Здоров'я людини та охорона навколишнього середовища в контексті стандартизації нанотехнологій і наноматеріалів

Здоров'я людини та охорона навколишнього середовища в контексті стандартизації нанотехнологій і наноматеріалів

 

Особливим аспектом стандартизації є рішення задач забезпечення ресурсо- та енергозбереження, небезпечності технологічних процесів, здоров'я і безпеки операторів, які взаємодіють із продукцією нанотехнології на всіх етапах її виробництва, випробування, дослідження та застосування, а також екологічної безпеки навколишнього середовища. Найбільш розвинені країни, що беруть участь у міждержавній програмі з виявлення потенційної небезпеки наноматеріалів, зокрема, США, Японія, Великобританія та інші. Між ними намітився такий розподіл: у США досліджують токсичність наноматеріалів, забруднення навколишнього середовища; в Японії вивчають токсичність наноматеріалів; у Великобританії ведеться розробка стандартів безпеки наноматеріалів.

ТК299 «Нанотехнології» ISO опублікував технічну доповідь ISO/TR 12885, яка є оглядом рекомендацій із запобігання шкідливої для здоров'я дії наноматеріалів, особливо наночасток, на людину та дотримання норм безпеки у процесі виробництва, обробки, використання і зберігання наноматеріалів.

 

Забезпечення здоров'я і безпеки, охорона навколишнього середовища – особливі аспекти стандартизації

1. Наноматеріали: характеристика і виробництво. Приведено деякі характеристики і вказано галузі застосування фуллеренів, сажі, вуглецевих нановолокон, вуглецевих нанотрубок і вуглецевих нанопластин, металевих оксидних наноструктурних матеріалів у формі агломерованих та агрегованих наночасток, золотих і срібних наночасток, металевих нанопроводів на основі кобальту, золота й міді, квантових крапок із провідникових матеріалів, органічних полімерних матеріалів (дендримерів, волокон), біопоглинаючих наноматеріалів. Дано короткий опис типових методів виготовлення наноматеріалів: аерозольних (полум'яного піролізу, високотемпературного випаровування і плазмового синтезу); рідкофазних (колоїдного, самооб`єднання, гель-золь-методу); осадження пари; електрополімеризації й електроосадження; електроцентрифугування (синтезу полімерних нановолокон); механічних (аттриторних) процесів (помелу, змішування і легування).

2. Характеристика небезпеки. Обговорюються проблеми небезпеки, які пов'язані зі впливом наноматеріалів (у першу чергу, випадкових або природних наночасток і нановолокон) на здоров'я людей. Наводяться результати епідемологічних досліджень, пов'язаних із захворюваннями в результаті шкідливої дії наночасток. Дається оцінка небезпеки виробництва наноматеріалів.

3. Оцінка шкідливої дії наноматеріалів. Обговорюються шляхи шкідливої дії наноматеріалів (при інгаляції, ковтанні, контакті зі шкірою). Приведено огляд інструментарію і методів визначення схильності дії наночасток (прямого вимірювання концентрації, розмірного розподілу в аерозолях та вимірювання активної поверхні, гравіметричного і хімічного аналізу тощо). Приводяться відомості про дозову оцінку (внутрішня схильність).

4. Оцінка небезпеки у виробничому оточенні. Вказано на компоненти процесу оцінки небезпеки – ідентифікація небезпеки, оцінка схильності, оцінка дії, характеристика небезпеки. Наголошується, що в даний час нормативні документи щодо кількісних методів оцінки небезпеки для здоров'я і дані про дію більшості наноматеріалів практично відсутні.

5. Методи контролю. Розглядаються існуючі відомості щодо принципів і методів контролю (регулювання) для зменшення або запобігання дії наноматеріалів, що виготовляються, на робочому місці. Показано, що основними засобами запобігання їх дії є: усунення джерел небезпеки; заміна джерел небезпеки (сировини – на менш токсичне, аерозольної продукції – на пасти, гранули, «сухих» технологічних операцій – на «вологих»); адекватне використання технічних засобів запобігання небезпеки (висока небезпека – локалізація процесу, середня – місцева вентиляція, низька – загальна вентиляція); адміністративні системи контролю (навчання та інструктаж, скорочення робочого часу, загальна й особиста гігієна); використання персональних засобів захисту.

