Вода - самое удивительное и самое загадочное вещество на Земле. Она играет важнейшую роль во всех жизненных процессах и явлений, происходящих на нашей планете и за ее пределами. Именно поэтому, древние философы рассматривали воду (hydor) в качестве важнейшей составляющей части материи.
Современная наука утвердила роль воды как универсального, планетарного компонента, определяющего структуру и свойства бесчисленного множества объектов живой и неживой природы.
Развитие молекулярных и структурно-химических представлений позволило дать объяснение исключительной способности молекул воды образовывать связи с молекулами почти всех веществ.
Стала проясняться также роль связанной воды в формировании важнейших физических свойств гидратированных органических и неорганических веществ. Большой и все возрастающий научный интерес привлекает проблема биологической роли воды.
Нанотехнологу недостаточно знать, как устроена наноструктура в ее «ставшем» или застывшем состоянии. Такие определения даже плохо применимы к наноструктурам. Необходимо понимать, как они преобразуются. Наиболее распространенный пример такого преобразования — химическая реакция. В начале мы имеем одну совокупность атомов и молекул, на выходе получаем совершенно другую. Превращение одних молекул в другие, как правило, связано с преодолением потенциального (квантового) барьера. Наличие этого барьера обусловлено тем, что каждая молекула (а также, атом, ион, и т. п.) представляет собой энергетически более или менее устойчивое образование. Перестройка реагирующих сущностей требует разрыва или ослабления существующих химических связей, на что необходимо затратить энергию. Что, собственно, заставляет атомы соединяться друг с другом в молекулы и в кристаллы? Прежде всего, это электрические силы — атомы состоят из зарядов, которые взаимно притягиваются и отталкиваются друг от друга. При достаточном приближении двух атомов начинается взаимное влияние их зарядов и устойчивая конфигурация изменяется.
Вода – это чудо. При всем пафосе подобного утверждения, его нельзя назвать столь уж большим преувеличением. Вода – ключевой элемент жизни на Земле. Свойства ее удивительны на фоне большинства аналогичных соединений. Достаточно вспомнить такую мелочь, что в твердой форме льда она имеет меньшую плотность, чем в жидко. Это, кстати, позволяет водоемам замерзать с поверхности, оставляя сложным организмам возможность выжить всю зиму под ледяной коркой. Большинство необычных свойств воды связаны со способностью ее молекул образовывать водородные связи, соединяя молекулы в жидкости слабыми, но многочисленными взаимодействиями.
Ну а на днях обнаружилось, что вода – еще более странное соединение, чем можно было подумать. Джордж Рейтер (George Reiter) и его команда показали, что в особых случаях она может переходить в удивительную форму «квантовой воды».
Последовали два давно объявленных в Интернете небольших контр-изобретения. Они касаются защиты населения, систем водоснабжения и окружающей среды от токсичного сорбента УСВР, опасно насаждаемого в сферу доочистки питьевой воды - в быту и ЖКХ, включая попытки создателей УСВР-дуста "оседлать" государственную программу "Чистая вода". Мной предложено перенацелить УСВР на другое: поставлять его населению в форме безопасных изделий, преимущественно для забавы и одновременно с пользой государству.
Учитывая высокую поглотительную способность сорбента УСВР (согласно данным Интернета) по отношению к металлам, УСВР можно использовать (после некоторой доработки) для извлечения золота, серебра и платины из высокоминерализованной морской воды Мирового океана (водопроводная вода - пресная, да ещё обедняется от этих элементов в процессе очистки её на станциях).
Исходя из вышеизложенного, автор статьи предлагает населению в свободное пользование три простейших способа выявления лже-нанофильтра при покупке, в быту и на работе, при взятии воды из водопроводного крана, запитанного от трубы с лже-нанофильтром. Патентование этих способов считаю нецелесообразным по причине их массовой потребности и общей доступности, а также ввиду широкой известности по школьному курсу химии применённых в способах оптических эффектов:
1. Способ моментального определения некачественной воды из фильтра, включающий наполнение водой прозрачного сосуда и просвечивание его дневным светом, например, из окна помещения, отличающийся тем, что берут сосуд с бесцветным корпусом, сосуд с водой просматривают сбоку на затемнённом фоне, визуально определяют изменение цвета воды, и в случае обнаружения его изменения - показателя наличия остаточных или привнесённых фильтром высокодисперсных, например коллоидных, примесей, признают воду некачественной, а фильтр негодным.
