Способ детоксикации водных сред, загрязненных оксидом графена

Изобретение относится к области охраны окружающей среды. Предложен способ детоксикации водных сред, загрязненных оксидом графена. Каолин смешивают с загрязненной водной средой в массовом соотношении каолин : водная среда = 1:(50-500) при воздействии ультразвуком до образования однородной суспензии с pH, равным 4-6, в течение 2 минут. Суспензию перемешивают в течение 30 минут, отделяют каолин с адсорбированным оксидом графена от очищенной водной среды центрифугированием. Изобретение позволяет устранить токсичность очищаемой среды с помощью экологичного природного сорбента. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно – к сорбционным материалам на основе природных глинистых пород и может быть использовано для детоксикации загрязненных оксидом графена водных сред.

В сфере науки, техники применяют материалы на основе наночастиц, в том числе – углеродных, к которым относятся оксид графена (далее по тексту – ГО). В ходе производственных процессов с использованием таких материалов они попадают в техногенные водные среды, например – сточные воды, сливаемые в природные источники воды. Такие материалы представляют опасность для окружающей среды и человека.

Из исследованного уровня техники известно, что оксид графена и графеносодержащие материалы обладают токсичностью по отношению к живым организмам [Nezakati T., Cousins B.G., Seifalian A.M. Toxicology of chemically modified graphene-based materials for medical application, Archives of Toxicology, 2014, V. 88, P. 1987-2012]. В основе взаимодействия оксида графена и графеновых наноматериалов лежит цитотоксический эффект, включающий нарушение плазменной мембраны, митохондриальной активности, создание оксидативного стресса и нарушение молекул белков, ведущие к гибели клетки [Jarosz, A., Skoda M., Dudek I., Szukiewicz D. Oxidative stress and mitochondrial activation as the main mechanisms underlying graphene toxicity against human cancer cells. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2015, V. 2016, P. 1-14]. Поэтому актуальным является очистка водных сред от наночастиц, к которым относятся оксид графена. С учетом того, что применение наноматериалов в промышленных масштабах расширяется, возрастает потребность в материалах, применяемых для очистки водных сред от оксида графена.

Заявителем выполнено исследование уровня техники в области технологий очистки водных сред с использованием природных сорбентов. При этом следует акцентировать внимание на том, что из исследованного заявителем уровня техники на дату представления заявочных материалов не выявлены технологии и/или материалы, обеспечивающие возможность эффективной очистки водных сред от оксида графена. По мнению заявителя, наиболее перспективными материалами для очистки водных сред от оксида графена могут быть природные сорбенты. К преимуществам природных сорбентов относятся их доступность и невысокая стоимость, делающая их привлекательными для промышленного применения.

Из исследованного уровня техники выявлено изобретение по патенту RU 2462304 «Способ получения гидрофобного алюмосиликатного адсорбента». Известный способ включает модифицирование в реакторе непрерывного перемешивания природного алюмосиликата каолинита или монтмориллонита с крупностью частиц менее 0,16 мм при температуре 98-100 °С раствором органосилоксановой жидкости (гексаметилдисилоксан, октаметилтетрасилоксан, метилфенилциклотрисилоксан) в органическом растворителе (толуол) с концентрацией 0,98-3,96 моль/л, после модифицирования проводят охлаждение до 20-25°С, раствор сливают, а модифицированный продукт промывают вначале растворителем, затем водно-органической смесью. Гидрофобный адсорбент, полученный модифицированием природных алюмосиликатов, может быть применен для очистки воды от растворенных нефтепродуктов и органических веществ.

Недостатком известного способа является то, что для получения адсорбента необходима модификация природных алюмосиликатов раствором органосилоксановых жидкостей и прокаливание при температуре 100 °С, что требует соответствующей аппаратуры и расхода энергии, а также обработки в химически активных средах - растворителем, затем водно-органической смесью. Обработка раствором небезопасных в обращении органосилоксановых жидкостей требует расхода этих растворов и затрат времени, применения защитного оборудования. Недостатки приводят к снижению производительности труда, повышению себестоимости производства, ограничивающие область применения известного способа по патенту RU 2462304.

