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γ射线辐射降解的研究进展

Y射线辐射降解的研究进展

摘要：

由于Y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Y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Y

射线辐射降解机理进行了探索和分析。

关键词：

Y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Y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Y辐射源有60CO

和137Cs。

60Co核衰变产生能量为1.17Mev和1.33Mev的丫

射线，半衰期为5.25年。

137Cs核衰变产生的丫射线能量为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y射线降解研究

2.1植物纤维素的y射线辐射降解研究

K畀HMeHT0B[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,y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Y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y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y射线辐射降低了壳聚糖的热稳定性，y射线破坏壳聚糖分子的氨基和苷键，得出[7]氧气会加速y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：

Y射线使壳聚糖的糖苷

键发生断裂；Won-Seokchoi等［9］用不同剂量y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（0〜12OKG0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y射线辐射降解研究

Hebelish等［12］用10〜250KGy的y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y射线辐射降解研究

3.1苯酚的y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Y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y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y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y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y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y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y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y射线的辐射降

解处理，实验表明在5X10-5mol/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Y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Y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-WeiWen[27]等对丫射线辐射

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。

3.3有机磷

农药的y射线辐射降解研究

陈梅红等[28]研究了60Coy射线辐射对甲基对硫磷、氧化乐果的降解作用。

结果表明：

在照射剂量为5-10KGy,甲

基对硫磷降解率为30%，氧化乐果在y射线辐射下降解效果不明显。

林艳[29]证明辐射剂量、样品含水量与笋衣中残留的敌敌畏和三唑磷的辐射降解率成正比。

陈冬梅等[30]采用

0-9KGy的60Coy射线对苹果汁中国标规定必检9种有机磷进

行辐射降解研究，证明最高降解率可达85%。

于媛等[31]对乙酰甲胺的水溶液进行60COy射线辐射降解研究，发现在相同剂量下，自由基eq-的降解效果优于？

0H，?

0H更有助于乙酰甲胺磷矿化成无机离子（NH4+、SO42-、PO43-、H2PO4-、HPO42-）。

高慧宇等［32］研究证明02饱和的稀乙酰甲胺磷的溶液环境对y射线辐射降解有促进效应。

3.4菊酯类农药的y射线辐射降解研究

李焱［33］对溴氰菊酯的辐射降解进行研究，发现当辐射剂量大于7KGy时，溴氯菊酯才开始明显降解；间断辐射方式、间断时间长短和样品含水量对溴氰菊酯的降解都有正促进作用。

张庆芳［34］果蔬中菊酯类农药残留进行研究，结果证明在2.5mg/L的氯氰菊酯在辐射剂量为12KGy时降解率可达60%，辐射产物在痕量水平下毒性可以忽略，果蔬中的VC、

卢丁和总糖度不同程度影响农药的辐射降解度。

惠卫甲、岳田利等［35］发现在9KGy的辐照下，苹果汁中4种菊酯类农药降解率均达到65%。

朱佳延［36］研究考虑辐射对绿茶中可溶性糖、茶多酚、氨基酸等含量影响下，认为绿茶在适宜剂量为3-5KGy照射下，可以最大程度降解氯氰菊酯。

4化学污染物的y射线辐射降解研究

食品安全一直是百姓深切关系的问题。

兽药残留和真菌类毒素通过环境和食物链的作用间接对人体健康造成潜在危害的报道近来也屡见不鲜，对于这类化学污染物的y射线辐射降解引起科学家的关注。

伍铃［37］等研究了60Coy射线辐射降解蜂蜜、蜂王浆中残留氯霉素。

结果表明氯霉素残留浓度在50ug/kg以下的蜂蜜、蜂王浆，经8-10KGy的剂量辐照，氯霉素残留浓度可以降到小于0.1ug/kg，且不会影响蜂蜜、蜂王浆的品质。

谢芳、王锋［38］等在动物源性食品中氯霉素辐射降解产物及机理研究中，认为y射线能有效去除水溶液中的氯霉素；药物降解率与吸收剂量成正比；起始浓度越低，越有利于溶液中氯霉素的去除；在痕量水平下，辐射产物的毒性可以忽略；在氯霉素水溶液辐射降解中？

0H起主要作用，其次是？

H，水合电子eaq-很难迅速启动氯霉素的降解；蜂蜜、海虾中氯霉素经Y射线照射，其降解率与吸收剂量成正比，在9.3KGy辐射剂

量下，初始浓度为10ug/kg的两种食品的氯霉素降解率达98%以上。

不同食品组分对氯霉素的降解会产生不同的影响。

曹冬梅［39-40］进行了y射线辐照降解乳酸左氧氟沙星（LVF的研究，证实质量浓度为10ug/mL的LVF在辐射剂量为1KGy时降解可达到99%,?

OH在反应过程中发挥很大作用，可引起键的断裂和哌嗪环的加成反应，协同技术处理可以减少处理时间。

刘斌［41］研究了60Coy射线对鱼药降解草鱼肌肉品质的影响，发现辐照能有效降解磺胺二甲基嘧啶、氯霉素、呋喃唑酮和土霉素，降解随着辐射剂量增加而升高，当辐照小于8KGy时草鱼肌肉感官品质不受明显影响。

在20世纪80年代，人们就开始利用y射线降解真菌毒素的研究［42-43］，使用2-10KGy辐照剂量的y射线对黄曲霉毒素B1（AFB1）进行辐照，发现AFB1降解率与辐照剂量成正比，与AFB1的初始浓度成反比。

Temcharoen［44］研究了在1KGy和10KGyY射线辐照下，花生种子中黄曲霉素降解率达75%和100%。

Aziz［45-47］等研究发现，5KGy辐照剂量下可破坏农产品中44%-48%的AFB1,20KGy壳完全降解AFB1,水的存在对y射线降解黄曲霉素的效率有促进作用，H2O2的

加入可以更有效降低黄曲霉素的毒性。

Aziz［48］还发现在5KGy辐照剂量下可使小麦、玉米和大麦中伏马菌素B1分别失活96.6%、87.1%、100%,7KGy的辐照剂量足以破坏小麦、玉米和大麦的伏马毒素。

张喜春［49］报道了在3KGy-5KGy的辐照剂量对霉菌和霉菌毒素的降解有效明显的作用，4KGy的y射线和5%过氧化

氢可以100pg的黄曲霉素灭活。

Refai［50］研究，y射线辐照可以有效地消除饲料中的赭曲霉素A（OTA）,当辐照剂量为2KGy时，OTA的含量由60x10-9g/g降低到1.9X10-9g/g，剂量为4KGy时，饲料中的OTA的生长受到完全抑制。

Matter等［51］证明：

辐射剂量为

10KGy时，饲料中的OTA的降解率为68.8%至78.5%,当剂量为15KGy时，90%至95%的OTA可降解。

迟蕾［52］等研究发现在10KGy的辐射剂量下，玉米中残留OTA降解率可达50%,经过辐照后玉米营养成分没有明显变化。

4结语

综上所述，Y射线辐射降解技术因其独特的性质，已得

到污染物处理领域的广泛关注，与传统方法协同处理难降解有机物更显现出巨大的应用前景。

也存在一些问题，比如辐照降解过程的复杂性、污染物发生一次或多次降解、降解产物的毒性和对降解机理研究不透彻等问题都制约辐射降解技术。

但随着对辐照技术的研究深入，辐射设备成本显著降低，辐射过程的精简，辐射防护安全性的显著升高，辐射降解技术定会得到更广泛的推广和应用。

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作者简介：

夏?

?

，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。