Materialshunoslik va yangi materiallar texnologiyasi kafedrasi nanotexnologiya asosida olingan materiallar fanidan kurs loyihasi

Qishloq xo'jaligida nanotexnologiya
nanotexnologiyalar va nanomateriallarning asosiy qo'llanilishi biotexnologiya, ayniqsa genetik muhandislik, qishloq xo'jaligi mahsulotlarini ishlab chiqarish va qayta ishlash, suvni tozalash, mahsulot sifati va atrof-muhitni muhofaza qilish muammolari bilan bog'liq.
Atmosferani ifloslantiruvchi sanoat va avtomototransport chiqindilaridan farqli o'laroq, yo'lda bo'lmagan ko'chma qishloq xo'jaligi texnikasi chiqindilari notekis bo'lsa-da, barcha ekin maydonlarini qamrab oladi. Shu bilan birga, ifloslantiruvchi moddalar atmosferaga er sathidan 4 m gacha balandlikda kiradi va bu ularning ekologik xavfini oshiradi.
Mobil qurilmalardan chiqadigan gaz chiqindilari odamlar, hayvonlar va o'simliklarga salbiy ta'sir ko'rsatishning miqdori va darajasi bo'yicha eng muhim hisoblanadi. Eng xavfli kuyikish, benzapiren , azot oksidi, aldegidlar, uglerod oksidi (II) va uglevodorodlar. Ularning inson organizmiga ta'sir qilish darajasi atmosferadagi zararli birikmalarning kontsentratsiyasiga, inson tanasining holatiga va uning individual xususiyatlariga bog'liq.
Soot umumiy toksiklik darajasida birinchi o'rinlardan birini egallaydi, chunki birinchidan, uning chiqindilari sezilarli (tutun ishlab chiqarishning o'sishini belgilaydi) va yoqilg'ining ommaviy iste'molining 1% ga etadi, ikkinchidan, u suv ombori vazifasini bajaradi. polisiklik aromatik birikmalar uchun.uglevodorodlar (PAH). Egzoz gazlarida (OG) kuyikishning mavjudligi yoqimsiz his-tuyg'ularga, havoning ifloslanishiga va yomon ko'rinishga olib keladi. Soot zarralari yuqori darajada disperslangan (diametri - 50-180 nm, og'irligi - 10 ~ 10 mg dan ko'p emas), shuning uchun ular uzoq vaqt davomida havoda qolib, odamning nafas olish yo'llari va qizilo'ngachiga kirib boradi. Hisob -kitoblar shuni ko'rsatadiki, o'lchami 150 nm gacha bo'lgan kuyikish zarralari taxminan sakkiz kun davomida havoda muallaq turishi mumkin. 2-10 mkm bo'lgan nisbatan katta bo'lgan kuyik zarrachalari tanadan osonlik bilan chiqarilsa, mayda zarrachalar (50-200 nm) o'pkaga kirib, allergiya keltirib chiqaradi.
OG dizel dvigatellaridagi zarrachalar uchun yuqori kuyikish miqdori (20-90%) keng tarqalgan. Soot zarralari gaz fazasi deb ataladigan davrda hosil bo'ladi va to'liq bo'lmagan yonish jarayonidan kelib chiqadi. Dizel emissiyasi tarkibidagi 50 nm dan past bo'lgan zarralar, asosan, dizel yoqilg'isida hali ham mavjud bo'lgan oltingugurtdan hosil bo'ladi.
Uglerodni o'ziga xos yonish issiqligi yuqori bo'lgan elementlar bilan almashtirish energiya samaradorligini oshiradigan yoqilg'iga olib keladi. Raketa dvigatellarida keng qo'llaniladigan metall yoqilg'isini ishlab chiqishga alohida e'tibor qaratilmoqda.
SSSR olimi S.Labinov qattiq metall yoqilg'ida ishlaydigan yangi ichki yonuv dvigatelining kontseptsiyasini taklif qiladi. Ushbu dvigatelda haydovchi tizimi chiqindi gaz tizimi bilan birlashtirilgan. Maxsus harakatlanuvchi to'siq bilan jihozlangan yonilg'i baki temir nano kukuni asosidagi yoqilg'i bilan to'ldirilgan . Yonilg'i yonishi (oksidlanish) uglerod va azot oksidi, uglevodorodlar va kuyiksiz, chiqindi gazlarida deyarli sof azot hosil bo'lishi bilan yonish kameralarida sodir bo'ladi, kuygan kukun zarralari maxsus filtrlar yoki magnitlar tomonidan ushlanadi. Kukun ishlatilganda, to'siq harakatga keltiriladi va chiqindi gaz oksidi kukuni hosil bo'lgan hajmga beriladi. Barcha kukun tugagandan so'ng, yonilg'i idishi transport vositasidan osongina olib tashlanishi va regeneratsiyaga yuborilishi mumkin, bu erda oksidlar yuqori haroratlarda metall va kislorodga parchalanadi. Kalsinlangan kukunni sof vodorod bilan quyish orqali oksidlarni ham kamaytirish mumkin.
