CN108770923B - 一种适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水果保鲜技术领域，公开了一种适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统及应用。该装置包括水果储藏箱、含内嵌循环风机的隔板、光反应容器、催化剂、催化剂支撑网架、石英透光片、超高压氙灯装置、氙灯自动控制开关、乙烯气体阈值传感器和恒温冷藏室，其中催化剂为负载型银掺杂二氧化钛/钨酸铋薄膜催化剂。水果储藏箱和光反应容器通过循环气流管进行连通，乙炔阈值传感器一端连有探头，探头卡嵌在循环气流管上，处理控制模块通过乙烯阈值传感器的探头读取乙烯浓度数据并智能开启关闭氙灯装置来调控乙烯的可见光催化分解反应，无需人工干预，避免了人体接触乙烯气体引起不适。
Description
技术领域
本发明属于水果保鲜技术领域，特别涉及一种适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统及其应用。
背景技术
中国是水果种植与生产大国，近十年来中国的产量一直是居于世界上最前列的，在我国农业经济发展进程中，水果产业早已经成为了支柱产业。但是，由于缺乏成熟的水果采后储藏保鲜技术，导致新鲜水果在储运过程中大量损失，根据统计结果表明，水果的损耗率约为30％,这是一种极大的浪费和经济损失。据研究表明，起因在于采后的水果依旧具有生命活动，而乙烯是通过呼吸过程新陈代谢产生的，乙烯也被称为植物催熟激素，当它的浓度超过水果中的乙烯阈值浓度时，便会加速水果的成熟和衰老，影响品质甚至导致劣变，大幅度地降低了水果的货架期和贮藏品质。因此，在水果储存和保鲜领域中，减少或脱除水果贮运环境中的乙烯是亟待解决的关键性问题。
此外，温度是一个非常重要的物理量，因为它直接影响水果成熟、化学反应、空气流动等物理和化学过程，从而影响水果新鲜程度，温度控制失误就可能引起水果质量变坏，因此对温度的调控具有重要意义。随着我国水果市场的不断扩大，研制出一种适用于在冷藏环境下贮存水果的光催化反应装置具有重要的意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统。
本发明的再一目的在于提供上述适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统在水果储藏中的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统，其包括水果储藏箱、含内嵌循环风机的隔板、光反应容器、催化剂、催化剂支撑网架、石英透光片、超高压氙灯装置、氙灯自动控制开关、乙烯气体阈值传感器和恒温冷藏室，其中水果储藏箱、光反应容器、催化剂、催化剂支撑网架、石英透光片、超高压氙灯装置、氙灯自动控制开关、乙烯气体阈值传感器均设置在恒温冷藏室内。其中催化剂为负载型银掺杂二氧化钛/钨酸铋(Ag-TiO2/Bi2WO6)薄膜催化剂。
水果储藏箱正上方依次放置含内嵌循环风机的隔板和光反应容器，三者紧密相贴，水果储藏箱的顶部与隔板内嵌式循环风机相对的位置设有小于等于循环风机面积的开口，光反应容器的底部与隔板内嵌式循环风机相对的位置设置有小于等于循环风机面积的开口，水果储藏箱的右端设置有进气阀，光反应容器的右端设置有出气阀，进气阀和出气阀通过循环气流管连通，这样使得水果储藏箱和光反应容器之间形成一个密闭的循环空间，接通电源后风机可将水果储存箱内的气体导向光反应容器内,并经由气流管循环回流至水果储藏箱内形成闭环系统。
催化剂支撑网架通过卡槽固定在光反应容器内底部的正中间，催化剂通过薄膜支撑网架的卡扣固定在薄膜支撑网架上，光反应容器上部设置有开口，开口盖有石英透光片，石英透光片通过螺栓固定在光反应容器上；超高压氙灯装置位于石英透光片的正上方，超高压氙灯装置发出的灯通过石英透光片可照射到催化剂上。
超高压氙灯装置与氙灯自动控制开关、乙烯气体阈值传感器之间通过处理控制模块实现单向控制，乙烯阈值传感器→氙灯自动控制开关→超高压氙灯装置，乙炔阈值传感器位于循环气流管上方，乙炔阈值传感器一端连有探头，探头卡嵌在循环气流管上，处理控制模块通过乙烯阈值传感器的探头读取乙烯浓度数据并智能开启关闭超高压氙灯装置来调控乙烯的可见光催化分解反应。
