Экологические науки и санитария привлекают к себе все большее внимание в связи с растущими новостными сообщениями о глобальном потеплении, загрязнении воздуха, воды и почвы, а также о растущем давлении на безопасную окружающую среду и продовольственное снабжение растущего населения.

По мере того, как во всем мире растет осознание проблем окружающей среды и безопасности, мы не только осознаем необходимость принятия упреждающих мер по предотвращению загрязнения окружающей среды и охране здоровья населения, но и исправляем некоторые ошибочные решения, принятые несколько десятилетий назад. Сегодня мы благодарны тем, кто помогает очистить загрязненный воздух и воду, очистить почву и заменить опасные химические вещества, которые окружают нас, такие как игрушки, одежда, косметика, средства по уходу за кожей и продукты питания.

Взаимодействие наноматериалов играет решающую роль в этих областях, и глубокое понимание этой области внесет важный вклад в представление, оценку, прогнозирование и контроль рисков - в обеспечение здоровья и безопасности в будущем, а также в очистку от загрязнения в прошлом.

[Окружающая среда / нанотоксикология]

Сегодня наночастицы повсюду вокруг нас. Эти крошечные частицы попали в такие продукты, как солнцезащитные кремы, упаковка продуктов питания, лекарства, одежда и краски, и постоянно попадают в новые области. Однако потенциальные риски преднамеренного и непреднамеренного воздействия наночастиц еще не полностью оценены. Это также привлекло больше внимания к нанотоксикологии.

Нанотехнология является относительно новой областью науки, которая использует тот факт, что свойства материалов меняются по мере уменьшения размеров от макроскопических до нанометровых. Идеальные свойства инженерных наноматериалов были применены во многих различных областях, и они искали новые способы применения. Не только использование и распространение наноматериалов растет, но и объекты наноразмерного размера могут вызывать побочные эффекты процессов, таких как сжигание и механический износ.

В результате наноматериалы расширяются и высвобождаются в нашем окружении и окружающей среде, что увеличивает воздействие наночастиц. Однако эти удовлетворительные свойства нового материала сопровождаются неизвестными аспектами. Люди часто не знают, как эти частицы взаимодействуют и ведут себя на протяжении всего жизненного цикла. Значительные усилия и ресурсы сосредоточены на нанотоксикологии для оценки воздействия преднамеренного и непреднамеренного воздействия наноматериалов, чтобы гарантировать, что это безопасно для людей и окружающей среды.

Взаимодействие наночастиц с окружающей средой

При оценке нанобезопасности важно понимать, как наночастицы ведут себя в условиях воздействия. Они должны проводить исследования в соответствующих биологических средах, где можно контролировать взаимодействие между наночастицами и молекулами, с которыми они сталкиваются на протяжении всего своего жизненного цикла. Характер взаимодействия с окружающей средой зависит от наночастиц материала, размера, поверхностного заряда и функциональности, а также окружающей среды, такой как pH. Когда наночастицы высвобождаются, они начинают адсорбировать органические и неорганические материалы, создавая новый интерфейс, так называемый ореол или биоэлектрический слой, который придает окружающей среде новые характеристики. QSense QCM - D может изучать такие взаимодействия между наночастицами и окружающей средой, например, в этом исследовании была оценена биологическая переносимость наночастиц в пищеварительной системе человека. В блоге также рассматриваются несколько примеров взаимодействия с наночастицами в соответствующем контексте. Воздействие наночастиц на фосфатные мембраны также было успешно изучено с помощью раковины Langmuir.

[Окружающая среда / очистка воды и почвы]

Вода и почва являются двумя основными элементами, необходимыми для обеспечения здоровья и благополучия наших людей и других живых существ на этой планете. Эти две области не только обеспечивают окружающую среду для нашего выживания и развития, но и являются необходимыми условиями для обеспечения продовольственной цепочки для нас и будущих поколений. Однако сегодня все большую озабоченность вызывает экологическое загрязнение воды и почвы.

Загрязнение окружающей среды является антропогенным и происходит из целого ряда источников. Промышленность выделяет токсичные побочные продукты и загрязненные сточные воды, а сельскохозяйственные удобрения и пестициды просачиваются в землю. Другими источниками являются неочищенные сточные воды, разливы нефти, радиоактивное загрязнение и кислотные дожди, все из которых представляют опасность для здоровья человека. В то время как мы наблюдаем рост населения и рост глобального богатства, мы наблюдаем деградацию этих двух важнейших природных ресурсов. Растущее число людей в мире и вызванный этим высокий уровень потребления образа жизни оказывают давление на ресурсы, имеющиеся для поддержки растущего потребления и изменяющихся потребительских привычек. Для удовлетворения потребительского спроса и обеспечения наличия здоровых почв и чистой воды необходимо очистить загрязненную воду и почву.

