γ射線輻射降解的研究進(jìn)展

摘要：由于γ射線本身具有的特征，其輻射技術(shù)在有機(jī)物降解和化學(xué)污染物處理領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。本文綜述了國內(nèi)外利用γ射線輻射降解技術(shù)在天然有機(jī)物降解、有機(jī)農(nóng)藥輻射處理和化學(xué)污染物降解處理的研究進(jìn)展，并對γ射線輻射降解機(jī)理進(jìn)行了探索和分析。

關(guān)鍵詞：γ射線輻射降解有機(jī)物環(huán)境保護(hù)

1 引言

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

由于γ射線具有波長短、頻率高、能量大、穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在輻射降解領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。常用的γ輻射源有60Co和137Cs。60Co核衰變產(chǎn)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(chǎn)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(yè)應(yīng)用上不及60Co源廣泛。

2天然有機(jī)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(fā)現(xiàn)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(shí)使纖維素發(fā)生降解；G·O·Philips和J·C·Arthur[3]認(rèn)為纖維素的輻射降解遵循自由基機(jī)理，經(jīng)輻射后纖維素產(chǎn)生自由基，此后自由基繼續(xù)反應(yīng)，最終生成各種降解產(chǎn)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(zhì)中（0.5mol/L）衰變很快和水、異丙醇、苯作用介質(zhì)對纖維素輻射存不同程度的保護(hù)作用的結(jié)論；宮寧瑞[5]就輻射對棉纖維相對分子的影響進(jìn)行研究。得出當(dāng)吸收劑量小于10KGy時(shí)，棉纖維素的相對分子質(zhì)量測定值隨吸收劑量的增大而迅速減少，當(dāng)吸收劑量大于10KGy時(shí)，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(yīng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)γ射線輻射降低了殼聚糖的熱穩(wěn)定性，γ射線破壞殼聚糖分子的氨基和苷鍵，得出[7]氧氣會(huì)加速γ射線輻射裂解反應(yīng)的進(jìn)行；金鑫榮[8]得出與趙文偉同樣的結(jié)論：γ射線使殼聚糖的糖苷鍵發(fā)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(fā)現(xiàn)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(tài)殼聚糖隨輻射劑量（0～120KGy）的增加，分子質(zhì)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(fā)現(xiàn)淀粉輻射后發(fā)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(jié)合可合成低黏度淀粉醚。

3有機(jī)農(nóng)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(yè)最基本的原料，對環(huán)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(huán)等[14]對γ射線處理水中酚類進(jìn)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(shí)，酚的破壞率為99.5%的結(jié)論；北京大學(xué)張劍波等[15]對輻照時(shí)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(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在總劑量相同前提下，劑量率越低，輻照時(shí)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(jìn)的效果的結(jié)論；陳大偉等[16]通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)在10KGy輻射吸收劑量下，苯酚降解率達(dá)96%。

3.2有機(jī)氯農(nóng)藥的γ射線輻射降解研究

Sawai等[17]研究了多氯聯(lián)苯在有機(jī)極性溶劑異丙醇中的γ輻射降解研究，發(fā)現(xiàn)在堿性溶液中多氯聯(lián)苯的輻射降解效率很高，并分析了降解機(jī)理，反應(yīng)的最終產(chǎn)物是聯(lián)苯和氯化物；Mincher等[18]認(rèn)為在中性異丙醇中γ輻射降解反應(yīng)主要通過溶劑中子俘獲反應(yīng)實(shí)現(xiàn)；Rod等[19]發(fā)現(xiàn)在異辛烷中，多氯聯(lián)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(lián)苯的γ射線降解，發(fā)現(xiàn)需要很高輻射劑量才能實(shí)現(xiàn)有效脫氯；Daniel[21]通過實(shí)驗(yàn)證明，加入表面活化劑的水溶液中，多氯聯(lián)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(shí)，PCBs的去除率達(dá)85%，而DDT在輻射劑量為50KGy時(shí)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(shí)驗(yàn)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(fā)現(xiàn)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(shù)成正比關(guān)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(rèn)為H原子和水合電子和OH自由基存在會(huì)導(dǎo)致碳氯鍵斷裂；Sakumoto等[25]研究輻射與傳統(tǒng)方法（臭氧，生物氧化等）聯(lián)用可以降低輻射劑量。

王瑩[26]通過實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(chǎn)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(rèn)為輻射降解反應(yīng)是由于自由基通過親電子加成反應(yīng)攻擊PCNB的苯環(huán)和硝基引起的。

[22] Mincher B J， Liekhus K， Arbon R E. PCB radiolysis in isooctane in the presence of ozone[J]. Applied radiation and isotopes， 1996， 47（8）： 713-715.

[23] Zona R， Schmid S. Wat Res， 1999， 33（5）： 1314-1319 .

[24]何永克， 吳季蘭， Ronald Cooper. 輻射研究與輻射工藝 學(xué)報(bào).1994， 12（2）： 71-74 .

[25] Sakumoto A， Miyata T. Treatment of waste water by a combined technique of radiation and conventional method[J]. Radiation Physics and Chemistry （1977）， 1984， 24（1）： 99-115.

[26]王瑩. 有機(jī)氯農(nóng)藥--五氯硝基苯農(nóng)藥廢水的輻射降解研究[D]. 2005.

