Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

RISK ASSESSMENT OF THE LIFE CYCLE OF NANOMATERIALS PRODUCTION

Antsiferova I.V. 1
1 Perm National Research Polytechnic University
In this study, risk assessment of the life cycle of nanomaterials production was conducted. For the risk assessment, data of physic-chemical properties, such as particle size, specific surface area, eco-toxicity and their environmental behavior for each stage of the operational cycle should be obtained. Therefore, the information review about the material, its various forms, impurities, which can result fromthe industrial processing or environmental transformations, should be done. A hazard profile of materials during their operational life was designed based on the above information. It is found that there is a hazardous factor in production of nanomaterials, and there are circumstances for personnel under which a health damage will occur.
nanosafety.
impact
product life cycle assessment
health
toxicity
environmental interaction
ecology
monitoring
danger
evolution risks
fine structure
dispersivity
nanomaterials
nanoparticles

В условиях антропогенной нагрузки на экосистемы наноматериалы воздействуют на организм человека не изолированно, а в сочетании с контаминантами объектов окружающей среды, имеющих традиционную степень дисперсности[10; 11]. Совокупное действие на организм разных по механизму воздействия вредных факторов, при разных путях их поступления, приводит либо к усилению токсического эффекта (синергизм), либо, напротив, к его ослаблению (антагонизм) [7].Действенным инструментом исследования безопасности является анализ риска.

Методоценки жизненного цикла (ОЖЦ)- один из ведущих инструментов экологического менеджмента в Европейском союзе, основанный на серии ISO-стандартов и предназначенный для оценки эколого-экономических, социальных аспектов и воздействий на окружающую среду в системах производства продукции и утилизации отходов. Принципы, содержание, требования этапов проведения ОЖЦ регламентируются стандартами ISO [3; 8; 9].

Таким образом, для определения экологического рисканеобходимо знать число вредных экологических событий и количество потенциально вредных событий за определенное время или в определенном объеме или массе, в которых эти события происходят.

Нанотехнологическая продукция сталкивается с множеством проблем, обусловленных различной степенью риска загрязнения окружающей среды [1].

По кровотоку наночастицы циркулируют по всему организму и накапливаются в органах и тканях, включая мозг, печень, сердце, почки, селезенку, костный мозг, нервную и лимфатическую системы[6]. В работе [2] при обследовании состояния здоровья людей, подвергающихся воздействию наночастиц цветных металлов и их оксидов, наблюдались явления ринитов, фарингита,наклонность к ОРВИ, бронхиту.

 У некоторых обследованных обнаружены изменения со стороны нервной системы, вегетативно-эндокринной дистонии. Смеси порошков металлов могут вызывать более тяжелое поражение этих органов.

Цель работы

Проанализировать перечень свойств наночастиц и наноматериалов, имеющих приоритетное значение для оценки  безопасности нанопродукции на протяжении жизненного цикла процесса.

Методы исследования

При проведении исследований использовались методы синтеза, анализа и обобщения информации.

Обсуждение материалов

Для количественной оценки риска ис­пользуют показатель риска RN- отношение числа неблагоприятных со­бытий или явлений (п) к величине действующего фактора опасности, например к полному числу случаев проявле­ния опасности (N):

Rn=n /N                                                                           (1)

С целью определения перечня потенциально вредных наночастиц или наноматериалов необходимо определить все ком­поненты, образующие наночастицы и наноразмерные аэрозоли в результате производственной деятельности. При этом необходимо учитывать возможные пути трансформации наночастиц и наноматериалов с учётом их физико-химических свойств (растворение, агрегация, адсорбция дополнитель­ных токсичных контаминантов и т.д.), способные повлиять на величину потенциальной опасности как в сторону уменьшения, так и увеличения.

Для этого необходимо рассмотреть риски для персонала и окру­жающей среды, возникающие на каждой стадии жизнен­ного цикла.

 Жизненный цикл наноматериалов:1) добыча и производство сырья из наноматериалов -2) производство наноматериалов - 3) производство изделий из наноматериалов - 4) использование наноматериалов -5) утилизация и отходы наноматериалов.

На первой стадии необходимо собрать информацию, определяющую потенциальную опасность для здоровья человека:физические характеристики(размер и форма),физико-химические характеристики (растворимость в воде и биологических жидкостях, заряд частицы, адсорбционная ёмкость, устойчивость к агрегации, гидрофобность, адгезия к поверхностям, способность генерации свободных радикалов),молекулярно-биологические характеристики (способность взаимодействовать с биологическими макромолекулами и надмолекулярными структурами), цитологические характеристики (способность наноматериалов вызывать гибель клеток (по механизмам некроза или апоптоза) или приводить к появлению в них более или менее стойких морфологических изменений, способность к накоплению в клетках), токсикологическая характеристика (взаимодействие конкретных нанообъектов с различными системами окружающей среды (атмосфера, гидро­сфера, почвы)), чтобы получить ответы на вопросы: как в ходе этих процессов изменяются свойства наночастиц, ка­ким образом абиотические факторы (солесодержание, pH, ионная сила растворов и т.д.) влияют на физико-химичес­кие свойства наноматериалов?

