Trong tương lai, công nghệ nano có thể đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến bảo vệ môi trường. Trước hết, chúng ta đang nói về việc sử dụng các thiết bị nano trong các hệ thống nghiên cứu và kiểm soát sản phẩm và chất thải từ các ngành công nghiệp hóa chất khác nhau, về việc tạo ra các công nghệ “sạch” mới với lượng chất thải sản xuất có hại ở mức tối thiểu, cũng như về việc tái chế. chất thải trong các bãi chôn lấp và làm sạch các vùng nước bị ô nhiễm. Trong tương lai, dự kiến sẽ tiến hành giám sát và xử lý liên tục các khu vực rộng lớn của môi trường để làm sạch chúng khỏi các hạt chất ô nhiễm rất nhỏ có trong nước (kích thước< 300 нм) и в воздухе (< 20 нм).
Cũng cần phải tính đến việc bản thân các vật liệu có cấu trúc nano có thể gây ô nhiễm môi trường đe dọa sức khỏe con người. Ô nhiễm có thể liên quan đến công nghệ hiện có (ví dụ, các hạt nano trong khí thải động cơ diesel) hoặc với các chất hoặc quy trình công nghệ mới. Trong nhiều trường hợp công nghệ nanođại diện cho các quy trình sản xuất mới và các nguy cơ môi trường tiềm ẩn của chúng phải được đánh giá cẩn thận.
Các quá trình hóa lý phức tạp liên quan đến cấu trúc nano đóng một vai trò quan trọng trong nhiều hiện tượng quyết định sự cô lập, giải phóng, di chuyển và khả dụng sinh học của các chất khác nhau (có lợi và có hại) trong môi trường. Các vi xử lý xảy ra tại các điểm tiếp xúc giữa các hệ thống vật lý và sinh học tự nhiên xác định các vấn đề khác nhau trong y học và sinh học. Nghiên cứu động lực học của các quá trình đặc trưng của cấu trúc nano trong các hệ thống tự nhiên không chỉ cho phép chúng ta hiểu được cơ chế vận chuyển và đồng hóa sinh học của các chất mà còn sử dụng chúng để cải thiện tình trạng môi trường.
Một lượng lớn các hạt nano và các chất có cấu trúc nano xuất hiện tự nhiên có mặt trong khí quyển, đá địa chất, môi trường nước và hệ thống sinh học, nhưng tác động của chúng đối với sức khỏe con người vẫn chưa được nghiên cứu một cách có hệ thống. Trong một số trường hợp (chẳng hạn như sợi thạch anh và sợi amiăng), người ta đã tìm thấy tác hại của các hạt nano, trong những trường hợp khác, mối nguy hiểm tiềm ẩn dường như rất nhỏ. Ngoài ra, cần lưu ý rằng các sol khí từ các hạt có kích thước nano liên tục tham gia vào nhiều quá trình hóa lý trong khí quyển.
Công nghệ nano
đã có tác động đáng kể đến nhiều ngành công nghiệp liên quan đến môi trường và năng lượng. Một số ví dụ về các công nghệ như vậy được đưa ra dưới đây.
Giảm chất thải sản xuất và tăng hiệu quả sử dụng năng lượng.
Những thành công đáng chú ý nhất đã đạt được trong việc phát triển các phương pháp xúc tác mới, trong đó việc sử dụng thuốc thử có kích thước nano trong nhiều trường hợp đã giúp tăng đáng kể hiệu quả của các phản ứng xúc tác (tốc độ, hiệu suất) trong cả hệ thống đồng nhất và không đồng nhất. . Việc sử dụng vật liệu có kích thước nano (ví dụ aerogel hoặc xerogel V205) ở cực âm của pin lithium làm tăng đáng kể công suất, tuổi thọ và tốc độ sạc/xả của chúng.
Vật liệu tổng hợp thân thiện với môi trường
Khả năng tương thích của vật liệu composite với các tạp chất lạ có kích thước nano mở ra khả năng sản xuất vật liệu chất lượng cao cho các mục đích đặc biệt (ví dụ: cho hệ thống lọc). Dựa trên các vật liệu tổng hợp như vậy, có thể tạo ra các hệ thống được đặc trưng bởi khả năng chống chịu ảnh hưởng của môi trường tăng lên, tuổi thọ dài, chi phí bảo trì và sửa chữa thấp cũng như tác động môi trường thấp. Dựa trên chúng, có thể tạo ra các cấu trúc và thiết bị nhẹ và nhỏ được đặc trưng bởi mức tiêu thụ năng lượng thấp. Vật liệu nano tổng hợp được đặc trưng bởi sự đa dạng về cấu trúc và có thể rất đơn giản (thép có chứa oxit hoặc nitrit) hoặc rất phức tạp (vật liệu tổng hợp không đồng nhất với cấu trúc có chức năng cao, được xác định trước).
Tái chế chất thải
Vật liệu có cấu trúc nano ngày càng được sử dụng nhiều trong các quá trình xử lý và tiêu hủy chất thải, từ quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm hữu cơ bằng cách sử dụng hạt TiO đến liên kết các nguyên tử kim loại nặng với các chất hấp thụ có kích thước nano. Trong nhiều trường hợp, các hạt kích hoạt bằng bức xạ (trong dung dịch hoặc sol khí) có thể được sử dụng làm tác nhân oxy hóa. Gần đây người ta đã phát hiện ra rằng các hạt TiO có kích thước nano tiếp xúc với tia UV có thể làm sạch không khí khỏi nhiều chất ô nhiễm khác nhau, bao gồm các hợp chất hữu cơ nguy hiểm, tế bào, vi rút và hóa chất độc hại. Các hạt có kích thước nano, sau khi xử lý hóa học thích hợp bề mặt của chúng (hình thành các hợp chất dẫn xuất) bằng phối tử hoặc thuốc thử, có thể liên kết hiệu quả các nguyên tử kim loại nặng hoặc làm thụ động các bề mặt bị ô nhiễm. Ngoài ra, người ta giả định rằng công nghệ nano sẽ cho phép các quy trình sản xuất hóa chất được tổ chức theo cách sao cho sẽ tạo ra ít chất thải hơn trong quá trình đó. Hóa học bề mặt là nghiên cứu các vật liệu có bề mặt cấu trúc nano được thiết kế đặc biệt cho phép các phản ứng cần thiết xảy ra đồng thời tạo ra lượng chất thải tối thiểu.
Chuyển đổi năng lượng
Các quá trình liên quan đến sản xuất năng lượng (bao gồm cả việc sản xuất trực tiếp năng lượng điện và khai thác nhiên liệu để vận chuyển) gây ra những tác hại không thể khắc phục được đối với môi trường. Các hệ thống nano có thể hình thành cơ sở sản xuất năng lượng dựa trên các nguồn năng lượng tái tạo, hoạt động của chúng tạo ra ít chất thải độc hại hơn nhiều. Một ví dụ là việc sử dụng vật liệu có kích thước nano hoặc trung bình nêu trên trong điện cực pin hoặc pin nhiên liệu cho xe cộ.
Theo một nghiên cứu mới được công bố trên NanoImpact, thực vật dễ bị tổn thương hơn trước các hạt nano độc hại nếu bố mẹ chúng được trồng trên đất bị ô nhiễm. Các kết quả nêu bật tầm quan trọng của việc cải thiện và mở rộng nghiên cứu về tác động của vật liệu nano đối với thực vật.
Trong một bài báo khác đăng trên NanoImpact, các nhà khoa học cảnh báo rằng kiến thức của chúng ta về những rủi ro đối với nông nghiệp liên quan đến việc sử dụng công nghệ nano và tác động của vật liệu nano đối với thực vật, đặc biệt là cây lương thực, là chưa đủ và đã đến lúc phải suy nghĩ lại.
