CC BY
78
0.51
Рис. 2. Дисперсное распределение частиц сигаретного дыма
Как видно из рисунка, дисперсное распределение подчиняется нормальнологарифмическому закону. На рис. 2 показано, что кумулятивная функция плавно увеличивается с ростом размеров частиц.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Чернов Н. Н., Тимошенко М. А. Исследование частиц сигаретноТ
вестия ТРТУ, 2006. - № 12(67). - С. 118-120. ЧУ (
2. Тимошенко В.И., Чернов Н.Н. Взаимодействие и диффузия час*
Ростов-на-Дону: ООО «Ростиздат», 2003. - 304 с.
|мау/ '
Г
ог, Из-
в звуковом поле.
УДК 539.2
В.Ю. Вишневецкий, Ю.М. Вишневецкий
К ВОЗМОЖНОСТИ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ЧАСТИЦ КАК ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Вопрос появления наночастиц в окружающей среде и их воздействия наокружающую среду стал очень актуален в связи с бурным развитием нанотехнологий как у нас в страш/ так и за рубежом. Поэтому многие ученые и экологи занимаются вопросом изученя воздействия наноматериалов на окружающую среду. С появлением новой аппаратной части и соответствущих технологий встал вопрос и об изучении известных поллютанотов на наноуровне.
Весной 2008 г. более ста ученых из разных стран мира встретились в Швейцарии на конференции «папоЕСО» для обсуждения проблем, связанных с воздействием синтезированных наночастиц на окружающую среду [1]. Хотя наноэкотоксикология является молодой областью исследований, были представлены интересные и важные результаты. Конечно, в центре внимания были нерешенные проблемы: как и в каких количествах наночастицы из «нанопродуктов» попадают в окружающую среду; каким будет, к примеру, уровень загрязнений рек, почвы; какие аналитические методы могут быть эффективно использованы?
Вопрос о применимости методов исследований очень важен. H.Krug в своем докладе [2] подчеркнул, что на данные о токсичности углеродных нанотрубок (УНТ) наряду с присутствующими в них примесями металлов (признанный эффект) могут повлиять и реактивы, применяемые для экспериментов in vitro! В этом случае выводы о вреде нанотрубок могут оказаться ложными. Поэтому при оценке токсичности очень важно правильно охарактеризовать не только сами наноматериалы, но и аналитические методы, используемые в исследованиях.
«Зеленая» химия, «зеленая» энергетика.... Эти термины появились в конце прошлого века и сразу стали очень популярными. В последние годы чрезвычайно возрос интерес к ресурсосберегающим экологически чистым зеленым технологиям, инвестиции в фирмы зеленых технологий постоянно увеличиваются. «Зеленой нанотехнологии» посвящен доклад B.Karn [3]. Зеленая нанотехнология, как объясняет автор, - это способ создания и использования наноматериалов и нанопродукции без нанесения ущерба окружающей среде и здоровью человека. Таким образом, с одной стороны, к зеленой нанотехнологии относится производство наноматериалов и продуктов с использованием принципов зеленой химии и зеленых технологий (что улучшает окружающую среду косвенным образом), а с другой - создание нанопродуктов, которые непосредственно участвуют в решении прошлых, настоящих и будущих проблем, связанных с защитой природы и здоровьем людей (например, сорбенты для очистки сточных вод или питьевой воды, новые катализаторы, энергетические системы).
Результаты компьютерного моделирования транспорта трех наиболее распространенных видов наночастиц (нано-Ag, нано-ТЮ2 и УНТ), представленные в докладе швейцарских ученых B. Nowack и N. Mueller, [4] оказались одними из самых интересных и получили широкий резонанс среди научного мира. Что же было там представлено?
Швейцарские ученые рассмотрели наиболее распространенные наночастицы Ag и TiO2, которые широко представлены в потребительских товарах. Считается, что наносеребро обладает противомикробными, противогрибковыми и другими полезными свойствами, а нано-ТЮ2 производится в больших количествах для использования в самоочищающихся, необрастающих, противомикробных покрытиях и красках, а также в косметических средствах как поглотитель УФ. (Только в Австралии имеется более 300 зарегистрированных солнцезащитных продуктов, содержащих наночастицы TiO2). Третий изученный наноматериал - углеродные нанотрубки [5].
В модели использовались следующие входные данные: оценки объемов мирового производства, концентрации наночастиц в различных продуктах, выход наночастиц из продуктов и параметры потоков в окружающую среду (от установок для сжигания отходов, мусорных свалок, и/или установок для очистки сточных вод) и между ее областями (воздух, почва, вода). Рассмотрен весь цикл использования продуктов, содержащих наночастицы, - от производства до утилизации. Модель такого типа обычно применяется в определении воздействия химических продуктов.
