авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

«Герасименя В.П., Захаров С.В., Брусникин В.М., Клыков М.А., Семашева Л.П. ИННОВАЦИОННЫЕ БИОТЕХНОЛОГИИ ПРОМЫШЛЕННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ГРИБОВ ...»

-- [ Страница 2 ] --

2.2.2.1 Способ коррекции физиологического состояния Pleurotus ostreatus 1137 в процессе культивирования мицелия и плодовых тел и средства для его осуществления Разработанный нами способ заключается в том, что в зоне роста плодовых тел Pleurotus ostreatus 1137 образуется область, форми руемая слабым электромагнитным излучением, специально создан ным для этого Комплектом защиты и активизации растений (КЗАР).

Для достижения эффекта очистки воздуха за счет работы КЗАР в этой области формируется сконцентрированное поляризованное волновое излучение под воздействием силы слабых электро магнитных полей с заданной периодичностью в пространстве, вре менем и определенной направленностью волны, например, с продольной компонентой, направляя волновое излучение с заданной периодичностью в виде двух находящихся в противофазе слабых электромагнитных полей соосно друг к другу.

2.2.2.2 Комплект защиты и активизации растений (КЗАР) КЗАР (рисунок 2.1) предназначен для создания в зоне выра щивания сельскохозяйственных культур особого микроклимата, позволяющего активизировать вегетативный рост и развитие сельскохозяйственных культур, в том числе грибов, и защитить их от неблагоприятных природных и техногенных воздействий.

Рисунок 2.1 - Внешний вид прибора КЗАР.

КЗАР включает в себя: электронный генератор импульсов слабого электромагнитного излучения (ЭГИ) и одну или две пары волноводов, выполненных из металлического проводника в виде двух спиралей, причем сам проводник выполнен с деформацией кручения и содержит токопроводящие нелинейные элементы, а также проводник для заземления (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Принципиальная схема КЗАР.

В состав КЗАР входят: ЭГИ;

медный волновод (катод);

алюми ниевый волновод (анод);

каркас для волновода (возможна комплек тация без каркаса);

соединительный кабель.

ЭГИ представляет собой электронный прибор, работающий от сети промышленного тока (220 В, 50 Гц) и генерирующий слабое импульсное электрическое излучение. ЭГИ имеет защиту от перепадов напряжения в сети.

Потребляемая электрическая мощность КЗАР - не более 20 Вт.

Зона активного воздействия одного комплекта КЗАР в помещениях до 4000 м2 [94, 95].

По результатам испытаний ЭГИ специализированной лаборато рией установлено, что уровни электромагнитного поля промы шленной частоты 50 Гц, создаваемые ЭГИ, значительно ниже допустимых уровней, регламентированных для населения.

Уровни постоянного и переменного магнитного поля не зафикси рованы в пределах чувствительности ЭГИ.

Уровни переменного электрического поля незначительно превы шают фон и одинаковы во всех контрольных точках прилегающего к ЭГИ пространства.

Таким образом, было установлено, что уровни электромагнит ного поля, создаваемые ЭГИ, не представляют опасности для чело века, что подтверждается санитарно-эпидемиологическим заключе нием № 04 от 21 июня 2013 г.

Металлический проводник представляет собой замкнутый контур расположенных соосно друг к другу конусоидальных полых волноводов, верхние и нижние концы которых замкнуты между собой через нелинейные токопроводящие элементы, снабженные формирователем управляющего (опорного) сигнала.

В замкнутом контуре конусоидальных полых волноводов, выпол ненных в виде двух спиралей, правая часть спирали имеет право стороннюю навивку относительно вертикальной оси объемного тела, проходящего от верхнего к нижнему концу проводника, который выполнен также с правосторонней деформацией кручения относительно его осевой линии.

Левая часть спирали волновода имеет левостороннюю навивку относительно вертикальной оси объемного тела, проходящего от верхнего к нижнему концу проводника, который выполнен также с левосторонней деформацией кручения относительно его осевой линии.

Проводники для заземления соединены с каждым отдельным проводником замкнутого контура верхних и нижних концов конусоидальных полых волноводов и снабжены формирователем управляющего (опорного) сигнала.

Оси спиралей замкнутого контура полых конусоидальных волноводов расположены в одной плоскости и ориентированы по общей оси встречно (рисунок 2.2).

На объекте соответственно левая и правая часть волноводов устанавливается горизонтально поверхности Земли на высоте от 1,0 до 2,0 м соосно друг к другу по периметру объекта. Технические характеристики КЗАР («Зеленые Волны») приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Технические характеристики КЗАР («Зеленые Волны») № Наименование показателей Значение п/п Максимальная зона активизации, м2:

1.

для одной пары волноводов 400... для двух пар волноводов 1000... Потребляемая мощность, Вт, не более 2. Напряжение питания с качеством электроэнергии 3.

по ГОСТ 13109-87 (50 Гц), В Габаритные размеры волноводов в рабочем 4.

положении, мм:

диаметр основания 500… высота конуса 300… Масса КЗАР в снаряжённом состоянии, кг, не более 5. Принцип работы КЗАР Принцип действия устройства основан на генерации слабых электромагнитных полей, создаваемых электронным генератором импульсов (ЭГИ) с заданной периодичностью во времени и пространстве с определенной направленностью излучения, сконцентрированного коническими волноводами (антеннами).

В основу работы КЗАР заложены принципы воздействия слабого электромагнитного излучения на находящиеся в замкнутом воздушном пространстве теплицы молекулы воды, органические, неорганические примеси и микробиологические загрязнения, оказывающие влияние на рост и качество растительных сельскохозяйственных культур, в том числе и культивируемых грибов.

В процессе работы КЗАР с помощью слабого импульсного электрического излучения, генерируемого ЭГИ по специальному закону, между волноводами (катодом и анодом) формируется пространственная зона активизации роста и защиты тепличных растений, обеспечивающая их ускоренное развитие и улучшение потребительских свойств, а также защиту от неблагоприятных природных и техногенных воздействий (рисунок 2.1).

Слабые электромагнитные поля как основа полевого катализа применяются для деструкции токсических примесей и угнетения микробиологических загрязнений воздуха за счет активизации среды электромагнитным излучением с определенными направ ленностью излучения и параметрами.

Поэтому в процессе работы КЗАР формируется пространствен ная зона активизации и защиты биологических объектов, обеспечивающая их ускоренное развитие и улучшение потреби тельских свойств, а также защиту от неблагоприятных клима тических и техногенных воздействий. В отличие от известных устройств при применении КЗАР очистка воздуха осуществляется за счет возбуждения химических реакций деструкции органических и неорганических примесей воздуха до простых молекул с одновременным угнетением микроорганизмов в воздушной среде.

В процессе работы КЗАР поддерживает созданный в теплице микроклимат и в случае отклонения его параметров от требуемых физических значений обеспечивает коррекцию функционального состояния, роста и качества выращиваемых сельскохозяйственных культур.

Формирование импульсов электромагнитного поля производится ЭГИ через волноводы, выполненные в виде конических объемных спиралей из металлического проводника с левосторонней и правосторонней закруткой (анод, катод).

Левосторонняя (для анода) закрутка волновода формирует стекание с проводника в пространство отрицательных зарядов, а правосторонняя закрутка (для катода) - положительных зарядов.

Обеспечение комплексной очистки воздуха в теплицах от токсических примесей и микробиологических загрязнений осущест вляется за счет возникающего в воздушной среде полевого катализа загрязнителей воздуха на генерируемых ЭГИ поло жительных и отрицательных зарядах, при соприкосновении с которыми происходит импульсный коронный разряд, при иони зирующем воздействии которого осуществляется диссоциация (деструкция) нейтральных молекул загрязняющих токсических веществ на более простые нетоксические составляющие (например, С, H2, О2 и др.) и угнетение микроорганизмов за счет импульсного (~ 10-7c) воздействия электронного удара.

Преимуществом КЗАР перед другим известным оборудованием для очистки воздушной среды является его простота по конст руктивному исполнению и впервые установленная многофунк циональность в работе, обеспечивающая комплексную очистку воздуха.

Новизна разработанных способов и средств защищена патен тами РФ на изобретения № 2169458 и № 2201665.

Уникальность КЗАР состоит в том, что в процессе непрерывной работы он не образует в воздухе опасных промежуточных продуктов окисления (диоксиды, закиси, перекиси, например, диоксида азота NO2 и угарного газа СО). В основе впервые открытого нами эффекта каталитической очистки воздуха от токсических примесей заложена их деструкция до простых молекул, в том числе и деструкция углекислого газа СО2 при одновременной конвертации его в молекулярный кислород О2 и атомарный углерод С, что значительно способствует поддержанию нормального микроклимата в зоне роста грибных культур. Этот физический эффект был нами неоднократно проверен и подтвержден в лабораторных условиях на созданном измерительном комплексе при моделировании процессов загрязнения воздуха токсическими примесями и проведением его очистки с применением КЗАР.

КЗАР позволяет:

- улучшить фитосанитарную обстановку помещений;

- ускорить рост и улучшить физиологическое развитие растений;

- при предпосевной обработке семян увеличить процент всхожести и ускорить дальнейшее вегетативное развитие культур;

- повысить устойчивость биологических объектов к болезням и вредителям;

- повысить качество получаемой конечной продукции;

- повысить устойчивость растительных культур к несанкциони рованно возникающим физико-климатическим факторам (резкие перепады температуры, влажности, давления и т.д.);

- получить равномерный рост и развитие одних и тех же культур на участках почвы с различными значениями рН;

- нормализовать кислотно-щелочной баланс почвы без приме нения химических препаратов и других агротехнических приемов.

КЗАР сохраняет работоспособность при температуре окружа ющей среды +1…+45С и относительной влажности воздуха до 95%.

