[发明专利]一种高效除乙烯电催化模块及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高效除乙烯电催化模块，其包括依次层叠设置的阳膜电极、固体电解质膜和阴膜电极，所述阳膜电极上负载有催化乙烯与空气中的水和/或氧气反应的三元过渡金属氧化物，所述阴膜电极上负载有对乙烯具有吸附作用的过渡金属半导体材料。所述三元过渡金属氧化物包括ZnCo₂O₄和/或MnCo₂O₄，所述过渡金属半导体材料包括氧化亚铜和/或氧化锌。本发明的电催化模块在通电状态下能通过强效吸附和强效催化降解的双重作用来快速去除乙烯，性质稳定，具有反应连续性和持续性，对乙烯的去除效率和去除率均较高，所用的制备原料价格较低，将其应用于冰箱，能有效提升冰箱的果蔬保鲜效果，使冰箱的果蔬间室在储存果蔬时稳定维持在一个较低乙烯浓度的水平。

技术领域

本发明属于果蔬保鲜技术领域，具体涉及一种高效除乙烯电催化模块及其 制备方法与应用。

背景技术

乙烯是一种植物激素，其与果蔬的品质劣变和保鲜有重要关系。果蔬所发 生的叶绿素分解、果实颜色变化、果柄离层及果实硬度下降等均与乙烯有关。 高的乙烯浓度会使果蔬的呼吸作用加强，成熟和衰老过程加快，因此果蔬保鲜 中应严格控制乙烯气体的浓度，使其对果蔬的影响降到最低。

目前，脱除乙烯气体的方法有很多种，例如：水洗法、稀释法、吸附法、 化学氧化法、催化法等。但是，能实现在冰箱上搭载的可行性方法主要为低温 催化分解法和氧化法。而应用于降解乙烯的触媒或催化剂主要有以下两种：

1、在多孔材料上负载KMnO₄，该方法的反应式为：

3CH₂＝CH₂+2KMnO₄+H₂O→2MnO₂+3CH₃CHOH+2KOH

3CH₃CHO+2KMnO₄+H₂O→3CH₃COOH+2MnO₂+2KOH

3CH₃COOH+8KMnO₄→6CO₂+8MnO₂+8KOH+2H₂O

但该类氧化脱除剂容易受环境温度和湿度的影响，不能循环使用，且需要 现配现用，不易贮藏。其次，高锰酸钾具有强烈毒性，使用过程中如果泄露会 带来严重的食品安全事故。应用于冰箱时，用户需要定期更换乙烯脱除剂，不 符合用户的使用习惯；另外，在冰箱的高湿环境下，高锰酸钾会溶解到潮湿空 气中，并随空气扩散到食物表面，具有一定的安全风险。

2、在多孔材料上负载金属催化剂。利用金属催化剂去除乙烯的传统方法是 将过渡金属负载在多孔物质上，使乙烯在金属催化剂的作用下与水反应，生成 乙醛。该方法的化学式为：CH₂＝CH₂+H₂O→CH₃CHO。

该种催化型反应脱除剂具有一定的反应连续性和持续性，使用寿命更长， 但相较于高锰酸钾等氧化脱除剂，其乙烯去除的速度较慢，需要一定的反应时 间。

近年来，冰箱产品上还出现了一种去除乙烯的铂金触媒，其去除乙烯的反 应速率较快，且较为稳定，利用了贵金属活性选择性较好的特性。但这类贵金 属的价格昂贵，使用成本较高，无法普及应用。