2.3.Нетрадиционное минеральное сырье в современных технологиях и нанотехнологиях
Область исследований нанотехнологии и технологии наноматериалов охватывает неорганические и органические частицы и системы частиц, характерный размер которых находится в диапазоне от атома до 100 нанометров. Особенностью нанообъектов является наличие размерных эффектов, т.е. зависимость их свойств от размера и появление новых свойств. Наночастицы и наноструктурированные объекты обладают особыми, часто уникальными свойствами, отличающимися от свойств макрообъектов. Это позволяет создавать принципиально новые материалы и устройства.
Объектами исследований нанотехнологии могут быть фуллерены, нанотрубки, наночастицы металлов, аморфные неорганические наноструктуры, неорганические и органические композиционные материалы, молекулярные сита, супрамолекулярные ансамбли и устройства, тонкие пленки и поверхностные слои, мицеллярные системы и микроэмульсии, жидкие кристаллы, аэрозоли, золи, гели, ультрадисперсные порошки и др., а также липосомы, биомембраны и другие нанообъекты биологического происхождения. |
Большие надежды в применении нанотехнологий обнаруживаются и в агропромышленном комплексе. Увеличение производства и качества переработки сельскохозяйственного сырья, увеличение ресурса работы спецтехники, повышения сроков хранения, получение высококачественной пищевой продукции и кормов - все эти задачи агробизнеса могут решить нанотехнологии.
Мониторинг разработанных нанотехнологических процессов и наноматериалов подтверждает, что применение нанопрепаратов в растениеводстве обеспечивает повышение устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и увеличение выхода готовой продукции. Почти для всех технических и продовольственных культур - картофеля, зерновых, овощных, плодово-ягодных, хлопка и льна показатели урожая увеличились в 1,5-2 раза. Нанотехнологии уже активно внедряются при послеуборочной обработке подсолнечника, табака и картофеля, хранении яблок в регулируемых средах, озонировании воздушной среды.
В свете последних открытий нанотехнологий была изучена биологическая роль кремния в живых организмах и изучена биологическая активность органических соединений кремния - силатранов. Силатраны, являющиеся клеточным образованием и содержащие кремний, оказывают физиологическое действие на живые организмы на всех этапах эволюционного развития от микроорганизмов до человека. Применение кремнеорганических биостимуляторов в растениеводстве позволяет повысить холодостойкость, выносливость к жаре и засухе, помогает благополучно выйти из стрессовых погодных ситуаций (возвратные заморозки, резкие перепады температуры и т. д.), усиливает защитные функции растений к болезням и вредителям. Препараты снимают угнетающее, седативное действие химических реагентов по защите растений при комплексных обработках.
В животноводстве нанотехнологии можно использовать в технологических процессах, где они дают вспомогательное превосходство. При формировании микроклимата в помещениях, где содержатся животные и птицы, их использование позволяет заменить энергоемкую приточно-вытяжную систему вентиляции электрохимической очисткой воздуха с обеспечением нормативных параметров микроклимата: температура, влажность, газовый состав, микробиообсемененность, запыленность, скорость движения воздуха, устранение запахов с сохранением тепловыделений животных. Российские ученые применяют на практике экологически чистую нанотехнологию электроконсервирования силосной массы зеленых кормов электроактивированным консервантом. Делается это взамен дорогостоящих органических кислот, требующих соблюдения строгих мер техники безопасности. Такая новая нанотехнология повышает сохранность кормов до 95%. В животноводстве и птицеводстве при приготовлении кормов нанотехнологии обеспечивают повышение продуктивности в 1, 5-3 раза, сопротивляемость стрессам, и падеж уменьшается в 2 раза. Наноустройства, которые могут имплантироваться в растения, животных, позволяют автоматизировать многие процессы и передавать в реальном времени необходимые данные.
Новая наноэлектротехнология комбинированной сушки зерна основана на том, что в нагретом зерне создается избыточное давление влаги при температуре ниже температуры кипения воды. Вследствие этого ускоряется фильтрационный перенос влаги из зерновки на поверхность в капельножидком состоянии. С поверхности влага выпаривается горячим воздухом. Расход энергии на сушку зерна по сравнению с традиционной конвективной сокращается в 1, 3 раза и более, снижаются микроповреждения семян до 6%, их посевные качества улучшаются на 5%. Для низкотемпературной досушки и обеззараживания зерна дополнительно использовали озон, что уменьшило количество бактерий в 24 раза и снизило в 1, 5 раза энергозатраты.
