表面引发原子转移自由基印迹聚合物脱硫行为及机理研究

本研究将表面引发原子转移自由基聚合法引入钛基微/纳米材料表面印迹改性，合成粒度分布均一、形态规整的表面分子印迹聚合物；考察印迹聚合物吸附/分离燃油中有机硫的热力学、动力学性质，建立相应的模型；开发出动力学、热力学性能优越的分子识别功能吸附剂。该技术利用钛基微/纳米材料作为印迹基质材料提高印迹聚合物的机械性能、热稳定性，降低使用成本；利用表面分子印迹聚合物网络中活性功能配基和噻吩类有机硫的特异性相互作用选择性的深度脱除油品中有机硫；利用牺牲基质过程制备功能核壳材料，增大表面分子印迹聚合物的比表面积、孔容，增加有效结合位点，提高其吸附容量和富集倍数；利用表面引发原子转移自由基聚合法，控制聚合产物的分子量及分布和链段序列，合成预期分子量及其分布、端基功能团和结构的表面印迹聚合物；创立应用于燃油中噻吩类有机硫吸附/分离的新方法。

课题以典型的噻吩类有机硫（二苯并噻吩）为研究对象，结合表面印迹技术、原子转移自由基聚合技术、分子模拟技术，设计合成了多种分子印迹吸附材料。主要完成了三个方向的工作：（1）引入分子模拟技术系统评价分子印迹预组装体系，筛选出二苯并噻吩的最佳功能单体及最佳配比，建立了相应的预组装模型。结果表明，甲基丙烯酸与二苯并噻吩的相互作用能较高，分子构象最稳定，当二苯并噻吩与甲基丙烯酸的比例为1:2时，模拟印迹效果最佳；（2）耦合原子转移自由基聚合方法和表面分子印迹技术，利用分子模拟的结论，采用不同的催化体系、引发体系，在不同的基质材料表面，设计并合成了对二苯并噻吩有特异性吸附能力的分子印迹材料，采用多种表征方法对印迹吸附材料的表面形貌和物理性能进行了研究；利用静态吸附实验，系统研究了印迹材料对二苯并噻吩吸附分离过程的热力学、动力学以及选择性识别性能，建立了相应的模型；（3）对比研究了传统印迹聚合法和表面引发原子转移自由基聚合法制备的5种不同类型表面印迹材料的吸附性能，考察了这5种印迹材料的比表面积、孔隙度与交联剂的使用量、载体的种类之间的构效关系；研究结果表明原子转移自由基法制备的印迹材料达到吸附平衡时间比传统方法制备的印迹材料短，其饱和吸附容量可达63.11 mg/g，且有效脱硫率是传统印迹材料的5.7-6.6倍。该研究获得的成果积累了专属性吸附材料的制备方法，为工业深度脱硫奠定了坚实的理论和实践基础，为解决燃油中噻吩类有机硫的靶向脱除问题提供了有效的途径。.本项目在研究期间发表相关SCI检索论文11篇，申请发明专利2项，其中1项已经授权，硕士毕业生3名。