Ngành công nghệ nano tiếp tục phát triển với tốc độ nhanh chóng. Nó dựa trên việc sử dụng các hạt nhỏ, kích thước một phần tỷ mét, cho nhiều ứng dụng công nghệ - từ kem chống nắng đến pin.
Các hạt nano được sử dụng trong hàng nghìn sản phẩm thương mại nên không thể ngăn chặn sự tích tụ của chúng trong môi trường. Tuy nhiên, không giống như nhiều vật liệu khác, chúng có thể có khả năng phản ứng cao và có tác động đặc biệt đến sức khỏe, sự an toàn của con người và môi trường.
Một điểm cuối quan trọng của hạt nano là đất nông nghiệp. Các hạt nano được chuyển vào đất thông qua việc tưới tiêu và bón phân từ các nhà máy xử lý nước thải. Vì điều này, cây trồng có thể phải chịu sự tiếp xúc nhiều hơn với các hạt nano trong đất nơi chúng phát triển.
Hơn nữa, công nghệ nano có tiềm năng cách mạng hóa nông nghiệp giống như cách nó đã cách mạng hóa y học và truyền thông, vì vậy các nhà nghiên cứu cần hiểu nó ảnh hưởng như thế nào đến không chỉ các cây trồng hiện tại mà còn cả các thế hệ cây trồng trong tương lai.
Tiến sĩ Jason S. White thuộc Trạm Thí nghiệm Nông nghiệp ở Connecticut, Hoa Kỳ, một trong những nhà khoa học kêu gọi nghiên cứu thêm, cho biết: “Chúng tôi cần nghiên cứu tác động của các hạt nano đối với sự phát triển của thực vật ngay bây giờ”. “Bất kỳ công nghệ nào cũng có cả rủi ro và lợi ích, và ngay cả trong trường hợp lợi ích có thể rất lớn, vẫn cần nghiên cứu kỹ hơn về tác động của hạt nano đối với nhiều thế hệ thực vật”.
Tiến sĩ Ma của Đại học Texas A&M và các nhà nghiên cứu khác đã nghiên cứu tác động của hạt nano oxit xeri đến sức khỏe và năng suất thực vật qua ba thế hệ cây trồng - lần đầu tiên một nghiên cứu toàn diện như vậy được thực hiện. Họ đã trồng ba thế hệ cây cải bắp trong đất bị ô nhiễm xeri oxit và nghiên cứu ảnh hưởng của các hạt nano đến sự phát triển và sinh sản của thực vật. Kết quả của họ cho thấy rằng việc tiếp xúc như vậy làm giảm chất lượng hạt giống và các thế hệ cây tiếp theo bị ảnh hưởng và năng suất giảm. Các thế hệ tiếp theo cũng có nhiều dấu hiệu căng thẳng hơn “cha mẹ” của chúng trong cùng điều kiện nuôi dưỡng.
Tiến sĩ Ma cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi mở rộng đáng kể sự hiểu biết về tương tác hạt nano thực vật và tác động của hạt nano đối với cây trồng so với hầu hết các nghiên cứu trước đây”.
Các chất được tạo ra trên cơ sở chúng được gọi là vật liệu nano, còn các phương pháp sản xuất và sử dụng chúng được gọi là công nghệ nano. Bằng mắt thường, một người có thể nhìn thấy một vật thể có đường kính khoảng 10 nghìn nanomet.
Almanac "Hiểu về công nghệ nano" Tìm hiểu về công nghệ nano lưu ý rằng mặc dù thuật ngữ "công nghệ nano" đã trở nên rất phổ biến trong những năm gần đây, ngay cả những người ủng hộ sự phát triển của ngành khoa học và công nghệ này cũng thường có một ý tưởng rất thô sơ về những gì chúng ta đang nói về Điều quan trọng là từ “công nghệ nano” không xuất hiện trong từ điển học thuật của Từ điển Webster tiếng Anh Mỹ năm 1966, mặc dù thực tế là nghiên cứu về tầng nano đã được thực hiện trong một thời gian khá dài vào thời điểm đó.
Hoa Kỳ đã phân bổ ngân sách đáng kể cho việc phát triển công nghệ nano lần đầu tiên dưới thời Tổng thống Bill Clinton. Trong một bài phát biểu công bố sự thật này (thực hiện năm 2000), Clinton giải thích rằng công nghệ nano có thể tạo ra từ một mảnh chất có kích thước bằng một viên đường một vật liệu bền hơn thép gấp mười lần. Định nghĩa này hiện được coi là thô tục và cực kỳ nguyên thủy, nhưng không có gì đảm bảo rằng các định nghĩa hiện tại về công nghệ nano sẽ không trở nên lỗi thời trong tương lai gần và sẽ không giống như một sự lạc hậu ác mộng. Có lẽ cơ hội sống sót lớn nhất được đưa ra bởi định nghĩa của Rita Colwell, giám đốc Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ: “Công nghệ nano là cửa ngõ dẫn đến một thế giới khác”.
Chi tiêu toàn cầu cho các dự án công nghệ nano hiện đã vượt quá 9 tỷ USD mỗi năm. Hiện nay, Hoa Kỳ chiếm khoảng một phần ba tổng số đầu tư toàn cầu vào công nghệ nano. Những người chơi lớn khác trong lĩnh vực này là Liên minh Châu Âu và Nhật Bản. Nghiên cứu trong lĩnh vực này cũng được tiến hành tích cực ở các nước thuộc Liên Xô cũ, Úc, Canada, Trung Quốc, Hàn Quốc, Israel, Singapore, Brazil và Đài Loan. Dự báo cho thấy đến năm 2015, tổng số lao động trong các lĩnh vực khác nhau của ngành công nghệ nano có thể lên tới 2 triệu người và tổng giá trị hàng hóa được sản xuất bằng vật liệu nano sẽ đạt ít nhất vài trăm tỷ USD và có thể đạt tới 1 nghìn tỷ USD.
Công nghệ nano thường được chia thành ba loại. Việc sử dụng công nghiệp các hạt nano trong sơn ô tô và mỹ phẩm ô tô là một ví dụ về công nghệ nano “gia tăng”. Các công nghệ nano "tiến hóa" được thể hiện bằng các cảm biến có kích thước nano sử dụng đặc tính huỳnh quang của chấm lượng tử (đường kính từ 2 đến 10 nanomet) và tính chất điện của ống nano carbon (đường kính từ 1 đến 100 nanomet), mặc dù những phát triển này vẫn còn ở giai đoạn sơ khai. Công nghệ nano “cấp tiến” vẫn chưa xuất hiện; chúng chỉ có thể thấy trong phim kinh dị khoa học viễn tưởng. Chúng ta cũng nên mong đợi sự hội tụ của ba công nghệ này.
Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi từ sản xuất trong phòng thí nghiệm sang sản xuất hàng loạt gặp nhiều thách thức đáng kể và việc xử lý vật liệu ở cấp độ nano theo cách thức cần thiết một cách đáng tin cậy vẫn còn rất khó thực hiện về mặt kinh tế. Hiện nay, vật liệu nano được sử dụng để sản xuất lớp phủ bảo vệ và hấp thụ ánh sáng, thiết bị thể thao, bóng bán dẫn, điốt phát sáng, pin nhiên liệu, thuốc và thiết bị y tế, vật liệu đóng gói thực phẩm, mỹ phẩm và quần áo. Các tạp chất nano dựa trên oxit xeri đã được thêm vào nhiên liệu diesel, giúp tăng hiệu suất động cơ lên 4-5% và giảm mức độ ô nhiễm khí thải. Năm 2002, những quả bóng tennis được tạo ra bằng công nghệ nano lần đầu tiên được sử dụng tại Davis Cup.
