冰箱除異味技術(shù)研究

任俊杰 胡海梅 劉鵬 呂秀鳳

（合肥美菱股份有限公司 安徽合肥 230601）

冰箱除異味技術(shù)研究

任俊杰 胡海梅 劉鵬 呂秀鳳

（合肥美菱股份有限公司 安徽合肥 230601）

本文主要論述了二氧化鈦光催化降解冰箱異味的技術(shù)，通過正交試驗(yàn)研究了冰箱除異味技術(shù)方案，在考慮效果及成本等綜合因素后，合理有效的低成本方案是選用LED紫外燈波長為365nm、Ag摻雜量為1.0%、觸媒負(fù)載量為30%，此方案下三甲胺去除率為99.25%，乙硫醇的去除率為98.71%。

冰箱；三甲胺；乙硫醇；正交試驗(yàn)

1 引言

冰箱環(huán)境尤其是冷藏箱體內(nèi)，長期處于高濕度和密閉的狀態(tài)，極易滋生細(xì)菌、霉菌和產(chǎn)生異味，導(dǎo)致食品腐敗和果蔬營養(yǎng)流失，影響了冰箱存儲(chǔ)果蔬的存儲(chǔ)時(shí)間和品質(zhì)[1]。因此，研究冰箱殺菌凈味技術(shù)是非常有意義的。根據(jù)殺菌凈味的方式和作用原理的不同可分為物理法和化學(xué)法兩種形式，物理方法主要有吸附法、膜分離法、過濾法和靜電法，化學(xué)方法主要包括光催化法和離子化法[2]。物理方法在其技術(shù)可行的前提下，也有其自身的一些不足之處：較容易飽和，需要定期更換，并且吸附有機(jī)廢氣越多，其吸附性能會(huì)下降，據(jù)有關(guān)資料，平均1g活性炭纖維常溫下可吸附0.2～0.25g的有機(jī)物質(zhì)。目前行業(yè)開始考慮采用光催化氧化處理異味、惡臭污染物[3]。

納米TiO2光催化材料具有性能穩(wěn)定、氧化還原性強(qiáng)、無毒無污染等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于降解有機(jī)物、殺菌消毒、污水處理、空氣凈化等方面[4-5]。然而在光催化領(lǐng)域, 納米TiO2也存在著光響應(yīng)范圍局限在紫外光區(qū)、激發(fā)的電子—空穴易復(fù)合、強(qiáng)氧化自由基壽命短等影響其光催化效率的問題, 并成為了TiO2光催化技術(shù)繼續(xù)發(fā)展的瓶頸, 因此對(duì)納米TiO2材料的修飾及改進(jìn)的技術(shù)研究勢(shì)在必行。催化劑摻雜貴金屬被認(rèn)為是一類可以有效抑制電子—空穴復(fù)合的方法，由于金屬的費(fèi)米能級(jí)低于半導(dǎo)體，在TiO2和金屬元素接觸時(shí), 載流子重新分布, 光生電子遷移至費(fèi)米能級(jí)較低的金屬層, 抑制了電子與空穴的復(fù)合, 從而提高了光催化效率。另一方面，摻雜貴金屬還可以改變催化劑的晶型結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu), 有利于吸收低能量光子，拓寬其光響應(yīng)范圍[6]。

2 技術(shù)分析

光催化效果的影響因素包括：TiO2粒徑、載體、觸媒摻雜金屬種類及含量、觸媒負(fù)載量及光波波長等。

光生電子和空穴從相體內(nèi)擴(kuò)散到催化劑表面的時(shí)間t與顆粒尺寸關(guān)系t=d2/（k2D），粒徑與比表面積的關(guān)系：d=k/(ρ*s)，根據(jù)上述公式說明粒徑越小光催化效果越好；然后，混有少量的金紅石相的銳鈦礦相更有利于光催化反應(yīng)的提高，因?yàn)榻鸺t石相在光照下生成光生電子和空穴，其中的電子遷移到銳鈦礦相的表面，而空穴依然保留在金紅石相的表面，因而金紅石相促進(jìn)了氧化過程，而銳鈦礦相促進(jìn)了還原過程，而且TiO2粒徑太小容易發(fā)生團(tuán)聚，所以選擇TiO2粒徑為20nm左右。

常見的光催化載體有活性炭和活性碳纖維：活性炭的比表面積為500～1000m2/g，孔徑由2nm的微孔、直徑20～50nm的中孔、直徑大于50nm的大孔組成；活性碳纖維，比表面積為1000～3000m2/g，微孔含量大（90%以上），平均孔徑小于2nm；因此本文選用活性炭纖維作為載體進(jìn)行研究。