В России уже производится целый ряд нанопродуктов, востребованных на рынке: наномембраны, нанопорошки, нанотрубки. Однако, по мнению экспертов, по комммерциализации нанотехнологических разработок Россия отстает от США и других развитых стран на десять лет
Высокие технологии можно использовать и для повышения почвенного плодородия. Здесь уместно говорить не об использовании нанокомпозитов, а об использовании нанотехнологий. Технология экстракции гуматов (гуматы – действующие компоненты гумуса, который является основой плодородия почвы) основана на формировании наночастиц гуматов в процессе механо-химической обработки исходного сырья.
Биологически активные наночастицы железа, могут повысить урожайность некоторых зерновых культур от 10 до 40%. В свою очередь, биологически активные подкормки скота на основе нанотехнологий позволяют снизить заболеваемость животных, повысить их массу.
Американская компания NaturalNano нашла способ получения из природных глин - нанотрубок. Глинистый минерал галлуазит, имеющий трубчатую структуру, может стать натуральной альтернативой искусственным углеродным нанотрубкам. Среди прочего ученые предлагают заполнять трубки галлуазита медью и "замешивать" в полимеры, чтобы получить в результате пластмассу, проводящую электричество. Еще одно полезное свойство глины можно использовать при производстве красок. Если добавлять в них галлуазит, плесень им не страшна.
Перспективным направлением нанотехнологий является разработка микроудобрений. Разработанные учеными республики Казахстан наноматериалы-микробиоудобрения (серии МЭРС) в количестве 100—200 мг/га препарата, при снижении нормы минеральных удобрений втрое и более, обеспечивают дополнительный урожай сахарной свеклы на 150—300 ц/га; овощебахчевых культур на 100—400 ц/га; зерновых в северных регионах до десяти, а в южных — до двадцати центнеров с гектара?
В Южном федеральном округе полученные на основе нанотехнологий полимерно-глинистые сорбенты, служат для очистки и обеззараживания питьевой воды или промышленных и бытовых стоков от нефтепродуктов и органики. Полимер и бентонитовая глина, которой богат регион, соединяясь на наноуровне, дают сорбент, внешне похожий на резиновую губку. Эта «губка» не только очищает воду от тяжелых металлов, органических загрязнителей типа фенола, красителей но и обеззараживает ее. Если сорбент впитывает соли тяжелых металлов, то окрашивается в разные цвета и может послужить пигментом при производстве тротуарной плитки. Например, медь окрашивает сорбент в голубой цвет.
На основе наноразмерных комплексов органосорбента, полученных по золь-гель-технологии из бентонитовых глин, получают бентонитовые порошки, с помощью которых можно создавать системы из компонентов, которые в обычных условиях несовместимы. Они способны, например, удерживать в воде или в масле специальные вещества или химические элементы — носители определенных заданных свойств. Данные добавки представляют собой тонкодисперсную структуру частиц бентонитовых глин, предпочтительно монтмориллонитов, полученных в результате модификации этих глин различными соединениями поверхностно-активных веществ.
Для непрерывной и энергонезависимой очистки и обеззараживания воды используют насыщение природного цеолита наночастицами серебра. Природные цеолиты имеют развитую удельную поверхность, хорошие адгезионные, сорбционные и ионообменные свойства. Это дает возможность извлекать с их помощью из очищаемой жидкости взвешенные, коллоидные и растворенные загрязняющие вещества органического и неорганического происхождения. Высокая термостабильность и устойчивость в кислых средах природных цеолитов позволяет применять их в таких случаях, в которых использование синтетических материалов практически исключено. Стоимость природных цеолитов в несколько раз меньше стоимости синтетических материалов. Природный цеолит сам по себе является хорошим материалом, применяемым для очистки питьевых и сточных вод. Модификация его наночастицами серебра придает ему сильные бактерицидные свойства.
Вода, профильтрованная через композиционный материал, не поддается заражению бактериями в течение 5 часов. Наблюдается пролонгированный бактерицидный эффект. Данный эффект повышает ценность нового фильтрующего материала при использовании его для очистки и консервации воды в регионах с жарким климатом и неблагоприятной микробиологической обстановкой.
В перспективе этот новый композиционный материал может найти и другие применения. Например, при создании бактерицидных красок, воздушных бактерицидных фильтров, сухих бактерицидных строительных смесей, чистящих бактерицидных средств, бактерицидной косметики, кормовых бактерицидных добавок для птиц и животных и т. д.
?
Какие размеры имеют наночастицы и их системы?
Что может быть объектами исследований нанотехнологий?
Что такое силатроны и их применение в сельском хозяйстве?
Можно ли использовать нанотехнологии для повышения почвенного плодородия?
Какие виды минерального сырья можно использовать в нанотнхнологиях?