Известно изобретение по Авторскому свидетельству СССР SU 1344401 «Способ получения сорбента для очистки воды от нефтепродуктов». Способ включает обработку каолина мономером диенового ряда в газовой фазе, отличающийся тем, что с целью увеличения нефтеёмкости сорбента обработку каолина ведут циклопентадиеном до образования на его поверхности полициклопентадиена в количестве 3-4 мас. %. Способ, отличающийся тем, что обработку ведут при давлении паров циклопентадиена 220-320 мм рт. ст.

Недостатком известного способа является то, что для получения сорбента необходима обработка каолина циклопентадиеном при давлении ниже атмосферного (220-320 мм рт. ст. при нормальном атмосферном давлении 760 мм рт. ст.), что требует применения сложного в эксплуатации вакуумирующего оборудования и затрат времени на вакуумирование, что связано с время- и энергозатратами. Кроме того, полученный по известному способу сорбент пригоден для очистки воды только от нефтепродуктов. Недостатки приводят к неоправданным затратам времени, снижению производительности труда, повышению себестоимости производства, ограничивающим область применения известного способа по авторскому свидетельству SU 1344401.

Известно изобретение по Авторскому свидетельству СССР SU 1118406 «Способ получения олеофильного сорбента для очистки воды, загрязненной нефтью». Способ включает покрытие частиц каолина полиизопреном, с целью повышения гидрофобности сорбента, покрытие частиц осуществляют обработкой изопреном из газовой фазы до содержания полиизопрена 1-2 мас. % по отношению к массе каолина.

Недостатком известного способа является то, что для получения сорбента необходима обработка каолина олеофильными веществами из газовой фазы, что требует соответствующего химического оборудования, расхода химических реактивов, времени на выполнение обработки и расхода энергоносителей и энергии. Недостатки ограничивают область применения известного способа по авторскому свидетельству SU 1118406.

Общим недостатком вышеуказанных аналогов является то, что они не применимы для адсорбции оксида графена в водных средах.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков, выбранным заявителем в качестве прототипа, является источник [Kryuchkova M, Fakhrullin R. Kaolin alleviates graphene oxide toxicity, Environ. Sci. Tech. Letters, 2018, V. 5 (5), P. 295-300]. Сущностью прототипа является предполагаемая возможность использования каолина для снижения токсичности оксида графена, включающая смешивание каолина с водной средой, содержащей оксид графена, с получением однородной суспензии при рН менее 7. Известное решение обеспечивает адсорбцию оксида графена на каолине и детоксикацию водной среды.

Недостатком известного технического решения, в отличие от заявленного, является отсутствие данных о массовом соотношении каолина к загрязненной водной среде, также не прописан диапазон рН и время перемешивания. Эти недостатки делают невозможным без дополнительных исследований промышленное применение каолина для очистки водных сред от оксида графена. Устранение недостатков требует дополнительных исследований.

Недостающая в известном источнике информация приведена в описании заявленного изобретения, а именно – массовое соотношение каолина к загрязненной оксидом графена водной среде, равное 1:50-500, заявленный интервал рН от 4 до 6 и время перемешивания, равное 30 минутам. При соблюдении заявленных параметров предполагаемое изобретение становится промышленно осуществимым.

Задачей заявленного технического решения является обеспечение промышленного применения природного сорбента - каолина для детоксикации загрязненных оксидом графена природных и техногенных водных сред.

Техническим результатом заявленного технического решения является адсорбция каолином оксида графена в загрязненных водных средах.

Сущностью заявленного технического решения является способ детоксикации водных сред, загрязненных оксидом графена, заключающийся в том, что каолин смешивают с загрязненной оксидом графена водной средой в массовом соотношении каолин : водная среда = 1:50-500 до образования однородной суспензии, которую получают, воздействуя ультразвуком в течение 2 минут, при частоте 20 кГц, и интенсивности 110 дБ, в диапазоне pH 4-6, суспензию перемешивают в течение 30 минут, отделяют каолин с адсорбированным оксидом графена от очищенной водной среды путем центрифугирования при 3500 об/мин в течение 20 мин.

Заявленное техническое решение поясняется Фиг. 1, Фиг.2.

На Фиг. 1 представлены фото образцов каолина с оксидом графена (ГО).