[27] Wen H W， Hsieh M F， Wang Y T， et al. Application of gamma irradiation in ginseng for both photodegradation of pesticide pentachloronitrobenzene and microbial decontamination[J]. Journal of hazardous materials， 2010， 176（1）： 280-287.

[28]陳梅紅， 張艷. 電離輻射降解農(nóng)藥殘留研究[J]. 寧夏農(nóng)林科技， 1999 （2）： 44-45.

[29]林艷. 筍干中兩種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的輻照降解研究 [D]. 合肥： 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2007.[30]陳冬梅， 岳田利， 袁亞宏， 等. 60Co-γ 輻照對蘋果汁中有機(jī)磷農(nóng)藥降解及品質(zhì)影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2008， 24（5）： 270-274.

[31]于媛， 劉遠(yuǎn)霞，包華影. 有機(jī)磷農(nóng)藥乙酰甲胺磷水溶液的60Coγ輻射降解研究[J]. 中國核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告——中國核學(xué)會(huì) 2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集 （第一卷· 第 8 冊）， 2009.

[32]高慧宇， 劉遠(yuǎn)霞， 包華影. 氧氣飽和條件下乙酰甲胺磷的60Coγ輻射降解研究[J]. 輻射研究與輻射工藝學(xué)報(bào)， 2012， 2：003.

[33]李焱.溴氰菊酯在茶葉中的輻照降解研究 [D]. 合肥： 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2007.

[34]張慶芳， 王鋒， 哈益明. 毒死蜱和氯氰菊酯的輻射降解及產(chǎn)物特性研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2010， 43（5）： 1041-1049.

[35]惠衛(wèi)甲， 岳田利， 袁亞宏， 等. 蘋果汁中擬除蟲菊酯類和氨基甲酸酯類農(nóng)藥輻照降解[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)， 2009， 40（4）： 121-124.

[36] 朱佳廷， 劉春泉， 余剛， 等. 輻照殺菌對綠茶品質(zhì)的影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)， 2005， 19（5）： 363-366.

[37] 伍玲， 陳春， 唐劍等. 輻射降解蜂蜜、蜂王漿中殘留氯霉素的研究[C]. 四川成都輻射研究與輻射工藝研討會(huì). 2005.

[38] 謝芳. 動(dòng)物源性食品中氯霉素輻射降解產(chǎn)物及機(jī)理的研究[D]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 2008.

[39]曹冬梅， 關(guān)鈺， 胡曉丹等. 膜技術(shù)協(xié)同γ輻射降解乳酸左氧氟沙星[J]. 水處理技術(shù)， 2011，（5）.

[40]曹冬梅， 張曉紅， 關(guān)鈺等. γ射線輻照降解乳酸左氧氟沙星及產(chǎn)物抑菌活性分析[J]. 輻射研究與輻射工藝學(xué)報(bào)， 2010，（5）.

[41]劉斌.60Coγ射線輻照對漁藥降解及草魚肌肉品質(zhì)的影響[D]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2010. DOI：10.7666/d.y1799773.

[42]Van Dyck P J， Tobback P， Feyes M， et al. Sensitivity of aflatoxin b1 to ionizing radiation.[J]. Applied and Environmental Microbiology， 1982， （6）：1317-1319.

[43]Patel U D， Govindarajan P， Dave P J. Inactivation of aflatoxin B1 by using the synergistic effect of hydrogen peroxide and gamma radiation[J]. Applied and environmental microbiology， 1989， 55（2）： 465-467.

[44]Temcharoen P， THILLY W G. Removal of aflatoxin B1 toxicity but not mutagenicity by 1 megarad gamma radiation of peanut meal[J]. Journal of food safety， 1982， 4（4）： 199-205.

[45]Aziz N H， Attia E S A， Farag S A. Effect of gamma‐irradiation on the natural occurrence of Fusarium mycotoxins in wheat， flour and bread[J]. Food/Nahrung， 1997， 41（1）： 34-37.

[46]Aziz N H， Abd El-Rehim L M， El-Far M A. Effect of gamma-irradiation on aflatoxin B1 produced by Aspergillus parasiticus in barley containing antimicrobial food additives[J]. 1999.

[47] Aziz N H， Youssef B M. Inactivation of naturally occurring of mycotoxins in some Egyptian foods and agricultural commodities by gamma irradiation[J]. Egyptian Journal of Food Science （Egypt）， 2002.

[48] Aziz N H， Youssef B M. Inactivation of naturally occurring of mycotoxins in some Egyptian foods and agricultural commodities by gamma irradiation[J]. Egyptian Journal of Food Science （Egypt）， 2002.

[49] 張喜春， 胡蘭， 胡銳， 等. 飼料中霉菌及霉菌毒素的預(yù)防和消除[J]. 飼料工業(yè)， 2002， 23（1）： 27-29.

[50] Refai M K， Aziz N H， El-Far F， et al. Detection of ochratoxinproduced byA. Ochraceus in feedstuffs and its control by γ radiation[J]. Applied radiation and isotopes， 1996， 47（7）： 617-621.

[51]Matter Z A， Aziz N H. Influence of gamma-radiation on the occurrence of toxigenic Pennicium strains and mycotoxins production in different feedstuffs[J]. Egyptian Journal of Biotechnology， 2007， 25（1）： 130-144.

[52]遲蕾， 哈益明， 王鋒， 等. 玉米中赭曲霉毒素 A 的輻照降解效果[J]. 食品科學(xué)， 2011， 32（11）： 21-24.

作者簡介：

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