本發(fā)明涉及烹飪污染物處理，具體涉及一種用于分解烹飪污染物的材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、油脂、糖、醬油等是烹飪美味佳肴不可缺少的佐料，但烹飪過程中容易形成油煙/油脂、vocs等油污及湯汁等污染物，甚至摻雜部分面粉、肉類等食材渣屑，給廚具清理帶來困難。現(xiàn)有方案以清潔劑清洗為主，但此種方法存在勞動強度較大的問題；也有一些易清潔方法，即通過調變涂層的表面能，降低污垢在涂層表面的粘附能力，或提高涂層表面的親水和/或疏油能力，從而減輕清潔勞動強度，但是這種對于烹飪器具的材質要求較高。

2、也有采用自清潔技術的，自清潔方法主要有高溫碳化、催化燃燒、高溫蒸汽處理等方法，所謂分解技術，多結合光催化、等離子體臭氧等高能離子復合催化技術，結構復雜，比如對于吸油煙機來說，這種技術難以適應大風量、低濃度污染物處理。

3、甚至存在以吸附為主的“自清潔”技術，污垢產(chǎn)生后會被涂層吸附至微觀孔道中，但不會被清除，待孔道吸附飽和后，便喪失“自清潔”功能，且吸附的污垢容易滋生細菌等，存在較大的食品安全問題。

4、目前的自清潔方法能耗較高，存在清潔效果、使用壽命不理想等問題，如催化燃燒多采用貴金屬催化材料等，價格較貴，較難推廣，采用非貴金屬催化材料則在低溫下催化效果不理想。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的第一個技術問題是針對現(xiàn)有技術的現(xiàn)狀，提供一種分解效果好的用于分解烹飪污染物的材料。

2、本發(fā)明所要解決的第二個技術問題是針對現(xiàn)有技術的現(xiàn)狀，提供一種上述用于分解烹飪污染物的材料的制備方法。

3、本發(fā)明所要解決的第三個技術問題是針對現(xiàn)有技術的現(xiàn)狀，提供一種上述用于分解烹飪污染物的材料的應用。

4、本發(fā)明解決上述第一個技術問題所采用的技術方案為：一種用于分解烹飪污染物的材料，其特征在于，包括基材以及設于基材上的催化層，所述催化層包括導電層，所述導電層包括通電后能產(chǎn)生電熱效應從而將烹飪污染物分解成水和二氧化碳的導電催化劑。

5、為了使得導電催化劑具有良好的導電效果，所述導電催化劑的電導率在10-1-103s/m之間，對烹飪污染物的催化分解較為徹底。

6、優(yōu)選地，所述導電催化劑為氧化錫、氧化銻、氧化鎢、氧化鋅、氧化鈦、稀土氧化物中的至少其中一種。這些導電催化劑為能夠商業(yè)大規(guī)模采用的導電材料，易于工業(yè)化推廣，且價格合理。

7、優(yōu)選地，所述導電層還包括成膜材料，所述成膜材料為硅氧化物、鋁氧化物、硼氧化物中的至少其中一種。成膜材料提供導電層的基本網(wǎng)絡骨架結構，使導電催化劑充分填充在其中，對導電催化劑起到固定、成膜的作用，同時對導電層的熱膨脹系數(shù)具有調控作用，使導電催化劑在絕緣層表面或導電層表面具有較好的附著力、強度，如果沒有成膜材料，則導電催化劑無法附著在絕緣層表面，無法發(fā)揮作用。

