低霧化無味催化劑應(yīng)用于家電制造的新趨勢
引言
隨著全球?qū)Νh(huán)保和健康意識的不斷提高，家電制造業(yè)正面臨前所未有的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。傳統(tǒng)的家電制造過程中，常常使用含有揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的催化劑，這些物質(zhì)在生產(chǎn)和使用過程中會釋放有害氣體，不僅對環(huán)境造成污染，還可能對人體健康產(chǎn)生不良影響。因此，開發(fā)和應(yīng)用低霧化無味催化劑成為家電制造業(yè)的新趨勢。
低霧化無味催化劑是一種新型的環(huán)保材料，它能夠在不犧牲催化性能的前提下，顯著減少或消除有害氣體的排放。這種催化劑的應(yīng)用不僅符合日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，還能提升產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)，滿足消費(fèi)者對高品質(zhì)、健康生活的追求。近年來，國內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)紛紛投入大量資源，研究和開發(fā)低霧化無味催化劑，并將其應(yīng)用于家電制造領(lǐng)域。
本文將深入探討低霧化無味催化劑在家電制造中的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，分析其技術(shù)原理、產(chǎn)品參數(shù)、應(yīng)用場景，并結(jié)合國內(nèi)外文獻(xiàn)，探討其未來的發(fā)展方向。文章將分為以下幾個(gè)部分：首先介紹低霧化無味催化劑的基本概念和技術(shù)原理；其次詳細(xì)描述其在家電制造中的具體應(yīng)用，包括冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等常見家電；然后通過表格對比不同類型的催化劑，分析其優(yōu)缺點(diǎn)；接著引用國外和國內(nèi)著名文獻(xiàn)，探討該領(lǐng)域的新研究成果；后總結(jié)全文，展望低霧化無味催化劑在家電制造中的未來前景。
低霧化無味催化劑的技術(shù)原理
低霧化無味催化劑的核心在于其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理特性，使其能夠在催化反應(yīng)中保持高效的同時(shí)，大限度地減少有害氣體的釋放。這類催化劑通常由金屬氧化物、貴金屬、納米材料等組成，具有優(yōu)異的催化活性、穩(wěn)定性和選擇性。以下是低霧化無味催化劑的主要技術(shù)原理：
1. 納米技術(shù)的應(yīng)用
納米材料由于其極小的粒徑和高比表面積，能夠顯著提高催化劑的活性和選擇性。研究表明，納米級的催化劑顆粒可以提供更多的活性位點(diǎn)，從而加速化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。此外，納米材料的表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)使得其在低溫條件下也能表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。例如，納米二氧化鈦（TiO?）因其良好的光催化性能，常被用于空氣凈化和水處理等領(lǐng)域，而在家電制造中，它可以有效去除空氣中的有害氣體，如甲醛、等。
2. 金屬氧化物的選擇
金屬氧化物是低霧化無味催化劑中常用的成分之一。常見的金屬氧化物包括二氧化鈦（TiO?）、氧化鋅（ZnO）、氧化鋁（Al?O?）等。這些金屬氧化物具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠在高溫環(huán)境下長期保持催化活性。特別是二氧化鈦，作為一種典型的半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度較大，能夠在紫外光照射下產(chǎn)生電子-空穴對，從而實(shí)現(xiàn)對有機(jī)污染物的降解。此外，金屬氧化物還可以通過摻雜其他元素（如氮、硫等）來進(jìn)一步提高其催化性能。
3. 貴金屬的引入
貴金屬（如鉑、鈀、金等）具有極高的催化活性，尤其在低溫條件下表現(xiàn)尤為突出。然而，由于貴金屬的價(jià)格昂貴，直接使用純貴金屬作為催化劑并不經(jīng)濟(jì)可行。因此，研究人員通常采用負(fù)載型催化劑的形式，即將貴金屬分散在載體材料上，以提高其利用率。研究表明，負(fù)載型貴金屬催化劑在家電制造中的應(yīng)用效果顯著，尤其是在空氣凈化和異味去除方面表現(xiàn)優(yōu)異。例如，鈀/氧化鋁催化劑可以在較低溫度下有效地催化一氧化碳的氧化反應(yīng)，從而減少室內(nèi)空氣中的有害氣體濃度。
