УДК 621.3.049.77 Попов Евгений Михайлович аспирант Южно-Российский Технический государственный университет

УДК 621.3.049.77
Попов Евгений Михайлович
аспирант
Южно-Российский Технический государственный университет
Ростовская обл., г. Новочеркасск
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ПЕРСПЕКТИВНОСТИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ОСНОВАННЫХ
НА ПРИМЕНЕНИИ САМЫХ РАСПРОСТРАНЕННЫХ
НАНОЧАСТИЦ
ECOLOGICAL-ECONOMIC SUBSTANTIATION OF PERSPECTIVITY
OF DEVELOPMENT OF TECHNOLOGIES BASED ON THE USE OF
THE MOST COMMON NANOPARTICLES
Нанотехнологии
обладают
громадным
потенциалом
в
технологической индустрии XXI века и к 2020 году будут оцениваться
триллионами долларов в глобальном масштабе. Их объект исследований это материалы в масштабе атомов и молекул.
Но проблема в другом: как бы за всей высокотехнологичной
эйфорией, подогреваемой почти ежедневными новостями о новых
открытиях и изобретениях, не пропустить этап оценки всех последствий
влияния наночастиц на человека.
К сожалению совсем мало исследований проведено относительно
угрозы здоровью людей, поэтому в знаниях этих аспектов технологий
присутствуют громадные проблемы.
Самые предварительные исследования показали, что при вдыхании
нанотрубки могут оказать на организм влияние сходное по действию
асбестовых
волокон,
но
полученные
результаты
должны
интерпретироваться с осторожностью для определения возможности того,
что углеродные нанотрубки могут вызывать мезотелиому (разновидность
рака), но исследователи также наблюдали развитие фиброза, повреждения
плервы. Дальнейшими исследованиями необходимо изучить влияние
наротрубок различного размера, различающихся способами получения.
Опыты, проведенные на мышах специалистами из Калифорнийского
университета в Лос-Анджелесе (США) установили, что используемые в
промышленности наночастицы оксида титана (TiO2) могут наносить
значительный вред организму.
В настоящее время вырабатывается около двух миллионов тонн
наночастиц диоксида титана в год. Их добавляют в краску, витамины,
косметику, солнцезащитные кремы, зубную пасту и многие другие изделия.
Наночастицы TiO2 считались химически инертными и безопасными, однако
с уменьшением их размеров они становятся токсичными и способствуют
развитию воспаления и окислительного стресса. Вполне возможно, что
определенный процент раковых заболеваний связан именно с действием
194
наночастиц ТЮг. Наночастицы диоксида титана могут попасть в организм
путем вдыхания и проглатывания.
Исследования, установившие влияние загрязненного атмосферного
воздуха антропогенного происхождения, содержащего наночастицы на
животный и растительный мир, продвинуты значительно дальше, чем
аналогичные исследования нанотехнологий.
Исследования, проведенные недавно в Мехико, показали, что местные
дети, вынужденные дышать сильно загрязненным воздухом, отличаются от
сверстников, живущих вдали от столицы, на природе, ослабленной
памятью, замедленным усвоением информации, ухудшением процессов
принятия решений и планирования. Обследование начальных классов в
Бастоне (США) выявило, что у тех, кто живет в районах с воздухом, сильно
загрязненным продуктами сгорания, коэффициент интеллекта ниже и
учатся они хуже, чем дети, живущие в сравнительно чистых районах.
Ранее было показано, что у собак, дышащих загрязненным городским
воздухом, частицы дыма и сажи поперечником менее ста нанометров,
способны проникать из легких через кровеносную систему в мозг. То же
происходит у подопытных мышей и крыс. Частицы таких размеров массово
возникают при сгорании любых видов топлива, в том числе и бензина.
Немецкие врачи из университета Дюссельдорфа на материале
исследования 149 пожилых женщин из районов с высоким загрязнением
воздуха утверждают, что длительное воздействие дымов и автомобильных
выхлопов способствуют развитию болезни Альцгеймера. Немецкий
токсиколог Гюнтер Обердерстер, изучив медицинские истории сварщиков,
которые ынуждены дышать дымом горящего металла, показал, что у многих
из них уже в 46 лет появляются первые симптомы болезни Паркинсона (это
на 17 лет раньше среднего). Обердерстер считает, что наночастицы дымов
попадают в мозг не с кровью, а через обонятельный нерв.
