挥发性有机物（VOCs）是一组广泛存在于室内和室外环境中的空气污染物。工业生产过程会排放大量的VOCs,其中的苯系污染物可对人体产生严重危害,最主要的污染物就是苯、甲苯与二甲苯。它们是城市颗粒物（PM）的重要来源,对空气质量和人体健康的影响具有重要意义。Ti O₂光催化被认为是高效净化苯系物的技术之一,在理想情况下,苯系物能够被光催化完全降解转化为H₂O和CO₂。但在实际过程中,却往往会产生大量的中间产物,而这些中间产物可能对环境和人体健康造成比母体VOCs更大的危害。二甲苯是一类特殊的苯系物,有三种同分异构体（间二甲苯、邻二甲苯和对二甲苯）。由于三种二甲苯甲基位置的差异,可能会发生相同或不同的光催化氧化机理。本论文选取二甲苯同分异构体作为研究对象,将质谱解析和氧同位素示踪相结合,系统开展了Ti O₂光催化降解二甲苯的机理研究。主要结论如下:1.首先探究了在UV（UV254nm+UV185nm）照射下Ti O₂光催化降解二甲苯同分异构体的机理。降解动力学结果表明:,二甲苯的初始浓度为200ppm,间二甲苯降解120min后仍然有11ppm的残留,邻二甲苯降解120min后仍然有6.2ppm的残留,对二甲苯降解120min后仍然有16.4 ppm的残留,说明二甲苯没有完全降解。Ti O₂表面中间产物质谱解析结果证实同时形成了H-提取产物和·OH-加成产物,如间二甲苯降解为6种H-提取产物和5种·OH-加成产物,邻二甲苯降解为7种H-提取产物和4种·OH-加成产物,而对二甲苯降解为7种H-提取产物和3种·OH-加成产物。产物定性结果表明间二甲苯降解产物与对二甲苯类似,但邻二甲苯光催化降解产物中鉴定到苯并呋喃中间体（邻苯二甲酸酐和邻苯二甲酰胺）。进一步定量结果发现间二甲苯、邻二甲苯和对二甲苯在120min时H-提取产物和·OH-加成产物比例分别为98.01%和1.99%,99.87%和0.13%,99.94%和0.06%。其中甲基-苯甲酸是最重要的H-提取产物,二甲基-苯酚是重要的·OH-加成产物。结合产物分析和量子化学计算证实H-提取路径是Ti O₂光催化降解二甲苯同分异构体的主要过程。2.进一步开展了氧同位素示踪的三种二甲苯光催化降解机理研究。结果表明:UV254nm照射下三种二甲苯的降解产物与上一部分产物类似,再次验证了二甲苯在Ti O₂的光催化降解以H-提取路径为主。进一步将反应体系中的H₂¹⁶O用H₂¹⁸O替代来探究氧物种在二甲苯光催化降解过程中的贡献机制。研究结果表明:H₂O的存在对二甲苯的光催化氧化中·OH-加成产物的生成很重要,当减少反应体系中的H₂O时,·OH-加成产物二甲基-苯酚的量明显减小。对于H-提取产物而言,甲基-苯甲醇中氧原子几乎全部来源于¹⁶O₂,随着反应的进行,尽管O₂依然主导甲基-苯甲醛,甲基-苯甲酸,1,3-苯二甲醛,1,4-苯二甲醛,1（3H）-异苯并呋喃酮的生成,但是H₂O能加快反应的进行,有着不可忽视的贡献作用。