Критерии оценки работ
Отбор на выставку
• Оценка собственных достижений автора: использование внеучебных знаний, научное и практическое значение, новизна и достоверность результатов (max 50 баллов);
• Эрудированность автора в рассматриваемой области: использование в работе известных результатов, знакомство с современным состоянием проблемы, полнота цитируемой литературы, ссылки на ученых и исследователей, занимающихся данной проблемой (max 30 баллов).
• Композиция работы и ее особенности: логика изложения, убедительность рассуждений, оригинальность мышления, структура работы - имеется введение, постановка цели, задач, основное содержание, выводы, список литературы; грамотность автора (max 20 баллов).
Демонстрация на выставке
• Актуальность постановленной задачи: имеет практический или теоретический интерес, носит вспомогательный характер или не актуальна (max 6 баллов).
• Оригинальность методов и законченность решения:
степень новизны использованных методов, корректность и исчерпываемость решения (max 20 баллов).
• Теоретическая и практическая ценность: новизна результатов, возможность применения на практике (max 14 баллов).
• Компетентность участника при защите работы: понимание целей, направлений развития исследования, критичность, качество изложения и мышления (max 13 баллов).
• Знакомство с современным состоянием проблемы:
знание литературы и результатов других исследователей (max 7 баллов).
• Уровень представления работы: композиция текста работы, качество оформления работы и стенда, уровень выполнения макетного образца, использование технических средств (max 15 баллов).
11. Мероприятия выставки
стендовая защита работ и интервьюирование участников выставки;
первый тур олимпиады «Шаг в будущее» (естественнонаучное, физико-математическое, гуманитарное направления);
методический семинар для профессиональных работников «Организация исследовательской деятельности учащихся», обмен опытом.
12. Результаты
- награждение дипломами учащихся - авторов лучших работ;
рекомендации для участия в Российской молодежной научной и инженерной выставке «Шаг в будущее», других российских конкурсах и конференциях.
Работы и заявки принимаются по адресу: 180004, г.Псков, ул. Яна Фабрициуса, д.24, ГОУДОД «Псковский областной центр развития одаренных детей и юношества». Справки: тел/факс (8112) 66-19-80, 66-80-07, e-mail: geniuscentr@mail.ru.
_ СВОЙСТВА ГЛИНЫ И ИХ ИСПЫТАНИЯ
В предыдущей главе мы ознакомились с теми свойствами глины, которые имеют значение при применении ее в необожженном виде; здесь же рассмотрим те ее свойства, от которых зависит качество изделий, приготовленных путем обжигания глины. 1. Классификация глин. Как мы уже видели, глины вообще можно разделить на первичные (каолины) и осадочные; последние, в свою очередь, можно разделить на: 1. Огнеупорные глины, наиболее чистые из этой группы, отличающиеся от каолинов большей пластичностью. Сюда же относятся лепная, трубочная, фарфоровая и т. п. глины. В России разрабатываются многие месторождения этих: глин, напр., Гжельская (Броницк. уезда, Моск. губ.), Боровичская (Новгород, губ.), Андомская (Олонецк. губ.); последние две глины довольно употребительны в Ленинграде при печных работах; Глуховская (Черниговск. губ.), а также Екатеринославские (Часов-Яр), Уральские глины и мн. др. После обжига имеют белый-или слабо желтоватый цвет. 2. Гончарные (горшечные) глины, также весьма пластичны, но более богаты примесями (песок, окись железа, углекислая известь) и поэтому легче предыдущих размягчаются в огне. Идут на приготовление изразцов, терракот, простой посуды. 3. Простые или кирпичные глины, содержащие еще более примесей и не столь пластичные, употребляются в кирпичном производстве. Из остальных, содержащих глину пород, назовем: Мергельная глина с большим содержанием углекислой извести, имеющая нередко каменистый характер и представляющая собою переход к более твердым породам, каковы глинистый мергель и мергелистый известняк. Суглинок — глина с большим содержанием песка. Ил, илистая глина — жидкая гляна, смешанная с большим количеством очень мелкого песка. Железистые, охристые глины — содержат много металлических окислов, преимущественно железа. 2. Действие обжига. Высыхая при обыкновенной температуре, глина теряет лишь механически связанную с ней воду; химически же связанная вода выделяется лишь при сильном нагревании глины, при чем последняя существенно изменяет свои свойства, обращаясь в каменистую, прочную массу, не размокающую в воде; обожженная глина, будучи растерта в порошок, уже не образует с водой пластичного теста. При дальнейшем накаливании глина начинает размягчаться и, наконец, плавиться. Из составных частей глинистого вещества наиболее трудноплавок глинозем, плавящийся лишь в пламени гремучего газа, а в обыкновенных заводских печах не обнаруживающий признаков плавления; несколько более плавок кремнезем — так напр., порошок чистого кварца уже при температуре плавления платины обращается в стекловидную массу. Точка плавления химического соединения или смеси этих двух тел лежит еще ниже; она повышается с увеличением содержания глинозема, как наиболее трудноплавкого из них, и понижается при увеличении содержания кремнезема; последнее, впрочем, лишь до известного предела, так как избыток кремнезема, особенно не очень измельченного, не могущий вступить в соединение с глиноземом, снова затруднит размягчение смеси, подобно всякой труднонлавкой механической примеси. Примесь, даже небольшая, веществ основного характера, могущих образовать с кремнеземом и глиноземом более легкоплавкие сложные силикаты, сильно понижает трудноплавкость глины. Такие вещества, облегчающие плавление, наз. флюсами или плавнями. К ним относится известь, магнезия, окислы железа и