Чуть ли не первостепенным, очень крикливым, "достоинством" фильтрующих изделий на основе нанопористых графитовых порошков УСВР Петрика заявлен "голубой цвет воды" - из-под фильтров "Геракл", "Серебряная формула", "Золотая формула" ZF и прочих. Довольно длительное моё теоретическое исследование этого "феномена" привело к следующим предвиденным результатам.
1. Тщательный расчёт фильтрующих свойств УСВР Петрика показал, что этот материал является суффозионно неустойчивым, даже когда он находится в плотном состоянии с порами размером 100 нм. Это означает, что под действием потока воды из массы УСВР вымываются мельчайшие частицы материала. В итоге они оказываются в водоприёмном сосуде. Этому способствует очень большой размер пор порошка УСВР Петрика в период фильтрации до "самозапирания" лженанофильтра, достигающий изначально 36500 нм. К тому же, процесс уплотнения (деформации) УСВР Петрика ослабляет сцепление мельчайших частиц с крупными, и они интенсивно перемещаются водой в сосуд.
Расчет потенциальной опасности наноматериала УСВР для здоровья человека методом математического моделирования согласно МР 1.2.2522-09 Роспотребнадзора
Расчёты выполнены методом математического моделирования согласно документу "Методические рекомендации по выявлению наноматериалов, представляющих потенциальную опасность для здоровья человека. МР 1.2.2522-09. М. ФЦ гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 01.07.2009" - vik-nik-2009.narod.ru/VK_July.pdf, журнал Водоснабжение и канализация, №7, 2009.
Алгоритм этого метода, позволяющий определить наноматериалы, представляющие опасность для здоровья человека, с наибольшей степенью достоверности, описан применительно к техническим, биологическим и экологическим объектам в руководствах "Гмошинский В.Г., Практика прогнозирования, М.: Знание, 1972" и "Гмошинский В.Г. Инженерная экология, М.: Знание, 1977".
При этом всплеск N на графике величиной S=+200 единиц в первые 0,25 часа в точке 2 относительно контрольного опыта в точке 1 не следует воспринимать как обладание первым фильтратом w=10 л некой повышенной жизненной силой для инфузорий и людей. Всплеск является, безусловно, лишь следствием присутствия в первом фильтрате, как правило загрязнённом (это обычное явление - подтягивать сюда структурные изменения воды на молекулярном уровне, и тому подобное слабо изученное, означало бы игнорирование закономерностей фильтрования жидкостей), каких-то объектов, вымытых из грязной загрузки и влияющих на развитие инфузорий в фильтрате. Ими могут быть бактерии, наночастицы, растворённые вещества - пища (?) для инфузорий.
Эта "пища" даёт о себе знать в течение 48 ч тестирования пробы при w=10 л (пик на ломаных), и привела к недопустимому коэффициенту токсичности фильтрата Кт=104% (Кт'48,10=-4%, рис.2).
У современных специалистов широкого профиля - инженеров-гидротехников - продуктивной целью их пристального внимания к новизне, задачами их изобретений и науки во взаимосвязанных областях управления природными водными потоками, водоснабжения, энергетики, орошения земель и охраны окружающей среды является повышение надёжности и КПД гидросооружений, качества продуктов питания - и в первую очередь питьевой воды, снижение расходования материалов и энергетических затрат, преобразование водной энергии в электрическую и многое другое, в том числе противоборство шарлатанству в столь всеобъемлющей народнохозяйственной сфере как водоснабжение, которое живёт и здравствует.
И вдруг! Читаем в проекте государственной программы "Чистая вода" www.goswater.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=65&Itemid=77, направленном в апреле 2009 г. Минэкономразвития России в Правительство Российской Федерации: "... к основным проблемам в секторе бесперебойного снабжения чистой водой можно отнести... отсутствие отечественной технологической базы...". Это процитировано в журнале «Чистая вода: проблемы и решения», №1, 2009, председатель редакционного совета которого - радиоинженер (?), заместитель - учитель литературы!
