像水果這樣的農(nóng)作物通常保質(zhì)期不長(zhǎng)，這限制了它們的運(yùn)輸范圍，并且降低了生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。因此，需要在保持其質(zhì)量的同時(shí)改善采后儲(chǔ)存。乙烯是在成熟過(guò)程中由果實(shí)自然產(chǎn)生的可以更快地促進(jìn)水果成熟，同時(shí)也可能使果實(shí)變質(zhì)。在本文中，我們研究了使用氧化鈷浸漬的活性炭通過(guò)吸附除去乙烯來(lái)延長(zhǎng)水果的保質(zhì)期。

　　大多數(shù)控制乙烯的方法是由通風(fēng)稀釋空氣中的含量，用高錳酸鉀氧化乙烯和用吸附材料除去乙烯來(lái)進(jìn)行的。這些方法中的每一種都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)或限制。例如，通過(guò)使用通風(fēng)來(lái)維持乙烯濃度不適合于密封環(huán)境。因此，要從包裝和貯存去除大氣中的乙烯，一般采用高錳酸鉀顆粒作為氧化劑。然而，使用高錳酸鉀的乙烯氧化將導(dǎo)致高錳酸鉀轉(zhuǎn)化為氧化錳。因此，該乙烯氧化劑不能再生和再利用。此外，高錳酸鹽有危害不能和水果直接接觸。所以吸附是另一種替代方法。它是通過(guò)引入活性材料，如鈀，銫和鈷在活性炭載體上以清除乙烯。后一種方法可能受活性物質(zhì)的類型，材料負(fù)載和活性炭載體材料的性質(zhì)(例如，比表面積，孔徑和孔徑分布)的影響。

　　氧化鈷浸漬的活性炭制備

　　活性炭是通過(guò)熱解合成，使用原料為廢棄植物殼和間苯二酚的合成聚合物。浸漬過(guò)程通過(guò)初濕法然后煅燒過(guò)程將氧化鈷分散在活性炭中。首先，將活性炭在150℃下脫氣2小時(shí)以清潔孔隙。隨后，加入來(lái)自硝酸鈷(99.8%純度)在異丙醇中的鹽溶液。蒸發(fā)溶劑后，然后通過(guò)在石英管式反應(yīng)器中在氮?dú)獯祾呦聦⒒钚蕴亢拖跛徕挼幕旌衔锛訜嶂?00℃，進(jìn)行升溫速率進(jìn)行煅燒。

　　吸附劑的表面特征

　　使用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察由植物殼和酚醛樹(shù)脂的熱解獲得的活性炭的表面形態(tài)，并分別在圖1A，C中示出。可以看出，不同的碳前體產(chǎn)生不同的表面形態(tài)。生物質(zhì)衍生的碳顯示出剛性和致密的結(jié)構(gòu)，這是典型的木炭特征。而聚合物衍生的碳呈現(xiàn)具有粒子網(wǎng)絡(luò)的碳球，在球體之間產(chǎn)生大的空隙。然后將兩種活性炭用作氧化鈷的載體。為了觀察金屬氧化物在活性炭上的分散，進(jìn)行了SEM與能量色散X射線(EDX)的元素映射。圖1B，D表示裝載在兩種材料中的氧化鈷的代表。所有都顯示鈷材料(在青色中顯示)在活性炭中的均勻分散。這表明通過(guò)浸漬方法中描述的簡(jiǎn)單化學(xué)計(jì)量計(jì)算很好地實(shí)現(xiàn)了元素鈷的目標(biāo)負(fù)載。換句話說(shuō)，上述結(jié)果清楚地顯示了制備氧化鈷活性炭的成功制備步驟。

