甲苯等离子体降解二次有机污染物形成机理及其控制方法研究

等离子体降解技术处理低浓度有机物废气拥有广阔的应用前景，一直以来是各国研究机构感兴趣的课题。以有机物去除率及去除速率为目标进行等离子体放电研究是目前的主要研究方向，重点关注有机物在多大程度上降级成它物质，而对降解尾气中的有毒副产物成分、含量、形成机理及影响因素的系统研究还未见报导。本项目以介质阻挡放电等离子体降解甲苯为研究对象，采用高灵敏的质子转移反应质谱（PTR-MS)作为有机物的快速检测手段，通过监测降解尾气中的有机副产物成分及其浓度，结合甲苯分子裂解可能的中间过程和产物，探讨有机副产物的形成机理。通过系统的实验设计，以减少降解二次污染物形成为目标值，综合考虑影响有机副产物形成的等离子体放电参数，揭示影响有机副产物形成的关键因素，探索控制有机副产物形成的方法。本项目的预期成果将为抑制有机物等离子体降解中二次污染物的形成提供理论基础和研究方法，为有机物等离子体降解工业化应用提供技术储备。

低温等离子体降解技术在处理低浓度有机废气方面具有广阔的应用前景。由于低温等离子体中活性物质比较复杂，反应通道难以控制，在有机物等离子体降解过程中，可能产生毒性更高的二次有机污染物，研究二次有机污染物的成分及其产量对评估有机废气等离子体降解技术的应用安全具有重要意义。本项目以DBD放电产生低温等离子体降解甲苯为例，利用高灵敏的质子转移反应飞行时间质谱仪（PTR-TOF-MS）作为有机物快速检测的手段，研究二次有机污染物低温等离子体降解产物及其影响因素。项目研究了氮中甲苯低温等离子体降解尾气中的二次有机副产物的成分及其机理，影响因素。同时还研究了降解气体中O2、水蒸气的不同浓度、有机物降解平均可资用能等因素对二次有机副产物的影响。研究表明，有机物降解的平均可资用能时二次有机副产物形成的关键因素，提高有机物降解的平均可资用能可以降低二次有机副产物。项目研究过程中还发现，利用低温等离子降解合成空气之后，导入质子转移反应质谱中，可以产生纯度很高的NO2+离子，这种高纯度的NO2+离子在分子反应动力学、痕量气体探测等领域具有重要的应用价值。