近年来,随着工业化进程的发展,我国污染源VOCs排放量巨大,对环境造成了严重的破坏,也对人体健康构成了威胁。低温等离子体和催化剂协同处理VOCs废气结合了等离子体与催化氧化两种技术,利用等离子体产生高能活性粒子以促进催化反应的进行。该技术集合了等离子体反应迅速、反应条件温和及催化降解选择性高的优势,拥有低温反应、反应副产物少的特点,在工业消除VOCs方面拥有较大的应用空间。然而,由于低温等离子体反应系统的复杂性,现阶段的低温等离子体-催化研究,主要侧重于低温等离子体的影响,而对催化剂在整个系统的作用研究较少。另外,在VOCs众多产物中,甲苯广泛存在于化工各个领域,并且是单环类有机物的代表物质。因此,本论文以甲苯为模型,研究低能量密度条件下催化剂的作用,并探讨低温等离子体-催化体系中的反应机理。首先,以减弱等离子体作用,继而突出催化剂的影响的思路来研究催化作用,本文使用DBD产生等离子体的放电方式,测定了等离子体在不同功率、不同载气、不同催化剂载体下甲苯的转化率、能量消耗等数据。研究发现,在空气、氧气、氮气、氩气、氦气五种气体中,空气的击穿电压较低,并且生成的副产物较少;在以空气为载气的条件下,单独等离子体在功率27W(30V,0.9A)时对甲苯的降解不起作用;等离子体-催化(一段式)体系的实验结果表明,以13X、Al2O3、TiO2和ZrO2四种催化剂载体为填充介质,13X由于具有较大的比表面积和适当的介电常数表现出更高的甲苯催化降解活性。因此,确定下一步研究的等离子体的操作条件为30V,0.9A;载气为空气;载体为13X。其次,本研究进一步考察13X上的Ce组分的负载量对催化剂催化活性的影响,并探讨臭氧在反应过程中的作用。研究结果表明,Ce的负载量为30%时,Ce基催化剂对甲苯的转化率以及二氧化碳选择性最高;10%Ce/13X催化剂稳定性较好;40%Ce/13X则具有较高的CO2选择性。结合活性数据和BET、XPS、H2-TPR、SEM等表征结果,本研究阐述了可能的反应机理如下:甲苯容易吸附在13X上,并在等离子体作用下活化。活化的甲苯物种将从13X脱附,并将与附近的Ce3+物种产生的活性氧物种等物种反应,然后生成CO2和H2O。其中,Ce3+物种在等离子体的作用下更有利于生成活性氧物种。最后,为研究双金属催化剂的作用,使用分步浸渍法制备双金属氧化物Mn-Ce催化剂。实验结果表明,相对于10%Ce/13X催化剂,10%Ce-20%Mn/13X催化剂具有较高的催化活性,可将甲苯的去除率提升至73.3%。可见,Mn的引入可以提高Ce基催化剂的氧化活性。基于本研究的Ce基催化剂,本文对等离子体-催化处理VOCs的技术经济性进行了初步的分析。