др. металлов, щелочные соли и т. п. По исследованиям Рихтерса и Бишофа, действие флюса тем сильнее, чем менее его частичный вес; таким образом, напр., действие 40 весовых частей магнезии (MgO) одинаковое действием 56 частей извести (СаО). Мы видели уже, что при высыхании сырой глины зерна песка, более крупные по сравнению с мельчайшими частичками глинистого вещества играют роль скелета, позволяющего изделию при усушке сохранить свою форму, не растрескиваясь. И так как глина состоит из смеси веществ, плавящихся при весьма различных температурах, то очевидно, что более трудноплавкие зерна будут точно так же, при накаливании, пока сами не размягчатся, служить в качестве скелета, обеспечивая тем неизменность формы изделия при обжиге; легкоплавкие же соединения будут затекать в поры между зернами скелета, вследствие чего масса приобретает большую плотность — спекается и, далее, остекловывается. При надлежащем подборе составных частей и их количеств возможно получить таким путем совершенно сплавленную, плотную массу, почти не имеющую пор и не пропускающую воды (фарфор), при полном сохранении приданной изделию формы. При дальнейшем накаливании могут начать перемещаться, а иногда даже и плавиться, самые зерна скелета, при чем изделие начнет расплываться и потеряет свои очертания. Таким образом, во всех тех случаях, когда требуется получить при обжиге плотную, не пористую массу, важно,- чтобы температура окончательного сплавления отстояла далеко от температуры спекания; глины, удовлетворяющие этому требованию, называются густоплавкими. Многие флюсы, способные образовать с глиною легкоплавкие силикаты, в то же время не плавки сами по себе и поэтому, будучи взяты в большом избытке, могут играть обратную роль, т. е. могут сами служить скелетом. Так напр., примесь магнезии делает глину плавкою; но если взять смесь магнезии с очень небольшим количеством глины, то мы получим чрезвычайно огнеупорную массу (магнезитовые кирпичи). При обжиге изделия уменьшаются в объеме иногда на 25% первоначальной величины; это уменьшение, наз. усадкою, так же как и величину усушки до обжига необходимо заранее определять путем опыта и принимать во внимание при формовке, чтобы готовое изделие имело точно определенные размеры. Для определения усадки, на свежем глиняном бруске проводят шилом тонкую продольную черту и, близ концов ее, две поперечных черты, а затем измеряют расстояние между последними в свежем виде, после высыхания и после обжига. Цвет глины при обжиге изменяется; так напр., глины, содержащие окислы железа (окись или закись), при обжиге принимают красный цвет; органические вещества (уголь) выгорают, и богатая ими глина, имеющая в сыром виде черный цвет, после обжига становится светлой. На цвет обожженой глины оказывает влияние и характер пламени в обжигательной печи — восстановительный (при избытке топлива), или окислительный (при избытке воздуха), так как в последнем случае получаются иные, высшие степени окисления металлов, нежели в первом. Вообще, получение при обжиге изделий с совершенно равномерной окраской желаемого оттенка требует много знаний и навыка. Получение плотной массы необходимо для таких изделий, которые будут подвержены впоследствии действию влажности: канализационные трубы, облицовочный кирпич, черепица и т. п. Наоборот, огнеупорные изделия должны иметь массу пористую, лучше противостоящую большим изменениям температуры. Пористую массу имеют также те изделия, от которых требуется особенная легкость — напр., опилочный кирпич. 3. Отощающие вещества. Для уменьшения усадки к глине примешиваются отощающие вещества, а для получения, когда это требуется, плотной, клинкерной массы — плавни (флюсы). Относительно отощающих веществ заметим следующее: Песок для более ценных, а также для огнеупорных изделий берется по возможности чистый, кварцевый. Уменьшение усадки при обжиге, им обусловливаемое, зависит не только от механического действия песка в качестве скелета, но и от того, что при продолжительном, сильном накаливании кварц обращается в тридимит, увеличиваясь в объеме. Для простого, не огнеупорного товара можно пользоваться обыкновенным песком, содержащим окись железа и др. примеси, понижающие точку плавления глины. Для получения весьма легкого кирпича иногда примешивают к глине инфузорную землю. Шамот — огнеупорная глина, обожженная в виде кирпичей или комьев до полной усадки и затем измолотая в не особенно мелкий порошок, примешивается при производстве огнеупорных изделий, где примесь кремнезема в виде песка могла бы понизить огнеупорность; примесь шамота весьма уменьшает усадку изделий при обжиге и придает массе необходимую степень пористости. При приготовлении плавильных тиглей, испытывающих резкие колебания температуры, отощающей примесью служит графит в порошке — тело совершенно неплавкое и весьма теплопроводное. Плавни. В качестве плавней (флюсов), если примесь их требуется, пользуются, кроме извести (в виде известняков), полевым шпатом и различными горными породами, его содержащими — порфиром, гранитами, а также трахитами, базальтами и т. п. Иногда плавни вводятся в виде фритт — сплавов щелочей с песком или молотым кварцем, подобных стеклу. 