При оценке влияния наноматериалов на этапе их применения учитывается способ использования наночастиц, что определяет путь их воздействия на здоровье человека.

Для оценки риска наноматериалов на этапе их использования необходимо охарактеризовать их опасность по тем же свойствам, что и на этапе производства.

При таком прогнозировании опасности наноматериалов необходимо брать в расчет изменение их состава и свойств во времени и пространстве[4].

 При попадании в окружающую среду наночастицы могут взаимодействовать с ней с образованием золей[5].

Наноматериалы могут эффективно сорбиро​вать вещества из окружающей среды и сами поглощаться другими компонентами экологической системы, например поверхностьюпочв и грунтов [12; 13].

На заключительном этапе жизненного цикла наноматериалов существует лишь незначительная вероятность влияния на окружающую среду, что связано с их склонностью к деградации. Наиболее сложным является их отделение в установках для переработки отходов. Для идентификации наночастиц должны быть учтены следующие характеристики материалов:  размер и форма материала, характер, заряд,  поверхностные функциональные группы, химическая формула.

Таким образом, общая оценка риска, создаваемая пол­ным жизненным циклом наноматериалов, будет состоять из суммы основного и дополнительного рисков для персо­нала и для окружающей среды.

На основании работы [2]установлено, что  имеется вредный фактор при производстве наноматериалов и  для персонала имеются обстоятельства, при котором будет нанесен ущерб здоровью работника.

Поэтому необходимо рассмотреть фактор опасности определенного вида для отдельного индивидуума (индивидуальный риск).

При определении индивидуального риска необходимо учитывать долю времени нахождения в «зоне риска».

Тогда индивидуальный риск RИНД для человека может быть рассчитан по формуле

RИНД  =А∑ωiДi,                                                           (2)

где А - коэффициент риска; ωi - взвешивающий коэф­фициент для органа или ткани; Дi - эквивалентная доза, учитывающая поступление наноматериалов определенным путем (ингаляция, прием с водой и пищей, через кожу) к рассматриваемому органу или ткани.

При вычислении риска необходимо учитывать: основной риск, дополнительный риск и общий или суммарный риск[4]. Основной риск Rа - это риск, который существует для людей безотносительно какого-либо источника риска (наиболее предсказуемые риски).Дополнительный риск  Rд- это риск, обусловленный каким-то определённым источником риска (например, риск воздействия производства наночастиц, нанотоксикологический риск,  биологическое действие наноматериалов,  риск за счет загрязнения окружающей среды в большом городе и т.п.).

Суммарный риск Rсумравен сумме основного и дополнительного рисковRд.:

Rсум = Rа  + Rд .                                                                   (3)

 

Риск для персонала (Rп), занятого в производстве на­номатериалов и продуктов, содержащих наноматериалы, возникает, в первую очередь на этапах 1, 2, 3 и 5. Риск для населения (RH) возникает в результате вы­бросов и сбросов наноматериалов (основной риск, RA) на этапах 1, 2, 3 и 5, а также при использовании товаров, содержащих наноматериалы на этапе 4 и сопутствующие загрязняющие вещества (дополнительный риск, Rд) на этапах 1, 2, 3 и 5.Риск для окружающей среды (RОС) возникает в резуль­тате выбросов и сбросов наноматериалов (основной риск, RA) на этапах жизненного цикла наноматериалов 1, 2, 3 и 5, а также сопутствующих загрязняющих веществ (до­полнительный риск, Rд).

Таким образом, общая оценка риска, создаваемая пол­ным жизненным циклом наноматериалов, будет состоять из суммы основного и дополнительного рисков для персо­нала и для окружающей среды и населения:

RП = RAП + RБП = R1П + R2П + R3П + R5П + RдП,

RН = RAН + RБН = R1Н + R2Н + R3Н +R4Н+R5Н + RдН,                                                  (4)

RОС = RAОС + RБОС = R1ОС + R2ОС + R3ОС + R5ОС + RдН.

Дополнительный риск рассчитывается для каждого конкретного произ­водства.

Заключение

1.Опасность наноматериалов напрямую связана с их размерами, с высокой удельной поверхностью, которая обусловливает высокую химическую активность и высокую способность к проникновению в организм.

2. Оценка риска, создаваемая пол­ным жизненным циклом наноматериалов, будет состоять из суммы основного и дополнительного рисков для персо­нала и для окружающей среды.

Рецензенты:

Ханов А.М., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Материалы, технологии и конструирование машин», г. Пермь;

Симонов Ю.Н., д.т.н., профессор, заведующийкафедрой «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов», г.Пермь.