挥发性有机气体(VOCs)是工业生产及人类活动过程中产生的一种重要的空气污染物。低温等离子体和光催化技术应用于VOCs治理,有着传统治理技术无可比拟的优点。但两种单元技术仍然存在诸多缺点,如低温等离子体副产物多、能耗高；光催化容易失活。为克服各自的不足,近年来尝试把两种技术结合起来,形成等离子体-(光)催化技术。但该研究刚刚起步,存在的许多问题需要进一步的研究,如对该技术与光催化及等离子体-催化的异同,等离子体与光催化协同作用的控制因素,反应副产物的甄别与控制,对反应过程与反应机理的认识等。 采用线板式和线筒式介质阻挡放电反应器,结合TiO2光催化剂,以甲苯作为典型有机废气污染物进行实验,考察了等离子体协同(光)催化降解污染物的作用行为及其影响因素,对反应生成的Co、CO2、O3等产物进行分析和控制,建立碳平衡,确定反应速率；并对催化剂进行表征、分析和研究。根据实验的结果,从理论上初步分析了低温等离子体协同(光)催化的作用机理。 主要研究内容和结论如下： (1)研究等离子体驱动光催化体系降解甲苯。结果表明,与单独的等离子相比,该体系有效提高甲苯的去除率、CO2选择性以及碳平衡,并显著降低出口O3浓度；等离子体驱动光催化体系和等离子体-催化的作用机理是一致的,高能粒子和臭氧催化氧化是污染物分解的主要原因。等离子体驱动光催化体系与普通光催化相比,显著提高了甲苯的去除效率和光催化剂的耐久性。但两者在作用机理上完全不同,等离子体并不能像紫外光一样激发光催化剂产生光催化效应。水蒸气能在一定程度上促进光催化降解甲苯,却严重抑制了等离子体驱动光催化降解甲苯。与(光)催化剂放置在等离子体区域相比,(光)催化剂放置在余辉区不仅提高了甲苯的去除效率以及CO2选择性和碳平衡,而且极大降低出口O3浓度,是等离子体与催化结合的最佳方式。 (2)研究紫外光和光催化对等离子体降解甲苯的影响。结果表明,等离子体发出的紫外光很微弱,这种紫外光对甲苯的降解的贡献可以忽略不计,等离子体驱动光催化系统中光催化的贡献很微弱；在等离子体内引入外部紫外光能够显著提高甲苯的去除效率。与单独的等离子体相比,线筒式反应器加入紫外光后,甲苯去除效率提高了22％；而在线板式反应器加入紫外光后,甲苯去除效率提高了约18％。等离子体和光催化具有良好的协同效应,尤其是光催化结合在等离子体余辉区。在等离子体余辉区引入光催化后,甲苯的去除效率提高了约25％,出口O3浓度下降了约50％。在线筒式等离子体一光催化系统中,甲苯去除效率的提高主要归功于等离子体与UV的协同作用；而在线板式等离子体一光催化系统中,甲苯和O3的分解主要归功于臭氧催化的作用。 (3)在等离子体余辉区引入光催化剂、金属氧化物催化剂或光催化,研究甲苯和O3的同时催化去除。结果表明,不仅甲苯在余辉区中被进一步高效去除,而且O3也被有效分解。等离子体余辉区的光催化协同O3降解甲苯体系中,存在O3/UV、O3/TiO2与TiO2/UV等多种协同过程,臭氧催化分解在体系中所作贡献最大,是甲苯氧化和O3分解的主要途径,甲苯分解率和O3去除率呈正相关。等离子体余辉区的光催化协同O3降解甲苯体系各种影响因素中,能量密度的提高促进了O3的产生和甲苯的降解；254nm的紫外灯(8W)显示出最好的甲苯和O3去除效果；水蒸气对甲苯降解起到双重作用,既有利也有弊,0.75％湿度时显示出最好的甲苯和O3去除率。不同催化剂的甲苯的去除效果与其O3分解能力关联紧密；而催化剂分解O3的能力又受催化剂的比表面积及结构特性影响,催化剂O3分解能力越强,比表面积越大,甲苯的去除效率越高。 (4)等离子体及等离子体催化降解甲苯的产物是多相态的,产物包括有机类气体副产物、固态副产物、气溶胶以及无机类副产物CO、O3和氮氧化物等。各种多相态产物和副产物的生成规律和变化趋势是相互关联、制约的。与单独的等离子体相比,等离子体-(光)催化降解甲苯能够有效抑制各种副产物的产生,副产物的种类和数量都显著降低,并且提高碳平衡和CO2选择性。通过GC-MS等手段分析,甲苯降解的气相有机类副产物主要是苯、甲醛和苯甲醛,固体和气溶胶副产物主要是萘系物。加入水汽有助于提高CO2选择性,抑制各种副产物的产生。