银基乙烯脱除剂制备及其性能研究

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我国果蔬产量丰富,但国内保鲜技术落后,经济损失严重。乙烯作为一种气态植物生长激素,是促进果蔬成熟腐败的重要物质。对于储藏和运输中的果蔬保鲜常通过控制外源性乙烯脱除含量达到延长保鲜期的目的。本文开发出一种用于室温条件下脱除环境中微量乙烯的银基/分子筛乙烯脱除剂(Ag/HZSM-5),通过X射线粉末衍射(XRD)、比表面积(BET)、透射电镜(TEM)、表面酸性(NH3-TPD、Py-IR)等表征手段对催化材料的结构和表面化学性质进行分析,采用自制评价装置考察脱除材料在室温下动态去除乙烯的性能,探索优化的应用工艺参数;并基于材料的失活原因对其进行再生,考察可重复使用性。最后,采用涂覆方式,将粉体材料成型于蜂窝纸块基底上,考察成型材料的实用性和使用的便利性。(1)探究制备条件(Ag负载量、焙烧时间和温度)对Ag/HZSM-5脱除剂在室温下脱除乙烯的影响,再探究载体HZSM-5脱铝酸改性(酸种类、浓度和处理时间)对材料脱除性能的影响。XRD、BET、TEM、NH3-TPD等表征结果表明脱除剂的性能主要受到活性组分Ag分散程度和孔道结构的影响,5%Ag载量在600℃条件下焙烧2 h所得脱除剂具有高分散程度Ag且性能最好,载体脱铝改性后疏通孔道、改善载体表面酸性促进Ag分散,提高了脱除乙烯性能。进一步对性能最优的材料(Ag/HZ-C)的应用工艺参数进行考察,结果表明:在乙烯浓度为50 ppm的气流中,保持高效脱除乙烯(≥98%)的时间可以维持340 min;低空速(≤15000 m L/(g·h))下催化性能几乎不受影响。(2)考察材料室温完全氧化乙烯能力,并结合TEM、XPS、BET、FTIR等表征手段分析发现,脱除剂以化学吸附为主要作用,存在部分催化作用(YCO2<10%);材料的失活原因是Ag+先将C2H4吸附但不足以被氧化,占据Ag位点,其次是催化产生水分子堵塞孔道覆盖活性组分和部分活性组分团聚,降低银组分与O2和C2H4接触概率。针对失活原因,通过600℃再生2 h可以恢复到90%,且经过4次再生使用,材料的性能仍能达到新鲜材料的80%以上。并在果蔬实际保鲜中展现出明显延缓腐败的作用。(3)通过涂覆方式成功将粉体材料成型于蜂窝纸块基底上,硅溶胶与材料质量浓度为20 wt%和10 wt%下所得成型材料脱除乙烯性能最好,维持≥98%乙烯脱除率的时间为261 min。通过简单的微波炉可再生成型材料,重复4次维持≥98%乙烯脱除率的时长仍有初次使用的80%以上。在低流速(10 m L/min)下可以维持20 h以上,在有水汽(RH=52%)条件下维持时间明显减少。
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