2.2.3 Результаты экспериментальных исследований В период с июля 2003 г. по июнь 2004 г. ООО «Агро-3М» при технической поддержке ЗАО «НТЦ МЕТТЭМ» была проведена экспериментальная апробация разработанных образцов комплекта защиты и активизации растений (КЗАР) при промышленном культивировании мицелия и плодовых тел грибов Pleurotus ostreatus.

Эксперимент проводился по методике, разработанной и утвержденной ООО «Агро-ЗМ» совместно с ЗАО «НТЦ МЕТТЭМ» [88].

2.2.3.1 Цель и задачи проведения экспериментальных исследо ваний Целью проведения экспериментальных исследований являлась натурная проверка разработанных способов и средств, обеспе чивающих формирование слабого электромагнитного излучения, и исследование его влияния на физиологическое состояние биологических структур в процессе камерального и полевого культивирования мицелия и плодовых тел Pleurotus ostreatus.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- исследованы способы применения экспериментальных образцов устройств, обеспечивающих электромагнитную стимуля цию биологического роста и биологической совместимости посевного материала (мицелия) в процессе первоначального камерального его культивирования с использованием концентрато ров-излучателей слабого электромагнитного излучения;

- исследованы способы применения экспериментальных образцов устройств, обеспечивающих коррекцию физиологического состояния структур в процессе полевого культивирования мицелия и плодовых тел Pleurotus ostreatus;

- исследованы способы применения экспериментальных образцов устройств, обеспечивающих активизацию роста мицелия и плодовых тел Pleurotus ostreatus за счет аэродисперсной обрабо тки воздушной среды внутри тепличного пространства;

- исследованы способы применения экспериментальных образ цов устройств для дистанционной активизации слабым электро магнитным излучением, обеспечивающим коррекцию физиологи ческого состояния структур в процессе камерального и полевого культивирования мицелия и плодовых тел Pleurotus ostreatus;

- проанализированы и обобщены результаты экспериментов по исследуемым способам и средствам культивирования мицелия и плодовых тел Pleurotus ostreatus;

- изучено влияние КЗАР на физические параметры микроклимата воздуха в боксе и на процесс культивирования грибов Pleurotus ostreatus;

- изучено влияния КЗАР на физические параметры микроклимата воздуха в боксе и плодоношение грибов шампиньонов;

- изучено влияние КЗАР на физические параметры микроклимата воздуха помещения и биологическое состояние организма (на примере кур-несушек).

Указанные экспериментальные исследования проводились в соответствии с «Программой работ...» в период с января 1999 г. по август 2006 г. на опытном производстве ЗАО «Объединенный павильон ВВЦ Растениеводство» и ряда других фермерских и тепличных хозяйств [88].

2.2.3.2 Исследуемые штаммы Pleurotus ostreatus и варианты разработанных экспериментальных устройств В ходе экспериментов исследования проводились на следующих штаммах Pleurotus ostreatus: S-272, LV, P-24, Gh, HK-35, БC, «Sommer», ВНР-С, ВНР-Б, 24-А, штамм 1137 (ВКПМ, F–819), начиная с испытаний маточной культуры и заканчивая испытаниями в процессе культивирования товарного мицелия и плодовых тел.

Испытания по камеральному выращиванию мицелия Pleurotus ostreatus проводились с применением КЗАР, включающего экспе риментальные электронные устройства (ЭГИ) и 8 вариантов волноводов дистанционного излучения слабого электромагнитного поля [88].

Испытания по полевому культивированию товарного мицелия и плодовых тел Pleurotus ostreatus проводились с применением четырех вариантов ЭГИ для электромагнитной активизации роста мицелия и плодовых тел Pleurotus ostreatus, включающих в себя:

- систему замкнутого контура конусоидальных полых волноводов;

- систему вертикальных концентраторов-излучателей слабого электромагнитного поля;

- электромагнитный активатор воды;

- волноводы для дистанционного электромагнитного излучения.

2.2.3.3 Результаты экспериментальных исследований а) в части культивирования мицелия Для проведения эксперимента был смонтирован КЗАР в боксе для выращивания посевного мицелия. В разные периоды в экспери ментальном помещении находилось от 800 до 1550 кг мицелия одновременно. Контрольная партия мицелия размещалась в анало гичном помещении с такими же климатическими параметрами [88].

В экспериментальной и контрольной партиях использовался мицелий штаммов Pleurotus ostreatus НК-35, Р-77 и «Sommer».

Инокуляция указанных штаммов происходила одновременно, для чего использовался одновозрастной маточный мицелий этих штаммов;

инокулируемый стерильный субстрат - зерно ячменя с добавлением мела и гипса (1,5%).

Оценка скорости роста мицелия проводилась визуально. В экспериментальной партии разрастание гифов происходило на 1… суток раньше, чем в контрольной партии.

Полный захват субстрата в экспериментальной группе проис ходил на 9…10 сутки, в контрольной партии – на 14…15 сутки. В экспериментальной партии товарный мицелий был готов к дальнейшей реализации на 12…14 сутки, в контрольной – на 18…20 сутки.

Суммарный брак за весь отчетный период в экспериментальной партии составил 2,1%, в контрольной партии брак составил 7,75%.

Мицелий в экспериментальной партии обладал более высокой жизненной силой (при разламывании гомогенного куска мицелия на отдельные зерна связи восстанавливались в 1,5…2 раза быстрее, чем в контрольной партии).

На рост мицелия в экспериментальной партии не влияло в опытном боксе (с 20оС до 14оС). В понижение температуры контрольном боксе при подобном снижении температуры рост мицелия приостановился и возобновился лишь после повышения температуры.

б) в части инкубации блоков Для проведения эксперимента был смонтирован КЗАР в боксе для инкубации блоков. Одновременно в экспериментальном боксе находилось 1000 блоков разного периода инокуляции. Контрольная партия блоков размещалась в аналогичном боксе с такими же климатическими параметрами.

Для инокуляции использовался мицелий штаммов Pleurotus ostreatus НК-35 и «Sommer». Инокуляция происходила одновре менно, для чего использовался одновозрастной товарный мицелий вышеназванных штаммов Pleurotus ostreatus. В качестве субстрата использовался пастеризованный хлопковый очес.

В эксперименте использовались следующие партии блоков:

- партия А – блоки были инокулированы контрольным мицелием, инкубировались в контрольном боксе;

- партия Б – блоки были инокулированы контрольным мицелием, инкубировались в опытном боксе;

- партия В – блоки были инокулированы экспериментальным мицелием, инкубировались в контрольном боксе;

- партия Г – блоки были инокулированы экспериментальным мицелием, инкубировались в опытном боксе.

Оценка скорости роста и качества зарастания блоков проводилась визуально. Результаты наблюдений представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Скорость роста и качество зарастания блоков Полный охват субстрата, Появление сростков, сутки Брак, сутки % июль декабрь март июль декабрь март 2003- 2003- 2004- 2003- 2003- 2004 (ср.знач.) ноябрь февраль июнь ноябрь февраль июнь 2003 г. 2004 г. 2004 г. 2003 г. 2004 г. 2004 г.

А 18…20 18…20 19…22 24…26 24…26 23…25 8, Б 13…15 11…14 12…15 18…20 16…18 17…20 2, В 13…15 12…14 11…14 17…19 16…18 15…18 2, Г 8…10 7…9 7…9 12…14 10…13 10…12 1, в) в части выращивания плодовых тел КЗАР был смонтирован в теплице для твердофазного культивирования плодовых тел Pleurotus ostreatus на блоках.

Одновременно в опытной теплице находилось 1000 блоков разного возраста (партия А – 50% и партия Г – 50%). Контрольная партия блоков (1000 шт.) сходного состава (партия А – 50% и партия Г – 50%) размещалась в аналогичной теплице с такими же климатическими параметрами.

Партии блоков заменялись ежемесячно на 100%. Блоки были инокулированы мицелием штаммов Pleurotus ostreatus НК-35, Р- и «Sommer». В качестве субстрата использовался пастеризованный хлопковый очес с добавлением лузги подсолнечника (5…7%).

В экспериментальном помещении первые плодовые тела Pleurotus ostreatus были собраны по группе А на 6 сутки, по группе Г – на 3 сутки. В контрольном помещении первые плодовые тела были собраны по группе А на 10 сутки, по группе Г – на 5 сутки.

В контрольной теплице проводилось досвечивание блоков в течение 4…5 часов в сутки для уменьшения вытягивания ножки плодового тела. В опытной теплице досвечивание не проводилось, несмотря на это, товарный вид плодовых тел Pleurotus ostreatus полностью соответствовал стандарту. Вытягивание ножки плодо вого тела из-за недостатка освещенности при коротком световом дне не наблюдалась.

В опытной теплице практически отсутствовал период отдыха между волнами плодоношения плодовых тел Pleurotus ostreatus, в то время, как в контрольной теплице период отдыха между волнами плодоношения составлял 7…10 суток.

Общая урожайность за период с 1 сентября 2003 г. по 10 июня 2004 г. представлена в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Общая урожайность грибов Pleurotus ostreatus Проведенный анализ результатов экспериментальных исследо ваний показывает, что при выращивании товарного мицелия:

- сократился срок созревания товарного мицелия в среднем на 6 суток (от 18…20 суток в контрольной партии до 12…14 суток в экспериментальной);

- снизился процент бракованного мицелия в среднем на 5,5% (с 7,75% в контрольной партии до 2,1% в экспериментальной группе);

- на рост мицелия в опытной группе не влияло временное понижение температуры в боксе (до 14С), в то время как в контрольной партии рост замедлился.