На Фиг. А1 представлены фото пробирок с примерами адсорбции водной суспензии ГО с каолином:

– в пробирке 1 представлена суспензия ГО с каолином до центрифугирования;

– в пробирке 2 представлена надосадочная жидкость неадсорбированного ГО после центрифугирования;

– в пробирке 3 представлен осадок каолина с адсорбированным ГО.

На Фиг. Б1 представлены фото двух пробирок:

– слева пробирка, содержащая ГО-Каолин (с сорбентом – каолином);

– справа пробирка, содержащая ГО (без сорбента).

На Фиг. 2 представлены фото микроскопии адсорбции ГО с каолином с использованием:

А2 – атомно-силовой микроскопии каолина;

Б2 – атомно-силовой микроскопии ГО;

В2 – атомно-силовой микроскопии ГО, адсорбированного на каолине;

Г2 – темнопольной гиперспектральной микроскопии каолина;

Д2 – темнопольной гиперспектральной микроскопии ГО;

Е2 – темнопольной гиперспектральной микроскопии пространственного распределения ГО, адсорбированного на каолине.

Заявленный технический результат достигается тем, что в загрязненную оксидом графена водную среду вносят природный сорбент – каолин в массовом соотношении каолин : водная среда = 1:50-500 и смешивают до получения однородной суспензии, которую получают воздействуя ультразвуком 2 минуты, при частоте 20 кГц, и интенсивности 110 дБ, в диапазоне pH 4-6, суспензию перемешивают в течение 30 минут, отделяют каолин с адсорбированным оксидом графена от очищенной водной среды путем центрифугирования (3500 об/мин, 20 мин).

При массовом соотношении каолин : водная среда = 1:<50 адсорбция оксида графена в водной среде происходит с неоправданно высоким расходом каолина без существенного роста (до 99%) количества адсорбированного оксида графена.

При массовом соотношении каолин : водная среда = 1:>500 адсорбция оксида графена в водной среде сохраняется, но уменьшается до неприемлемых значений (80-82%) количества адсорбированного оксида графена.

Оптимальным для практического применения является соотношение каолина к водной среде 1 : 100, обеспечивающее адсорбцию до 99% оксида графена. Для извлечения оксида графена целесообразно исходную водную среду, содержащую ГО, при необходимости предварительно подкислить до pH 4-6.

Результатом заявленного технического решения является промышленно применимый способ детоксикации загрязненных оксидом графена водных сред с использованием каолина – сорбента природного происхождения – для очистки природных и техногенных водных сред от оксида графена.

При этом в промышленности может быть использован каолин сухого обогащения, производимый серийно в РФ, например фирмой «Химпэк» по ТУ У14.2-00282033-003-01,5729-070-00284530-96, марки П-2 и характеризующийся следующими техническими показателями: Массовая доля оксида кремния, SiO2 - 47%, SO3,- 0,3 %, Al2O3, - 36 %, Fe2O3- 0,6%, TiO2- 0,8%, CaO-0,6%, Сумма K2O + Na2O - 0,5%. Минералогический состав: Каолинит - 98%, кварцит- 1%, мусковит- 1%. Размер частиц <2 мкм.

Заявителем выполнены исследования каолина, на примере коммерчески производимого фирмой Sigma-Aldrich, США марки К7375, получаемого, как и все остальные марки, из природных алюмосиликатов известным способом. При этом следует акцентировать внимание на том, что марка каолина не оказывает существенного влияния на заявленный технический результат.

При этом также следует обратить внимание на то, что чем более развита активная поверхность каолина, тем выше эффективность каолина при использовании по назначению. Это объясняется тем, что, как известно, активная поверхность каолина зависит от линейных размеров каолина - при снижении линейных размеров каолина его активная поверхность возрастает в геометрической прогрессии, что ведет к пропорциональному росту активной адсорбирующей поверхности.

Далее заявителем приведен пример применения каолина по новому назначению – т.е. его применение в качестве адсорбента в лабораторных условиях.

В качестве адсорбента заявителем исследован каолин Al2Si2O5(OH)4, полученный из природного алюмосиликата, относящегося к слоистым минералам с жесткой кристаллической решеткой, характеризующегося наличием внешней адсорбирующей поверхности. При этом использован коммерческий каолин марки К7375 производства фирмы Sigma-Aldrich, США, полученный из природного каолина известным способом, с содержанием каолинита до 98%. Исследованный каолин представляет собой порошок белого цвета, без специфического запаха с размером частиц 0,5-2,0 мкм, дзета-потенциал = –31,0±0,7 мВ.

