挥发性有机化合物作为大气污染的重要组成部分,严重危害人的身体健康和生存环境。随着国家和地方标准加严,寻求新型高效的VOCs处理技术也日益迫切。本论文选取VOCs中典型污染物甲苯为主要净化对象,将微波辐射引入吸附-解吸和催化氧化过程中,并以特制的可屏蔽微波的热电偶准确测量材料宏观反应温度。首先,详细考察了微波场中初始条件的变化以及理论模型的差异对吸附剂表面甲苯分子吸附-解吸过程的影响,提出了微波场中甲苯气体在吸附剂表面吸附-解吸过程的反应机理;其次,分别以共沉淀和络合反应制备的钴氧化物为催化剂,着重探究了微波场中甲苯气体在催化剂表面催化氧化的变化规律,详细探讨微波辐射与材料理化性能对催化活性的影响。同时,在超声辐射的介入和Ce元素的掺杂下,进一步提升了其微波催化活性,并提出了微波场中甲苯气体在复合纳米材料表面的催化氧化反应机理,以求实现甲苯气体的低温高效降解。本论文得到的主要规律性认识总结如下:(1)微波场中大比表面积活性炭表面可能存在“热点”效应-即活性炭表面某些微观区域的温度远远高于其宏观温度,从而导致吸附-解吸反应速率的增加,吸附时间、吸附量以及解吸温度的降低;(2)若将微波场中大比表面积活性炭基催化剂的反应温度设定为120℃以上或将小比表面积活性钴氧化物型催化剂的反应温度设定为50℃以上,则吸附-解吸过程对催化氧化过程的影响几乎可以忽略不计;(3)对比最概然机理函数和样品微观形貌的差异,说明在幂函数法则下可能有利于无定形纳米Co3O4的合成,并综合考虑煆烧前驱体时,先进行高温固化处理以制备无定形纳米基钻氧化物;(4)通过不同外场下催化活性差异的对比,论证微波诱导催化降解甲苯过程中,Nano-和Bulk-Co3O4表面也可能存在“Hot Spots”,且“Hot Spots”促进两种材料对甲苯的催化降解;(5)微波辐射与Nano-Co304的结合使去除率和矿化率分别最大提升了4倍和221倍,从而在210℃就能分别达到100%和96%。这可能由于其具有更小的尺寸分布、表面更丰富的Co2+(4.16)和Olatt(1.13)、更高的tanδε(27%)和tanδμ(134%);(6)超声辐射的介入和第二活性组分的掺杂可以进一步提升微波场中催化剂的活性,并使其具有良好的稳定性、循环性以及抗水性。其中,5%Ce-Co展现出最佳的催化性能,去除率和矿化率最大分别又提升0.7倍和2倍,并获取最小的表观活化能33 kJ/mol;(7)将吸波性能分析引入微波催化气相甲苯研究,构建吸波特性与催化活性相互关系,发现Ce-Co基材料催化活性取决于催化剂物化特性的综合考量,并提出微波协同复合纳米材料低温高效净化甲苯气体可能的反应路径及反应机制。