γ射线辐射降解的研究进展

摘要：由于γ射线本身具有的特征，其辐射技术在有机物降解和化学污染物处理领域具有很大的应用潜力。本文综述了国内外利用γ射线辐射降解技术在天然有机物降解、有机农药辐射处理和化学污染物降解处理的研究进展，并对γ射线辐射降解机理进行了探索和分析。

关键词：γ射线辐射降解有机物环境保护

1 引言

辐射降解技术是利用高能射线与物质相互作用，物质分子吸收辐射能量，自身电离和激发，产生各种活化粒子（粒子、次级电子，自由基等），活化粒子与物质发生一系列物化作用，使有机聚合物主链断裂、分子量降低，甚至使有机物降解为二氧化碳、水和矿物盐的高效降解技术。与常规的降解技术相比较，辐射降解具有对外界压强、温度条件要求不高，不需添加其他化学试剂，无二次污染物，处理效率较高的特点，成为有机物降解领域极具前景的应用技术。

由于γ射线具有波长短、频率高、能量大、穿透能力强的特点，在辐射降解领域应用广泛。常用的γ辐射源有60Co和137Cs。60Co核衰变产生能量为1.17Mev和1.33Mev的γ射线，半衰期为5.25年。137Cs核衰变产生的γ射线能量为0.66Mev，半衰期30.2年，但由于137Cs源存在射线利用率低和易引起放射性污染等问题，在工业应用上不及60Co源广泛。

2天然有机物的γ射线降解研究

2.1 植物纤维素的γ射线辐射降解研究

Kлнментов[1]及其同事最早利用60Co源辐射松木木屑，发现随着剂量增加，木材中易水解多糖及低聚糖含量增加；B·G·Ershov[2]在300-390k，γ射线辐射剂量在约7.0Gy/g时使纤维素发生降解；G·O·Philips和J·C·Arthur[3]认为纤维素的辐射降解遵循自由基机理，经辐射后纤维素产生自由基，此后自由基继续反应，最终生成各种降解产物；我国哈鸿飞[4]等人研究了溶胀剂和碱性条件下对棉纤维素γ射线辐射降解的影响，得出了在浓度较高的碱性介质中（0.5mol/L）衰变很快和水、异丙醇、苯作用介质对纤维素辐射存不同程度的保护作用的结论；宫宁瑞[5]就辐射对棉纤维相对分子的影响进行研究。得出当吸收剂量小于10KGy时，棉纤维素的相对分子质量测定值随吸收剂量的增大而迅速减少，当吸收剂量大于10KGy时，减少的趋势趋于平缓。

2.2壳聚糖的γ射线辐射降解研究

赵文伟等[6]对壳聚糖的辐射效应进行研究，发现γ射线辐射降低了壳聚糖的热稳定性，γ射线破坏壳聚糖分子的氨基和苷键，得出[7]氧气会加速γ射线辐射裂解反应的进行；金鑫荣[8]得出与赵文伟同样的结论：γ射线使壳聚糖的糖苷键发生断裂；Won-Seok choi等[9]用不同剂量γ射线照射2%醋酸溶液中的壳聚糖，发现在10KGy值处，分解速率呈先增加再缓慢降低趋势；R.Czechowska-Biskup等人[10]证明固态壳聚糖随辐射剂量（0～120KGy）的增加，分子质量呈下降趋势；张志亮等[11]研究了壳聚糖在水溶液下的辐射降解速率，得出在酸性条件下，壳聚糖的降解只有由·H和·OH自由基共同作用，pH上升至中性，以·OH自由基作用为主。

2.3淀粉的γ射線辐射降解研究

Hebelish等[12]用10～250KGy的γ射线照射玉米和大米淀粉，发现淀粉辐射后发生氧化降解，表面黏度显著降低。武宗文等[13]将淀粉辐射降解与醚化改性相结合可合成低黏度淀粉醚。

3有机农药的γ射线辐射降解研究

3.1苯酚的γ射线辐射降解研究

苯酚是化工行业最基本的原料，对环境和人体的危害巨大，对苯酚的降解问题研究显得十分重要，杨秀环等[14]对γ射线处理水中酚类进行了初步探讨，得出在pH为5，酚的浓度为10ppm，吸收剂量率为1235rad/min，有一定空气存在时，酚的破坏率为99.5%的结论；北京大学张剑波等[15]对辐照时间、剂量率、水中酚起始浓度、水的pH值及加入少量H2O2后对苯酚的去除率的影响进行研究，发现在总剂量相同前提下，剂量率越低，辐照时间越长，苯酚去除效果越好，中性条件利于苯酚降解，加入H2O2对去除率有正促进的效果的结论；陈大伟等[16]通过实验证实在10KGy辐射吸收剂量下，苯酚降解率达96%。

3.2有机氯农药的γ射线辐射降解研究

Sawai等[17]研究了多氯联苯在有机极性溶剂异丙醇中的γ辐射降解研究，发现在碱性溶液中多氯联苯的辐射降解效率很高，并分析了降解机理，反应的最终产物是联苯和氯化物；Mincher等[18]认为在中性异丙醇中γ辐射降解反应主要通过溶剂中子俘获反应实现；Rod等[19]发现在异辛烷中，多氯联苯的辐射降解速率比在中性异丙醇中高；Sheikhly等[20]研究甲醇水溶液中2，6-二氯联苯的γ射线降解，发现需要很高辐射剂量才能实现有效脱氯；Daniel[21]通过实验证明，加入表面活化剂的水溶液中，多氯联苯的辐射降解速率比在乙醚和石油醚等溶剂中都要高。

Mincher等[22]研究证明γ射线辐射剂量为100KGy时，PCBs的去除率达85%，而DDT在辐射剂量为50KGy时就已基本降解；Zona[23]研究了γ射线对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射线的辐射降解处理，实验表明在5×10-5mol/L的氯酚溶液在500Gy的辐射剂量下，可使除2-氯酚以外的上述化合物100%降解（2-氯酚需要600Gy），发现单氯酚在1KGy则完全脱氯，对多氯酚的脱氯而言，辐射剂量与氯原子数成正比关系；何永克[24]研究在中性和碱性条件下的五氯酚的γ辐射降解，认为H原子和水合电子和OH自由基存在会导致碳氯键断裂；Sakumoto等[25]研究辐射与传统方法（臭氧，生物氧化等）联用可以降低辐射剂量。

王莹[26]通过实验研究γ射线辐射降解含五氯硝基苯（PCNB）废水效果，研究表明：辐射剂量与降解率成正比；碱性条件比酸性条件对降解有促进作用；纳米TiO2的加入可提高降解率但提高不高。Hsiao-Wei Wen[27]等对γ射线辐射降解西洋参中的PCNB的实验研究，表明：在5KGy辐照剂量下，80%的PCNB的甲醇水溶液（100ppm）被降解，降解产物为五氯苯胺；在20KGy辐照剂量下，西洋参中PCNB几乎完全降解，并分析认为辐射降解反应是由于自由基通过亲电子加成反应攻击PCNB的苯环和硝基引起的。

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作者简介：

夏彧，男，（1991.8-），籍贯：江西省景德镇市，成都理工大学核技术与自动化工程学院核资源与核勘查工程硕士研究生在读。