В качестве графеносодержащего материала использован водный раствор оксида графена производства фирмы Sigma-Aldrich США, характеризующийся размером частиц 1,9-2,2 мкм, дзета-потенциал = –47,6±1,9 мВ.

Для реализации заявленного технического результата заявителем выполнены дополнительные измерения гидродинамического диаметра (размер частиц) каолина и оксида графена и замеры дзета-потенциала (заряд частиц) с использованием прибора Zetasizer Nano ZS, Великобритания.

Исследования эффективности адсорбции проводят в лабораторных условиях с использованием модельных растворов оксида графена (т.е. суспензий, идентичных по составу и свойствам, промышленным отходам предприятий, серийно выпускающих оксид графена), с концентрациями 1000,0; 500,0; 250,0; 125,0; 62,5; 31,2; 15,6; 7,8 мкг/мл соответственно, объёмом по 10 мл, в которые (суспензии) помещают навески адсорбента (каолин) одинаковой массы по 0,1 г, при pH 4,5±1,0 исследуемых растворов (суспензий).

Далее приготовленные суспензии смешивают путем обработки ультразвуком около 2 мин, при частоте воздействия 20 кГц, и интенсивности 110 дБ. Следует отметить, что смешивание суспензии можно проводить любым известным способом.

Далее проводят перемешивание суспензий на лабораторной мешалке в течение 30 минут, с целью достижения адсорбционного равновесия.

Далее после установления адсорбционного равновесия адсорбент (каолин с адсорбированным оксидом графена) отделяют от очищенной водной среды путем центрифугирования в течение 20 мин при 3500 об/мин. Отделение адсорбента (каолина с адсорбированным оксидом графена) от очищенной водной среды можно проводить любым другим известным способом, например - путем фильтрования.

Концентрации оксида графена в обработанных суспензиях после адсорбции определяют спектрофотометрическим методом при длине волны 227 нм с использованием спектрофотометра NanoPhotometer NP80 (Implen, Германия).

Следует принять во внимание то, что исследуемые каолин и оксид графена имеют отрицательные дзета-потенциалы (-31,0±0,7 мВ и -47,6±1,9 мВ соответственно), что показывает отсутствие электростатического взаимодействия между одинаково заряженными частицами. При этом заявителем выявлено, что каолин агрегирует с оксидом графена вследствие того, что частицы каолина имеют положительно-заряженные краевые участки в диапазоне рН 4-6 (см. http://ru-ecology.info/term/26633/) и эти краевые участки обеспечивают осаждение отрицательно заряженного оксида графена.

Заявителем в экспериментах выявлено, что в пределах изученных концентраций (1000,0-7,8 мкг/мл) до 97-99% оксида графена адсорбируется каолином.

В качестве подтверждения достижения заявленного технического результата заявителем приведены иллюстрирующие материалы на Фиг. 1, Фиг. 2.

На Фиг. А1 представлены три пробирки с примерами адсорбции водной суспензии оксида графена (1000,0 мкг/мл) с каолином:

- в пробирке 1 представлена суспензия оксида графена с каолином до центрифугирования,

- в пробирке 2 представлена надосадочная жидкость неадсорбированного оксида графена после центрифугирования (3500 об/мин, 20 мин),

- в пробирке 3 представлен осадок каолина с адсорбированным оксидом графена.

На Фиг. Б1 представлены две пробирки, обозначенные ГО-Каолин (слева с сорбентом) и ГО (справа без сорбента – каолина) соответственно.

При этом в левой пробирке, где суспензия осаждалась в течение месяца, наблюдается прозрачная надосадочная жидкость, что является результатом полной адсорбции каолином оксида графена. Это подтверждает эффективность использования каолина по назначению - для адсорбции оксида графена.

В правой пробирке, где суспензия также осаждалась в течение месяца, надосадочная жидкость имеет выраженное потемнение, т.к. большая часть оксида графена осталась в надосадочной жидкости вследствие отсутствия в образце заявленного каолина.