4. Примеси в глине. Относительно природных примесей, встречаемых обыкновенно в глине кроме песка, надо иметь в виду следующее: углекислая известь оказывает различное влияние, смотря по тому, присутствует ли она в виде крупных зерен, или же в виде мелкого порошка, равномерно распределенного в глине. В первом случае она чрезвычайно вредна, так как зерна ее при обжиге обращаются в известь, которая впоследствии от сырости гасится, увеличивается в объеме и разрывает кирпич. Освободить глину от таких зерен можно или отмучиванием, или же растирая ее между вальцами, при чем зерна раздавливаются; то и другое удорожает производство. Поэтому иногда просто давали кирпичу пролежать с год на открытом воздухе ранее употребления в дело и затем отбили только те кирпичи, которые останутся неповрежденными. Наоборот, в виде мельчайших частиц углекислая известь, при обжиге до полного соединения с глиною, является плавнем и содействует получению плотной массы, увеличивая ее прочность (напр., киевский кирпич): при этом содержание углекислой извести может доходить до 25 — 30 %. Окись железа также играет роль плавня и, кроме того, сообщает при обжиге в окислительном пламени красный цвет, в восстановительном — серый, поэтому она безвредна для простых изделий и вредна для огнеупорных, а равно и для таких изделий, от которых требуется белый цвет. В присутствии извести окрашивание, сообщаемое глине окисью железа, не так сильно и имеет желтоватый цвет. В присутствии щелочей железистая глина легко сплавляется, с образованием силикатов закиси железа, и обращается в темный зеленоватый шлак. Окись железа и известь, понижая точку плавления глины, действуют различно в том отношении, что от извести глина становится жидкоплавкой, т. е. температура начала размягчения такой глины очень близка к температуре ее совершенного обращения в жидкое состояние; если же глина содержит окись железа и не содержит извести, то она густоплавка, т. е. разница этих обеих температур, довольно велика. А так как при обжиге трудно управлять температурою в печи совершенно точно, то для изготовления изделий со сплошной массой (клинкерных), которые надо обжигать до спекания, содержащие известь глины, будучи жидкоплавкими, непригодны. Присутствие растворимых солей вообще вредит глине, так как при ее высыхании эти соли скопляются на поверхности и при обжиге цвет получается, неровный, пятнистый; если же температура обжига недостаточна для сплавления солей с глиною, то остающиеся, напр., в кирпиче, соли служат впоследствии причиной появления некрасивых белых налетов, которые можно видеть на многих постройках. Особенно сильные, трудно удаляемые налеты образуются в случае присутствия гипса; для предупреждения этого рекомендуется примешивать к глине хлористый или, еще лучше, углекислый барий, при чем образуется совершенно нерастворимая сернобариевая соль. Желтые и зеленоватые налеты получаются от присутствия солей ванадиевой и молибденовой кислот. Серный колчедан вреден не только в виде крупных зерен, но и в мелком порошке, так как во время обжига и даже при лежании глины на открытом воздухе в соприкосновении с находящейся в ней углекислой известью образует гипс. Наконец, крупные механические включения, всякого рода камешки, куски неразрушенной горной породы, даже слишком крупный песок — вредны, затрудняя формовку; кроме того, они не участвуют в общем сжатии глины при сушке и обжиге, и поэтому изделие может растрескаться. Крупные органические примеси — корни растений и т. п. также затрудняют формовку; при обжиге они выгорают, оставляя пустоты. 5. Приемы исследования глин. Качество и количество находящихся в глине примесей и вообще ее свойства определяются путем химического и механического анализов и посредством пробного обжига. Приемы химического анализа глин излагаются в курсах аналитической химии. Механический анализ глины заключается в разделении частиц, из которых она состоит, по их величине, и дает возможность определить количество содержащегося в глине песка. Наиболее точные результаты дает прибор Шене. ... Проф. Зегер предложил следующую классификацию этих частиц: менее 0,01 мм. в диаметре — глинистое вещество; 0,01—0,025 мм — шлюфф; 0,025—0,04 мм — песочная пыль; 0,04—0,33 — мелкий песок; свыше 0,33 — крупный песок. По Зегеру, наиболее вредны для качеств глины зёрна между 0,01—0,04 мм, при значительном содержании которых глина редко пригодна для технических целей. Наконец, при отсутствии всякого прибора, можно произвести грубое отделение глины от песка, просто разболтав в стакане с водою подготовленную, как выше описано, глину и через несколько минут слив глиняную муть. Температура плавления глины определяется посредством различных приспособлений. Для практических целей удобнее всего т. наз. „кегли" проф. Зегера; это — небольшие трехгранные пирамидки (выше 6 сант.) из различных, искусственно составленных смесей силикатов, температуры плавления которых известны; из испытуемой глины лепят такую же пирамидку и ставят ее в печь на глиняной дощечке вместе с несколькими зегеровскими кеглями, для сравнения точек плавления. Кегли Зегера ранее выписывались от Берлинского королевского фарфорового завода; ныне они изготовляются и в СССР на государственном фарфоровом заводе. Они различаются по номерам, которыми они обозначаются в продаже. Так как температуры плавления Зегеровских кеглей известны, то этими кеглями пользуются и для определения температуры в обжигательной печи; еще более точное определение температуры в печи может быть сделано посредством термо-электрического пирометра Лешателье. Можно определить степень огнеупорности и пробным обжигом глины в фарфоровом горне, при чем после обжига, по охлаждении, сильно огнеупорная глина должна растираться между пальцами; более слабая по огнеупорности, хотя не растирается, но в изломе землиста; легкоплавкая же глина, совершенно размягчающаяся, будет иметь стекловидный излом. Из прочих свойств глины для формовки изделий особенно важна ее пластичность. Жирные глины наиболее пластичны и обладают наибольшей связывающей способностью; в разрезе они блестящи, на ощупь жирны, или напоминают мыло; смоченные водою, трудно с нею размешиваются и сильно липнут к рукам. Наоборот, тощие глины матовы в разрезе, легко размешиваются в воде, на ощупь шероховаты вследствие чувствуемых осязанием песчинок. В сухом виде тощая глина