Таким чином, нинішній рівень вивчення безпеки нанотехнологій і наноматеріалів характеризується розробкою норм, тренінгів, методологій, стандартів, застосування яких у ході вивчення фізико-хімічних та фармако-токсикологічних властивостей нанопродукції, екологічних наслідків і, власне, нанотехнологічних процесів дозволить на основі обгрунтованих та об'єктивних результатів захистити здоров'я і забезпечити надійний рівень безпеки людей, які працюють із наноматеріалами.

ТК 229 опублікував план робіт у галузі стандартизації наноматеріалів і нанотехнологій. Намічена розробка 35 стандартів, із них найближчим часом буде опубліковано такі стандарти: ISO/TS 10867 «Nanotechnologies – Characterization of single-wall carbon nanotubes using near infrared photoluminescence spectoscopy»; ISO/TR 11811 «Nanotecnologies – Guidance on methods for nanotribology measurements».

 

Вирішення питань стандартизації в рамках Державної науково-технічної програми

У 2009 р. Кабінет Міністрів України затвердив Державну науково-технічну програму «Нанотехнології і наноматеріали». Займаються програмою Міністерство освіти і науки України та Національна академія наук України. Програма передбачає створення Центру стандартизації нанопорошків і консолідованих наноматеріалів. До основних проблем, які вирішуватиме Центр, належать:

1. Стандартизація, метрологія і сертифікація в нанотехнологіях. У цій сфері першочерговими є:

  • стандартизація термінології і номенклатури в галузі наноматеріалів та нанотехнологій;
  • стандартизація методів вимірювання і визначення параметрів нанооб'єктів;
  • специфікація наноматеріалів;
  • стандартизація аспектів нанотехнологій, які пов'язані з безпекою навколишнього середовища і здоров'я;
  • стандартизація методології сертифікації та сертифікація нанотехнологій і нанооб'єктів;
  • накопичення та аналіз інформації щодо стандартів стосовно наноматеріалів і нанотехнологій, що діють у розвинених країнах світу (США, Японії, Європейських країн, Росії та ін.), а також перспективних планів стандартизації, неформальних стандартів типу TS (технічні умови) і TR (технічна доповідь).
  1. Створення і координація діяльності Технічного комітету стандартизації України ‘Нанотехнології’.
  2. Організаційна робота, направлення на отримання Україною членства в технічному комітеті ISO/TC 229 Nanotechnologies.

В міру того, як розвиватимуться виробництво і реалізація нанопродукції, значна увага приділятиметься виробленню визнаної в усьому світі єдиної термінології, методик оцінки споживчих властивостей, якості і безпеки такої продукції, постійно зростатиме актуальність проблеми стандартизації в галузі нанотехнологій і наноматеріалів. В Україні значна увага приділяється організаційним питанням, які буде використано для розвитку цього науково-технічного напряму.

 

Перспективи «зеленої хімії» та «зелених технологій»

Досягнення фундаментальної хімії та сучасних технологій значною мірою обумовлюють відповідний рівень розуміння будови матеріального світу, а хімічні підходи і технології відіграють ключову роль у розв’язанні глобальних проблем сталого розвитку та збереження навколишнього середовища, в забезпеченні населення планети чистою водою, їжею, ефективними ліками, енергією. Розуміння цього повинно сприяти створенню та впровадженню нових екологічно безпечних, енерго- та ресурсозберігаючих процесів хімії та хімічної технології, а також модернізації економіки країни, подоланню її сировинного характеру та переведенню на сучасний високотехнологічний шлях розвитку багатьох екологічних і природоохоронних проблем.

Серйозним спонукальним та об’єднуючим моментом у боротьбі за ці цілі є так звані «зелені» рухи та «зелені» технології. Початок «зеленому» руху було покладено ще в 60-і роки ХХ століття, коли громадськість Північної Америки та Західної Європи, яка виступає за збереження навколишнього середовища, добилася посилення природоохоронного законодавства та контролю за використанням токсичних хімікатів у різних галузях економіки та соціальної сфери. Окрім штрафних санкцій та заборони застосування ряду особливо небезпечних хімікатів, посилилась увага до пошуку менш токсичних заміщуючих хімічних речовин, альтернативних технологій енерго- та ресурсозбереження. Більше того, законодавчо було введено токсикологічний контроль отриманих і застосовуваних хімічних речовин та матеріалів.

