矿化率也随着增大。H2-TPR和NH3-TPD表征数据说明,Si/Al增大,催化剂氧化还原性能越强,总酸量也越低。在相对湿度为20%条件下放电不利于甲苯的降解,催化剂上检测不到苯酚、苯甲酸和对硝基甲苯等副产物。原位红外图谱说明了Ni/ZSM-170(Si/Al=170)在吸附过程中发生了化学吸附,甲苯降解过程中有羧酸类、醛类、醇类或酯类物质生成,且这些产物随着放电的进行逐步慢慢降解。原位TOFMS说明了Ni/ZSM-170催化剂放电过程中气相产物较少,大部分产物吸附在催化剂表面,然后逐步降解为CO2,H2O和其他小分子物质。