Природа, которая лечит: березовый деготь, глина и грязи, шунгит - Алевтина Корзунова

Благодаря своему шарообразному строению фуллерены оказались идеальной смазкой. Они катаются, словно шарики размером с молекулу, между трущимися поверхностями. Комбинируя внутри углеродных шаров разные атомы и молекулы, можно создавать самые фантастические материалы. Фуллерены могут использоваться в медицине, ракетном строительстве, в военных целях, электронике, машинном производстве, в производстве технической продукции, компьютеров и другом, и во всех случаях рабочие параметры оборудования значительно улучшаются, качество повышается, технологии становятся более эффективными и простыми. Например, американские исследователи разработали технологию, позволяющую наносить на любую поверхность тончайшие элементы солнечных батарей – они представляют собой многослойную полимерную пленку, содержащую все те же фуллерены. Такие элементы обладают пока примерно в 4 раза более низким коэффициентом полезного действия, чем традиционные батареи на основе кремния, но они значительно проще и дешевле в производстве. Возможно, уже в ближайшем будущем промышленность начнет выпускать солнечные батареи рулонами – как обои.

А в одном из университетов Швеции в ходе опытов с фуллеренами неожиданно для самих ученых был получен слоеный материал, напоминающий фольгу, проложенную тонкими слоями бумаги. Прозрачный и гибкий материал оказался магнитом и сохранял свои свойства даже при температуре свыше +200 ˚С. Его вполне возможно использовать для создания плат компьютерной памяти с помощью записи лазером. Благодаря этому достигается очень высокая плотность носителя информации. Российские ученые Ростовского госуниверситета полагают, что, возможно, углеродные сверхминиатюрные процессоры можно будет совмещать с человеческим организмом, например подключать их к нервной системе, чтобы заучивать иностранные языки или держать в памяти Большую британскую энциклопедию.

Большие надежды связаны с применением фуллеренов в медицине. Почти идеальная сферическая структура молекулы фуллерена и микроскопический размер (диаметр 0,7 нм) позволяют ученым рассчитывать на то, что эти молекулы смогут создать механическое препятствие для проникновения вирусов в клетки зараженного организма. Обсуждается также и идея создания противораковых препаратов на основе водорастворимых соединений фуллеренов с внедренными внутрь радиоактивными изотопами. Введение подобного лекарства в ткань позволит избирательно воздействовать на пораженные опухолью клетки, препятствуя их дальнейшему размножению.

Пока основное препятствие на пути разработок связано с нерастворимостью молекул фуллеренов в воде, затрудняющей их прямое введение в организм. Другое препятствие – высокая цена искусственных изотопов. Стоимость фуллеренов высшего сорта составляет около 900 долларов США за грамм, более низкого качества – около 40 долларов за грамм в зависимости от степени чистоты фуллеренов. Эти «недостатки» искусственных фуллеренов искупают фуллерены природные, обнаруженные в земной коре после открытия уникального вещества в научных лабораториях.

Впервые о земном существовании уникального вещества научный мир узнал после того, как один из бывших советских ученых исследовал в Аризонском университете (США) образцы карельских шунгитов и, к удивлению, обнаружил там углеродные глобулы с фуллеренами. С тех пор и начался интенсивный поиск других пород, содержащих фуллерены, возникли вопросы об их происхождении на Земле.

Позднее земные фуллерены были найдены в Канаде, Австралии и Мексике – причем в каждой из этих стран они обнаруживались на местах падения метеоритов. При этом некоторые фуллерены были заполнены: внутри оболочек находились атомы гелия. Странным оказался тот факт, что фуллерены хранили не гелий-4 – изотоп, который обычно присутствует в земных породах, – а редкий для Земли изотоп гелий-3.

По мнению ученых, такие фуллерены могли образоваться только в космических условиях, в так называемых углеродных звездах или в ближайшем их окружении. Удалось определить время появления исследованных фуллеренов на Земле. Кратер от падения канадского метеорита образовался около 2 миллиардов лет назад, в архейскую эру, когда Земля еще была безжизненна. Возраст других фуллеренов оценивается в 250 миллионов лет, т. е. на границе отложений пермского и триасового периодов. Именно тогда в Землю врезался гигантский астероид, вызвавший катастрофические разрушения.

