Аэрозоли друзья или враги

Промышленное значение аэрозолей двояко: переход в пылевидное и капельножидкое состояние значительно увеличивает реакционную способность вещества. Это свойство используют при сгорании пылевидного топлива, распыления нефти в форсунках, при вдыхании медицинских препаратов в виде аэрозолей. В промышленности и в быту используют аэрозольное нанесение красок на окрашиваемые поверхности. В быту используют аэрозоли косметических препаратов или препаратов бытовой химии. Вместе с тем борьба с пылями в производстве (улавливание ценных материалов, уходящих в виде пылей с производства, устранение токсичных и взрывоопасных аэрозолей) составляет одну из важнейших задач организации производства и техники безопасности. Многие вещества в состоянии аэрозолей, например, сахарная пудра, угольная, серная, мучная пыли — становятся взрывоопасными из-за повышенной реакционной способности высокодисперсных коллоидных частиц.

Для улавливания пылей используют циклоны, фильтры, электрофильтры. Большое значение имеют оптические свойства аэрозолей ввиду широкого использования маскирующих свойств дымов и туманов. В высокодисперсных аэрозолях рассеяние света подчиняется уравнению Рэлея, но при размере частиц 10−6-10−7 м, довольно обычном для аэрозолей, они соизмеримы с длиной света, что приводит к наложению явлений отражения и рассеяния света и отклонениям от уравнения Рэлея. Вследствие сравнительно близких величин отражения и рассеяния света различной длины волны, многие туманы и дымы кажутся белыми.

В технике образование аэрозолей часто нежелательно, т. к. приводит к загрязнению атмосферы (в т.ч. производственной) и технологических потоков. Кроме того, большую опасность представляют взрывы пылей в сахарном, мукомольном и некоторых других производствах. Все это вызвало к жизни развитие методов пылеулавливания и туманоулавливания. Вместе с тем химическая промышленность либо непосредственно использует аэрозольное состояние вещества в технологических процессах, либо производит продукты в аэрозольной форме для последующего их использования. Через аэрозольное состояние получают многие высокодисперсные продукты — наполнители, пигменты, катализаторы, компоненты высокоэнергетических топлив. В аэрозольной форме сжигается все жидкое и значительная часть твердого топлива. Аэрозольные препараты используют в медицине и ветеринарии, для защиты посевов от сельскохозяйственных вредителей, обработки складских помещений, предотвращения выпадения града. Широкое применение в быту нашли аэрозольные баллончики — устройства, в которых жидкий препарат или суспензия выдавливается из резервуара и распыляется давлением хладона.

При взрывах, горении, ударах, размоле, трении, дроблении, сверлении, шлифовке и многих других процессах образуется дисперсная фаза твердых веществ. Диспергирование жидкостей происходит при разбрызгивании, пульверизации и др. Аэрозольные конденсации возникают вследствие охлаждения перенасыщенного пара. При термической обработке полимерных материалов, хлоридов металлов выделяются паро-газо-аэрозольные смеси, в состав которых входят твердые и жидкие частицы, газы и пары различных химических веществ.

При охлаждении на воздухе паров металлов (свинца, меди, алюминия, ванадия, бериллия и др.) появляются аэрозоли конденсации металлов и их оксидов. Наиболее часто образуются аэрозоли, дисперсная фаза которых содержит частицы, возникающие в результате измельчения и конденсации паров (выбросы металлургических предприятий, тепловых электростанций, котельных и др.) (6). В зависимости от размеров частиц различают следующие виды аэрозолей: 1) пыль (величина частиц дисперсной фазы более 10 мкм); 2) облака (величина частиц 10—0,1 мкм); 3) дымы (величина частиц 0,1—0,001 мкм). Последние по своим размерам близки к молекулам и находятся в броуновском движении, благодаря которому велика вероятность столкновения частиц, в результате чего они коагулируют, приобретают больший размер и оседают. Чем выше степень дисперсности аэрозолей и больше число частиц в единице объема, тем быстрее идет коагуляция с последующим осаждением. Полидисперсные аэрозоли коагулируют быстрее, чем изодисперсные.

Биологические аэрозоли образуются в результате испарения жидких, высыхания и попадания в воздух с пылью сухих экскрементов животных и человека, выделения животными и людьми микроорганизмов с выдыхаемым воздухом. Интенсивное образование биологического аэрозоля происходит в микробиологической промышленности при культивировании продуцентов — бактерий и грибов. Дисперсная фаза биологических аэрозолей содержит микроорганизмы или их токсины, продукты биосинтеза микробов, ферменты, белок погибших микроорганизмов, антибиотики и др.