Очистка и фильтрация воды

Чистая вода является все более дефицитным ресурсом. Потребность в высококачественной воде заключается не только в обеспечении питьевой водой растущего числа людей на Земле, но и в производстве продуктов питания, одежды и сельского хозяйства, которые поддерживают высокий уровень потребления. Чтобы обеспечить устойчивое водоснабжение будущих поколений и безопасную среду обитания для водных организмов, нам необходимо улучшить использование ресурсов и восстановить воду, которую мы использовали. Нам также необходимо очищать уже загрязненные источники воды, такие как реки, озера и океаны. В районах с недостаточным запасом пресной воды рециркуляция и опреснение могут обеспечить решение для потребительского спроса.

Одним из эффективных методов борьбы с загрязнителями воды является мембранная фильтрация, которая может использоваться для рекуперации, повторного использования и опреснения воды. QSense QCM - D может быть использован для разработки и оценки фильтрационных мембран, характеризующих их растворимость и фильтрационные свойства, такие как мембраны обратного осмоса для опреснения морской воды и очистки сточных вод, а также загрязнение мембран.

Очистка почвы

Восстановление почвы - это процесс удаления или очистки загрязненной почвы различными способами. Биологическое восстановление является одним из наиболее значимых методов очистки почвы. В биовосстановлении микроорганизмы используются для разложения загрязняющих веществ в почве. Биотерапия часто используется для обработки органических загрязнителей, таких как нефть и топливо на основе нефти.

Основная трудность биовосстановления заключается в наличии загрязнителей, поскольку эти гидрофобные соединения связываются с частицами почвы и имеют низкую растворимость в воде. Для усиления воздействия загрязняющих веществ на микроорганизмы и, следовательно, их разложения обычно используются поверхностно - активные вещества. Поверхностно - активные вещества могут использоваться для повышения абсорбции и растворимости нефтяных углеводородов, тем самым способствуя их микробной ассимиляции.

Большинство продаваемых на рынке ПАВ синтезируются из побочных продуктов нефти. Однако растущие экологические проблемы привели к разработке альтернативных природных поверхностно - активных веществ для замены существующих продуктов. Эти биологически поверхностно - активные вещества обычно представляют собой гликолиды, липопротеины, фосфаты, жирные кислоты или полимеры их химических свойств. При низких концентрациях биоповерхностно - активные вещества растворяются в воде, но при более высоких концентрациях образуются пучки. Точка образования пучка называется точкой критической концентрации пучка (CMC). Критическая концентрация пучка в растворе биоПАВ обычно измеряется, так как растворение нефтяных углеводородов обычно происходит над CMC. С экономической и экологической точек зрения важно использовать как можно меньше поверхностно - активных веществ.

[Окружающая среда / связывание углерода]

По мере того, как глобальное потепление и его воздействие на Землю привлекают все большее внимание, накопление парниковых газов, в основном углекислого газа, стало предметом многих исследовательских групп. Безопасное улавливание углекислого газа и его хранение в глубоких солончаково - щелочных водоносных горизонтах рассматриваются в качестве жизнеспособного средства контроля за выбросами углерода в атмосферу.

Одна из потенциальных подземных систем, рассматриваемых для геологического хранения, связана с глубокими солончаково - щелочными водоносными горизонтами. Для успешного хранения CO2 необходимо обеспечить долгосрочное улавливание CO2. Это требует понимания всех физических и химических механизмов улавливания, которые могут сохранить углекислыйгаз. Наибольшее и непосредственное воздействие оказывает улавливание диоксида углерода в непроницаемом замкнутом слое или фиксированный диоксид углерода в пористости водоносного горизонта. Эффективность обоих механизмов улавливания зависит от капиллярного давления, поэтому свойства натяжения интерфейса между углекислым газом - соленой водой и углекислым газом - породой играют важную роль. Понимание этих взаимодействий требует измерений при высоких температурах и давлении для моделирования условий хранения воды.

CO2 - взаимодействие соленой воды (горных пород) при высоком давлении

Были изучены функциональные связи между натяжением на границе CO2 - соленой воды и давлением, температурой, составом солей и концентрацией. На рисунке 1 показаны типичные измерения натяжения интерфейса, которые показывают, что значение натяжения интерфейса уравновешивается при давлении около 120 бар.

CO2 - Интерфейсное натяжение между водой и CO2 - Соленой водой (35000 ppm) Функциональное соотношение давления (45°C)

Влажность обычно определяется как тенденция к тому, что одна жидкость находится в другой несовместимой жидкости и прилипает к твердой поверхности. В случае водоносных горизонтов необходимо учитывать системы соленой воды - углекислого газа - горных пород. Если камни мокрые, соленая вода занимает небольшие отверстия и контактирует с большинством камней. Аналогичным образом, если вводимый CO2 в конечном итоге намочит породу, он будет занимать небольшие отверстия и вступать в контакт с большинством пород. Изменения увлажняемости изучаются путем измерения угла контакта CO2 на поверхности минералов в соленой воде при высоком давлении и высокой температуре.