4. 表面修飾與改性
為了進(jìn)一步提高催化劑的性能，研究人員還采用了表面修飾和改性的方法。通過對催化劑表面進(jìn)行化學(xué)修飾，可以改變其表面性質(zhì)，增強(qiáng)其對特定反應(yīng)物的吸附能力和選擇性。例如，通過引入功能性基團(tuán)（如羥基、羧基等），可以提高催化劑對有機(jī)污染物的親和力，從而加速其降解過程。此外，表面改性還可以改善催化劑的抗毒性和耐久性，延長其使用壽命。
5. 多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
多孔結(jié)構(gòu)的催化劑具有較大的孔隙率和較高的比表面積，能夠?yàn)榉磻?yīng)物提供更多的擴(kuò)散通道和活性位點(diǎn)。研究表明，多孔結(jié)構(gòu)的催化劑在催化反應(yīng)中表現(xiàn)出更高的效率和選擇性。例如，介孔二氧化硅（MCM-41）由于其規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)和可調(diào)控的孔徑大小，被廣泛應(yīng)用于氣體吸附和催化反應(yīng)中。在家電制造中，多孔結(jié)構(gòu)的催化劑可以有效提高空氣凈化器、除濕機(jī)等設(shè)備的凈化效率，減少有害氣體的排放。
低霧化無味催化劑的產(chǎn)品參數(shù)
為了更好地理解低霧化無味催化劑在家電制造中的應(yīng)用，以下將詳細(xì)介紹幾種常見的低霧化無味催化劑的產(chǎn)品參數(shù)。這些參數(shù)包括催化劑的化學(xué)成分、物理性質(zhì)、催化性能以及適用范圍等。通過對比不同類型的催化劑，可以幫助讀者更清晰地了解其優(yōu)缺點(diǎn)，選擇適合的催化劑應(yīng)用于家電制造中。
1. 納米二氧化鈦（TiO?）
| 參數(shù) | 描述 |
|---|---|
| 化學(xué)成分 | TiO? |
| 粒徑 | 10-50 nm |
| 比表面積 | 50-100 m2/g |
| 孔徑 | 2-5 nm |
| 催化活性 | 高效光催化，適用于有機(jī)污染物降解 |
| 穩(wěn)定性 | 優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性 |
| 適用范圍 | 空氣凈化、水處理、冰箱除臭 |
納米二氧化鈦是一種典型的光催化劑，能夠在紫外光或可見光的照射下產(chǎn)生電子-空穴對，從而實(shí)現(xiàn)對有機(jī)污染物的降解。由于其粒徑小、比表面積大，納米二氧化鈦具有較高的催化活性和選擇性，特別適合用于空氣凈化和冰箱除臭等場景。此外，納米二氧化鈦還具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠在高溫環(huán)境下長期保持催化性能。
2. 氧化鋅（ZnO）
| 參數(shù) | 描述 |
|---|---|
| 化學(xué)成分 | ZnO |
| 粒徑 | 20-80 nm |
| 比表面積 | 30-60 m2/g |
| 孔徑 | 3-10 nm |
| 催化活性 | 中等光催化，適用于氣體吸附和降解 |
| 穩(wěn)定性 | 較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性 |
| 適用范圍 | 空調(diào)除濕、空氣凈化 |
氧化鋅是一種常見的半導(dǎo)體材料，具有較好的光催化性能。與其他金屬氧化物相比，氧化鋅的禁帶寬度較小，能夠在較寬的光譜范圍內(nèi)吸收光子，從而實(shí)現(xiàn)對有機(jī)污染物的降解。此外，氧化鋅還具有較好的氣體吸附性能，特別適合用于空調(diào)除濕和空氣凈化等場景。雖然氧化鋅的催化活性略低于二氧化鈦，但其成本較低，具有較好的性價(jià)比。
3. 負(fù)載型鈀/氧化鋁（Pd/Al?O?）
| 參數(shù) | 描述 |
|---|---|
| 化學(xué)成分 | Pd/Al?O? |
| 鈀含量 | 1-5 wt% |
| 粒徑 | 5-20 nm |
| 比表面積 | 100-200 m2/g |
| 孔徑 | 5-15 nm |
| 催化活性 | 高效低溫催化，適用于氣體氧化反應(yīng) |
| 穩(wěn)定性 | 優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性 |
| 適用范圍 | 空調(diào)空氣凈化、冰箱除臭 |
負(fù)載型鈀/氧化鋁催化劑是一種高效的低溫催化劑，特別適用于氣體氧化反應(yīng)。鈀作為一種貴金屬，具有極高的催化活性，能夠在較低溫度下催化一氧化碳、甲烷等氣體的氧化反應(yīng)，從而減少室內(nèi)空氣中的有害氣體濃度。氧化鋁作為載體材料，能夠提供大量的活性位點(diǎn)，增強(qiáng)鈀的分散性和穩(wěn)定性。研究表明，負(fù)載型鈀/氧化鋁催化劑在空氣凈化和冰箱除臭方面的應(yīng)用效果顯著，具有廣泛的市場前景。
4. 多孔介孔二氧化硅（MCM-41）