当乙烯气体阈值传感器检测到乙烯浓度高于阈值浓度(香蕉的阈值为9ppm～17pmm)时，其程序启动氙灯自动控制开关，氙灯装置处于工作状态并发射波长大于400nm的可见光照射到负载型Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜催化剂表面，开始可见光催化反应过程，实现乙烯的分解。在可见光催化反应一定时间后，乙烯气体阈值传感器检测到乙烯浓度已降至水果后熟腐烂的阈值浓度以下，氙灯自动控制开关关闭超高压氙灯装置，停止乙烯分解过程。
所述的超高压氙灯装置由高压氙灯灯管、触发器、以及镇流器搭建而成，高压氙灯灯管与触发器并联然后与整流器串联，接入220V电源即得到高压氙灯装置，其中高压氙灯灯管的光照强度为250～500W；
所述的恒温冷藏室包括冷藏蒸发器以及温控系统，可实时自动调控冷藏室内温度至水果最佳冷藏温度，同时也可用做可见光催化反应装置的高压氙灯装置的降温，使得氙灯工作寿命大大延长。
所述的水果储藏箱的前端设有带拉手和门封条的门体，当需要放入水果时，可通过拉手拉开门体，然后将水果置于水果储藏箱内，之后关上门体使其处于密封环境内。
所述的负载型银掺杂二氧化钛/钨酸铋(Ag-TiO2/Bi2WO6)薄膜催化剂是指纳米银掺杂二氧化钛/钨酸铋(Ag-TiO2/Bi2WO6)薄膜负载在ITO薄膜上，具体由以下方法制备得到：
(1)对ITO导电玻璃进行清洗，备用；
(2)将Na2WO4晶体粉末加入到乙二醇中，溶解并混合均匀得Na2WO4的乙二醇溶液；
(3)称取Bi(NO3)3粉末加入到乙二醇中，搅拌使之充分溶解得Bi(NO3)3的乙二醇溶液；
(4)将步骤(2)中得到的Na2WO4乙二醇溶液加入到步骤(3)中的Bi(NO3)3乙二醇溶液中，搅拌使混合均匀，配成无色澄清的Bi2WO6前驱溶液，将Bi2WO6前驱溶液室温静置24h，得到无色澄清的Bi2WO6溶胶；
(5)将钛酸丁酯(Ti(OBu)4)与无水乙醇混合，超声振荡使混合均匀，然后加入硝酸银溶液，并加酸调节溶液pH值至3～4，再继续超声振荡；
(6)将步骤(5)中得到的混合液加热至60℃搅拌30min，然后室温下密闭陈化24h以上，得到稳定、均匀、清澈透亮的黄橙色溶胶；
(7)以洁净的ITO导电玻片作为基底，采用浸渍提拉法从步骤(4)中的Bi2WO6溶胶中制备Bi2WO6基层膜，湿膜在干燥箱内100℃烘烤10min后重复提拉12-15次，接着从步骤(6)中的溶胶中镀Ag-TiO2覆层膜，重复提拉3-7次，每次提拉后在干燥箱内60℃烘5min；
(8)对步骤(7)中得到的薄膜进行高温煅烧热处理，即获得负载型 Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜催化剂。
步骤(1)中所述的清洗具体包括以下步骤：
(1.1)先用添加有洗涤剂的清水在200～650W功率下超声清洗5min；
(1.2)用水冲刷后，再用丙酮在200～650W功率下超声振荡10min；
(1.3)再用乙醇在200～650W功率下超声振荡清洗10min；
(1.4)再用清水在200～650W功率下超声清洗5min，重复3～5次；
步骤(2)中所述的Na2WO4的乙二醇溶液中Na2WO4的浓度为 0.06～0.09mol/L；
步骤(3)中所述的Bi(NO3)3乙二醇溶液中Bi(NO3)3的浓度为 0.36～0.54mol/L；步骤(3)中所述的搅拌是指在600～750r/min的速度下搅拌 0.5～1h；
步骤(4)中所述的Na2WO4的乙二醇溶液和Bi(NO3)3乙二醇溶液的体积比为4.5～3:1.5～1；
步骤(5)中所述的钛酸丁酯和无水乙醇的体积比为1:4～5；步骤(2)中所述的硝酸银溶液的用量满足加入硝酸银溶液后的混合溶液中银离子的质量分数为0.05～0.08％，优选为0.05％；
步骤(5)中所述的超声振荡均指在200～650W功率下超声5～10min；
步骤(7)中所述的浸渍拉提法的提拉速度均为2～6.8mm/s；
步骤(8)中所述的热处理是指将薄膜置于马弗炉中，以10～20℃/min的速度升至150℃，保温30min；然后再以10～20℃/min的速度升至450℃保温 120min，最后自然冷却至室温。此时热处理过程经历了溶胶溶剂挥发、凝胶胶粒粒子聚集，膜层自然收缩几个主要流程。
