γ射線輻射降解的研究進展

摘要：由于γ射線本身具有的特征，其輻射技術在有機物降解和化學污染物處理領域具有很大的應用潛力。本文綜述了國內外利用γ射線輻射降解技術在天然有機物降解、有機農藥輻射處理和化學污染物降解處理的研究進展，并對γ射線輻射降解機理進行了探索和分析。

關鍵詞：γ射線輻射降解有機物環境保護

1 引言

輻射降解技術是利用高能射線與物質相互作用，物質分子吸收輻射能量，自身電離和激發，產生各種活化粒子（粒子、次級電子，自由基等），活化粒子與物質發生一系列物化作用，使有機聚合物主鏈斷裂、分子量降低，甚至使有機物降解為二氧化碳、水和礦物鹽的高效降解技術。與常規的降解技術相比較，輻射降解具有對外界壓強、溫度條件要求不高，不需添加其他化學試劑，無二次污染物，處理效率較高的特點，成為有機物降解領域極具前景的應用技術。

由于γ射線具有波長短、頻率高、能量大、穿透能力強的特點，在輻射降解領域應用廣泛。常用的γ輻射源有60Co和137Cs。60Co核衰變產生能量為1.17Mev和1.33Mev的γ射線，半衰期為5.25年。137Cs核衰變產生的γ射線能量為0.66Mev，半衰期30.2年，但由于137Cs源存在射線利用率低和易引起放射性污染等問題，在工業應用上不及60Co源廣泛。

2天然有機物的γ射線降解研究

2.1 植物纖維素的γ射線輻射降解研究

Kлнментов[1]及其同事最早利用60Co源輻射松木木屑，發現隨著劑量增加，木材中易水解多糖及低聚糖含量增加；B·G·Ershov[2]在300-390k，γ射線輻射劑量在約7.0Gy/g時使纖維素發生降解；G·O·Philips和J·C·Arthur[3]認為纖維素的輻射降解遵循自由基機理，經輻射后纖維素產生自由基，此后自由基繼續反應，最終生成各種降解產物；我國哈鴻飛[4]等人研究了溶脹劑和堿性條件下對棉纖維素γ射線輻射降解的影響，得出了在濃度較高的堿性介質中（0.5mol/L）衰變很快和水、異丙醇、苯作用介質對纖維素輻射存不同程度的保護作用的結論；宮寧瑞[5]就輻射對棉纖維相對分子的影響進行研究。得出當吸收劑量小于10KGy時，棉纖維素的相對分子質量測定值隨吸收劑量的增大而迅速減少，當吸收劑量大于10KGy時，減少的趨勢趨于平緩。

2.2殼聚糖的γ射線輻射降解研究

趙文偉等[6]對殼聚糖的輻射效應進行研究，發現γ射線輻射降低了殼聚糖的熱穩定性，γ射線破壞殼聚糖分子的氨基和苷鍵，得出[7]氧氣會加速γ射線輻射裂解反應的進行；金鑫榮[8]得出與趙文偉同樣的結論：γ射線使殼聚糖的糖苷鍵發生斷裂；Won-Seok choi等[9]用不同劑量γ射線照射2%醋酸溶液中的殼聚糖，發現在10KGy值處，分解速率呈先增加再緩慢降低趨勢；R.Czechowska-Biskup等人[10]證明固態殼聚糖隨輻射劑量（0～120KGy）的增加，分子質量呈下降趨勢；張志亮等[11]研究了殼聚糖在水溶液下的輻射降解速率，得出在酸性條件下，殼聚糖的降解只有由·H和·OH自由基共同作用，pH上升至中性，以·OH自由基作用為主。

2.3淀粉的γ射線輻射降解研究

Hebelish等[12]用10～250KGy的γ射線照射玉米和大米淀粉，發現淀粉輻射后發生氧化降解，表面黏度顯著降低。武宗文等[13]將淀粉輻射降解與醚化改性相結合可合成低黏度淀粉醚。

3有機農藥的γ射線輻射降解研究

3.1苯酚的γ射線輻射降解研究

苯酚是化工行業最基本的原料，對環境和人體的危害巨大，對苯酚的降解問題研究顯得十分重要，楊秀環等[14]對γ射線處理水中酚類進行了初步探討，得出在pH為5，酚的濃度為10ppm，吸收劑量率為1235rad/min，有一定空氣存在時，酚的破壞率為99.5%的結論；北京大學張劍波等[15]對輻照時間、劑量率、水中酚起始濃度、水的pH值及加入少量H2O2后對苯酚的去除率的影響進行研究，發現在總劑量相同前提下，劑量率越低，輻照時間越長，苯酚去除效果越好，中性條件利于苯酚降解，加入H2O2對去除率有正促進的效果的結論；陳大偉等[16]通過實驗證實在10KGy輻射吸收劑量下，苯酚降解率達96%。

3.2有機氯農藥的γ射線輻射降解研究

Sawai等[17]研究了多氯聯苯在有機極性溶劑異丙醇中的γ輻射降解研究，發現在堿性溶液中多氯聯苯的輻射降解效率很高，并分析了降解機理，反應的最終產物是聯苯和氯化物；Mincher等[18]認為在中性異丙醇中γ輻射降解反應主要通過溶劑中子俘獲反應實現；Rod等[19]發現在異辛烷中，多氯聯苯的輻射降解速率比在中性異丙醇中高；Sheikhly等[20]研究甲醇水溶液中2，6-二氯聯苯的γ射線降解，發現需要很高輻射劑量才能實現有效脫氯；Daniel[21]通過實驗證明，加入表面活化劑的水溶液中，多氯聯苯的輻射降解速率比在乙醚和石油醚等溶劑中都要高。

Mincher等[22]研究證明γ射線輻射劑量為100KGy時，PCBs的去除率達85%，而DDT在輻射劑量為50KGy時就已基本降解；Zona[23]研究了γ射線對2-氯酚、3-氯酚、2，4-二氯酚、2，4，6-三氯酚的混合含氧溶液的γ射線的輻射降解處理，實驗表明在5×10-5mol/L的氯酚溶液在500Gy的輻射劑量下，可使除2-氯酚以外的上述化合物100%降解（2-氯酚需要600Gy），發現單氯酚在1KGy則完全脫氯，對多氯酚的脫氯而言，輻射劑量與氯原子數成正比關系；何永克[24]研究在中性和堿性條件下的五氯酚的γ輻射降解，認為H原子和水合電子和OH自由基存在會導致碳氯鍵斷裂；Sakumoto等[25]研究輻射與傳統方法（臭氧，生物氧化等）聯用可以降低輻射劑量。

王瑩[26]通過實驗研究γ射線輻射降解含五氯硝基苯（PCNB）廢水效果，研究表明：輻射劑量與降解率成正比；堿性條件比酸性條件對降解有促進作用；納米TiO2的加入可提高降解率但提高不高。Hsiao-Wei Wen[27]等對γ射線輻射降解西洋參中的PCNB的實驗研究，表明：在5KGy輻照劑量下，80%的PCNB的甲醇水溶液（100ppm）被降解，降解產物為五氯苯胺；在20KGy輻照劑量下，西洋參中PCNB幾乎完全降解，并分析認為輻射降解反應是由于自由基通過親電子加成反應攻擊PCNB的苯環和硝基引起的。

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作者簡介：

夏彧，男，（1991.8-），籍貫：江西省景德鎮市，成都理工大學核技術與自動化工程學院核資源與核勘查工程碩士研究生在讀。