8、優(yōu)選地，所述催化層還包括吸附層，所述吸附層包括吸附材料和成膜材料，所述吸附層中的成膜材料為硅氧化物、鋁氧化物、硼氧化物中的至少其中一種，所述吸附材料具有吸油疏水性，且吸附材料的比表面積在10m2/g-200m2/g之間，吸油量為(5-150)g/100g，水的接觸角>90°。導電層與吸附層的協(xié)同作用可以更好的對油脂進行分解，因為擴散傳質是催化反應中重要的步驟，甚至在部分催化反應中會成為控速步驟。由于吸附層優(yōu)異的親油特性，油脂、油煙等污染物到達吸附層表面時被快速吸附、捕獲，減少污染物的逃逸，提高分解效率；更重要的是，油脂、油煙等污染物被捕獲后，由于吸附層優(yōu)異的親油特性，污染物與吸附層具有非常小的接觸角，可以較好的潤濕吸附層，即污染物在吸附層、導電層表面可以有效鋪展，而不是積聚在局部區(qū)域，這樣導電層可以與污染物有效接觸，降低了擴散傳質阻力，從而有利于催化氧化反應的發(fā)生。

9、本發(fā)明通過選用具有高吸油量的吸附材料，并進行疏水改性，使所制備的吸附層具備油性污染物吸附性，即疏水親油性，反應生成的水可及時排出、烹飪中的水汽不在涂層表面停留，油煙/油脂、vocs及有機佐料烹飪污垢可被涂層有效捕捉富集并轉移至催化界面，有利于污垢分解反應的發(fā)生；此外，水/水汽遠離涂層，可抑制水溶性鹽、酸、堿等物種對涂層的腐蝕，對涂層穩(wěn)定性有利，且可杜絕水/水汽及其鹽類、酸、堿等電解質引起的短路等電氣問題，本技術的材料能適用于包括但不限于油煙機等場景下大煙氣流量、低接觸時間情況、對于低濃度污染物情況。

10、催化層的厚度優(yōu)選在50μm至300μm之間，更優(yōu)選在100μm至200μm。

11、優(yōu)選地，所述吸附材料為氧化鈦、氧化鋁、氧化硅中的至少其中一種。

12、優(yōu)選地，所述基材為金屬材質，金屬材質的使用價值較高，當然也可以是陶瓷材質等，不能是塑料材質，另外，因為基材是金屬材質，故在所述基材和催化層之間還設有絕緣層。

13、優(yōu)選地，所述絕緣層為硅氧化物、鋁氧化物、硼氧化物中的至少其中一種。絕緣層厚度為10μm-300μm，食品級應用場景優(yōu)選10μm-200μm的搪瓷，非食品級應用場景優(yōu)選10μm-50μm的瓷膜等無機非金屬材料。

14、本發(fā)明解決上述第二個技術問題所采用的技術方案為：一種上述用于分解烹飪污染物的材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

15、(1)將絕緣層涂覆在基材的表面上制成半成品件一，將半成品件一依次進行干燥和煅燒，干燥溫度在100℃至200℃之間，煅燒溫度在200℃-850℃之間，制成半成品件二；

16、(2)將催化層涂覆在半成品件二上的絕緣層上后，將物品依次進行干燥和煅燒，干燥溫度在100℃至200℃之間，煅燒溫度在200℃-850℃之間，即制成成品件。

17、將催化層涂覆在半成品件二上的絕緣層上，其中一種方案為：所述步驟(2)中，先將導電層涂覆在半成品件二上的絕緣層上，然后將吸附層涂覆在導電層上。

18、將催化層涂覆在半成品件二上的絕緣層上，另一種方案為：所述步驟(2)中，先將導電層和吸附層混合后形成復合漿料，然后將復合漿料涂覆在半成品件二上的絕緣層上。

19、優(yōu)選地，所述導電層的制備方法如下：將成膜材料與水混合形成漿料一，將導電催化劑的分散液與漿料一混合均勻即制成所述導電層，所述成膜材料與導電催化劑的質量百分比在99:1至50:50之間。

