随着全球环境的日益恶化，对环保清洁能源的开发和应用已经成为世界各国发展的战略选择。乙醇汽油作为一种新型环保清洁能源是可再生能源的发展重点。中国已成为仅次于巴西、美国的世界第三大生物燃料乙醇汽油生产国和应用国，但乙醇汽油中含有的重金属离子易腐蚀汽车发动机并污染大气环境。设计合成有效地脱除乙醇燃料中微量金属离子的功能分离材料成为该领域的研究方向。此外，金属离子在水体系和在非水体系中的存在形态和溶剂化程度均不同，且其与分离功能材料间的相互作用机制尚缺乏系统研究。因此，该项目对适用于水/非水体系的功能分离材料的设计、合成及其与重金属离子的作用机制等问题进行了持续、深入研究，取得了以下重要科学发现：

一、首次将设计合成的系列含聚酰胺-胺(PAMAM)型树形功能基的功能分离材料用于对非水体系中的重金属离子的脱除。系统研究了其在水/非水体系中的吸附机理，建立了不同介质中树形分子结构与吸附性能之间的构效关系；通过密度泛函理论(DFT)理论模拟了树形功能基与金属离子配位模式及相互作用机制，从分子层面上揭示了其对金属离子的吸附机理；在此基础上，通过对树形分子外围功能基的修饰，获得了系列具有高吸附量、高吸附速度、高选择性的吸附分离材料。当其被用于乙醇中Hg²⁺的脱除，用量为30mg时，Hg²⁺的脱除率即可达到100％，为乙醇燃料中金属离子的有效脱除及解决现代工业面临的非水介质中微量金属离子干扰问题提供了理论依据。该成果被RSC旗下化学领域顶级刊物Chemical Society Reviews正面引用。

二、建立了系列含氮、氧、硫等杂原子多功能基有机-无机杂化材料的合成方法。该项目结合软硬酸碱理论，根据水/非水体系中金属离子的结构特点，提出并采用均相法、异相法、溶胶-凝胶法合成了系列功能化硅胶杂化材料。研究发现，相对均相法而言，通过异相法合成的材料中功能基含量高且吸附性能更优；而通过溶胶-凝胶法合成的桥联聚倍半硅氧烷杂化材料，其功能基分布更为均匀，功能基含量更高，且材料孔结构灵活可调，可对水/非水体系中金属离子进行高效富集与脱除，其对重金属离子尤其是Au³⁺、Ag⁺的超高吸附量引起了国内外学者的关注。

三、创新性地提出了“悬臂型”功能基的设计策略，制备了系列聚乙二醇悬臂与杂环化合物等螯合基团相结合的新型功能吸附材料，并结合模型拟合和理论计算，首次得到了悬臂的长度、结构等因素对材料吸附性能的影响规律。研究发现，悬臂的加入，有助于调节功能基的柔顺性及其亲水性与疏水性，与螯合基团共同对金属离子进行协同吸附，从而使功能基对水/非水体系中金属离子的捕捉能力大大提高。该研究被俄罗斯科学院普通化学和技术化学科研领域的权威科研机构-俄罗斯科学院化学物理问题研究所的Gulzhian I.Dzhardimalieva教授等人高度评价为“有趣”且“重要”的。

该项目已在Journal of Hazardous Materials、Chemical Engineering Journal等该领域权威期刊发表SCI收录论文77篇，其中8篇代表性论文已被Chemical Society Reviews、Journal of Hazardous Materials等权威期刊SCI他引272篇次，授权中国发明专利5项，获得了国内外同行的高度评价。

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