毕业时间：2015年9月（博士）

毕业去向：宁波大学

导师：徐春明 教授、史权 教授

学科专业：化学工程与技术

研究方向：石油与天然气化学

 

学位论文题目

石油炼厂废水可溶性有机质的分子组成表征

Molecular Characterization of Dissolved Organic Matter in Petroleum Refinery Wastewater

 

论文摘要

可溶性有机质（DOM）是石油炼厂废水中的重要污染物，其化学组成及其在水处理过程中的脱除机理尚不明确。本文通过固相萃取和树脂吸附等分离方法，结合傅立叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS），开发了石油炼厂废水可溶性有机质的分子组成分析方法，在分子水平上研究了石油炼厂废水中DOM的化学组成及不同类型化合物在水处理过程中的转化规律。主要内容包括：

研究了DOM在固相萃取和树脂吸附分离柱上的保留行为，发现固相萃取法可以从石油炼厂废水中有效地分离出可溶性有机质，四种商业固相萃取柱（Waters C18、Waters HLB、Agilent C18、Agilent PPL）对水中的可溶性有机质具有类似的保留特性，都可以用来进行水体DOM的前处理。聚合物柱比C18柱可以多保留一小部分极性较强的化合物。树脂吸附分离法可以将水体有效地分离成不同极性的各个亚组分。

基于树脂吸附分离法结合FT-ICR MS表征建立了一套石油炼厂废水DOM的分子组成分析方法，将石油炼厂废水通过XAD-8树脂吸附分离法分成疏水酸性分HOA、疏水碱性分HOB、疏水中性分HON和亲水分HIS，并通过负离子和正离子ESI FT-ICR MS进行分析。发现含有多个氧原子的化合物是废水DOM中最主要的组成部分，HOA在ESI负离子模式下与原水组成十分相似。HOB中的碱性氮化物如N1类化合物在其分子组成中占主导地位。HON的主要组成是O2类化合物。HIS具有较宽的分子量分布，且其中所有化合物类型的DBE和碳数都比较小。

基于液液萃取和固相萃取结合GC-MS和FT-ICR MS分析建立了一套针对石油炼厂废水DOM的分子组成综合分析方法，针对不同处理阶段的石油炼厂废水进行了分子组成变化的研究。发现石油炼厂废水的DOM具有极其复杂的分子组成，在单个质谱图中可以鉴定出76种不同的化合物类型。二氯甲烷萃取相中的DOM是总DOC中的主要组成部分，它们在生化处理过程中很容易被降解。基于氘代十八酸标样的半定量结果表明，含有较少氧原子数的含氧和含氮化合物会优先被降解，腐殖质类物质是废水处理过程中最顽固的物质，在任何处理过程中都很难被除去。石油炼厂废水中的DOM具有较低的DBE和O/C比，其分子组成与天然有机质有很大的不同。

本文提出了实现石油炼厂废水DOM分子组成分析研究的新方法，同时对废水DOM的分子组成及其在处理过程中的分子组成变化规律有了新的认识。这些认识可以为废水处理工艺的开发和改进提供指导，也可为此类废水的环境风险评价提供基础理论依据。

关键词：石油炼厂废水；可溶性有机质；分子组成表征；FT-ICR MS

 

创新点

（1）系统研究了可溶性有机质在固相萃取和树脂吸附分离柱上的保留行为，建立了工业废水可溶性有机质的分子组成高分辨质谱分析方法，该方法适用于炼厂废水处理工艺的监测和诊断。

（2）在分子层次详细表征了石油炼厂废水可溶性有机质及其分离组分的化学组成。发现石油炼厂废水DOM属于小分子复杂体系，存在含氧、含氮和含硫化合物等类型，其中以含氧化合物为主。在其分离组分中可以鉴定出与天然水体DOM有明显差异且相对丰度较高的含氧酸性化合物和含氮碱性化合物。

（3）揭示了石油炼厂废水可溶性有机质在废水处理过程中的分子组成变化规律。发现各个废水处理工艺对各类化合物的去除具有一定的选择性，含氧原子数较少的含氧和含氮化合物会优先被降解，腐殖质类物质是废水处理过程中最难降解的物质。

 

 

发表学术论文

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