Невольно задаёшься вопросом: что побуждает некоторых неугомонных российских новаторов насаждать по всей стране в качестве фильтрующей загрузки в доочистные нанофильтры для воды пылеи пухообразный графит-деструктивный порошок (dust) УСВР (Сертификат Российского морского регистра судоходства на УСВР. 19.07.00) и ему подобные?
Ведь изделия на их основе, которые выдаются за эффективные (даже особо уникальные) нанофильтры для очистки всевозможной по загрязнённости воды "Золотая формула" В.И. Петрика многочисленных модификаций, не могут являться ими по существу. Для специалиста это ясно, как божий день.
Их история напоминает нам средневековую легенду о символе человеческого стремления к познанию мира - докторе-алхимике Иоганне Фаусте, заключившем договор с дьяволом, чтобы получить знание, с помощью которого можно было бы превращать неблагородные металлы в золото. "Алхимики" УСВР, похоже, в дьяволе уже даже и не нуждаются! Неистово рекламируемые ими для очистки воды "нанофильтры" с параметрами УСВР по Сертификату от 19.07.00 никаким образом не отвечают здравому смыслу и требованиям отрасли хозяйственно-питьевого водоснабжения. Абсурдная же ставка на них государственной программы "Чистая вода" подорвёт экономику страны и "здоровье нации". Раскроем пагубные признаки основ этой "золотой лихорадки", непримиримые противоречия (антагонизм) в программе "Чистая вода" (идее - коль ещё не утверждена).
ИНТЕГРАЛЬНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИН БУРНОГО ПОТОКА ВОДЫ
Метод мной разработан, обоснован аналитически путём составления рядов Фурье и положен в основу образца автоматического измерителя глубины бурных потоков воды, изготовленного собственноручно, фото ниже (на гидравлическом лотке). Он сам перемещается по направляющим в точку измерения, производит замеры, выдает результат, переходит в соседнюю или заданную любую дальнюю точку, делает то же и т. д. Эффективно применяется в научных исследованиях гидравлических процессов в лаборатории одного из институтов. В производство для тиражирования он не передавался, поэтому промышленность такой интегратор пока не выпускает.
Это - одна из начальных проб себя в самостоятельных научных исследованиях. Будучи аспирантом, я увлекался, помимо основной темы, первичными электрическими датчиками измерительного назначения в области гидравлики. В частности, замечая мимоходом, как другие аспиранты производят трудоёмкие "точные" замеры хаотически колеблющихся уровней воды турбулентных потоков в гидравлических лотках и на русловых площадках, меня заинтересовал вопрос автоматизации таких исследований с целью повышения точности измерений и исключения субъективизма в этом.
Порошковые нанонапористые фильтры. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА НЕСОСТОЯТЕЛЬНОСТИ ПОРОШКОВЫХ НАНОПОРИСТЫХ ФИЛЬТРОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ
— на примере УСВР с позиции научной теории фильтрования воды — — журнал Водоснабжение и канализация. 2009. №6 даёт комплексную оценку УСВР —
В Интернете есть адреса видеороликов, которые демонстрируют состоявшиеся ещё 9.11.2007 выступления председателя Госдумы РФ Б.В. Грызлова, главы Росатома С.В. Кириенко и В.И. Петрика перед журналистами в Радиевом институте (Санкт-Петербург), например, www.goldenfilter.ru/...105 (след. 106, 107). Интересно посмотреть, особенно послушать о разработках академика РАЕН В.И. Петрика, в том числе опус его самого. Всё - в жанре "Впервые в мире". Невольно созрел вопрос, есть ли научное подтверждение столь прогрессивным достижениям, ярко представленным в этих сообщениях. В частности, о получении из жидких радиоактивных отходов фильтрата с качеством "до уровня невмешательства", т.е. качества питьевой воды. Всякого ранга заключения и словесные ссылки на президентскую лабораторию США - на слуху и давно настораживают признаками фокусов, крикливым, революционным смыслом речей в противопоставлении современным технологиям очистки воды фильтрами, отсутствием целостной научной оценки таких заявлений.
5 декабря на Международном форуме по нанотехнологиям были представлены итоги опроса населения, проведенного экспертами Института статистических исследований и экономики знаний ГУ-ВШЭ.
