近年来,我国工业排放的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)逐年增加,造成的环境污染问题日益严重。新兴的低温等离子体技术受到研究者的广泛关注,但高能耗、毒副产物等问题始终困扰其发展。本实验研究针对低温等离子体技术现存的不足,在自主创新双介质阻挡放电(Double Dielectric Barrier Discharge,DDBD)产生的微等离子体源中,引入纳米TiO2、Mn/TiO2、α-MnO2/TiO2催化剂,在中试规模下去除大风量、低浓度的甲苯气体实验中,考察了微等离子体与光催化体系的协同作用。(1)对自主设计的DDBD微等离子体的放电特性及电极结构进行优化,通过对比放电状态、发射光谱,确认电极间隙距离为2 mm为最佳的反应器结构参量。通过溶胶-凝胶法分别制备纳米TiO2及不同质量Mn改性的Mn/TiO2催化剂,水热法制备不同比例α-MnO2/TiO2复合型催化剂,分别与P25催化剂进行比较。实验结果表明,纳米TiO2催化剂的催化活性优于P25催化剂。在Mn掺杂TiO2催化剂中,1.0%Mn/TiO2催化剂的催化活性最佳。在α晶相下纳米丝型和纳米管型的MnO2与TiO2的复合型催化剂中(α-MnO2-W/TiO2 和 α-MnO2-T/TiO2),10.0%α-MnO2-W/TiO2 复合型催化剂的催化活性最佳,优于10.0%α-MnO2-T/TiO2复合催化剂,且均优于纳米Ti02催化剂和1.0%Mn/TiO2催化剂。对比SEM、XRD、UV-vis的表征分析结果表明,1.0%Mn/TiO2催化活性主要归因于Mn-O键较低的键能以及较强的稳定性等。10.0%α-MnO2-W/TiO2复合型催化剂有效地提高了催化剂的BET比表面积,从而有效增加了催化剂的活性位点,促进了甲苯和有机副产物在催化剂表面的吸附量,有助于提高甲苯的去除效率。此外,10.0%α-MnO2-W/TiO2复合催化剂中的TiO2还能利用微等离子体产生的紫外光进行光催化降解,从而为进一步提升等离子体催化体系的协同反应性能提供有效的优化方案。(2)单独微等离子体技术去除甲苯的实验结果表明,甲苯的去除效率、O3的产量、COx(CO、CO2)的选择性均随能量密度的增大而提高、而随风量的增大而降低。微等离子体协同光催化技术去除甲苯的实验结果表明,光催化剂的引入能有效提高甲苯的去除效率与COx的选择性,并降低O3的逃逸量以及降低气相副产物的种类和数量。适当的相对湿度不但可以提高甲苯的去除效率,还可以延长催化剂的失活时间。基于副产物的分析,提出了在微等离子体协同光催化系统中去除甲苯的降解机理和路径:微等离子体系统中产生的高能电子、TiO2产生的电子-空穴对、各种活性自由基、O3等均为去除甲苯提供主要的驱动力。