Что же касается шунгитовых пород, то логично предположить, что именно наличием фуллеренов в шунгите стали объяснять целебное действие открытых в 1714 г. Марциальных вод и Царевниного источника. Возникло предположение, что к молекулам фуллеренов в шунгитах присоединены органические радикалы, позволяющие фуллеренам образовывать водные растворы, над созданием которых пока бьются ученые.

На настоящий момент область применения шунгитов широка. Например, шунгитовый сорбент используют для очистки воды в колодцах. Предназначен он для загрузки в колодцы с целью очищения воды от бактериальных загрязнений, нитратов, нефтепродуктов, металлов и придания воде свойств, соответствующих требованиям санитарных правил к питьевой воде. В качестве сорбента для очистки воды в колодцах используется уникальный природный шунгит из Карелии. Шунгит обладает способностью очищать воду практически ото всех органических веществ (в том числе нефтепродуктов и пестицидов), от многих металлов и неметаллов, от бактерий и микроорганизмов.

Самая чистая и мягкая на планете вода Онежского озера – свидетельство тысячелетнего взаимодействия с шунгитом, выстилающим его дно. Всемирно известные источники Марциальные воды и Три Ивана своими чудодейственными свойствами обязаны фильтрации подземных вод сквозь шунгитовые породы.

Шунгиты с содержанием углерода около 30 % имеют суммарную пористость 5 – 10 %, значительную внутреннюю поверхность (в диапазоне 10–30 м2/г), насыпную плотность около 1,1 г/см3, обладают высокой механической прочностью, электропроводностью, химической стойкостью, каталитическими и бактерицидными свойствами. Эти свойства делают шунгиты привлекательным и перспективным материалом в фильтрационной и адсорбционной очистке сточных вод от органических и неорганических веществ, для электровосстановления и электроосаждения ионов тяжелых металлов. Шунгиты успешно адсорбируют целый ряд органических веществ различных классов: фенолы, жирные высокомолекулярные кислоты, спирты, вещества древесных и торфяных гидролизатов, водорастворимые смолы гидролиза, гуминовые вещества и другие, а также ряд газов.

Шунгит можно использовать в качестве сорбента для очистки вод от различных промышленных загрязнений, а также бытовых стоков, например с помощью отстойников с засыпкой шунгита в качестве фильтров, различного типа пропускных систем как на начальных стадиях очистки, так и на конечных. Перспективно применение шунгитовых фильтров взамен песка в процессе водоочистки. При прохождении воды через шунгитовый фильтр значительно снижается ее цветность, практически полностью убирается микрофлора, в зависимости от скорости подачи воды через фильтр достигается снижение коли-индекса до нуля.

Шунгит взаимодействует с водой не только как фильтрующий материал и адсорбент. Он обладает каталитическими и катионообменными свойствами. Благодаря каталитическим свойствам шунгит способен длительное время очищать воду от разного типа органических веществ (хлорорганических, ароматических углеводородов, алифатических спиртов и др.), разрушая органические вещества до элементарных оксидов (CO2, H2O) и осаждая (на 70–90 %) из воды металлы в виде нерастворимых смесей (карбонатов, оксалатов и др.).

На применение шунгитов в процессах водоподготовки имеется гигиенический сертификат.

Эффективно использование шунгитов в качестве материала для насыпных электродов проточных электролизеров для осаждения тяжелых металлов из промышленных стоков гальванических производств и плавильных заводов и возврата их в производство. Шунгиты разрабатываемой в настоящее время Зажогинской залежи обладают следующими геометрическими параметрами: удельная поверхность – до 30 м2/г, суммарный объем пор – 0,05 – 0,15 см3/см3 при эффективном радиусе 30 – 100 А. Доказана способность шунгитов сорбировать органические вещества: фенол, амиловый спирт и амилаты калия, метоксифенолы, вещества лингоуглеродного комплекса, получаемые в процессе гидролиза древесины и торфа, а также водорастворимой смолы, образующейся в процессе термолиза древесины и целлолигнина.

Выявлены адсорбционные свойства шунгитовых пород по отношению к торфяным водным вытяжкам, содержащим большое количество минеральных и органических веществ. Шунгит очищает сточные воды от нефтепродуктов до норм сброса в рыбохозяйственные водоемы. Шунгитовый фильтр обеспечивает эффективное удаление из воды диоксинов – вредных хлорорганических соединений.