легко истирается мякотью пальца, жирная же глина лишь немного стирается с поверхности и затем более не отделяет частиц (опыт следует делать над листом бумаги, всего лучше черной, глянцевитой). Чтобы выразить в цифрах относительную пластичность глины, формуют из нее цилиндр и складывают его в кольцо, сгибая до получения разрыва на внешнем краю; чем меньше диаметр кольца, тем глина пластичнее. Или же подвешивают цилиндр за один конец, пока он не разорвется от собственного веса, при чем мерой относительной пластичности будет длина цилиндра. Проф. Цюрихского политехникума Zschokke предложил определять усилие, разрывающее глиняный цилиндр, посредством небольшого разрывного аппарата, отмечая при этом удлинение цилиндра (тягучесть глины). Так как присутствие отощающих примесей, уменьшая пластичность, в то же время облегчает размокание глины в воде, то можно формовать из испытуемой глины пирамидки на подобие Зегеровских, и помещать их на подставках в сосуд с водой, наблюдая время, потребное для окончательного распадения пирамидки. Способы эти, разумеется, имеют целью лишь относительные цифры, позволяющие сравнивать между собой различные глины в отношении их пластичности (напр., при определении потребного количества отощающих примесей), но не имеющие абсолютного значения.
СОВРЕМЕННЫЕ ЭНТЕРОСОРБЕНТЫ И МЕХАНИЗМЫ ИХ ДЕЙСТВИЯ |
|
|
С
Наиболее распространенными кремнийсодержащими природными энтеросорбентами являются глина и глиноземы, представляющие собой минеральные тонкодисперсные осадочные отложения с малым содержанием органических веществ, низкой коллоидностью, влагоемкостью и адсорбционной способностью и высокой липкостью. Глины, несомненно, являются самыми древними из существующих энтеросорбентов – традиция их перорального применения для детоксикации, купирования диареи и, возможно, для устранения дефицита в микроэлементах, восходит к первобытным временам и, как явление, называемое геофагией (поедание земли) наблюдается, в частности, у приматов [72, 73]. Традиционным сорбционным препаратом является Bolus alba – белая глина (каолин), представляющая собой желтовато-белый порошок, состоящий из силиката алюминия с примесью силикатов магния и кальция. Белая глина практически нерастворима в воде, взвесь ее обладает обволакивающими и адсорбирующими свойствами. Кроме каолина в медицине используются еще смектиты и монтлорилониты натрия (бентонит) и кальция (Фуллерова земля). Препарат смекта, выпускаемый на основе диоктагидрального смектита, имеет антацидное и антипротеолитическое действие, способствует росту сахаролитической и подавлению патогенной протеолитической флоры кишечника [74]. Смекта уменьшает бактериальный муколиз и деструкцию люминальных поверхностей мембран кишечного эпителия, способствуя тем самым нормализации водно-электролитного баланса и абсорбции питательных веществ [75, 76]. Подобно активированным углям и синтетическим кремнийорганическим энтеросорбентам, глины хорошо сорбируют ротавирусы и коронавирусы in vitro, а также нейтрализуют бактериальные энтеротоксины и афлотоксины [77-80]. Глины совместимы с приемом антибиотиков при антиэндотоксиновой терапии, а также подавляют эпителиальный синтез Il-1?, активность NO-синтетазы и лейкотриена В4, что, в конечном счете, приводит к заметному антидиарейному и противовоспалительному эффекту [81, 82]. Различные виды глин (бентониты, клиноптиломиты, смектиты) регулярно изучаются как средства интракорпорального связывания радионуклидов, в частности, радиоцезия. Однако, по своей эффективности, они существенно уступают коллоидному раствору прусского голубого и его аналогам [83, 84]. В целом, необходимо отметить, что механизмы действия перорального приема медицинских глин изучены едва ли не наиболее подробно по сравнению с энтеросорбентами других групп. 4. Пищевые волокна. Известно, что основными компонентами пищевых волокон являются целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, пектин, альгиновая кислота, причем указанные волокна могут иметь как однородный, так и смешанный состав, например, целлюлозо-лигнин, гемицеллюлозо-лигнин и т.д. [85]. Применяемые с едой или отдельно пищевые волокна не являются полностью стабильной компонентой внутреннего содержимого ЖКТ: у здоровых субъектов переваривается порядка 30% целлюлозы, 53% гемицеллюлозы и 8% лигнина, присутствующих в ежедневной диете. При этом соотношение между перевариваемыми и неперевариваемыми фракциями пищевых волокон существенно зависит от их общего содержания в принимаемой пище: с повышением количества ежедневно поглощаемых пищевых волокон процентная доля перевариваемой компоненты падает, а со снижением – возрастает, что дает в конечном результате непропорционально быстрое снижение плотной части кишечного содержимого при уменьшении дозы этой составляющей суточной диеты [86-89]. Между тем, хотя типичной рекомендацией диетологов является потребление пищевых волокон в количестве 25-50 г/сутки, во всех развитых странах наблюдается выраженный дефицит этой компоненты диеты, в среднем составляющей 15-20 г в день [90], что открывает огромные перспективы для использования пищевых волокон в качестве добавок как в обычных пищевых продуктах, так и отдельно, т.