Дым от отопления из биомассы содержит не менее наночастиц сажи,
чем неочищенный выхлоп дизеля. Наночастицы из дыма агрессивно
реагируют с нервными клетками.
Так называемые элементы примеси, измеряемые нанометрами,
которые содержатся в выбросах ТЭС, по степени отрицательного
воздействия на живые организмы относятся к токсичным, радиоактивным и
реально опасным. В их числе бериллий, ванадий, хром, марганец, кобальт,
никель, медь, мышьяк, селен, кадмий, сурьма, ртуть, свинец, торий, уран.
Исследования показали, что многие вредные элементы примеси при
снижении температуры дымовых выбросов в атмосфере осаждаются на
поверхности твердых частиц, прошедших через системы очистки дымовых
газов. Вместе с этими частицами элементы-примеси осаждаются на
поверхности земли вблизи ТЭС или переносятся на большие расстояния.
Осажденные атмосферными осадками, они вклиниваются в трофическую
цепь: почва - растения - животные - человек.
195
Остаются неизученными крупные катастрофы, связанные с
извержением вулканов и выбросом громадных объемов пепла,
включающего в себя измельчения магмы и пород из кратеров.
Так, например, во время извержения вулкана Безымянного (Камчатка)
в 1956 году пепел долетел до Великобритании, а при извержении Кракатау
(Индонезия) в 1883 году мельчайшие вулканические пылинки, видимые
глазом, облетели вокруг Земли почти два раза.
Наблюдения со спутников показали, что ежесуточно на Земле
происходят извержения в среднем 10 вулканов.
А сколько лет в атмосфере Земли находились пылинки после
извержения крупных вулканов и сейчас находятся измельченные до НМ при
постоянном извержении, и какие от этого последствия для животного и
растительного мира - никому не известно, остается белым пятном.
Известно, что сильное измельчение изменяет свойства материалов.
Некоторые твердые тела, негорючие в обычном состоянии, становятся
взрывчатыми или легко воспламеняемыми в тонком нано-пылевом
состоянии (угольная пыль, в основном углей коксующих марок, кроме
антрацитов, алюминий, цинк, колчеданные руды, сахар, древесина, мука и
др.). Объясняется это тем, что при тонком измельчении твердого вещества
образуется огромная поверхность, соприкасающаяся с кислородом воздуха,
и реакционная способность этих веществ сильно возрастает.
В случае обнаружения в испытываемом веществе способности
взрываться, работы необходимо немедленно остановить, электроэнергию в
помещении исследователя полностью отключить. Дальнейшие работы
проводить только при выполнении параметров способов и средств
пылевзрывозащиты в соответствии с действующими Правилами
безопасности в промышленности РФ.
К важнейшим особенностям нано-пылевых частиц относятся также их
электрические свойства. При измельчении твердого вещества
образующиеся при этом мелкие наночастицы заряжаются электрическим
зарядом: наночастицы кислотных окислов и неметаллических веществ положительно, а основных окислов и металлов,- отрицательно. Знак и
величина заряда нано-пылинки оказывают существенное влияние на
пылеосаждение. При разноименном заряде наночастицы притягиваются
друг к другу, слипаются, коагулируются и быстрее оседают из воздуха и,
наоборот, при одноименном заряде наночастицы взаимно отталкиваются,
затрудняется их коагуляция и осаждение из воздуха.
При неполном окислении угля может образоваться монооксид
углерода CO, который чрезвычайно ядовит. При уменьшении размеров
наночастиц TiO2 решающее значение приобретает взаимодействие их
поверхности с окружающей средой, и они становятся токсичными.
Дым горящей древесины и продукты горения из биомассы содержат
кроме токсичных наночастиц сажи более 4000 ядовитых соединений, также
измеряемых НМ.
196
Из средств индивидуальной защиты от пыли есть фильтрующие
респираторы, применяемые в шахтах, рудниках и других местах
производств с интенсивным пылеобразованием. Но на фильтрах этих
респираторов осаждаются, в основном, крупные частицы пыли, видимые
глазом. Установлено, что пылинки, измеряемые долями МКМ, и тем более
НМ, практически не задерживаются в фильтрах респираторов и проникают
вместе с вдыхаемым воздухом в легкие человека. Для исследователей
нанотехнологий, тем более обнаруживших токсичность вновь полученного
вещества, - это не безопасно.