[Экологическое / биологическое загрязнение и оценка биопленок]

Биологическое загрязнение и образование биопленок за пределами экосистем, которые происходят естественным образом, представляют собой опасность. Накопление бактериальных колоний (как правило, в промышленных условиях) приводит к деградации донных материалов, вызывая коррозию и отказы материалов.

Это приведет к производственным потерям и увеличению затрат. Кроме того, это также создает риски для здоровья, такие как снижение свойств фильтрующей мембраны, влияя на мембранный поток, что влияет на качество питьевой воды.

Биологические мембраны широко распространены как часть более крупных экосистем, но эти микробные пучки также выживают и размножаются в искусственных зданиях, которые обеспечивают влажную и питательную среду для микроорганизмов. Как правило, страдают стоки сточных вод, производственные объекты, использующие водоохлаждающие трубопроводы, другие системы трубопроводов (например, трубопроводы или трубопроводы) и мембранные системы, такие как мембранные биореакторы и мембраны обратного осмоса, используемые для фильтрации сточных вод. Издержки, связанные с потерями, вызванными биологическим загрязнением, огромны, а последствия, связанные с риском для жизни и здоровья людей, весьма серьезны. Поэтому очень важно понимать и предотвращать биологическое загрязнение.

Биологическое загрязнение, образование биопленок и признаки противообрастающих красок

Биологические мембраны являются основным препятствием для эффективности мембранных и фильтрационных процессов. Например, одним из наиболее важных факторов, влияющих на производительность мембранных биореакторов, является загрязнение мембран, вызванное внеклеточными полимерными веществами, выделяемыми микроорганизмами. Хотя мембранная очистка широко изучена, методы предотвращения загрязнения более привлекательны. Поэтому для обеспечения оптимальной долгосрочной производительности мембраны имеет смысл понять и представить, как минимизировать и предотвратить загрязнение и условия формирования биопленки. С помощью QSense QCM - D (технологии, которая может быть использована для описания процессов осаждения и загрязнения, а также для обнаружения образования биологических мембран) можно измерить адгезию и рост бактерий, чтобы собрать информацию, которая поможет лучше понять взаимосвязь между свойствами поверхности мембраны и тенденцией к загрязнению. Эта технология также может быть использована для оценки антипиренов и противообрастающих схем, а также для оказания помощи в проектировании противообрастающих покрытий.

Угол контакта для обозначения мембраны

Из - за органических веществ, таких как неорганические вещества (соли, осадки, такие как гидроксиды металлов и карбонаты), коллоиды (взвешенные частицы, такие как диоксид кремния), микробиологические загрязнители и частицы блокируют поры на поверхности мембраны или через грязь, образованную массивами, вызывая загрязнение мембраны. Поскольку большинство загрязнителей по своей природе гидрофобны, обычно считается, что необходимы гидрофильные мембраны. Использование различных типов покрытия и обработки поверхности может сделать пленку более гидрофильной. Для оценки поверхностной гидрофильности обычно используются измерения угла контакта.

[Окружающая среда / обезчернивание]

Дечернилка - это промышленный процесс удаления чернил из переработанного бумажного волокна для изготовления обезчерненной бумаги.

флотационный процесс в обезчернивании

Пеноматериальная флотация является широко используемым процессом обезчернивания. Это происходит из процесса флотации, обычно используемого при добыче полезных ископаемых. Принцип процесса флотации прост: в резервуаре для флотации мелкие пузырьки разбросаны по целлюлозе. Пузырьки поднимаются, собирая частицы гидрофобных чернил. Таким образом, частицы чернил поднимаются на верхнюю часть резервуара, чтобы быть выбранными, а целлюлоза для удаления чернил собирается со дна резервуара.

Рассеянные пузырьки играют ключевую роль в этом процессе. Их свойства сильно зависят от компонентов жидкой среды, состоящих из воды и флотационных реагентов, таких как пенообразователи, собиратели, ингибиторы и т.д. Во всех этих реагентах пенообразователь является поверхностно - активным веществом, влияющим на образование и поведение пузырьков. Молекулы пузырьков адсорбируются на поверхности пузырьков образуя адсорбционный слой. Во время адсорбции поверхностное натяжение снижается до достижения равновесного значения. В динамических условиях динамика адсорбции и адсорбции поверхностно - активных веществ из раствора оказывает значительное влияние на поведение пузырьков. Понимание реологических свойств адсорбционного слоя важно для обозначения коммерческих поверхностно - активных веществ.

Скачать Application Digest: Применение технологии колебательных капель для описания поведения поверхностно - активных веществ во время флотации.