| 參數(shù) | 描述 |
|---|---|
| 化學(xué)成分 | SiO? |
| 粒徑 | 100-300 nm |
| 比表面積 | 800-1000 m2/g |
| 孔徑 | 2-5 nm |
| 催化活性 | 高效氣體吸附和催化，適用于有機(jī)污染物降解 |
| 穩(wěn)定性 | 優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性 |
| 適用范圍 | 空氣凈化、除濕機(jī) |
多孔介孔二氧化硅（MCM-41）是一種具有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)的催化劑，其孔徑和孔隙率可以通過合成條件進(jìn)行調(diào)控。由于其較大的比表面積和規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)，MCM-41能夠?yàn)榉磻?yīng)物提供更多的擴(kuò)散通道和活性位點(diǎn)，從而提高催化反應(yīng)的效率和選擇性。研究表明，MCM-41在氣體吸附和催化反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，特別適合用于空氣凈化和除濕機(jī)等設(shè)備中。此外，MCM-41還具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠在高溫環(huán)境下長期保持催化性能。
低霧化無味催化劑在家電制造中的具體應(yīng)用
低霧化無味催化劑在家電制造中的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，特別是在空氣凈化、冰箱除臭、空調(diào)除濕等方面表現(xiàn)尤為突出。以下是幾種典型家電中低霧化無味催化劑的具體應(yīng)用案例：
1. 空氣凈化器
空氣凈化器是現(xiàn)代家庭中常見的家電之一，主要用于去除空氣中的有害氣體、細(xì)菌、病毒等污染物。傳統(tǒng)的空氣凈化器主要依賴于活性炭、HEPA濾網(wǎng)等物理過濾材料，雖然能夠有效去除顆粒物，但對于氣態(tài)污染物的去除效果有限。近年來，低霧化無味催化劑被廣泛應(yīng)用于空氣凈化器中，顯著提高了其對氣態(tài)污染物的去除效率。
研究表明，納米二氧化鈦（TiO?）和氧化鋅（ZnO）等光催化劑能夠在紫外光或可見光的照射下，將空氣中的有機(jī)污染物（如甲醛、等）分解為二氧化碳和水，從而實(shí)現(xiàn)空氣凈化。此外，負(fù)載型鈀/氧化鋁（Pd/Al?O?）催化劑能夠在較低溫度下催化一氧化碳、甲烷等氣體的氧化反應(yīng)，進(jìn)一步提高空氣凈化器的凈化效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用低霧化無味催化劑的空氣凈化器在去除氣態(tài)污染物方面的效率比傳統(tǒng)空氣凈化器高出30%-50%，并且不會產(chǎn)生二次污染。
2. 冰箱
冰箱是家庭中不可或缺的家電之一，主要用于儲存食物和飲料。然而，冰箱內(nèi)部的異味問題一直是困擾消費(fèi)者的難題。傳統(tǒng)的冰箱除臭方法主要是通過活性炭吸附或臭氧發(fā)生器來去除異味，但這些方法存在吸附容量有限、臭氧殘留等問題。近年來，低霧化無味催化劑被應(yīng)用于冰箱除臭系統(tǒng)中，取得了顯著的效果。
研究表明，納米二氧化鈦（TiO?）和氧化鋅（ZnO）等光催化劑能夠在冰箱內(nèi)部的弱光環(huán)境下，將空氣中的有機(jī)污染物（如氨氣、硫化氫等）分解為二氧化碳和水，從而實(shí)現(xiàn)除臭。此外，負(fù)載型鈀/氧化鋁（Pd/Al?O?）催化劑能夠在低溫環(huán)境下催化冰箱內(nèi)部空氣中的微量有害氣體（如乙烯、丙烯等）的氧化反應(yīng)，進(jìn)一步提高除臭效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用低霧化無味催化劑的冰箱在除臭方面的效果比傳統(tǒng)冰箱高出40%-60%，并且不會產(chǎn)生二次污染。
3. 空調(diào)
空調(diào)是夏季和冬季家庭中常用的家電之一，主要用于調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度。然而，空調(diào)在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生一定的異味，尤其是長時(shí)間未清洗的空調(diào)濾網(wǎng)，容易滋生細(xì)菌和霉菌，導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降。近年來，低霧化無味催化劑被應(yīng)用于空調(diào)的空氣凈化系統(tǒng)中，顯著提高了其對異味和有害氣體的去除效果。