Если при серийном производстве новых нановеществ можно избежать
присутствия людей, кроме профилактики, автоматизировав производство,
но исключить присутствие исследователей в поисках новых веществ, - едва
ли.
В местах с неизбежным присутствием людей в подобных случаях
можно установить шланговые дыхательные аппараты с подачей сжатого
воздуха по шлангу от внешних источников (баллонов) или заводской
магистрали среднего давления:
дыхательные аппараты со сжатым воздухом индивидуального
пользования, состоящих на службе горноспасателей (ВГСЧ), Министерства
чрезвычайных ситуаций (МЧС), пожарных;
компрессоры высокого давления;
костюмы химической защиты.
Серьезным отрицательным экологическим эффектом сопровождается
выброс в атмосферу аэрозолей, содержащих твердые токсичные
наночастицы из лабораторий, промышленных нанопредприятий, ТЭС.
Как же защитить атмосферу и население, прежде всего, детсады и
школы от таких выбросов?
Обычные методы очистки от пыли загрязненного воздуха снижают
выброс в атмосферу значительную часть твердых частиц. Для этого на
станциях чаще всего устанавливают электрофильтры, с помощью которых
должна достигаться очистка воздуха от пыли до 99%. Но, к сожалению,
значительная часть пылинок, измеряемых НМ не улавливается и
перемещается ветровыми потоками на большие или меньшие расстояния.
Английский изобретатель Дэвид Халлом предложил фильтр, в
котором воздух проходит через облачко «холодной» плазмы. Она
разрушает 99,999% любых микроскопических частиц. Система уже
испытана на небольших авиалайнерах нескольких европейских компаний, и
пилоты утверждают, что качество воздуха в салонах улучшилось, а расход
горючего удалось снизить. Эту систему собираются применить в
операционных, где воздух должен быть стерильно чистым.
Новую систему очистки воздуха от аэрозолей, мелких частиц можно
применить при исследовании и производстве нанотехнологий на вытяжной
вентиляции перед выбросом в атмосферу из лабораторий, цехов с
загрязненным воздухом, ТЭС.
197
Вопросы безопасности при исследовании и производстве
радиоактивных веществ не рассматривались, так как они не только
значительно продвинуты, но и узаконены нормативами и правилами
безопасности.
Автор выражает глубокую признательность за помощь и содействие,
оказанные заслуженным деятелем науки РФ, Лауреатом премии Президента
РФ, докт.техн.наук, профессором Кужаровым Александром Сергеевичем
при написании этой статьи.
Литература.
1. Самые распространенные наночастицы опасны для здоровья.
Опубликовано empirv в 24 ноября 2009. – 10:39.
2. Дым из воздуха проникает в мозг. // Наука и жизнь. – № 12. – С.
78; «Science News» и Seed» (США); «Bild der Wissenschaft» и Psycholoqie
Heute» (Германия); «Caminteresse», «La Recherche», «Science et Vie» и
«Science et Avenir» (Франция).
3. Кизильштейн Л.А. Уголь. Следы в атмосфере. // Наука и жизнь,
2009. – № 10.
4. Комаров В.Е., Килькеев Ш.Х. Рудничная вентиляция. – М.:
«Недра», 1969. – С. 56.
5. Милантьев В.П., Темко С.В. Физика плазмы. – Изд.
«Просвещение».
6. Цифры и факты. // Наука и жизнь, 2010. – № 1. – С. 43; С. 50;
«American Scientist» (США).
Аннотация.
Нанотехнологии дали миру много открытий и изобретений. Их
применение
позволит
повысить
эффективность
хозяйственной
деятельности человека. Но совсем мало исследований, отражающих
последствия влияния наночастиц на человека. Попыткам сократить эти
пробелы и посвящена данная статья.
Nanotechnology has given the world many great discoveries and
inventions. Their application will allow to increase the efficiency of human
activities. But very few studies on the effects of nanoparticles on human.
Attempts to reduce these gaps addressed in this article.
Ключевые слова.
эколого-экономическая
нанотехнологии,
эффективность,
наночастицы
nanotechnology, environmental and economic efficiency, nanoparticles
198