随着城市化和工业化的快速发展，大气中的挥发性有机化合物（VOC）污染问题日益严重。苯酚作为一种典型的酚类VOC，由于其高毒性、长距离传输能力和多介质危害特性，已成为阻碍区域空气质量改善和威胁生态健康的关键污染物[1]。与水体中的局部苯酚污染不同，大气中的苯酚可以通过“点源排放、大气扩散、跨区域传输和多介质沉积”的途径造成广泛污染[2]。焦化厂和煤化工企业的排放口苯酚浓度常常远超标准限值。此外，秸秆和木材等生物质的不完全燃烧也会产生苯酚[3]。城市车辆尾气中的芳香烃（如苯和甲苯）可以通过与大气中的羟基自由基（∙OH）的反应进一步转化为苯酚[4,5]。这种持续的大气苯酚污染对生态系统和人类健康构成严重威胁。因此，开发能够高效降解酚类污染物并实现资源回收的绿色处理技术已成为环境工程领域的迫切需求。
目前，针对大气苯酚处理的主流技术（如吸附、催化燃烧和光催化氧化）已取得显著进展，但每种技术都面临各自的挑战。吸附研究正从传统的活性炭转向高性能新型材料。例如，有研究开发出一种羟基功能化的柔性脂族共价有机框架（COF），其对双酚A的吸附能力高达1111 mg/g，且平衡时间极短[6]。然而，某些高性能材料的再生性能、循环稳定性和高昂的制备成本仍是限制其大规模应用的关键瓶颈。在催化燃烧领域，研究方向已扩展到污染物的资源化转化。李等人[7]制备了一种贵金属-Ni₂P/SiO₂催化剂，其中贵金属与Ni₂P的紧密接触调节了电子性质，使得苯酚加氢脱氧（HDO）反应具有高活性和选择性。但贵金属的高成本限制了其大规模应用。光催化氧化技术通过构建新型异质结来提高效率。李等人[8]证明WO₃/g-C₃N₄ Z结构异质结能有效促进光生载流子的分离，使气相苯降解速率常数比纯g-C₃N₄提高了20倍。尽管如此，光催化本身的量子效率较低，且对光照条件依赖性强，导致在夜间或阴雨天气性能大幅下降。
微波辅助热解技术凭借其独特的体积加热效应、等离子体激活和选择性加热特性，为酚类污染物的降解提供了有前景的方法[9]。微波照射可实现整体加热和选择性加热，使反应系统温度迅速升高，能量利用效率高[10]。郭等人[11]研究了不同金属离子对生物质热解的影响机制，发现与传统加热相比，负载金属的生物质样品在微波加热下的加热速率显著提高。此外，微波辐射可能诱导非热效应，降低反应的表观活化能，从而在低于传统加热所需的温度下实现更高的反应效率或产物选择性[12]。
微波照射与催化反应的结合是一种高效且环保的合成与转化技术。大量研究表明，该技术在有机转化领域具有广泛应用潜力，为有机合成和废物资源化利用等领域提供了创新解决方案。赵等人[13]开发了自分散的Ni-Co和Ni-Fe双金属催化剂，并在微波照射下构建了高效的转化系统。实验结果表明，该催化系统可直接处理LDPE、HDPE、PP和混合塑料，无需复杂预处理，仅需3.5分钟即可完成转化反应。与传统电炉加热工艺相比，该系统的氢气产率提高了2–3倍。研究团队还利用废弃锂离子电池制备的催化剂，在微波条件下将稻草转化为合成气和芳香液体，实现了农业废物和废弃电池的协同利用[14]。
微波辅助催化在有机转化领域展现了广泛的应用前景和显著优势。然而，微波辅助催化的高效率、节能效果和优异选择性并非仅由微波照射本身决定，而是微波与催化剂协同作用的结果。近年来，生物炭因其丰富的孔结构、可调的表面化学性质和优异的微波吸收能力而被视为极具前景的催化剂载体和微波吸收剂[15]。周等人和孙等人的实验研究表明，生物炭的孔结构可以调节其微波吸收性能，使其在微波场中快速升温，从而有效应用于微波辅助催化系统。当前研究中，基于镍的催化剂在C-O键断裂和氢化反应方面表现出与贵金属相当的性能，同时成本效益较高，成为过渡金属催化剂的研究焦点[18]。然而，生物炭负载的镍基催化剂与微波照射技术的深度整合——包括气态苯酚污染物向合成气和高价值化学品的定向转化机制、活性位点在微波场下的动态演变以及能量、物质和催化剂之间的协同效应——仍缺乏系统的深入研究。
基于以上研究，本文提出了一种高效且低成本的微波辅助催化系统。通过将微波照射技术与催化降解相结合，构建了一种用于气态苯酚催化降解的微波辅助NiO/BC系统，并从分子层面阐明了NiO/BC在微波照射下的苯酚降解机制。这项工作为高效资源化处理酚类污染物提供了可行的技术途径，促进了微波辅助催化在环境修复领域的科学发展和实际应用。