Заявителем выполнены аналитические исследования свойств осаждённого каолина с оксидом графена с использованием прибора Zetasizer Nano ZS, Великобритания, в результате чего выявлено увеличение значения гидродинамического диаметра размеров частиц каолина с адсорбированным оксидом графена в диапазоне около ~ 4 мкм с интегральным отрицательным дзета-потенциалом (-38±51 мВ) коагулированных частиц. Таким образом, проведенный эксперимент подтверждает агрегацию оксида графена с каолином.

Далее заявителем приведены результаты исследований для доказательства наличия факта адсорбции оксида графена на каолине с использованием двух видов микроскопии - атомно-силовой и темнопольной:

- для определения микроструктуры коалина, оксида графена и их агломератов использован атомно-силовой микроскоп (Brucker Icon, США);

- для определения пространственного распределения каолина, оксида графена и их агломератов использован темнопольный микроскоп (микроскоп проходящего или отраженного света с темнопольным конденсором).

Результаты экспериментов представлены на Фиг. 2:

- в левой части Фиг. 2 представлены фотографии коалина, оксида графена и их агломератов (А2, Б2, В2.) соответственно.

- в правой части Фиг. 2 представлены фотографии коалина, оксида графена и их агломератов (Г2, Д2, Е2.) соответственно.

При этом следует обратить внимание на то, что изображения Г2, Д2, Е2, выполненные в режиме усиленного темного поля, были получены с помощью конденсора CytoViva® с высокоапертурным темнопольным конденсором и гиперспектрометром, присоединенного к микроскопу Olympus BX51, США.

Эксперименты, выполненные и проиллюстрированные в левой части фото с применением атомно-силовой микроскопии, показали микроструктуру поверхности каолина (Фиг. А2), оксида графена (Фиг. Б2) и поверхности каолина с адсорбированным оксидом графена (Фиг. В2) соответственно.

Результаты анализа позволяют сделать выводы, что заявителем получены экспериментальные данные о том, что заявленное техническое решения обеспечивает возможность использования каолина в качестве средства для коагуляции оксида графена, т.к. анализ фото А2, Б2, В2 позволяет сделать выводы о наличии экспериментально зафиксированного факта способности оксида графена агрегировать (осаждаться) на поверхности каолина. Данный вывод подтверждён на Фиг. В2, на которой видно, что тонкие листы оксида графена адсорбированы на частицах каолина (указано стрелками ГО и Каолин).

Эксперименты, представленные в правой части Фиг. 2, выполнены с применением тёмнопольной микроскопии в сочетании с гиперспектральным картированием для изучения пространственного распределения оксида графена и каолина. Получены раздельно оптические спектры поглощения каолина (Фиг. Г2), оксида графена (Фиг. Д2). Эти спектры используют для сопоставления пространственного распределения каолина и оксида графена после адсорбции (Фиг. Е2).

Представленные выше экспериментальные данные позволяют сделать логический вывод о том, что заявителем представлены доказательства адсорбционной активности каолина с оксидом графена.

Далее заявителем представлены материалы, характеризующие существенное снижение токсичности оксида графена после его адсорбции каолином путем определения токсичности адсорбированного каолином оксида графена в отношении живых организмов.

С использованием эукариотических клеток (живые организмы, клетки которых содержат ядро) определяют токсичность адсорбированного каолином оксида графена.

Для оценки токсичности в качестве модели используют одноклеточные организмы – инфузории Paramecium caudatum (далее по тексту P. caudatum) и культуры клеток, например – фибробласты кожи крыс и HCT116 - клетки карциномы толстой кишки человека.

Paramecium caudatum используют для демонстрации влияния оксида графена, каолина и совместного их действия (оксид графена, адсорбированный на каолине) на выживаемость инфузорий, скорость их роста (размножение), гальванотаксис (особенности поведения инфузорий в электрическом поле), комплексообразование ДНК (исследование макронуклеуса) и фагоцитарную активность (образование пищеварительных вакуолей).

Обнаружено, что для P. caudatum чистый оксид графена является высокотоксичным в концентрациях от 500,0 до 1000,0 мкг/мл. Однако, при совместной инкубации клеток с каолином и оксидом графена в течение 24 ч, наблюдают значительное снижение токсичности оксида графена (далее по тексту ГО). В присутствии ГО в концентрации 1000,0 мкг/мл уже через сутки выживаемость инфузорий снижается, гибель инфузорий составляет 55%. То есть, погибает более половины клеток, подвергшихся воздействию находящегося в водной среде ГО.

