【所屬領域】

能源環(huán)保

【技術背景】

隨著我國經濟的不斷發(fā)展，人們對居住環(huán)境的要求愈來愈高，國家先后出臺相關政策治理油煙，油煙凈化技術逐步引起環(huán)保部門的重視，有關的凈化技術也相繼出現(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溫度較低，化學反應速率與溫度成正比，綜合導致油煙在催化劑上裂解的反應速率較低。同時在廚具應用場景下油煙通常與催化劑接觸時間短，無法在短時間內實現(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組分，含碳組分在催化劑活性點位發(fā)生裂解時，產生的活性含碳自由基中間產物會在催化劑活性點位進一步發(fā)生聚合副反應，導致生成積碳覆蓋催化劑活性點位，最終導致催化劑失活；催化劑孔隙、形狀和位置等因素對煙氣的流動有明顯影響，導致部分油煙分子未接觸催化劑已離開油煙脫除模塊，加上缺乏對反應流場專門優(yōu)化，導致煙氣流動過程中由于各種因素讓廚煙逃逸；現(xiàn)有油煙凈化產品無法根據油煙的濃度、流量、溫度等調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，嚴重導致油煙凈化能耗高，也使得油煙凈化成本高。同時，現(xiàn)有油煙凈化產品的凈化活性低，裝置工作溫度高，也導致了產品能耗高。

【成果介紹】

本成果瞄準現(xiàn)有技術存在的催化活性低、使用壽命短和廚煙逃逸多等三大關鍵問題。在基礎理論層面，揭示了多金屬合金構效規(guī)律，構建了極端條件下催化氧化機理模型，闡明了熱場-流場-濃度場協(xié)同作用機理；在技術層面，突破性開發(fā)了三維金屬骨架催化劑制備技術、基于雙氧調控的廚煙高效穩(wěn)定凈化技術、基于流場優(yōu)化的傳熱反應強化技術；在裝置層面，基于實際應用場景，結合理論與技術研究成果，目前已發(fā)明了烤箱“消煙”和煙機“凈煙”的廚煙高效催化凈化裝置，以期最終實現(xiàn)廚房“零”油煙。

【技術優(yōu)勢】

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

（2）提出了含氧氣氛自適應和催化劑配方改性的雙氧調控方法，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）基于流場優(yōu)化的傳熱反應強化方法，明確了催化劑孔隙、形狀和位置的影響機制，發(fā)明了傳熱-流動-反應協(xié)同增效的廚煙催化凈化裝置，油煙逃逸率降低45%，實測脫除效率高達95%。

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

【資質榮譽】

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。

【應用案例】

主要應用在油煙機、電烤箱、微波爐、空氣凈化器、集成灶等家用電器。

【市場前景】

（1）油煙機占廚房大家電市場規(guī)模的近50%，2020年我國油煙機產量達到3412.3萬臺，以2020年數據計算可得，國內低端油煙機每年銷量可達850萬臺，而高端油煙機銷量達150萬臺，且每年我國有超1100萬臺的油煙機出口量，若全部產品使用本項目油煙機“凈煙”裝置，年總銷售額可達57.65億元，再加上油煙機巨大的市場保有量帶來的零部件及替換件市場，每年油煙機“凈煙”裝置的市場規(guī)?？蛇_百億。

（2）電烤爐也是本項目另一大應用場景，以2020年數據為依據，國內銷售額可達2.12億元，國外市場則達到60.14億元。電烤箱市場出口也是極為重要的市場，核算市場保有量后，每年電烤箱“消煙”系統(tǒng)的市場規(guī)模也可達百億。

（3）在其他行業(yè)應用。該技術還廣泛適用于微波爐、空氣凈化器、集成灶等家用電器，相關產品每年均有超百萬的銷售量。同時，在特定應用場景中，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用潛力。

【知識產權】

該成果獲中國授權發(fā)明專利多項，下表為部分展示：