上述的适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统在水果储藏中的应用。
一种实现上述的适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统在水果储藏中应用的方法，具体包括以下步骤：
(1)将恒温冷藏室内温控系统开关打开，冷藏蒸发器运作致使室内温度下降至水果贮藏最佳温度3±1℃，并保持恒定；
(2)水果储藏箱的前端设有带拉手和门封条的门体，通过拉手拉开门体，然后将水果置于水果储藏箱内，之后关上门体使其处于密封环境内；
(3)接通隔板内嵌式循环风机电源，循环风机开始运转，带动水果储藏箱内气体流向光反应容器内，光反应容器和水果储藏箱右端设有出气阀和进气阀，连通循环气流管，气体在反应容器、储藏箱、气流管内循环流动；
(4)当布置在气流管上的乙烯气体阈值传感器检测到乙烯浓度高于阈值浓度时，其程序启动氙灯自动控制开关，超高压氙灯装置处于工作状态并发射波长大于400nm的可见光照射到负载型Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜催化剂表面，开始可见光催化反应过程，实现乙烯的分解；
(5)待传感器检测到乙烯浓度已降至水果后熟腐烂的阈值浓度以下，氙灯自控开关关闭超高压氙灯装置，停止乙烯分解过程。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
本发明装置可根据乙烯浓度大小智能开启或停止可见光催化分解乙烯反应，无需人工干预，避免了人体接触乙烯气体引起不适。
附图说明
图1为实施例1中负载型Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜催化剂中Ag-TiO2/ Bi2WO6薄膜的XRD图谱；
图2为实施例1中的负载型Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜催化剂中Ag-TiO2/ Bi2WO6薄膜的PL图谱；
图3为实施例1中的负载型Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜催化剂中Ag-TiO2/ Bi2WO6薄膜的SEM图谱；
图4为实施例2中的适用于水果保鲜储藏的可见光催化反应系统示意图，其中，1为水果储藏箱，2为内嵌循环风扇的隔板，3为催化剂支撑网架，4 为催化剂，5为石英透光片，6为光反应器，7为超高压氙灯装置，8为乙烯气体阈值传感器，9为氙灯自动控制开关，10为恒温冷藏箱，11为循环气流管， 12为冷藏蒸发器系统模块，13为氙灯固定支撑座。
图5为实施例2中的超高压氙灯装置接线图，其中14为超高压氙灯灯管， 15为触发器，16为镇流器；
图6为实施例3中智能可见光催化反应系统应用于香蕉保鲜储藏过程中乙烯实时浓度的变化趋势图；
图7为实施例3中普通冷藏系统应用于香蕉保鲜储藏过程中乙烯实时浓度的变化趋势图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。实施例中所设计的控制模块均设有控制电路。
实施例中未指明超声频率的均指在200～650W下超声。
实施例1：负载型Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜催化剂的制备
(1)称取0.012molNa2WO4晶体粉末溶于150ml乙二醇中，用超声波清洗器超声振荡2h。
(2)称取0.024molBi(NO3)3粉末溶于50ml乙二醇中，用磁力搅拌器以 750r/min转速持续搅拌30min。
(3)将Na2WO4溶液缓慢滴加入Bi(NO3)3溶液中，持续磁力搅拌1h使其混合均匀，配成无色澄清的Bi2WO6前驱溶液。将Bi2WO6前驱溶液静置24h，得到无色澄清的Bi2WO6溶胶；
(4)将钛酸丁酯(Ti(OBu)4，C.P.)与无水乙醇(C2H5OH，A.R.)按1:5 的体积比混合后，用超声波清洗器超声振荡5min。
(5)向步骤(4)中的溶液中加入硝酸银溶液，使得混合溶液中银离子的质量分数为0.05％。
(6)滴加冰醋酸溶液调节步骤(5)中溶液的pH值至4左右，随后持续超声振荡5min。