При инкубации блоков:

- срок полного охвата субстрата сократился почти в 2 раза (с 18…20 суток в контрольной партии до 8…10 суток в эксперимен тальной партии);

- время появления первых сростков снизилось в 2 раза (с 22…25 суток в контрольной партии до 12 суток в эксперименталь ной партии);

- брак при инкубации снизился с 8,2% в контрольной партии до 1,3% в экспериментальной партии;

- снизилось влияние временного снижения температуры в боксе на рост и развитие блоков опытной партии;

- положительные результаты (уменьшение срока полного охвата субстрата, ускорение появления первых сростков, снижение процента брака) наблюдались и в партиях с частично обработан ным мицелием, либо при заращивании блоков контрольной партии в зоне действия КЗАР.

При выращивании плодовых тел:

- повысилась урожайность на 13 % (с 29,95% - в контрольной партии до 43,2% - в опытной);

- уменьшилось воздействие негативных климатических факто ров (колебания температуры, малая освещенность и т.д.) на рост и развитие плодовых тел;

- сократились до минимума периоды отдыха между волнами плодоношения Pleurotus ostreatus, что привело к сокращению сроков получения максимального урожая;

- повысилась устойчивость к конкурирующим плесеням на всех стадиях развития.

2.2.3.4 Изучение влияния КЗАР на физические параметры микроклимата воздуха в боксе и на процесс культивирования грибов «вешенка обыкновенная»

При культивировании грибов «вешенка обыкновенная» были получены следующие результаты.

При выращивании товарного мицелия:

- сократился срок созревания товарного мицелия в среднем на суток (от 18... 20 суток в контрольной партии до 12...14 суток в экспериментальной);

- снизился процент бракованного мицелия в среднем на 5,5% (с 7,75% в контрольной партии до 2,1% в экспериментальной группе);

- на рост мицелия в экспериментальной группе не влияло вре менное понижение температуры в помещении (до 14°С), в то время как в контрольной партии рост замедлился.

При инкубации блоков:

- срок полного охвата субстрата сократился почти в 2 раза (с 18...

20 суток в контрольной партии до 8... 10 суток в экспериментальной партии);

- время появления первых сростков снизилось в 2 раза (с 22... суток в контрольной партии до 12 суток в экспериментальной партии);

- брак при инкубации снизился с 8,2% в контрольной партии до 1,3% в экспериментальной партии;

- снизилось влияние временного снижения температуры в поме щении на рост и развитие блоков экспериментальной партии;

- положительные результаты (уменьшение срока полного охвата субстрата, ускорение появления первых сростков, снижение процента брака) наблюдались и в партиях с частично обра ботанным мицелием, либо при заращивании блоков контрольной партии в зоне действия КЗАР.

При выращивании плодовых тел:

- повысилась урожайность на 13 % (с 29,95% - в контрольной партии до 43,2% - в экспериментальной);

- уменьшилось воздействие негативных климатических факторов (колебания температуры, малая освещенность и т.д.) на рост и развитие плодовых тел;

- сократились до минимума периоды отдыха между волнами плодоношения, что привело к сокращению сроков получения макси мального урожая;

- повысилась устойчивость к конкурирующим плесеням на всех стадиях развития.

Экспериментальная апробация КЗАР специалистами ООО «Инбиофарм», ЗАО «НТЦ МЕТТЭМ» и сотрудниками кафедры плодоовощеводства РГАЗУ однозначно подтвердила высокоэф фективное положительное влияние КЗАР на рост грибов, что дало основание рекомендовать его для широкого внедрения в промышленное грибоводство.

2.2.3.5 Изучение влияния КЗАР на физические параметры микроклимата воздуха в боксе и плодоношение грибов «шампи ньон».

КЗАР был смонтирован в одном из двух идентичных шампиньонных боксов общей площадью 200 м2. В другом боксе находилась контрольная партия зарощенного субстрата.

В опытном боксе рост плодовых тел начался на двое суток раньше, чем в контрольном. Сбор грибов в опытном боксе на трое суток опережал контрольный.

Общая урожайность грибов составила в опытном боксе 12,5 кг, в контрольном – 12 кг с 1 м2.

Был проведен анализ воздушной среды боксов на содержание микроорганизмов. Чашки Петри с питательной средой были откры ты на три минуты в опытном и контрольном боксах. Через 48 часов на питательной среде в чашке Петри из контрольного бокса выро сли 53 колонии различных микроорганизмов (фото 1), в чашке Петри из опытного бокса только 6 колоний (фото 2).

Фото 1. Фото 2.

В результате проведенных исследований было установлено, что применение КЗАР в боксах при культивировании шампиньонов значительно уменьшает загрязненность окружающей среды микро организмами.

В зоне действия КЗАР наблюдается гораздо меньшее число грибных мушек и комариков, то есть КЗАР значительно уменьшает энтомолого-фитопатологическую среду в помещении.

При выращивании грибов были получены следующие резуль таты:

- повысилась устойчивость к конкурирующим плесеням на всех стадиях развития;

- уменьшилось содержание в воздухе пыли и микроорганизмов;

- увеличилась урожайность;

- повысилась устойчивость к физико-климатическим факторам, несанкционированно возникающим в процессе промышленного выращивания грибов.

Таким образом, применение КЗАР в процессе культивирования шампиньонов ускоряет рост и развитие плодовых тел и поло жительно влияет на урожайность гриба за счет улучшения фито санитарной обстановки внутри помещений.

2.2.3.6 Изучение влияния КЗАР на физические параметры микроклимата воздуха помещения и биологическое состояние организма (на примере кур-несушек) Целью экспериментальных исследований являлось изучение влияния слабого электромагнитного излучения, генерируемого ЭГИ КЗАР, на параметры микроклимата воздуха экспериментального помещения с размещенной в нем птицей (курами-несушками), а также на основные морфологические и биохимические показатели крови кур в сравнении с контрольной группой аналогичных кур несушек.

КЗАР был смонтирован в одном из двух идентичных помещений, каждое общей площадью 20 м2.

Продолжительность эксперимента составляла 5 месяцев.

Из изучаемых физических параметров микроклимата воздуха помещения ежедекадно определялись температура и относи тельная влажность воздуха, содержание в воздухе аммиака, сероводорода и пыли, скорость движения воздуха.

Исследованиями установлено, что изначально (до начала эксперимента) параметры микроклимата контрольного и экспери ментального помещений в основном соответствовали нормативным величинам:

- температура воздуха - 16...18°С;

- относительная влажность воздуха - 60...70%;

- содержание: аммиака - 7...9 мг/м3;

- сероводорода - 0...2 мг/м3;

- подвижность воздуха - 0,08...0,10 м/с.

Замеры параметров микроклимата, проводимые каждые 10 дней в течение всего эксперимента, убедительно доказывают эффективность влияния работы КЗАР. Результаты замеров при ведены в таблице 2.4.

Показано, что в 1 м3 воздуха контрольного помещения концентрация пыли колебалась с 1,55 до 3,74 мг, общее число микроорганизмов с 120 до 180 тысяч (фото 3).

В экспериментальном помещении указанные показатели колебались с 0,52 до 1,48 мг и с 40 до 60 тысяч (фото 4) в 1 м воздуха соответственно. Разница по пыли составила в среднем 2,7, по микроорганизмам - 3 раза. Для сравнения приведена фотогра фия чашки Петри с пробой из окружающего воздуха (фото 5).

Фото 3. Фото 4. Фото 5.

Как видно из полученных результатов, работа КЗАР способствует снижению относительной влажности воздуха на 3,8%, содержанию газов в воздухе: аммиака – на 3,5 мг/м3 или на 45,5 %, углекислого газа – на 2,3 мг/м3 или на 42,6%, сероводорода – на 1,6 мг/м3 или на 37,5%, (таблица 2.4).

Таблица 2.4 - Параметры микроклимата в опытных помещениях № Показатели воздуха Опытное Контрольное п/п о Температура, С 17,1±1,4 17,0±1, 1.

Относительная влажность, % 66,2±5,8 70,0±6, 2.

Скорость движения, м/с 0,55±0,10 0,55±0, 3.

Содержание газов, мг/м :

4.

- аммиак 4,2±0,8 7,7±1, углекислый газ - 3,1±0,4 5,4±0, сероводород 1,6±0, Количество пыли, мл/м 1,2±0,3 2,8±0, 5.

Общее количество микроорганизмов, 38±6,8 72,2±10, 6.

тыс./м Более заметное влияние оказал КЗАР на концентрацию в воздухе пыли и микроорганизмов, которые снизились в 2,33 и 1,9 раза соответственно.

На завершающем этапе исследованы по 10 особей из опытной и контрольной групп с целью определения патологии внутренних органов.

Под непрерывным круглосуточным действием КЗАР произошли незначительные изменения в показателях крови кур. Полученные результаты представлены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Морфологические и биохимические показатели крови кур Группы № п/п Показатели опыт контроль Эритроциты, млн./мкл 3,8±0,2 3,2±0, 1.

Лейкоциты, тыс./мкл 26,2±1,4 20,5±1, 2.

Гемоглобин, г% 11,1±0,8 9,0±0, 3.

Общий белок, г% 4,8±0,4 4,5±0, 4.

Лейкоцитарная формула,%:

5.

базофилы 1,2±0,08 1,3±0, эозинофилы 8,7±0,04 8,7±0, псевдоэозинофилы 28,6±1,9 24,4±2, лимфоциты 57,1±2,7 61,1±3, моноциты 4,4±0,3 4,5±0, Из представленных результатов в таблице 2.5 видно, что в опытной группе кур в течение всего периода (5 месяцев) содержа ние в крови эритроцитов, лейкоцитов, гемоглобина и общего белка в сыворотке крови было выше по сравнению с контрольной группой кур. Отличия незначительные, но определенная тенденция про слеживается.

Наиболее существенные и значимые изменения отмечены в лейкоцитарной формуле крови подопытных кур, в частности, в содержании псевдоэозинофилов, которые участвуют в нейтра лизации микроорганизмов и защите от них организма животного. В крови кур, подвергавшихся воздействию КЗАР, их содержание превышает таковые у контрольных кур на 4,2%.

Патолого-анатомическое вскрытие кур подопытных групп не выявило каких-либо изменений в топографии внутренних органов, не установлены патологические изменения органов и систем.

При изучении влияния КЗАР на физические параметры микроклимата воздуха и биологическое состояние организма (на примере кур-несушек) было установлено, что КЗАР:

- оказывает влияние на параметры микроклимата помещения (снижает на 37,5% содержание сероводорода, на 47,6% углекислого газа, на 45,5% - содержание аммиака, в 2,33 раза концентрацию пыли, в 1,9 раза - общее количество микроорга низмов);

- приводит у кур-несушек к повышению в крови нейтрофильной группы, псевдоэозинофилов - на 4,2% при снижении лимфоцитов на 4%.

2.3 Технология синтеза наноструктурных частиц коллоидного серебра и обоснование областей их применения в технологическом процессе культивирования мицелия 2.3.1 Описание особенностей технологии получения наноструктурных частиц коллоидного серебра, его производ ных препаратов и областей их применения в технологическом процессе культивирования мицелия [102] В 2006 г. Международная организация по стандартизации «ASTM International» выпустила терминологический стандарт Е2456- «Терминология для нанотехнологии». В нем нанотехнология определяется как «понятие, относящееся к широкому кругу технологий, которые измеряют, манипулируют или включают в себя материалы и (или) объекты, которые хотя бы в одном измерении находятся приблизительно между 1 и 100 нм. Эта область имеет дело со свойствами наноразмерных компонентов, отличными от свойств макроскопических систем больших размеров» [103].

На протяжении последнего десятилетия изучение нанораз мерных явлений и конкретных наносистем подтвердило их значи мость и привлекательность.

В настоящее время нанотехнология приобрела характер междис циплинарного подхода, основными областями приложения которого являются физика, химия, биология и инженерные разработки.

Нанотехнология пытается создать материалы и структуры, в которых проявляются новые и существенно отличные (улучшенные) физические, химические и трибологические свойства и функции за счет наноразмеров и управления свойствами микрообъекта за счет направленного изменения его структуры на микроуровне. В то же время нанонаука пытается понять эти свойства, используя один из технологических подходов «снизу-вверх» [103,104].

Таким образом, становится ясным, что нанотехнология как бы объединяет все технические процессы, связанные непосредственно с атомами и молекулами, регулирующими структуру и состав веществ в масштабах 1-100 нм. К ним относятся коллоидные кластеры металлов, оксидов и халькогенидов металлов, мицеллы, микроэмульсии и т.д. Эти объекты представляют значительный интерес как с точки зрения фундаментальных исследований, так и с возможностью многочисленных прикладных применений, в част ности в области нанотехнологий [103-107]. Здесь тесно сплетаются приемы с использованием химических реакций, термодинами ческого и атомно-молекулярного подхода. Эти системы подчиня ются принципам самоорганизации и позволяют формировать вещества и наноматериалы с новыми физико-химическими свой ствами, которые могут широко применяться в различных технологиях и устройствах.

Проводимые исследования показали, что одним из основных направлений современных нанотехнологий формирования колло идных систем является синтез наноструктурных частиц металлов, в основе которого лежит восстановление ионов металла до атомов с последующей агрегацией атомов и ионов с обра зованием наноструктурных частиц металлов с размерами до 100,0 нм. Нами были разработаны и запатентованы в Российской Федерации новые уникальные способы получения нанострук турных металлических и биметаллических частиц металлов Ag, Cu, Fe, Ni, Al, Сd при получении мицеллярного раствора в неполярном растворителе с концентрацией наноструктурных частиц металла от 2,0*10 -4 до 6,0*10 -3 г-ион/л, а при получении водной дисперсии наноструктурных частиц металла от 0,5*10 - до 11,0*10 -3 г-ион/л [49].

В результате проведенных исследований было установлено, что для придания качественно новых экологически безопасных свойств существующим технологиям, веществам, материалам и средствам различного назначения они должны модифицироваться, например, наноструктурными частицами коллоидного серебра в «гомеопа тических» дозах 0,225-0,9 мг/кг любого состава веществ, или 0,225-0,9 мг/м2 любого искусственного или естественного покрытия.

На базе разработанных и освоенных ООО «Инбиофарм» (г. Мос ква) технологий получения наноструктурных частиц металлов под руководством профессора Герасимени В.П. в сотрудничестве с рядом НИИ РАН и ведомств разработан целый ряд высоко эффективных экологически безопасных химических составов с введением наноструктурных частиц коллоидного серебра для получения различных препаратов и материалов с принципиально новыми, ранее не известными физико-химическими, биологи ческими и медицинскими свойствами [49,108].

К ним, прежде всего, относятся:

- «Препарат серебра в водной дисперсии марки «Аквивон», ТУ 2499-021-87552538-10;

- «Препарат серебра в органической дисперсии марки «Аквивон О», ТУ 2499-022-87552538-10;

- «Добавка модифицирующая многофункциональная марки «Аквивон-ТМ», ТУ 2499-024-87552538-12;

- «Концентрат коллоидного серебра в водной дисперсии» (далее по тексту «Концентрат КС»), ТУ 9185-025-87552538-12 [108, 109, 110, 111].

Все разработанные препараты представляет собой подготов ленные по специально разработанным технологиям водные или органические растворы концентрированного коллоидного серебра с размерами его частиц менее 100 нм [112, 113, 114].

Препараты марки «Аквивон», «Аквивон-О» и модификатор марки «Аквивон-ТМ» зарегистрированы в Федеральном агенстве по техническому регулированию и метрологии ФГУП «СТАНДАРТ ИНФОРМ» [108, 109, 110].

ФБУ Здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии в г.

Москве» выданы Экспертные заключения о соответствии продукции Единым санитарно-эпидемиологическим и гигиеническим требова ниям к товарам и разрешены к применению по своему назначению (регистрационные № 130/13 от 27.08.2012 г., 131/13 от 27.08.2012 г., 34-28920-2 от 04.12.2012 г.).

Область применения разработанных препаратов распростра няется для любых внутренних и наружных поверхностей, с целью обеспечения экологической безопасности за счет придания покрытиям, изготовленным из лакокрасочных, полимерных, древесно-стружечных и других искусственных и естественных мате риалов, бактерицидных, фунгицидных, вирулицидных и каталити ческих свойств, обеспечивающих комплексную очистку загрязнен ных поверхностей и окружающей вокруг них воздушной среды от токсических примесей и микробиологических загрязнений.

По уровню токсичности, как следует из Протоколов токсико логической оценки № 049-08, № 050-08 от 24.08.2012 г., все зарегистрированные препараты в соответствии с ГОСТ 12.1.007- относятся к 4 классу опасности (вещества малоопасные) и разре шены к применению в закрытых помещениях.

Указанные выше эффекты очистки поверхностей и окружающей среды от токсических примесей и микробиологических загрязнений достигаются за счет наличия в составе разработанных препаратов марок «Аквивон», «Аквивон-О» и «Аквивон-ТМ» активного катали затора - наноструктурных частиц коллоидного серебра, создающего в поверхностном слое электромагнитное поле с напряженностью до 2·107В/м, обеспечивающее при соприкосновении с загрязняющими веществами и микроорганизмами возникновение импульсного коронного разряда, приводящего к деструкции молекул токсических веществ и подавлению контактирующих с ним микроорганизмов [115-119].

Новизна разработанных нами экологически безопасных дезин фектантов, технологий их производства и областей применения подтверждена патентами РФ на изобретения [48, 49, 50].

Препараты «Аквивон» и «Аквивон-О» и модификатор марки «Аквивон-ТМ» предназначены для очистки воздушной среды и примыкающей к ней поверхностей стен, различного оборудования и предметов в камерах подготовки и культивирования мицелия Pleurotus ostreatus 1137, с целью повышения устойчивости и качества культивируемого мицелия в глубинной культуре и увели чения биомассы получаемого конечного продукта с сохранением его медико-биологической активности.

Немалозначимым в разработанной линейке препаратов является Концентрат коллоидного серебра в водной дисперсии («Концентрат КС»).

По результатам проведения санитарно-эпидемиологической экспертизы от 22.11.2012 г, проведенной ФГБУ «НИИ Питания»

РАМН, «Концентрат КС» соответствует действующим законода тельным актам и нормативным требованиям к качеству и безопас ности, установленным для данного вида пищевой продукции, в том числе требованиям ЕврАзЭС «Единые санитарно-эпидемиоло гические и гигиенические требования к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)» и норма тивно-технической документации изготовителя [120, 121].

На основании Экспертного заключения ФГБУ «НИИ ПИТАНИЯ»

РАМН Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека проведена Государствен ная регистрация «Концентрата КС» с разрешением его применения в качестве сырья для производства биологически активных добавок к пище [122].

«Концентрат КС» используется нами в технологическом про цессе двухстадийного культивирования мицелия из базидиомицета Pleurotus ostreatus 1137 на стадиях подготовки ферментативной среды (I пассаж) и глубинного культивирования ферментативного мицелия на 2-ой стадии (II пассаж), как обогащающая добавка, содержащая концентрат наноструктурных частиц коллоидного серебра в водной дисперсии.

«Концентрат КС» применяется в технологическом процессе двухстадийного культивирования мицелия Pleurotus ostreatus 1137, как дополнительное вспомогательное средство к способам аэрации питательной среды в колбах Эрленмейера емкостью 750 мл с объемом среды 300 мл, при одновременном создании асеп тических (стерильных) условий для глубинного культивирования мицелия Pleurotus ostreatus 1137 на качалках в течение 7 суток.

В ходе проведенных теоретических и экспериментальных исследований нами установлено, что дополнительное обеспечение поддержания стерильных условий с аэрацией питательной среды молекулярным кислородом О2 при деструкции углекислого газа СО2, выделяемого в среду мицелием при его росте, как продукта метаболизма, происходит за счет создания на поверхности частиц коллоидного серебра плазмоподобной среды с напряженностью электромагнитного поля ~ 2·107 В/м.

В процессе работы качалки в заданном режиме создаваемая на поверхности частиц коллоидного серебра напряженность электро магнитного поля обеспечивает в питательной среде при контакте с загрязняющими веществами и микроорганизмами возникновение коронного разряда с импульсом воздействия электронного удара ~10-7с, при ионизирующем воздействии которого происходит разрушение белковых оболочек микроорганизмов и диссоциация (деструкция) нейтральных молекул загрязняющих токсических веществ на более простые нетоксические составляющие (напри мер, С, Н2, О2 и др.) Нами показано, что при разрушении молекул загрязняющих веществ имеют место различные плазмохимические реакции, а при угнетении микроорганизмов - разрушение их белковых оболочек [117, 118].

В результате проведенных исследований было установлено, что для придания качественно новых свойств существующим техно логиям, веществам, материалам и средствам различного назначе ния они модифицируются наноструктурными частицами коллоид ного серебра в составе многофункциональных модифицирующих добавок (ММД) в «гомеопатических» дозах (0,5·10-2…1,5·10-5 кг/кг вещества или кг/м2 материала).

Для безопасного применения разработанной линейки препаратов марок «Аквивон», «Аквивон-О», модификатора марки «Аквивон ТМ» и «Концентрата КС» в ходе проведенных исследований была изучена их нанотехнологическая составляющая и биологическая активность в клеточной системе in vitro.

Для достижения поставленной цели нами были решены частные задачи:

- изучена характеристика состава этих препаратов и их основных показателей;

- изучена и описана нанотехнологическая составляющая препа ратов;

- изучено цитотоксическое действие препаратов на первичные фибробласты человека на уровне in vitro и установлена их безопасная доза для дальнейшего применения в качестве сырья в разрабатываемых вариантах составов для их применения по назначению;

- изучено цитотоксическое действие входящего в состав «Концентрата КС» 0,3% водного раствора поверхностно-активного вещества (ПАВ) без содержания в нем частиц коллоидного серебра на трансформированные клетки HeLa и установлена его безопасная доза для дальнейшего применения в разрабатываемом составе.

Изучение наноструктурных частиц серебра проводили на варианте приготовленного водного и органического растворов наноструктурных частиц коллоидного серебра с концентрацией с=4,0·10-3 г-ион/л.

В процессе изучения наноструктурных частиц коллоидного серебра определяли их наличие в водном и органическом рас творах, концентрацию, размеры, форму, состав и их распределение в исследуемых вариантах растворов.

Характеристика составов разработанной линейки препаратов марок «Аквивон», «Аквивон-О», модификатора марки «Аквивон ТМ» и «Концентрата КС» и их основных показателей подробно описана [108, 109, 110, 111].

2.3.2 Описание нанотехнологической составляющей частиц коллоидного серебра в водной и органической дисперсиях Из числа компонент разработанных составов наноструктурных частиц коллоидного серебра в водной и органической дисперсии наноразмерность имеет входящее в их состав коллоидное серебро (коллоидные кластеры из наноструктурных частиц серебра) в виде водного или органического раствора.

Разработанная нами инновационная технология производства этих составов позволяет равномерно распределить коллоидное серебро по всему объему водного или органического раствора без дальнейшего изменения его первоначально сформированных хими ческой структуры и физико-геометрических показателей.

Для подтверждения достоверности полученных составов коллоидного серебра нами разработаны лабораторные методы их объективного контроля в исходном водном или органическом растворе, а также методы оценки их биологической активности на нормальные фибробласты человека и на трансформированные клетки HeLa на уровне in vitro.

2.3.2.1 Методы контроля и результаты оценки достоверности содержания в составе препаратов коллоидного серебра Изучение содержания коллоидного серебра в водном и органическом растворах препаратов проводили для изготовленных в соответствии с ТУ трех вариантов препарата в виде прозрачной однородной суспензии концентрата коллоидного серебра красно коричневого цвета с концентрацией частиц серебра от с=0,02·10-3 г ион/л до с=3,5·10-3 г-ион/л.

В процессе изучения наноструктурных частиц коллоидного серебра определяли их наличие в растворах, концентрацию, размеры, форму, состав и распределение в исследуемых вариан тах раствора.

Наличие частиц коллоидного серебра в водной или органической дисперсии препаратов на этапе их производства определяли методом спектрального анализа приготовленных из растворов препаратов в области 400-420 нм с использованием двухлучевого спектрофотометра УФ- и видимой области «HELIOS ALPHA»

(Великобритания) с микропроцессорной системой управления.

Результаты качественного и количественного контроля, напри мер, наличие в водном растворе частиц коллоидного серебра и их концентрация, для получаемых препаратов показаны на рисунках 2.3, 2.4.

Как видно из представленных графиков на рисунках 2.3, 2.4, наличие в водном растворе частиц коллоидного серебра характе ризуется проявлением полосы поглощения света в области 400- нм, характерной для наноструктурных частиц серебра, полученных из мицеллярных растворов, что хорошо согласуется с известными литературными данными для наноструктурных частиц серебра, синтезированных другими методами.

Аналогичная картина наличия наноструктурных частиц колло идного серебра наблюдается и в органическом растворе, харак теризующаяся проявлением полосы поглощения света частицами коллоидного серебра в области 430-450 нм.

Согласно разработанной методике, концентрация нанострук турных частиц коллоидного серебра в водном или органическом растворах определяется по величине оптической плотности в максимуме полосы поглощения и для представленных растворов соответственно составляет:

- вариант 1 - с = 3,5·10-3 г-ион/л;

- вариант 2 - с = 0,8·10-3 г-ион/л;

- вариант 3 - с = 0,02·10-3 г-ион/л.

Технические характеристики применяемого двухлучевого спектрофотометра по пределу чувствительности позволяют определить даже следовые концентрации наноструктурных частиц серебра.

2.3.2.2 Методы контроля и результаты оценки достоверности содержания наноструктурных частиц коллоидного серебра в со ставе препаратов Размеры, форму, состав наноструктурных частиц коллоидного серебра и их распределение в исследуемом варианте водного и органического растворов препаратов изучали с использованием аналитического трансмиссионного электронного микроскопа LEO912 AB OMEGA с разрешением 0,3 нм, при ускоряющем напряжении 100 кВ и электронного микроскопа Hitachi H (Япония) с разрешением 0,5 нм при ускоряющем напряжении кВ. Для изучения вышеуказанных характеристик исследуемых трех вариантов растворов приготавливали препараты по стандартному для этой задачи методу.

2.3.2.2.1 Приготовление растворов препаратов 0.02 мл препарата наносились на медную сеточку с пленкой подложкой из формвара, предварительно укрепленную углеродом.

После 2-3 минут экспозиции избыток нанесенного раствора удаляли с помощью фильтровальной бумаги, затем образцы промывали дистиллированной водой и высушивали на воздухе.

2.3.2.2.2 Результаты изучения растворов препаратов Полученные препараты изучали и фотографировали в электронном микроскопе Hitachi H700 (Япония) с разрешением 0, нм, при ускоряющем напряжении 100 кВ. Для дальнейшей обработки негативы сканировали в монохромном режиме с разрешением 1200 точек на дюйм (472 точки на сантиметр) и глубиной представления цвета 16 бит. Сканирование осуществляли с помощью слайд-сканера Epson Perfection 4990 PHOTO.

Точное увеличение микроскопов определяли с помощью препарата частиц латекса диаметром 262 нм.

Размеры частиц определяли двумя различными способами: на полученных изображениях с использованием стандартной про граммы Statistika и непосредственно в аналитическом микроскопе LEO912 AB OMEGA с помощью встроенной программы EsiVision.

Для определения формы частиц серебра полученные препараты оттеняли в вакууме распылением сплава платины с палладием под углом около 10 без кругового вращения образца. При таком способе контрастирования частицы серебра сорбируют распыляе мый металл на поверхности, обращенной к источнику, а на противоположной стороне формируется зона, свободная от распы ляемого металла («тень»). По длине этой тени можно судить о форме анализируемых частиц: если частица плоская, «тень» будет короткой. Если частица имеет форму, близкую к шаровидной, «тень» будет примерно соответствовать диаметру частиц. В нашем случае изображение «тени» показывает, что частицы серебра имеют шаровидную форму.

Для определения состава частиц использовали аналитический трансмиссионный электронный микроскоп LEO912 AB OMEGA с разрешением 0,3 нм при ускоряющем напряжении 100 кВ. Состав частиц определяли путем сравнения дифракционных картин частиц препарата с эталонным изображением дифракционной картины серебра.

Результаты проведенных исследований по изучению нано структурных частиц коллоидного серебра, в водной и органической дисперсиях показаны на рисунках 2.5 - 2.16.

Анализ полученных результатов позволил установить следующие физико-химические характеристики входящего в состав «Концентрата КС» коллоидного серебра.


Диапазон распределения наноструктурных частиц коллоидного серебра в водной дисперсии лежит в пределах от 11 нм до 41 нм, причем 80 – 85% составляют частицы с размером от 11 нм до 20 нм (рисунки 2.5-2.7), а наноструктурных частиц коллоидного серебра в органической дисперсии - в пределах от 4 нм до 20 нм, причем 50 – 65% составляют частицы с размером от 7 нм до 15 нм (рисунки 2. - 2.10).

Форма наноструктурных частиц коллоидного серебра – шаро видная (рисунок 2.11).

По составу наноструктурные частицы коллоидного серебра представляют собой кристаллическую структуру атомов серебра, объединенных в шаровидную мицеллу кристаллического водо нерастворимого поверхностно-активного вещества (рисунки 2.12 2.14). В разработанных вариантах водного или органического растворов препаратов входящие в их состав мицеллы нано структурных частиц серебра равномерно распределяются в этих растворах без их слипания между собой и объединения в более крупные конгломераты частиц ввиду однополярности их зарядов (рисунки 2.18, 2.15, 2.16).

Таким образом, в результате проведенных исследований нами получены документальные подтверждения, описывающие процесс контроля на наноуровне (микрофотографии и др.) нанотех нологических переделов (формируемых в водном или органическом растворах наноструктурных частиц коллоидного серебра) в технологическом процессе их производства.

Рисунок 2.3 - Зависимость поглощения света в полосе УФ- и видимого спектра волн (400–420 нм) наноструктурными частицами коллоидного серебра с их концентрацией в препарате коллоидного серебра в водной дисперсии с=3,5·10-3 г-ион/л (Вариант № 1).

Рисунок 2.4 - Зависимость поглощения света в полосе УФ- и видимого спектра волн (400–420 нм) наноструктурными частицами коллоидного серебра с их различной концентрацией в водном растворе препарата коллоидного серебра в водной дисперсии (Вариант № 2 с=0,8·10-3 г-ион/л, Вариант № 3 с=0,02·10-3 г-ион/л).

Рисунок 2.5 - Фотоизображение наноструктурных частиц коллоидного серебра, содержащихся в Препарате коллоидного серебра в водной дисперсии (Вариант № 1), полученное в элек тронном микроскопе Hitachi H700 (Япония) с разрешением 0,5 нм, при ускоряющем напряжении 100 кВ.

Рисунок 2.6 - Фотоизображение статистического анализа при сканировании размеров наноструктурных частиц коллоидного серебра, содержащихся в Препарате коллоидного серебра в водной дисперсии (Вариант № 1), осуществляемого с помощью слайд сканера Epson Perfection 4990 PHOTO.

Рисунок 2.7 - Диаграмма распределения по размерам нано структурных частиц коллоидного серебра, содержащихся в Пре парате коллоидного серебра в водной дисперсии (Вариант № 1).

Рисунок 2.8 - Фотоизображение наноструктурных частиц коллоидного серебра, содержащихся в Препарате коллоидного серебра в органической дисперсии (Вариант № 1), полученное в электронном микроскопе Hitachi H700 (Япония) с разрешением 0, нм, при ускоряющем напряжении 100 кВ.

Рисунок 2.9 - Фотоизображение статистического анализа при сканировании размеров наноструктурных частиц коллоидного сере бра, содержащихся в Препарате коллоидного серебра в органи ческой дисперсии (Вариант № 1), осуществляемого с помощью слайд-сканера Epson Perfection 4990 PHOTO.

Рисунок 2.10 - Диаграмма распределения по размерам нано структурных частиц коллоидного серебра, содержащихся в Препарате коллоидного серебра в органической дисперсии (Вариант № 2).

Рисунок 2.11 - Фотоизображение наноструктурных частиц коллоидного серебра, оттененных сплавом платины с палладием, определяющих их шаровидную форму без кругового вращения образца.

Рисунок 2.12 - Фото дифракционной картины эталона атомов серебра Рисунок 2.13 - Фото дифракционной картины наноструктурных частиц коллоидного серебра, полученных из Препарата коллоид ного серебра в водной дисперсии (Вариант №1).

(Совпадение рефлексов эталона с частицами Препарата КС показывает, что анализируемые частицы состоят из атомов серебра).

Рисунок 2.14 - Фото дифракционной картины наноструктурных частиц коллоидного серебра, полученных из Препарата коллоид ного серебра в органической дисперсии (Вариант №1).

(Совпадение рефлексов эталона с частицами Препарата КС показывает, что анализируемые частицы состоят из атомов сере бра).

Рисунок 2.15 - Фотоизображение примера распределения наноструктурных частиц коллоидного серебра, содержащихся в Препарате коллоидного серебра в водной дисперсии (Вариант №1), полученное в электронном микроскопе Hitachi H700 (Япония) с разрешением 0,5 нм, при ускоряющем напряжении 100 кВ.

Рисунок 2.16 - Фотоизображение примера распределения наноструктурных частиц коллоидного серебра, содержащихся в Препарате коллоидного серебра в органической дисперсии (Вариант №1), полученное в электронном микроскопе Hitachi H (Япония) с разрешением 0,5 нм, при ускоряющем напряжении 100 кВ.

2.3.3 Результаты изучения цитотоксического действия препаратов наноструктрных частиц коллоидного серебра в водной дисперсии на первичные фибробласты человека 2.3.3.1 Материалы и методы 2.3.3.1.1 Испытуемые вещества:

Концентрат коллоидного серебра в водной дисперсии (ТУ 9185 025-87552538-12), содержащей ПАВ натрий диоктилсульфосукцинат C20H37NaO7S, с концентрацией коллоидного серебра (%) 0,025;

0,125;

0,25;

0,5;

1,0 (далее по тексту, «Концентрат КС»);

Поверхностно-активное вещество натрий диоктилсульфосук цинат C20H37NaO7S (далее по тексту ПАВ).

2.3.3.1.2 Клеточная модель В качестве модели использовали две линии первичных фибро бластов человека: а) нормальные фибробласты, б) фибробласты, зараженные микоплазмой, и в) трансформированные клетки HeLa.

2.3.3.2 Методика испытания В ходе проведения 1-го и 2-го экспериментов через несколько часов после высева клеток двух линий первичных фибробластов человека испытываемые вещества вводили в среду культивирова ния. Клетки в присутствии испытуемых веществ культивировали в течение 8 часов, фиксировали свежеприготовленным парафор мальдегидом и окрашивали ДНК-связывающим флуорохромом DAPI. Цитотоксичность испытуемых веществ оценивали по подсчету доли гибнущих клеток.

В ходе проведения 3-го эксперимента для проверки токсических свойств входящего в состав «Концентрата КС» ПАВ, получали монослой клеток HeLa в лунках шестилуночного культурального планшета. Приготавливали 0,3% водный раствор ПАВ без содержания в нем частиц коллоидного серебра, аналогично содержанию ПАВ в 0,25% водном растворе Концентрата КС.

Сменили в культуральном планшете среду на свежую и внесли порции полученного 0,3% водного раствора ПАВ объемом 2,5 мкл, 5,0 мкл, 10,0 мкл, 20,0 мкл и 50,0 мкл. После этого клетки HeLa инку бировали в среде в течение 1 часа, одних и двух суток.

2.3.3.3 Результаты испытаний Биологические эффекты, вызываемые присутствием коллоид ного серебра в «Концентрате КС», тестировали посредством внесе ния аликвот суспензии коллоидного серебра концентрата КС в среду культивирования клеток.

Клетки культивировали на покровных стеклах и по достижении 75% плотности монослоя переносили в экспериментальную среду.

Тесты проводили на двух культурах первичных фибробластов человека. Было проведено два эксперимента.

В эксперименте №1 тестировали концентрации коллоидного серебра в «Концентрате КС» 0,25 и 0,025%. Использовали культуру клеток, зараженную микоплазмой. Показано, что через 24 часа присутствие концентрата в среде культивирования не оказывает токсического действия на клетки. При этом показано значительное снижение количества клеток микоплазмы, выявляемых по окраске на ДНК при инкубации клеток в присутствии в среде культи вирования клеток коллоидного серебра в «Концентрате КС» с концентрациями коллоидного серебра 0,25% и 0,025%, по срав нению с контролем (рисунок 2.17).

Рисунок 2.17 - Зараженные микоплазмой первичные фибро бласты человека в контроле и после обработки препаратом в концентрации 0,25 и 0,025%. Окраска на ДНК флуорохромом DAPI.

В эксперименте № 2 тестировали концентрации коллоидного серебра в «Концентрате КС» 1,0, 0,5, 0,25 и 0,125 %. Использовали культуру клеток, не зараженную микоплазмой. Через 24 часа в присутствии 1% раствора коллоидного серебра в Препарате КС клетки лизировались. Присутствие в среде культивирования клеток 0,5% раствора коллоидного серебра в «Концентрате КС» вызвало «физиологическую» гибель клеток. В этих условиях большая часть клеток отделилась от субстрата и клеточный дебрис перешел в суспензию.

В присутствии в среде культивирования клеток 0,25 и 0,125% раствора коллоидного серебра в «Концентрате КС» токсических эффектов не выявлено. Клетки сохраняют нормальную морфологию и пролиферируют (рисунок 2.18).

Рисунок 2.18 - Первичные фибробласты человека в контроле и после обработки «Концентратом КС» в концентрации коллоидного серебра 1, 0,5, 0,25 и 0,125%. Фазово-контрастное изображение и окраска на ДНК флуорохромом DAPI.

В эксперименте № 3 тестировали концентрацию ПАВ в 0,3% водном растворе ПАВ без содержания в нем частиц коллоидного серебра, аналогично содержанию ПАВ в 0,25% водном растворе «Концентрата» КС.

В ходе наблюдения за состоянием клеток в приготовленной среде было установлено, что после 1,0 часа гибели клеток HeLa не обнаружено. Не было также обнаружено признаков гибели клеток HeLa после первых и вторых суток их наблюдения. В результате проведения эксперимента с ПАВ сделан вывод о том, что содер жание в 0,25% водном растворе Концентрата КС 0,3% водного раствора ПАВ не вызывает цитотоксических эффектов, приводящих к гибели клеток HeLa.

Таким образом, в результате изучения цитотоксического действия препаратов наноструктрных частиц коллоидного серебра в водной дисперсии на первичные фибробласты человека были установлены факты дозовой зависимости применения «Концентрата КС» в качестве модифицирующей добавки к питательной среде и опреде лена безопасная доза ее применения при культивировании мицелия в глубинной культуре.


