Воеводина П.А.
МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ И ОЦЕНКА РИСКОВ ИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ *
Аннотация:
развитие и применение новых нанотехнологий может значительно улучшить жизнь в таких областях человеческой деятельности, как медицина, экология, защита окружающей среды и добыча энергетических ресурсов. Однако мнение о том, что нанотехнологии следующего поколения могут стать и разрушительной силой из-за предполагаемой возможности воздействия на многие сферы человеческой деятельности, является часто встречающимся на данный момент. Поэтому были рассмотрены основные методы производства наноматериалов. Произведена оценка экологических рисков при производстве наноматериалов и потенциального воздействия наночастиц на здоровье человека и окружающую среду
Ключевые слова:
наноматериалы, автоматизация, газофазный синтез, плазмохимический синтез, нанопорошки
УДК 539.211
Воеводина П.А.
студент 2 курса
Самарский национальный исследовательский университет им. С.П. Королёва
(Россия, г. Самара)
МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ И ОЦЕНКА
РИСКОВ ИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
Аннотация: развитие и применение новых нанотехнологий может значительно улучшить жизнь в таких областях человеческой деятельности, как медицина, экология, защита окружающей среды и добыча энергетических ресурсов. Однако мнение о том, что нанотехнологии следующего поколения могут стать и разрушительной силой из-за предполагаемой возможности воздействия на многие сферы человеческой деятельности, является часто встречающимся на данный момент. Поэтому были рассмотрены основные методы производства наноматериалов. Произведена оценка экологических рисков при производстве наноматериалов и потенциального воздействия наночастиц на здоровье человека и окружающую среду.
Ключевые слова: наноматериалы, автоматизация, газофазный синтез, плазмохимический синтез, нанопорошки.
Нанотехнологии — детище современной фундаментальной науки. Последние достижения в сфере нанотехнологий говорит о возможности создания абсолютно новых функциональных материалов, а проекты возможного использования нанотехнологий затрагивают почти все области человеческой деятельности. Проблемой низкого производства и малого использования наноматериалов является не только дороговизна, но и трудоемкость и наукоемкость производства. Кроме того, на данном этапе развития научной сферы взаимодействие наночастиц с организмом человека, а также их воздействие мало исследовано, соответственно, работа с ними ставится на один уровень с работой с особо опасными химическими материалами и требует соблюдения всех мер безопасности.
Процент использования наноматериалов со временем увеличивается, соответственно технологии и методы их получения также получают своё развитие. Создание наноматериалов с заданными свойствами является достаточно сложной научной и практической задачей, которая должна обеспечивать взаимосвязь фундаментальных особенностей наноматериалов и практическое взаимодействие нанообъектов на всех уровнях иерархии структуры. На текущий момент основные методы получения наноматериалов делят на две большие группы: химические (газофазовый, плазмо-химический, лазерный, механохимический, криохимический) и физические (испарение и конденсация в инертном или реакционном газе, электрический взрыв проводников, механическое измельчение, детонационная обработка) методы [1]. Важным является рассмотреть упомянутые метолы и связанные с ними риски.
Если рассматривать газофазовый синтез, то можно сказать, что происходит испарение различных твердых материалов при заданной температуре в атмосфере смеси газов с дальнейшим интенсивным охлаждением образовавшихся паров. Продуктом этого метода являются полидисперсные нанопорошки металлов и их оксидов с размерностью частиц 10–500 нм. Низкая энергопотребляемость, высокая производительность и непрерывность процесса - основные достоинства метода. Из-за того, что процесс синтеза происходит в закрытом объеме, риск попадания наноматериалов и их производных в рабочую зону минимален. Однако имеет место быть в случае чрезвычайной ситуации, аварии или профессиональной ошибки операторов.
Плазмохимический синтез применяется для получения нанопорошков нитридов, карбидов, оксидов металлов, многокомпонентных смесей с размером частиц 10-200 нм. Здесь используют низкотемпературную плазму различных газов (аргон, углеводород, аммиак, азот) всевозможных по типу разрядов. В такой плазме все вещества разлагаются до атомов, при дальнейшем быстром охлаждении из них образуются простые и сложные вещества, состав, строение и состояние которых сильно зависит от скорости охлаждения. Важнейшие преимущества – высокая производительность за счет скорости образования и конденсации. Как и в газофазовый синтез проводится в замкнутом пространстве и сводит к минимуму вероятность попадания частиц в рабочую среду. Атмосфера рабочей зоны может загрязняться лишь при неправильной распаковке/транспортировке, в случае ЧС.