Tổng cộng, ngành công nghiệp Mỹ và công nghiệp các nước phát triển khác hiện nay sử dụng công nghệ nano trong quá trình sản xuất ít nhất 80 nhóm hàng tiêu dùng và hơn 600 loại nguyên liệu, linh kiện, thiết bị công nghiệp. Tại Hoa Kỳ, chỉ riêng chi tiêu liên bang cho các chương trình và dự án công nghệ nano đã tăng từ 464 triệu USD năm 2001 lên 1 tỷ USD năm 2005. Theo Cơ quan Nghiên cứu của Quốc hội Hoa Kỳ, năm 2006, Hoa Kỳ có kế hoạch phân bổ 1,1 tỷ USD cho những mục đích này. Hai tỷ USD khác đã được các tập đoàn Mỹ chi vào năm 2005 cho các mục đích tương tự (các phòng thí nghiệm nano được tạo ra bởi các tập đoàn kinh doanh khổng lồ như HP, NEC và IBM, trường đại học và chính quyền của từng bang).
Ngày mai không mây
Trong những năm gần đây, nhiều dự báo lạc quan đã được công bố về ứng dụng của công nghệ nano. Các tính chất của vật liệu ở cấp độ nano khác với ở cấp độ lớn do thực tế là ở cấp độ nano, diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích là cực kỳ lớn. Công nghệ nano có thể thay đổi hoàn toàn các phương pháp hiện đang được sử dụng trong vi điện tử, quang điện tử và y học. Vì vậy, công nghệ nano thực sự có tiềm năng to lớn.
Nhà khoa học nổi tiếng Jay Storrs HallJ. Storrs Hall, tác giả cuốn sách khoa học nổi tiếng "Tương lai nano"Tương lai nano: Điều gì tiếp theo cho công nghệ nano, lập luận rằng công nghệ nano sẽ thay đổi hoàn toàn mọi lĩnh vực của đời sống con người, trên cơ sở đó, hàng hóa và sản phẩm có thể được tạo ra, việc sử dụng chúng sẽ cách mạng hóa toàn bộ các lĩnh vực. của nền kinh tế. Chúng bao gồm các cảm biến nano để xác định chất thải độc hại từ các ngành công nghiệp hóa chất và công nghệ sinh học, thuốc, chất chiến tranh hóa học, chất nổ và vi sinh vật gây bệnh, cũng như các bộ lọc hạt nano và các thiết bị thanh lọc khác được thiết kế để loại bỏ hoặc vô hiệu hóa chúng. trong tương lai gần là các đường cao tốc điện làm từ ống nano carbon, sẽ dẫn dòng điện cao áp tốt hơn dây đồng và đồng thời nhẹ hơn từ 5 đến 6 lần. Vật liệu nano sẽ giảm đáng kể chi phí của bộ chuyển đổi xúc tác ô tô giúp làm sạch khí thải. tạp chất có hại, vì chúng có thể được sử dụng 15-20 lần, giúp giảm mức tiêu thụ bạch kim và các kim loại có giá trị khác được sử dụng trong các thiết bị này. Có mọi lý do để tin rằng vật liệu nano sẽ có ứng dụng rộng rãi trong ngành lọc dầu và trong các lĩnh vực mới của ngành công nghiệp sinh học như gen và proteomics.
Nhà vật lý Ted Sargent, tác giả cuốn sách “Vũ điệu của các phân tử” chống lại các mầm bệnh cụ thể. Ray Kurzweil, tác giả cuốn sách Chuyến du hành kỳ thú: Sống đủ lâu để sống mãi mãi, dự đoán có thể tạo ra các bác sĩ robot nano có khả năng “sống” bên trong cơ thể con người, loại bỏ mọi tổn thương xảy ra hoặc ngăn chặn sự xuất hiện của nó.
Về mặt lý thuyết, công nghệ nano có thể mang lại cho con người sự bất tử về thể chất do thực tế là y học nano có thể tái tạo vô tận các tế bào sắp chết. Theo tạp chí Scientific American, những thiết bị y tế có kích thước bằng một con tem bưu chính sẽ xuất hiện trong thời gian tới. Chỉ cần áp dụng chúng vào vết thương là đủ. Thiết bị này sẽ tiến hành xét nghiệm máu một cách độc lập, xác định loại thuốc nào cần sử dụng và tiêm vào máu.
Dự kiến, những robot đầu tiên dựa trên công nghệ nano sẽ xuất hiện vào đầu năm 2025. Về mặt lý thuyết, có khả năng họ sẽ có thể chế tạo bất kỳ vật thể nào từ các nguyên tử làm sẵn. Công nghệ nano có tiềm năng cách mạng hóa nông nghiệp. Robot phân tử sẽ có thể sản xuất thực phẩm, thay thế cây trồng và động vật nông nghiệp. Ví dụ, về mặt lý thuyết có thể sản xuất sữa trực tiếp từ cỏ, bỏ qua mắt xích trung gian - con bò. Công nghệ nano cũng có thể ổn định tình hình môi trường. Các loại hình công nghiệp mới sẽ không tạo ra chất thải gây độc cho hành tinh. Triển vọng đáng kinh ngạc cũng đang mở ra trong lĩnh vực công nghệ thông tin. Nanorobots có khả năng hiện thực hóa giấc mơ của các nhà văn khoa học viễn tưởng về việc xâm chiếm các hành tinh khác - những thiết bị này sẽ có thể tạo ra môi trường sống cần thiết cho sự sống của con người trên chúng. Josh Wolfe, biên tập viên của Báo cáo Công nghệ nano Forbes/Wolfe, viết: "Thế giới sẽ được xây dựng lại một cách đơn giản. Công nghệ nano sẽ làm rung chuyển mọi thứ trên hành tinh."
Tóm tắt lịch sử nano
Nhà sử học khoa học Richard D. Booker lưu ý rằng lịch sử của công nghệ nano cực kỳ khó tạo ra vì hai lý do - thứ nhất là bản chất “mờ” của chính khái niệm này. Ví dụ, công nghệ nano thường không phải là “công nghệ” theo nghĩa thông thường của từ này. Thứ hai, nhân loại luôn cố gắng thử nghiệm công nghệ nano mà không hề hay biết.
Charles P. Poole, tác giả cuốn sách “Giới thiệu về công nghệ nano”, đưa ra một ví dụ minh họa: Bảo tàng Anh lưu giữ cái gọi là “Chiếc cốc Lycurgus” (các bức tường của chiếc cốc mô tả những cảnh trong cuộc đời của nhà lập pháp vĩ đại người Spartan này), được chế tạo bởi các thợ thủ công La Mã cổ đại - nó chứa các hạt vàng và bạc cực nhỏ được thêm vào kính. Dưới ánh sáng khác nhau, chiếc cốc thay đổi màu sắc - từ đỏ sẫm sang vàng nhạt. Các công nghệ tương tự đã được sử dụng để tạo ra cửa sổ kính màu trong các thánh đường thời Trung cổ ở châu Âu.
Nhà triết học Hy Lạp Democritus có thể được coi là cha đẻ của công nghệ nano. Khoảng năm 400 trước Công nguyên. Lần đầu tiên ông sử dụng từ "nguyên tử", có nghĩa là "không thể phá vỡ" trong tiếng Hy Lạp, để mô tả hạt vật chất nhỏ nhất. Năm 1661, nhà hóa học người Ireland Robert Boule đã xuất bản một bài báo trong đó ông chỉ trích khẳng định của Aristotle rằng mọi thứ trên Trái đất đều bao gồm bốn yếu tố - nước, đất, lửa và không khí (cơ sở triết học của thuật giả kim, hóa học và vật lý lúc bấy giờ). Boyle lập luận rằng mọi thứ đều bao gồm các "tiểu thể" - những phần siêu nhỏ, khi kết hợp với nhau sẽ tạo thành các chất và vật thể khác nhau. Sau đó, ý tưởng của Democritus và Boyle đã được cộng đồng khoa học chấp nhận.
