基于硅胶的新型吸附材料的制备及对乙醇燃料中金属离子的吸附性能研究

作为一种新型清洁燃料，乙醇汽油可以有效改善油品的性能和质量，降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物和温室气体的排放，符合我国能源替代战略和可再生能源发展方向，具有明显的经济效益和社会效益。针对乙醇汽油体系中所含金属离子的去除问题，本课题拟使用均相法设计合成系列含氮、氧等杂原子有机官能团功能化硅胶吸附材料，重点考察反应条件对含功能基的中间体的产率及结构的影响，以及中间体的结构对其在硅胶表面的负载量及硅胶的结构的影响。深入研究系列含氮、氧等杂原子有机官能团功能化硅胶吸附材料在水溶液、乙醇、乙醇水溶液及乙醇汽油等多种体系中对金属离子的吸附性能，分析含功能基中间体的结构与吸附性能的构效关系，探讨其吸附机理，构建其在不同体系中对金属离子的吸附模型。

通过三年的研究，本课题组合成了多个系列的基于硅胶的新型吸附材料，并分别研究了其在乙醇体系和水体系中对金属离子的吸附性能。（1）采用发散法合成了负载1-3代的聚酰胺－胺型（PAMAM）树形分子的硅胶吸附剂，研究了氨基终端的吸附材料在无水乙醇中Cu(II)、Co(II)、Hg(II)、Fe(III)、Ni(II)等金属离子的吸附性能，对Hg(II)和Cu(II)的具有较好吸附效果。首次发现该类吸附剂在无水乙醇中对Cu(II)和Hg(II)的吸附属于物理吸附，主要是通过吸附剂对乙醇化的Cu(II)和Hg(II)的疏水化相互作用和螯合作用的协同作用来实现的。（2）在均相条件下，制备了内部交联结构少、含反应性三乙氧基硅丙基功能基、具有确定结构的低代数的聚酰胺－胺型（PAMAM）树形分子。研究了硅胶负载均相合成的1-3代氨基终端的PAMAM 树形分子吸附材料对Pb(II)、Hg(II)、Cu(II)、Ni(II)、Zn(II)、Ag(I)、Au(III)、Cd(II)的吸附性能。三种吸附材料对Au(III)的吸附性能最好，吸附量可分别达0.96、1.68、1.56 mmol/g以上，比之前使用异相法所合成的材料在水溶液中对相应离子的吸附量（0.39、0.80、0.76 mmol/g）有显著提高。（3）采用溶胶－凝胶法合成了PAMAM树形分子高含量的硅胶负载PAMAM树形分子吸附材料。该类吸附材料对Hg(II)、Ag(I)和Pb(II)三种金属离子均表现出较高的吸附量。（4）采用均相法和异相法分别合成了一系列硅胶负载偕胺肟基及氨基膦酸功能基等材料，发现均相法所得材料在乙醇体系及水体系中均对Hg(II)具有较好的吸附选择性。以上以软硬酸碱理论为基础，设计合成的材料均对Hg(II)具有优良的吸附效果和良好的吸附选择性。.本系列研究取得了丰硕的创新性与突破性研究成果，在国内外权威学术期刊发表论文30余篇，其中被SCI收录30篇；获得国家发明授权专利2项；获得山东省自然科学奖二等奖1项。在此期间，项目组成员参加了中国化学会第16届反应性高分子学术研讨会，培养了4位硕士生，完成了项目计划书中的各项任务，达到了预期目标。