21..06 Диплом Кольцова (1220065)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Техносферная безопасность»

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

Заведующий кафедрой

профессор, д.б.н.

__________ М.Х. Ахтямов

«____» ________ 2015 г.

ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАНОЧАСТИЦ В ВОЗДУХЕ ЖИЛЫХ РАЙОНОВ ХАБАРОВСКА

Пояснительная записка к дипломной работе

ДР 20.03.01.944 – 2015

Студент гр. 944 ______________ Е.Е. Кольцова

^{подпись, дата}

Руководитель

ст. преподаватель ______________ Р.В. Долгов

^{подпись, дата}

Нормоконтроль

доцент, к.т.н. _______________ К.В. Пупатенко

^{подпись, дата}

Хабаровск – 2015

Содержание

Введение……………………………………………………………………….....3

1 Источники поступления наночастиц в окружающую среду…………..........5

2 Опасность наночастиц……………………………………………………..….9

2.1 Общие сведения о наночастицах………………………………………...10

2.2 Пути проникновения наночастиц в организм………………………......12

2.3 Ингаляционный путь поступления наночастиц в организм человека...14

2.4 Влияние наночастиц на сердечно-сосудистую систему человека…...15

2.5 Влияние наночастиц на экосистемы...………………………………….16

2.6 Влияние наночастиц на растения……………………………………….20

3 Методы исследования наночастиц……………………………………….....24

3.1 Сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия………....26

3.2 Атомно-силовая микроскопия…………………………………………...31

3.3 Дифракционный анализ………………………………………………….33

3.4 Метод фотонно-корреляционной спектроскопии……………………...36

3.4.1 Оборудование для исследования…………………………………….38

3.4.2 Методика проведения измерений с помощью лазерного измерителя

наночастиц Nanotrac-151…………………………………………………...40

4 Метод отбора проб и пробоподготовка…………………………………….43

4.1 Метод отбора проб……………………………………………………..…43

4.2 Пробоподготовка………………………………………………………….49

5 Анализ результатов натуральных исследований и выводы……….………51

Список используемых источников……………………………………...…….64

Приложение А……………………………………………………………….…67

Введение

Вопросы запыленности городской среды тесно связаны с проблемами со-стояния здоровья жителей крупных мегаполисов. Большое количество публикаций посвящено исследованию химического состава пыли, однако, изучению фракционного состава, в особенности, наноразмерной пыли, уделяется недостаточное внимание. В связи с активным развитием производства, увеличением техногенной нагрузки на экосистемы, появилась новая актуальная задача – определение потенциального вреда наночастиц для здоровья человека и окружающей природной среды.

Исследования в области наноструктур пыли и оценки их влияния на биологические объекты проводятся учеными Российского государственного медицинского университета и Томского государственного медицинского университета, Кубанского государственного университета. Ученые узбекского Национального университета им. Мирзо Улугбека одними из первых задались целью разработки новых методов мониторинга окружающей среды промышленных центров, на основе изучения не только химии окружающей среды, но и нанокристаллических структур в экологических системах.

В ходе этих исследований было выявлено, что наноструктуры способны нанести вред организму. В эксперименте на животных установлен высокий уровень задержки наночастиц в легких, а также способность проникать через аэрогематический барьер в ткани организма. Как правило, наноструктуры легче вступают в химические превращения, нежели более крупные объекты того же состава, и поэтому способны образовывать комплексные соединения с ранее неизвестными свойствами.

Серьезную опасность для здоровья горожан представляют тонкодисперсные фракции пыли городской среды, в особенности наноразмерные частицы, величина которых составляет хотя бы в одной из трех размерностей менее 100 нанометров.

Они отличаются большей удельной поверхностью, высокой адсорбционной и кумулятивной способностями. Ряд исследований указывает на опасность канцерогенного эффекта наночастиц, в связи с высокой способностью адсорбировать органические и неорганические высокотоксичные соединения, и прежде всего бенз(а)пирен, являющийся потенциальным канцерогеном. Кроме того, ученые из Массачусетского и Гарвардского университетов установили, что самые "обыденные" наночастицы, которые окружают современного человека, могут навредить его ДНК. Результаты исследования размещены на сайте Массачусетского технологического института.

Целью наших исследований являлось изучение распределения наночастиц в воздухе городской среды Хабаровска в зависимости от уровня техногенной нагрузки и процессов естественного самоочищения воздуха.

