夏道宏教授科研团队在清洁生产技术研究方面取得系列进展

发布时间:2020-10-26作者:淡天俊 朱丽君 单宝来浏览次数:391

近日,学院夏道宏教授带领的石油天然气绿色加工利用团队在清洁生产技术研究方面取得系列进展,研究成果分别发表在Sep Purif Technol、J Cleaner Prod、Carbohydr Polym、ACS Appl Mater Inter4个清洁生产领域以及材料科学领域权威期刊上,我校博士生段尊斌、王燕,硕士生李彦霖、韦胜超为主要作者,通讯作者为夏道宏教授,第一署名单位均为威尼斯。该系列成果得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、山东省自然科学基金等项目资助。

多年来,油品以及废水中的硫、氮污染物问题日益受到各国关注,为此,研究人员在清洁生产领域进行了大量的科学研究工作,但是真正节能高效且环境友好的清洁生产方法并不多。为此,该团队针对燃料以及废水中的有机硫、氮污染物,首次提出以超分子识别方法脱除特定污染物的设想,基于超分子包合作用原理,设计、合成了一系列的功能化环糊精清洁生产材料,实现了对油品以及废水中污染物的深度脱除,开创了超分子识别脱硫新方法,建立了脱硫新理论,为形成新型清洁生产技术提供了原创性理论支撑。

题目为《环糊精聚合物高效包合脱除燃料和废水中三环有机硫/氮污染物》(Inclusion as an efficient purification method for specific removal of tricyclic organic sulfur/nitrogen pollutants in fuel and effluent with cyclodextrin polymers)的论文发表在权威期刊Separation and Purification Technology上,研究人员以四氟对苯二甲腈为交联剂,合成了一种新型的2-羟丙基-γ-环糊精聚合物(2-HP-γ-CDP),用于特定包合脱除油/水相中的三环硫/氮污染物。系统性地研究了2-HP-γ-CDP对于燃料中4,6-二甲基二苯并噻吩和废水中亚甲基蓝的脱除性能,发现当合成过程中2-HP-γ-CD与TFTPN的物质的量比为1:5时,2-HP-γ-CDP1:5具有最佳的脱除性能,其纯化燃料的效果几乎是商用活性炭的15倍。该研究为基于环糊精包合机理的清洁生产技术开发提供了重要思路和理论基础。

题目为《废水中阳离子有机染料污染物的清洁脱除:环糊精衍生物超分子包合技术应用案例研究》(Towards cleaner wastewater treatment for special removal of cationic organic dye pollutants: A case study on application of supramolecular inclusion technology with β-cyclodextrin derivatives)论文发表在权威期刊Journal of Cleaner Production上。废水中含有的有机染料污染物一直是最严重的环境问题之一。有机染料中的大多数生色基团(尤其对阳离子染料而言)为含氮基团,这些基团易被还原成有毒的有机胺类物质。因此,实现这些污染物的去除具有重要现实意义。研究人员通过亲核取代反应,合成烷氧基二氟对苯二甲腈取代的β-CD衍生物(Rx-β-CD),系统研究了Rx-β-CD对阳离子、阴离子和中性有机染料污染物的去除性能。结果表明Rx-β-CD对污水中阳离子型染料亚甲基蓝的去除率在1-3 min内接近100%,提出了环糊精衍生物包合污染物的机理,从而建立了一种从废水中选择性去除有机污染物的新方法,为开发基于超分子识别作用机理的废水清洁新技术奠定了基础,并为环糊精相关材料的设计与合成提供了新方法,具有重要的现实应用意义。

题为《铜(II)-环糊精和CuO功能化的氧化石墨烯复合材料用于快速高效去除燃料中噻吩类硫化物》(Copper(II)-beta-cyclodextrin and CuO functionalized graphene oxide composite for fast removal of thiophenic sulfides with high efficiency)论文发表在权威期刊Carbohydrate Polymers。燃料油品中有机硫化物含量最多的是不同类型的噻吩类硫化物,因此,研究绿色高效且价廉的脱除噻吩类硫化物的非加氢脱硫技术非常重要。本项工作利用Cu(II)-β-CD与CuO对石墨烯材料进行功能化,制备出新型环糊精基氧化石墨烯复合材料CD-CuO / NH2-GO,并对CD-CuO / NH2-GO的结构、脱硫性能和脱硫机理等进行了详细研究。为后续研究非加氢脱硫技术提供了重要理论指导和研究思路。

在将环糊精基超分子主体材料应用于清洁燃料生产技术研究基础上,该团队还与清华大学合作,首次将环糊精多孔液体材料应用于核苷的手性分离。题为《高效手性识别和分离核苷的环糊精多孔液体材料》(Cyclodextrin Porous Liquid Materials for Efficient Chiral Recognition and Separation of Nucleosides)的论文发表在权威期刊ACS Applied Materials & Interfaces。研究团队建立了制备第一类环糊精多孔液体材料的新方法,利用环糊精的手性空腔选择性识别手性对映体的功能,采用简单的萃取即能将核苷的外消旋体高效分离。实验和分子模拟结果表明,环糊精多孔液体材料具有高效的手性识别与分离脱氧核苷性能,被称为“手性选择剂”。环糊精多孔液体材料的优良特性有望将其应用于手性分离材料的制备、新型药物的筛选以及手性化合物响应材料的构建等领域。

石油天然气绿色加工利用团队长期致力于清洁能源生产领域的研究,在燃料油品硫化物组成结构、汽油及液化气深度脱硫工艺及催化剂、清洁生产技术等领域取得了一系列基础与应用研究成果。近年来,团队承担了国家自然科学基金、山东省自然科学基项目,中石油集团公司重点攻关项目、重大技术应用项目等各类课题20余项,授权国家发明专利30余项,发表SCI学术论文80余篇,开发并推广应用技术12项。

相关链接:

1.https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.117643

2.https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120308

3.https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.115385

4.https://doi.org/10.1021/acsami.0c15836