е. в составе энтеросорбентов. Кроме упомянутых выше положительных влияний пищевых волокон на функции ЖКТ [24], следует отметить связывание (возможно с сохранением части активности) панкреатических ферментов, снижение уровня глюкозы и уплощение гликемических кривых, благоприятные изменения в спектре липидов крови, поглощение желчных кислот и компенсаторное увеличение их синтеза в печени, связывание пестицидов и некоторых канцерогенов [91-96]. Заметим, что решающим фактором физиологической активности пищевых волокон является, вероятно, не их химический состав, механические свойства, в частности, размер отдельных элементов [97]. Классическим образцом пищевых волокон является микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ), получаемая путем гетерогенного гидролиза хлопкового волокна и представляющая собой химически инертное, практически не набухающее и не перевариваемое вещество без вкуса и запаха, порошок которого состоит из твердых микрочастиц размером от долей микрона до нескольких десятков микрон [98]. МКЦ широко используется, в частности, в качестве наполнителя для таблеток в фармацевтической индустрии, причем в последнее время наблюдается тенденция к снижению размера ее частиц до 5-7 мкм, что дает определенные преимущества в производстве лекарственных форм [99]. Тщательные токсикологические исследования американских авторов показали полное отсутствие негативных эффектов длительного приема препаратов МКЦ со средним размером частиц 6 мкм в ежедневной дозе до 5 г/кг веса, что соответствует человеческой дозе порядка 350 г/день, т.е. в 10 раз превышает оптимальное количество пищевых волокон в суточной диете. При этом современными методами исследований не обнаружено ни одной частицы МКЦ за пределами ЖКТ [100]. Точно такие же результаты дали исследования токсичности ацетата целлюлозы в дозе 5 г/кг/день [101], что практически устраняет опасения в отношении попадания этих частиц в кровоток за счет вышеупомянутого эффекта Хербст-Фолькхаймера [69, 70]. МКЦ и некоторые другие дериваты хлопковых волокон представляют большой интерес для использования их как в качестве отдельных энтеросорбентов, так и в качестве комбинаций с другими материалами. Наиболее распространенным в странах СНГ энтеросорбентом на основе пищевых волокон является полифепан, выпускаемый в виде порошков, пасты и гранул, и получаемый путем гидролиза древесины. Полифепан состоит в среднем из 80% гетероцепочечного природного полимера лигнина и 20% регулярного линейного полимера гидроцеллюлозы. Основными структурными единицами лигнина являются метоксилированные производные фенилпропана, а гидроцеллюлозы – звенья 1,5-ангидро-?-D-глюкопиранозы [102, 103]. Суммарный объем пор полифепана по данным ртутной порометрии составляет 0,8-1,3 см3/г, однако это отнюдь не сорбционные микропоры, а макропоры с радиусами порядка 1000 мкм, в связи с чем удельная сорбционная поверхность этого материала не превышает обычно 20 м2/г. В связи с этим сравнительно высокая сорбционная активность полифепана по отношению к некоторым красителям (до 80 мг/г для метиленового голубого) обусловлена скорее хемосорбцией, чем Ван-дер-Ваальсовым взаимодействием. Хотя основным механизмом поглотительного действия полифепана является не адсорбция, а абсорбция, некоторая его селективность по отношению к холестерину, биогенным аминам и азотистым шлакам все-таки наблюдается [104]. Коэффициенты распределения цезия и стронция между их модельными растворами и энтеросорбентом достигают 400-900, а сорбция микроорганизмов из культуральных сред – 108 клеток/г препарата [105]. Полифепан обладает хорошими гепатопротекторными свойствами при печеночной недостаточности, вызванной токсичным гепатитом или механической желтухой [106, 107], снижает активность протеаз в сыворотке крови и концентрацию молекул средней массы приблизительно в той же степени, что и низкоактивный углеродный энтеросорбент ваулен [108, 109]; ограничивает всасывание кишечных токсинов при перитоните [8], снижает усвояемость холестерина при гиперхолестериновой диете [110] и, также как и МКЦ, улучшает липидный профиль у крыс с гиперлипидемией [111]. Интересными являются данные о снижении под влиянием полифепана уровня биогенных аминов на модели аллергического бронхоспазма, а также предотвращении транслокации интестинальной флоры при острой кровопотере [112, 113]. Цитопротекторные свойства полифепана связаны, вероятно, с адгезивными свойствами его мелкодисперсных взвесей, а улучшение качества пищеварения – с адсорбцией панкреатических энзимов и усилением пищеварения «в комке». К пищевым волокнам относятся также и энтеросорбенты на основе пектина, имеющие приблизительно ту же связывающую активность в отношении желчных кислот и гиполипидемическое действие, что и МКЦ или полифепан [114]. Пектиновые энтеросорбенты и, прежде всего, яблочный пектин, успешно используются также для удаления из организма некоторых тяжелых металлов и радионуклидов [115-117]. Аналогичными свойствами обладают и энтеросорбенты на основе альгинатов, извлекаемых из морских водорослей: например, энтеросорбент альгисорб переводит содержащийся в молоке радиоактивный стронций в нерастворимый комплекс, препятствуя тем самым абсорбции этого радионуклида в кишечнике и отложению его в костной ткани [118, 119]. Альгисорб может быть использован также для профилактики накопления радиоактивных рутения и цезия [120, 121]. Как энтеросорбент общедетоксицирующего действия, альгисорб, подобно активированному углю, полезен для профилактики токсических стрессов у персонала атомных подводных лодок [122]. Еще один энтеросорбент на основе морепродуктов зостерин демонстрирует определенные позитивные свойства при включении его в диету у животных с экспериментальным нефрокальцинозом и у пациентов с пиелонефритом [123, 124]. Во всех трех только что упомянутых энтеросорбентах (пектин, альгисорб и зостерин), кроме биологической активности, обусловленной их свойствами как пищевых волокон, важную роль играет также их комплексообразующий потенциал. К разделу пищевых волокон, несомненно, следует отнести и энтеросорбенты на основе азотсодержащих полисахаридов хитина и хитозана. Структура хитина очень похожа на структуру целлюлозы. Однако базисной единицей в этом случае является 2-ацетиламино-2-дезокси-В-глюкопироназа, связываемая гликозидными мостиками. В