碳氢燃料油是燃料电池的理想氢源,但是碳氢燃料油中较高含量的硫化物易使燃料电池中的催化剂和电极中毒。碳氢燃料油中硫化物的燃烧又会转化为硫氧化物导致严重的酸雨问题。现有的加氢脱硫技术能有效脱除碳氢燃料油中的硫化物、二硫化物和硫醇,但是对噻吩类硫化物的脱除效果较差,因而难以实现“零硫”燃油的生产。吸附脱硫技术是一种生产成本较低,再生操作简单,选择性较高,对噻吩类硫化物脱除效果较好的深度脱硫技术。吸附脱硫技术的核心是制备高选择性、高容量、再生性良好的吸附剂。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,被广泛研究运用于吸附剂。本课题组在先前工作中合成出基于π络合作用的Ni O-SiO₂、Cu₂O-SiO₂、Ag₂O-SiO₂复合类气凝胶脱硫吸附剂,其对模拟汽油中的噻吩类硫化物的吸附性能良好。但是,当存在芳烃和烯烃时,π络合吸附剂对噻吩的穿透吸附容量显著降低,并且π络合吸附剂在溶剂洗涤再生过程中常伴随过渡金属离子的流失,再生性能表现不佳。本文首先通过溶胶-凝胶法和常压干燥技术,在SiO₂气凝胶表面引入氨基得到SiO₂-NH₂脱硫吸附剂。通过XRD、XPS、SEM、原位FT-IR、接触角实验、XRF和N₂吸附-脱附对样品的结构组成和物化性质进行了表征。通过批量实验和突破吸附实验研究了SiO₂-NH₂,SiO₂-CH₃-NH₂和Ag/SiO₂-NH₂的脱硫性能。结果表明,成功引入氨基官能团的SiO₂-NH₂吸附容量远高于SiO₂,这归因于氨基可以和噻吩中的S原子形成氢键。其中,SiO₂-NH₂-8脱硫性能最优,其对噻吩、苯并噻吩和二苯并噻吩的穿透吸附容量分别为6.8,9.5和10.2 mg-S/g_ads。SiO₂-NH₂-8对模拟汽油中噻吩的平衡吸附数据很好地被Freundlich模型拟合,表明在SiO₂-NH₂-8的非均相表面发生多层吸附。SiO₂-NH₂-8在5 min内迅速吸附噻吩,吸附噻吩数据与表观二级动力学模型正确相关,表明速率控制步骤涉及表面吸附。模拟汽油中存在20 wt%甲苯或环己烯时,SiO₂-NH₂-8对噻吩的吸附选择性高达100%。393 K热处理12 h可以完全恢复SiO₂-NH₂-8对噻吩的吸附性能。为了减小水在常压干燥过程中挥发引起的气凝胶表面的毛细管应力对孔道结构的破坏,引入疏水性甲基得到SiO₂-CH₃-NH₂。相比SiO₂-NH₂-4.0,相同Si/N摩尔比的SiO₂-CH₃-NH₂-4.0具有更大比表面积、孔径和孔体积,因而对噻吩的吸附容量有一定提高。其中,SiO₂-CH₃-NH₂-4.0脱硫吸附性能最佳,对噻吩、苯并噻吩和二苯并噻吩的穿透吸附容量分别为7.8,9.5和10.9 mg-S/g_ads。模拟汽油含1 wt%水时,SiO₂-CH₃-NH₂的抗水性显著增强,对噻吩具有更佳的吸附表现。此外,SiO₂-CH₃-NH₂-4.0对模拟汽油中噻吩的平衡吸附数据很好地被Freundlich模型拟合,动力学数据被表观二级动力学模型正确相关,吸附过程为混乱度降低且自发进行的放热过程。SiO₂-NH₂-8具有优异的吸附选择性和再生性能,但是SiO₂-NH₂-8吸附容量较小,因而以SiO₂-NH₂-8为基础,通过-NH₂和Ag的配位作用,得到Ag/SiO₂-NH₂。Ag/SiO₂-NH₂同时通过氢键作用和π络合作用吸附脱除模拟汽油中的噻吩类硫化物。相比Ag₂O-SiO₂,基于配位作用的Ag/SiO₂-NH₂的Ag掺入率明显提高,并且在溶剂洗涤过程中,Ag的流失率也进一步降低。其中,Ag/SiO₂-NH₂-50脱硫吸附性能最佳,对噻吩、苯并噻吩和二苯并噻吩的穿透吸附容量分别为10.2,11.6和12.9 mg-S/g_ads。Ag/SiO₂-NH₂-50对模拟汽油中噻吩的平衡吸附数据很好地被Freundlich模型拟合,动力学数据被表观二级动力学模型正确相关,吸附过程为混乱度降低且自发进行的放热过程。