Có lẽ là lần đầu tiên trong lịch sử hiện đại, một bước đột phá về công nghệ nano đã đạt được nhờ nhà phát minh người Mỹ George Eastman (sau này thành lập công ty nổi tiếng Kodak), người đã sản xuất phim chụp ảnh (điều này xảy ra vào năm 1883).
1905 Nhà vật lý người Thụy Sĩ Albert Einstein đã xuất bản một bài báo trong đó ông chứng minh rằng kích thước của phân tử đường xấp xỉ 1 nanomet.
1931 Các nhà vật lý người Đức Max Knoll và Ernst Ruska đã tạo ra một kính hiển vi điện tử, lần đầu tiên nó có thể nghiên cứu các vật thể nano.
1968 Alfred ChoAlfred Cho và John ArthurJohn Arthur, nhân viên bộ phận khoa học của công ty Bell của Mỹ, đã phát triển nền tảng lý thuyết của công nghệ nano trong xử lý bề mặt.
1974 Nhà vật lý người Nhật Norio Taniguchi đã đưa từ “công nghệ nano” vào lưu thông khoa học, ông đề xuất gọi nó là các cơ chế có kích thước nhỏ hơn một micron. Từ "nos" trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là "gnome" và dùng để chỉ hàng tỷ bộ phận của một tổng thể.
1981 Các nhà vật lý người Đức Gerd Binnig và Heinrich Rohrer đã tạo ra một chiếc kính hiển vi có khả năng hiển thị từng nguyên tử.
1985 Các nhà vật lý người Mỹ Robert Curl, Harold KrotoHarold Kroto và Richard SmalleyRichard Smalley đã tạo ra một công nghệ cho phép đo chính xác các vật thể có đường kính một nanomet.
1986 Công nghệ nano đã được công chúng biết đến rộng rãi. Nhà tương lai học người Mỹ Eric DrexlerEric Drexler đã xuất bản một cuốn sách trong đó ông dự đoán rằng công nghệ nano sẽ sớm bắt đầu phát triển tích cực.
1989 Donald EiglerDonald Eigler, một nhân viên của IBM, đã đặt tên công ty của mình bằng các nguyên tử xenon.
1993 Tại Hoa Kỳ, Giải thưởng Feynman bắt đầu được trao, giải thưởng này được đặt theo tên của nhà vật lý Richard P. Feynman, người vào năm 1959 đã có một bài phát biểu mang tính tiên tri, trong đó ông tuyên bố rằng nhiều vấn đề khoa học sẽ chỉ được giải quyết khi các nhà khoa học học cách làm việc tại đó. cấp độ nguyên tử. Năm 1965, Feynman được trao giải Nobel cho nghiên cứu của ông trong lĩnh vực điện động lực học lượng tử, hiện là một trong những lĩnh vực của khoa học nano.
1998 Nhà vật lý người Hà Lan Seez Dekker đã tạo ra bóng bán dẫn dựa trên công nghệ nano.
1999 Các nhà vật lý người Mỹ James TourJames Tour và Mark ReedMark Reed đã xác định rằng một phân tử riêng lẻ có thể hành xử giống như các chuỗi phân tử.
2000 Chính quyền Hoa Kỳ ủng hộ việc thành lập Sáng kiến Công nghệ nano Quốc gia. Nghiên cứu công nghệ nano đã nhận được tài trợ của chính phủ. Sau đó 500 triệu USD được phân bổ từ ngân sách liên bang.
2001 - Mark A. Ratner, tác giả cuốn sách "Công nghệ nano: Giới thiệu nhẹ nhàng về ý tưởng lớn tiếp theo", tin rằng công nghệ nano đã trở thành một phần của cuộc sống con người vào năm 2001. Sau đó, hai sự kiện quan trọng diễn ra: tạp chí khoa học có ảnh hưởng Science gọi công nghệ nano là “bước đột phá của năm” và tạp chí kinh doanh có ảnh hưởng Forbes gọi đó là “một ý tưởng mới đầy hứa hẹn”. Ngày nay, khái niệm “cuộc cách mạng công nghiệp mới” được sử dụng định kỳ liên quan đến công nghệ nano.
Mối đe dọa ma quái
Lịch sử không thể chối cãi cho thấy hầu như không phải tất cả những phát minh, phát triển khoa học kỹ thuật hữu ích đều không chỉ góp phần vào sự phát triển của nền kinh tế mà còn khiến nhân loại phải đối mặt với những mối nguy hiểm mới, đôi khi khó lường.
Năm 2004, Credit Suisse First Boston đã xuất bản một báo cáo phân tích về tương lai của công nghệ nano. Nó tuyên bố rằng công nghệ nano là một "công nghệ có mục đích chung" cổ điển. Các công nghệ có mục đích chung khác như động cơ hơi nước, điện và đường sắt đã trở thành nền tảng cho các cuộc cách mạng công nghiệp. Những đổi mới kiểu này thường bắt đầu bằng những công nghệ rất thô sơ với phạm vi sử dụng hạn chế, nhưng sau đó nhanh chóng lan rộng sang các lĩnh vực khác của cuộc sống. Điều này bắt đầu “quá trình phá hủy mang tính sáng tạo” (một quá trình trong đó công nghệ hoặc sản phẩm mới mang lại cơ hội mới và giải pháp tốt hơn, dẫn đến sự thay thế hoàn toàn công nghệ hoặc sản phẩm trước đó, như điện thay thế hơi nước và thư điện tử thay thế điện báo) . Trong tương lai gần, sự hủy diệt mang tính sáng tạo sẽ không chỉ tiếp tục mà còn tăng tốc và công nghệ nano sẽ là cốt lõi của nó. Kết luận: “Hầu hết các công ty được liệt kê trong chỉ số Trung bình Công nghiệp Dow Jones hiện tại có thể sẽ không còn tồn tại trong 20 năm nữa.”
Eric Drexler Eric Drexler, người sáng lập và người đứng đầu nghiên cứu của Viện Foresight, tác giả cuốn sách “Động cơ sáng tạo”, nhấn mạnh rằng ngày nay người mua một sản phẩm công nghiệp phải trả tiền cho thiết kế, vật liệu, nhân công, chi phí sản xuất, vận chuyển, lưu kho và bán hàng. tổ chức. Nếu các nhà máy nano có thể sản xuất nhiều loại sản phẩm mọi lúc, mọi nơi thì hầu hết các hoạt động này sẽ trở nên không cần thiết. Vì vậy, vẫn chưa biết sản xuất nano sẽ ảnh hưởng như thế nào đến giá cả và tỷ lệ thất nghiệp. Tính linh hoạt của sản xuất công nghệ nano và khả năng tạo ra các sản phẩm tốt hơn hoàn toàn đồng nghĩa với việc các sản phẩm thông thường sẽ không thể cạnh tranh với sản phẩm của các nhà máy nano trong nhiều lĩnh vực. Nếu công nghệ nhà máy nano được sở hữu hoặc kiểm soát bởi bất kỳ tổ chức nào, điều đó có thể dẫn đến "sự độc quyền mới".
Trung tâm Công nghệ nano có trách nhiệm dự đoán rằng các sản phẩm công nghệ nano sẽ cực kỳ có giá trị theo tiêu chuẩn ngày nay. Sự độc quyền sẽ cho phép người sở hữu công nghệ đặt giá cao cho tất cả các sản phẩm để thu được lợi nhuận lớn. Tuy nhiên, điều này có nghĩa là hàng triệu người có nhu cầu sẽ không được tiếp cận với công nghệ quan trọng, chi phí thấp. Theo thời gian, cạnh tranh sẽ làm giảm giá, nhưng sớm có khả năng xảy ra độc quyền. Hơn nữa, các nước “nghèo” trên thế giới không có đủ khả năng tài trợ cho nghiên cứu nano. Cũng khó có khả năng một thị trường thương mại không được kiểm soát dành cho công nghệ nano sẽ được phép tồn tại.