(7)使用磁力搅拌器(加热恒温60℃)对步骤(6)中所得溶液搅拌30min，室温下密闭陈化24h以上，得到稳定、均匀、清澈透亮的黄橙色溶胶。
(8)将裁切好的ITO玻璃基片进行以下清洗程序：
1)利用超声波震荡仪并在仪器内添加洗涤剂的清水清洗5min；
2)用去离子水冲刷后，再添加丙酮进行超声波振荡，清洗10min；
3)用乙醇超声波振荡清洗10min；
4)最后用实验室制去离子水，超声波振荡清洗，重复3次。
(9)以洁净的ITO导电玻片作为基底，采用浸渍提拉法从步骤(3)中得到的溶胶中制备Bi2WO6基层膜，以2mm/s的速度提拉，湿膜在干燥箱内 100℃烘烤10min后重复提拉15次，接着从步骤(7)中的溶胶中镀Ag-TiO2覆层膜，重复提拉5次，每次提拉后在干燥箱内60℃烘5min。
(10)对薄膜进行高温煅烧热处理，先在马弗炉内150℃下保温30min，等残留有机物部分分解，然后将炉内温度按5℃/min的升温速率升至450℃，保温2h。最后待其自然冷却至室温，即获得纳米Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜。
所获得的负载型Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜催化剂中Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜 XRD图如图1所示，从图1中可以看出薄膜的所有衍射峰均为正交晶相 Bi2WO6(PDF No.39-0256)和锐钛矿相TiO2(PDF No.21-1270)特征峰，并没有出现其他杂质衍射峰；
所获得的负载型Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜催化剂中Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜的 PL图谱如图2所示，从图2中可以看出，单一Bi2WO6薄膜在423，485和 528nm处均出现三个强发射峰，而复合薄膜与其出峰位置一致，但峰强度明显较低。复合后发射峰强度降低表明了复合薄膜较单一Bi2WO6薄膜的自由电子复合率更低了，也就是说Ag-TiO2复合Bi2WO6能有效抑制光生电子空穴对重组并提升光催化性能。
所获得的负载型Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜催化剂中Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜的1um倍率下和10um倍率下的SEM图谱如图3所示，从图3中可看出制备出的中Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜薄膜在ITO玻片上分布均匀，表面平整致密。
实施例2：适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统在水果储藏中的应用
本实施例中的智能见光催化反应装置图具体如图4所示，图4中可以看出，1为水果储藏箱，2为内嵌循环风扇的隔板，3为催化剂支撑网架，4为催化剂，5为石英透光片，6为光反应器，7为超高压氙灯装置，8为乙烯气体阈值传感器，9为氙灯自动控制开关，10为恒温冷藏箱，11为循环气流管，12 为冷藏蒸发器系统模块，13为氙灯固定支撑座。3-催化剂支撑网架卡槽，4- 催化剂，5-石英透光片，6-光反应器，7-超高压氙灯装置，8-乙烯气体阈值传感器和9-氙灯自动控制开关共同组成可见光催化反应装置，可见光催化反应装置、2-隔板和1-水果储藏箱均位于10-恒温冷藏箱内，10-恒温冷藏箱内设有12 为冷藏蒸发器系统模块，可实时自动调控冷藏室内温度至水果最佳冷藏温度，同时也可用做可见光催化反应装置的超高压氙灯装置的降温，使得氙灯工作寿命大大延长。
其中4-催化剂为实施例1中制备的负载型Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜催化剂。
