油品中硫/氮化合物的高效脱除对于生产高品质油品及环境保护具有重大意义,开发清洁、高效的硫/氮化合物深度脱除技术极具挑战。利用阴离子柱撑杂化多孔材料结构可调、孔道表面富含氢键位点等特点,本文设计制备了多种阴离子柱撑杂化多孔材料作为吸附剂,用于分离模拟油品中难脱除的芳香性有机硫化物与氮化物,研究其构效关系与作用机理,为新型脱硫脱氮技术的发展奠定基础。本文首先通过改变阴离子、金属离子以及有机配体的种类,制备了多种具有不同孔径和孔形状的阴离子柱撑杂化多孔材料,测定了二苯并噻吩和苯并噻吩在其上的吸附平衡。结果表明,材料的孔道形状对脱硫性能有显著影响。在298K时,具有正方形孔道的MOxFy-bpy型材料对二苯并噻吩和苯并噻吩表现出极高的吸附性能,例如SIFSIX-1-Cu材料对两者的饱和吸附容量分别高达101.2、131.0 mg S/g MOFs,TIFSIX-1-Cu材料对痕量二苯并噻吩(浓度10 Sppmw)的吸附容量高达47.47 mg S/g MOFs,皆明显高于文献已报道材料。具有菱形孔道的NbOFFIVE-14-Ni材料在吸附中存在开口效应(gate-opening effect),而且达到开口浓度之后其脱硫效率仍明显低于正方形孔道的MOxFy-bpy型材料。采用固定床穿透实验验证了 MOxFy-bpy型材料的深度脱硫能力和可循环利用能力。采用红外光谱实验表征和密度泛函模拟计算相结合的方法,深入研究了二苯并噻吩和苯并噻吩在阴离子柱撑杂化多孔材料亚纳米限域空间内的吸附机理。结果表明,MOxFy-bpy型材料柱撑阴离子上的F原子与客体分子上的H原子形成多重H—F强氢键作用,并可通过孔径微调及孔形调控促使主-客体相互作用最大化。此外,MOxFy-bpy型材料特定的孔形状和孔径可使苯并噻吩分子通过客体-客体相互作用形成“分子团簇”,协同主体-客体多重氢键作用被吸附于孔道内。进一步研究了阴离子柱撑杂化多孔材料对模拟油品中碱性氮化物喹啉和中性氮化物吲哚的脱除性能及内在机理。结果表明,在298 K下,SIFSIX-1-Cu对吲哚、喹啉的饱和吸附容量分别达到578 mg/g、588.2 mg/g,在低浓度下亦表现出超高的痕量氮化物脱除能力(吲哚:100 ppm,384 mg/g;喹啉:20 ppm,540 mg/g)。该类材料主要通过F…H氢键作用将吲哚/喹啉分子“捕获”,并且正方形孔道有利于最大化主-客相互作用,从而使材料具备出色的痕量氮化物脱除性能。