Có những khía cạnh khác của vấn đề. Những kẻ khủng bố và tội phạm tiếp cận được công nghệ nano có thể gây ra thiệt hại đáng kể cho xã hội. Vũ khí hóa học và sinh học sẽ nguy hiểm hơn và việc giấu chúng sẽ dễ dàng hơn nhiều. Sẽ có thể tạo ra các loại vũ khí mới để tiêu diệt từ xa, rất khó bị phát hiện hoặc vô hiệu hóa. Việc bắt tội phạm sau khi phạm tội tương tự cũng sẽ trở nên khó khăn hơn. Mặt khác, nhà nước sẽ có được những cơ hội mới. Về mặt lý thuyết, có thể tạo ra những siêu máy tính rất nhỏ, rẻ tiền có thể chạy các chương trình giám sát dân số liên tục và lén lút. Một số lượng lớn các thiết bị giám sát có thể được sản xuất với chi phí khá khiêm tốn. Với khả năng chế tạo hàng tỷ thiết bị phức tạp với tổng chi phí vài đô la, bất kỳ công nghệ tự động nào có thể áp dụng cho một người đều có thể áp dụng cho tất cả mọi người. Bất kỳ kịch bản kiểm soát thể chất hoặc tâm lý nào sử dụng khả năng cực độ của công nghệ nano sẽ trông như khoa học viễn tưởng và không thể tin được.
Những điều mới mẻ và những thay đổi trong lối sống thông thường có thể dẫn đến việc lung lay nền tảng của xã hội. Ví dụ, các thiết bị y tế có khả năng sửa đổi cấu trúc não một cách tương đối dễ dàng hoặc kích thích một số bộ phận nhất định của não để tạo ra các hiệu ứng bắt chước bất kỳ hình thức hoạt động tâm thần nào có thể trở thành cơ sở cho “nghiện công nghệ nano”.
Công nghệ nano cũng có một tương lai quân sự tươi sáng. Hiện nay, nghiên cứu quân sự trên thế giới được thực hiện trong sáu lĩnh vực chính: công nghệ tạo ra và chống lại “tàng hình”, tài nguyên năng lượng, hệ thống tự phục hồi (ví dụ, cho phép bạn tự động sửa chữa bề mặt bị hư hỏng của xe tăng hoặc máy bay hoặc thay đổi màu sắc của nó), thông tin liên lạc cũng như các thiết bị phát hiện ô nhiễm hóa học và sinh học. Trở lại năm 1995, David E. Jeremiah, cựu thành viên Hội đồng Tham mưu trưởng Liên quân, đã tuyên bố: “Công nghệ nano có khả năng thay đổi hoàn toàn cán cân quyền lực, thậm chí còn hơn cả vũ khí hạt nhân”.
Có thể tưởng tượng một thiết bị có kích thước bằng loài côn trùng nhỏ nhất (khoảng 200 micron) có khả năng tìm kiếm những người không được bảo vệ và tiêm thuốc độc cho họ. Liều gây chết người của độc tố botulinum là 100 nanogram, tương đương khoảng 1/100 thể tích của toàn bộ thiết bị. 50 tỷ vũ khí như vậy - đủ để giết chết mọi người trên Trái đất - có thể được cất trong vali. Súng sẽ trở nên mạnh hơn nhiều - và đạn sẽ trở thành vật dẫn đường. Công nghệ hàng không vũ trụ có thể nhẹ hơn và tốt hơn nhiều, được chế tạo bằng ít hoặc không có kim loại, khiến radar khó phát hiện hơn nhiều. Máy tính tích hợp sẽ cho phép bạn kích hoạt bất kỳ loại vũ khí nào từ xa và các nguồn năng lượng nhỏ gọn hơn sẽ cải thiện đáng kể khả năng của robot chiến đấu.
Nhà phân tích Tom McCarthy, tác giả bài báo “Công nghệ nano phân tử và hệ thống thế giới”, lập luận rằng công nghệ nano sẽ giúp giảm mức độ ảnh hưởng kinh tế của từng quốc gia. Trong các hoạt động quân sự, quân đội sẽ thích tiêu diệt con người hơn là thiết bị quân sự hoặc doanh nghiệp công nghiệp. Công nghệ nano sẽ giúp tổ chức sản xuất công nghiệp ngay cả ở những vùng không có tài nguyên khoáng sản. Chúng sẽ khiến các nhóm nhỏ trở nên hoàn toàn tự cung tự cấp, điều này có thể góp phần dẫn đến sự sụp đổ của các quốc gia.
Đánh giá rủi ro
Hoa Kỳ và các nước khác đang cố gắng đánh giá rủi ro của việc sử dụng và cải tiến công nghệ nano. Tuy nhiên, ở Hoa Kỳ, kinh phí dành cho việc phân tích các mối đe dọa tiềm tàng từ việc sử dụng vật liệu nano vẫn còn rất nhỏ.
Theo các chuyên gia của Dự án Công nghệ nano mới nổi, tổng khối lượng của họ chỉ là 39 triệu USD - tức là chỉ có 4% tổng phân bổ cho công nghệ nano đến từ kho bạc liên bang. Số lượng dự án được phân bổ nguồn vốn này cũng khá khiêm tốn - khoảng 160.
Tại phiên điều trần của Ủy ban Khoa học Hạ viện Hoa Kỳ, đại diện của các phong trào môi trường và các tập đoàn công nghiệp đã nhất trí tuyên bố rằng chi phí làm sáng tỏ các khía cạnh môi trường và y tế của việc sử dụng vật liệu nano sẽ lên tới 10 đến 20% tổng chi tiêu của chính phủ cho công nghệ nano. .
Tình trạng này đã gây ra nhiều cảnh báo đáng báo động từ các chuyên gia. Các hạt nano dễ dàng xâm nhập vào cơ thể người và động vật qua da, hệ hô hấp và đường tiêu hóa. Bây giờ không còn nghi ngờ gì nữa rằng một số vật thể nano có thể có tác dụng độc hại đối với tế bào của các mô khác nhau. Đặc biệt, ống nano carbon, được coi là một trong những vật liệu nano hứa hẹn nhất trong tương lai gần, lại có tác dụng như vậy.
Tình hình trở nên phức tạp bởi thực tế là nhiều cấu trúc nano được sản xuất theo nhiều cách khác nhau. Tình huống này làm tăng phạm vi rủi ro mà người lao động trong ngành công nghệ nano có thể phải đối mặt hoặc đã phải đối mặt. Mặt khác, có lý do để giả định rằng bên ngoài các sản phẩm nano giống nhau, được sản xuất bằng các công nghệ khác nhau, sẽ có những tác động khác nhau đối với con người và môi trường của họ.
Vào tháng 12 năm 2004, Hội đồng Chính sách Khoa học của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ đã thành lập một nhóm chuyên gia làm việc chịu trách nhiệm chuẩn bị Sách trắng về sự nguy hiểm của công nghệ nano. Đúng một năm sau, bản thảo của tài liệu này được xuất bản.
Các tác giả của dự án Sách Trắng bắt đầu bằng việc xác định đối tượng phân tích của họ. Họ định nghĩa công nghệ nano là “nghiên cứu và phát triển ở cấp độ nguyên tử, phân tử và đại phân tử ở quy mô kích thước từ một đến một trăm nanomet; việc tạo ra và sử dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống nhân tạo, do kích thước siêu nhỏ của chúng, có tác dụng đáng kể”. tính chất và chức năng mới; thao tác vật chất ở quy mô khoảng cách nguyên tử". Định nghĩa này đủ rộng để bao gồm không chỉ các vật liệu và sản phẩm hiện có mà còn cả những hệ thống sẽ chỉ xuất hiện sau 10 đến 20 năm nữa.
