一种常温催化降解果蔬中催熟剂乙烯的催化剂及其制备与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种常温催化降解果蔬中催熟剂乙烯的催化剂及其制备与应用。所述方法为：将含铋化合物溶解于硝酸中，将含铋化合物硝酸溶液滴加到碱性MnO

【技术实现步骤摘要】
一种常温催化降解果蔬中催熟剂乙烯的催化剂及其制备与应用
本专利技术属于无机纳米催化材料领域，具体涉及一种常温催化降解果蔬中催熟剂乙烯的催化剂及其制备与应用。
技术介绍
乙烯是一种内源植物激素，调控种子萌发、开花、果实成熟、衰老等生理过程，对果蔬既有积极影响，也有不利影响。作为一种积极的催熟剂，促进色素、香气和风味在水果和蔬菜中的积累；相反，它还可以加速果蔬衰老，增加果蔬对腐烂的敏感性，缩短果蔬的贮藏寿命。在运输和储存过程中，乙烯对果蔬的有害影响导致了大量的浪费。因此，去除乙烯是保持易腐食品质量和延长其货架期的重要策略。为了对乙烯进行有效的去除，一些技术得到广泛的应用。常用的乙烯控制技术包括物理吸附、化学氧化、生物合成抑制和催化降解等。物理吸附主要是借助于多孔物质的超大比表面积、丰富的孔道结构以及吸附剂与被吸附物质之间的作用力来实现对乙烯分子的吸附。它具有吸附量大、吸附速率快、无选择性等优点，但是容易存在吸附饱和、脱附的现象。化学氧化主要是利用强氧化剂(KMnO4、O3、H2O2)与乙烯分子中的双键(C＝C)发生氧化还原反应，使之氧化成C2H5OH、CO2、H2O等物质。化学反应速率快、效率高；但容易受到温度、pH值、被吸附剂等各种因素的影响，效果大打折扣。生物合成抑制技术主要是利用微生物及其代谢产物或者是酶-基因工程技术对乙烯进行干预或调控，已达到抑制乙烯合成的目的。生物合成抑制技术具有可调控、精度高的优点，能够从根本上解决问题，但是操作复杂、精度高、周期长且对操作人员的要求较高，不适合日常果蔬的保鲜。与上述方法相比，催化降解法由于催化活性高、重复利用性好、使用方便的特点，表现出极大的应用前景。在催化反应过程中，催化剂本身没有改变，但降低了化学反应所需要的活化能，从而使得乙烯完全转化为无害的H2O和CO2，减少环境的二次污染。目前，对于乙烯的催化降解材料主要集中在以金属氧化物为基材，以其他金属或其他金属氧化物进行复合或掺杂方面。尽管贵金属掺杂金属氧化物对乙烯的催化降解效果较好，但由于贵金属成本高，在实际应用的过程中适用性低且容易造成损失。非贵金属掺杂金属氧化物的催化活性相对较低，但其成本低、环保、不易失活，展现出了明显的优势。锰氧化物作为一种典型的过渡金属氧化物(TMOs)，因其来源广泛、性能稳定和成本低廉，在环境净化、清洁能源生产等方面具有广泛的应用。MnO2作为锰氧化物之一，具有优异的分子吸附性、氧化还原性和离子交换性，已被广泛应用于催化降解NO、CO、HCHO和甲苯等挥发性有机物(VOCs)领域。尽管MnO2在挥发性有机物催化领域的应用广泛，但是也表现出了非贵金属催化剂适用范围窄、催化活性较低和选择性差等常见缺点。若单独使用，难以满足现实需要。因此，往往其他材料与MnO2进行掺杂或复合，使其不仅具有MnO2和掺杂材料各自的特异性能，而且具有协同效应，综合催化性能更加优越。随着大众对新鲜果蔬品质要求的提高，如何延长果蔬的保质期成为了众多科研工作者研究的方向，而通过对MnO2掺杂改性来提升其催化性能，进而实现在常温条件下去除乙烯成为一种可行的思路。据调查，暂无相关研究表明单独MnO2对乙烯具有催化降解的能力，而掺杂改性的MnO2对乙烯催化降解的研究相对较少。但是，掺杂MnO2催化降解乙烯的性能往往得到较大改善，催化降解温度可由高温向常温甚至低温方向移动。Njagi等[1]人通过氧化还原法制备二元铜锰氧化物催化剂并应用于乙烯的催化降解，Cu的掺入有效降低乙烯催化降解反应的要求，对于浓度为1％的乙烯，18h内转化率可达100％。但是，该催化反应需在大于100℃的温度下进行，并不适用于果蔬的常温保鲜。Wang等[2]人通过胶体沉积法将Pt掺杂在二维片状MnO2上，形成Pt/MnO2催化剂。该催化剂在25℃下可实现30％左右的转化，为室温甚至是低温条件下乙烯的催化降解提供了一种思路，但其催化效果仍有待改善。Bi2O3带隙宽度较小，从2eV到3.96eV不等(以标准氢电极0eV为标准)，可充分利用可见光。当Bi2O3接受可见光激发后，产生活性极强的羟基自由基和超氧基自由基，从而使得Bi2O3具备较强的催化降解能力。综上，将Bi2O3与MnO2进行掺杂处理制备出整体性能更加优越的乙烯催化剂成为了一种合理且可行的方法。截止目前，暂未发现Bi-Mn双金属氧化物催化剂对乙烯进行催化降解的相关研究。
