Использование шунгита для снижения экологической нагрузки на окружающую среду

Современная экологическая нагрузка на экосистемы требует разумной деятельности человека для сбалансированности функционирования всех ее составляющих: качества атмосферного воздуха, водных ресурсов, почв, земель и недр. Для поддержания самозащитных свойств экосистем требуется использование природных материалов, одним из представителей которых является шунгит, обладающий рядом уникальных качеств, позволяющих снизить экологическую нагрузку экосистем.

Вопросы снижения экологической нагрузки с использованием шунгита, включающие обезвреживание и утилизацию вредных жидких и твердых отходов, создание экологически чистых, мало- и безотходных технологий являются весьма актуальными.

К настоящему времени показано, что шунгит является важным индустриальным сырьем. Необычность шунгита выявлена в нескольких практически важных направлениях. В частности, в рамках решения экологических проблем показана перспективность шунгитовых сорбентов для очистки воды от органических и неорганических веществ. Шунгитовые сорбенты способны извлекать из сточных вод целлюлозно-бумажных производств широкий спектр органических веществ, таких как фенол, олиеновая кислота, амиловый спирт. Хорошие результаты получены при использовании шунгитовых сорбентов для очистки производственных стоков от нефтепродуктов. Очистка воды шунгитом оказалась более эффективной, чем обработка хлором, коагуляция, электрохимическая обработка. Выявлена способность шунгитовых фильтров обеззараживать сточные воды после биологической очистки от бактериальных клеток, извлекать фосфор.

Шунгиты стабилизируют почву по влагопотреблению, минеральному составу. Являясь сильным природным сорбентом, выполняет следующие важные функции, при внесении в почву как комплексное удобрение:

-       адсорбирует минеральные удобрения и дозировано, по мере снижения их концентрации, отдает со своей поверхности обратно в почву, поддерживая, таким образом, оптимальную подкормку плодородного слоя,

-       адсорбирует и нейтрализует потенциально опасные химические соединения, в частности остатки пестицидов или их компонентов, образованных в результате разложения.

Обеспечивает:

-    улучшение структуры и плодородия почвы;

-    повышение эффективности усвоения удобрении;

-    ускорение созревания и увеличение урожайности;

-    накопление плодами питательных веществ и витаминов;

-    снижение содержания солей тяжелых металлов, радионуклидов. Шунгит также можно использовать в качестве экрана от гамма-

излучения. Слой сланцевого шунгита защищает эффективнее, чем равный по толщине слой бетона или алюминия. Шунгитовые экраны могут использоваться в местах потенциально возможных экологических катастроф, таких как участки нефтепроводов, газоконденасаторные станции, площадки розлива горючих материалов, обочины дорог, отстойники и т.д. Перспективным видится применение шунгитов при строительстве сооружений для складирования химических и радиоактивных отходов.

Этот минерал в основном состоит из углерода, значительная часть которого очень напоминает молекулы сферической формы - фуллерены.

Фуллерены - особая форма углерода, которая вначале была открыта в научных лабораториях при попытке моделировать процессы, происходящие в космосе, а позднее обнаружена в земной коре.

До недавнего времени считалось, что углерод имеет только три формы существования - алмаз, графит и карбин. Эти вещества отличаются своим строением. Каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома. Такая структура определяет свойства алмаза как самого твердого вещества, известного на Земле.

Атомы углерода в кристаллической структуре графита формируют шестиугольные кольца, образующие, в свою очередь, прочную и стабильную сетку, похожую на пчелиные соты. Сетки располагаются друг над другом слоями, которые слабо связаны между собой. Такая структура определяет специфические свойства графита: низкую твердость и способность легко расслаиваться на мельчайшие чешуйки.

В противоположность алмазу, графиту и карбину, фуллерен является новой формой углерода. Уникальность фуллерена в том, что молекула С60 содержит фрагменты с пятикратной симметрией (пентагоны), которые запрещены природой для неорганических соединений. Молекула фуллерена является органической молекулой, а кристалл, образованный такими молекулами (фуллерит) - это молекулярный кристалл, являющийся связующим звеном между органическим и неорганическим веществом.

В фуллерене плоская сетка шестиугольников - графитовая сетка свернута и сшита в замкнутую сферу. При этом часть шестиугольников преобразуется в пятиугольники. Природой задана четкая последовательность этого соединения - каждый шестиугольник граничит с тремя шестиугольниками и тремя пятиугольниками, а каждый пятиугольник граничит только с шестиугольниками. Атомы углерода, образующие сферу, связаны между собой сильной связью.

Образуется структура - усеченный икосаэдр, который имеет 10 осей симметрии третьего порядка, 6 осей симметрии пятого порядка. Каждая вершина этой фигуры имеет трех ближайших соседей. Каждый шестиугольник граничит с тремя шестиугольниками и тремя пятиугольниками, а каждый пятиугольник граничит только с шестиугольниками. Каждый атом углерода в молекуле C60 находится в вершинах двух шестиугольников и одного пятиугольника и принципиально неотличим от других атомов углерода. Атомы углерода, образующие сферу, связаны между собой сильной ковалентной связью. Толщина сферической оболочки 0,1 нм, радиус молекулы С60 - 0,357 нм. Длина связи С—С в пятиугольнике - 0,143 нм, в шестиугольнике - 0,139 нм. Молекулы высших фуллеренов С70 С74, С76, С84 , С164, С192, С216 также имеют форму замкнутой поверхности. Фуллерены с n < 60 оказались неустойчивыми, хотя из чисто топологических соображений наименьшим возможным фуллереном является правильный додекаэдр С20. При этом кристалл фуллерита имеет плотность 1,7 г/см3, что значительно меньше плотности графита (2,3 г/см3) и алмаза (3,5 г/см3).

Благодаря своему сетчато-шарообразному строению фуллерены оказались идеальными наполнителями и 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 будущего.

Экологический потенциал шунгита весьма широк. Многочисленные научные исследования казахстанских, российских, научно-исследовательских институтов показывают, что шунгит может эффективно использоваться в решении многих экологических проблем: очистке питьевой и сточных вод от вредных загрязнений, демеркуризации почв, водоемов, загрязненных ртутью и ее соединениями, очистке грунтов и водоемов от загрязнений нефтепродуктами, гептилом и токсичными продуктами его распада, экранирование радиоактивных отходов, снижение содержания дефолиантов почвы, в волокнах и семенах растений.