非热等离子体协同紫外活化湿式洗涤系统高效降解二氯甲烷的机理与性能研究

针对非热等离子体(NTP)处理氯代挥发性有机物(CVOCs)时存在的臭氧(O3)二次污染和矿化不完全问题，研究人员创新性地构建了NTP+UV(L)耦合系统。该系统通过液相紫外将O3转化为活性氧物种(ROS)，使二氯甲烷(DCM)降解效率(DE)和矿化率(MR)分别提升至83.5%和73.9%，为CVOCs治理提供了无催化剂、高效绿色的新策略。

　　

二氯甲烷(DCM)作为典型的氯代挥发性有机物(CVOCs)，在电子、制药等行业广泛应用，但全球约80%的DCM最终排入大气，其强毒性和化学稳定性对生态环境构成严重威胁。传统处理技术如吸附法面临极性分子选择性差的问题，热焚烧需650-1200°C高温运行，生物滤床受废气浓度波动影响大，而新兴的非热等离子体(NTP)技术虽能在常温下高效激发CVOCs，却存在臭氧(O₃)副产物和矿化不完全的瓶颈。

针对这一难题，中国的研究团队在《Process Safety and Environmental Protection》发表研究，创新性地将NTP反应器与紫外活化湿式洗涤器(UV(L))耦合。该系统通过三项核心技术实现突破：首先利用NTP产生的高能电子直接裂解DCM分子；其次通过液相紫外将副产物O₃转化为羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O₂^-)；最后通过湿式洗涤捕获氯化物(Cl^-)。研究采用电子顺磁共振(EPR)检测ROS，通过GC-MS分析气液两相中间产物，并监测总有机碳(TOC)和氯离子浓度验证矿化效果。

【DCM降解在单一系统中的表现】
对比实验显示，单独NTP系统的DCM降解效率(DE)仅17.3%，矿化率(MR)20.9%，而UV(L)系统分别为28.7%和36.1%。理论分析表明，NTP产生的·O和·OH因寿命短(<1μs)难以充分氧化DCM，而UV(L)系统依赖254nm紫外光直接分解DCM的效率有限。

【NTP+UV(L)系统的协同机制】
耦合系统DE和MR跃升至83.5%和73.9%，EPR检测证实液相中·OH和·O₂^-的生成量较单一系统提升3.2倍。猝灭实验显示·OH贡献率达61.4%，·O₂^-占22.3%。O₃转化效率达89.7%，氯元素主要以Cl^-形式被溶液捕获。

【DCM降解路径解析】
GC-MS检测到CHCl₂OH、HCOOH等中间体，推测DCM先经高能电子脱氯形成·CH₂Cl，随后被ROS逐步氧化为CO₂。液相中检测到微量氯乙酸，证实存在氯化-氧化交替反应路径。

该研究突破性地实现了NTP副产物O₃的资源化利用，通过UV(L)系统将其转化为强氧化性ROS，不仅解决臭氧污染问题，还将DCM矿化率提升至73.9%。相较于传统催化氧化技术，这种无催化剂系统避免了催化剂失活和再生难题，为工业CVOCs治理提供了更经济可持续的解决方案。研究揭示的ROS协同作用机制，为多技术耦合治理难降解污染物提供了重要范式。