Важната роля на информационните технологии за откриване на перспективите пред наноматериалите в селското стопанство и екологията
Венета Тодорова, старши учител ,2 СУ“Акад.Емилиян Станев“, София ,
e-mail: veneta.todorova@2su.bg
РЕЗЮМЕ: Приложенията на наноматериалите в екологията предлагат иновативни решения за някои от най-големите екологични проблеми, с които се сблъскваме в съвременния свят.Предизвикателството пред учениците е да се запознаят с иновативната роля на наноматериалите в пречистването на води и в обогатяване на почвите с хранителни вещества.
КЛЮЧОВИ ДУМИ:Тежки метали,пестициди, органични замърсители, ремедиация на почвите
Основната цел на тази тема е информирането на учениците за ролята на наноматериалите в областта на екологията и селското стопанство.
Казус за решаване: Учениците разделени на две групи получават задачи да намерят приложенията на наноматериали и нанотехнолгии в областта на екологията ,като пречистване на почви и води , пречистване на въздуха .Втората група има задача да изясни ролята на наноматериалите използвани в селското стопанство , за дозиране на пестицидите, за точно определен състав на използваните хранителни вещества .
За целта двете групи се запознават с теретичната същност на зададените въпроси.
Наноматериалите — вещества, които притежават уникални физични и химични свойства благодарение на своите размери в нанометровия мащаб (1–100 нанометра) — бързо завладяват различни научни и индустриални области. Въпреки че наноматериалите се асоциират с високи технологии и новаторски приложения в индустрията, тяхното въздействие върху екологията също привлича все повече внимание. Приложенията на наноматериалите в екологията предлагат иновативни решения за някои от най-големите екологични проблеми, с които се сблъскваме в съвременния свят.
Пречистване на води и почви
Един от най-обещаващите области на приложение на наноматериалите е пречистването на замърсени води и почви. Тези материали могат да бъдат използвани за отстраняване на токсични вещества, като heavy metals (тежки метали), пестициди и органични замърсители, които са трудни за елиминиране чрез традиционни методи.
Наночастиците от метални оксиди, като тези на желязо (Fe₃O₄) или цинков оксид (ZnO), се използват за адсорбиране или химическо разрушаване на замърсителите в водата. Те могат да се прикрепят към молекулите на замърсителите и да ги отстранят по-ефективно от традиционните материали. Това подобрява ефективността на процесите на филтрация и водоснабдяване.
Освен това, използването на наночастици в почвите може да допринесе за възстановяване на засегнати територии чрез трансформиране на замърсителите в безвредни съединения или тяхното премахване чрез биоремедиация.
Изводи на първа група ученици:
1.Детайлното и бързо изследване и анализ на природни наноматериали за определяне на техния композиционен състав, разсеяни елементи, морфология и структура на атомно ниво ще доведе до по- пълното изясняване на тяхната роля при замърсяване на околната среда и определяне на източниците на замърсявания. Пример в това отношение може да бъде азбеста, за който е известно, че различните негови разновидности в зависимост от химичния и минераложки състав и структура имат силно различаващо се канцерогенно действие.
2.Засега все още токсичното действие на природните наночастици не е напълно изучено. Разработените на основата на нанотехнологиите нови сензори се очаква да спомогнат за пълното изясняване на механизма на вредното действие на природните наночастици. Тези сензори ще позволят да се откриват много ниски концентрации от замърсители във водата и атмосферния въздух, както и в отпадните промишлени газове.
3.Наноструктурните материали имат все по-голяма роля при обезвреждане, преработване и оползотворяване на различни отпадъци, генерирани в промишлената дейност. Например, наноразмерни частички от титанов диоксид се прилагат за очистване чрез окисляване на различни органични замърсители. Наномериали се прилагат за улавяне и очистване на тежки метали в отпадните води и ликвидиране на стари замърсявания в промишлени и други площадки. В други случаи илюминирани наночастици се прилагат за окисляване на замърсители в разтвор или е аерозоли. Най-новите изследвания доказват ,че наночастички от TiO2 облъчени с ултравиолетова светлина, могат да се прилагат за пречистване на редица опасни атмосферни замърсители, като органични съединения, вируси, клетки и други. .Наноматериали с подходящи повърхностни свойства могат да се използват за отделяне или свързване на тежки метали от замърсени с тях почви.
4.След разработване и приложение на мезопорестия материал MСМ-41 с размер на порите в границите от 10 до 100nm, той вече намира реализация за очистване и ликвидиране на отпадъците от тежки метали в ядрените електроцентрали. Приложението на наноматериали позволява не само да се отделят специфични и тежки метали в генерираните отпадъци, но и да се намалят значително разходите при използването на този нов метод
Втората група ученици обобщи следните изводи
Наноструктурираните системи откриват потенциална възможност за създаване и приложение на възстановими енергийни устройства с много по-малко генериране и отделяне на отпадъци. Това се постига чрез разработване и внедряване на батерии или клетки с наноразмерни или мезоразмерни електроди за съхраняване на енергия за транспортните средства. При тяхното използване се постига огромно редуциране на отрицателното действие на емисиите от транспорта на околната среда.
Пречистване на води
Приложение на нанопорести полимери за пречистване на води .
Рзработена е технология за получаване на нов клас органични полимери с наноразмерни пори. Те са получени на основата на циклодекстрини, използвани като главен компонент при синтезата.
Получаваният нанопорест полимерен материал има превъзходна задържаща способност и молекулно-транспортни свойства по отношение на молекулите на някои органични съединения на фазовата гранична повърхност течна-твърда фаза.
С помощта на този полимерен нанопорест материал изключително ефективно могат да се уловят и отделят опасни органични замърсители от отпадните води. Възможно е да се постигне остатъчна концентрация на органичните замърсители в очистваните води до трилионни части.
Двете групи съвместно разгледаха уникалната роля на наноматериалите.
В това отношение могат да се посочат някои прилагани или в процес на разработване наноматериали и процеси:
Използване на природни и синтетични зеолити и други почвени нанопорести кондиционери за контрол на съхранението и управлявано използване на влагата в почвите;
Kонтролирано отделяне и усвояване на микро- и макрохранителните елементи от прилаганите в земеделието изкуствени торове;
Използване на природните зеолити като йоннообменни средства за отчистване на отпадните води и детергенти;
Прилагане на силикагел и други нанофазни твърди материали за изсушаване на различни хомогенни и хетерогенни системи;
Използване на природни зеолити глини като част от защитните материали срещу радионуклиди в депата за сладиране на ядрени отпадъци;
Прибавяне на природни зеолити и аломосиликати към храната на животните за регулирането на освояването на храните и по-бързото развитие и други.
Литература
Високов,Г. Цветков Ц. Нанотехнологии и наноматериали,2008,Българско водородно общество
Цветков Ц, Цветков Б.Водородна енергетика, хибридни системи и горивни елементи,2017 Българско водородно общество
Високов, Г. Приложна плазмохимия. Том 1,1984, Техника
Нанотехнологии и наноматериали