沸石及沸石-聚乳酸复合材料中乙烯吸附机制研究及其在跃变型果蔬保鲜中的多功能应用

【编辑推荐】为解决跃变型果蔬因乙烯加速腐败的产业难题，研究人员通过合成Ag+ /Zn2+ 交换沸石与聚乳酸（PLA）复合材料，系统分析了乙烯吸附机制。研究发现，NaA沸石以物理吸附为主，而交换沸石通过化学吸附高效捕获痕量C2 H4 ，复合材料则因界面相互作用改变吸附机制平衡。该研究为开发可回收、高灵敏的活性包装材料提供了新思路，发表于《Microporous and Mesoporous Materials》。

　　

在全球食品供应链中，约50%的跃变型果蔬因乙烯诱导的过早成熟而损耗。这类果蔬（如香蕉、番茄）对痕量乙烯（低至ppm或ppb级）极为敏感，传统解决方案如高锰酸钾氧化或1-甲基环丙烯抑制剂存在毒性风险。如何开发安全、可逆的乙烯吸附材料成为行业痛点。

阿根廷国家科技促进会（ANPCyT）等机构的研究团队创新性地将Ag⁺
/Zn²⁺
/NH₄
⁺
交换沸石（AZN@LTA）与生物可降解聚乳酸（PLA）复合，通过多尺度表征揭示了材料结构与吸附机制的关联。研究发现，原始NaA沸石通过氧框架弱相互作用（物理吸附）捕获乙烯，而Ag⁺
/Zn²⁺
交换沸石则利用过渡金属dπ-pπ?反键作用（化学吸附）显著提升痕量乙烯捕获能力。尤为关键的是，复合材料中沸石-聚合物界面相互作用会重塑吸附机制平衡——氯仿溶剂诱导的纳米颗粒在交换沸石表面形成排斥性界面，使化学吸附成为主导机制。

关键技术方法
研究采用水热法合成NaA沸石，通过离子交换制备AZN@LTA；使用模压工艺将沸石与PLA复合。通过XRD、SEM-FIB、HRTEM表征结构，H₂
-TPR分析还原性能，DRIFTS解析吸附位点，结合吸附等温线量化性能差异。

研究结果

1. 材料合成与表征
   NaA与AZN@LTA均保持LTA骨架结构，但交换沸石中Ag/Zn纳米颗粒导致XRD衍射强度变化，HRTEM证实这些颗粒分布于晶体表面及孔道。

2. 吸附机制解析
   NaA粉末的乙烯吸附量最高（物理吸附为主），而AZN@LTA对ppb级乙烯灵敏度提升10倍。复合材料中，交换沸石因界面排斥作用使化学吸附贡献率从40%增至75%。

3. 实际应用权衡
   NaA易再生（弱键合），适合循环使用；AZN@LTA复合膜虽吸附量降低20%，但兼具抗菌性，在活性包装中更具综合优势。

结论与意义
该研究首次阐明沸石-PLA复合体系中界面效应对吸附机制的调控规律，为设计"按需定制"的活性包装材料提供理论依据。Ag⁺
/Zn²⁺
协同交换策略既稳定了银物种（避免传统Ag-沸石的水合失活），又通过锌增强抗菌性。成果推动了两大技术革新：一是证明化学吸附主导材料更适合痕量乙烯捕获，二是揭示溶剂加工对复合材料性能的关键影响，这对开发其他多孔材料-聚合物体系具有普适指导价值。