В присутствии же каолина с адсорбированным оксидом графена (далее по тексту ГО-Каолин) в концентрации 1000,0 мкг/мл через сутки гибель инфузорий составляет всего 7%, т.е. большая часть клеток сохраняет жизнеспособность.

Основываясь на изложенном выше, представляется возможность сделать логический вывод о том, что после адсорбции оксида графена каолином токсичность водной среды уменьшается многократно, а именно - наблюдается снижение токсичности до 7 и более раз (55:7=7,8).

Для оценки размножения инфузорий учитывают прирост их численности.

Оксид графена ингибирует (подавляет) размножение P. caudatum даже при относительно низких концентрациях (10,0 мкг/мл) – скорость роста составляет 67% от контроля. При более высоких концентрациях (>>10 мкг/мл) размножение инфузорий полностью подавляется. В присутствии (ГО-Каолин) в концентрации 500,0 мкг/мл прирост численности инфузорий через сутки составляет 37%, тогда как при более низких концентрациях (ГО-Каолин) скорость роста такая же, как и в контрольных образцах.

Анализ цитометрических показателей макронуклеуса (ядра) инфузорий.

Негативное влияние оксида графена на скорость роста P. caudatum указывает на то, что механизмы токсичности могут быть связаны с комплексообразованием и повреждением ДНК. Опытным путем установлено, что оксид графена влияет на морфологию и размер макронуклеуса P. caudatum. Установлено, что через 24 ч воздействия ГО в концентрации 100,0 мкг/мл наблюдают изменения цитометрических показателей макронуклеуса (ядра), увеличение длины ядра на 34%, общей площади ядра на 21% и уменьшение ширины ядра на 10% по сравнению с контролем.

Таким образом, у инфузорий через 24 ч пребывания в водной среде с оксидом графена наблюдают деформацию, растяжение макронуклеуса. При совместной инкубации инфузорий в водной среде с адсорбированным каолином оксида графена деформаций макронуклеуса не выявляют.

При оценке фагоцитоза у инфузорий в присутствии ГО (100,0 мкг/мл), фагоцитарная активность через сутки снижается на 44% по сравнению с контролем, а внесение каолина снижает токсический эффект оксида графена на 22%.

Добавление в водную среду высоких концентраций оксида графена (1000,0 мкг/мл) приводит к нарушению процесса формирования пищеварительных вакуолей у инфузорий.

Токсичные материалы ингибируют гальванотаксис (движение инфузорий в электрическом поле), блокируя кальциевые каналы в мембране ресничек инфузорий. Оксид графена вызывает ингибирование гальванотаксиса во всех исследованных концентрациях (10-1000 мкг/мл), особенно в концентрации 1000,0 мкг/мл, где наблюдают снижение анодного гальванотаксиса (накопление клеток вокруг отрицательно заряженного анода) на 56% по сравнению с контролем.

Добавление каолина снижает ингибирующее действие оксида графена на 22%. Результаты опытов показывают и доказывают, что каолин весьма существенно снижает токсический эффект оксида графена в водной среде.

Далее с помощью МТТ-теста определяют влияние (ГО-Каолин) на пролиферативную активность (процесс размножения клеток) клеток карциномы толстой кишки человека (HCT116). Принцип метода основан на способности фермента сукцинатдегидрогеназы митохондриальной мембраны клеток восстанавливать желтую соль 3-[4,5-диметилтиазол-2-ил]-2,5-дифенилтетразолия бромид (МТТ) до кристаллов формазана фиолетового цвета, накапливающихся в результате этой реакции в цитоплазме живых клеток. Кристаллы формазана растворяют в диметилсульфоксиде, количество восстановленного продукта измеряют фотометрически при длине волны 540 нм.

Инкубация клеток с оксидом графена на 40% снижает число живых клеток в сравнении с контролем. При этом совместное внесение (ГО-Каолин) снижает отрицательный эффект оксида графена на 20%.

