Нанотехнології в екології
Залізо на службі екології
Екологічні служби багатьох країн розробляють унікальні проекти з охорони екології. Китайський учений Чжан Вейсян, який проводив експерименти з вивчення наночастинок заліза в одному з американських університетів зробив важливе відкриття. Він працював з наночастинками залізного порошку. Враховуючи, що кількість заліза найбільша на планеті, в порівнянні з іншими металами, досліди дослідника дозволять ефективно і дбайливо очистити ґрунт і заощадять гроші.
Дослідження інтернаціонального колективу Чжан Вейсяня підійшло до відкриття Глобального масштабу. Пояснення: у всіх індустріальних країнах збільшується число територій, грунтів, просочених шкідливими хімічними речовинами, відходами атомного виробництва на багато кілометрів углиб і вшир, непридатних для використання тисяч вугільних та інших шахт. Їх виїмка і перераборка по-перше коштує величезних грошей, по-друге, лише на 50% ефективна.
А залізо в грунті швидко іржавіє, тобто реакція його окислення коротка. Якщо залізо навмисно впровадити в грунт, де є смертоносні трихлоретилен, поліхлоровані дифеніли (ПХД), або тетрахлорид вуглецю, діоксини, хімічно вони розпадаються і утворюють сполуки менш отруйні. Той же окислювальний процес перетворення заліза в з'єднанні з ртуттю, нікелем, ураном, свинцем призводить до стану зв'язування їх хімічних властивостей до нерозчинності. Тобто в підсумку знижується їх шкідливість.
Залізо у будь-якому вигляді не отруйно для фауни, його багато в природі (річки, моря, гори, грунт). Багато екологічних та промислових організацій взяли на озброєння ідею оздоровлення відходів, які залишаються в землі або на її поверхні за допомогою залізного порошку. Наночастки заліза в сотні і сотні разів мобільніше і ефективніше звичайних, в силу чого здатні пронизувати величезні ділянки забруднення, знезаражуючи їх, за десять - двадцять днів.
Потрапляючи в підземні води, наночастинки заліза одночасно оздоровлюють від радіаційного і хімічного бруду всю територію навколо проходження. Унікальною властивістю всіх наночастинок є їх величина - вони в п'ятсот разів поступаються величиною вірусу, це прискорює період їх дії, ефективність. Важливо, що наночастинки заліза не змінюють своїх характеристик у різних грунтах і водах, вони завжди залишаються стабільними.
Американські вчені винайшли штучну шкіру, здатну до відновлення
Людська шкіра - унікальний матеріал, який характеризується перш за все гнучкістю. Завдяки цьому наша шкіра не тріскається, коли, наприклад, нам доводиться стискати кулак. Ще одне відмітна властивість - чутливість до подразників, які оцінюються як електричні сигнали, отже, вона повинна проводити електрику.
Більш того, здатність до самовідновлення, адже щоденне застосування будь-якого продукту неминуче призводить до зносу. Дослідники з Каліфорнії розробили синтетичну версію: полімерну шкіру, здатну до відновлення, що зберігає механічні та електричні властивості. Робота опублікована в журналі Nature Nanotechnology.
Матеріал становить супрамолекулярних органічний полімер + включення наночастинок металевого нікелю. Завдяки полімеру штучна «шкіра» набуває здатності самовідновлення: в місці розрізу вона зрощується, а завдяки нікелю набуває така властивість, як електропровідність. Щоб продемонструвати, як все це працює на практиці, вчені за допомогою скальпеля повністю розрізали матеріал, коли розрізнені краї з'єднували, то відбувалося склеювання протягом 15 секунд. Крім того, на 98% відновлювалася провідність. Цікаво, що подібне розрізання і склеювання можна було проводити не один раз.
Джон Боланд (John J. Boland), дослідник CRANN (науковий фонд Ірландії яку фінансує Інститут нанонауки на базі «Trinity College Dublin») зазначив: Більш того, здатність до самовідновлення, адже щоденне застосування будь-якого продукту неминуче призводить до зносу. Дослідники з Каліфорнії розробили синтетичну версію: полімерну шкіру, здатну до відновлення, що зберігає механічні та електричні властивості. Робота опублікована в журналі Nature Nanotechnology.
