果糖催化脱水制备5-羟甲基糠醛(HMF)是生物质能源转化为液体燃料和高值化学品的关键技术之一。但是,该过程受到热力学平衡和副反应(HMF水合和分子间缩合)的限制,导致其产率较低。因此,如何从果糖脱水体系中高效分离HMF是实现生物质能源转化的关键问题之一。本论文采用固-液吸附技术实现HMF分子从果糖酸催化脱水混合物体系中分离,根据脱水体系中各个组分本身物理化学性质的差异,采用硬模板包覆和化学刻蚀的方法,设计并创制了一种具有中空结构的芳香聚合物(Hollow porous aromatic polymer,H-PAP)吸附材料,并对其微观结构、织构性质以及表面亲/疏水性质进行了系统的表征,阐明了吸附剂-吸附性能之间的构-效关系。此外,结合吸附等温线模型和理论计算,揭示了 HMF在H-PAP材料表面的吸附机制。具体研究内容如下:(1)以纳米SiO2小球为硬模板,通过Sonogashira碳-碳偶联反应进行表面包覆,再通过化学刻蚀,合成了一系列具有不同内部空腔尺寸的中空芳香聚合物材料。通过一系列表征手段研究了吸附剂的微观结构、织构性质、表面亲/疏水性和稳定性等。结果表明:H-PAP材料具有中空球状结构,其内部空腔尺寸可以通过改变Si02小球直径进行控制(228±11到464±15 nm),壳层为微孔网状结构的疏水芳香聚合物;随着空腔尺寸的降低,H-PAP材料的微孔比表面积和微孔体积降低,总比表面积略有增加;H-PAP材料不仅具有较好热稳定性,而且在酸、碱和有机溶剂中均表现出良好的化学稳定性。此外,该材料在实验室规模下可以进行1倍到20倍放大合成。(2)在间歇釜式和连续流动固定床中分别考察H-PAP材料对单一组分(果糖、HMF、甲酸和乙酰丙酸)、二元和多元混合物组分的吸附行为。结果表明:在单组分吸附性能评价中,H-PAP材料仅吸附HMF,对其他组分不吸附;随着H-PAP材料内部空腔尺寸和微孔体积的降低,HMF表观吸附量逐渐降低,其最大吸附量为0.63±0.11 mg/mg;在多元组分竞争吸附中,其他吸附质的存在并不影响HMF的选择吸附,但是当乙酰丙酸浓度增加时,HMF的吸附量有所降低;H-PAP吸附剂具有可循环使用性能,三次使用后,吸附性能没有明显变化;在真实果糖脱水溶液吸附实验中,H-PAP依然可以保持良好的吸附性能,且通过无水乙醇解吸后可获得纯度约为94.4%的HMF。关联表征和吸附性能结果,提出内部空腔尺寸、微孔比表面积和孔体积与HMF吸附量相关,表面疏水性质与吸附选择性有关;结合吸附等温线和DFT计算,HMF在H-PAP材料表面先通过π-π相互作用,聚集在球形吸附剂弯曲表面形成单分子层覆盖,随着浓度的增大驱动力增加,HMF逐渐穿过吸附剂表面聚合物壳层,到达吸附剂内部空腔,直到吸附动态平衡。