综述：挥发性有机化合物的非催化等离子体辅助分解技术全面评述

《Total Environment Engineering》：A comprehensive review of non-catalytic plasma-assisted decomposition of volatile organic compounds

本综述系统阐述了非热等离子体（NTP）技术，特别是介质阻挡放电（DBD）反应器在挥发性有机化合物（VOCs）降解中的应用优势。文章重点分析了DBD反应器构型、介质材料及关键操作参数（如功率、浓度、湿度）对烷烃、芳烃等典型VOCs降解效率的影响，并指出当前技术在高选择性、臭氧控制等方面的挑战。

　　

挥发性有机化合物的治理挑战与等离子体技术突破

挥发性有机化合物（VOCs）作为沸点低于260°C的碳基化合物，是光化学烟雾、有机气溶胶和地表臭氧的关键前体物。国际癌症研究机构（IARC）已确认苯等VOCs与白血病、脑癌的发病风险相关。英国环境署数据显示，尽管非甲烷挥发性有机化合物（NMVOC）排放量较1970年下降67%，但其通过氧化损伤对农作物和人体呼吸系统的危害仍不可忽视。

传统治理技术的局限性

当前主流的VOCs治理技术如热力焚烧、吸附、生物过滤等存在明显瓶颈。热氧化法易产生NO_x等有毒副产物，吸附技术存在污染物重新释放风险，而生物过滤法的生物参数控制周期长。尤其对于低浓度VOCs，传统方法受经济性或技术限制往往难以高效分解。

非热等离子体的技术优势

非热等离子体（NTP）技术通过气体电离产生高能电子、自由基等活性粒子，可在近室温常压条件下实现VOCs分子键的断裂。其中介质阻挡放电（DBD）反应器因设计灵活、适用混合气体等优势成为主流选择。研究表明，反应器构型、介质材料（如石英、陶瓷）、电极材料（不锈钢、铜）以及放电间隙的优化能显著提升苯系物、烷烃等难降解VOCs的分解效率。

关键工艺参数的影响机制

等离子体功率与VOCs降解率呈正相关，但过高功率会导致臭氧副产物增加。停留时间延长可提高转化率，但需平衡能耗与设备体积。氧气浓度通过促进·OH自由基生成增强氧化能力，而相对湿度则通过水分子裂解参与反应路径。载气类型（如氮气、氩气）会影响放电特性，其中氩气氛围更利于高能电子传递。

典型VOCs的降解特性

对于烷烃类VOCs（如丙烷），等离子体攻击主要发生在C-H键；芳香族化合物（如甲苯）的苯环结构需更高能量解离；醇类（如乙醇）则易通过·OH氧化生成醛中间体。研究显示，环己烷等环烷烃因空间位阻效应降解难度较高，需优化放电长度与功率密度组合。

技术挑战与未来展望

当前NTP技术仍面临CO₂选择性低、臭氧控制难、固体沉积引发电弧等问题。未来研究应聚焦于等离子体-催化剂协同体系开发、反应器抗积碳设计、以及AI驱动的工艺参数智能调控，以实现在化工、制药等行业低浓度VOCs治理中的规模化应用。