Исследуют влияние оксида графена, каолина и совместного их действия на индукцию апоптоза у клеток (фибробласты кожи крыс). Для оценки действия наночастиц на клетки используют флуоресцентный метод анализа апоптоза по связыванию аннексина V. В апоптотических клетках фосфолипид фосфатилдисерин (ФС) локализуется на поверхности клеточной мембраны. Связываясь с ФС на поверхности клетки, конъюгированный с флуорохромом аннексин V служит маркером апоптоза. К тому же аннексин V используют в комбинации с пропидием йодидом, что позволяет одновременно распознавать интактные клетки и клетки находящиеся в позднем апоптозе или в некрозе.

Результаты анализа показывают, что в варианте с внесением оксида графена доля клеток в апоптозе превышает 9%, что подтверждает токсичность оксида графена через апоптоз. Совместное внесение в водную среду каолина и оксида графена снижает токсический эффект последнего (ГО), и доля клеток в апоптозе значительно уменьшается – до 1,5%.

Таким образом, опытами показано и доказано, что каолин снижает токсическое действие оксида графена через апоптоз у фибробластов и повышает пролиферативную активность клеток карциномы толстой кишки человека.

Как показывают опытные данные, каолин снижает токсичность адсорбированного оксида графена без удаления агрегированных частиц из водной среды, где культивировались эукариотические клетки. Это говорит о том, что каолин путем комплексообразования связывает реакционно-активные участки оксида графена, что приводит к значительному ослаблению его токсических свойств.

Применение заявленного сорбента для детоксикации водных сред, загрязненных оксидом графена, показывает, что каолин является недорогим экологичным материалом, который может быть применим в промышленных масштабах для устранения токсичности водных сред, содержащих оксид графена.

Осуществление предполагаемого изобретения с использованием оксида графена показывает его эффективность для создания адсорбентов на основе широкодоступного природного материала – каолина, причём – без его предварительной обработки химическими реагентами.

Предполагаемое изобретение удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники не обнаружены адсорбенты, которым присущи признаки, идентичные всем признакам, перечисленным в формуле изобретения.

Применение каолина для адсорбции оксида графена имеет изобретательский уровень, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.

Заявленное предполагаемое изобретение, возможно, реализовать в промышленности, более точно - в природоохранной деятельности для детоксикации водных сред, в том числе производственных сточных вод промышленных предприятий, использующих оксид графена. При этом следует акцентировать внимание на то, что выполненные в условиях лаборатории эксперименты могут быть беспрепятственно перенесены (масштабированы) в промышленные условия, т.к. для промышленного применения заявленного технического решения пользователя требуется соблюдать заявленные пропорции исходных компонентов.

Способ детоксикации водных сред, загрязненных оксидом графена, заключающийся в том, что каолин смешивают с загрязненной оксидом графена водной средой в массовом соотношении каолин : водная среда = 1:(50-500) до образования однородной суспензии с pH, равным 4-6, при воздействии ультразвуком в течение 2 минут при частоте 20 кГц и интенсивности 110 дБ, суспензию перемешивают в течение 30 минут, отделяют каолин с адсорбированным оксидом графена от очищенной водной среды путем центрифугирования при 3500 об/мин в течение 20 минут.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в охране окружающей среды при очистке хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Для осуществления способа используют предварительное приготовление биопрепарата в питательной среде с последующим введением сточных вод и биопрепарата в аэротенк.

Изобретение относится к области флотации и может использоваться для очистки водных растворов. Устройство электрофлотационной очистки водных растворов содержит корпус с камерой электрофлотации, блок электродов с источником электропитания, скребковый механизм, карман для флотошлама.

Изобретение относится к области производства гетерогенных катализаторов процессов жидкофазного окисления неорганических (сернистых, азотных, фосфорных и др.) и органических (ПАВ, фенолов, нефтепродуктов, органических аминов и др.) соединений кислородом воздуха.

Изобретение может быть использовано при добыче нефти, газа для промышленно-бытового потребления для опреснения морской воды, а также любой соленой или пластовой воды химическими реагентами.

Изобретение относится к области санитарной техники и может быть использовано при отведении сточных вод общесплавных систем водоотведения. Узел перераспределения стоков включает в себя бассейн канализования и дополнительный бассейн канализования, межбассейновую насосную станцию с подводящим трубопроводом и напорной линией, межбассейновый коллектор, выполненный с возможностью в самотечном режиме транспортировать воду из дополнительного бассейна канализования в бассейн канализования.