Была сделана оценка риска для трех областей окружающей среды - воды (реки и озера), воздуха, почвы в Швейцарии (рис. 1). Было рассмотрено два сценария - реалистичный (RE - realistic), основанный на имеющейся информации, и худший (HE - high exposure), основанный на оценках, предполагающих наличие более высоких концентраций. Результаты сравнивались с величинами, которые по данным токсикологических исследований не вызывают негативных эффектов (PNEC - predicted no-effect concentration). Риск выражался как отношение прогнозируемой концентрации в окружающей среде PEC (PEC - predicted environmental concentrations) к PNEC. Материалы, для которых это отношение меньше единицы, считаются безопасными.
К сожалению, невозможно найти перечень всей продукции, содержащей наночастицы. Многие производители не информируют об их наличии и количестве. Этот вопрос требует
внимания со сторны государственных структур. Эта ситуация должна изменится к лучшему.
Рис. 1 Возможное распределение наноматериалов в окружающей среде (воздух; почва; растительность; почва, покрытая растительностью; вода; отложения)
В табл. 1 приведены величины PEC, полученные в [5] для двух сценариев (RE и HE).
Таблица 1
Прогнозируемая концентрация (PEC) в окружающей среде
Нано Ag - Нано - TiO2 УНТ
Единицы RE HE RE HE RE HE
Воздух мкг/м3 1,7х10-3 4,4х10-3 1,5х10-3 4,27х10-2 1,5х10-3 2,3х10-3
Вода мкг/л 0,03 0,08 0,7 16 0,0005 0,0008
Почва мкг/кг 0,02 0,1 0,4 4,8 0,01 0,02
Таблица 2
Оценка риска (PEC/PNEC) в окружающей среде
Нано - Ag Нано - TiO2 УНТ
RE HE RE HE RE HE
Воздух Вода Почва н/o 0,0008 н/o н/o 0,002 н/o 0,0015 >0,7 н/o 0,004 >16 н/o 1,5х10-5 0,005 н/o 2,3х10-5 0,008 н/o
н/о - не определен из-за отсутствия экотоксикологических данных 228
Как видно из табл. 1, величины PEC для УНТ являются самыми низкими (хотя, конечно, в будущем при росте производства ситуация может измениться). Содержание в воздухе мало для всех трех типов наночастиц. Частицы наносеребра и нанооксида титана в основном находятся в воде и почве, при этом содержание нано-Ag в 20-200 раз ниже, чем нано-ТЮ2. УНТ в воду практически не попадают.
На основе полученных величин РЕС теперь можно определить, какие наночастицы и где представляют наибольший риск (табл. 2).
Результаты моделирования показывают, что в настоящее время УНТ не представляют риска для окружающей среды. Основная часть продуктов, содержащих нанотрубки, или идет в повторный цикл, или попадает в установки для сжигания мусора, где УНТ в присутствии кислорода сгорают практически полностью (температура в установках примерно 850 °С). А вот отношение PEC/PNEC для нано-ТЮ2 в воде приближается к единице или даже больше нее, указывая на наличие значимого риска.
Пока это оценочные результаты. Рассмотрены два сценария - развитие ситуации с существующими концентрациями наночастиц в окружающей среде, и смоделированная ситуация с существенным превышением их концентрации. Во втором случае прогнозируется серьезная опасность для водной среды. А если учесть, что в скором будущем ожидается появление новых синтезированных наночастиц с неизвестным воздействием на окружающую среду, то расммотрение этой проблемы становится чрезвычайно актуальным. При этом нужно рассматривать и процессы трансформации наночастиц, и взаимодействия их с биологическими объектами, взаимодействие друг с другом.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. NanoECO. Nanoparticles in the Environment. Implications and Applications 2-7 March, 2008 Centro Stefano Franscini Monte Verità Ascona, Switzerland http://www.empa.ch/plugin/ template/empa/*/60627/—/1=1
2. H.F. Krug et al., In vitro Assessment of nanomaterial Toxicity: Need for Better Characterisation of Materials and Methods/ nanoECO Book of Abstracts 2-7 March, 2008, p. 53.
3. B. Karn. US Research on Nanotechnology Applications: Green Nanotechnology for Past, Present, and Preventing Future Problems/ nanoECO Book of Abstracts 2-7 March, 2008, p.77.
4. B. Nowack, N Mueller, B. Wuerth, C. Som. Life-cycle Perspectives of Nanoparticle-containing Products / nanoECO Book of Abstracts 2-7 March, 2008, p. 22.
5. N. Mueller, B. Nowack., Environ. Sci. Technol. 42, 4447 (2008).