Вчені з США створили генератор, що виробляє енергію за допомогою фотосинтезу
Група вчених з Массачусетського технологічного інституту і Університету Теннесі розробила технологію створення органічного генератора на базі клітин рослин. В основі технології лежить механізм фотосинтезу і вона ідеальна з екологічної точки зору. За словами вчених, біогенератор на базі хлорофілу і неорганічних елементів може стати частиною або навіть основою енергетики майбутнього.
Основою для майбутнього зеленого генератора став світлозбираючий комплекс молекул хлорофілу, названий "фотосистема1", взята з синьо-зелених водоростей. Вчені взяли безліч крихітних трубочок з оксиду цинку, зроблених таким чином, щоб частинки "фотосистеми1" обліпили їх і утворили хлорофілове покриття. Коли на цю конструкцію падає світло, кожна молекула хлорофілу генерує електрон, який «зіскакує» у напівпровідник - оксид цинку, і утворюється електричний струм.
Перспективи такої технології очевидні і головний її плюс - відсутність будь-яких шкідливих викидів. Звичайні сонячні елементи містять такі отруйні речовини, як свинець, галій, кадмій і миш'як і виробництво їх пов'язано з викидом ще більш шкідливих речовин. Через невеликий терміну служби, поставити виробництво сонячних батарей на потік неможливо, тому що поки немає прийнятного, з екологічної точки зору, способу їх утилізації. Розробка американців же абсолютно безпечна з позиції екології.
Іншою перевагою є простота виготовлення елементів, в основі якої лежить самозбирання. За словами керуючого проектом професора Баррі Брюса, необхідно працювати над оптимізацією процесів і тоді, можливо, їх розробка змінить картину енергетики майбутнього.
Упаковка харчових продуктів
В галузі упаковки харчових продуктів прикладом використання нанотехнології є матеріали, які знаходяться в контакті з харчовими продуктами. В даний час нанокомпозиційні матеріали набули широкого поширення в якості упаковок або покриття, яке наноситься на пластикові ємності з метою обмеження дифузії газу і збільшення терміну зберігання. Упаковки, створені на основі нанотехнології, все ширше використовуються у виробництві антимікробних матеріалів, які знаходять у контакті з харчовими продуктами, які надходять в систему збуту в якості упаковки або покриттів. Нинішні дослідження даних «чутливих» поверхонь спрямовані на розробку матеріалів з такою поверхнею, яка може реагувати на бактеріальне забруднення і протидіяти розмноженню бактерій. Існують також приклади непрямого застосування нанотехнологій у харчовій промисловості. Силіконові чіпи виготовляються за допомогою нанотехнологій на протязі вже більше 20 років, і є достатні підстави вважати, що такі наносенсори здатні виявляти хімічні та біологічні забруднювачі, будуть значно сприяти підвищенню безпеки та якості продуктів харчування. Крім того, використання наномірних фільтрів для поліпшення якості води та екологічної реабілітації може сприяти підвищенню безпеки продуктів харчування, особливо в країнах, що розвиваються. Прогрес в області технології маркування, в основі якої лежатиме, швидше за все, використання полімерних світловипромінювальних діодів, також відкриє, як очікується, нові способи зберігання, відображення і зчитування інформації на упаковці. Досягнення такого роду можуть дозволити людям отримувати більше інформації про джерело, походження і зберіганні конкретних харчових продуктів, їх дієтологічних характеристиках і придатності для генетичної системи і способу життя окремих споживачів. Наноупаковкі можуть зберігати їжу в більш безпечному режимі. Наприклад, кисневі датчики складаються з чорнила, які містять наночастки діоксиду титану, можуть бути включені в упаковку. Ці наночастинки стають чутливі до рівня кисню, коли піддаються впливу УФ, а потім змінюють колір, показуючи, що продукт окислився або, може бути, вже зіпсований.
Аналіз сучасних тенденцій використання нанотехнологій у екологічній та інших сферах діяльності
УДК 614.777 : 556.114
Нечепуренко Є. В. Аналіз сучасних тенденцій використання нанотехнологій у екологічній та інших сферах діяльності [Електронний ресурс] / [Нечепуренко Є. В.] // Збірник наукових статей “ІІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю”. – Вінниця, 2011. – Том.2. – С.402–405. Режим доступу: http://eco.com.ua/
Скачати в форматі pdf: