Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка нанотехнологий для ремедиации и эко-токсикологической оценки химических и радиохимических загрязнений природных сред

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0693
Организация
МБЦ МГУ
Руководитель работ
Вржещ Петр Владимирович

Информация отсутствует

Соисполнители

Организация
ОАО "Биохиммаш"

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Терехова Вера Александровна

Этапы проекта

1
29.03.2010 - 15.07.2010
Объект исследования - технологии производства магнитоактивных наноструктурированных сорбентов на основе природных полимеров (гуминовых веществ) и химически связанных магнитоактивных наночастиц и оценки их токсичности для последующего использования в магнитной сепарации конгломерата «загрязнитель-сорбент».
Цель 1 этапа работы - поиск научно-обоснованных подходов к созданию магнитоактивного нанокомпозита для сорбции химических и радиохимических загрязнений природных сред и их экотоксикологической оценки.
Методы проведения работы. Аналитические исследования существующих технологий ремедиации по литературным источникам. Поиск публикаций по теме проекта проводился по библиотечным и web ресурсам, включая ресурсы МГУ, ИПХФ РАН, базы данных Chemical Abstracts с 2000 г., www.e-library.ru, ресурсы Elsevier и Cranfield University, другим современным web ресурсам (Science Direct, ISI Web of Science), и on-line подписке на все приоритетные журналы в области научных исследований проекта (напр., Environmental Science and Technology, Geochimica et Cosmochimica Acta, Journal of Environmental Quality, Water Research, Water Resources Research, etc.). Для поиска были использованы следующие ключевые слова: remediation, pollution, toxicant, xenobiotics, humic, binding, detoxification, heavy metals, radionuclides, bioassays. Список цитируемых источников включает 148 публикаций.
Для выполнения экспериментальной части работы привлечен широкий спектр физических, химических и биологических методов исследования. Наноразмерные частицы композита на основе магнетита и гуминовых кислот получены методами твердофазного синтеза в планетарной шаровой мельнице. Для характеристики физико-химических свойств нанокомпозита и прекурсоров использованы данные элементного анализа, ИК-, ЯМР- и Месс-бауеровской спектроскопии, гель-хроматографического и рентгенофазового анализа, электронной микроскопии.
Экотоксикологическая оценка проводилась с применением стандартизованных тест-культур живых организмов разных трофических уровней (продуценты и консументы) и таксономической принадлежности. Применены методики биотестирования, рекомендованные для целей государственного экологического анализа - ФР.1.39.2006.02506; ФР.1.39.2007.03223; ФР.1.31.2009.06301 и др.
Результаты. Обобщены и систематизированы известные в литературе сведения по технологиям ремедиации загрязненных почв и вод, включая нанотехнологии. Препараты на основе гуминовых веществ могут являться перспективными реакционными материалами, в особенности для случаев комплексного загрязнения, так как гуминовые кислоты способны к взаимодействию и с ионами металлов и гидрофобными органическими соединениями.
Проведена детальная характеристика состава и строения органических и неорганических прекурсоров и гибридного магнитоактивного нанокомпозита с привлечением современных методов анализа, изучены свойства магнитного композита , полученного механохимическим способом. Согласно рентгенофазовому анализу, основным магнитоактивным компонентом полученного нанокомпозита является магнетит Fe3O4. Средний размер частиц, рассчитанный по уравнению Шеррера и согласно микроскопическим данным, составляет 7-16 нм. Показано, что основу синтеза составляет образование наночастиц гидратированного оксида железа, стабилизированного функционализованной полимерной оболочкой суспензии ГК. При этом ГК выполняют роль стабилизаторов наночастиц железа, входя наряду с молекулами воды в состав сольватной оболочки коллоидных частиц оксидов железа. Установлено, что исследуемый нанокомпозит обнаруживает ферромагнитное поведение при комнатной температуре и проявляет магнитоуправляемые свойства во внешнем магнитном поле.
Экотоксикологическая оценка прекурсоров и нанокомпозитного сорбента в стандартизоанных биотест-системах позволила установить эффективные концентрации (ЭК) нанокомпозита и его прекурсоров (гуматного компонента и магнетита) для тест-культур продуцентов (водоросли, высшие растения) и консументов (инфузории, культура клеток теплокровных животных). Биологическое тестирование безопасности полученных продуктов показало, что в водных средах для всех стандартных тест-систем концентрации нанокомпозита [Fe3O4/HAmech] ≤ 0.001 % являются безопасными. Одновременно эксперименты позволили выявить возможность оптимизации пропорций прекурсоров при применении нанокомпозита с целью уменьшения их возможного негативного воздействия в меняющихся условиях среды.
Область применения. Результаты разработки решают проблемы природоохранных технологий в области детоксикации природных сред, загрязненных экотоксикантами (актиниды и тяжелые металлы и др.) путем создания нанокомпозитных детоксикантов, полученных на основе биогенного гуминового сырья, поэтому секторами рынка конечного продукта могут являться сорбенты, специальные химикаты, детоксиканты.
Результаты работы способствуют подготовке специалистов в области экологических нанотехнологий, включая: разработку методов механохимического синтеза наночастиц и нанокомпозитов на основе наночастиц оксида железа и гуминовых материалов; характеристику гранулометрического состава, дисперсности, пористости получаемых магнитоактивных нанобиогибридных композитов, размеры магнитоактивных наночастиц и их распределение; исследование магнитных характеристик получаемых магнитоактивных нанобиогибридных композитов; исследование биобезопасности инновационных продуктов, к которым принадлежат магнитоактивные нанобиогибридные композиты, современными методами биотестирования, включая флуоресцентные методы эффективные при экотоксикологической оценки химических и радиохимических загрязнений
Степень внедрения. Результаты работы по теме проекта используются в учебном процессе и при подготовке экологов - специалистов, магистрантов, выполнении кандидатских и докторских диссертаций. Исполнителями проекта подготовлено 2 учебно-методических пособия для студентов ВУЗов, 2 задачи для практикума по нанотехнологиям и лекция для программы повышения квалификации экологов - специалистов природоохранных инспекций и преподавателей ВУЗов «Технологии биотестирования в экологической оценке природных сред и техногенных объектов». Экспериментальные данные представлены в публикациях, а также в материалах международных и всероссийских форумов и конференций. На конец отчетного периода пятью участниками проекта опубликованы статьи в высокорейтинговых рецензируемых журналах, всего подготовлено 14 публикаций при активном участии молодых ученых (10 чел.).
Развернуть
2
16.07.2010 - 15.11.2010
2.1. Проведение патентных исследований о технологиях, в том числе нанотехнологиях ремедиации загрязненных почв и вод;
2.2.Получение магнитоактивных нанокомпозитов методами химического осаждения ex situ и in situ и их экотоксикологическая оценка
2.3. Физико-химическая характеристика магнитоактивных наногибридных сорбентов
Развернуть
3
01.01.2011 - 15.06.2011
3.1. Синтез темплатно-настроенных сорбентов на целевые металлы;
3.2. Оценка сорбционных свойств полученных сорбентов по отношению к модельным экотоксикантам
3.3. Магнитные характеристики наногибридных сорбентов
Развернуть
4
16.06.2011 - 15.11.2011
4.1. Исследования детоксикации загрязнения модельных объектов при применении сорбентов и природных полимеров (гуминовых веществ) с помощью биотестов;
4.2. Разработка учебно-методического материала для пособия по условиям отбора и подготовки проб, в том числе сорбентов и природных полимеров (гуминовых веществ) к биотестированию;
4.3. Подготовка методических материалов для учебного пособия «Технологии биотестирования природных сред и техногенных объектов» для студентов экологических специальностей ВУЗов, слушателей программы повышения квалификации;
4.4. Разработка учебных заданий для лабораторного практикума по оценке экотоксичности промышленных наноматериалов
4.5. Исследование детоксицирующих свойств полученных магнитоактивных нанобиогибридных сорбентов по отношению к радионуклидам.
Развернуть
5
01.01.2012 - 15.06.2012
5.1. Масштабирование технологии получения магнитоактивных наногибридных сорбентов;
5.2. Исследование детоксицирующих и экотоксикологических свойств полученных магнитоактивных нанобиогибридных сорбентов по отношению к комплексному загрязнению (тяжелые металлы, радионуклиды).