отличие от хитина, аминогруппы в хитозане в большинстве своем не ацетилированы [125]. Содержится хитин в панцирях ракообразных и клеточных стенках шляпочных грибов, причем внешняя поверхность хитиновых микрофибрилл может достигать нескольких сотен метров на 1 г массы, создавая благоприятные условия для связывания этим биополимером ряда тяжелых металлов и радионуклидов. Большой интерес в последнее время вызвало дехолестеринизирующее и делипидизирующее действие препаратов хитина, а также антиагрегатный эффект сульфированных дериватов хитозана [126]. Производные хитина используются также в качестве переносчиков лекарственных средств и местно, для лечения ран и ожогов [127, 128]. Антитоксическая активность хитозана, равно как и синтетического пиперидол-содержащего адсорбента ихант, показана на модели тяжелого радиационно-термического поражения у крыс [129, 130]. Положительный эффект хитин-содержащего энтеросорбента микотон отмечен в комплексном лечении обтуративной желтухи неопухолевого генеза [131]. Активно изучаются в настоящее время механизмы гипохолестеринемического, гиполипидемического и антиоксидантного действия порошков сушеных тел устричных грибков Pleurotus ostreatus и полученных из них водно-этанольных экстрактов [132-135]. 5. Комбинированные энтеросорбенты. Примерами этих сорбентов являются упомянутые уже препараты поли-карайа на основе смолы дерева карайа и поливинилпирролидона, а также углерод-минеральный энтеросорбент СУМС-1 и препарат ультрасорб. Энтеросорбент СУМС-1 представляет собой сферические гранулы пористого силикагеля, покрытые пиролитическим углеродом (до 15 весовых %) с размером частиц 0,1-2,0 мм, суммарным объемом пор по бензолу 0,5 см3/г и небольшой удельной поверхностью (200-300 м2/г). Последнее и определяет незначительную поглотительную способность препарата в отношении веществ малого и среднего молекулярного веса (например, 15 мг/г по метиленовому синему). Однако, в силу наличия крупных макропор, СУМС-1 достаточно хорошо сорбирует кишечные бактерии и их токсины [136, 137]. Длительный прием энтеросорбента СУМС-1 способствует увеличению числа и высоты микроворсинок в тонком кишечнике, активизации митохондриального аппарата энтероцитов и, вероятно, общему росту их адаптивного потенциала [138]. Прием этого энтеросорбента на фоне интенсивной противотуберкулезной терапии снижает уровень перекисного окисления липидов, влияет на форму фармакокинетических кривых для изониазидов без изменения суммарной площади под ними и ослабляет лекарственную резистентность к некоторым видам антибиотиков [139]. Также, как и многие другие энтеросорбенты, СУМС-1 смягчает гистологические и биохимические последствия экспериментальной обструкции желчных протоков [140]. При радиационно-термических поражениях назначение этого энтеросорбента смягчает проявление синдрома эндогенной интоксикации и ускоряет восстановление морфо-функциональных характеристик кишечного эпителия у крыс [141]. Комбинированный энтеросорбент ультрасорб представляет собой смесь в соотношении 2:3 окисленного порошка активированного угля и глинистого минерала палыгорскита, модифицированного ферроцианидом меди. Окисленный уголь в качестве катионообменника несет на своей поверхности в расчете на 1 г массы порядка 0,7 мэкв К+, 0,4 мэкв Mg++ и Zn++. Этот препарат, обладающий незначительной общей сорбционной активностью, тем не менее, интересен как своими свойствами отдавать в организм полезные микроэлементы, так и высоким сродством к свинцу и некоторым другим металлам и радионуклидам, в том числе и к радиоцезию [142]. Последнее обстоятельство позволило успешно применить его для профилактики абсорбции радиоцезия из кишечника в условиях кормления животных радиоактивными кормами [143]. Заключение Разнообразие медицинских препаратов и пищевых добавок, объединяемых в настоящее время под общим названием «Энтеросорбенты», обогатило классические представления о механизмах действия энтеросорбции, первоначально декларированные применительно к активированному углероду, еще несколькими важными деталям, а именно: 1. Сведениями об обволакивающих и цитопротекторных свойствах энтеросорбентов. 2. Данными о структуризации кишечного содержимого с образованием агрегатов и флокулятов, содержащих кишечные патогены, а также о прямом бактерицидном и вироцидном действии энтеросорбентов. 3. Представлениями о комплексообразовании и хелатировании, как о важных механизмах энтеросорбционных эффектов. Практически все энтеросорбенты обладают способностью к дистантному действию, выражающемуся в появлении изменений тех или иных биохимических параметров в органах и тканях, удаленных от ЖКТ. Важнейшими из этих дистантных влияний являются, вероятно, гепатопротекторный, антихолестеринемический и, особенно, иммуномодифицирующий эффекты, связанные, например, с уменьшением антигенного белкового давления на прикишечный лимфатический аппарат благодаря повышению качества гидролиза белков в пищевом комке. Эти представления, активно развиваемые группой проф. Н.А.Белякова [8, 104, 110], находят веское подтверждение, в частности, в исследованиях японских авторов, применявших микрокристаллический синтетический уголь сферической грануляции AST-120 для лечения терминальной формы почечной недостаточности. В этих работах показано, например, что снижение плазменной концентрации белок-связанного уремического токсина индоксилсульфата, вызванное энтеросорбцией, замедляет прогрессию гломерулярного склероза и экспрессию фактора роста TGF-?1 [144]. В целом, по данным “array” анализа экспрессии генов, применение энтеросорбента AST-120 у крыс с моделью хронической уремии существенно меняет профиль активности генов в клетках пораженных почек [145]. Важно отметить, что классическим свойством энтеросорбентов является их свойство не проникать через слизистую ЖКТ, т.