技术实现思路
为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种常温催化降解果蔬中催熟剂乙烯的催化剂的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供上述方法制得的一种常温催化降解果蔬中催熟剂乙烯的催化剂。本专利技术所制备的Bi-Mn双金属氧化物催化剂，能够提升常温下降解乙烯的催化性能。本专利技术的再一目的在于提供上述一种常温催化降解果蔬中催熟剂乙烯的催化剂在催化降解果蔬中催熟剂乙烯中的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种常温催化降解果蔬中催熟剂乙烯的催化剂的制备方法，包括以下步骤：将含铋化合物溶解于硝酸中，按照铋元素：锰元素为(0.1～5.0)：10的摩尔比，将含铋化合物硝酸溶液滴加到碱性MnO2溶液中并混合均匀，于30～60℃下反应2～4h后，陈化，离心，洗涤至中性，干燥，得到Bi-Mn双金属氧化物催化剂。优选地，所述含铋化合物为硝酸铋和氯化铋中的至少一种。优选地，所述铋元素与锰元素的摩尔比为(0.1～1.0)：10。优选地，所述硝酸的质量浓度为65～68％，所述含铋化合物与硝酸的比例为0.123～6.140g：4～5.5mL。优选地，所述滴加的速度为0.1～1mL/秒。优选地，所述碱性MnO2溶液由MnO2溶于碱性溶液中所得，其中MnO2与碱性溶液的比例为2.17g：50mL，所述碱性溶液的质量浓度为10～15％。所述碱性溶液为KOH水溶液。优选地，所述碱性MnO2溶液中的MnO2由以下方法制得：以水为反应介质，将含锰化合物和含草酸化合物按照质量比1.0：0.4～1.0混合，于90～150℃反应6～24h，纯化，得到黑棕色MnO2。更优选地，所述含锰化合物为高锰酸钾、高锰酸钠和硫酸锰中的至少一种。更优选地，所述含草酸化合物为草酸钠、草酸钾、草酸铵和草酸铁中的至少一种。更优选地，所述含锰化合物与水的比例为1～3g：100～300mL。更优选地，所述纯化的方法为：将反应结束的产物混合液去除上清液，取沉淀，用蒸馏水洗涤，离心，直至上清无明显颜色，取沉淀于95～150℃下干燥12～24h，即得黑棕色MnO2。优选地，所述反应的温度为45℃，时间为2h。优选地，所述陈化的时间为1～3h。上述方法制得的一种常温催化降解果蔬中催熟剂乙烯的催化剂。上述一种常温催化降解果蔬中催熟剂乙烯的催化剂在催化降解果蔬中催熟剂乙烯中的应用。优选地，所述应用为：将催化剂用于降解浓度为25～100ppm的乙烯，更优选为50～100ppm的乙烯，最优先为50～75ppm的乙烯。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种常温催化降解果蔬中催熟剂乙烯的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将含铋化合物溶解于硝酸中，按照铋元素∶锰元素为(0.1～5.0)∶10的摩尔比，将含铋化合物硝酸溶液滴加到碱性MnO

【技术特征摘要】
1.一种常温催化降解果蔬中催熟剂乙烯的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含铋化合物溶解于硝酸中，按照铋元素∶锰元素为(0.1～5.0)∶10的摩尔比，将含铋化合物硝酸溶液滴加到碱性MnO2溶液中并混合均匀，于30～60℃下反应2～4h后，陈化，离心，洗涤至中性，干燥，得到Bi-Mn双金属氧化物催化剂。


2.根据权利要求1所述催化剂的制备方法，其特征在于，所述铋元素与锰元素的摩尔比为(0.1～1.0)∶10。


3.根据权利要求1所述催化剂的制备方法，其特征在于，所述含铋化合物为硝酸铋和氯化铋中的至少一种。


4.根据权利要求1所述催化剂的制备方法，其特征在于，所述陈化的时间为1～3h。


5.根据权利要求1所述催化剂的制备方法，其特征在于，所述碱性MnO2溶液中的MnO2由以下方法制得：以水为反应介质，将含锰化合物和含草酸化合物按照质量比1.0∶0.4～1.0混合，于90～150℃反应6～24h，纯化，得到黑棕色MnO2。


6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖凯军，程瑶，银玉容，龚胜，
申请(专利权)人：华南理工大学，广东华凯明信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44