В Хабаровском крае 77 % населения проживает в городах с очень высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха. В Хабаровске 35,4 % выбросов приходится на долю твердых частиц, причем доминирующим фактором является транспортное загрязнения [20]. По данным ГУ «Хабаровский ЦГМС-РСМЦ» в воздухе г. Хабаровска среднегодовая концентрация бенз(а)пирена, одного из высокотоксичных потенциально канцерогенных веществ, способных адсорбироваться на мелкодисперсных частицах пыли, составляет 3,2ПДК.

Основными задачами нашего исследования являлись: изучение возможности применения ФКС для оценки содержания наночастиц в составе городской пыли, обоснование методики, выбор точек отбора проб.

1 Источники поступления наночастиц в окружающую среду

Мы живем в период бурного развития нанотехнологий, которые призваны стать основным прорывом в области высоких технологий. Нанотехнология может преобразовать не только производство, но и человеческую жизнь. Одновременно необходимо понимать, что наноструктурные материалы могут вызывать загрязнение окружающей среды.

Основой нанопроизводства является атом. Полученные нанотехнологичные продукты обладают фантастическими свойствами: они сверхпрочны, сверхактивны и сверхмалы. Опасность наноматериалов в первую очередь заключается в их микроскопических размерах.

Существуют как естественные источники поступления наночастиц, так и множество источников намеренного и ненамеренного антропогенного загрязнения окружающей среды [17].

Природные и антропогенные источники поступления наночастиц в окружающую среду приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1

Источники поступления наночастиц в окружающую среду

 

Случайно полученные наночастицы - это нефильтрованные выхлопные газы, которые содержат потенциально большое количество вредных веществ, полученных в результате неполного сгорания горючего. При сгорании дров в домашнем камине образуются фуллерены или нанотрубки. Достаточно одного лесного пожара, чтобы образовалось огромное количество фуллеренов, нанотрубок, графенов.

Еще одним источником образования наночастиц является пылевые бури Сахары, которые разносят столько песка над океаном, что он виден из космоса. Пыль Сахары состоит из наномаштабных смешанных оксидов кремния, алюминия, титана, железа, калия и кальция, а также железистые соединения, которые удобряют морские регионы, в которых она оседает. В результате этого быстро растущие водоросли производят деметилсульфид, молекулы которого образуют в воздухе мелкие кристаллы.

Самыми крупными поставщиками наночастиц на большие высоты в атмосфере служат вулканы (вулканическая пыль).

Концентрация наночастиц в атмосфере различна, и даже в одном конкретном месте она сильно изменяется во времени. Формирование наночастиц совпадает с высокой солнечной активностью. Наночастицы сульфидных минералов - элементарной серы, барита, ангидрита - переносятся на огромные расстояния, не растворяясь в морской воде.

Частицы железа, находящиеся в морской воде, также собираются в наночастицы в виде магнитотактических бактерий. Они образуют цепи из наномасштабных кристаллов магнетита. Магнитные цепи действуют как компасные стрелки, направляющие бактерии по наклонному геомагнитному полю в различные слои воды. При попадании в эти слои бактерии сохраняют свои основные свойства. Бактерии опускаются на морское дно в таком количестве, что они могут считаться ответственными за формирование месторождений железной руды. Как только бактерии опускаются на дно, они располагаются параллельно к имеющемуся геомагнитному полю и тем самым навсегда фиксируют его направление. При купании люди могут наглотаться их даже в пресной воде, так как магнитотактические бактерии имеются повсюду.

Наночастицам кадмия, цинка и меди уделяется особое внимание при изучении проблемы загрязнений, так как они широко распространены в мире и обладают токсичными свойствами. Кадмий и цинк (так же как свинец и ртуть) обнаружены в основном в сульфидных осадках. В результате атмосферных процессов эти элементы легко попадают в океаны.

Воздействие промышленных наноматериалов на окружающую среду происходит в результате:

- выпуска сточных вод после обработки (косметика, производство мате-риалов);

- использования наноматериалов при обработке сточных вод;

- оздоровления почв;

- сельского хозяйства;

- старения полимеров;

- эмиссии наночастиц в процессе производства.

Попадающие в окружающую среду искусственные материалы, не производимые самой природой, очень трудно биологически разлагаются или усваиваются.

Наночастицы и наноматериалы представляют собой особый бес-прецедентный класс промышленных загрязнений. Их вред может быть связан с необычными свойствами веществ, из которых их производят, включая их мобильность и устойчивость в почве, воде, воздухе, бионакопление, непредсказуемое взаимодействие с химическими и биологическими материалами.