е. не иметь системной фармакокинетики. Исходя из этого фундаментального свойства, энтеросорбенты скорее можно отнести к разряду биоматериалов, чем к разряду лекарственных средств. В то же время, присутствие энтеросорбентов в пределах ЖКТ способно наложить свой отпечаток на фармакокинетику других лекарственных средств и привести к заметному изменению системной концентрации целого ряда важнейших продуктов жизнедеятельности организма. В этом смысле можно считать, что энтеросорбенты обладают импринтным («отпечаточным») типом фармакокинетики. Если же энтеросорбент является одновременно и носителем абсорбируемых слизистой ЖКТ и/или растворимых в кишечном содержимом БАВ, то в подобном случае этот препарат, несомненно, относится к разряду лекарственных средств. При разработке комбинированных энтеросорбентов всегда нужно иметь ввиду совместимость объединяемых компонент, т.е. отсутствие эффектов взаимного гашения полезных характеристик отдельных составляющих, а также целесообразность их одновременного приема вместо обычно используемого раздельного, как, например, это принято в отношении глин (назначается за 15-20 минут до еды) и углеродных энтеросорбентов (назначаются через час – полтора после еды). |
______
СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ГЛИНЫ Патент Российской Федерации
|
|
Суть изобретения: |
Изобретение относится к области переработки и модифицирования природного минерального сырья и может использоваться в медицине и в производстве кормов для животных и рыб. Сущность заявленного способа: модифицирование свойств глины осуществляют путем облучения ее в виде пастообразной массы ионизирующим излучением до поглощенной дозы 20-30 кГр. Обнаруженные изменения адсорбционной способности, содержания водорастворимых веществ при одновременном обеспечении бактерицидных свойств повышают качественные характеристики глины как лечебного средства и сырья для приготовления медицинских препаратов и кормов для животных и рыб. 1 табл. |
|
|
____________________ О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД ДЛЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ТОКСИЧНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ
Кроик А. А., Днепропетровский национальный университет, Днепропетровск, Украина Лапицкий В. Н., Борисовская Е. А., Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина
Одним из проявлений интенсивного антропогенного воздействия на окружающую среду является возникновение и накопление в биосфере значительного количества токсичных химических элементов. Существенным фактором загрязнения природной среды и негативного воздействия практически на все ее компоненты являются отходы. Отходы складируются в шламо-и хвостохранилищах, терриконах, отвалах, на различных свалках. Общая площадь земель в Украине, занятых отходами, достигает 160 тыс. га. Инфильтрация из хранилищ жидких отходов, пылеобразование и горение терриконов и другие факторы, обусловливающие миграцию токсических веществ, приводят к загрязнению подземных и поверхностных вод, ухудшению состояния атмосферы, земельных ресурсов. В связи с этим большое значение приобретает поиск материалов, способных иммобилизовать токсичные вещества и препятствовать их дальнейшей миграции. Для решения этих задач в природоохранной практике все чаще применяются природные сорбенты как наиболее доступные, дешевые, безвредные и высокоэффективные материалы. Среди природных материалов, проявляющих сорбционные свойства, особого внимания заслуживают глины. Обладая такими исключительными качествами, как дисперсность, гидрофиль-ность, пластичность, способность к сорбции и ионному обмену, глины применяются во многих отраслях промышленности — нефтеперерабатывающей, химической, целлюлозно-бумажной, керамической, пищевой и т. д. С точки зрения экологической безопасности наибольший интерес представляет использование глин для защиты и улучшения состояния окружающей природной среды, а именно: для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, ионов аммония, радионуклидов; для очистки питьевой воды, природных вод, газопылевых выбросов, загрязненных тяжелыми металлами почв; для создания буферных зон вокруг хранилищ токсичных отходов; для улучшения качества почв, условий питания растений и повышения урожайности сельскохозяйственных культур и т. д. Однако в современной научной литературе недостаточно освещен вопрос применения глин для снижения экологической опасности отходов. Целью данной работы является исследование поглотительной способности глины по отношению к подвижным формам тяжелых металлов, содержащихся в промышленных отходах, и установление возможности применения глины для снижения токсичности отходов. Объектом исследования служила зеленая глина, являющаяся попутным продуктом добычи марганцевой руды Никопольского месторождения. Образцы глины были отобраны в Чкаловском карьере Орджоникидзевского ГОКа. Объектом обезвреживания служил шлак Днепропетровского завода по термической переработке твердых бытовых отходов (ТБО). В шлаках мусоросжигательных заводов содержатся тяжелые металлы, полиароматические углеводороды, диоксины и фураны. Продукты сжигания ТБО обладают токсичными и мутагенными свойствами, а территории, отведенные под захоронение подобных отходов, подвергаются интенсивному загрязнению вследствие выщелачивания из них вредных веществ. Оценка поглотительной способности зеленой глины проводилась методом физико-химического моделирования процесса поглощения как для отдельных тяжелых металлов, так и для многокомпонентной системы, содержащей смесь этих металлов. Результаты оценки предельной поглотительной способности глины по отношению к каждому тяжелому металлу (ТМ) в отдельности приведены в табл. 1.