5.3. Контроль качества получаемых продуктов по показателям магнитной, сорбционной и экотоксикологической активности
Развернуть
6
16.06.2012 - 18.10.2012
6.1. Исследование детоксицирующих свойств нанокомпозита в случае комплексного загрязнения (тяжелые металлы, радионуклиды) в присутствии почвенных компонентов;
6.2. Создание действующего макета лабораторной магнитосепарационной линии

  
6.3. Разработка программы внедрения результатов НИР в образовательный процесс.
6.4. Выработка практических рекомендаций по производству и применению магнитоактивных нанобиогибридных сорбентов
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2009 - 2011, 26 мес.
Бюджетные средства
3,5 млн
Организация
ГЕОХИ РАН
профинансировано
Тема
Научно-методическое обоснование и экспериментальная отработка новых методов оценки качества водных объектов, основанных на определении обобщенных и интегральных показателей химического и биологического загрязнения
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Количество заявок
2
Тема
Ферменты и биокаталитические системы для ремедиации окружающей среды
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
12
Тема
Оценка радиационно-токсикологических параметров радионуклидов при внутреннем и наружном поступлении, и разработка средств защиты. Измерение содержания трансурановых радионуклиов в организме человека для работников ядерных производств на установке: "Лабораторный стенд для проведения экспериментальных работ с радиоактивными веществами в открытом виде (РАДИАЦИЯ) (рег. № 2-3.13)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка технологий оценки загрязнения и ресурсов подземных вод техногеннонагруженных территорий России.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
6
Тема
Разработка способов глубокой очистки природных и сточных вод, содержащих канцерогенные и биорезистентные загрязнения, и биогазов полигонов твердых коммунальных отходов
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
10