Классификация наноматериалов происходит в соответствии с их химическим составом. За основу принята классификация, используемая в международном реестре наночастиц и наноматериалов:

- металлические наночастицы (Au, Ag, Pt, Pd, Ru, Ni, Cu и др.);

- наночастицы оксидов металлов и неметаллов (SiO, Al O, TiO, SnO, ZnO, MoO, VO, PbO, Fe O, NiO и др.);

- полупроводниковые наночастицы (CdS, CdSe, PbS, PbTe, GaN, GaAs, InN и др.);

- углеродные наночастицы (фуллерены C, углеродные нанотрубки и не-которые другие);

- наночастицы органически модифицированных слоистых силикатов и алюмосиликатов (наноглины различного состава);

- наночастицы из органических разветвленных полимеров (дендримеры различного состава);

- квантовые точки.

Основными источниками поступления наночастиц пыли в атмосферный воздух г. Хабаровска являются транспортные средства, нарушения в состоянии дорожного полотна, неудовлетворительное состояние газонов и урбаноземов, эоловые перемещения. Процессы сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания, износа резины, тормозных колодок и дисков сцепления автомобилей, продукты истирания поверхности дорог приводят к поступлению в воздух городов мелкодисперсных частиц пыли.

2 Опасность наночастиц

Активное развитие исследований в области нанообъектов и наноструктур поставило ряд вопросов об их безопасности. Оценка безопасности наноструктур для объектов окружающей среды и здоровья человека становится первостепенной задачей токсикологии. Наноструктуры, как правило, легче вступают в химические превращения, нежели более крупные объекты того же состава, и поэтому способны образовывать комплексные соединения с ранее неизвестными свойствами. Это обстоятельство увеличивает технологическую перспективность нанообъектов и в то же время заставляет с особым вниманием относиться к связанным с ними экологическим рискам [11].

В последнее время в рамках обычного технического прогресса возникло огромное количество наночастиц, с которыми человек неосознанно вступает в контакт в результате промышленной деятельности или в дорожном движении. Все больше внимания притягивают к себе наночастицы, получаемые промышленным путем. Так в 2012 году производство фуллеренов составило несколько тысяч тонн. Такое производство достигло промышленных масштабов и попало в поле зрения токсикологии, науки изучающей совместимость веществ [18].

Уникальность наночастиц основана на том, что при уменьшении размеров физические модели частиц также начинают видоизменяться. Если для частицы величиной 100 нм еще действуют законы классической физики, то для более мелкой вступают в силу законы квантовой физики. Разумеется, здесь нет четкой границы. При помощи наночастиц можно совершать чудеса: только за счет изменения размеров (в зависимости от материала, из которого состоят частицы) меняются такие свойства, как растворимость, прозрачность, цвет, электропроводность, температура плавления. Кроме того, часть атомов наночастиц представляет собой поверхностные атомы. У сферической частицы железа диаметром в 5 нм 27 % атомов являются поверхностными, а у частицы диаметром в 1 мкм доля поверхностных атомов составляет лишь 0,15 %. Поверхностные атомы не связаны с соседними атомами, они обладают свободными связями и очень активны. Они соединяются друг с другом, со свободными молекулами или оседают на поверхности. Как показали длительные замеры воздуха - это вызывает удивительный эффект: уменьшение общего объема мелкодисперсной пыли приводит к увеличению в атмосфере числа наночастиц, (т.е. к увеличению концентрации мелкодисперсной пыли). Это связано с тем, что при малом количестве больших частиц у мелких частиц меньше возможностей для соединения. Большее количество поверхностных атомов увеличивает также каталитическую активность частиц — способность вещества ускорять химическую реакцию, не вступая в нее. Это качество делает наночастицы привлекательными для применения в промышленности. Однако, если активные поверхности никак не защищены, частицы быстро объединяются в группы, становятся менее активными и теряют свои преимущества. Большое количество легко соединяющихся, каталитически активных поверхностных атомов может, конечно, вызвать и неблагоприятные последствия, то есть, наночастицы - потенциально токсичны [2,7] . В литературе встречается мнение, что токсичность наночастиц увеличивается по мере уменьшении их размера. Но такая тенденция не может быть обязательной, ведь в этом случае молекулы и атомы — мельчайшие химические составляющие вещества — по своей природе были бы токсичны. Но они как раз и составляют тот материал, из которого мы все состоим.

2.1 Общие сведения о наночастицах

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР