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挥发性有机物(VOCs)是我国当前大气污染状况严重的重要成因,它不仅直接威胁人体健康和生态环境,而且是PM2.5、臭氧和光化学烟雾的重要前驱体。近年来,低温等离子体(NTP)和光催化氧化(PCO)作为能在常温常压下降解VOCs的有效技术而获得广泛研究,但单一的NTP或PCO工艺通常降解效率较低,难以达到VOCs的排放浓度要求,而将两者进行协同的工艺逐渐受到重视。本文采用NTP与PCO协同工艺降解气相甲苯,拟明晰两者的协同效果和关键因素-臭氧在其中的作用机制。在此基础上,考察了运行参数和负载方式等工艺条件对臭氧协同PCO工艺降解甲苯性能的影响。而后,制备了新型的石墨烯改性的TiO2催化剂,获得了优异的甲苯降解效率。首先,采用NTP与PCO协同工艺降解甲苯。通过对NTP、PCO、O3等单一工艺以及相关的复合工艺对甲苯综合降解性能的观察,探究了 NTP和PCO两者之间的协同效果,并据此推断臭氧在协同工艺中的作用机制。NTP与PCO协同工艺对甲苯的去除率为80.2%,远高于单一 NTP的18.8%和PCO的13.4%,也明显高于其他复合工艺。同时,其降解甲苯的CO2选择性、甲苯矿化率和臭氧消耗率得到显著提高,气相副产物和催化剂表面中间产物的产量则明显降低。该协同效果主要归因于:NTP过程中产生的臭氧在PCO过程中充当电子捕获剂,降低了光生电子-空穴对的复合,因而促进产生更多的羟基自由基,提升了对甲苯的降解性能。其次,系统考察了系列运行参数和催化剂负载方式对臭氧协同PCO工艺降解甲苯性能的影响。较高的臭氧浓度有利于提升甲苯去除率、CO2选择性和降低中间产物的生成,但会导致臭氧消耗率降低;较高的甲苯浓度有利于提高臭氧消耗率,却会导致甲苯去除率和CO2选择性降低,以及中间产物增加;较长的停留时间和较高的相对湿度均能够全面地提升甲苯去除率、臭氧消耗率、CO2选择性和甲苯矿化率。此外,将催化剂负载于玻璃珠上并填充于反应器中,甲苯去除率和臭氧消耗率均得到显著提升。最后,采用石墨烯改性TiO2,制备得到TiO2/石墨烯复合催化剂,有效地提升了臭氧协同PCO工艺中的甲苯降解性能。当石墨烯质量比为0.1%时获得最佳的甲苯去除效果。通过UV-vis DRS、PL和光电流等分析手段,发现石墨烯的加入可以拓宽光吸收范围、增强光生电子与空穴的生成和分离、降低光生载流子的复合。因此,TiO2/石墨烯复合催化剂有利于促进光生载流子的转移和增长光生载流子的寿命,进而表现出较优的光催化性能。其在甲苯、丙酮和乙酸乙酯的处理上都获得了较好的性能,说明在涂装行业VOCs的处理方面有一定的普适性,具有良好的工业应用前景。