Изобретение относится к области экологии и охраны окружающей среды и может быть использовано для глубокой очистки концентрированных стоков предприятий пищевой промышленности, жидких отходов сельскохозяйственных предприятий, отходов химических, лесохимических, целлюлозно-бумажных производств, иловых осадков сточных вод, а также при утилизации органической составляющей твердых бытовых отходов при получения из них прокачиваемой насосами водяной пульпы.

Изобретение относится к кремнийорганическому полимеру, ингибирующему образование отложений, к полимерному продукту, а также к вариантам способа уменьшения образования кремнийсодержащих отложений в промышленном процессе.

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для обеззараживания и очистки водопроводной воды в жилых и/или общественных зданиях, показатель загрязненности которой по химической и бактериологической потребности кислорода ПЗ=(ХПК+БПК) превышает установленные Госсанэпиднадзором нормы для питьевой воды.

Изобретение может быть использовано в гальванотехнике при утилизации хромсодержащих стоков. Способ извлечения хрома (VI) из хромсодержащих растворов гальванических производств с получением малообводненного железо-хромсодержащего осадка включает введение в хромсодержащий раствор концентрированной серной кислоты в количестве 6-120 мл/л и измельченной стальной стружки в качестве восстановителя с последующей выдержкой до обесцвечивания раствора.

Предложены технологии разрушения стойких водонефтяных эмульсий ультразвуковым методом, где эмульсию (ВНЭ) нагревают, вводят реагент-деэмульгатор и воду и в зависимости от изменяющегося в процессе разрушения эмульсий размера преобладающего количества капель воды последовательно изменяют частоту и удельную акустическую мощность ультразвукового воздействия по мере укрупнения капель воды.

Изобретение относится к производству сорбентов на основе природных слоистых силикатов, модифицированных полимерами, которые могут найти применение для очистки водных сред от нефти, мазута, топлив, высших углеводородов.

Группа изобретений может быть использована для очистки загрязненных сточных вод нефтепродуктами и взвешенными веществами. Способ очистки сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ включает введение сорбента в емкость для очистки 1, гидромеханическое перемешивание воды с сорбентом в течение 2-10 мин с одновременной циркуляцией гидросмеси и подачей в нее ион-озоновой смеси через эжектор 7 озонового генератора 8.

Изобретение относится к способам получения адсорбента на основе цеолитсодержащей породы. Предложен способ получения адсорбента для хроматографического разделения фурфурола и фурфурилового спирта.

Изобретение относится к области сорбционных технологий. Предложен композитный гранулированный сорбент для извлечения тяжелых металлов.

Изобретение относится к способам получения фильтрующих материалов для очистки вод от марганца и гидросульфид-иона. Для получения фильтрующего материала используют природный цеолит с содержанием клиноптилолита не менее 70 мас.%.
Изобретение относится к способам получения сорбирующих матричных материалов для иммобилизации радионуклидов щелочноземельных и редкоземельных элементов из отработанного ядерного топлива.

Изобретение относится к области производства катализаторов гидрокрекинга углеводородного сырья. Гидрокрекинг позволяет преобразовать высококипящие углеводородные фракции нефти в более ценные продукты - дизельное и реактивное топливо, керосин, бензин и моторные масла.
Предложенное изобретение относится к области сорбентов для очистки жидкостей и газов. Сорбирующий материал состоит из стеклянного микрошарика и накатанной на него оболочки, выполненной из измельченных частиц, выбранных из диатомита, цеолита, глауконита или их смеси.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к составам для очистки грунта, нефтешламов, жидких отходов и сточных вод от органических соединений и нефтепродуктов.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к составам для очистки грунта, нефтешламов, жидких отходов и сточных вод от органических соединений и нефтепродуктов.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды. Предложен способ детоксикации водных сред, загрязненных оксидом графена. Каолин смешивают с загрязненной водной средой в массовом соотношении каолин : водная среда 1: при воздействии ультразвуком до образования однородной суспензии с pH, равным 4-6, в течение 2 минут. Суспензию перемешивают в течение 30 минут, отделяют каолин с адсорбированным оксидом графена от очищенной водной среды центрифугированием. Изобретение позволяет устранить токсичность очищаемой среды с помощью экологичного природного сорбента. 2 ил.

Наверх