Tuy nhiên, cho đến nay, thông tin về hậu quả của việc giải phóng các hạt nano không được kiểm soát vào môi trường vẫn còn khá khan hiếm. Các tác giả của dự án Sách Trắng nhấn mạnh sự cần thiết phải lấp đầy những khoảng trống thông tin này càng nhanh càng tốt. Họ nhấn mạnh rằng nghiên cứu nghiêm túc về hoạt động của các hạt nano trong môi trường chỉ mới bắt đầu gần đây. Ví dụ, người ta biết rằng các hạt nano có thể tích tụ trong không khí, đất và nước thải, nhưng khoa học vẫn chưa có đủ dữ liệu để mô hình chính xác các quá trình đó. Các hạt nano có thể bị phá hủy bởi ánh sáng và hóa chất, cũng như khi tiếp xúc với vi sinh vật, nhưng những quá trình này vẫn chưa được hiểu rõ. Theo quy luật, vật liệu nano trải qua các biến đổi hóa học dễ dàng hơn các vật thể lớn hơn có cùng thành phần và do đó có khả năng hình thành các hợp chất phức tạp với các đặc tính chưa từng được biết đến trước đây. Hoàn cảnh này làm tăng triển vọng công nghệ của các vật thể nano, đồng thời buộc chúng ta phải đặc biệt chú ý đến những rủi ro liên quan đến chúng.
Một lĩnh vực ít được nghiên cứu khác là hậu quả của sự tiếp xúc của các hạt nano với tế bào và mô sống. Không còn nghi ngờ gì nữa, nhiều vật liệu nano có tác dụng độc hại. Ví dụ, hít phải hạt nano polystyrene không chỉ gây viêm mô phổi mà còn gây ra huyết khối mạch máu. Có bằng chứng cho thấy các hạt nano carbon có thể gây rối loạn tim và ức chế hoạt động của hệ thống miễn dịch. Các thí nghiệm trên cá cảnh và chó đã chỉ ra rằng fullerene, phân tử carbon hình cầu đa nguyên tử có đường kính vài nanomet, có thể phá hủy mô não. Sự xâm nhập của các hạt nano vào sinh quyển gây ra nhiều hậu quả chưa thể dự đoán được do thiếu thông tin.
Các tác giả của Sách Trắng đặc biệt khuyến nghị đẩy nhanh nghiên cứu quy mô lớn nhằm làm sáng tỏ những nguy hiểm và rủi ro liên quan đến ô nhiễm môi trường do hạt nano. Đặc biệt, cần tìm hiểu xem quá trình phân hủy sinh học của các hạt nano xảy ra theo những cách nào và nó ảnh hưởng như thế nào đến chuỗi sinh thái trong tự nhiên sống.
Clarence Davis cũng đi đến kết luận tương tự. Clarens Davies, nhà nghiên cứu tại Trung tâm Woodrow Wilson, tác giả báo cáo "Quản lý tác động của công nghệ nano". Ông lưu ý rằng công nghệ nano là một “thực tế mới” chưa tuân theo quy định của chính phủ. Việc sử dụng luật hiện hành cho mục đích này là vô cùng khó khăn. Vì vậy, điều cấp thiết là phải tạo ra luật pháp mới về cơ bản, cơ chế mới và thể chế quản lý (bao gồm cả quốc tế) - nếu không thần đèn có thể thoát khỏi chai và hậu quả của việc này có thể là khó chịu nhất.
Trong một hội nghị dành riêng cho các vấn đề an toàn sinh học của công nghệ nano, các nhà khoa học đã đề xuất chính phủ áp dụng một số quy định nhất định để kiểm soát các sản phẩm công nghiệp nano.
Chính phủ nhiều nước hiện nay tổ chức các hội nghị đặc biệt và phân bổ số tiền đáng kể để nghiên cứu tác động của công nghệ nano đối với môi trường.
Một trong những câu hỏi được cả các nhà khoa học và người dân bình thường, đặc biệt là cư dân của các siêu đô thị, đặt ra là không khí chúng ta hít vào. Không có gì bí mật khi sự hiện diện của một số lượng lớn bệnh tật, viêm phế quản mãn tính và hen suyễn, bao gồm cả các trường hợp bẩm sinh của bệnh này, được giải thích là do khí thải độc hại và ô nhiễm từ các doanh nghiệp công nghiệp và thiết bị gia dụng vào khí quyển.
Về vấn đề này, các nhà khoa học đang tiến hành nghiên cứu về hoạt động của các hạt nano trong khí quyển và hậu quả của việc con người hít phải chúng. Kết quả của các thí nghiệm trên loài gặm nhấm trong phòng thí nghiệm, người ta đã phát hiện ra độ nhạy cao của các tế bào biểu mô của hệ hô hấp với các hạt nano, chúng tích tụ trong đường mũi của động vật thí nghiệm, gây viêm mũi và các bệnh nghiêm trọng khác.
Vấn đề về tác động của vật liệu nano tới môi trường thu hút không ít sự quan tâm. Vì vậy, một nghiên cứu đã được tiến hành về những rủi ro môi trường của năm loại vật liệu nano chính, bao gồm ống nano, chấm lượng tử và bóng Bucky. Các nhà nghiên cứu đã xác định các loại rủi ro ô nhiễm khác nhau đối với các hoạt động quy trình khác nhau, bao gồm sản xuất thuốc và lọc dầu. Dựa trên dữ liệu thu được, giáo sư môi trường kết luận trong bài báo rằng việc tạo ra vật liệu nano ít rủi ro hơn các quy trình công nghiệp hiện tại.
Các hạt nano xâm nhập vào đất sẽ không gây ra bất kỳ tác hại nào đáng kể cho hệ sinh thái. Một số thí nghiệm đã được thực hiện trong đó fullerene được đặt trong nhiều loại đất khác nhau và sau đó nghiên cứu hành vi cũng như tác động của chúng đối với vi sinh vật và khoáng chất. Fullerene là các khối đa diện hình cầu có khung bao gồm các hình ngũ giác và hình lục giác đều có các nguyên tử carbon ở các đỉnh. Những thay đổi đáng kể có thể gây tử vong cho các yếu tố của chuỗi thức ăn thực vật. Tuy nhiên, kết quả quan sát cho thấy nó không tạo ra bất kỳ động lực tiêu cực nào: vi sinh vật vẫn sống khỏe mạnh, sự cân bằng của các chất không bị ảnh hưởng.
Tất nhiên, công nghệ nano góp phần vào tiến bộ kỹ thuật của nhân loại - các nhà khoa học thường xuyên báo cáo về những thành công mới có thể thay đổi cuộc sống và cuộc sống hàng ngày của con người tốt đẹp hơn. Các hạt nano được phát triển bằng công nghệ nano có thể giúp điều trị ung thư, tuy nhiên, ngược lại, một số hạt nano có thể gây ung thư cho cơ thể con người. Các hạt nano titan dioxide (TiO2), hiện được tìm thấy trong nhiều loại thực phẩm, tích tụ trong cơ thể và dẫn đến tổn thương di truyền toàn thân. Các hạt nano titan dioxide (TiO2) gây ra sự phá vỡ DNA chuỗi đơn và chuỗi kép và cũng dẫn đến tổn thương nhiễm sắc thể.
Khi vào cơ thể, các hạt nano titan tích tụ ở nhiều cơ quan khác nhau vì cơ thể không có cơ chế loại bỏ chúng. Do kích thước nhỏ, chúng dễ dàng xâm nhập vào tế bào và bắt đầu ảnh hưởng đến các yếu tố của chúng.
