等离子体-光催化-LED协同高效净化农食品行业空气污染物的创新研究

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Unlocking an Efficient Synergistic Plasma-Photocatalyst-Light-Emitting Diode for the Elimination of Simulated Contaminated Air from the Agri-Food Industries

本研究针对室内空气污染物（VOCs和细菌）共存难题，开发了等离子体-光催化-LED协同反应器。结果表明：18 kV电压下乙酸乙酯去除率达62%，大肠杆菌对数灭活值达1.89 log CFU（约99%）。该技术通过分解臭氧实现绿色净化，为室内空气治理提供新方案。

　　

随着农食品行业的快速发展，生产过程中产生的挥发性有机物(VOCs)和细菌污染物对室内空气质量构成严重威胁。这些污染物不仅会导致呼吸道疾病，还可能引发神经系统损伤。传统空气净化技术往往难以同时高效去除两类污染物，而单一技术存在局限性——光催化需要强紫外线照射，非热等离子体虽能高效产生活性粒子但可能生成副产物臭氧。

针对这一难题，Mohamed Aziz Hajjaji等人在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，开发了一种创新型等离子体-光催化-发光二极管(LED)协同反应器。该装置采用平面连续流设计，首次将介质阻挡放电(DBD)等离子体与LED光催化直接集成在催化剂表面，实现了污染物单次通过时的同步降解。

关键技术方法包括：采用玻璃纤维组织(GFT)负载二氧化钛(TiO₂)纳米颗粒作为光催化剂，通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)进行表征；构建平面反应器实现等离子体与光催化的空间耦合；通过调节电压(12-18 kV)优化DBD性能；选用乙酸乙酯和大肠杆菌作为模式污染物评估去除效率。

^{光催化剂表征}

SEM分析显示TiO₂纳米颗粒呈球形，平均直径100 nm，XRD证实其为锐钛矿相。GFT载体厚度2 mm，表面沉积15 g/m2胶体二氧化硅增强稳定性。

^{光催化性能}

单独光催化实验表明，LED照射可显著提升催化剂量子产率，但对细菌灭活效果有限。

^{等离子体-光催化协同}

DBD等离子体在18 kV电压下对乙酸乙酯去除率达62%，显著高于单独光催化。协同作用使大肠杆菌灭活达到1.89 log CFU，同时将等离子体产生的臭氧分解为无害产物。

^结论

该研究证实等离子体-光催化-LED协同系统能高效同步去除VOCs和微生物污染物。反应器设计创新性地解决了传质限制和副产物问题，为农食品行业空气净化提供了绿色解决方案。这种高级氧化工艺(AOPs)的组合策略标志着室内空气治理技术的重要突破。