1-水果储藏箱正上方依次放置2-内嵌循环风扇的隔板和6-光反应容器，三者紧密接触，1-水果储藏箱的顶部与2-隔板内嵌式循环风机相对的位置设有等于循环风机面积的开口，6-光反应容器的底部与2-隔板内嵌式循环风机相对的位置设置有等于循环风机面积的开口，1-水果储藏箱与2-隔板紧密相贴，2-隔板和6-光反应容器紧密紧贴，1-水果储藏箱的右端设置有进气阀， 6-光反应容器的右端设置有出气阀，进气阀和出气阀通过11-循环气流管连通，这样使得1-水果储藏箱和6-光反应容器之间形成一个密闭的空间，接通电源后风机可将1-水果储存箱内的气体导向6-光反应容器内,并经由气流管循环回流至水果储藏箱内形成闭环系统。
6-光反应容器与2-隔板紧密相贴，3-薄膜支撑网架通过卡槽固定在6-光反应容器内底部，4-催化剂通过薄膜支撑网架的卡槽处的卡扣固定在3-薄膜支撑网架上，4-催化剂的正上方为5-石英透光片，石英透光片的正上方为7-超高压氙灯装置，7-氙灯装置与9-智能控制开关、8-乙烯气体阈值传感器之间通过处理控制模块实现单向控制，乙烯阈值传感器→智能控制开关→超高压氙灯装置，乙炔阈值传感器一端连有探头，探头卡嵌在气流管上处理控制模块通过乙烯阈值传感器的探头读取乙烯浓度数据并智能开启关闭氙灯装置来调控乙烯的可见光催化分解反应。
7-超高压氙灯装置(GZX500型号，上海季光特种照明电器厂购置)由14- 高压氙灯灯管、15-触发器、以及16-整流器搭建而成，具体如图5所示；在装卸灯管前须使用脱脂棉蘸酒精将表面擦干净，高压氙灯灯管与触发器并接然后与整流器串接，接好后接入220V电源。氙灯装置采用13-支撑底座固定并通过伸缩杆调至一定高度，伸缩杆通过扭动旋钮松紧，伸缩杆上端曲杆通过螺栓组件负载并固定氙灯灯罩。
1-水果储藏箱的前端设有带拉手和门封条的门体，当需要放入水果时，可通过拉手拉开门体，然后将水果置于1-水果储藏箱内，之后关上门体使其处于密封环境内。
实施例3：适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统在水果储藏中的应用的操作方法
将恒温冷藏室内温控系统开关打开，冷藏蒸发器运作致使室内温度下降至水果贮藏最佳温度3±1℃，并保持恒定。打开水果储藏箱的前端门体，然后将香蕉置于水果储藏箱内，之后关上门体使其处于密封环境内。接通内嵌式循环风机电源，循环风机开始运转，带动水果储藏箱内气体流向光反应容器内，光反应容器和水果储藏箱右端设有出气阀和进气阀，连通循环气流管，气体在光反应容器、水果储藏箱、气流管内循环流动，当乙烯气体阈值传感器检测到乙烯浓度高于阈值浓度时，其程序启动氙灯自动控制开关，氙灯装置处于工作状态并发射波长大于400nm的可见光照射到负载型Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜催化剂表面，开始可见光催化反应过程，实现乙烯的分解，分解后产生的二氧化碳也可以减缓水果的呼吸作用，从而延长水果的保鲜期限。在可见光催化反应一定时间后，乙烯气体阈值传感器检测到乙烯浓度已降至水果后熟腐烂的阈值浓度以下，氙灯自动控制开关关闭超高压氙灯装置，停止乙烯分解过程。
当香蕉在储藏箱中放置37h后，乙烯浓度从9ppm上升到了17ppm，处理控制模块通过布置在气流管上的乙烯阈值传感器检测到乙烯浓度高于阈值浓度17ppm时，处理控制模块控制氙灯电源开关智能开启氙灯装置，氙灯装置处于工作状态并发射波长大于400nm的可见光照射到负载型Ag-TiO2/ Bi2WO6薄膜催化剂表面，开始可见光催化反应过程，实现乙烯的分解。同时设置普通冷藏的对比实施例，即在实施例2中所述的智能可见光催化反应系统不放置负载型Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜催化剂。
当香蕉在储藏箱中放置37h后，乙烯浓度从9ppm上升到了17ppm，处理控制模块通过布置在气流管上的乙烯阈值传感器检测到乙烯浓度高于阈值浓度17ppm时，处理控制模块控制氙灯电源开关智能开启氙灯装置，氙灯装置装置处于工作状态并发射波长大于400nm的可见线照射到负载型Ag-TiO2/ Bi2WO6薄膜催化剂表面，开始可见光催化反应过程，实现乙烯的分解。以处理控制模块通过乙烯传感器一端的探头检测并获取到乙烯浓度达到了17ppm 后，开始作为计时起点并记录乙烯浓度数据。智能可见光催化反应系统中不同时间下水果储藏箱内的乙烯浓度的数据图如图6所示，由于实际应用过程中传感器在可见光催化反应开始后是有一定的延迟响应的，而处理控制模块也需要处理完传感器的输入信号才能获取后续的乙烯浓度值，而在这段时间可见光催化反应已经分解掉了一部分乙烯气体，故而0h反馈的乙烯浓度值为16ppm，低于17ppm。随着可见光催化反应的进行，乙烯浓度整体呈下降趋势，在可见光催化反应约30h后，布置在气流管上的乙烯阈值传感器检测到乙烯浓度已降至水果后熟腐烂的阈值浓度9ppm，控制氙灯电源开关智能关闭氙灯装置，停止乙烯分解过程。