二氧化鈦本身不能滿足各種類型反應(yīng)的要求，因此，在二氧化鈦上摻雜貴金屬以提高其光催化活性成為當(dāng)前活躍的研究課題。研究表明，在二氧化鈦表面摻雜適量的Ag有利于光生電子與空穴的有效分離，降低還原反應(yīng)的超電壓，從而大大提高催化劑的活性[7]。

本論文在粒徑為20nm的二氧化鈦中摻雜銀離子、以活性炭纖維為載體的基礎(chǔ)上，對(duì)貴金屬摻雜量、觸媒負(fù)載量、LED紫外光波長三個(gè)因素的三個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，從而研究出有效且成本較低的適用于冰箱的除異味方案。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與試劑

（1）氣相色譜（島津）。

（2）BCD-301風(fēng)冷冰箱。

（3）三甲胺（分析純）、乙硫醇（分析純）。

4 實(shí)驗(yàn)方法

利用氣相色譜儀對(duì)9個(gè)實(shí)驗(yàn)就模塊去除三甲胺、乙硫醇兩種氣體進(jìn)行分析，驗(yàn)證除異味殺菌保鮮模塊正交試驗(yàn)表各因素水平的除異味效果。正交試驗(yàn)因素設(shè)定表如表1所示。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）三甲胺去除率正交試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。（2）乙硫醇去除率正交試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。（3）三甲胺去除率正交試驗(yàn)結(jié)果分析如表4所示。（4）乙硫醇去除率正交試驗(yàn)分析結(jié)果如表5所示。

從表4看出，A3、B2、C3均數(shù)最大，故最佳因素組合為A3B2C3，即LED紫外燈波長為365nm，Ag摻雜量為1.0%，負(fù)載量為30%。從表5看出，A3、B3、C3均數(shù)最大，故最佳因素組合為A3B3C3，即LED紫外燈波長為365nm，Ag摻雜量為1.5%，負(fù)載量為30%。

6 總結(jié)

分析上述正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)，每組試驗(yàn)相對(duì)于空白試驗(yàn)具有很好的異味去除效果，異味去除率均達(dá)到90%以上，其中最高能達(dá)到99%以上。

從正交試驗(yàn)分析結(jié)果得出，當(dāng)紫外燈波長為365nm，負(fù)載量為30%時(shí)，三甲胺、乙硫醇的去除率都達(dá)到最佳，此時(shí)Ag摻雜量卻分別為1.0%和1.5%。因此，在考慮效果及成本等綜合因素后，合理有效的方案應(yīng)選用LED紫外燈波長為365nm，Ag摻雜量為1.0%，負(fù)載量為30%。

表1 正交試驗(yàn)因素設(shè)定表

表2 三甲胺去除率正交試驗(yàn)表

表3 三甲胺去除率正交試驗(yàn)表

表4 三甲胺去除率正交試驗(yàn)結(jié)果分析表

表5 乙硫醇去除率正交試驗(yàn)結(jié)果分析表

[1] 李志，錢梅雙，陳艷君.電子羥基自由基用于冰箱環(huán)境內(nèi)降解和殺菌的技術(shù)展望[J].家電科技，2014:124-126

[2] 馬福黨，范紅娟.室內(nèi)空氣污染凈化技術(shù)的研究進(jìn)展[J].廣東化工，2008,3(35):36-39

[3] 劉松華，周靜.光氧催化+活性炭吸附工藝應(yīng)用于含異味有機(jī)廢氣的處理[J].污染防治技術(shù)，2015,3(28): 37-38

[4] Fujishima A, Hashimoto K, Watanabe T. TiO2 Photocatalysis Fundamentals and Applications. Tokyo: BKC Inc,1999:1

[5] Hagfeldt A,Graetzel M.Chem Rev,1995,95:49-68

[6] 蔡彬，佘希林.納米TiO2的光催化性能改進(jìn)及其在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用研究[J].材料開發(fā)與應(yīng)用，2011(4):79-85

[7] 章福祥，張秀，陳繼新等.Ag/TiO2復(fù)合納米催化劑的制備和表征及其光催化活性[J].催化學(xué)報(bào)，2003，24(11):877-880

The technology research about removing peculiar smell in refrigerator

REN Junjie HU Haimei LIU Peng LV Xiufeng
(Hefei Meiling Co.,Ltd. Heifei 230601)

This article mainly discusses the technology for degrading smells in refrigerator by titanium dioxide photocatalysis. Through orthogonal test to study the technical scheme of refrigerator smell degradation. After considering the composite factors such as, effect and cost, the reasonable low-cost scheme is utilizing LED ultraviolet light, which wavelength is 365mm, the Ag doping amount is 1.0%, and the catalyst loading is 30%. Under this scheme, the removal rate of trimethylamine is 99.25%, and the removal rate of ethanethiol is 98.71%.

Refrigerator; Trimethylaminec; Ethanethiol; Orthogonal test