В частности было установлено, что:

- cуспензия «Концентрата КС» токсична для клеток первичных фибробластов человека в концентрациях коллоидного серебра в водном растворе 1% и 0,5%. В этих дозах «Концентрат КС»

вызывает лизис и некроз клеток;

- суспензия «Концентрата КС» не оказывает токсического воз действия на первичные фибробласты человека в концентрации коллоидного серебра в водном растворе 0,25%, 0,125% и, 0,025%;

- в концентрации коллоидного серебра в водном растворе 0,25% и 0,025% суспензия «Концентрата КС» подавляет рост и убивает клетки микоплазмы;

- содержание в 0,25% водном растворе «Концентрата КС» 0,3% водного раствора ПАВ не вызывает цитотоксических эффектов, приводящих к гибели клеток HeLa.

2.3.4 Результаты изучения в клеточной системе in vitro действия препаратов наноструктурных частиц коллоидного серебра в водной дисперсии на цитокинетические параметры культивируемых клеток Экспериментальные исследования проведены на биологическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова под руководством доктора биологических наук, профессора Полякова В.Ю.

2.3.4.1 Материалы и методы 2.3.4.1.1 Испытуемые вещества 1. Препарат коллоидного серебра в водной дисперсии «Препарат КС ТУ 9185-001-38363343-13» с содержанием в нем 0,15% масс Концентрата коллоидного серебра в водной дисперсии «Концентрат КС ТУ 9185-025-87552538-12».

2. Препарат коллоидного серебра в водной дисперсии «Препарат КС ТУ 9185-001-38363343-13» с содержанием в нем 0,25% масс Концентрата коллоидного серебра в водной дисперсии «Концентрат КС ТУ 9185-025-87552538-12».

3. Препарат коллоидного серебра в водной дисперсии «Препарат КС ТУ 9185-001-38363343-13» с содержанием в нем 0, % масс Концентрата коллоидного серебра в водной дисперсии «Концентрат КС ТУ 9185-025-87552538-12».

Далее по тексту Препараты № № 1, 2 и 3.

2.3.4.1.2 Методы испытаний:

Тесты проводили на первичных фибробластах человека (10- пассаж).

Клетки культивировали на покровных стеклах в среде ДМЕМ с добавлением эмбриональной сыворотки теленка (HyClone) и анти микробного и антигрибкового реагента (Gibco) в течение 5 дней, до формирования субконфлюэнтного монослоя.

Биологические эффекты, вызываемые присутствием наночастиц коллоидного серебра в Препаратах 1, 2, и 3, тестировали посредством внесения аликвот суспензии Препаратов в среду культивирования клеток в концентрациях: 0,5;

1,0;

5,0;

10,0 и 15, мкл на 1,0 мл среды.

Контролем служили клетки, культивируемые в среде без добавления Препаратов.

Клетки инкубировали в присутствии тестируемых Препаратов 1,2,3 в течение 24 часов.

Через час после внесения анализировали клетки для выявления возможных быстрых токсических эффектов.

Через 24 часа после внесения тестируемых Препаратов 1,2, клетки фиксировали 3,7% раствором формальдегида на PBS ( минут), пермеабилизровали плазматические мембраны 0,5% раствором Тритона X-100 на PBS, окрашивали ДНК-связывающим флуорохромом DAPI (0,5 мкг/мл) и заключали в MOVIOL.

Для анализа действия Препаратов 1,2,3 определяли состояние популяции культивируемых клеток по двум цитокинетическим пара метрам – митотическому и апоптотическому индексам.

2.3.4.2 Результаты испытаний Микроскопический анализ клеток, проведенный через час после пересева в среду, содержащую испытуемые Препараты 1, 2, 3, не выявил нарушений в структуре интерфазных и митотических клеток и в динамике роста популяции.

Микроскопический анализ, проведенный через 24 часа инкубации клеток в среде, содержащей препараты № № 1, 2 и 3, показал, что испытуемые препараты не обладают токсическим действием на культивируемые клетки (рисунки 2.19, 2.20, 2.21).

Рисунок 2.19 - Результаты микроскопического анализа токсичес кого действия препарата №1.

Рисунок 2.20 - Результаты микроскопического анализа токсичес кого действия препарата №2.

Рисунок 2.21 - Результаты микроскопического анализа токсичес кого действия препарата №3.

Таким образом, в результате изучения в клеточной системе in vitro действия препаратов наноструктурных частиц коллоидного серебра в водной дисперсии на цитокинетические параметры культивируемых клеток было установлено, что испытываемые препараты коллоидного серебра в водной дисперсии «Препарат КС ТУ 9185-001-38363343-13» с содержанием в них в используемых концентрациях концентрата коллоидного серебра в водной диспер сии «Концентрат КС ТУ 9185-025-87552538-12», не обладают цито токсическим действием на культивируемые нормальные фибро бласты человека.

2.4 Разработка новых способов и средств каталитической очистки воздуха в плазмоподобных средах, формируемых на фильтрующих материалах наноструктурными частицами серебра 2.4.1 Теоретическое и экспериментальное обоснование каталитической очистки воздуха 2.4.1.1 Математическая модель глубокой деструкции молекул загрязнителей воздуха на элементарные составляющие при взаимодействии их с пространственно ориентированной решеткой из наноструктурных частиц серебра (на примере деструкции моле кул углекислого газа СО2) [117] В качестве примера в модели рассматривается следующая типичная для рассматриваемого случая схема.

Наночастицы коллоидного серебра посажены на плоский пористый, продуваемый полимерный носитель (картридж) и образуют на нем пространственную равномерно распределенную в плоскости и по объему структуру из наночастиц коллоидного серебра.

Через этот картридж вентилятором продувается воздух, содер жащий искусственно внесенный в него тестовый загрязнитель (рисунок 2.22). Им могут быть пары ацетона, пары формальдегида, пары аммиака, углекислый газ, как по отдельности внесенные в герметически закрытую камеру бокса, так и в виде их смеси.

Рисунок 2.22 - Принципиальная схема экспериментального образца воздухоочистителя «СЮИТА» для принудительной комплексной очистки воздуха.

Экспериментально было установлено, что при продувании такого воздуха через размещенный в фильтре картридж происходит деструкция загрязнителей на простейшие молекулы: С, О 2, Н2 и др.

Этот процесс деструкции происходит при нормальных условиях [48-50, 117, 119].

Попытаемся объяснить процесс деструкции молекулярных загрязнителей на примере деструкции молекулы СО 2, являющейся одной из самых стойких молекул и практически не поддающейся разрушению известными доступными методами.

В технике деструкция молекул СО2 может происходить при высокоинтенсивных энергетических воздействиях. Например, при высоких температурах. Так, при электродуговой сварке в среде СО происходит диссоциация молекул СО2 с выделением молекул О2.

Нами экспериментально установлено [119, 123-125], что при взаимодействии СО2 с пространственной решеткой нанесенных на картридж наноструктурных частиц коллоидного серебра происходит его деструкция на атомарный углерод С и молекулярный кислород О2. При этом в экспериментах по деструкции СО2 не было обнаружено следов рекомбинации молекул в такие вещества, как СО и NO2. В процессе проведения многочисленных опытов по деструкции СО2 было зарегистрировано падение концентрации СО с конвертацией в О2 и С, при последовательном увеличении его содержания в испытуемой среде бокса в ходе контролируемой через каждую секунду работы воздухоочистителя.

Для математического описания модели деструкции СО 2 с конвертацией его в О2 и С в физической модели в плоском двухмерном пространстве распределения наноструктурных частиц коллоидного серебра нами принято их распределение по геоме трическим размерам от 2 нм до 70 нм. При этом расстояние между частицами коллоидного серебра, расположенными на плоскости картриджа, принято 1D - 2D наноструктурной частицы.

Пористый носитель наноструктурных частиц коллоидного серебра имеет геометрические размеры 330 х 330 мм и толщину 5…15 мм.

Скорость воздухообмена, организуемая через этот картридж фильтра, составляет ~160 м3/час, что соответствует линейной скорости потока воздуха Vв ~0,45 м/сек.

Для первоначальной оценки механизма взаимодействия молекул СО2 со структурой наночастиц коллоидного серебра приняты следующие приближения:

- размер наночастиц серебра dср =100 нм;

- расстояние между соседними наночастицами rср. = 100 нм.

Наночастицы представляют равномерно распределенную трех мерную структуру.

Для простоты решения задачи в модели рассматривается плоская двумерная структурная решетка из равномерно распре деленных по поверхности картриджа наноструктурных частиц серебра в виде шарообразных мицелл.

Простейший фрагмент этой структуры представляет наночастицу серебра размером dср. и молекулу СО2, пролетающую на расстоянии rп. (rп. = rср./2 ).

Известно, что характерный размер молекулы СО2 составляет ~0,23 нм, и соответственно для наночастиц коллоидного серебра молекула СО2 представляет собой точечный объект.

Масса молекулы СО2 составляет:

mco2 = Mco2 · m прот., (2.7) где: Мсо2 - молекулярная масса СО2, равная 44;

m прот. – масса протона, равная 1,67·10-27 г.

mco2 = 7,3·10-26 г.

При этом масса наночастицы серебра составляет:

MAg = Ag. Vн = Ag ·4/3 (dср /2) 3 = 5,5 ·10-20 г, (2.8) где: Ag - плотность серебра, равная 10,5 ·103 кг/м3.

Из приведенных данных видно, что масса наночастицы коллоидного серебра намного больше массы молекулы СО 2, поэтому при их взаимодействии между собой влиянием последней можно пренебречь.

Для проведения дальнейших расчетов примем характерное расстояние пролета rп молекулы СО2 мимо наночастицы кол лоидного серебра не более половины расстояния между соседними наночастицами:

rп = 50 нм (2.9) При пролете молекулы СО2 со скоростью Vв мимо наночастицы с размером dср. на расстоянии rп можно определить характерное время их взаимодействия:

tв ~ Lв /Vв, (2.10) где: Lв - эффективный путь взаимодействия пропорциональный ~ 1/rп 2.

