重油中含有较高的镍、钒含量,镍、钒化合物的存在对重油加工造成很大的危害。研究重油镍、钒化合物的组成、结构及吸附行为能够为重油镍、钒的脱除提供理论基础。本论文综合利用高分辨质谱和紫外可见分光光度计等分析仪器,结合密度泛函理论的量子化学计算方法,系统研究了重油中镍钒卟啉的分子组成、典型镍钒卟啉的轴向配位性质以及镍钒卟啉在不同吸附剂上的吸附行为,具体内容如下:（1）基于电化学氧化的电喷雾电离（ESI）质谱,建立了一种直接分析重油中微量镍卟啉的方法。考察了ESI电离源类型、溶剂和电离促进剂对模型化合物和重油分析的影响。结果表明,在具有喷针电压的ESI电离源、二氯甲烷（DCM）溶剂和三氟乙酸（TFA）电离促进剂条件下,镍和钒卟啉由于其低的氧化电位和气相电离能,可以通过电化学氧化直接被电离为分子自由基阳离子([M]+·)。该方法能够直接分析重油中的镍、钒卟啉,而无需进行任何前处理步骤,更适合于镍卟啉分析。除镍、钒卟啉外,还检测到了具有高芳香性和短侧链的烃类、含氮、含硫化合物的[M]+·,这表明电化学氧化反应也可用于非极性化合物的ESI分析。（2）通过紫外可见吸收光谱和高分辨质谱实验,结合密度泛函理论计算,系统研究了金属卟啉模型化合物与不同碱性配体的轴向配位作用,金属卟啉与配体的轴向配位能力与配体的碱性及其空间结构有关,碱性越强,空间立体位阻越小,越易与金属卟啉发生轴向配位。轴向配合物的稳定性和结合能总体与配体的碱性呈正相关,碱性越强,轴向配合物越稳定。八乙基镍卟啉（Ni OEP）和八乙基钒卟啉（VOOEP）与配体可以形成不同化学计量比的加合物,其结构类型与配体碱性相关。金属卟啉与碱性配体的轴向配位作用可以为石油中沥青质的缔合及非卟啉的存在形态提供一定的解释,为重油中镍钒化合物的分离富集和选择性脱除也提供了一定启示。（3）石油非卟啉的存在形态及其结构一直存在争议,将轴向配位作用应用到重油中,为石油“非卟啉”的存在形态提供了重要依据。以重油卟啉富集组分和非卟啉富集组分为研究对象,对其进行碱性配体的轴向配位实验,碱性溶剂的加入使金属卟啉在紫外可见光谱下的特征吸收峰降低甚至消失,产生了表观意义上的“非卟啉”化合物。复杂的石油体系中含有不同的碱性杂原子化合物,这些化合物在合适条件下会与金属卟啉发生轴向配位作用,由于轴向配位和石油基质的影响,金属卟啉本身的特征吸收峰很有可能会被掩盖,进而被指认为“非卟啉”化合物,但其本质为金属卟啉。（4）以镍（钒）卟啉模型化合物与1-甲基芘（1-MP）的二元体系为研究对象,考察多种固体吸附剂对于Ni OEP和VOOEP的吸附效率和吸附选择性,以及对重脱沥青油中金属的吸附情况。最后以吸附和选择性效果较好的N-丙基乙二胺吸附剂（PSA）为例,从吸附动力学和吸附热力学的角度研究了PSA对Ni OEP,VOOEP和1-甲基芘的吸附机理。PSA对VOOEP和Ni OEP的吸附量均要高于相应地对1-甲基芘的吸附量。PSA对VOOEP和1-MP的吸附过程符合拟二级动力学模型,而PSA对Ni OEP和1-MP的吸附过程更符合Elovich模型。PSA对三者的吸附均符合Freundlich等温线模型,吸附过程为放热的物理吸附,不涉及化学键的形成。