Таблица 1
Предельная емкость поглощения глинистой породы, мг/г
Элемент |
РЬ |
Zn |
Cd |
Си |
Ni |
Со |
Сг |
Мп |
Емкость |
108 |
65 |
31 |
100 |
9 |
8 |
20 |
10 |
Как видно из табл. 1, зеленая глина обладает значительной поглотительной способностью по отношению ко всем без исключения изученным элементам. При этом наивысшие показатели степени поглощения отмечаются по отношению к элементам I класса опасности — свинцу, цинку и кадмию. Более низкие показатели поглощения у зеленой глины наблюдаются по отношению к веществам II и III класса опасности — никелю, кобальту, хрому и марганцу, за исключением меди — емкость поглощения этого металла у зеленой глины довольно высокая. В порядке уменьшения степени поглощения зеленой глиной ТМ можно расположить в такой ряд: свинец > медь > цинк > кадмий > хром > марганец > никель > кобальт. Следующим этапом исследования было изучение поглотительной способности зеленой глины по отношению к смеси токсичных элементов. В ходе эксперимента варьировали массовую концентрацию глины (10, 20, 40 и 80%), которую вводили в раствор, содержащий смесь указанных тяжелых металлов в соотношениях, соответствующих их реальной концентрации в шлаке (табл. 2).
Таблица 2
Содержание подвижных форм тяжелых металлов, мг/г
Элемент |
РЬ |
Zn |
Cd |
Си |
Ni |
Со |
Сг |
Мп |
Шлак |
230 |
1250 |
3,8 |
66,0 |
16,8 |
1,2 |
20,0 |
200 |
Глина |
6,0 |
0,8 |
0,5 |
1,0 |
0,5 |
0,2 |
0,2 |
2,1 |
Результаты определения поглотительной способности зеленой глины по отношению к многокомпонентной системе, содержащей смесь ТМ, представлены в табл. 3.
Таблица 3
Степень поглощения зеленой глиной металлов из многокомпонентной смеси, %
-
Элемент
Массовая доля глины, %
10
20
40
80
Pb
44,4
66,7
95,8
100,0
Zn
28,0
55,6
77,9
94,7
Cd
22,9
46,2
71,0
86,7
Cu
55,2
83,7
98,2
99,7
Co
30,0
55,0
81,7
100,0
Ni
20,0
49,9
76,9
92,9
Cr
100,0
100,0
100,0
100,0
Mn
48,0
62,0
79,4
90,0
Из данных табл. 3 видно, что зеленая глина способна поглощать из поликомпонентной смеси все изученные металлы, при этом увеличение навески глины способствует более полному поглощению каждого металла из раствора. Регрессионный анализ результатов эксперимента показал, что зависимость количества поглощенного металла (y, %) от массовой доли глины (х, %) носит экспоненциальный характер и описывается уравнениями вида y(x) = 100 (1 - e-kt): — для тяжелых металлов I класса опасности:
Pb(x) = 100(1-e-0,056x); R2 = 0,98
Zn(x) = 100(1-e-0,037x); R2 = 0,99
Cb(x) = 100(1-e-0,026x); R2 = 0,97
— для тяжелых металлов IІ класса опасности:
Cu(x) = 100(1-e-0,074x); R2 = 0,95
Co(x) = 100(1-e-0,049x); R2 = 0,95
Ni(x) = 100(1-e-0,034x); R2 = 0,97
Cr(x) = 100(1-e-0,0160x); R2 = 0,95
— для тяжелых металлов Ш класса опасности:
Mn(x) = 100(1-e-0,047x); R2 = 0,81.
Исходя из полученных коэффициентов уравнений k, можно сделать вывод, что из поликомпонентной смеси зеленая глина наиболее интенсивно поглощает тяжелые металлы П класса опасности. При этом по мере убывания степени поглощения из многокомпонентной смеси тяжелые металлы можно расположить в таком порядке: хром > медь > свинец > марганец > кобальт > цинк > никель > кадмий. Таким образом, результаты проведенного эксперимента свидетельствуют о наличии у зеленой глины Никопольского месторождения марганцевых руд высокой поглотительной способности по отношению к подвижным формам тяжелых металлов, что позволяет рекомендовать ее использование в качестве высокоэффективного сорбента в природоохранных целях и, в частности, для обезвреживания промышленных отходов, содержащих тяжелые металлы, в том числе шлаков мусоросжигательных заводов.
________________________________