【所屬領(lǐng)域】

能源環(huán)保

【技術(shù)背景】

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)居住環(huán)境的要求愈來愈高，國家先后出臺(tái)相關(guān)政策治理油煙，油煙凈化技術(shù)逐步引起環(huán)保部門的重視，有關(guān)的凈化技術(shù)也相繼出現(xiàn)。人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾。

目前市場(chǎng)上的油煙脫除催化劑活性不足。油煙脫除過程油煙裂解反應(yīng)溫度較低，化學(xué)反應(yīng)速率與溫度成正比，綜合導(dǎo)致油煙在催化劑上裂解的反應(yīng)速率較低。同時(shí)在廚具應(yīng)用場(chǎng)景下油煙通常與催化劑接觸時(shí)間短，無法在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)油煙分子裂解；廚煙中含有大量C、H、O三種元素為主的有機(jī)組分，含碳組分在催化劑活性點(diǎn)位發(fā)生裂解時(shí)，產(chǎn)生的活性含碳自由基中間產(chǎn)物會(huì)在催化劑活性點(diǎn)位進(jìn)一步發(fā)生聚合副反應(yīng)，導(dǎo)致生成積碳覆蓋催化劑活性點(diǎn)位，最終導(dǎo)致催化劑失活；催化劑孔隙、形狀和位置等因素對(duì)煙氣的流動(dòng)有明顯影響，導(dǎo)致部分油煙分子未接觸催化劑已離開油煙脫除模塊，加上缺乏對(duì)反應(yīng)流場(chǎng)專門優(yōu)化，導(dǎo)致煙氣流動(dòng)過程中由于各種因素讓廚煙逃逸；現(xiàn)有油煙凈化產(chǎn)品無法根據(jù)油煙的濃度、流量、溫度等調(diào)控油煙凈化模塊的工作狀態(tài)，通常為了保證凈化油煙的效果，現(xiàn)有凈煙裝置按照最大功率使用，嚴(yán)重導(dǎo)致油煙凈化能耗高，也使得油煙凈化成本高。同時(shí)，現(xiàn)有油煙凈化產(chǎn)品的凈化活性低，裝置工作溫度高，也導(dǎo)致了產(chǎn)品能耗高。

【成果介紹】

本成果瞄準(zhǔn)現(xiàn)有技術(shù)存在的催化活性低、使用壽命短和廚煙逃逸多等三大關(guān)鍵問題。在基礎(chǔ)理論層面，揭示了多金屬合金構(gòu)效規(guī)律，構(gòu)建了極端條件下催化氧化機(jī)理模型，闡明了熱場(chǎng)-流場(chǎng)-濃度場(chǎng)協(xié)同作用機(jī)理；在技術(shù)層面，突破性開發(fā)了三維金屬骨架催化劑制備技術(shù)、基于雙氧調(diào)控的廚煙高效穩(wěn)定凈化技術(shù)、基于流場(chǎng)優(yōu)化的傳熱反應(yīng)強(qiáng)化技術(shù)；在裝置層面，基于實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，結(jié)合理論與技術(shù)研究成果，目前已發(fā)明了烤箱“消煙”和煙機(jī)“凈煙”的廚煙高效催化凈化裝置，以期最終實(shí)現(xiàn)廚房“零”油煙。

【技術(shù)優(yōu)勢(shì)】

（1）國內(nèi)首創(chuàng)造出具有高孔隙率、高導(dǎo)熱率和高活性的三維金屬骨架催化劑（3D-MFC），其孔隙率達(dá)95%，導(dǎo)熱率達(dá)65W/(m·K)，是常規(guī)技術(shù)中蜂窩陶瓷催化劑（約1.5W/(m·K)）的40倍以上；

（2）提出了含氧氣氛自適應(yīng)和催化劑配方改性的雙氧調(diào)控方法，顯著提升廚煙凈化穩(wěn)定性，積碳量降低90%，催化劑使用壽命延長1倍；

（3）基于流場(chǎng)優(yōu)化的傳熱反應(yīng)強(qiáng)化方法，明確了催化劑孔隙、形狀和位置的影響機(jī)制，發(fā)明了傳熱-流動(dòng)-反應(yīng)協(xié)同增效的廚煙催化凈化裝置，油煙逃逸率降低45%，實(shí)測(cè)脫除效率高達(dá)95%。

（4）本成果技術(shù)成熟度高，商業(yè)模式清晰，若能促成與大型企業(yè)的深度合作，有望推動(dòng)餐廚油煙排放方面“新國標(biāo)”的誕生。

【資質(zhì)榮譽(yù)】

在廣東佛山2021年第一屆全國博士后創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中本成果獲得優(yōu)勝獎(jiǎng)。

【應(yīng)用案例】

主要應(yīng)用在油煙機(jī)、電烤箱、微波爐、空氣凈化器、集成灶等家用電器。

【市場(chǎng)前景】

（1）油煙機(jī)占廚房大家電市場(chǎng)規(guī)模的近50%，2020年我國油煙機(jī)產(chǎn)量達(dá)到3412.3萬臺(tái)，以2020年數(shù)據(jù)計(jì)算可得，國內(nèi)低端油煙機(jī)每年銷量可達(dá)850萬臺(tái)，而高端油煙機(jī)銷量達(dá)150萬臺(tái)，且每年我國有超1100萬臺(tái)的油煙機(jī)出口量，若全部產(chǎn)品使用本項(xiàng)目油煙機(jī)“凈煙”裝置，年總銷售額可達(dá)57.65億元，再加上油煙機(jī)巨大的市場(chǎng)保有量帶來的零部件及替換件市場(chǎng)，每年油煙機(jī)“凈煙”裝置的市場(chǎng)規(guī)模可達(dá)百億。

（2）電烤爐也是本項(xiàng)目另一大應(yīng)用場(chǎng)景，以2020年數(shù)據(jù)為依據(jù)，國內(nèi)銷售額可達(dá)2.12億元，國外市場(chǎng)則達(dá)到60.14億元。電烤箱市場(chǎng)出口也是極為重要的市場(chǎng)，核算市場(chǎng)保有量后，每年電烤箱“消煙”系統(tǒng)的市場(chǎng)規(guī)模也可達(dá)百億。

（3）在其他行業(yè)應(yīng)用。該技術(shù)還廣泛適用于微波爐、空氣凈化器、集成灶等家用電器，相關(guān)產(chǎn)品每年均有超百萬的銷售量。同時(shí)，在特定應(yīng)用場(chǎng)景中，如艦船、軍用炊具、礦采、垃圾處理、工業(yè)廢氣、下水管道等均有巨大的應(yīng)用潛力。

【知識(shí)產(chǎn)權(quán)】

該成果獲中國授權(quán)發(fā)明專利多項(xiàng)，下表為部分展示：