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低温贮藏是当今世界上应用最为广泛的果蔬贮藏方法。在密闭的保鲜库中,采后园艺产品自身释放和其他来源的乙烯等有机气体通过对代谢的直接或者间接作用使园艺产品加速衰老。鉴于此,将非热等离子体(NTP)技术运用到贮藏保鲜库中引起了科研人员们的关注。电晕放电是产生非热等离子体的方法之一。电晕放电产生的等离子活性物质对乙烯有降解作用,在园艺产品保鲜贮藏库内设立特定的电晕放电低温等离子体系统,从而达到修复保鲜库内空气的目的。 然而,电晕放电低温等离子体系统会产生副产物,比如乙醇,臭氧和小分子有机化合物。对果蔬贮藏来说,电晕放电产生的过高浓度的臭氧对果蔬贮藏不利。一种更有效的利用等离子的方法就是通过结合多相催化技术开拓其内在的协同作用以去除臭氧。本研究围绕上述所需,建立多针对板式电晕放电反应器,以低浓度乙烯为研究对象。对所建立的反应器电晕放电的特性、反应器催化剂处理条件(ACF负载的TiO2、ACF负载经60Co-γ辐照的TiO2、ACF负载经60Co-γ辐照的R-TiO2-Ag)对乙烯降解效果进行研究,并进行了催化剂表征。主要研究结果如下: (1)通过多针对板式电晕放电的伏安特性的研究,针板距离为12mm的直流正电晕稳定性最好。 (2)电晕放电产生低温等离子体对乙烯有降解作用,且降解效果随着放电功率的增大而增强。电晕放电低温等离子体降解乙烯符合一级反应动力学方程。对影响电晕放电低温等离子体降解乙烯的两个主要因素放电功率、空气流量做中心点响应面设计,并进行方差分析,所得模型显著。最优值在功率0.8VA,流量932.59L/h,k=-5.62765±0.306973×10-3min-1。 (3)电晕放电耦合催化技术(PPC,post plasma catalysis)方式降解乙烯的研究中,添加ACF薄膜后,乙烯降解速率较纯电晕时减慢,臭氧生成量(120min)下降一半。ACF负载催化剂后,降解乙烯的效果有所提升,且臭氧生成量(120min)更少。从参数为功率0.5VA,流量900L/h的数据来看,负载催化剂后,乙烯降解提升2~3倍,臭氧生成量从接近10mg/m3下降到3mg/m3左右。 (4)PPC降解乙烯的交互设计中,各响应面模型均显著。对TiO2/ACF最优值在功率为0.8VA,流量为600L/h,k=-2.27067±0.115481×10-3min-1。对R-TiO2/ACF最优值在功率为0.8VA,流量为600L/h,k=-2.05932±0.113583×10-3min-1。对R-TiO2-Ag/ACF最优值在功率为0.8VA,流量为600L/h,k=-1.98815±0.137335×10-3min-1。三者相比耦合TiO2/ACF降解乙烯为最佳但臭氧生成量仍较高。 (5)SEM观察表明:经过60Co-γ辐照的TiO2有更好的负载性和微孔结构。TEM观察表明:采用60Co-γ射线辐照制备的纳米银有很好的分散性能以及对TiO2良好的负载性能。XRD分析表明辐照对TiO2的晶型结构有显著变化,TiO2、R-TiO2及R-TiO2-Ag锐钛矿相晶粒大小为25nm、24nm及23nm;TiO2、R-TiO2及R-TiO2-Ag金红石相晶粒大小为42nm、41nm及38nm。XPS分析表明经60Co-γ辐照TiO2,表面能态变化,钛元素2p轨道电子的结合能整体减小了0.2eV左右;而且氧元素1s轨道电子的结合能整体减小了0.3eV左右。经辐照后活性增强原因可能为:R-TiO2中羟基氧增加,OH所占百分比33.41%。而R-TiO2-Ag活性增强是因为辐照后,Ag元素由原来的+1价变化为单质Ag及二价Ag共存。 本研究的创新之处主要体现在以下三点: (1)多针对板直流正电晕放电和光催化(PPC)耦合是本论文开展C2H4去除研究中最鲜明的技术特色。 (2)多针对板直流正电晕放电能有效的去除C2H4。但产生的副产物O3达到了难以接受的程度。TiO2/ACF作为催化剂的加入彻底解决了电晕放电副产物O3浓度过高的问题。 (3)为寻求既能保持电晕副产物O3在低浓度,又能提高C2H4的去除效率。试验证明经60Co-γ辐照的纳米TiO2有更高活性。