Россияне весьма озабочены качеством питьевой воды, поступающей в жилые дома, и больше всего заинтересованы в развитии технологий, связанных с ее очисткой. Об этом несколько неожиданном итоге опроса населения, проведенного экспертами Института статистических исследований и экономики знаний (ИСИЭЗ) ГУ-ВШЭ, рассказала научный сотрудник ИСИЭЗ Марина Дорошенко, выступившая на сессии "Форсайт в области нанотехнологий: механизмы реализации", которая прошла 5 декабря в рамках Международного московского форума по нанотехнологиям.
Это выступление, посвященное возможностям нанотехнологий на примере главного вызова, который предъявляет властям и ученым население России, подвело яркий эмоциональный итог сессии, которая прошла в рамках секции "Форсайт, дорожные карты и индикаторы в области нанотехнологий и наноиндустрии", организованной на форуме Вышкой.
Традиционные технологии опреснения морской воды очень энергоемки, поэтому немецкие ученые работают над совершенствованием более экономичного метода на основе обратного осмоса.
Как известно, многие регионы мира испытывают острый дефицит пресной воды. Один из путей его преодоления - опреснение воды морской. Беда лишь в том, что традиционно используемая для этого технология дистилляции, то есть, проще говоря, выпаривание и конденсация, чрезвычайно энергоемка. Именно это обстоятельство и побуждает инженеров работать над совершенствованием альтернативных методов опреснения воды.
Наиболее перспективной считается технология на основе так называемого обратного осмоса. Речь идет о подаче раствора, в данном случае морской воды, под давлением на специальную полупроницаемую мембрану, которая пропускает растворитель, то есть воду, и задерживает растворенное вещество, то есть морскую соль. В последние годы наиболее активно разработка таких специальных мембран ведется в Научно-исследовательском центре GKSS в городке Гестхахт на севере Германии. Здесь, в Институте изучения полимеров, уже давно разрабатывают мембраны самого разного назначения - для очистки сточных вод, для фильтрации выбрасываемых в атмосферу промышленных газов, для опреснения морской воды. "Вот эти последние мы и пытаемся усовершенствовать", - говорит профессор Клаус-Виктор Пайнеман (Klaus-Viktor Peinemann).
Нанотехнологии подразумевают использование большого разнообразия инструментальных средств, методов и технологий, которые состоят из частиц, размер которых приблизительно составляет несколько сотен нанометров в диаметре. Частицы такого размера имеют уникальные физико-химические и поверхностные свойства, которые придают им тем самым новые возможности в использовании. На самом деле, защитники нанотехнологий напоминают, что эта область исследования могла бы посодействовать решениям некоторых основных проблем, с которыми мы сталкиваемся на глобальном уровне, такими как, например, обеспечение поставок безопасной питьевой воды для увеличивающегося населения, или, решая важные вопросы в медицине, энергетике, и сельском хозяйстве.
Публикуя анализ исследований в Международном Журнале Ядерного Опреснения (International Journal of Nuclear Desalination), ученые Индии (D.J Sanghvi College of Engineering) объясняют, что в нанотехнологиях существует несколько методов очистки воды, которые были недавно открыты, а некоторые из них уже используются. "Устройства по обработке воды, которые включают в себя нанослойные материалы, уже доступны, и, при этом, растущая потребность человечества в чистой воде возрастает", - объясняет ученый Алпана Махапатра (Alpana Mahapatra) и его коллеги Farida Valli и Karishma Tijoriwala.
Исследователи из США разработали эффективный опреснитель морской воды, который может приводиться в действие только солнечным светом. Новый подход позволяет разработать маломасштабные или портативные устройства опреснения воды, которые могут применяться для получения питьевой воды в засушливых районах или зонах стихийного бедствия.
Хлорид-ионы, ионы натрия и другие заряженные частицы выводятся из смеси в виде концентрированного раствора, опресненная вода стекает по отдельному каналу.
(Рисунок из Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/NNANO.2010.34)
В настоящее время для решения проблемы дефицита питьевой воды и опреснения морской воды часто применяются полупроницаемые мембраны. Также для опреснения морской воды применяют обратимый осмос, в ходе которого воду пропускают через мембраны для отделения соли и электродиализ – при использовании этого метода ионы соли «продавливают через мембрану с помощью электрического тока.
