[实用新型]空间植物栽培乙烯浓度控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及受控生态生保的植物栽培技术领域，特别是一种空间植物栽培中乙烯浓度的控制装置。

背景技术

在未来长期载人航天和深空探测活动中，需要建立相应的受控生态生保系统为航天员提供食物、氧气和水等基本的生保物资。栽培植物是实现该系统功能的一个极为重要的途径。在国内外多年的研究中，人们发现，植物在其生长过程中会不断释放各种有机物，这些有机物在植物周围空间达到一定浓度时，就会对植物的生长发育产生抑制作用，阻碍植物的正常生长发育。受控生态生保系统中的植物舱更是如此，由于其空间的密闭性，使植物周围空间中的有机物浓度很容易达到对其有害的程度。在这些有机物中，最为突出的是乙烯。因此，必须对该密闭环境中的乙烯浓度进行控制，使其处于对植物生长发育无害的浓度水平，从而使植物的生理活动能维持在正常的代谢水平上。如何去除这些乙烯，成为受控生态生保技术研究中密闭环境大气组分控制研究的重点之一。另外，乙烯去除技术的实现还必须符合受控生态生保系统空间和能源有限的条件。

目前的乙烯去除技术主要采用脱除剂来控制环境中乙烯的含量。比如采用沸石作吸附剂或活性炭从气体混合物中吸附脱除乙烯。这种方法主要应用于物化再生式生保系统和用于从水果催熟房中脱除乙烯气体。但是这种方法只是一个简单的物理过程，存在以下缺点：1、只能适用于高浓度乙烯的去除(mg/kg)，对于低浓度乙烯的去除(μg/kg)效果非常不明显，去除率小于50％。2、只能对乙烯进行吸附，这样使得系统内的碳和氢不能重复利用。3、所使用的吸附剂不可再生，导致相应的装置存在着体积和重量大等缺点，不适合时间较长的载人飞行和深空探测。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种体积小、重量轻、能耗低、乙烯去除率高、催化剂化学性质稳定、成本低的空间植物栽培中乙烯浓度的控制装置。

本实用新型的技术解决方案是：空间植物栽培乙烯浓度控制装置，包括外壳、催化剂载体、催化剂和光源；催化剂载体、催化剂和光源位于外壳内，外壳两侧分别开有乙烯入口和乙烯出口；催化剂载体是中空的圆柱体结构，催化剂附着在催化剂载体的内壁；催化剂和光源之间的空间为乙烯的催化反应区。

所述催化剂为半导体粒子态的ZnO、或WO₃、或Fe₂O₃、或TiO₂。

所述催化剂厚度为8.0～15.0μm。

所述光源的波长为325～3850nm。

所述光源为紫外光管。

将数量大于1个的所述空间植物栽培乙烯浓度控制装置的乙烯入口和乙烯出口相互串联，以提高乙烯浓度的处理效果，串联数量为2-16个。

本实用新型的工作原理是：在光催化反应中，使用的催化剂是半导体粒子。当光源照射半导体时，半导体的价带电子发生带间跃迁，即从价带跃迁到导带，从而产生电子e^-和空穴h⁺。光生空穴具有强氧化性，可直接把有机物氧化；或者光生空穴先氧化催化剂表面的水分子生成羟基自由基，它也是强氧化剂并可氧化分解有机物。同时氧气可与光发生电子反应生成超氧离子并经过一系列的转变后亦可参与有机物降解反应过程。在光生空穴、羟基自由基和超氧离子三者的作用下，乙烯被氧化分解，生成CO₂和H₂O，光能转变为化学能。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

1、本实用新型采用半导体粒子态的ZnO、WO₃、Fe₂O₃、TiO₂作催化剂，可以连续不断地使用，克服了吸附剂不可再生的缺点，降低了空间飞行过程中的物资供应重量和植物舱构建成本。

2、采用实用新型空间植物栽培乙烯浓度控制装置处理乙烯的最终产物为CO₂和H₂O，都是空间植物舱中植物生长所需要的物质，可以重复利用。

3、本实用新型的光源功率较低，如采用波长为365nm的紫外灯管，其功率仅为6W，因此具有能耗低的优点，适合在空间条件下使用。

4、采取多个连续串联空间植物栽培乙烯浓度控制装置对乙烯进行逐步处理，使得乙烯的处理较为彻底，乙烯的去除率大于75％，可以处理浓度很低的乙烯气体(≯10ppm)。

5、本实用新型的外包装采用尺寸仅为Φ24mm×L240mm，具有体积小的特点，可以满足空间植物舱中对各部件的体积限制要求。

附图说明