[发明专利]一种多巴胺/二氧化硅复合气凝胶的制备方法及其应用

说明书

一种多巴胺/二氧化硅复合气凝胶的制备方法和应用，属于燃料油加工技术领域。该方法以正硅酸乙酯为原料，引入盐酸多巴胺进行改性，具体步骤：将盐酸多巴胺溶解于水中，加入正硅酸乙酯和无水乙醇，搅拌水解，得到硅溶胶；调节硅溶胶PH后静置凝胶，然后老化、碾碎、洗涤，常压下干燥，得到多巴胺/二氧化硅复合气凝胶；将制得的气凝胶定量装填于固定床吸附装置中，注入含噻吩类硫化物的模拟汽油，收集吸附后的模拟汽油，进行色谱分析。本发明的气凝胶吸附材料除了对噻吩类硫化物有很好的吸附性能之外，还对其具有良好的吸附选择性，并且制备方法简单，成本低，条件温和，可多次重复使用，在燃料油深度脱硫领域具备良好的应用前景。

技术领域

本发明属于燃料油加工技术领域，具体涉及一种多巴胺/二氧化硅复合气凝胶的制备方法及其应用。

背景技术

随着经济的高速发展以及汽车工业的迅猛增长，燃料油的消耗量也在急剧增加。然而燃料油中所含的硫化物燃烧会产生大量硫氧化物，不仅会产生酸雨、雾霾等环境问题，而且对人类健康造成严重威胁。为此，世界各国相继制定了严格的环保法规限制燃料油中的硫含量。如何降低燃料油中的硫含量也成为研究人员研究的焦点。

目前，工业上广泛采用的脱硫工艺为加氢脱硫，该方法已相对成熟，可以有效去除脂肪族烃类，如硫醇、硫醚以及二硫化物等。但是对于空间位阻较大的芳香族硫化物，如噻吩及噻吩类衍生物等则很难被脱除。此外，加氢脱硫通常需要高效催化剂以及高温(300-400℃)和高氢气压力(30-130atm)的操作条件，导致其生产成本较高，生产安全性较低。同时，加氢脱硫过程中会使燃油中的高辛烷值组分——不饱和烃加氢成为饱和烃，使燃油的辛烷值下降。为了解决加氢脱硫的上述问题，非加氢脱硫逐渐成为研究人员的开发重点，如：吸附脱硫、萃取脱硫、氧化脱硫、生物脱硫等。在这些方法中，吸附脱硫由于其操作条件温和、工艺简单、成本低、脱硫效率高，而且不会降低燃油的辛烷值等优点，被认为是目前最具前景的超深度脱硫技术之一。

吸附脱硫的核心是吸附剂。目前常用的吸附剂主要有多孔碳材料、金属氧化物、分子筛、金属有机骨架(MOFs)材料等。这些吸附材料用于吸附脱硫时可以很好地脱除模拟燃油中的硫化物。但是真实燃油成分复杂，其中还含有大量的芳烃、烯烃等。以93#国V汽油为例，其中芳烃含量占34.18％，烯烃含量占8.69％。烯烃和芳烃可以通过其Π电子云与吸附剂之间形成π络合作用以及π-π堆叠，与燃油中硫化物竞争吸附，会大大降低吸附剂对硫化物的吸附容量。

气凝胶是一类纳米级胶体粒子相互聚结形成的三维网状多孔材料，具有高比表面积、高孔隙率、骨架组成可调等优点，被广泛应用于吸附分离领域。目前已有通过掺杂Ag⁺、Zr⁴⁺、Pb²⁺、Cu⁺等金属离子制得SiO₂复合气凝胶用于吸附脱硫的相关报道。中国专利(公开号CN 108893138 A)、中国专利(公开号CN 105709685A)、中国专利(公开号CN 106590728 A)通过掺杂Zr⁴⁺、Ag⁺、Co⁺、Cu⁺、Al³⁺制得SiO₂复合气凝胶可以对燃料油中噻吩类硫化物有很好的吸附效果。这类气凝胶吸附剂具有介孔结构，结构由纳米级骨架颗粒构成，活性组分可充分暴露、高度分散，对噻吩类硫化物具有很好的吸附效果。但是，其均是基于π络合作用进行吸附，真实燃油中的烯烃和芳烃含有的大π键会与过渡金属离子发生相互作用，使得吸附过程中与噻吩类硫化物产生竞争吸附，使吸附剂对噻吩类硫化物的吸附容量下降。

多巴胺是一种生物神经递质，具有良好的生物相容性、可再生性、天然无毒等特性，同时其具有邻苯二酚基团和氨基官能团，可在溶胶-凝胶过程中，通过聚合交联将丰富的氨基、羟基官能团引入气凝胶中，通过静电吸引和氢键作用，赋予气凝胶良好的脱硫性能。

但是现有技术中并没有用于吸附脱硫的多巴胺吸附剂的相关报道。