20、優(yōu)選地，所述導電催化劑的分散液的制備方法如下：將導電催化劑分散在水中攪拌混合均勻，此種方法操作快捷簡單。

21、優(yōu)選地，所述導電催化劑的分散液的制備方法包括如下步驟：

22、(1)購買粉末狀的導電催化劑，然后將其分散在水中形成分散液，用ph值調節(jié)劑調節(jié)分散液的ph為8-14；

23、(2)將正硅酸乙酯與硅油混合形成混合液一，正硅酸乙酯與硅油的質量比在60:40至90:10之間；

24、(3)室溫攪拌下，將步驟(2)中的混合液一加至步驟(1)中的分散液中，混合液一與分散液的質量百分比為1:99-49:51，加料完畢后繼續(xù)攪拌均勻形成混合液二；

25、(4)向步驟(3)的混合液二加入ph值調節(jié)劑，調節(jié)混合液二的ph為7，即得所述導電催化劑的分散液。

26、這樣制成的導電催化劑的分散液具有核殼結構，核層為低表面能物種、殼層為導電催化劑形成的復合粒子，在催化層熱處理過程中，由于核殼結構的低表面能特性，其會往催化層表面遷移富集，從而在催化層表面形成連續(xù)的三維導電催化網(wǎng)絡，此外核層結構在保證催化效果、導電效果的前提下降低了導電催化材料的使用量，使整體成本降低。

27、因為本技術涉及基材、絕緣層、導電層、吸附層等組成的復合涂層，涂層間的熱膨脹系數(shù)匹配性就成了關鍵，一旦熱適配，復合涂層就會出現(xiàn)剝落等問題，從而失去結構強度及催化分解性能。本技術結合拓撲優(yōu)化設計方法基本原理，對材料結構進行了延伸優(yōu)化，具體的在核殼結構設計時，選用了熱膨脹系數(shù)較高和較低的多種材料，并且在核殼結構制備時采用了自下而上(bottom?to?up)的方法，且使核層材料、殼層材料在界面處通過羥基縮合反應發(fā)生化學鍵合，提高了核殼材料的結合強度。因此，上述方案形成的復合材料，通過調控核殼材料種類、含量，可以獲得不同熱膨脹系數(shù)的核殼復合材料。更重要的是，本技術中核層結構為高膨脹系數(shù)材料、殼層結構為具有導電催化功能的低膨脹系數(shù)材料，在升溫時由于核層材料熱膨脹系數(shù)較大，使核殼粒子靠近從而使殼層導電催化材料更緊密，從而保持更優(yōu)的導電催化性能。

28、在上述方案中，所述吸附層的制備方法包括如下步驟：將成膜材料與水混合形成漿料二，將吸附材料與漿料二混合均勻即制成所述吸附層，所述吸附材料與成膜材料的質量百分比在99:1至50:50之間。

29、本發(fā)明解決上述第三個技術問題所采用的技術方案為：一種上述用于分解烹飪污染物的材料的應用，其特征在于，該材料應用于烹飪器具上，所述基材設于烹飪器具上，或者所述基材為烹飪器具的局部部位?；臑椴讳P鋼、搪瓷鋼、鍍鋅板等常見家電加工金屬材料制成的部件，該部件可以安裝在烹飪器具上，或者該部件為如烤箱背板、內(nèi)膽、灶具聚能罩、火蓋、油煙機濾網(wǎng)、煙道等結構件的局部部位。

30、在上述方案中，所述烹飪器具為蒸箱或者烤箱或者蒸烤微一體機或者灶具或者油煙機。

31、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點：1、本發(fā)明的材料通電后使得催化層工作即能實現(xiàn)污垢的深度氧化清除功能，可實現(xiàn)油煙/油脂、vocs及有機佐料烹飪污垢深度分解，且分解產(chǎn)物為二氧化碳和水等無毒無害組分，可直接排放在廚房室內(nèi)對環(huán)境、人體無傷害。

32、2、本發(fā)明的催化層包括導電層，其在低壓通電情況下接受外電路電子，可降低晶格氧的活化能快速形成高氧化活性粒子，從而在低于36v的安全電壓及烹飪溫度下，即可在較短時間內(nèi)實現(xiàn)污垢的徹底分解，無需額外提高電壓或升高分解溫度，分解過程安全、能耗低。