«Наноочисткой» вод сегодня усиленно занимаются во всей России. Массовое поветрие, похоже, пошло с сентябрьского визита президента РФ Дмитрия Медведева в Казахстан, где на совместной выставке представители ГК РОСНАНО предложили главе государства испить болотной водицы. Естественно, водица была очищена — с помощью разработанных томскими учеными нанофильтров. Президент предусмотрительно пить ничего не стал, оставив право пробы воды из болота, пусть даже очищенной, своему помощнику. Помощник остался жив, и после этого в стране началась просто эпидемия с «наноочисткой» воды. Теперь воду не очищают разве что самые ленивые.
С помощью нанотехнологий «чистят» все и всеми способами. В Кабардино-Балкарии на основе нанотехнологий получают полимерно-глинистые сорбенты, которые служат для очистки и обеззараживания как питьевой воды, так и промышленных и бытовых стоков — последние с помощью сорбентов очищают от нефтепродуктов и органики — фенола, красителей и т.п. С начала года СМИ наполнили сообщения о том, что кубанский академик Николай Вершинин изобрел новую технологию для очистки воды с помощью нанотехнологий, и что эта технология теоретически способна сделать чистыми воды реки Кубань и даже Черного моря. В качестве расходного материала используется обычная негашеная известь. Как уверяют средства массовой информации, одна такая очистная установка уже работает на винодельческом предприятии в Темрюке.
В Стэнфордском университете (США - смотрите сайт университета по ссылке - www.stanford.edu/) изготовлена модель фильтра из хлопчатобумажной ткани с добавлением нанопроволок и нанотрубок, предназначенного для обеззараживания воды.
Известные варианты фильтров, которые механически задерживают микроорганизмы, пропускают воду довольно медленно; кроме того, жидкость приходится подавать под напором, а это требует дополнительного оборудования и увеличивает расход электроэнергии. Новая модель, по словам авторов, работает примерно в 80 000 раз быстрее, демонстрируя пропускную способность в 100 000 л•ч-1•м-2. При этом вода может поступать естественным образом — под действием силы тяжести.
Серебряные нанопровода в структуре ткани, которой принадлежат крупные волокна (иллюстрация авторов работы).
Нанотехнологии относятся к широкому спектру инструментов, методов и приложений, которые связаны с использованием частиц размером от нескольких до сотен нанометров. Частицы такого размера имеют уникальные физико-химические и поверхностные свойства, которые открывают для них новые возможности использования.
Действительно, сторонники нанотехнологий предполагают, что эта область исследований может способствовать решению некоторых проблем, с которыми мы сталкиваемся в глобальном масштабе, таких как обеспечение снабжения безопасной питьевой воды для растущего населения, а также решение вопросов в области медицины, энергетики и сельского хозяйства.
В настоящее время существует несколько способов нанотехнологической очистки воды, которые в настоящее время разрабатываются, а некоторые из них уже используются. «Подготовка устройств, которые включают наноразмерные материалы, уже существует, а потребности человека в чистой воде растут».
Много тайн и загадок хранит самая аномальная субстанция на планете Земля – вода. Но самое удивительное в её структуре заключается в том, что ассоциаты молекул воды при сверхнизких отрицательных температурах и сверхвысоких давлениях внутри углеродных нанотрубок могут кристаллизоваться в форме двойной спирали, напоминающую основы жизни – молекулу дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК). Это было недавно доказано компьютерными экспериментами американских учёных под руководством Сяо Чэн Цзэна из Университета штата Небраска (США).
ДНК представляет собой двойную цепочку, скрученную в спираль. Каждая нить состоит из "кирпичиков" - из последовательно соединенных нуклеотидов. Каждый нуклеотид ДНК содержит одно из четырёх азотистых оснований - гуанин (G), аденин (A) (пурины), тимин (T) и цитозин (C) (пиримидины), связанное с дезоксирибозой, к последней, в свою очередь, присоединена фосфатная группа. Между собой соседние нуклеотиды соединены в цепи фосфодиэфирной связью, образованной 3'-гидроксильной (3'-ОН) и 5'-фосфатной группами (5'-РО3). Это свойство обуславливает наличие полярности в ДНК, т.е. противоположной направленности, а именно 5'и 3'-концов: 5'-концу одной нити соответствует 3'-конец второй нити.
