毕业时间：2019年6月（硕士）

毕业去向：香港浸会大学（博士研究生）

导师：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

化工污水可溶有机质分子层面表征前处理方法开发

Development of Pretreatment Methods for Molecular Characterization of Chemical Sewage Dissolved Organic Matter

 

论文摘要

化工废水可溶有机质（DOM）的种类和含量是决定其处理工艺的关键指标，对化工废水可溶有机质组成的认识并不全面，建立DOM的前处理方法对其分子层面表征至关重要。本文通过对固相萃取法的研究，建立了基于极性萃取和离子交换萃取的混合萃取方法，形成了针对傅立叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）分析DOM分子组成的前处理方法，对天然水体和化工废水中强极性可溶有机质进行了分子组成表征。主要内容包括：研究了分段洗脱和串联固相萃取对水体DOM的分离及各组分分子组成信息。

发现传统的单步洗脱会造成相当一部分有机质未能有效保留或因为不能有效分离而在质谱分析时产生电离竞争从而无法得到有效响应，主要以NO类和NOS类化合物为主，对其化合物类型鉴定的结果发现主要以脂质类和单宁酸类为主，采用分段洗脱可有效避免这部分有机质的损失。对串联固相萃取方法的研究发现，同种类型不同介质的固相萃取柱在联合萃取时仍然会由于其作用官能团的差异而实现对DOM的特异性保留，其中C18柱更趋向保留低O/C、高H/C，呈现弱极性的脂质类物质，而HLB柱则趋向于保留高O/C、低H/C，呈现强极性的单宁酸类物质，采用串联固相萃取，可对PPL柱流失的这些物质起到补充性的保留效果。

基于阴阳离子交换分离的机理，可对水体DOM中难以萃取保留的强极性组分进行保留和分离，结合傅立叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）和三维荧光光谱（3DEEM）等手段，可对强极性DOM进行有效分析鉴定，对天然水体标准样品的分离和分析结果表明：强极性的酸碱组分中，在化合物类型和分子构成上都有一定特异性。其中，强极性酸性物质主要以单宁酸类为主，鉴于更高的O/C和较低的H/C分布，推测这部分含有更多的羧基亲水基团，使其亲水性更强。强极性碱性物质主要以蛋白质类为主，较多的氨基官能团可能赋予其较强的亲水性。

结合三维荧光光谱分析可以发现：与疏水性组分主要以类腐殖酸为主不同，强亲水性的酸、碱性物质中主要以类色氨酸和类酪氨酸等亲水性氨基酸为主。

将混合固相萃取的方法应用于化工废水体系，通过对其疏水和亲水性的综合表征，发现与天然有机质相比，化工废水有机质亲水部分含量较高，这部分有机质可能由于来源于化工废水中的难降解物质。虽然其主要成分分布与天然有机质类似，以高O/C的单宁酸类和高H/C的酰胺类为主。但其整体分布呈现出较低的O/C和较高的H/C，同时发现了多出的一些不饱和烃类和碳水化合物类物质，说明化工废水DOM整体分子结构和组成与天然水体DOM存在差异，而其中的烃类和碳水化合物类物质可能来源于废水本身，属于难萃取类可溶有机质。

本文对废水可溶有机质的分子组成获得更加全面的认识，通过与天然水体有机质的对比，可作为追溯其中污染物的来源的途径之一，为水质分析和水处理工艺开发提供数据支持。该分离分析方法也可以用于其它化工废水的研究，为化工废水的环境风险评价和处理工艺设计提供了方法基础和理论依据。

关键词：化工废水；可溶有机质；固相萃取；傅立叶变换离子回旋共振质谱

 

发表学术论文

1. [1]Gao Y, Wang W, He C, Fang Z, Zhang Y, Shi Q. Fractionation and molecular characterization of natural organic matter (NOM) by solid-phase extraction followed by FT-ICR MS and ion mobility MS. Anal Bioanal Chem 2019;411(24):6343–52
   https://doi.org/10.1007/s00216-019-01943-7

2. [2]Wang W, He C, Gao Y, Zhang Y, Shi Q. Isolation and characterization of hydrophilic dissolved organic matter in waters by ion exchange solid phase extraction followed by high resolution mass spectrometry. Environ Chem Lett 2019;17(4):1857–66
   https://doi.org/10.1007/s10311-019-00898-6

3. [3]Ma C, Wu JX, Ni HX, Fang Z, Wang W, Gao Y, Shi Q. Molecular characterization of dissolved organic matter in coal coking wastewater by FT-ICR MS. J Chin Mass Spectrom Soc 2023;44(3):387–96
   https://doi.org/10.7538/zpxb.2022.0082