Quy mô sử dụng hạt nano trong sản xuất mỹ phẩm đang tăng lên hàng năm và theo các nhà sản xuất, điều này không có gì sai. Một số nhà môi trường có quan điểm khác. Đại diện Australia của tổ chức môi trường quốc tế Friends of the Earth cho rằng việc sử dụng các hạt nano trong mỹ phẩm gây hại không kém gì các chất phụ gia asen và chì. Trong tất cả các nhóm sản phẩm thử nghiệm được chọn ngẫu nhiên, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy các hạt nano.
Công nghệ nano được sử dụng trong mỹ phẩm rộng rãi hơn nhiều so với những gì người tiêu dùng tin tưởng. Ngoài việc chứa các hạt nano, 70% sản phẩm được thử nghiệm còn chứa các chất tăng cường hóa học giúp các hạt nano dễ dàng xâm nhập vào da vào máu hơn. Nhiều nhà sản xuất và thương hiệu mỹ phẩm nổi tiếng cũng không thoát khỏi cáo buộc. Các hạt nano được tìm thấy trong các sản phẩm của Clinic, Lacom, L'Oreal, Max Factor, Revlon, Yves Saint Laurent, mặc dù thực tế là chúng không được liệt kê trong thành phần nhưng nhà sản xuất mỹ phẩm Christian Dior không chỉ đưa các hạt nano vào thành phần của sản phẩm. sản phẩm, mà còn chỉ định chúng trong danh sách các thành phần.
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rõ ràng sự nguy hiểm của mỹ phẩm mới. Năm 2009, Liên minh Châu Âu đưa ra luật yêu cầu tất cả các loại kem chống nắng có chứa vật liệu nano và hạt nano phải trải qua thử nghiệm vào năm 2012.
Trường hợp này không phải là lần đầu tiên các nhà bảo vệ môi trường và các nhà khoa học nêu lên vấn đề về mối nguy hiểm mà công nghệ nano hiện đại có thể gây ra. Đặc biệt, một số nhà khoa học cho rằng sự xuất hiện của hạt nano trong khí quyển ở quy mô công nghiệp có thể làm thay đổi khí hậu Trái đất, đồng thời cảnh báo về mối nguy hiểm khi ăn thực phẩm được tạo ra bằng công nghệ nano.
Các nhà khoa học Mỹ đã phát hiện ra một lượng đáng kể các hạt nano trong bầu khí quyển Trái đất và con số này vẫn tiếp tục gia tăng. Theo quan điểm của họ, các hạt nano phản chiếu tia nắng mặt trời có thể làm thay đổi nghiêm trọng khí hậu trên hành tinh, gây ra một Kỷ băng hà khác.
Theo những quan sát mới nhất của các nhà khoa học Mỹ, bầu khí quyển của hành tinh chúng ta đã chứa một lượng đáng kể các hạt nano mà mắt thường không nhìn thấy được nhưng có thể ảnh hưởng đến các quá trình thời tiết.
Số lượng hạt nano đang gia tăng ở nhiều nơi trên thế giới, nhưng tại sao điều này lại xảy ra vẫn còn là một bí ẩn. Các nhà khoa học đang nghiên cứu câu hỏi về cách các hạt nano được hình thành và số lượng của chúng tăng lên như thế nào khi chúng tương tác với các hơi hữu cơ khác nhau.
Tuy nhiên, họ có thể phát hiện ra rằng một số loại chất hữu cơ phát triển nhanh chóng trong khí quyển. Khi tụ tập với số lượng lớn, chúng phản chiếu ánh sáng mặt trời trở lại không gian - một loại hiệu ứng nhà kính đảo ngược. Ngoài ra, các nhà khoa học lưu ý, sự phát tán của các hạt nano trong không khí có thể làm trầm trọng thêm các bệnh như hen suyễn, khí thũng và các bệnh về phổi khác.
Vào tháng 3 năm 2008, hơn một trăm nhà khoa học từ khắp nơi trên thế giới đã gặp nhau ở Thụy Sĩ tại hội nghị nanoECO để thảo luận các vấn đề liên quan đến tác động môi trường của các hạt nano tổng hợp. Mặc dù độc chất sinh thái nano là một lĩnh vực nghiên cứu còn non trẻ nhưng những kết quả thú vị và quan trọng đã được trình bày. Tất nhiên, trọng tâm là các vấn đề chưa được giải quyết: làm thế nào và với số lượng bao nhiêu hạt nano từ “sản phẩm nano” xâm nhập vào môi trường; ví dụ, mức độ ô nhiễm của sông và đất sẽ như thế nào; Những phương pháp phân tích nào có thể được sử dụng hiệu quả?
Câu hỏi về khả năng ứng dụng của các phương pháp nghiên cứu là rất quan trọng. H. Krug trong báo cáo của mình nhấn mạnh rằng dữ liệu về độc tính của ống nano carbon (CNT), cùng với các tạp chất kim loại có trong chúng (một tác động đã được công nhận), cũng có thể bị ảnh hưởng bởi thuốc thử được sử dụng trong thí nghiệm trong ống nghiệm! Trong trường hợp này, kết luận về sự nguy hiểm của ống nano có thể sai. Do đó, khi đánh giá độc tính, điều rất quan trọng là phải mô tả chính xác không chỉ bản thân các vật liệu nano mà còn cả các phương pháp phân tích được sử dụng trong nghiên cứu.
Hóa học “xanh”, năng lượng “xanh”... Những thuật ngữ này xuất hiện vào cuối thế kỷ trước và ngay lập tức trở nên rất phổ biến. Trong những năm gần đây, mối quan tâm đến công nghệ xanh tiết kiệm tài nguyên, thân thiện với môi trường đã tăng lên rất nhiều và đầu tư vào các công ty công nghệ xanh không ngừng tăng lên. Báo cáo của B. Karn dành riêng cho “công nghệ nano xanh”. Công nghệ nano xanh, như tác giả giải thích, là cách tạo ra và sử dụng vật liệu nano, sản phẩm nano mà không gây hại cho môi trường và sức khỏe con người. Như vậy, một mặt, công nghệ nano xanh đề cập đến việc sản xuất các vật liệu và sản phẩm nano sử dụng các nguyên tắc hóa học xanh và công nghệ xanh (giúp cải thiện môi trường một cách gián tiếp), mặt khác là tạo ra các sản phẩm nano có tác dụng trực tiếp. tham gia giải quyết các vấn đề trong quá khứ, hiện tại và tương lai, liên quan đến bảo vệ thiên nhiên và sức khỏe con người (ví dụ, chất hấp thụ để xử lý nước thải hoặc nước uống, chất xúc tác mới, hệ thống năng lượng).
Kết quả mô hình hóa máy tính về sự vận chuyển của ba loại hạt nano phổ biến nhất (nano-Ag, nano-TiO 2 và CNTs), được trình bày trong báo cáo của các nhà khoa học Thụy Sĩ B. Nowack và N. Mueller, hóa ra rất thú vị rằng chúng đã được xuất bản đầy đủ trên tạp chí “Khoa học & Công nghệ Môi trường” và được bình luận trên tạp chí Công nghệ nano tự nhiên số tháng 6. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn về họ.
Các hạt nano Ag và TiO 2 được sử dụng rộng rãi nhất trong các sản phẩm tiêu dùng. Nano bạc được cho là có đặc tính kháng khuẩn, kháng nấm và các đặc tính có lợi khác, và nano-TiO2 được sản xuất với số lượng lớn để sử dụng trong các chất tự làm sạch, chống bám bẩn, lớp phủ và sơn kháng khuẩn cũng như trong mỹ phẩm như chất hấp thụ tia cực tím (riêng Úc có nhiều hơn 300 sản phẩm chống nắng đã đăng ký có chứa hạt nano TiO2. Vật liệu nano thứ ba được nghiên cứu, ống nano carbon, không cần phải giới thiệu với độc giả thường xuyên của chúng tôi.