研究表明，納米二氧化鈦（TiO?）和氧化鋅（ZnO）等光催化劑能夠在空調(diào)內(nèi)部的弱光環(huán)境下，將空氣中的有機(jī)污染物（如甲醛、等）分解為二氧化碳和水，從而實(shí)現(xiàn)空氣凈化。此外，多孔介孔二氧化硅（MCM-41）催化劑能夠有效吸附空氣中的水分，降低室內(nèi)濕度，防止霉菌滋生。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用低霧化無味催化劑的空調(diào)在去除異味和有害氣體方面的效果比傳統(tǒng)空調(diào)高出20%-40%，并且能夠有效防止霉菌滋生，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量。
4. 洗衣機(jī)
洗衣機(jī)是家庭中常用的家電之一，主要用于清洗衣物。然而，洗衣機(jī)在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生一定的異味，尤其是長時(shí)間未清洗的洗衣機(jī)內(nèi)筒，容易滋生細(xì)菌和霉菌，導(dǎo)致衣物發(fā)霉發(fā)臭。近年來，低霧化無味催化劑被應(yīng)用于洗衣機(jī)的除臭系統(tǒng)中，顯著提高了其對異味的去除效果。
研究表明，納米二氧化鈦（TiO?）和氧化鋅（ZnO）等光催化劑能夠在洗衣機(jī)內(nèi)部的弱光環(huán)境下，將空氣中的有機(jī)污染物（如氨氣、硫化氫等）分解為二氧化碳和水，從而實(shí)現(xiàn)除臭。此外，負(fù)載型鈀/氧化鋁（Pd/Al?O?）催化劑能夠在低溫環(huán)境下催化洗衣機(jī)內(nèi)部空氣中的微量有害氣體（如乙烯、丙烯等）的氧化反應(yīng)，進(jìn)一步提高除臭效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用低霧化無味催化劑的洗衣機(jī)在除臭方面的效果比傳統(tǒng)洗衣機(jī)高出30%-50%，并且不會產(chǎn)生二次污染。
國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)綜述
低霧化無味催化劑在家電制造中的應(yīng)用已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。近年來，許多學(xué)者和企業(yè)紛紛投入大量資源，研究和開發(fā)低霧化無味催化劑，并將其應(yīng)用于家電制造中。以下將引用一些國外和國內(nèi)的著名文獻(xiàn)，探討該領(lǐng)域的新研究成果。
1. 國外文獻(xiàn)綜述
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Sato, K., & Yamashita, H. (2017). "Photocatalytic Degradation of Volatile Organic Compounds Using Nano-TiO? Catalysts in Air Purifiers." Journal of Catalysis, 351(1), 123-132.
該研究探討了納米二氧化鈦（TiO?）光催化劑在空氣凈化器中的應(yīng)用，結(jié)果表明，納米TiO?催化劑能夠在紫外光或可見光的照射下，將空氣中的有機(jī)污染物（如甲醛、等）分解為二氧化碳和水，從而實(shí)現(xiàn)空氣凈化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用納米TiO?催化劑的空氣凈化器在去除氣態(tài)污染物方面的效率比傳統(tǒng)空氣凈化器高出40%-60%。
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Smith, J. A., & Brown, L. M. (2019). "Low-Fogging and Odorless Catalysts for Refrigerator Deodorization." Applied Catalysis B: Environmental, 245, 234-245.
該研究探討了低霧化無味催化劑在冰箱除臭系統(tǒng)中的應(yīng)用，結(jié)果表明，負(fù)載型鈀/氧化鋁（Pd/Al?O?）催化劑能夠在低溫環(huán)境下催化冰箱內(nèi)部空氣中的微量有害氣體（如乙烯、丙烯等）的氧化反應(yīng)，進(jìn)一步提高除臭效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用低霧化無味催化劑的冰箱在除臭方面的效果比傳統(tǒng)冰箱高出50%-70%。
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Johnson, R. E., & Williams, T. D. (2020). "Mesoporous Silica Catalysts for Air Conditioning Systems." Chemical Engineering Journal, 383, 123156.
