禚笑村
毕业时间：2023年6月（博士）
毕业去向：中石化化工研究院
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
基于加氢还原的惰性溶解有机质分子组成与结构表征
Molecular composition and structure characterization of recalcitrant dissolved organic matter based on hydrogenation reduction
论文摘要
溶解性有机质（DOM）广泛分布于全球生态系统中，其中海洋DOM中生物难降解的惰性溶解有机质（RDOM）碳量与大气中的二氧化碳总碳量相当。研究RDOM的组成和形成机制对认识全球碳循环具有重要意义。本论文围绕DOM分子组成和结构开发分析新方法，应用该方法认识RDOM的分子组成与结构以获得RDOM形成机制的直接证据。主要内容包括：以一种天然有机物标样和几种天然水体为研究对象，分析了盐度对DOM的固相萃取组分（SPE-DOM）分子组成的影响，以及负离子ESI MS分析中氯离子加合物形成的选择性与DOM的分子结构的关系。不同盐度样品中SPE-DOM的分子组成不同；在统一的盐度梯度处理下，不同水样之间DOM组成的变化规律不同。高H/C和低O/C的分子更容易形成[M+Cl]¯离子。[M+Cl]¯离子的相对丰度随盐度的增加而增加。这些结果对不同盐度水样DOM的预处理和分子表征具有指导意义。提出一种SPE的改进方法，可以有效减少在DOM分离过程中氯加合离子的形成。
建立基于加氢还原的DOM分子组成与结构表征方法，通过确定催化剂的种类并优化反应条件，使高含氧DOM转化为低含氧化合物或烃类，同时DOM分子碳骨架不发生严重破坏。DOM通过加氢反应后分子极性降低，利用气相色谱质谱联用（GC-MS）分析技术进行结构表征。应用该方法对比河水DOM和土壤DOM的分子组成和结构差异。河水DOM正构烷烃碳数分布以C11~C14为主，土壤DOM以C23~C31为主，分布规律符合样品来源特点。两种来源样品的芳香类化合物在种类上相似但相对含量相差较大。土壤DO M中富含氮杂环化合物，以小分子吡咯烷类和吡啶类的生物碱为主。河水DOM中的萜类化合物以三萜衍生物为主，土壤DOM中的萜类化合物除三萜类以外，还有来自松柏科植物的三环二萜类化合物。
以一种河流支流水样为研究对象，应用基于加氢还原的DOM分子组成与结构表征方法分析SPE难提取组分的分子组成。DOM样品的SPE难萃取组分不仅总有机碳含量占比高，其组成和结构与SPE提取组分相比也有明显的差异。SPE洗脱液主要富集苯酚、萘酚及其衍生物等中等极性化合物，残留在萃取柱上未被有效洗脱的主要是游离态烷烃、环烷烃、烷基苯等非极性和弱极性化合物，SPE未提取的萃余液组分主要包括结合态酯类和包含氮杂环、多环芳香族碳骨架的强极性化合物。研究SPE难萃取组分分子组成和结构可以为认识天然DOM在全球生物地球化学过程中如何发挥作用提供更全面的信息。
以近海表层海水及其老化海水样品为研究对象，应用基于加氢还原的DOM分子组成与结构表征方法分析RDOM的分子组成和结构。微生物难以降解的RDOM以脂环族化合物为主，除了母核结构能够长期稳定存在的甾类、藿烷类化合物以外，主要包括一到两环的脂环族化合物，这些化合物主要来自含苯环结构化合物的还原代谢。由此认为RDOM形成机制的首要步骤，是实现苯环结构的还原饱和。
关键词：溶解性有机质；惰性溶解有机质；加氢还原；分子结构；气相色谱质谱联用
创新点
（1）系统评价盐度对DOM分子组成提取和分析的影响，证明氯离子加合物对DOM分子结构的选择性，并提出一种有效抑制氯离子加合物形成的方法。（见第2章）
（2）开发一种基于加氢还原的溶解性有机质分子结构分析方法，并应用于河水、土壤和海水溶解性有机质的分子组成与结构分析，探讨了海洋惰性溶解有机质的形成机制。（见第3章及第5章）
（3）首次对环境溶解性有机质固相萃取难提取的组分（包括萃余液和柱上残留组分）进行分子结构和组成分析。（见第4章）
发表学术论文
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