同时设置普通冷藏的对比实施例，即在实施例2中的智能可见光催化反应系统不放置负载型Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜催化剂。普通冷藏条件下不同时间下水果储藏箱内的乙烯浓度的数据图如图7所示，图7以处理控制模块通过乙烯传感器一端的探头检测并获取到乙烯浓度达到了9ppm后开始作为计时起点并记录乙烯浓度数据。从图7中可以看出，乙烯浓度一直在增加，约37h后达到了17ppm。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统，其特征在于包括水果储藏箱、含内嵌循环风机的隔板、光反应容器、催化剂、催化剂支撑网架、石英透光片、超高压氙灯装置、氙灯自动控制开关、乙烯气体阈值传感器和恒温冷藏室，其中水果储藏箱、光反应容器、催化剂、催化剂支撑网架、石英透光片、超高压氙灯装置、氙灯自动控制开关、乙烯气体阈值传感器均设置在恒温冷藏室内；催化剂为负载型银掺杂二氧化钛/钨酸铋薄膜催化剂；
水果储藏箱正上方依次放置含内嵌循环风机的隔板和光反应容器，三者紧密相贴，水果储藏箱的顶部与隔板内嵌式循环风机相对的位置设有小于等于循环风机面积的开口，光反应容器的底部与隔板内嵌式循环风机相对的位置设置有小于等于循环风机面积的开口，水果储藏箱的右端设置有进气阀，光反应容器的右端设置有出气阀，进气阀和出气阀通过循环气流管连通，这样使得水果储藏箱和光反应容器之间形成一个密闭的循环空间；
催化剂支撑网架通过卡槽固定在光反应容器内底部的正中间，催化剂通过薄膜支撑网架的卡扣固定在薄膜支撑网架上，光反应容器上部设置有开口，开口盖有石英透光片，石英透光片通过螺栓固定在光反应容器上；超高压氙灯装置位于石英透光片的正上方，超高压氙灯装置发出的灯通过石英透光片照射到催化剂上；
超高压氙灯装置与氙灯自动控制开关、乙烯气体阈值传感器之间通过处理控制模块实现单向控制，乙烯气体阈值传感器→氙灯自动控制开关→超高压氙灯装置，乙烯气体阈值传感器位于循环气流管上方，乙烯气体阈值传感器一端连有探头，探头卡嵌在循环气流管上，处理控制模块通过乙烯气体阈值传感器的探头读取乙烯浓度数据并智能开启关闭超高压氙灯装置来调控乙烯的可见光催化分解反应；
所述的负载型银掺杂二氧化钛/钨酸铋薄膜催化剂是指纳米银掺杂二氧化钛/钨酸铋薄膜负载在ITO薄膜上，具体由以下方法制备得到：
（1）对ITO导电玻璃进行清洗，备用；
（2）将Na2WO4晶体粉末加入到乙二醇中，溶解并混合均匀得Na2WO4的乙二醇溶液；
（3）将Bi(NO3)3粉末加入到乙二醇中，搅拌使之充分溶解得Bi(NO3)3的乙二醇溶液；
（4）将步骤（2）中得到的Na2WO4的乙二醇溶液加入到步骤（3）中的Bi(NO3)3的乙二醇溶液中，搅拌使混合均匀，配成无色澄清的Bi2WO6前驱溶液，将Bi2WO6前驱溶液室温静置24h，得到无色澄清的Bi2WO6溶胶；
（5）将钛酸丁酯与无水乙醇混合，超声振荡使混合均匀，然后加入硝酸银溶液，并加酸调节溶液pH值至3~4，再继续超声振荡；
（6）将步骤（5）中得到的混合液加热至60℃搅拌30min，然后室温下密闭陈化24h以上，得到稳定、均匀、清澈透亮的黄橙色溶胶；
（7）以洁净的ITO导电玻片作为基底，采用浸渍提拉法从步骤（4）中的Bi2WO6溶胶中制备Bi2WO6基层膜，湿膜在干燥箱内100℃烘烤10min后重复提拉12-15次，接着从步骤（6）中的溶胶中镀Ag-TiO2覆层膜，重复提拉3-7次，每次提拉后在干燥箱内60℃烘5min；
（8）对步骤（7）中得到的薄膜进行高温煅烧热处理，即获得负载型Ag-TiO2/Bi2WO6薄膜催化剂；
步骤（2）中所述的Na2WO4的乙二醇溶液中Na2WO4的浓度为0.06~0.09mol/L；
步骤（3）中所述的Bi(NO3)3的乙二醇溶液中Bi(NO3)3的浓度为0.36~0.54mol/L；步骤（3）中所述的搅拌是指在600~750r/min的速度下搅拌0.5~1h；