Механическое измельчение представляет собой измельчение материала до необходимых размеров с помощью различных мельниц и гироскопических приборов. Метод применяется для получения нанопорошков и обуславливается хорошей производительностью. Кроме того, достоинствами метода можно выделить низкую себестоимость и высокую чистоту итоговых продуктов за счет использования чистых исходных компонентов. Недостатками в свою очередь являются – высокая размерная неоднородность частиц, загрязнение продуктов частицами истирающихся в процессе обработки механизмов. При измельчении материалов механическим путем возникает вероятность попадания в воздух рабочей зоны мелкодисперсных частиц, что возможно при неправильной эксплуатации мелющего оборудования, а также вследствие его износа (возможная разгерметизация оборудования) и человеческого фактора.
Последним рассматриваемым методом является электрический взрыв проводников (ЭВП). Механизм его работы заключается в последовательной реализации циклической цепочки «взрыв – охлаждение – пассивация». Благодаря данной технологии изготавливают значительное количество различных нанопорошков: от производных обычных металлов до сложных композитных структур. Преимущества метода – экологическая чистота ввиду малого количества отходов. Существенным недостатком является возможный слив материалов в канализацию при очистке, а также непосредственный контакт обслуживающего персонала с наночастицами. Кроме того, важно не забывать про риски, а именно попадание наночастиц в воздух рабочей зоны, шум, взрывоопасность.
Изучив несколько технологий производства наноматериалов, можно заметить, что все они в большей или меньшей степени имеют риск попадания частиц в рабочую зону. Если в некоторых методах для минимализации риска достаточно модернизировать и автоматизировать устройства обнаружения наночастиц и защиты персонала, то в других необходима полная автоматизация процесса для возможности более эффективного промышленного производства. Информация о работах в России, направленных на обеспечение безопасности нанотехнологий и нанопродукции, отсутствует. В то же время в России функционирует достаточно разветвленная и многочисленная сеть испытательных и аналитических лабораторий, осуществляющих разностороннюю деятельность по обеспечению безопасности современной нанопродукции, потребляемой в стране.
Таким образом, можно утверждать, что проблемы, связанные с безопасностью нанотехнологий и нанопродукцией, в настоящее время обозначены достаточно отчетливо. Ввиду того, что молоды сами нанотехнологии, решение этих проблем находится лишь на начальном этапе (7). Однако анализ имеющейся информации указывает на то, что работы по стандартизации, метрологическому обеспечению и оценке нанотехнологий уже начаты и по мере развития нанотехнологий будут продолжены.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Анциферова Ирина Владимировна, Макарова Екатерина Николаевна Методы производства наноматериалов и возможные экологические риски // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2013. №4. С.59-67.
Щука А. А. Приборы наноэлектроники // Вестник МАН РС. 2007. №2. С.53-59.
Решетникова С.Н., Мишин А.А. Состояние и перспективы развития нанотехнологий // Решетневские чтения. 2009. №13. С.697-698.
Анциферова И.В. Использование техники экологического менеджмента для оценки потенциальных экологических рисков при получении и использовании защитных износостойких наноструктурированных пиролисти-ческих карбидохромовых покрытий // Естественные и технические науки. -2012. - № 6. - С. 351-354.
Voevodina P.A.
student 2 term
Samara National Research University named after S.P.Korolev
(Russia)
METHODS OF MANUFACTURING NANOMATERIALS
AND RISK ASSESSMENT OF THEIR PRODUCTION PROCESSES
Abstract: the development and application of new nanotechnologies can significantly improve life in such areas of human activity as medicine, ecology, environmental protection and the extraction of energy resources. However, the opinion that nanotechnologies of the next generation can also become a destructive force due to the alleged possibility of influencing many spheres of human activity is common at the moment. Therefore, the main methods of production of nanomaterials were considered. Environmental risks in the production of nanomaterials and the potential impact of nanoparticles on human health and the environment were assessed.
Keywords: nanomaterials, automation, gas-phase synthesis, plasma chemical synthesis, nanopowders.
Номер журнала Вестник науки №1 (46) том 4
Ссылка для цитирования:
Воеводина П.А. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ И ОЦЕНКА РИСКОВ ИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ // Вестник науки №1 (46) том 4. С. 205 - 209. 2022 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/5196 (дата обращения: 25.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2022. 16+