三种表面印迹聚合物的制备及对模拟燃油中吲哚的吸附分离研究

摘要

燃料油作为当今世界主要的能源之一，广泛的应用于运输行业、工业生产以及日常生活中。燃料油中的含氮化合物不仅会降低燃油品质，而且燃料油在使用过程中将会导致大量NOx排放到大气中，从而形成酸雨、酸雾等污染环境，威胁人类健康。燃油中吲哚作为非碱性氮的代表成为了燃油脱氮的主要研究对象。吸附脱氮法由于具有较低的操作成本，反应条件温和以及可重复利用等特点被广泛应用于脱氮领域。
　　分子印迹技术(MIT)是一种简单而有效的方法制备对目标分子具有特异性识别功能的聚合物。表面分子印迹聚合物由于其具有稳定的物理化学性质，制备过程简单并且有较好的选择性等优点，被广泛应用于吸附剂在分离和富集目标分子。利用分子印迹聚合物可以有效的选择性地吸附油品中的吲哚而不影响燃油品质。原子转移自由基聚合（ATRP）作为可控“活性”自由基聚合（CRP）技术中的一个最有效的方法，具有分子量可控，聚合条件温和以及控制聚合物材料广泛等特性得到了更多的关注。通过在载体表面嫁接聚合物的方式将原子转移自由基聚合与表面印迹技术相结合，制备出高性能的分子印迹聚合物。
　　本论文以吲哚为目标分子，分别采用正向原子转移、反向原子转移(RATRP)以及正向/反向相结合原子转移自由基聚合（SR&NI ATRP）的方法制备三种对吲哚有特异选择性吸附功能的吸附剂，采用氮吸附、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、热重等多种表征手段对聚合物的形态和结构特性进行了表征，并通过静态试验对三种吸附剂的吸附性能进行了研究，主要包括以下三个方面的内容:
　　(1)以SiO2为载体，4-乙烯基吡啶(4VP)为功能单体，采用原子转移自由基乳液聚合（ATREP）制备了吲哚表面分子印迹聚合物(A@indole-MIPs)。以相同的方法合成了非印迹聚合物(A@NIPs)作为对比。表征结果表明:A@indole-MIPs具有较大的比表面积和更多孔穴。静态吸附实验表明:在298 K时A@indole-MIPs的平衡吸附能力为34.49 mg g-1，且吸附行为符合准二级动力学模型。Langmuir和Freundich等温线模型均能较好的拟合实验数据。选择性和再生性试验表明A@indole-MIPs具有较好的选择识别性和重复使用性。
　　(2)以硅胶为载体，4VP为功能单体，将RATRP引入表面分子印迹技术，并采用沉淀聚合的方式制备硅胶表面分子印迹聚合物(R@indole-MIPs)。以相同的方法和成了R@NIPs作对比实验。通过一系列的手段对R@indole-MIPs和R@NIPs的表面形态和孔结构进行了表征，结果表明，R@indole-MIPs具有更高的比表面积和更多的孔穴。动力学分析显示:在298K时，R@indole-MIPs对吲哚的吸附能力最大为31.80 mg g-1，准二级动力学模型能更好的拟合实验数据。根据等温线分析，实验数据遵从Langmuir和Sips方程式。此外，R@indole-MIPs对吲哚具有较好的选择性和洗脱恢复性。
　　(3)以SiO2为载体，4VP为功能单体，采用SR&NI ATRP制备了吲哚表面分子印迹聚合物(S@indole-MIPs)。一系列的表征结果显示，S@indole-MIPs具有良好的结构特性和较大的比表面积。静态是吸附实验显示:298 K时，S@indole-MIPs对吲哚的吸附在120 min时达到平衡，其最大吸附量为55.8 mg g-1。动力学吸附实验表明吸附过程符合准二阶动力学模型，吸附等温线实验表明Sips和Langmuir等温方程均能很好的拟合实验数据。选择性实验证明，S@indole-MIPs对模板分子吲哚有更高的特异性识别能力。经过五次吸附再生后，S@indole-MIPs展示了其良好再生性能。