步骤（4）中所述的Na2WO4的乙二醇溶液和Bi(NO3)3的乙二醇溶液的体积比为4.5~3:1.5~1；
步骤（5）中所述的钛酸丁酯和无水乙醇的体积比为1:4~5；步骤（5）中所述的硝酸银溶液的用量满足加入硝酸银溶液后的混合溶液中银离子的质量分数为0.05~0.08%；
步骤（5）中所述的超声振荡均指在200~650W功率下超声5~10min。
2.根据权利要求1所述的适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统，其特征在于：
步骤（1）中所述的清洗具体包括以下步骤：
（1.1）先用添加有洗涤剂的清水在200~650W功率下超声清洗5min;
（1.2）用水冲刷后，再用丙酮在200~650W功率下超声振荡10min;
（1.3）再用乙醇在200~650W功率下超声振荡清洗10min；
（1.4）再用清水在200~650W功率下超声清洗5min，重复3~5次。
3.根据权利要求1所述的适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统，其特征在于：
步骤（7）中所述的浸渍提拉 法的提拉速度均为2~6.8mm/s；
步骤（8）中所述的热处理是指将薄膜置于马弗炉中，以 10~20℃/min的速度升至150℃，保温30min；然后再以10~20℃/min的速度升至450℃保温120min，最后自然冷却至室温。
4.根据权利要求1所述的适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统，其特征在于：
所述的超高压氙灯装置由高压氙灯灯管、触发器、以及镇流器搭建而成，高压氙灯灯管与触发器并联然后与镇流器串联，接入220V电源即得到高压氙灯装置，其中高压氙灯灯管的光照强度为250~500W。
5.根据权利要求1所述的适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统，其特征在于：
所述的恒温冷藏室包括冷藏蒸发器以及温控系统；
所述的水果储藏箱的前端设有带拉手和门封条的门体。
6.根据权利要求1~5任一项所述的适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统在水果储藏中的应用。
7.一种实现权利要求6所述的适用于水果储藏的智能可见光催化反应系统在水果储藏中的应用的方法，其特征在于具体包括以下步骤：
（1）将恒温冷藏室内温控系统开关打开，冷藏蒸发器运作致使室内温度下降至水果贮藏最佳温度3±1℃，并保持恒定；
（2）水果储藏箱的前端设有带拉手和门封条的门体，通过拉手拉开门体，然后将水果置于水果储藏箱内，之后关上门体使其处于密封环境内；
（3）接通隔板内嵌式循环风机电源，循环风机开始运转，带动水果储藏箱内气体流向光反应容器内，光反应容器和水果储藏箱右端设有出气阀和进气阀，连通循环气流管，气体在反应容器、储藏箱、气流管内循环流动；
（4）当布置在气流管上的乙烯气体阈值传感器检测到乙烯浓度高于阈值浓度时，其程序启动氙灯自动控制开关，超高压氙灯装置处于工作状态并发射波长大于400nm的可见光照射到负载型Ag-TiO2/ Bi2WO6薄膜催化剂表面，开始可见光催化反应过程，实现乙烯的分解；
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| "Solvothermal synthesis of P25/Bi2WO6 nanocomposite photocatalyst and photocatalytic degradation of ethylene under visible light";Xianliang Song等;《Applied Surface Science》;20180110(第439期);摘要，第816页2.1 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108770923A (zh) | 2018-11-09 |
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