Tennessi shtatidagi Oak Ridj milliy laboratoriyasining materiallar kimyosi bo'limi boshlig'i Devid Bookning so'zlariga ko'ra, vodorod kabi metall yoqilg'ilar toza energiya manbai hisoblanadi. Biroq, vodoroddan farqli o'laroq, temir yoki alyuminiy kabi metall yoqilg'ilar yuqori o'ziga xos isitish qiymatiga ega. Bunday yoqilg'i atrof-muhit harorati va bosimida saqlanishi va tashilishi va vodorod yonilg'i xujayralarining sezilarli xarajatlarisiz dvigatelda samarali ishlatilishi mumkin.
Laboratoriya guruhi taxminan 50 nm diametrli metall zarrachalari bo'lgan yoqilg'i kukunini yaratdi, bu benzinning yonishiga o'xshash yonish jarayonini ta'minlaydi, ammo zamonaviy benzinli dvigatelga qaraganda deyarli uch baravar ko'proq energiya chiqaradi.
Gaz turbinasi yoki Stirling dvigatelida chiqariladigan metall yoqilg'ilardan chiqadigan gazlar ekologik jihatdan qulaydir: havodan kislorod chiqariladi, natijada deyarli toza azot hosil bo'ladi. Bor, agar uning nanozarralari maqbul narxda ishlab chiqarilsa, yanada yaxshi energiya manbai bo'lishi mumkin.
Metall yonilg'i dvigatelining asosiy muammosi - bu yoqilg'ining nisbatan yuqori massasi, hatto uning yuqori quvvatini hisobga olgan holda. Temir kukuni bilan to'ldirilgan 33 litrli yonilg'i baki 50 litr solaryum yoki benzinga teng, ammo og'irligi deyarli uch baravar ko'p. Shu bilan birga, avtomobil va yoqilg'ining umumiy og'irligi o'zgarishsiz qoladi, chunki ishlatilgan metall yoqilg'isi atmosferaga chiqarilmaydi.
Matkap va uglerod davriy jadvalda qo'shni, ikkala element ham metall bo'lmagan, ularning atomlari va ionlarining o'lchamlaridagi farq kichik. Bu o'xshashlikning asosiy natijasi bor kimyosining jadal rivojlanishi bo'lib, u ko'plab olimlarning fikriga ko'ra, oxir-oqibat "yangi organizm" ga aylanishi mumkin. Esda tutingki, faqat "organik", organik kimyo aslida uglevodorodlar va ularning hosilalari kimyosidir.
nanotexnologiyalar o‘simlikchilikda oqsil-lipid-vitamin-xlorofil kompleksining optik talqini va biomoslashuvchan materiallarni yaratishda muvaffaqiyatli qo‘llanilishi mumkin; to'qimalarni qayta qurish, tozalash va tiklash uchun; chorvachilikda organizm tomonidan rad etilmagan sun'iy to'qimalar va sensorlar (molekulyar-hujayra tashkiloti) yaratish; shuningdek, avtomobillar va traktor parkining atrof-muhitga zararli ta'sirini kamaytirish. Chorvachilikda nanoqo'shimchalar chorva uchun ozuqa tayyorlashda keng qo'llaniladi, ular hayvonlarning mahsuldorligini 1,5-3 baravar oshiradi va ularning yuqumli kasalliklarga va stresslarga chidamliligini oshiradi. Oziq -ovqat qo'shimchalari zarralarining nano o'lchamdagi tabiati nafaqat ularning iste'molini sezilarli darajada kamaytirishga, balki ularni hayvonlarga to'liq va samaraliroq o'zlashtirishga imkon beradi.

Xulosa
Nanotexnologiyalardan foydalanish katta ahamiyatga ega. Kumush asosidagi membranalarni tozalash tizimlari va maxsus biosidal qoplamalar va materiallarning joriy etilishi qishloq xo‘jaligi hayvonlarini yuqori sifatli ichimlik suvi bilan ta’minlash orqali parvarish qilishni soddalashtirish va sifatini oshirish imkonini bermoqda.
Insoniyatni yetarli miqdorda ichimlik suvi bilan ta’minlash muammosi ham dolzarbdir. Foydali chuchuk suv zahiralari bor-yo'g'i 3% ni tashkil qiladi, shundan atigi 1% ni dunyo aholisi iste'mol qiladi. Ayni paytda 1,1 milliard odam toza chuchuk suvga ega emas. Hozirgi suv iste'moli, aholi sonining o'sishi va sanoat rivojlanishini hisobga olsak, 2050 yilga borib dunyo aholisining uchdan ikki qismi ichimlik suvi tanqisligini boshdan kechiradi.
Nanotexnologiya bu muammoni, shu jumladan, iqtisodiy markazlashtirilmagan suvni tozalash va tuzsizlantirish tizimi, molekulyar darajadagi ajratish tizimlari va keyingi avlod filtr tizimlaridan foydalanish orqali hal qilishi kutilmoqda .