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1、大分子超声降解研究进展 关键词大分子;超声波;降解;研究进展 AbstractTheapplicationofultrasoundtothedegradationofmacromolecularsubstancesisahotdomain,uchattentioninrecentyears.Inthisarticle,thetheoryandthecurrentsituationoftheultrasonicdegradationofmacromolecularsubstancesmarized,andtheprospectsoftheultrasonicdegradationa
2、cromolecule;ultrasound;degradation;researchprogress 大分子物质降解的方法有物理降解法、化学降解法和酶解法。其中,化学降解法简单易行,但降解产物分子量均一性差,需进一步分离纯化,而且在降解的过程中容易对物质本身和环境造成污染。酶解法可以定向控制降解产物分子量的大小,对环境无污染,但专一性的酶价格昂贵且不易获取。物理降解法是一种绿色高效的降解方法,操作简单,无污染,可控性好。目前研究最多的物理降解法有微波法、辐射法和超声波法。超声降解法因具有节省能源和时间、简化操作步骤、减少有机溶剂污染、降低副产物等优点,表现出良好的应用前景。
3、 1超声波降解大分子物质的机理 超声波与声波一样,是物质介质中的一种弹性机械波,其频率范围为2×104～2×109Hz。超声波被认为是激发反应和强化过程的有效手段,使用特征超声场可以提高许多反应过程的反应率及选择性,如超声浸提、超声起晶及超声除垢等技术已广泛应用于生产实际。近年来,超声波作为聚合物降解新技术引起了相关学者的注意,研究表明,通过超声波处理可以在保持聚合物原有化学特性的同时使聚合物的原有分子量降低[1-2]。超声降解的机理,目前认为超声降解主要是机械性断键作用以及自由基氧化还原反应。超声波的机械性断键作用是由于物质的质点在超声波中具有极高的运动加速度,产生激烈而快速变化
4、的机械运动,分子在介质中随着波动的高速振动及剪切力的作用而降解;水溶液在超声波作用下产生空化效应而导致自由基的产生,进而启动氧化还原反应,对大分子底物进行解聚[3]。 2超声波降解的研究现状 2.1有机污染物的降解 现代工业的快速发展和城市化的加速,导致水体的污染和水资源的短缺,这已成为世界各国普遍存在的问题。控制水体污染,降解污水中的有毒有害成分以减少对自然水域和城市地下水源的污染,提高非饮用水的重复利用率,关键在于水处理技术方法的研究。一般的工业和生活污水可以通过传统的水处理技术和工艺得到适当处理,而对于难降解的有机污染物废水的处理,使其达到完全无害化,不产生二次污染,已成
5、为当前主要研究目标。超声波处理作为一种绿色高效降解有机污染物的方法,已引起人们的广泛关注。 超声波降解水中有机物的机理主要是声空化机理。当一定强度的超声波通过水溶液时,液体中的微小气泡在声波负压半周期迅速增大,在相继而来的声波正压周期中又被压缩而崩溃,崩溃的瞬时产生高温高压,同时伴有冲击波和射流现象,为化学反应提供了一个极端的物理环境。在这一环境下,空化泡内的有机物发生高温热解,水分子反应生成极其活泼的-OH和H2O2,而-OH可以与空化泡界面甚至溶液中的有机物反应,同时产生超临界水,为有机物降解提供有利的条件[4]。 Kobayashi等[5]的研究表明,超声波在处理聚苯乙烯的
6、过程中可以起到“双向调控”的作用,若适当调整操作参数,既可促进小分子聚苯乙烯的聚合,亦可降解大分子聚苯乙烯。Taghizadeh等[6]研究不同浓度聚乙烯醇水溶液的超声降解,发现随着溶液浓度的增加,聚合物降解的速率降低,建立用粘度等数据拟合的简单动力学模型,解释了实验最佳方式的结果,得出粘度是一个监测解决聚合物降解的实际做法。Vijayalakshmi等[7]研究不同初始分子量的聚氧乙烯和聚丙烯酰胺的水溶液和非水溶的聚丙烯酸丁酯和聚丙烯酸甲酯的甲苯溶液在30℃下的超声降解。结果表明,降解速率常数与初始分子量的大小有关,在超声降解过程中溶剂的蒸汽压是主要角色,而不是聚合物与溶剂的相互作
7、用。 2.2多糖的降解 糖类是自然界最多的有机化合物,多糖是重要的生物高分子化合物,几乎存在于所有有机体中并参与其生命的全部过程,其生物功能越来越引起学术界的重视,多糖具有抗肿瘤、提高免疫力、降血糖、抗衰老等作用[8-9],越来越多的植物多糖和微生物多糖被开发成为具有保健功能的食品或药品[10]。多糖具有极为复杂的“连接方式或异构体”和“分枝形式”,蕴藏着结构的多样性,即使只有一种单糖组成的糖类聚合物,分子量的差别也会体现出空间结构的差异和生物特性的不
