CC BY
37
УДК 502.3; 504.03; 574
К ВОПРОСУ О ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ АСПЕКТАХ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОТОРФОВ В ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ
© 2014 Е. Ю. Алферова
аспирант каф. общей биологии и экологии e-mail: [email protected]
Курский государственный университет
В статье рассматривается вопрос появления наночастиц в окружающей среде и их воздействия на неё. Изучение изменений в составе и свойствах основных компонентов торфов при их физико-химической обработке представляет самостоятельный интерес с точки зрения их использования как источника биологически активных веществ и создания препаратов физиологического действия.
Ключевые слова: наночастицы, наноматериалы, наноторфы, физико-химические свойства, наноэкотоксикология, экологически безопасные технологии.
Вопрос появления наночастиц в окружающей среде и их воздействия на окружающую среду стал очень актуален в связи с бурным развитием нанотехнологий как у нас в стране, так и за рубежом. Многие ученые и экологи занимаются вопросом изучения воздействия наноматериалов на окружающую среду. Сформировалось новое направление исследований - наноэкотоксикология. Цель наноэкотоксикологии заключается в исследовании риска, связанного с взаимодействием наноматериалов с организмом человека и окружающей средой [Козырев, Якуцени; NanoECO; Вишневецкий В.Ю., Вишневецкий Ю.М. 2008].
Задачи наноэкотоксикологии - исследование физических и химических свойств наночастиц; исследование движения, превращения и взаимодействия наночастиц в окружающей среде; идентификация и анализ наночастиц в окружающей среде; исследование влияния наночастиц на организм человека и экосистемы; исследование эффектов наночастиц в организме человека и окружающей среде. Таким образом, осуществляется системный подход к решению проблем защиты людей и биоты в целом от вредных веществ находящихся в нанообъектах, в общем комплексе проблем экологии человека [Вишневецкий, Старченко 2009].
В настоящее время предполагается, что новые наноматериалы и нанотехнологии могут иметь существенно отличающиеся токсикологические и экотоксикологические свойства, что определяет необходимость выявления и оценки связанных с ними экологических и биологических рисков.
Под термином «нанотехнология» понимают методы создания материалов с нанометровыми размерами структурных составляющих и объектов, имеющих нанометровые размеры.
Наночастицы и наноматериалы, так называемые нанообъекты размером приблизительно от 1 до 100 нм, обладают комплексом физических, химических свойств и биологическим действием, которые часто радикально отличаются от свойств этого же вещества в форме сплошных фаз или макроскопических дисперсий [Smith, Hauger].
В первую очередь обсуждаются опасность наночастиц, обусловленная чрезвычайно большим отношением площади их поверхности к объему; высокая реакционная способность наноструктур, способность их аккумуляции в окружающей
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
среде и пищевых цепочках; возможности проникновения в печень, мозг, легкие и другие органы человека.
Всё перечисленное свидетельствует о том, что наноматериалы, обладая иными физико-химическими свойствами и биологическим действием по сравнению с традиционными аналогами, следует отнести к новым видам материалов и продукции, характеристика потенциального риска которых для здоровья и жизни человека является обязательной.
В сегодняшний момент для подавляющего числа наноматериалов токсикологогигиеническая характеристика либо вообще отсутствует, либо представлена ограниченным числом тестов, методология и результаты которых часто взаимно несопоставимы.
В связи с этим разрабатываются шкалы приоритетов опасности, то есть методические подходы (алгоритмы), позволяющие на основе уже имеющейся научной информации о свойствах наночастиц и их биологическом действии прогнозировать потенциальную степень их опасности для здоровья человека. На основании этого математического прогнозирования возможно проводить ранжирование наноматериалов по степени опасности: для объектов с низкой степенью опасности целесообразно проведение только отдельных, критически важных тестовых исследований, для наночастиц, характеризуемых средней степенью опасности, круг планируемых исследований должен быть существенно расширен, и, наконец, для наноматериалов с высокой степенью потенциальной опасности токсикологогигиеническая характеристика должна осуществляться в полном объёме.
Изучение изменений в составе и свойствах основных компонентов торфов при их физико-химической обработке представляет самостоятельный интерес с точки зрения их использования как источника биологически активных веществ и создания препаратов физиологического действия.
К настоящему моменту исследователи подошли к проблеме изучения наноторфов и их токсиколого-гигиенической характеристике, так как данные наноматериалы обладают иными физико-химическими свойствами и биологическим действием по сравнению с традиционными аналогами и имеют существенно отличающиеся токсикологические и экотоксикологические свойства, что определяет необходимость выявления и оценки связанных с ними экологических и биологических рисков.