Mô hình sử dụng dữ liệu đầu vào sau: ước tính sản lượng toàn cầu, nồng độ hạt nano trong các sản phẩm khác nhau, sản lượng hạt nano từ sản phẩm và các thông số dòng chảy vào môi trường (từ lò đốt rác thải, bãi chôn lấp và/hoặc nhà máy xử lý nước thải) và giữa các dữ liệu đó. khu vực (không khí, đất, nước). Toàn bộ chu trình sử dụng các sản phẩm có chứa hạt nano đều được xem xét, từ sản xuất đến thải bỏ. Loại mô hình này thường được sử dụng để xác định mức độ tiếp xúc với các sản phẩm hóa học.
Các tác giả đã thực hiện đánh giá rủi ro đối với ba lĩnh vực môi trường - nước (sông hồ), không khí, đất ở Thụy Sĩ (Hình 1). Hai kịch bản đã được xem xét - thực tế ( RE – thực tế), dựa trên thông tin có sẵn và trường hợp xấu nhất ( HE – mức độ tiếp xúc cao), dựa trên ước tính cho thấy nồng độ cao hơn. Kết quả được so sánh với các giá trị mà theo nghiên cứu độc tính không gây ra tác động tiêu cực ( PNEC – nồng độ không ảnh hưởng dự đoán). Rủi ro được biểu thị bằng tỷ lệ nồng độ môi trường dự đoán của PEC ( PEC – nồng độ môi trường dự đoán) tới PNEC. Vật liệu có tỷ lệ này nhỏ hơn một được coi là an toàn.
Hình.1. Khả năng phân bố của vật liệu nano trong môi trường (không khí; đất, thảm thực vật; đất được bao phủ bởi thảm thực vật; nước; trầm tích)
Thật không may, không thể tìm thấy danh sách tất cả các sản phẩm có chứa hạt nano. Nhiều nhà sản xuất không thông báo về sự sẵn có của họ. Tình hình có thể sẽ thay đổi theo chiều hướng tốt hơn trong những năm tới, nhưng hiện tại các tác giả đã sử dụng các thông số để phân tích, một số thông số được trình bày trong Bảng 1.
Bảng 1. Các thông số được sử dụng để mô hình hóa quá trình vận chuyển hạt nano ở Thụy Sĩ
| Hạt nano | Danh mục sản phẩm | % trên tổng số lượng | Phương pháp lựa chọn | % | Khu vực lựa chọn |
| nano-Ag | dệt may | 10 | mài mòn trong quá trình sử dụng mài mòn khi giặt xử lý sự phân hủy |
5 | không khí xử lý nước thải đốt rác hệ thống sống hệ thống sống hệ thống sống |
|
mỹ phẩm |
25 | cách sử dụng xử lý |
95 | xử lý nước thải đốt rác |
|
| bình xịt sản phẩm làm sạch |
15 |
cách sử dụng xử lý mài mòn |
95 | không khí, nước thải, đất đốt rác xử lý nước thải |
|
| sản phẩm kim loại | 5 |
xử lý sự phân hủy mài mòn |
47,5 | hệ thống sống đốt rác hệ thống sống xử lý nước thải |
|
| nhựa | 10 | xử lý sự phân hủy |
50 | đốt rác hệ thống sống đất, nước thải |
|
| sự phân hủy xử lý |
45 | hệ thống sống nơi xử lý |
|||
| nano-TiO 2 | nhựa | 2 | mài mòn xử lý |
5 | không khí, nước thải đốt rác |
|
mỹ phẩm |
60 | cách sử dụng xử lý |
95 | nước thải, nước đốt rác |
|
| lớp phủ | 2 |
cách sử dụng xử lý |
95 | nước thải, không khí đốt rác |
|
| kim loại | 1 |
mài mòn xử lý |
5 | nước thải hệ thống sống đốt rác |
|
|
kho/ sản xuất năng lượng |
10 |
xử lý |
25 | đốt rác hệ thống sống |
|
| 25 |
xử lý |
50 | nước thải, đất nơi xử lý |
||
| CNT | nhựa, các môn thể thao Thiết bị |
50 | mài mòn xử lý |
5 | không khí đốt rác |
| điện tử, pin | 50 | tái chế xử lý |
40 | hệ thống sống đốt rác nơi xử lý |
|
| xuất khẩu | 50 | hệ thống sống |
Bảng 2 Các giá trị PEC thu được cho hai kịch bản (RE và HE) được đưa ra.
Bảng 3
| Đánh giá rủi ro (PEC/PNEC) trong môi trường | ||||||
| Nano – Ag | Nano – TiO2 | CNT | ||||
| NỐT RÊ | ANH TA | NỐT RÊ | ANH TA | NỐT RÊ | ANH TA | |
| Không khí | KHÔNG | KHÔNG | 0,0015 | 0,004 | 1,5x10 -5 | 2,3x10 -3 |
| Nước | 0,0008 | 0,002 | >0,7 | >16 | 0,005 | 0,008 |
| Đất | Nhưng | Nhưng | Nhưng | Nhưng | Nhưng | Nhưng |
Nhưng– không được xác định do thiếu dữ liệu về độc chất sinh thái
Như có thể thấy từ bảng. 2, giá trị PEC cho CNT là thấp nhất (mặc dù tất nhiên, tình hình có thể thay đổi trong tương lai khi sản lượng tăng lên). Hàm lượng trong không khí thấp đối với cả ba loại hạt nano. Các hạt nano bạc và oxit nanotitan chủ yếu được tìm thấy trong nước và đất, hàm lượng nano-Ag thấp hơn 20-200 lần so với nano-TiO 2. CNT thực tế không hòa vào nước.
Dựa trên các giá trị PEC thu được, giờ đây có thể xác định hạt nano nào có rủi ro lớn nhất và ở đâu (Bảng 3).
Kết quả mô hình hóa cho thấy CNT hiện không gây rủi ro cho môi trường. Phần chính của các sản phẩm chứa ống nano hoặc đi vào một chu trình lặp lại hoặc kết thúc trong quá trình lắp đặt lò đốt chất thải, trong đó CNT cháy gần như hoàn toàn khi có oxy (nhiệt độ trong quá trình lắp đặt là khoảng 850 o C). Nhưng tỷ lệ PEC/PNEC của nano-TiO 2 trong nước gần bằng một hoặc thậm chí nhiều hơn, cho thấy có một rủi ro đáng kể.
Tất nhiên, đây là những kết quả sơ bộ. Ví dụ, sự biến đổi, phân hủy và tích lũy sinh học của các hạt nano không được xem xét có chủ ý, mặc dù các quá trình này có thể đóng một vai trò quan trọng. Khí thải từ các cơ sở sản xuất không được tính đến. Tuy nhiên, kết quả cung cấp đánh giá về rủi ro và có thể đóng vai trò là điểm khởi đầu cho các nghiên cứu tiếp theo, trong số những nghiên cứu khác, sẽ phản ánh đầy đủ hơn các tính chất cụ thể của hạt nano.
- 1. nanoECO. Hạt nano trong môi trường. Ý nghĩa và ứng dụng 2–7 tháng 3 năm 2008 Centro Stefano Franscini Monte Verità Ascona, Thụy Sĩ
- 2.H.F. Krug và cộng sự, Sách tóm tắt nanoECO ngày 2–7 tháng 3 năm 2008, trang 53
- 3. B. Karn. nanoECO Sách tóm tắt 2–7 tháng 3 năm 2008, trang 77
- 4. N. Mueller, B. Nowack., Môi trường. Khoa học. Technol. 42, 4447 (2008)
- 5. M. Scheringer, Công nghệ nano tự nhiên., 3, 332 (2008)