На основании этой зависимости можно принять:

Lв ~ 2 rп = 100 нм (2.11) Тогда характерное время взаимодействия молекулы СО2 с наночастицей коллоидного серебра составит:

tв ~ 10-7 с (2.12) В результате изучения химической структуры наночастиц коллоидного серебра ранее нами было установлено, что они обра зуют своеобразные соединения - «мицеллы» из атомов серебра, обладающие электрическим потенциалом.

Основываясь на этом утверждении, для дальнейших расчетов примем электрический потенциал «мицеллы» серебра близким к абсолютному нормальному потенциалу серебра (ПAg =1,07 В):

Uн = 1 В (2.13) Будем полагать, что «мицелла» наночастиц коллоидного серебра имеет геометрическую форму шара с диаметром dср =100 нм.

Это физическое тело обладает электрической емкостью, которую можно определить, как емкость уединенного шара, равную:

Сн = 4 e e0 rср = 5,5 ·10-18 Ф (2.14) Напряженность электрического поля на расстоянии пролета молекулы СО2 будет равна:

Uв = Uн /rп = 2 ·107 В/м (2.15) При таких полях (~107 В/м) проявляются огромные электрические силы воздействия.

В дальнейшем при решении задачи рассматриваются физичес кие процессы, происходящие в данных условиях.

Электронная теория строения атомов объясняет, как атомы соединяются в молекулы, т.е. природу и механизм образования химических связей. Прочность связей обусловлена квантовой устой чивостью совокупной электронно-волновой картины образовав шейся молекулы [126].

Под химической связью понимают электрические силы притяже ния, удерживающие атомы друг около друга, то есть в основе теории химических связей лежат представления об электронных взаимодействиях.

При больших напряженностях электрического поля (более 3· В/м) происходит ионизация нейтральных молекул с разрывом связей с диссоциацией на более простые составляющие.

Под «ионизацией» понимают образование положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных молекул.

Если энергия ионизации W сообщается ионизуемой частице другой частицей при их столкновении, то эта ионизация называется ударной.

При пролете молекулы СО2 вблизи заряженной наночастицы, под действием поля молекула СО2 приобретает индуцированный заряд.

В сильных электрических полях ионизация может возникать за счет вырывания электронов из молекул вещества.

Ионизированные молекулы, ускоряясь в электрическом поле, соударяются с наночастицами, при этом происходит разрыв связей и распад молекул на различные фрагменты.

В работе [126] приведены энергии связи различных комбинаций ион-фрагментов в результате ионизации молекулы СО2:

СО2 = С–О2 энергия связи 10,9 эВ (1,7·10-18 Дж);

СО2 = СО–О энергия связи 5,45 эВ (8,72·10-19 Дж);

СО2 = О–СО энергия связи 5,45 эВ (8,72·10-19 Дж).

Наибольшая энергия разрыва связей молекулы СО 2 равна 10, эВ, остальные фрагменты ионизации молекулы СО2 имеют в 2 раза меньшие энергии разрыва связей: 5,45 эВ.

В этой же работе упоминается о сложности и многоканальности протекания процесса диссоциативной ионизации молекулы СО 2.

В определённых условиях частицы могут ионизоваться и при столкновениях, в которых передаётся энергия, меньшая W: сначала атомы (молекулы) возбуждаются ударами, после чего для их ионизации достаточно сообщить им энергию, равную разности W и энергии возбуждения.

Таким образом, «накопление», необходимой для ионизации энергии, осуществляется в нескольких последовательных столкно вениях. Подобная ионизация называется ступенчатой. Она возмо жна, если столкновения происходят столь часто, что частица в промежутке между двумя соударениями не успевает потерять энергию, полученную в первом из них (достаточно высокоинтенсив ные и частые воздействия).

Механизм многоступенчатой ионизации вполне реализуется в нашем рассматриваемом случае, т.к. молекула СО 2 последо вательно и непрерывно подвергается воздействию сверхсильных электрических полей заряженных наночастиц коллоидного серебра и соударению с ними.

В этом случае энергия наночастицы, обладающей емкостью С н и имеющей потенциал Uн, будет составлять:

Ен = Сн Uн2/2 = 2,75 · 10-18 Дж (2.16) Таким образом, энергии воздействия заряженной наночастицы на молекулу СО2 при ее пролете и столкновении с наночастицей вполне хватает на ее деструкцию, в том числе и при механизме многоступенчатой ионизации.

Понятно, что при геометрических размерах наночастицы коллоидного серебра менее 100 нм, частицы обладают меньшей энергией и в этом случае будет реализовываться механизм много ступенчатой ионизации.

При пролете мимо заряженных наночастиц коллоидного серебра молекулы СО2 испытывают воздействие чередующихся коротких во времени (~10-7 с) больших значений электрических полей (~10 7В/м), что эквивалентно действию коротких импульсов высокого напря жения. При этом происходит процесс ионизации молекул СО 2.

В физике подобное явление известно, как импульсный коронный разряд или импульсная корона.

Коронные разряды возникают и в природе под влиянием атмос ферного электричества и появляются на верхушках деревьев, кора бельных мачт и шпилях зданий.

В технике известно эффективное использование импульсного коронного разряда для очистки от вредных веществ произ водственных газов и вентиляционных выбросов «грязных» произ водств, например лакокрасочных и других. Для генерации коротких высоковольтных импульсов используют специальные импульсные генераторы, достаточно технически сложные и дорогостоящие.

В импульсном коронном разряде при воздействии электронного удара происходит диссоциация молекул загрязняющих веществ, таких, как SO2, CO и NO2.

При разрушении молекул загрязняющих веществ имеют место различные плазмохимические реакции.

В частности, израильскими учеными (Ye.Yankelevich, A. Pokry vailo, 2002 г.) в лабораторных условиях экспериментально была получена диссоциация молекул SO2 на твердую серу (в виде порошка) и кислород после обработки импульсным коронным разрядом смеси воздуха и SO2.

Обычное значение напряжения в импульсной короне составляет:

40 - 70 кВ и длительности импульсов ~10-5-10-6 с.

В нашем расчетном случае параметры образующейся импуль сной короны на несколько порядков превосходят эти значения, а соответственно эффективность данного процесса существенно выше.

Реакция «разложения» молекул СО2 может происходить на поверхности «мицеллы» серебра, например при соударении, и тогда этот процесс можно отнести к гетерогенному катализу [126-130].

Определяющим фактором деструкции является время воздействия этой энергии на молекулу СО2, при этом мощность воздействия будет составлять:

Рн = Ен/tв = 2,75. 10-11 Вт, (2.17) что составляет удельную мощность воздействия на 1 грамм вещества:

Ру = Рн/m co2 ~ 1016 Вт/г. (2.18) При этом реализуются различные механизмы ионизации, при которых происходит эффективная деструкции молекул СО 2 до их простейших составляющих О2 и С.

В масштабе наноразмеров при небольших исходных значениях величин (С,U,L) возникают огромные электрофизические воздей ствия.

Для того, чтобы оценить, какие значения напряженности элек трического поля и энергии могут быть реализованы при различных размерах наночастиц коллоидного серебра и при различных расстояниях взаимодействия их с молекулами СО 2, впервые полученные нами расчетные данные приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Значения напряженности электрического поля U (В/м) и энергии E (Дж) для различных размеров наночастиц коллоидного серебра и при различных расстояниях взаимодействия их с молекулами СО Диаметр 5 10 30 50 наночастиц Dn (нм). -. -. -. -. 1,39 10 2,78 10 8,34 10 1,39 10 1,95 Энергия наночастицы 19 19 19 18 (Дж) 1.Dn 2. 108 1. 108 3,3. 107 2. 107 1,4. U (В/м) Расстояние взаимо действия 2.Dn 1. 108 5. 107 1,7. 107 1. 107 7,1. U (В/м).. 7. 7. 7. 6. 3 Dn 6,7 10 3,3 10 1,1 10 6,7 10 4,8 U (В/м) Полученные значения электродинамических воздействий сходны с параметрами, имеющими место для плазменного состояния веще ства, хотя все эти явления происходят в обычных нормальных условиях.

Основываясь на полученных расчетных данных, можно вести речь о существовании впервые открытого нами физического процессса холодной плазмы в динамическом состоянии вещества при взаимодействии молекул СО2 и наночастиц коллоидного серебра.

Понятно, что приведенные выше оценки усредненные.

Описанные нами физические процессы могут происходить с большей или меньшей интенсивностью в зависимости от исходных параметров, но они, как видно из этих оценочных расчетов, не противоречат существующим законам физики.

Полученные нами расчетные значения деструкции молекул СО при взаимодействии с наноструктурными частицами коллоидного серебра с конвертацией молекул СО2 в молекулярный кислород О и атомарный углерод С подтверждаются достаточно большой доказательной базой экспериментальных данных.

2.4.1.2 Результаты экспериментального обоснования каталити ческой очистки воздуха с применением на фильтрующих материа лах наноструктурных частиц серебра, формирующих плазмоподоб ные среды Испытания экспериментального образца воздухоочистителя «СЮИТА» (рисунок 2.23) по определению эффективности его работы проводились на тестовых загрязнителях воздуха: парах ацетона, парах формальдегида, аммиаке и углекислом газе.

Рисунок 2.23 - Действующий макет экспериментального образца воздухоочистителя «СЮИТА».

2.4.1.2.1 Методика проведения испытаний 1. Приборы и оборудование для проведения испытаний Испытания проводятся на специальной лабораторной уста новке.

Установка состоит из следующих частей:

- герметичного бокса объемом 200 литров, выполненного из нержавеющей стали;

- в боксе имеется электровентилятор для перемешивания воздуха;

- в боксе размещён электронагреватель для испарения жидкого тестового вещества;



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.