用于油品深度脫硫的多孔碳基表面二苯并噻吩分子印跡材料.pdf

1、本論文旨在從車用燃料油中噻吩類有機(jī)硫化物的深度無(wú)損脫除出發(fā)，從源頭上改善燃油品質(zhì)，一定程度上緩解含硫燃油燃燒引發(fā)的環(huán)境污染問(wèn)題。針對(duì)現(xiàn)有表面分子印跡聚合物（SMIP）脫硫吸附劑傳質(zhì)效率差、印跡層過(guò)厚和比表面積不高的問(wèn)題，本論文從基質(zhì)材料入手，通過(guò)選用水熱法制備的微孔碳納米球（PCNS）和介孔碳納米球（OMCNS）作為基質(zhì)材料，并以酸化活化的無(wú)孔碳納米球（a-NCNS）與多孔活性炭（a-AC）作為對(duì)比基質(zhì)材料，以同樣的方法參數(shù)制備四種基質(zhì)

2、相應(yīng)的SMIP，分別對(duì)這四種基質(zhì)及SMIP的形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并將這四種SMIP的吸附性能系統(tǒng)地考察比較，再結(jié)合文獻(xiàn)中針對(duì)噻吩硫化物吸附脫除的SMIP制備工作，探究和闡釋了基質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)性能對(duì)相應(yīng)SMIP吸附行為的影響規(guī)律，為深入研究SMIP的基質(zhì)篩選、印跡方法、吸附機(jī)理提供一些可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)噻吩類有機(jī)硫化物的有選擇、非破壞、高效、深度分離脫除，及其高附加值資源化利用提供了理論與技術(shù)基礎(chǔ)。具體研究結(jié)果如下：
　?。?）基質(zhì)材

3、料的制備與結(jié)構(gòu)特性考察。通過(guò)改變水熱參數(shù)條件，分別可控制備PCNS和OMCNS：以葡萄糖為碳源（0.4 mol L-1），水熱反應(yīng)（180℃，24 h）得到具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)的PCNS，平均粒徑為360 nm，比表面積為607.5 m2g-1，平均孔徑為1.25 nm；以酚醛樹(shù)脂（0.6 g苯酚，2.1 mL甲醛）為碳源，PF127（0.96 g）作為軟模板，水熱反應(yīng)（130℃，24 h）得到具有豐富的有序介孔結(jié)構(gòu)的OMCNS，粒徑約1

4、39nm，比表面積達(dá)488.02 m2g-1，平均孔徑約3.00nm。以a-NCNS和a-AC作為對(duì)比基質(zhì)，a-NCNS的平均粒徑為360 nm，比表面積僅為9.0 cm2g-1，幾乎檢測(cè)不到孔結(jié)構(gòu)；a-AC的比表面積為1141.5 m2g-1，平均孔徑為2.10 nm。四種基質(zhì)材料中，PCNS、OMCNS與a-NCNS均為形貌規(guī)則、粒徑均一、分散性良好的球粒形狀，a-AC為不規(guī)則的塊體形狀。
　?。?）碳基 SMIP吸附劑的結(jié)構(gòu)

5、特性。分別以上述四種納米碳材料作為基質(zhì)，采用液相聚合法，以二苯并噻吩（DBT）作為模板分子，獲得各個(gè)基質(zhì)相應(yīng)的SMIP。其中，SMIP/PCNS與SMIP/a-NCNS粒徑約為390 nm，印跡聚合物層厚度約為15 nm。SMIP/PCNS的比表面積增至725.3m2g-1，平均孔徑增至2.56 nm；SMIP/a-NCNS的比表面積增至19.6m2g-1，平均孔徑增至2.77 nm。SMIP/OMCNS粒徑約為157nm，印跡聚合物層

6、厚度約9nm，比表面積降為327.61 m2g-1，平均孔徑降至2.00nm；SMIP/a-AC的比表面積和平均孔徑分別增至2045.0 m2g-1和3.17 nm，但聚合物層的包覆并不均一規(guī)整。
　?。?）SMIP吸附性能測(cè)試。通過(guò)氣相色譜分析檢測(cè)，設(shè)計(jì)靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)對(duì)SMIP吸附DBT過(guò)程的吸附行為加以測(cè)定。在模擬真實(shí)油品的低DBT濃度（0.8 mmol L-1）和298 K條件下，SMIP/PCNS、SMIP/OMCNS、SM

7、IP/a-NCNS和SMIP/a-AC的吸附平衡時(shí)間（te）分別為2.5、1.5、2.5和1.5 h，飽和吸附量（Qe）分別為118.1、197.6、95.7和120.2mg g-1，印跡因子（fimp）分別為1.81、2.30、2.37和1.16。四種SMIP都具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和再生性能，對(duì) DBT的吸附過(guò)程都更符合準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型；吸附過(guò)程都是多層吸附，多種吸附作用同時(shí)發(fā)生；吸附過(guò)程都是自發(fā)、吸熱的。多孔及球粒形貌的SMIP/P

8、CNS和SMIP/OMCNS吸附表現(xiàn)較優(yōu)，其中，5 mg的SMIP/OMCNS即可將10 mL濃度為99.6 ppm（0.8 mmol L-1）的DBT正己烷溶液濃度降至32.4 ppm（0.26 mmol L-1）。
　?。?）基質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)特性對(duì)相應(yīng) SMIP吸附行為的影響規(guī)律。將本文實(shí)驗(yàn)制得的四種碳基SMIP同文獻(xiàn)中同類研究工作進(jìn)行系統(tǒng)的考察，對(duì)比基質(zhì)材料與相應(yīng)SMIP的形貌結(jié)構(gòu)、吸附性能可知：基質(zhì)材料的性能會(huì)影響到SMIP