Визначення «зеленої» хімії («зелених» технологій), прийняте науковцями, таке: «Зелена хімія та зелені технології – відкриття, розробка та використання хімічних продуктів і процесів, які зменшують або виключають використання та утворення шкідливих речовин». Визначення вказує на необхідність урахування можливих негативних явищ ще на стадії створення нових сполук, про що раніше дослідники часто не задумувалися. Поль Анастас та Джон Корнер сформулювали 12 принципів «зеленої» хімії та «зелених» технологій, які стали нині класичними. Ці принципи, які розкривають практичні аспекти визначення ІЮПАК, наводяться нижче.

1        Запобігання (краще не допускати утворення відходів, ніж займатися їх переробкою або знищенням).

2        Раціональне (ефективне) використання вихідних реагентів (методи синтезу повинні розроблятися таким чином, щоб до складу кінцевого продукту входило якомога більше атомів використовуваних вихідних реагентів).

3        Зниження загрози процесів і продуктів синтезу (в усіх можливих випадках потрібно прагнути до використання або синтезу речовин, нетоксичних або малотоксичних для людини та навколишнього середовища).

4        Конструювання «зелених» матеріалів (технології повинні забезпечувати створення нових матеріалів із найкращими функціональними характеристиками та мінімальною токсичністю).

5        Уникнення використання небезпечних допоміжних реагентів (слід по можливості уникати використання у процесі синтезу допоміжних реагентів (розчинників, екстрагентів і т.д.): якщо це можливо, ключовим є параметр токсичності).

6        Енергозбереження (слід ураховувати економічні та екологічні наслідки, пов’язані із затратами енергії в хімічних процесах: бажано здійснювати процеси синтезу при кімнатній температурі та нормальному атмосферному тиску).

7        Використання відновлюваної сировини (у більшості випадків, коли це технічно можливо й економічно вигідно, слід віддавати перевагу відновлюваній сировині).

8        Зменшення числа проміжних стадій (потрібно мінімізувати або зовсім відмовитися від непотрібних проміжних стадій (блокуючі групи, протектори, проміжні модифікатори фізичних та хімічних процесів), оскільки проміжні стадії зазвичай поєднані з додатковими відходами і збільшенням кількості реагентів, які використовуються).

9        Використання каталітичних процесів (каталітичні процеси з максимально можливою селективністю прийнятніші за стехіометричної реакції).

10    Біорозклад (потрібно прагнути до біорозкладу вихідних та отриманих із них продуктів, які не призводять до утворення небезпечних для навколишнього середовища сполук).

11    Забезпечення аналітичного контролю в реальному часі (для попередження утворення небезпечних відходів потрібно розвивати аналітичні методи, які забезпечують можливість моніторингу та контролю в реальному часі).

12    Попередження можливості аварій (хімічні сполуки, які використовують у технологічних процесах, повинні бути присутні у формах, які мінімізують можливість хімічних аварій, таких, як викиди сильнодіючих отруйних речовин, вибухи, пожежі).

 

Тетяна Лукашенко,

старший викладач кафедри хімії та новітніх хімічних технологій

Університету «Україна» (м. Київ)

 

Ніна Кущевська,

доктор технічних наук, професор,

завідувач кафедри сучасних нанотехнологій та наноматеріалів

Університету «Україна» (м. Київ)

 

Віктор Малишев,

доктор технічних наук, професор,

завідувач кафедри хімії та новітніх хімічних технологій

Університету «Україна» (м. Київ)

автор: Тетяна Лукашенко, старший викладач кафедри хімії та новітніх хімічних технологій Університету «Україна» (м. Київ); Ніна Кущевська, доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри сучасних нанотехнологій та наноматеріалів Університету «Україна» (м. Київ); Віктор Малишев, доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри хімії та новітніх хімічних технологій Університету «Україна» (м. Київ)

час видання: 2014


22/01/2014