[发明专利]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

说明书

本发明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。本发明制备方法简单，可高效负载掺杂元素，所得催化剂实现常温条件下对乙烯的高效催化降解。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。