Одной из ключевых задач многих исследований является интенсификация процессов выделения экстрактивных веществ из торфа - гуминовых кислот, фенолов, полисахаридов, битумов и других соединений, представляющих практический интерес.
Среди приоритетных направлений практического использования наноторфов исторически выделились те направления, развитие которых базируется на глубоких социально-экономических, а в последнее время и экологических потребностях общества.
Выделяются следующие основные направления использования наноторфов:
• агропромышленный комплекс. В этой традиционной отрасли использование
торфа возможно по трем основным направлениям: 1) производство продукции для животноводства и птицеводства; 2) производство питательных грунтов;
3) производство удобрений.
Повышение продуктивности сельскохозяйственного производства является неотъемлемым условием устойчивого развития общества. Современные синтетические регуляторы роста, как правило, не являются экологически безопасными и имеют высокую стоимость, что ограничивает их использование. Создание новых экономичных и экологически безопасных технологий выделения биологически активных веществ из растительного сырья на сегодняшний день является перспективным направлением;
• охрана окружающей среды. В этой сфере использование торфа возможно по двум направлениям: 1) в качестве природного сорбента гидрофильного типа в области Auditorium: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2014. № 4
Алферова Е. Ю. К вопросу о физико-химических аспектах применения нанотрофов
в экологически безопасных технологиях
очистки водной среды от различных природных и техногенных загрязнителей; 2) в качестве связующего в области эффективной и экологически безопасной утилизации массовых отходов в виде производства композиционных материалов и коммунально-бытового топлива [Наумова, Жмакова и др. 2002];
• теплоэнергетика - производство торфяного коммунально-бытового топлива для нужд «малой» энергетики и для крупных ТЭЦ и ТЭС. Теплота сгорания такого топлива составляет 2500-2700 ккал/кг и в переводе на тонны условного топлива позволяет экономить значительные средства при выработке теплоэнергии;
• глубокая переработка. В результате химической, физико-химической и термической переработки из торфа получают такие продукты, как гуминовые кислоты, целлюлоза, битумы, воск, парафин, этиловый спирт, уксусная кислота, щавелевая кислота, кормовые дрожжи, аммиак, деготь, дубильные вещества, фенол и ряд других химических веществ;
• другие направления использования торфа. Некоторые виды торфа используются для грязелечения и производства на его основе лекарственных препаратов, также на основе торфа получают полиграфический картон, адгезионные составы, сорбенты, моющие средства, торфополимерно-направленные композиции, консерванты цемента и др. [Там же].
Таким образом, поиск экологически безопасных и экономически эффективных решений в переработке природного органического сырья представляет на сегодняшний день большой интерес для многих отраслей. Большие запасы торфа в стране, высокая ценность его органической части обусловливают необходимость проведения исследований, направленных на разработку экологически и экономически эффективных методов комплексной переработки этого сырья. В этом плане особую значимость приобретают методы физико-химического анализа дисперсных систем и материалов на их основе. Важнейшей составляющей таких методов является оптическая и электронная микроскопия, рентгеновский микроанализ, обработка микроскопических изображений структуры.
Библиографический список
Козырев С.В., Якуцени П.П. Нанобиотехнологии - панорама направлений. [Электронный ресурс]. URL: http://nanorf.ru/science.aspx7cat_
NanoECO. Nanoparticles in the Environment [Электронный ресурс] / Implications and Applications 2-7 March, 2008 Centro Stefano Franscini Monte Verita Ascona, Switzerland. URL: http://www.empa.ch/plugin/template/empa/U60627/—/1=1
Вишневецкий В.Ю., Вишневецкий Ю.М. К возможности оценки влияния наноразмерных частиц загрязняющих веществ на окружающую среду // Известия ЮФУ. Технические науки. 2008. №5. С. 226-229.
Вишневецкий В.Ю., Старченко И.Б. Мониторинг окружающей среды с позиций наноэкотоксикологии // III Всерос. науч.-техн. конф. «Информационные и управленческие технологии в медицине и экологии». Пенза: Приволжский Дом знаний, 2009. С. 32-34.
Smith R.H., Hauger J.S. Molecular Nanotechnology: Research Funding Sources [Электронный ресурс] // New - NewSource for Funding / European Com. Future and Emerging Technology. URL: http://cordis.lu
Наумова Г.В., Жмакова Н.А., Овчинникова Т.Ф., Пироговская Г.В. Гуминовые препараты - эффективные биологически активные добавки к новым формам минеральных удобрений // Тез. докл. Междунар. симпозиума «Физика и химия торфа в решении проблемы экологии». г. Минск. 3-7 ноября 2002. С. 210-211.