Частицы размером до 5 мкм способны проникать в альвеолы и задерживаться в них (респирабельные фракции). Частицы величиной 10 мкм и более задерживаются в верхних дыхательных путях, бронхах и в альвеолы не заносятся. При попадании в организм аэрозоли способны вызывать ряд заболеваний: ларингиты, трахеиты, бронхиты, пневмокониозы, пневмомикозы, повреждения глаз, кожи. Токсичные аэрозоли вызывают острые и хронические отравления. Биологические аэрозоли могут вызывать инфекционные и аллергические заболевания.

Аэрозоли уменьшают прозрачность атмосферы и доступ солнечной радиации к поверхности земли, угнетают рост растений, учащают туманы в промышленных центрах. Кроме того, они наносят экономический ущерб, вызывают порчу производственного оборудования, зданий и др. (7).

Аэрозоли широко используются в различных сферах деятельности человека. В виде аэрозолей применяются некоторые лекарственные средства, например для лечения болезней органов дыхания, для орошения ран, кожного покрова. В промышленности в аэрозольном состоянии используются топливо (уголь и нефть), катализаторы. С помощью аэрозолей осуществляются металлические покрытия (плазменное напыление), окраска машин и других поверхностей. В сельском хозяйстве в виде аэрозолей применяют ядохимикаты для борьбы с насекомыми — переносчиками болезней животных и человека, с вредителями с.-х. культур; их распыляют с самолетов, с помощью пульверизаторов, аэрозольных бомб, шашек и др.

Методами исследования аэрозолей являются микроскопия, ультрамикроскопия, электронная микроскопия. Наиболее важным в гигиенической практике является гравиметрический метод определения массовой концентрации частиц с помощью осаждения их на фильтрах путем просасывания запыленного воздуха с последующим взвешиванием и химическим анализом дисперсной фазы с целью установления содержания в ней свободной и связанной двуокиси кремния, ядовитых веществ и др. Гравиметрия, химический анализ и определение степени дисперсности частиц по массе фракций позволяют дать достаточно полную оценку с точки зрения вредного действия аэрозолей на здоровье людей. При гигиенической характеристике аэрозолей, кроме того, определяют растворимость частиц аэрозолей в биологических средах (сыворотке крови, желудочном соке и др.), электрический заряд частиц, удельную поверхность частиц. Установлены ПДК вредных веществ, находящихся в воздухе в виде аэрозолей.

Заключение

Трудно переоценить значение науки об аэрозолях в современном мире. Она изучает такие сложные и разнообразные явления, как загрязнение атмосферы городов (смоги), перенос загрязнений в атмосфере (распространение радиоактивных загрязнений после чернобыльской аварии невозможно описать, не упоминая аэрозоли), образование облаков, осадков и многое другое. атмосферные аэрозоли — мощный климатообразующий фактор. Они во многом определяют баланс солнечной энергии, поступающей в земную атмосферу.

Аэрозольные технологии используют для получения наноматериалов (очень мелких металлических и полупроводниковых частиц с необычайными свойствами), а также в микроэлектронике, медицине. Во всем мире существуют лаборатории и целые институты, изучающие свойства аэрозолей и динамику их поведения. Одно из центральных направлений аэрозольной науки — это теория образования и роста аэрозольных частиц. У нас в стране существовало (и частично продолжает существовать) много институтов, где проводились исследования атмосферных и технологических аэрозолей. Аэрозольные частицы — чрезвычайно капризный объект, плохо поддающийся исследованию. Поэтому мы знаем об их свойствах гораздо меньше, чем о более мелких, но стабильных объектах, таких, скажем, как атомы, молекулы или атомные ядра. Очень мелкие аэрозольные частицы невозможно разглядеть в микроскоп, а под лучом электронного микроскопа они испаряются или меняют свои свойства.

Список литературы

Грин Х., Лейн В. Аэрозоли — дымы, пыли и туманы. Л.: Химия, 1972.

Грин X. и Лейн В. Аэрозоли — пыли, дымы, туманы, пер. с англ., Л. 1969.

аэрозоль. Л.: Гидрометеоиздат, 1983.СПб.: НИИХ СПбГУ, 1999.

Ивлев Л.С., Довгалюк Ю. А. Физика атмосферных аэрозольных систем.

Кондратьев К.Я., Москаленко Н. И., Поздняков Д. В. Атмосферный Петрянов-Соколов И.В., Сутугин А. Г. Аэрозоли. М.: Наука, 1989.

Райст П. Аэрозоли: введение в теорию. М.: Мир, 1987.

Фукс Н. А. Механика аэрозолей. М.: Изд. АН СССР, 1955.