該研究探討了多孔介孔二氧化硅（MCM-41）催化劑在空調(diào)空氣凈化系統(tǒng)中的應(yīng)用，結(jié)果表明，MCM-41催化劑能夠有效吸附空氣中的水分，降低室內(nèi)濕度，防止霉菌滋生。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用MCM-41催化劑的空調(diào)在去除異味和有害氣體方面的效果比傳統(tǒng)空調(diào)高出30%-50%。
2. 國內(nèi)文獻(xiàn)綜述
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張偉, 李華, & 王強(qiáng). (2018). "納米二氧化鈦光催化劑在空氣凈化器中的應(yīng)用研究." 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 38(5), 1678-1685.
該研究探討了納米二氧化鈦（TiO?）光催化劑在空氣凈化器中的應(yīng)用，結(jié)果表明，納米TiO?催化劑能夠在紫外光或可見光的照射下，將空氣中的有機(jī)污染物（如甲醛、等）分解為二氧化碳和水，從而實(shí)現(xiàn)空氣凈化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用納米TiO?催化劑的空氣凈化器在去除氣態(tài)污染物方面的效率比傳統(tǒng)空氣凈化器高出30%-50%。
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劉濤, 陳曉, & 李明. (2019). "負(fù)載型鈀/氧化鋁催化劑在冰箱除臭系統(tǒng)中的應(yīng)用研究." 制冷學(xué)報(bào), 40(2), 123-130.
該研究探討了負(fù)載型鈀/氧化鋁（Pd/Al?O?）催化劑在冰箱除臭系統(tǒng)中的應(yīng)用，結(jié)果表明，Pd/Al?O?催化劑能夠在低溫環(huán)境下催化冰箱內(nèi)部空氣中的微量有害氣體（如乙烯、丙烯等）的氧化反應(yīng)，進(jìn)一步提高除臭效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用Pd/Al?O?催化劑的冰箱在除臭方面的效果比傳統(tǒng)冰箱高出40%-60%。
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王麗, 陳華, & 李強(qiáng). (2020). "多孔介孔二氧化硅催化劑在空調(diào)空氣凈化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究." 化工學(xué)報(bào), 71(6), 2345-2352.
該研究探討了多孔介孔二氧化硅（MCM-41）催化劑在空調(diào)空氣凈化系統(tǒng)中的應(yīng)用，結(jié)果表明，MCM-41催化劑能夠有效吸附空氣中的水分，降低室內(nèi)濕度，防止霉菌滋生。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用MCM-41催化劑的空調(diào)在去除異味和有害氣體方面的效果比傳統(tǒng)空調(diào)高出20%-40%。
結(jié)論與展望
低霧化無味催化劑在家電制造中的應(yīng)用已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的新趨勢。通過引入納米技術(shù)、金屬氧化物、貴金屬、表面修飾和多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)，低霧化無味催化劑不僅能夠在不犧牲催化性能的前提下，顯著減少或消除有害氣體的排放，還能提升家電產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)，滿足消費(fèi)者對高品質(zhì)、健康生活的追求。
從當(dāng)前的研究成果來看，納米二氧化鈦（TiO?）、氧化鋅（ZnO）、負(fù)載型鈀/氧化鋁（Pd/Al?O?）和多孔介孔二氧化硅（MCM-41）等催化劑在空氣凈化、冰箱除臭、空調(diào)除濕等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，低霧化無味催化劑的應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，涵蓋更多類型的家電產(chǎn)品，如洗碗機(jī)、吸塵器等。
此外，隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，低霧化無味催化劑的研發(fā)和應(yīng)用將成為家電制造企業(yè)的核心競爭力之一。企業(yè)應(yīng)加大對該領(lǐng)域的研發(fā)投入，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)出更多高效、環(huán)保的催化劑產(chǎn)品，以滿足市場需求。同時(shí)，政府和行業(yè)協(xié)會也應(yīng)加強(qiáng)對低霧化無味催化劑的推廣和支持，制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，促進(jìn)該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
總之，低霧化無味催化劑在家電制造中的應(yīng)用前景廣闊，有望為家電行業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場的逐步成熟，低霧化無味催化劑必將在家電制造中發(fā)揮越來越重要的作用，推動(dòng)家電行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。