　　圖1：活性炭(A，C)及其各自的氧化鈷浸漬的活性炭(B，D)掃描電子顯微鏡照片。

　　活性炭對(duì)乙烯的吸附

　　測(cè)試氧化鈷浸漬的活性炭的性能以進(jìn)行乙烯吸附。圖2A顯示在具有和不具有0-101kPa壓力范圍的氧化鈷活性炭中的乙烯吸附等溫線。吸附乙烯的體積定義為標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的體積。通常，可以看出乙烯吸收隨著壓力的增加而增加。大量乙烯吸附至40kPa壓力。當(dāng)將壓力增加到40kPa以上時(shí)，所有樣品可以進(jìn)一步吸附少量乙烯(添加10%-25%)。氧化鈷浸漬的活性炭是無(wú)負(fù)載的活性炭?jī)杀兜囊蚁┪搅浚宄乇砻餮趸捲谠鰪?qiáng)活性炭對(duì)乙烯吸附方面效果比較好。增加氧化鈷的含量進(jìn)一步增加了乙烯在氧化鈷浸漬的活性炭上的吸附能力。當(dāng)使用30%氧化鈷時(shí)能達(dá)到較高吸附容量。

　　圖2：乙烯在氧化鈷浸漬的活性炭上的吸附等溫線。

　　活性炭對(duì)水果保鮮試驗(yàn)

　　圖3A，B分別顯示了在沒(méi)有和使用氧化鈷浸漬的活性炭在封閉存儲(chǔ)期間的水果條件的日常記錄。使用活性炭15%氧化鈷材料，進(jìn)行半定量檢查(即顏色和棕色區(qū)域)。當(dāng)棕色主要出現(xiàn)時(shí)，長(zhǎng)期保存時(shí)間被定義，并且香蕉從束中掉出來(lái)。當(dāng)將香蕉存放在沒(méi)有活性炭吸附劑的封閉盒子中時(shí)，水果很快變得腐爛。僅在第三天，一束香蕉已經(jīng)從束中掉出來(lái)并出現(xiàn)棕色斑點(diǎn)。使用活性炭吸附劑情況下，可以清楚地看到水果保存時(shí)間的延長(zhǎng)。相對(duì)于沒(méi)有活性炭，顏色的變化被延遲(圖3B)。結(jié)果表明氧化鈷浸漬的活性炭作為乙烯清除劑在儲(chǔ)存系統(tǒng)中的效果，因此延長(zhǎng)了水果的儲(chǔ)存壽命。

　　圖3：在相同條件沒(méi)有活性炭(A)和在活性炭(B)存在下的情況保存試驗(yàn)中的水果。

　　為了研究活性炭用量的影響，改變了活性炭和水果的質(zhì)量比。圖4顯示了活性炭與水果的保存時(shí)間與質(zhì)量比的范圍為。活性炭的量會(huì)影響保質(zhì)期，并且可以看到非線性相關(guān)性(見(jiàn)圖4中的虛線)。沒(méi)有活性炭達(dá)到存在，水果儲(chǔ)存時(shí)間僅為3天。根據(jù)添加的活性炭的質(zhì)量，保質(zhì)期可以從2天延長(zhǎng)至12天。通過(guò)添加15克吸附劑用于1千克水果，可以實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)高達(dá)5倍的保質(zhì)期。較高質(zhì)量的活性炭提供較長(zhǎng)的保存時(shí)間，這可能是由乙烯吸附的活性位點(diǎn)含量較高引起的。結(jié)果表明，氧化鈷浸漬的活性炭有望用于延長(zhǎng)水果的保質(zhì)期。

　　圖4：活性炭的量對(duì)水果保鮮時(shí)間的影響。

　　通過(guò)果殼生物質(zhì)和合成聚合物的熱解產(chǎn)生的活性炭表現(xiàn)出不同的孔隙特征。生物質(zhì)衍生的碳主要表現(xiàn)為中孔，而聚合物衍生的碳顯示出高含量的微孔。通過(guò)材料表征證明，鈷物質(zhì)可以成功地加載到這些活性炭中。通過(guò)進(jìn)行浸漬和煅燒的兩步法實(shí)現(xiàn)氧化鈷的良好分散。吸收容量測(cè)量表明，乙烯更有利地吸附在分散在具有高比表面積的活性炭?jī)?nèi)的氧化鈷中。吸附的乙烯體積隨著活性炭上鈷氧化物負(fù)載量的增加而增加。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)表明，相對(duì)于沒(méi)有吸附劑，活性炭可以將香蕉的成熟過(guò)程延長(zhǎng)至12天。該研究表明，活性炭吸附作為一種經(jīng)濟(jì)的乙烯去除方法具有廣闊的應(yīng)用前景。

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