[发明专利]用于降解乙烯的半导体光电催化电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于农产品加工与贮藏技术方法领域，具体涉及一种用于降解园艺产品贮藏保鲜库体空气中低浓度乙烯的半导体光电催化电极及其制备方法。

背景技术

园艺产品之所以保鲜期不长，易腐烂变质。主要原因之一是采收后所产生乙烯等植物激素的作用。密封的贮藏保鲜环境中的微量乙烯对园艺产品的冷藏保鲜期影响极大，因而要尽量去除环境中的乙烯。

目前脱除贮藏环境中乙烯主要有物理型吸附法、高锰酸钾脱除法、臭氧处理法、减压处理乙烯脱除法、用于气调库催化脱除乙烯法等。但这些方法都存在一定的缺陷，如物理型吸附法，物质吸收能力有限，容易发生解吸作用，清除乙烯的效果有限；高锰酸钾脱除法，保鲜作用不持久，需要经常更换小包装，而且容易造成污染；臭氧处理法，能够氧化乙烯的浓度同样对保鲜产品会造成一定伤害；用于气调库的催化脱除乙烯法，通过加热催化剂及闭路循环系统完成脱除乙烯的过程，成本比较高，对制冷功率要求较高。

近年来，利用半导体TiO₂催化氧化降解空气中有机物的光催化技术以其独特性能而倍受关注，当用能量大于二氧化钛能带隙的光照射到二氧化钛体系时，产生载流子-光生电子、空穴，在TiO₂表面形成活性很强的羟基，该羟基具有402.8MJ/mol反应能，高于有机物的化学键能，因而能降解有机物。由于该技术方法可在常压下进行，能耗低，加上TiO₂无毒、廉价易得、耐光腐蚀与化学腐蚀，在分解保鲜环境中乙烯有良好的应用前景。

然而，目前利用半导体TiO₂催化氧化降解空气中有机物的光催化技术还存在一些技术难题，大大限制了该技术的产业化和工业应用，其中主要的技术难题为：TiO₂受光照射后产生的电子-空穴对复合概率较大，因而失去活性，光催化反应速率不快；在以纳米级TiO₂粉末为光催化剂的体系中，如何固定TiO₂粉末。

发明内容

本发明的一个目的是解决利用半导体TiO₂催化氧化降解空气中有机物的光催化技术中存在的问题，提供一种用于降解乙烯的半导体光电催化电极。

本发明的另一个目的是提供所述半导体光电催化电极的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来予以实现：

提供一种用于降解乙烯的半导体光电催化电极，包括阴极和阳极，所述阴极和阳极通过高聚物固体电解质和导电粘胶连接两块纳米半导体材料TiO₂与活性炭纤维组成的复合材料构成。

本发明同时提供了所述用于降解乙烯的半导体光电催化电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米级TiO₂固定于活性炭纤维上，制备两块纳米TiO₂/ACF的阴、阳两光电极；

(2)将高聚物固体电解质放于(1)两光电极之间，用导电粘胶固定，在阴、阳两光电极分别引线。

步骤(1)包括以下步骤：

(a)在配药罐中，加入水和23nm级的二氧化钛(TiO₂)粉末，使TiO₂含量为每升溶液20～25mg，用搅拌机以30～80转/分搅拌，并用浓HNO₃调节溶液pH＝3，搅拌时间为130min；

(b)用丙酮清洗处理活性炭纤维，在(a)溶液中浸渍30s，再以250mm/min提拉；

(c)活性炭纤维提拉后用100℃远红外干燥1.5h；

(d)活性炭纤维干燥后在250℃煅烧45min。

所述高聚物固体电解质为全氟硫酸离子交换膜。

所述全氟硫酸离子交换膜厚度为180～200um，质子传导率0.05～0.20s/cm。

所述导电粘胶厚度76um，接触电阻少于1.5Ω。

所述用于降解乙烯的半导体光电催化电极应用于降解乙烯过程中，对阴、阳两光电极外加恒电压作用，恒电压优选75V，使乙烯光催化降解的表观一级反应速率常数提升30％。